DE4106273C1

DE4106273C1 - Through-flow electric water heater - controls heating elements power using triacs cooled by pipe connected to cold water supply

Info

Publication number: DE4106273C1
Application number: DE4106273A
Authority: DE
Inventors: Karlheinz 3470 Hoexter De Schaefer
Original assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Current assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Priority date: 1991-02-28
Filing date: 1991-02-28
Publication date: 1992-05-21
Anticipated expiration: 2011-03-01

Abstract

The through-flow electric water heater uses electronic switches (7), e.g. triacs, for power control of the electric heating elements (6) within the water container (1). These switches (7) are cooled via the connection pipe (12) leading to the cold water network. A second connection pipe (17) allows the water heater to be supplied with pre-heated water, e.g. provided via a solar collector (19), or a heat pump. Pref. a mixer (21) regulates the quantity of pre-heated water and cold water fed to the water heater. A min. cold water flow is maintained, sufficient for heat dissipation from the electronic switches (7). ADVANTAGE - Prevents overheating of electronic switches when pre-heated water is used.

Description

Die Erfindung betrifft einen Durchlauferhitzer mit elektronischen Schaltelementen, insbesondere Triacs, zur Leistungssteuerung elektrischer, in einem Wasserbehälter angeordneter Heizkörper und mit einem über einen ersten Zulaufstutzen an das Kaltwassernetz angeschlossenen Rohrstück, an dem die Schaltelemente zu ihrer Kühlung durch Kaltwasser angeordnet sind.The invention relates to a water heater electronic switching elements, in particular triacs, for Power control electrical, in a water tank arranged radiator and with one over a first Inlet connection connected to the cold water network Pipe piece on which the switching elements for their cooling are arranged by cold water.

Ein derartiger Durchlauferhitzer ist in der DE 39 06 603 A1 beschrieben. Das Rohrstück bildet dort die einzige Wasserzuleitung zum Wasserbehälter. Es ist bekannt, daß dann, wenn die Kaltwassertemperatur nicht hinreichend niedrig ist, die notwendige Kühlung der Schaltelemente nicht mehr gewährleistet ist. Dies hat zur Folge, daß eines oder mehrere der Schaltelemente zerstört werden. Es ist deshalb in der DE 39 06 603 A1 vorgeschlagen, daß die Steuerschaltung die Schaltelemente abschaltet, wenn die Kaltwassertemperatur eine vorbestimmte Zeit nach dem Einschalten des Durchlauferhitzers über einem für die Kühlung der Schaltelemente unzureichenden Grenzwert bleibt.Such a water heater is in the DE 39 06 603 A1 described. The pipe section forms there the only water supply to the water tank. It is known that when the cold water temperature is not is sufficiently low, the necessary cooling of the Switching elements is no longer guaranteed. This has to Consequence that one or more of the switching elements destroyed will. It is therefore in DE 39 06 603 A1 suggested that the control circuit the switching elements turns off when the chilled water temperature is a predetermined time after turning on the Instantaneous water heater over one for cooling the Switching elements insufficient limit value remains.

Bei manchen Anlagen ist vorgesehen, dem Durchlauferhitzer nicht Kaltwasser aus dem Kaltwassernetz, sondern vorerwärmtes Wasser zuzuführen. Der Durchlauferhitzer braucht dann nur noch die Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur des vorerwärmten Wassers und der Solltemperatur zu erzeugen. Die ist wirtschaftlich, wenn vorerwärmtes Wasser ohnehin zur Verfügung steht, weil beispielsweise die Anlage einen Solarkollektor oder eine Wärmepumpe aufweist. Der Durchlauferhitzer nach der DE 39 06 603 A1 allerdings eignet sich für einen solchen Einsatzfall nicht. Denn dann, wenn dem Rohrstück vorerwärmtes Wasser zugeführt wird, ist die notwendige Kühlung der Schaltelemente nicht mehr gewährleistet, so daß der Durchlauferhitzer abschaltet und damit das vorerwärmte Wasser nicht auf die Solltemperatur bringen kann.In some systems, the instantaneous water heater is provided not cold water from the cold water network, but to supply preheated water. The instantaneous water heater then only needs the temperature difference between the temperature of the preheated water and the Generate target temperature. It is economical if preheated water is available anyway because for example the system a solar collector or a Has heat pump. The instantaneous water heater after the DE 39 06 603 A1, however, is suitable for such Not in use. Because when the pipe piece preheated water is required Cooling of the switching elements is no longer guaranteed, so that the instantaneous water heater switches off and thus the Do not bring preheated water to the set temperature can.

