DE3436140C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Heißwasser-Durchlauf­ erhitzer mit einem einen wasserdurchströmten Kanal auf­ weisenden Gehäuse, bei welchem die Wandung des Kanals aus einem den elektrischen Strom nicht leitenden Werkstoff besteht und in einem Teilstück dieses Kanals eine von elektrischem Strom durchflossene Heizspirale angeordnet ist, und mit einer Wassermangel-Sicherheitseinrichtung, die in Abhängigkeit von der elektrischen Leitfähigkeit des im Strömungskanal enthaltenen Wassers den Heizstrom der Heizspirale steuert, wobei zur Erfassung der elek­ trischen Leitfähigkeit ein Fühler vorgesehen ist, der zwei im Wasserstrom liegende Elektroden umfaßt, von welchen die eine der beiden Elektroden die Heizspirale ist.

Bei den bekannten Geräten der in Betracht kommenden Art, beispielsweise einem Gerät nach dem DE-Gbm 79 16 786, erfolgt die Einschaltung des Heizstroms der Heizspirale mit Hilfe einer Wasserdruck-beaufschlagbaren, unter dem Wasserdruck verformbaren Membran und eines von dieser ge­ steuerten Schaltelements. Bei derartigen Heißwasser- Durchlauferhitzern wird der Heizstrom der Heizspirale aber auch dann eingeschaltet, wenn sich im Wasserstrom Gas- bzw. Luftblasen befinden und die Heizspirale nicht oder nicht vollständig im Wasserstrom liegt. Dies führt zu einer sehr raschen Überhitzung und zu einer Zerstörung der Heizspirale. Das Entstehen derartiger Gas- bzw. Luft­ blasen beruht in erster Linie auf dem Absperren von Wasser­ leitungssträngen aus Anlaß von Montage- bzw. Reparatur­ arbeiten am Wasserleitungssystem.

Wie aus der DE-OS 15 65 130 bekanntgeworden ist, versuchte man dem erwähnten Nachteil dadurch zu begegnen, daß man eine Wassermangel-Sicherheitseinrichtung vorsah, die von der elektrischen Leitfähigkeit des zu erwärmenden Wassers gesteuert ist. Zu diesem Zweck ist vorgeschlagen worden, parallel zu dem die Heizspirale enthaltenden und von Wasser durchströmten Rohr ein zusätzliches wasserführendes Rohr vorzusehen, das einen wesentlich geringeren Innen­ durchmesser aufweist und als Bypass oberhalb der am höchsten gelegenen Stelle der Heizspirale bzw. einer Viel­ zahl von Heizspiralen angeordnet ist. Eine der beiden Fühlerelektroden zur Erfassung der elektrischen Leitfähig­ keit des Wassers ist im stromaufwärtigen Ende der Heiz­ spirale hinter der Bypass-Abzweigung und die zweite Fühler­ elektrode im Endbereich des Bypassrohres an dessen höchster Stelle angeordnet. Gemessen wird somit die Leitfähigkeit einer relativ großen bzw. langen Wasserbrücke, welche durch die Lufteinschlüsse im sich verengenden Bereich des Bypass-Einlasses unterbrochen werden soll, um dadurch die Wassermangel-Sicherheitseinrichtung zu betätigen.

Mit der Unterbrechung der Wasserbrücke erfolgt somit auch die Unterbrechung des Heizstroms. Um zu gewährleisten, daß die Unterbrechung des Heizstroms mindestens so lange dauert wie das Vorbeiströmen der Lufteinschlüsse an der Heizspirale, ist zusätzlich zur Querschnittsverringerung am Bypasseingang stromabwärts hinter der Bypass-Einmündung eine Drossel vorgesehen und die Innenoberfläche des Bypasses aufgerauht, um die Strömung im Bypass zu verzögern.

