DE2837934A1

DE2837934A1 - Vorrichtung zur regelung der auslauftemperatur bei elektrischen durchlauferhitzern

Info

Publication number: DE2837934A1
Application number: DE19782837934
Authority: DE
Inventors: Nichtnennung Beantragt
Original assignee: ECKERFELD GEB REIP ELISABETH
Current assignee: ECKERFELD ERIKA 5628 HEILIGENHAUS DE
Priority date: 1978-08-31
Filing date: 1978-08-31
Publication date: 1980-03-06
Also published as: DE2837934C2

Description

Vorrichtung zur Regelung der Auslauftemperatur bei
elektrischen Durchlauferhitzern Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung der Auslauftemperatur bei elektrischen Durchlauferhitzern, bei welcher die Heizleistung von einem im Auslauf angeordneten Temperaturfühler mittels eines Reglers steuerbar ist.
Die Regelung der Auslauftemperatur bei elektrischen Durchlauferhitzern bietet besondere Schwierigkeiten. Elektrische Durchlauferhitzer haben eine sehr hohe installierte Heizleistung von beispielsweise 22 Kilowatt. Die Auslauftemperatur muß sehr genau eingehalten werden und darf nur geringfügig um die gewünschte Temperatur schwanken. Es ist schwierig, die Heizleistung entsprechend feinfühlig zu regeln.
Man kann die elektrische Heizleistung durch eine Phasenanschnittsteuerung stetig regeln. Eine Phasenanschnittsteuerung der hier vorliegenden hohen Leistungen ist jedoch wegen der dabei erzeugten Oberwellen und der dadurch hervorgerufenen Störungen nicht zulässig. Es ist nur zulässig, den Wechselstrom voll ein- oder auszuschalten, wobei durch einen Nullspannungsschalter dafür gesorgt wird, daß die Einschaltung und die Auschaltung jeweils in Zeitpunkten erfolgt, in denen die Wechselspannung sowieso durch null geht, so daß kein Phasenanschnitt erfolgt.
Eine Regelung der Heizleistung durch Ein- und Ausschalten erfordert jedoch eine relativ hohe Schaltfrequenz, wenn die Forderung erfüllt werden soll, daß eine gewünschte Auslauftemperatur mit hoher Genauigkeit eingehalten wird. Wenn die Heizleistung mit niedriger Schaltfrequenz ein- und ausgeschaltet würde, dann würde aus einem Durchlauferhitzer abwechselnd kaltes oder zu heißes Wasser auslaufen, auch wenn die mittlere Heizleistung der gewünschten Temperatur entspricht.
Eine hohe Schaltfrequenz der Ein- und Ausschaltung einer hohen Heizleistung führt jedoch wieder zu anderen Schwierigkeiten: Durch die Netzimpedanz beeinflußt die hohe Heizleistung des elektrischen Durchlauferhitzers die Netzspannung. Eine hohe Schaltfrequenz würde daher ein unangenehmes Flimmern elektrischer Glühlampen mit sich bringen. Die von den Versorgungsunternehmen zugelassene geschaltete Heizleistung ist daher umso kleiner, je höher die Schaltfrequenz ist. Diese Forderungen stehen dem Bemühen entgegen, die Auslauftemperatur eines Durchlauferhitzers hoher Leistung mit hoher Genauigkeit zu regeln.
Dementsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Regelung der Auslauftemperatur bei elektrischen Durchlauferhitzern zu schaffen, welche auch bei Durchlauferhitzern hoher Leistung von beispielsweise 22 Kilowatt eine genaue Regelung der Auslauftemperatur gestattet.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die installierte Heizleistung des Durchlauferhitzers in wenigstens zwei Stufen unterteilt ist und für die Temperaturregelung jeweils nur eine der Stufen geschaltet wird.