In der DE-AS 10 93 070 ist ein elektrischer Durchlaufer hitzer mit zwei hintereinander geschalteten Durchlauf systemen beschrieben. Im gemeinsamen Kaltwasserzulauf der beiden Durchlaufsysteme und im Wasserweg zwischen den beiden Durchlaufsystemen sind Umschaltmittel vorgesehen. Dabei ist es möglich, das durchfließende Wasser entweder im ersten Durchlaufsystem und dann zusätzlich im zweiten Durchlaufsystem oder nur im zweiten Durchlaufsystem zu erwärmen. Auf eine Kühlung von Schaltelementen kommt es dabei nicht an.In DE-AS 10 93 070 there is an electrical flow heater with two consecutive passes systems described. In the common cold water inlet of the both flow systems and in the waterway between the switching means are provided in both flow systems. It is possible to either allow the water to flow through in the first flow system and then additionally in the second Continuous system or only in the second continuous system heat. Cooling of switching elements is important not doing so.

In der WO 81/02 774 ist ein Wasserheizgerät mit einem Gas-Durchlauferhitzerteil beschrieben. Dieser kann direkt mit dem Kaltwassernetz oder mit einer Quelle vorerwärmten Wassers verbunden werden, die beispielsweise ein Speicher und/oder Solarkollektor sein kann. Auch dort ist eine Kühlung von Schaltelementen nicht vorgesehen.In WO 81/02 774 there is a water heater with a Gas water heater section described. This can be done directly preheated with the cold water network or with a spring Water connected, for example a storage and / or can be a solar collector. There is one there too Cooling of switching elements not provided.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Durchlauferhitzer der eingangs genannten Art vorzuschlagen, der mit vorerwärmtem Wasser betrieben werden kann und bei dem dennoch eine ausreichende Kühlung der Schaltelemente gewährleistet ist.The object of the invention is to provide a water heater to propose the type mentioned at the beginning, with preheated water can be operated and where adequate cooling of the switching elements is guaranteed.

Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe bei einem Durchlauferhitzer der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Durchlauferhitzer einen zusätzlichen, zweiten Zulaufstutzen aufweist, dem, beispielsweise aus einem Speicher eines Solarkollektors oder einer Wärmepumpe, vorerwärmtes Wasser zuführbar ist, und daß dieser zweite Zulaufstutzen über ein das Rohrstück umgehendes Leitungsstück in den Wasserbehälter mündet.According to the invention, the above task is for one Water heater of the type mentioned in the introduction solved that the water heater has an additional, has second inlet connection, the, for example from a memory of a solar collector or one Heat pump, preheated water can be supplied, and that this second inlet pipe via a pipe section immediate pipe section opens into the water tank.

Dadurch ist erreicht, daß das zur Verfügung stehende, vorerwärmte Wasser zwar dem Wasserbehälter des Durchlauferhitzers, jedoch nicht dem Rohrstück, an dem die zu kühlenden Schaltelemente angeordnet sind, zugeführt wird. Das Rohrstück wird durch Kaltwasser aus dem Kaltwassernetz so gekühlt, daß die Schaltelemente nicht gefährdet sind.This ensures that the available preheated water to the water tank of the Instantaneous water heater, but not the pipe section on which the switching elements to be cooled are arranged, is fed. The pipe section is made by cold water the cold water network cooled so that the switching elements are not at risk.

In Ausgestaltung der Erfindung mündet das Rohrstück in das Leitungsstück. Es ist dadurch erreicht, daß das das Rohrstück durchfließende und von der Verlustleistung der Schaltelemente erwärmte Wasser ebenfalls dem Wasserbehälter zugeführt wird. Die Abwärme der Schaltelemente ist also zur Erwärmung des Wassers ausgenutzt.In an embodiment of the invention, the pipe section opens into the line piece. It is achieved that the Pipe piece flowing and from the power loss of the Switching elements also heated the Water tank is supplied. The waste heat from the Switching elements is therefore for heating the water exploited.