Neben dem komplizierten Aufbau der vorbekannten Wasser­ mangel-Sicherheitseinrichtung unter Verwendung eines Bypasses besteht ein weiterer, wesentlicher Nachteil darin, daß die Luftblase am Bypasseingang hängenbleibt, so daß die Wasserbrücke zwischen den beiden Fühlerelektroden auf Dauer unterbrochen ist. Unabhängig davon ist das Wieder­ einschalten des Heizstroms auch bei elektrisch weniger gut leitenden Wassersorten nicht gewährleistet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wassermangel- Sicherheitseinrichtung für Heißwasser-Durchlauferhitzer der in Betracht kommenden Art zu schaffen bzw. solche vorbe­ kannter Art in der Weise zu verbessern, daß selbst im Falle des Austretens von Gas- oder Luftblasen innerhalb des Leitungssystems eine Zerstörung der stromdurchflossenen Heizspirale mit Sicherheit vermieden wird und eine durch sie bedingte Heizstromabschaltung nur kurzfristig erfolgt, so daß ein zuverlässiger Betrieb des betreffenden Geräts über einen langen Zeitraum hinweg gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Weitere Ausgestaltungen des erfindungsgemäß ausgebildeten Heißwasser- Durchlauferhitzers gehen aus den Unteransprüchen hervor. In der nach­ stehenden Beschreibung eines in den Fig. 1 bis 3 der Zeich­ nung dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Heißwasser- Durchlauferhitzers;

Fig. 2 ein Blockschaltbild des elektrischen Steuer­ kreises der Wassermangel-Sicherungseinrichtung, und

Fig. 3 einen Schnitt durch ein Teilstück des Gehäuses in demjenigen Bereich, wo sich die Elektroden des Fühlers der Wassermangel-Sicherungseinrichtung befinden.

Der Heißwasser-Durchlauferhitzer weist in an sich bekannter Weise ein Gehäuse 11 auf, in welchem ein wasserdurchströmter Kanal 12 angeordnet ist. In einem Teil­ stück 13 dieses Kanals 12 befindet sich ein Isolierrohr 14, in welchem eine Heizspirale 15 angeordnet ist. Beim Durchströmen des Isolierrohrs 14 wird das Wasser von der stromdurchflossenen Heizspirale 15 unmittelbar erwärmt bzw. erhitzt.

Am Austrittsende des Isolierrohrs 14 befindet sich in der Nähe der Heizspirale 15 die eine Elektrode 16 des Fühlers 17 der Wassermangel-Sicherungseinrichtung 18 (Fig. 2), mit welcher die Leitfähigkeit des zwischen der Elektrode 16 und der von der Heizspirale 15 gebildeten zweiten Elektrode des Fühlers 17 befindlichen Mediums bestimmt werden kann. Auf­ grund der Tatsache, daß das Leitungswasser eine bestimmte Leitfähigkeit besitzt und die Leitfähigkeit von Gas bzw. Luft praktisch Null ist, kann die Leitfähigkeit der Medien zwischen den Elektroden 15 und 16 in sehr einfacher Weise als Kriterium für die Ein- bzw. Abschaltung des Heizstroms der Heizspirale 15 benutzt werden.

Dies geschieht mit Hilfe des in Fig. 2 schematisch dargestell­ ten schaltungsmäßigen Aufbaus des Steuerkreises der Wassermangel-Sicherungseinrichtung 18. Die einzelnen Elemente dieses Steuerkreises sind auf einer mit vorgegebenen Leiterbahnen versehenen Platine befestigt.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, weist der Steuerkreis der Wasser­ mangel-Sicherungseinrichtung 18 vier Anschlußkontakte 21, 22, 23 und 24 auf. Die Anschlußkontakte 21 und 22 sind unmittelbar mit den beiden Netzklemmen 25 und 26 verbunden. Die Netzklemme 25 ist vorzugsweise mit dem spannungsführenden Leiter und die Netzklemme 26 mit dem nicht spannungsführenden Leiter verbun­ den. Der Kontakt 23 des Steuerkreises ist mit dem einen Ende der Heizspirale 15 verbunden, deren anderes Ende an die nicht spannungsführende Netzklemme 26 geführt ist. Der Anschluß­ kontakt 24 ist schließlich über einen Leiter 27 mit der Elek­ trode 16 des Fühlers 17 verbunden.