Nach der Erfindung wird somit auf den Durchlauf erhitzer eine feste Heizleistung geschaltet, die von dem Regelspiel des Temperaturreglers nicht beeinflußt ist. Die Temperaturregelung erfolgt durch eine Stufe der Heizleistung, die wesentlich kleiner als die gesamte Heizleistung des Durchlauferhitzers sein kann. Die geringe Heizleistung dieser Stufe kann dann bei dem Regelspiel mit einer entsprechend hohen Frequenz geschaltet werden, so daß eine genaue Einhaltung einer gewünschten Auslauftemperatur gewährleistet ist.
Die Erfindung kann auf verschiedene Weise verwirklicht werden.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung ist nachstehen an einigen Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert: Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform der Erfindung mit einer fest einschaltbaren Stufe der Heizleistung und zwei von je einem Regler geschalteten Stufen.
Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform mit einer bei Wasserdurchlauf fest einschaltbaren Stufe der Heizleistung, einer von dem Regler zur Temperaturregelung geschalteten Stufe und zwei weiteren Stufen, die in Abhängigkeit vom Reglerausgangssignal fest zuschaltbar sind.
Fig. 3 zeigt im einzelnen das Stellglied bei der Ausführungsform nach Fig. 2.
Fig. 4 zeigt eine dritte Ausführungsform der Erfindung, bei welcher eine bei Wasserdurchlauf fest einschaltbare Stufe und eine vom Regler zur Temperaturregelung geschalteten Stufe durch je eine Heizwendelanordnung realisiert ist, während eine dritte, mittlere Heizwendelanordnung in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Reglers mit einer von zwei Heizleistungen beaufschlagt ist.
Fig. 5 zeigt das Stellglied bei der Ausführungsform nach Fig. 4.
Fig. 6 zeigt die Logikschaltung bei der Ausführungsform von Fig. 5.
Fig. 7 zeigt eine vierte Ausführungsform der Erfindung, bei welcher eine Heizwendelanordnung sowohl die "Regelstufe" als auch eine oder mehrere "Zusatzstufen" repräsentiert.
Fig. 8 zeigt das Stellglied bei der Ausführungsform nach Fig. 7.
Fig. 9 zeigt Wellenzüge der Wechselspannung, wie sie bei der Ausführungsform von Fig. 7 und 8 auf die Heizwendel gegeben werden.
Der Einfachheit der Darstellung halber ist in den Figuren als Wechselspannung jeweils eine Phase dargestellt, die auf Heizwendelanordnungen gegeben wird, welche ebenfalls jeweils durch eine einzige Heizwendel dargestellt sind. In der Praxis wird der elektrische Durchlauferhitzer mit Drehstrom betrieben, wobei jede Heizwendelanordnung aus wenigstens drei von den verschiedenen Phasen des Drehstroms beaufschlagten Heizwendeln besteht.
In Fig. 1 ist mit 10 der Durchlaufkanal eines elektrischen Durchlauferhitzers bezeichnet, der von einem Kaltwasseranschluß 12 zu einem Auslauf 14 führt. Am Auslauf ist ein Zapfventil 16 angeordnet. In dem Durchlaufkanal 10 sind strömungsmäßig hintereinandergeschaltet eine Heizwendelanordnung 18, eine Heizwendelanordnung 26 und eine Heizwendelanordnung 22 vorgesehen. Die Heizwendeln können die in Fig. 1 angegebenen Heizleistungen und 10 Kilowatt, 7,8 Kilowatt und 4,2 Kilowatt haben, so daß die gesamte Heizleistung des Durchlauferhitzers 22 Kilowatt beträgt. Die Heizwendelanordnung 18 stellt die erste Stufe der Heizleistung dar, die von einem auf den Wasserdurchfluß ansprechenden Schalter 24 mit dem Schaltkontakt 26 eingeschaltet wird, sobald der Wasserdurchfluß einen vorgegebenen Wert überschreitet.
Stromab von der eine zweite Stufe der Heizleistung repräsentierenden Heizwendelanordnung 20 ist ein erster Temperaturfühler 28 im Durchlaufkanal 10 angeordnet. Der Temperaturfühler 28 liefert einen Temperaturistwert für einen PID-Regler 30. Ein Temperatursollwert wird von einem Potentiometer 32 geliefert.