Bei einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist das Rohrstück an einen das vorerwärmte Wasser liefernden Speicher angeschlossen. Auch in diesem Fall ist die Verlustleistung der elektronischen Schaltelemente zur Erwärmung des Wassers ausgenutzt.In another embodiment of the invention, this is Pipe piece to a preheated water supply Memory connected. In this case too Power loss of the electronic switching elements for Heating of the water exploited.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen. In der Zeichnung zeigen:Further refinements of the invention result from the dependent claims and the following description of Embodiments. The drawing shows:

Fig. 1 einen Durchlauferhitzer schematisch, Fig. 1 shows a water heater schematically

Fig. 2 eine Teilansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels des Durchlauferhitzers hinsichtlich seiner Anschlußmöglichkeit und Fig. 2 is a partial view of a further embodiment of the water heater with regard to its connectivity and

Fig. 3 eine weitere Anschlußmöglichkeit für die Ausführung nach Fig. 2. Fig. 3 is a further connection for the embodiment of FIG. 2.

Ein Durchlauferhitzer weist in einem Wasserbehälter (1) einen Wasserweg (2) auf, an dem eingangsseitig ein Leitungsstück (3) und ausgangsseitig eine Warmwasser- Zapfleitung (4) mit einem Zapfventil (5) liegt. In dem Wasserweg (2) sind elektrische Heizkörper (6) angeordnet. Diese sind über Triacs (7) mit den Polen (L1, L2, L3) eines Drehstromnetzes verbunden. Die Triacs (7) sind von einer elektronischen Steuerschaltung (8) schaltbar.A water heater has a water tank (1) on a waterway (2), a line piece (3) and on the output side a hot water tap line (4) is located on the input side to a dispensing valve (5). Electric radiators ( 6 ) are arranged in the water path ( 2 ). These are connected to the poles (L 1 , L 2 , L 3 ) of a three-phase network via triacs ( 7 ). The triacs ( 7 ) can be switched by an electronic control circuit ( 8 ).

Die Steuerschaltung (8) erfaßt die durch Öffnen des Zapfventils (5) durchfließende Wassermenge mittels eines Durchflußmessers (9), die an einem Stellglied (10) eingestellte Solltemperatur und mittels eines Temperaturfühlers (11) die Warmwasser-Isttemperatur in der Warmwasser-Zapfleitung (4). Die Steuerschaltung (8) taktet die Triacs (7) so, daß die Solltemperatur erreicht wird. The control circuit ( 8 ) detects the amount of water flowing through the opening of the nozzle ( 5 ) by means of a flow meter ( 9 ), the set temperature set on an actuator ( 10 ) and the actual hot water temperature in the hot water tap line ( 4 ) by means of a temperature sensor ( 11 ) ). The control circuit ( 8 ) clocks the triacs ( 7 ) so that the target temperature is reached.

Der Durchlauferhitzer weist ein Rohrstück (12) auf. Die Triacs (7) sind mit ihren Gehäusen (13) an einem Metallblock (14) gut wärmeleitend befestigt. Der Metallblock (14) ist mit dem Rohrstück (12) gut wärmeleitend verbunden. Damit sind die Gehäuse (13) an das Rohrstück (12) thermisch angekoppelt.The instantaneous water heater has a pipe section ( 12 ). The triacs ( 7 ) are attached with their housings ( 13 ) to a metal block ( 14 ) with good thermal conductivity. The metal block ( 14 ) is connected to the pipe section ( 12 ) with good thermal conductivity. The housings ( 13 ) are thus thermally coupled to the pipe section ( 12 ).