Die für den Betrieb erforderliche Betriebsgleichspannung liefert ein Stromversorgungsteil 28, welches einen Transformator T 1 auf­ weist, der eingangsseitig mit den Anschlußkontakten 21 und 22 verbunden ist. Dieser Transformator T 1 ist ausgangsseitig mit einem Vierweggleichrichter G 1 verbunden, dessen Gleichspannung über eine Diode D 1 einem Ladekondensator C 1 zugeführt wird. Im Hinblick auf eine Stabilisierung gegenüber Netzspannungs­ schwankungen wird die an dem Ladekondensator C 1 liegende Span­ nung über einen Spannungsregler U 1 einem weiteren Ladekonden­ sator C 2 zugeführt, an welchem eine auf 12 Volt stabilisierte Betriebsgleichspannung abnehmbar ist.

Die Elektrode 16 des Fühlers 17 ist über den Anschlußkontakt 24 mit dem mittleren Verbindungspunkt eines aus den Wider­ ständen R 1 und R 3 bestehenden Spannungsteilers verbunden, welcher über die Anschlußkontakte 21 und 22 an die an den Netzklemmen 25 und 26 anliegende Netzspannung angelegt ist. Parallel zu dem Widerstand R 3 liegt dabei ein weiterer Widerstand, welcher durch die Leitfähigkeit des Mediums zwischen der Elektrode 16 und der Heizspirale 15 gebildet wird. Die an dem Verbindungspunkt zwischen den beiden Widerständen R 1 und R 3 anliegende Wechselspannung wird über einen Widerstand R 4 einem ersten Spannungskomparator U 2 zugeführt, welcher mit der an dem Ladekondensator C 2 anliegenden Spannung gespeist wird. Dieser erste Spannungskomparator U 2 ist ausgangsseitig über einen Widerstand R 5 mit dem mittleren Verbindungspunkt eines aus einem Widerstand R 6 und einem Kondensator C 3 bestehenden RC- Gliedes verbunden, welches mit seinen äußeren Kontakten die an dem Ladekondensator C 2 anliegende Betriebsspannung erhält. Die Schaltelemente R 5, R 6 und C 3 sind dabei derart dimensio­ niert, daß im Anschluß an das Ansprechen des ersten Spannungs­ komparators U 2 eine Einschaltverzögerung von bestimmter Dauer, beispielsweise etwa 0,5 sec, zustande kommt. Die an dem mittle­ ren Verbindungspunkt des RC-Gliedes R 6, C 3 anliegende Spannung wird einem zweiten Spannungskomparator U 3 zugeführt, welchem die an dem Speisekondensator C 2 anliegende Betriebsspannung zugeführt wird.

Der Vierweggleichrichter G 1 des Stromversorgungsteils 28 ist ausgangsseitig zusätzlich über einen Widerstand R 2 und eine parallel dazu geschaltete Leuchtdiode D 2 mit den Wicklungen der beiden Relais K 1 und K 2 verbunden, welche mit ihren zweiten Anschlußkontakten über einen Leiter 29 mit dem zweiten Spannungskomparator U 3 verbunden sind. Der Spannungs­ komparator U 3 ist derart aufgebaut, daß bei seinem Ansprechen eine niederohmige Verbindung des zu den Wicklungen der Relais K 1, K 2 führenden Leiters 29 mit dem an dem Anschlußkontakt 22 angeschlossenen, im wesentlichen Erdpotential aufweisenden Leiters zustande kommt, so daß auf diese Weise die beiden Relais K 1 und K 2 zum Ansprechen gebracht werden.

Parallel zu den Wicklungen der beiden Relais K 1 und K 2 ist zusätzlich eine Freilaufdiode D 3 vorgesehen, mit welcher eine Unterdrückung der beim Abschalten der Relaiswicklungen sich ergebenden Spannungsspitzen erfolgt. Die beiden Relais K 1 und K 2 sind mit zwei parallel zueinander angeordneten Arbeits­ kontakten k 1 und k 2 versehen, mittels welcher die Heizspirale 15 an die Netzklemmen 25 und 26 angelegt wird, so daß dann die Heizspirale 15 von einem Heizstrom durchflossen wird.