Der PID-Regler 30 schaltet über einen Triac mit Nullspannungsschalter 34 die zweite Stufe der Heizleistung.
Ein zweiter Temperaturfühler 36 ist im Auslauf 14 angeordnet.
Er liefert einen Temperaturistwert für einen schalteneden PID-Regler 38. Der PID-Regler 38 erhält ebenfalls einen Sollwert von dem Potentiometer 32.
Auf den PID-Regler 30 ist weiterhin die Differenz der mittleren Temperaturen aufgeschaltet, die von den Temperaturfühlern 36 und 28 gemessen werden.
Der PID-Regler 30 ist so ausgelegt, daß er mit einer Schaltfrequenz von etwa 10 Schaltungen pro Minute arbeitet. Der PID-Regler 38 ist dagegen so ausgelegt, daß er etwa 100 Schaltungen pro Minute liefert.
Durch die Heizwendelanordnung 20 wird eine zweite, relativ große Stufe der Heizleistung mit einer verhältnismäßig niedrigen Schaltfrequenz geschaltet. Die Schaltung der Heizleistung von 7,8 Kilowatt mit 10 Schaltungen pro Minute ist wegen der niedrigen Schaltfrequenz zulässig. Mit dieser zweiten Stufe erfolgt eine "Vorregelung" der Temperatur. Die geringe Leistung von 4,2 Kilowatt wird mit hoher Schaltfrequenz geschaltet. Sie braucht nur die Temperaturschwankungen herauszuregeln, die sich nach der Vorregelung durch den Regler 30 und die zweite Stufe noch ergeben. Wegen der geringen Heizleistung der dritten Stufe kann diese mit hoher Schaltfrequenz geschaltet werden, so daß sich im Auslauf 14 eine im wesentlichen gleichförmige Temperatur ergibt, die mit hoher Genauigkeit einem gewünschten, am Potentiometer 32 eingestellten Sollwert entspricht.
In Fig. 2 ist mit 42 der Durchlaufkanal eines elektrischen Durchlauferhitzers bezeichnet, der wieder von einem Kaltwasseranschluß 44 zu einem Auslauf 46 verläuft, an welchem ein Zapfventil 48 vorgesehen ist. Die Heizleistung ist bei diesem Ausführungsbeispiel in vier Stufen unterteilt. Eine erste Stufe, repräsentiert durch eine Heizwendelanordnung 50 mit einer Heizleistung von 10 Kilowatt ist über einen auf den Wasserdurchfluß durch den Durchlaufkanal 42 ansprechenden Schalter 52 mit Schaltkontakt 54 fest einschaltbar, sobald ein vorgegebener Wasserdurchfluß durch den Durchlaufkanal 42 nach öffnen des Ventils 48 erreicht ist. Eine zweite und eine dritte Stufe im Auslauf 46 von je 3,9 Kilowatt sind durch die Heizwendelanordnungen 56 und 58 repräsentiert, die über ein Stellglied 60 eines stetigen PID-Reglers 62 in noch zu beschreibender Weise fest zuschaltbar sind. Eine vierte Stufe der Heizleistung ist durch eine auslaufseitig angeordnete Heizwendelanordnung 64 repräsentiert, die zur Temperaturregelung durch das Stellglied 60 ein- und ausschaltbar ist.
Im Auslauf 46 ist ein Temperaturfühler 66 angeordnet, der einen Temperaturistwert für den PID-Regler 62 liefert. Ein Temperatursollwert wird von einem Potentiometer 68 vorgegeben.
Das Stellglied 60 ist in Fig. 3 im einzelnen dargestellt. An einem Eingang 70 des Stellglied 60 liegt das Ausgangssignal des PID-Reglers. Dieses Ausgangssignal ist parallel auf die Eingänge dreier Komparatoren 72,74,76 geschaltet. An dem Komparator 72 liegt ein erstes Referenzsignal 78. Ein zweites Rererenzsignal liegt an einem Eingang 80 des zweiten Komparators 74. Vom Ausgang des Komparators 72 ist eine Schaltstufe 82 zum Einschalten der zweiten Stufe der Heizleistung (Heizwendel 56) steuerbar. Vom Ausgang des Komparators 74 ist eine Schaltstufe 84 zur Steuerung der dritten Stufe der Heizleistung (Heizwendel 58) steuerbar. Als Referenzspannung an dem dritten Komparator 76 dient das Signal eines Dreieckgenerators 86. Der Referenzspannung werden außerdem über Leitungen 88 und 90 die Ausgangssignale der Komparatoren 72 und 74 überlagert.