Das Rohrstück (12) weist einen ersten Zulaufstutzen (15) auf, der an das Kaltwassernetz anschließbar ist. Das Leitungsstück (3) ist mit einem zusätzlichen, zweiten Zulaufstutzen (16) versehen. Dieser ist an eine Leitung (17) anschließbar, die vorerwärmtes Wasser liefert. Beispielsweise kommt die Leitung (17) aus einem Speicher (18), an den ein Solarkollektor (19) angeschlossen ist.The pipe section ( 12 ) has a first inlet connection ( 15 ) which can be connected to the cold water network. The line section ( 3 ) is provided with an additional, second inlet connection ( 16 ). This can be connected to a line ( 17 ) which supplies preheated water. For example, the line ( 17 ) comes from a memory ( 18 ) to which a solar collector ( 19 ) is connected.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 mündet das Rohrstück (12) an einem T-Stück (20) direkt in das Leitungsstück (3). Im Bereich des T-Stückes (20) kann eine Mischeinrichtung (21) vorgesehen sein. Diese läßt sich so einstellen, daß in jedem Betriebsfall gerade soviel Kaltwasser durch das Rohrstück (12) fließt, daß die notwendige Kühlung der Triacs (7) erreicht wird.In the embodiment of FIG. 1, the pipe section ( 12 ) opens directly into the pipe section ( 3 ) at a T-piece ( 20 ). A mixing device ( 21 ) can be provided in the area of the T-piece ( 20 ). This can be set so that just as much cold water flows through the pipe section ( 12 ) in each operating case that the necessary cooling of the triacs ( 7 ) is achieved.

Die Funktionsweise der Ausführung nach Fig. 1 ist etwa folgende: Wird das Zapfventil (5) geöffnet, dann fließt durch das Rohrstück (12) Kaltwasser, so daß die Triacs (7) gekühlt werden. Außerdem wird über den Zulaufstutzen (16) bzw. das Leitungsstück (3) dem Wasserbehälter (1) vorerwärmtes Wasser aus der Leitung (17) zugeführt. Je näher die Temperatur des vorerwärmten Wassers der Solltemperatur liegt, desto weniger Leistung müssen die Heizkörper (6) bringen. Dementsprechend klein ist dann die Verlustleistung der Triacs (7), so daß auch ein kleiner Wasserstrom durch das Rohrstück (12) genügt, um die Triacs (7) hinreichend zu kühlen. Bei größeren Differenzen zwischen der Solltemperatur und der Temperatur des vorerwärmten Wassers wird ein entsprechend größerer Wasserstrom durch das Rohrstück (12) notwendig, um die dann anfallende Verlustleistung der Triacs (7) abzuführen. . The operation of the embodiment of Figure 1 is approximately as follows: When the nozzle (5) is opened, then flows through the tube piece (12) cold water, so that the triac (7) to be cooled. In addition, preheated water from the line ( 17 ) is supplied to the water tank ( 1 ) via the inlet connection ( 16 ) or the line section ( 3 ). The closer the temperature of the preheated water is to the target temperature, the less power the radiators ( 6 ) have to produce. The power loss of the triacs ( 7 ) is correspondingly small, so that even a small water flow through the pipe section ( 12 ) is sufficient to sufficiently cool the triacs ( 7 ). If there are larger differences between the target temperature and the temperature of the preheated water, a correspondingly larger water flow through the pipe section ( 12 ) is necessary in order to dissipate the power loss of the triacs ( 7 ).

Soll der Durchlauferhitzer nach Fig. 1 in einer Anlage betrieben werden, bei der kein vorerwärmtes Wasser zur Verfügung steht, dann ist hierfür lediglich der zweite Zulaufstutze (16) zu schließen. Der Durchlauferhitzer wird - wie üblich - an seinem ersten Zulaufstutzen (15) nur aus dem Kaltwassernetz gespeist.If the instantaneous water heater according to FIG. 1 is to be operated in a system in which no preheated water is available, then only the second inlet connection ( 16 ) has to be closed. The instantaneous water heater is - as usual - only fed from the cold water network at its first inlet connection ( 15 ).

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist das Rohrstück (12) mit einem Ablaufstutzen (22) an eine Leitung (23) anzuschließen, die die Kaltwasserzulaufleitung für den Speicher (18) bildet.In the exemplary embodiment according to FIG. 2, the pipe section ( 12 ) is to be connected to a line ( 23 ) with a drain connector ( 22 ) which forms the cold water supply line for the storage tank ( 18 ).