Die Funktionsweise der beschriebenen Schaltungsanordnung ist wie folgt: Wenn der Heißwasser-Durchlauferhitzer in Betrieb genommen wird, was beispielsweise durch Öffnen eines Absperr­ organs geschieht, durchströmt Wasser den Kanal 12 in dem Durchlauferhitzer. Mit Hilfe eines nicht dargestellten Druck­ schalters werden zwei Kontakte geschlossen, wodurch die Netz­ spannung an den Netzklemmen 25 und 26 anliegt. Diese Netz­ spannung wird dann mit Hilfe der aus den Elementen T 1, G 1, D 1, C 1, U 1 und C 2 bestehenden Stromversorgung 28 in eine netzstabi­ lisierte Gleichspannung von etwa 12 Volt umgesetzt, welche an dem Ladekondensator C 2 zur Speisung der beiden Spannungs­ komparatoren U 2 und U 3 sowie des RC-Gliedes R 6, C 3 zur Ver­ fügung steht. Darüber hinaus steht die am Ausgang des Vier­ weggleichrichters G 1 auftretende Gleichspannung zur Speisung der Wicklungen der beiden Relais K 1 und K 2 zur Verfügung.

Die an den Netzklemmen 25 und 26 anliegende Netzspannung wird ebenfalls über die Anschlußkontakte 21 und 22 dem aus den beiden Widerständen R 1 und R 3 bestehenden Spannungsteiler zugeführt. Die Werte der Widerstände R 1 und R 3 dieses Span­ nungsteilers sind dabei derart gewählt, daß bei Vorhandensein einer Gas- bzw. Luftblase im Bereich zwischen der Elektrode 16 und der Heizspirale 15 des Fühlers 17, d. h. bei Vorhanden­ sein eines im wesentlichen unendlichen Widerstands zwischen den beiden Elektroden 15 und 16 die am gemeinsamen Verbin­ dungspunkt der beiden Widerstände R 1, R 3 sich ergebende Wechselspannung derart hoch ist, daß über den Widerstand R 4 eine Aktivierung des ersten Spannungskomparators U 2 nicht zustande kommt. Wenn jedoch zwischen der Elektrode 16 und der Heizspirale 15 keine Luftblase vorhanden ist, d. h. der zwischen diesen befindliche Raum mit Wasser gefüllt ist, er­ gibt sich aufgrund der Leitfähigkeit des Wassers ein bestimm­ ter, relativ niedriger Widerstandswert, wodurch die am Ver­ bindungspunkt zwischen den beiden Widerständen R 1 und R 3 anliegende Wechselspannung absinkt und über den Widerstand R 4 eine Aktivierung des ersten Spannungskomparators U 2 er­ folgt.

Die dem zweiten Komparator U 3 zugeführte Steuerspannung wird durch die Werte des Widerstandes R 6 und des Kondensators C 3 des RC-Gliedes R 6, C 3 festgelegt und besitzt somit nach dem Einschalten einen hohen Spannungswert. Nach dem Ansprechen des ersten Spannungskomparators U 2 ergibt sich jedoch inner­ halb desselben eine niederohmige Verbindung zwischen seinem Ausgang und der mit dem Anschlußkontakt 22 verbundenen, auf Erdpotential liegenden Leitung, so daß auf diese Weise eine Entladung des Kondensators C 3 über den Widerstand R 5 zustande kommt. Dies wiederum führt dazu, daß die am Ver­ bindungspunkt zwischen den beiden Widerständen R 5 und R 6 anliegende Spannung mit einer durch die Kapazität des Kon­ densators C 3 festgelegten zeitlichen Verzögerung derart absinkt, daß der zweite Spannungskondensator U 3 mit einer zeitlichen Verzögerung von etwa 0,5 sec nach dem Ansprechen des ersten Komparators U 2 ebenfalls zum Ansprechen gelangt. Aufgrund dieser zeitlichen Verzögerung kann sichergestellt werden, daß die Strömungsverhältnisse innerhalb des Isolier­ rohres 14 im Anschluß an die Eliminierung eventuell vorhande­ ner Gas- oder Luftblasen sich so weit stabilisieren konnten, daß mit dem Auftreten weiterer Gas- oder Luftblasen nicht zu rechnen ist.