Der Ausgang des Komparators 76 steuert über je einen Nullspannungsschalter 92,94,96 und je einem Triac 98,100,102 die drei Phasen R,S,T des Drehstroms für die Heizwendelanordnung 64.
Die beschriebene Anordnung arbeitet wie folgt: Der Dreieckgenerator 86 in Verbindung mit dem Komparator 76 bildet einen Pulsbreitenmoulator. Das Ausgangssignal des stetigen PID-Reglers 62 wird in eine stetig variable Pulsbreite umgesetzt. Je nach der Höhe des Signals 70 wird das Verhältnis zwischen Einschaltdauer und Ausschaltdauer der Heizleistung der vierten Stufe verändert und damit die mittlere Heizleistung, die von der Heizwendelanordnung 64 abgegeben wird. Die Schaltfrequenz wird durch den Dreieckgenerator 86 fest vorgegeben und kann relativ hoch sein, beispielsweise 100 Schaltungen pro Minute betragen. Wenn das Ausgangssignal des PID-Reglers 62 einen durch die Referenzspannung am Eingang 78 des Komparators 72 vorgegebenen Grenzwert überschreitet, was andeutet, daß die von der Heizwendelanordnung 64 gelieferte Heizleistung nicht ausreicht, die gewünschte Auslauftemperatur herzustellen, dann wird über die Schaltstufe 82 die zweite Stufe der Heizleistung mit der Heizwendel 56 eingeschaltet.
Diese zugeschaltete Heizleistung wird gleichzeitig dadurch berücksichtigt, daß über Leitung 88 das Ausgangssignal des Komparators 72 dem Referenzsignal des Dreieckgenerators 86 überlagert wird. Die vierte Stufe der Heizleistung mit Heizwendelanordnung 64 braucht dann nur noch den Restbetrag der Heizleistung aufzubringen, der zum Erreichen des Temperatursollwerts im Auslauf 46 erforderlich ist. Reicht auch die Zuschaltung der Heizwendelanordnung 56 zum Erreichen des Temperatursollwerts nicht aus, dann überschreitet das Ausgangssignal des PID-Reglers 62 auch das Referenzsignal am Eingang 80 des Komparators 84, wodurch über die Schaltstufe 84 auch die dritte Stufe der Heizleistung über die Heizwendelanordnung 58 zugeschaltet wird. Auch diese Zuschaltung wird über Leitung 90 durch ein entsprechendes Anheben des Referenzsignals am Komparator 76 berücksichtigt.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 sind in einem Durchlaufkanal 104 des Durchlauferhitzers, der wieder von einem Kaltwasseranschluß 106 zu einem Auslauf 108 verläuft und in dessen Auslauf ein Zapfventil 110 angeordnet ist, drei strömungsmäßig hintereinander geschaltete Heizwendelanordnungen 112,114,116 angeordnet. Die Heizwendelanordnung 112 repräsentiert wieder eine Grundstufe der Heizleistung, die von einem auf den Durchfluß durch den Durchlaufkanal 104 ansprechenden Schalter 118 mit Schaltkontakt 120 fest eingeschaltet wird, sobald der Durchfluß durch den Durchlaufkanal 104 einen vorgegebenen Wert überschreitet. Die Heizwendelanordnung 114 repräsentiert in noch zu erläuternder Weise eine zweite und dritte Stufe der Heizleistung, die zuschaltbar sind, wenn die über die vierte Stufe mit der Heizwendelanordnung 116 erfolgende Temperaturregelung nicht ausreicht, um am Auslauf 108 die gewünschte Auslauftemperatur zu erzielen.