Die Funktionsweise nach Fig. 2 ist etwa folgende: Wird das Zapfventil (5) geöffnet, dann fließt aus der Leitung (7) über das Leitungsstück (3) vorerwärmtes Wasser in den Wasserbehälter (1). In den Speicher (18) strömt Kaltwasser über das Rohrstück (12) und die Leitung (23) nach. Das das Rohrstück (12) durchströmende Wasser stellt die hinreichende Kühlung der Triacs (7) sicher. Die Erwärmung des Kaltwassers im Rohrstück (12) infolge der Verlustleistung der Triacs (7) wirkt im Speicher (18).The mode of operation according to FIG. 2 is approximately as follows: If the nozzle ( 5 ) is opened, then preheated water flows from the line ( 7 ) via the line section ( 3 ) into the water tank ( 1 ). Cold water flows into the store ( 18 ) via the pipe section ( 12 ) and the line ( 23 ). The water flowing through the pipe section ( 12 ) ensures sufficient cooling of the triacs ( 7 ). The heating of the cold water in the pipe section ( 12 ) as a result of the power loss of the triacs ( 7 ) acts in the store ( 18 ).

Soll der Durchlauferhitzer nach Fig. 2 in einer Anlage verwendet werden, in der kein vorerwärmtes Wasser zur Verfügung steht, dann wird der Ablaufstutzen (22) über ein Übergangsstück (24) an den zweiten Zulaufstutzen (16) angeschlossen (vgl. Fig. 3). Bei beiden Ausführungsbeispielen läßt sich der Durchlauferhitzer also einfach in Anlagen verwenden, die ohne oder mit vorerwärmtem Wasser arbeiten. If the instantaneous water heater according to FIG. 2 is to be used in a system in which preheated water is not available, then the outlet connection ( 22 ) is connected to the second inlet connection ( 16 ) via a transition piece ( 24 ) (cf. FIG. 3) . In both exemplary embodiments, the instantaneous water heater can therefore be used simply in systems which work without or with preheated water.

Bei den beschriebenen Durchlauferhitzern ist es auch möglich, zusätzlich die in der DE 39 06 603 A1 beschriebene Einrichtung zu verwenden. Es ist dann gewährleistet, daß bei ungenügender Kaltwassertemperatur im Rohrstück (12) eine Zwangsabschaltung des Durchlauferhitzers erfolgt.With the instantaneous water heaters described, it is also possible to additionally use the device described in DE 39 06 603 A1. It is then ensured that if the cold water temperature in the pipe section ( 12 ) is insufficient, the instantaneous water heater is switched off.

Claims

1. instantaneous water heater with electronic switching elements, in particular triacs, for power control of electric radiators arranged in a water tank and with a pipe piece connected via a first inlet connection to the cold water network, on which the switching elements are arranged for their cooling by cold water, characterized in that the instantaneous water heater has a second, additional inlet connection ( 16 ), to which preheated water can be supplied, for example from a store ( 18 ) of a solar collector ( 19 ) or a heat pump, and that this second inlet connection ( 16 ) via a pipe section bypassing the pipe section ( 12 ) ( 3 ) opens into the water tank ( 1 ).

2. instantaneous water heater according to claim 1, characterized in that the pipe section ( 12 ) opens into the pipe section ( 3 ).

3. instantaneous water heater according to claim 2, characterized in that a mixing device ( 21 ) is provided at the mouth of the pipe section ( 12 ) in the line piece ( 3 ), the mixing device ( 21 ) as little as possible, but sufficient cooling water for cooling by the Lets pipe piece ( 12 ) flow.

4. instantaneous water heater according to claim 1, characterized in that the pipe section ( 12 ) to a preheated water supply reservoir ( 18 ) via an outlet connection ( 22 ) can be connected.

5. instantaneous water heater according to claim 1, characterized in that the pipe section ( 12 ) is designed as part of the cold water inlet to the memory ( 18 ).

6. instantaneous water heater according to claim 4, characterized in that a transition piece ( 24 ) for connecting the drain connector ( 22 ) and the further inlet connector ( 16 ) is provided.