Durch das Ansprechen des zweiten Spannungskomparators U 3 wird zwischen seinem Ausgang und der mit dem Anschlußkontakt 22 verbundenen, im wesentlichen auf Erdpotential liegenden Lei­ tung eine niederohmige Verbindung hergestellt, so daß von dem Vierweggleichrichter G 1 über den Widerstand R 2 und die parallel­ geschaltete Leuchtdiode D 2 sowie die parallelgeschalteten Wicklungen der beiden Relais K 1 und K 2 ein Stromfluß in Rich­ tung der mit dem Anschlußkontakt 22 verbundenen geerdeten Leitung zustande kommt. Die beiden Relais K 1 und K 2 gelangen somit zum Ansprechen, wodurch die Arbeitskontakte k 1 und k 2 geschlossen werden. Auf diese Weise wird der von der Netz­ klemme 25, den Anschlußkontakt 21, die beiden Arbeitskontakte k 1 und k 2, den Anschlußkontakt 23, die Heizspirale 15 und die Netzklemme 26 gebildete Stromkreis geschlossen, so daß die Heizspirale 15 das das Isolierrohr 14 durchströmende Wasser erhitzt. Durch das gleichzeitige Aufleuchten der Leuchtdiode D 2 wird die Aktivierung der beiden Relais K 1 und K 2 und damit der Betrieb des Durchlauferhitzers angezeigt.

Befinden sich während des Betriebs des Geräts Gas- bzw. Luft­ blasen in dem Isolierrohr 14, so wird mit Hilfe der Fühler­ elektrode 16 und des Steuerkreises der Wassermangel-Siche­ rungseinrichtung 18 der der Heizspirale 15 zugeführte Heiz­ strom sofort unterbrochen, weil sich der Widerstandswert des Mediums zwischen der Fühlerelektrode 16 und der Heizspirale 15 ändert. Der Anstieg der am Verbindungspunkt zwischen den beiden Widerständen R 1 und R 3 anliegenden Spannung bewirkt über den Widerstand R 4 eine Entaktivierung des Spannungs­ komparators U 2, was durch Spannungsanstieg an dem Verbindungs­ punkt der Elemente R 6 und C 3 eine entsprechende Entaktivierung des zweiten Spannungskomparators U 3 hervorruft. Durch die sich ergebende hochohmige Verbindung in bezug auf die mit dem An­ schlußkontakt 22 verbundene geerdete Leitung werden die beiden Relais K 1 und K 2 entaktiviert, was ein Öffnen der entsprechen­ den Arbeitskontakte k 1 und k 2 und damit eine Unterbrechung des Stromkreises der Heizspirale 15 zur Folge hat. Ein erneutes Einschalten der Heizspirale 15 kann in der Folge nur dann erfolgen, wenn in dem Isolierrohr 14 wieder stabile Strömungs­ verhältnisse herrschen.

Wie aus Fig. 3 hervorgeht, ist die Elektrode 16 in unmittel­ barer Nähe der Heizspirale 15 bzw. deren Anschlußdrähten an­ geordnet, und zwar so weit von dieser entfernt, daß eine Be­ rührung unmöglich ist; andererseits aber wiederum so nah, daß zwischen dem in den Strömungskanal 12 ragenden, am vor­ deren Ende der Kontaktschraube 31 befindlichen Elektroden­ stift 32 und der Heizspirale 15 ein elektrischer Widerstand gewünschter Größe vorhanden ist.