Im Auslauf 108 ist ein Temperaturfühler 122 angeordnet, der einen Temperaturistwert für einen stetigen PID-Regler 124 liefert. Der Temperatursollwert des PID-Reglers 124 wird wieder durch ein Potentiometer 126 vorgegeben. Das Ausgangssignal des PID-Reglers 124 wird auf einen Eingang 126 eines Stellgliedes 128 gegeben, welches die Heizleistungen auf die Heizwendelanordnung 114 und 116 aufschaltet.
Das Stellglied 128 ist in Fig. 5 dargestellt.
Das Stellglied 128 weist wieder drei Komparatoren 130,132 und 134 auf, denen parallel das am Ausgang 126 des PID-Reglers 124 erscheinende Ausgangssignal zugeführt wird. Die Komparatoren 130 und 132 erhalten an Eingängen 136 bzw. 138 abgestufte Referenzsignale. Als Referenzsignal für den Komparator 134 dient das Ausgangssignal eines Dreieckgenerators 140. Wie bei der Ausführung nach Fig. 3 sind die Ausgangssignal der Komparatoren 130 und 132 über Leitungen 142 bzw. 144 dem Ausgangssignal des Dreiecksgenerators 144 als Referenzspannungen für den Komparator 134 überlagert. Der Ausgang des Komparators 134 steuert, ähnlich wie bei der Ausführungsform nach Fig. 3 über Nullspannungsschalter 146,148 und 150 und Triac 152,154, 156 die drei Phasen R,S,T, die der Heizwendelanordnung 116 zugeführt werden.
Die Ausgangssignal der Komparatoren 130 und 132 liegen an je einem Eingang B bzw. C einer Logikschaltung 158 an. An einem Eingang A der Logikschaltung 158 liegt eine Rechteckspannung, die dadurch erhalten wird, daß die Netzspannung durch eine Schaltstufe 160 in eine Rechteckspannung umgesetzt und durch einen Binärteiler 162 in eine Rechteckspannung von der halben Netzfrequenz umgesetzt wird. Diese letztere Rechteckspannung liegt am Eingang A der Logikschaltung 158.
Das Ausgangssignal der Logikschaltung 158 steuert über Nullspannungsdetektoren 160,162 und 164 und Triacs 166,168, 170 die Stromzufuhr zu der Heizwendelanordnung 114.
Die Logikschaltung ist in Fig. 6 im einzelnen dargestellt. Die beiden Eingänge A und B'liegen gemeinsam an einem UND-Glied 172. Der Ausgang des UND-Gliedes 172 liegt an einem Eingang eines ODER-Gliedes 174. Der zweite Eingang des ODER-Gliedes 174 wird von dem Eingang C der Logikschaltung 158 gebildet. Der Ausgang des ODER-Gliedes 174 bildet den Ausgang der Logikschaltung, der an den Nullspannungsschalter 160,162 und 164 anliegt.
Die beschriebene Anordnung arbeitet wie folgt: Über die Heizwendelanordnung 116 wird in der in Zusammenhang mit Fig. 3 schon beschriebenen Weise eine Heizleistung von 4,2 Kilowatt mit einem Pulsbreitenverhältnis ein- und ausgeschaltet, das direkt proportional dem Ausgangssignal des Reglers 124 ist. Die Schaltfrequenz beträgt wieder 100 Schaltungen pro Minute. Wenn durch die über die Heizwendelanordnung 116 zugeführte Heizleistung der Temperatursollwert im Auslauf 108 nicht erreicht werden kann, dann treten Ausgangssignale am Regler 124 auf, die entweder nur den Komparator 130 oder sowohl den Komparator 130 als auch den Komparator 132 zum Ansprechen bringen. Wenn keiner der Komparatoren 130 und 132 anspricht, dann schaltet die Logikschaltung keine Heizleistung auf die Heizwendelanordnung 114. Spricht nur der Komparator 130 an, dann wird jeder zweite Wellenzug der Wechselspannung zu der Heizwendelanordnung 114 durchgelassen. Bei Ansprechen beider Komparatoren 130 und 132 wird die volle Wechselspannung auf die Heizwendelanordnung 114 gegeben. Die Heizleistung der Heizwendelanordnung 114 ist daher zwischen der maximalen Heizleistung von 7,8 Kilowatt, der halben Heizleistung von 3,9 Kilowatt und der Heizleistung 0 umschaltbar, je nach dem Ansprechen der Komparatoren 130 und 132.
An dem Eingang A liegt eine Rechteckspannung mit einer Frequenz, die der halben Netzfrequenz entspricht. Sind die Signale an den Eingängen B und C beide 0, dann ist auch der Ausgang des UND-Gliedes 172 im Zustand 0, und auch das ODER-Glied 174 liefert das Ausgangssignal 0. Es wird dann kein Triac 166,168,170 hindurchgesteuert. Ist nur das Ausgangssignal des Komparators 130 "L", also logisch 1, dann erscheint am Ausgang des UND-Gliedes 172 eine Rechteckspannung von der halben Netzfreuenz. Es wird somit jeweils abwechselnd eine Periode der Wechselspannung durchgelassen und die nächste Periode gesperrt Wenn auch der Komparator 132 anspricht. dann liegt an dem Eingang C ständig das Signal "L", so daß das ODER-Glied 174 ständig das Ausgangssignal "L" liefert. Dann werden alle Perioden der Wechselspannung durchgeschaltet.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 7 verbindet ein Durchlaufkanal 176 einen Kaltwasseranschluß 178 und einen Auslauf 280, in welchem ein Zapfventil 182 angeordnet ist. Im Durchlaufkanal liegen strömungsmäßig hintereinander eine Heizwendelanordnung 184 und eine Heizwendelanordnung 186. Die Heizwendelanordnung 184, welche eine Grundstufe der Heizleistung von 10 Kilowatt repräsentiert ist in üblicher Weise bei Erreichen eines vorgegebenen Durchflusses über einen Kontakt 188 fest einschaltbar.
Im Auslauf 180 ist ein Temperaturfühler 190 angeordnet, der einen Temperaturistwert für einen stetigen PID-Regler 192 liefert. Der Temperatursollwert des PID-Reglers 192 wird wieder von einem Potentiometer 194 geliefert. Das Ausgangssignal am Ausgang 196 des PID-Reglers liegt an einem Stellglied 198 an.
Das Stellglied 198 ist in Fig. 8 näher dargestellt.
Das Stellglied 198 enthält m Komparatoren 200.1... 200.m-1 und 200.m. Die Ausgangsspannung am Ausgang 196 des PID-Reglers 192 liegt parallel an allen Komparatoren 200.1 bis 200.m an.
Gestufte Referenzspannungen liegen an Eingängen 202.1... 202.m-1 der Komparatoren 200.1 bis 200.m-1 an. An dem Eingang 202.m des Komparators 200.m liegt ein Dreieckgenerator 204.
Der Referenzspannung von dem Dreieckgenerator 204 sind über Leitungen 206.1 bis 206.m-1 die Ausgangssignale der Komparatoren 200.1 bis 200.m-1 überlagert.
Die Ausgänge der Komparatoren 200.1 bis 200.m liegen an einer Logikschaltung 208 an. Die Logikschaltung 208 erhält außerdem die m Ausgänge eines Dualzählers 210 mit m Flip-Flops. Die Netzspannung wird in einer Gleichrichter- und Schaltstufe 212 gleichgerichtet und in eine Rechteckspannung der doppelten Netzfrequenz umgesetzt. Diese Rechteckspannung ist auf den Dualzähler geschaltet.
Das Ausgangssignal der Logik schaltung 208 steuert über Nullspannungsschalter 214,216,218 und Triacs 220,222 und 224 die drei Phasen R,S,T des Drehstroms, der auf die Heizwendelanordnung 186 geschaltet ist.