Wenn vorgeschlagen wird, zwei parallelgeschaltete Relais K 1 und K 2 vorzusehen, so geschieht dies aus Gründen größerer Sicherheit. Selbstverständlich ist die Anordnung auch nur eines einzelnen Relais ausreichend, um das angestrebte Ziel zu erreichen.

Zusammenfassend ergibt sich somit, daß mit Hilfe der vorgesehenen Wassermangel-Sicherungseinrichtung ein sehr wirksamer Schuzt gegen eine Zerstörung der Heizspirale des Heißwasser-Durchlauferhitzers erreicht werden kann, weil immer dann, wenn im Bereich der Heizspirale 15 Gas- bzw. Luft­ blasen auftreten, eine sofortige Unterbrechung der Stromzufuhr zu der Heizspirale 15 erfolgt.

Claims (8)

1. Heißwasser-Durchlauferhitzer mit einem einen wasserdurch­ strömten Kanal aufweisenden Gehäuse, bei welchem die Wandung des Kanals aus einem den elektrischen Strom nicht leitenden Werkstoff besteht und in einem Teilstück dieses Kanals eine von elektrischem Strom durchflossene Heizspirale angeordnet ist, und mit einer Wassermangel- Sicherheitseinrichtung, die in Abhängigkeit von der elektrischen Leitfähigkeit des im Strömungskanal ent­ haltenen Wassers den Heizstrom der Heizspirale steuert, wobei zur Erfassung der elektrischen Leitfähigkeit ein Fühler vorgesehen ist, der zwei im Wasserstrom liegende Elektroden umfaßt, von welchen die eine der beiden Elektroden die Heizspirale ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Elektrode (32) im Strömungskanal (12) mit Abstand zur Heizspirale (15) angeordnet ist.

2. Durchlauferhitzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (16) aus einer in die Wandung des Strö­ mungskanals (12) eingeschraubten Kontaktschraube (31) besteht, deren Elektrodenstift (32) in der Nähe der Heizspirale (15) in den Strömungskanal (12) hineinragt.

3. Durchlauferhitzer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zweite Fühlerelektrode (16) Teil eines netzspannungsgespeisten Spannungsteilers (R 1, R 3) ist, der mit einem Spannungskomparator (U 2) verbunden ist.

4. Durchlauferhitzer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungskomparator (U 2) ausgangsseitig über ein RC-Glied (R 6, C 3) mit einem zweiten Spannungskomparator (U 3) verbunden ist, mit welchem die Ansteuerung eines Schaltrelais (K 1) erfolgt, dessen Arbeitskontakt (k 1) im Speisekreis der Heizspirale (15) angeordnet ist.

5. Durchlauferhitzer nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Speisung des Spannungskomparators (U 2) bzw. der Spannungskomparatoren (U 2, U 3) sowie des RC- Gliedes (R 6, C 3) mit Hilfe einer aus einem Transformator (T 1), einem Vierweggleichrichter (G 1), einer Glättungs­ diode (D 1), einem ersten Ladekondensator (C 1), einem Spannungsregler (U 1) und einem zweiten Ladekondensator (C 2) bestehenden Stromversorgung erfolgt, und daß die Speisung der Schaltrelais (K 1, K 2) unmittelbar von dem Vierweggleichrichter (G 1) her erfolgt.

6. Durchlauferhitzer nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß parallel zu dem Schaltrelais (K 2) eine die beim Abschaltvorgang auftretenden Spannungsspitzen unter­ drückende Freilaufdiode (D 3) vorgesehen ist.

7. Durchlauferhitzer nach einem der Ansprüche 4 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß parallel zu dem Schaltrelais (K 1) ein weiteres Relais (K 2) vorgesehen ist, deren Arbeitskontakte (k 1, k 2) parallel zueinander im Strom­ kreis der Heizspirale (15) angeordnet sind.

8. Durchlauferhitzer nach einem der Ansprüche 4 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß in Serie zu der Wicklung des Relais (K 1) bzw. der Relais (K 1, K 2) eine deren Schalt­ zustand anzeigende Leuchtdiode (D 2) angeordnet ist.