Die Nullspannungsschalter 214,216,218 und Triacs 220,222, 224 werden von der Logischaltung 208 so gesteuert, daß zur Temperaturregelung in Abhängigkeit vom Ausgang des Pulsbreit:enmodulators, der von dem Komparator 200.m in Verbindung mit dem Dreieckgenerator 204 gebildet ist, eine Umschaltung zwischen zwei aufeinanderfolgenden, durch je eine Folge von Wellenzügen der Wechselspannung bestimmten Stufen der Heizleistung erfolgt.
In Fig. 9 sind für m=3 die in den Stufen O,I,II und III der Heizleistung auf die Heizwendelanordnung 86 gegebenen Wellenzüge der Wechselspannung dargestellt. In der Stufe 0 wird keine Wechselspannung auf die Heizwendelanordnung 186 gegeben.
In der Stufe I wird jede dritte Halbwelle auf die Heizwendelanordnung durchgeschaltet. Wie man sieht, ist dabei jeweils eine Halbwelle positiv und die nächste Halbwelle negativ, so daß der Gleichstrommittelwert, wie erforderlich, verschwindet.
In der Stufe II wird jeweils eine Periode der Wechselspannung auf die Heizwendelanordnung 186 durchgeschaltet. Dann wird eine Halbwelle gesperrt und anschließend wieder eine volle Periode durchgeschaltet. Auch hier ist der Gleichstrommittelwert 0. In der III Stufe schließlich ist die volle Heizleistung auf die Heizwendelanordnung 186 geschaltet. Der Pulsbreitenmodulator 200.m,204 bewirkt nun mit dem Pulsbreitenverhältnis, daß durch das Ausgangssignal des PID-Reglers 192 bestimmt ist, die Heizleistung zwischen jeweils zwei benachbarten Stufen umgeschaltet wird, also beispielsweise zwischen Stufe I und Stufe II. Zwischen welchen Stufen diese Umschaltung erfolgt wird bestimmt davon, welche der Komparatoren 200.1 bis 200.m-1 angesprochen haben.
Wenn die Heizwendelanordnung 186 für eine Leistung von 12,6 Kilowatt ausgelegt ist, dann ergeben sich Stufen der Heizleistung von 0 Kilowatt, 4,2 Kilowatt, 8,4 Kilowatt und 12,6 Kilowatt. Insgesamt ist die maximale Heizleistung des Durchlauferhitzers wieder etwa 22 Kilowatt. Mit der hohen Schaltfrequenz von 100 Schaltungen pro Minute wird jedoch in jedem Fall nur eine kleine Leistung von 4,2 Kilowatt geschaltet.
In weiterer Ausbildung der Erfindung kann auch die Heizwendelanordnung 184 weggelassen werden. Stattdessen kann die-Heizleistung der bei Heizwendelanordnung 186 bei m=5 z.B.
zwischen den Stufen O Kilowatt, 4,4 Kilowatt, 8,8 Kilowatt, 13,2 Kilowatt, 17,6 Kilowatt und 22 Kilowatt geschaltet werden.
Die Schaltung der Leistung mit einer kleinen Subharmonischen der Netzfrequenz, wie dies in den Ausführungsbeispielen nach Fig. 4 und 7 geschieht, ist so schnell, daß sie nicht als Flimmern an einer Lampe in Erscheinung tritt. Der Oberwellengehalt, der durch das Weglassen von Halbwellen auftritt, hält sich bei der Schaltung jeweils im Nulldurchgang in tragbaren Grenzen.

Claims

Patentansprüche Vorrichtung zur Regelung der Auslauftemperatur bei elektrischen Durchlauferhitzern, bei welcher die Heizleistung von einem im Auslauf angeordneten Temperaturfühler mittels eines Reglers steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die installierte Heizleistung des Durchlauferhitzers in wenigstens zwei Stufen unterteilt ist und für die Temperaturregelung jeweils nur eine der Stufen geschaltet wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stufe (18;50;112) der Heizleistung in Abhängigkeit vom Wasserdurchfluß aber unabhängig von der Auslauf temperatur fest einschaltbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlauferhitzer wenigstens drei durch je eine Heizwendelanordnung (18,20,22) repräsentierte, strömungsmäßig in Reihe geschaltete, Stufen der Heizleistung aufweist, von denen die einlaßseitige Stufe (18) fest einschaltbar ist, daß zwischen der mittleren Stufe (20) und der auslaßseitigen Stufe (22) und stromab von der auslaßseitigen Stufe (22), die eine gegenüber der mittleren Stufe (20) verminderte Heizleistung besitzt, je ein Temperaturfühler (28,36) angeordnet ist, daß die Temperaturfühler (28,36) über je einen iegler (30,38) die jeweils stromauf davon angeordnete Stufe (20,22) schalten und daß die Schaltfrequenz des die auslaßseitige Stufe (22) schaltenden Reglers (38) höher ist als die des Reglers (30), der die mittlere Stufe (20) schaltet.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf den die mittlere Stufe (20) schaltenden Regler (30) die Differenz der Mittelwerte der Temperaturen aufgeschaltet ist, die von den beiden Temperaturfühlern (28,36) gemessen werden.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,- dadurch gekennzeichnet, daß durch ein vom Ausgangssignal des Reglers (62,124) beaufschlagtes Stellglied (60,128) in Abhängigkeit vom Reglerausgangssignal wenigstens eine Stufe (56,58;104) der Heizleistung fest zuschaltbar ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (62,124) ein stetiger PI- oder PID-Regler ist und daß das Stellglied (60,128) für die Steuerung der Heizleistung einen Pulsbreitenmodulator (86,76; 140,134) mit fester Taktfrequenz enthält, der von dem Ausgangssignal des Reglers (60,124) ansteuerbar ist, und daß von dem Pulsbreitenmodulator über Nullspannungsschalter (92,90,96;146,148,150) Triacs (98,100,102; 152,154,156) zur Schaltung der einen Stufe (64,116) der Heizleistung gesteuert wird.
7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (60,128) wenigstens einen Komparator (72,74;130,132) enthält, auf den das Ausgangssignal des Reglers (60,124) und ein Referenzsignal aufgeschaltet sind und der die eine Stufe (56,58;114) der Heizleistung fest zuschaltet.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, daß für die zuzuschaltende Stufe eine gesonderte Heizwendelanordnung (56,58) vorgesehen ist, die stromauf von einer Heizwendelanordnung (64) angeorndet ist, welche die zur Temperaturregelung geschaltete Stufe der Heizleistung repräsentiert.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, daduch gekennzeichnet, daß für mehrere fest zuschaltbare Stufen der Heizleistung eine gemeinsame Heizwendelanordnung (114) vorgesehen ist, daß die Ausgangssignale mehrerer Komparatoren (130,132), auf die das Ausgangssignal des Reglers (124) und je eines aus einer Reihe abgestufter Referenzsignale aufgeschaltet sind, zusammen mit einem Signal, das durch Frequenzteilung mittels eines Frequenzteilers (162) aus der Netzfrequenz erzeugt wird, einer Logikschaltung (158) zugeführt werden, und daß die Logikschaltung (158) Ausgangssignalfolgen zur Ansteuerung einer Nullspannungsschalter- und Triac-Anordnung (160,162,164,166,168,170) für die Heizleistung der gemeinsamen Heizwendelanordnung (114) liefert, derart, daß in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen der Komparatoren (130,132) unterschiedliche Folgen von Wellenzügen der Wechselspannung auf die gemeinsame Heizwendelanordnung (114) gegeben werden.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Heizwendelanordnung (186) auch für die zur Temperaturregelung schaltbare Stufe vorgesehen ist, daß auf die Logikschaltung (208) auch der Ausgang der Pulsbreitenmodulators (200.m,204) aufgeschaltet ist und daß die Nullspannungsschalter- und Triac-Anordnung (214, 216,218,220,222,224) von der Logikschaltung (208) so gesteuert werden, daß zur Temperaturregelung in Abhängigkeit vom Ausgang des Pulsbreitenmodulators eine Umschaltung jeweils zwischen zwei aufeinanderfolgenden, durch je eine Folge von Wellenzügen der Wechselspannung bestimmten Stufen der Heizleistung erfolgt.