电气的裸线连续式加热器和用于控制其的方法
【专利摘要】本发明涉及一种电气的裸线连续式加热器和用于控制其的方法，其包括：带有能导电的且与地电势导电地连接的水进入通道和水排出通道的通道组件，通道组件包括至少一个引导水的不能导电的通道，在其通道端部处分别布置水进入通道和水排出通道；设立用于加热流过通道组件的水的电气的裸线加热装置；设立用于调节裸线加热装置的加热功率的电子控制装置，其中，控制装置包括用于确定流过通道组件的水的导电率值的导电率测量装置并且特征在于，控制装置包括设立用于基于导电率值和至少一个预设的、受结构类型限制的装置参数测定假设的漏电电流值的评估单元并且控制装置匹配成只要假设的漏电电流值超过预设的漏电电流阈值就减小裸线加热装置的加热功率。
【专利说明】电气的裸线连续式加热器和用于控制其的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于准备热水的电气的裸线连续式加热器 (Blankdrahtdurchlauferhitzer)，其包括：带有能导电的且与地电势导电地连接的水进入 通道（Wasserzulaufkanal)(其设立成联接到外部的、供给水的第一水管路处）和能导电的 且与地电势导电地连接的水排出通道（Wasserablaufkanal)(其设立成联接到外部的、导 出水的第二水管路处）的通道组件，其中，通道组件包括引导水的不能导电的至少一个通 道，在其通道端部处分别布置水进入通道和水排出通道；设立用于加热流过通道组件的水 的电气的裸线加热装置；设立用于调节裸线加热装置的加热功率的电子控制装置，其中，控 制装置包括用于确定流过通道组件的水的导电率值（Leitfjihigkeitswert)的导电率测量 装置（Leitfjihigkeitsmesseinrichtung)。此外，本发明包括一种用于控制电气的裸线连续 式加热器的方法。
【背景技术】
[0002] 这样的电气的裸线连续式加热器由现有技术充分已知。在开头所提及的裸线连续 式加热器中，待加热的水被引导通过通道组件的通道。在通道截段中的至少一个中存在带 有裸线、也就是说带有不电绝缘的加热线（Heizdraht)的加热装置，裸线直接与围绕其流 动的水相接触。裸线连续式加热器的水进入接口和水排出接口由导电的通道形成，其分别 与地电势导电地连接。在裸线和与地电势导电地连接的水进入通道或水排出通道之间的电 势差在加热装置的运行期间导致相应的漏电电流（Ableitstrom)。该漏电电流的大小尤其 取决于通道组件的通道横截面、通道长度、结构类型和流过通道的水的导电率。
[0003] 从德国实用新型文件DE 84 28 975已知一种热水连续式加热器，在其中测量流过 装置的水的导电率。根据该测量值，仅当导电率测量得出足够的水位于连续式加热器的流 动通道中时，那么才接通加热线圈的加热电流。以该方式可识别出在连续式加热器中的可 能的水缺乏并且在水缺乏时防止加热线圈接通或在运行期间只要检测到水缺乏直接断开 加热线圈。
[0004] 不利的是，利用根据由文件DE 84 28 975已知的连续式加热器的导电率测量仅识 别出水缺乏，以便在该情况中关断加热线圈并且由此防止加热线圈的过热（其可能伴随有 加热线圈的破坏）。
【发明内容】
[0005] 本发明因此目的在于提出一种电气的裸线连续式加热器，其自动监测且控制或调 节遵循预设的漏电电流极限值。
[0006] 该目的由此来实现，即控制装置包括设立用于基于导电率值和预设的、受结构类 型限制的至少一个装置参数测定假设的漏电电流值的评估单元并且控制装置匹配成只要 假设的漏电电流值超过预设的漏电电流阈值就减小裸线连续式加热器的加热功率。通过假 设的漏电电流值的测定可能根据导电率值和装置参数精确地确定实际流向大地的漏电电 流并且在超过预设的漏电电流阈值的情况中才通过减小裸线加热装置的加热功率减小实 际流向大地的漏电电流。加热功率的减小在此可以以多种方式实现，例如通过加热装置的 完全的或部分的关断、施加到加热装置处的运行电压的降低、通过半轴（Halbwelle)和/或 相位角控制（Phasenanschnittsteuerung)的功率减小。控制装置对此相应地设立，以便基 于借助于导电率测量装置所确定的导电率值和受结构类型限制的装置参数测定假设的漏 电电流值。受结构类型限制的装置参数例如包括装置特定的常数，其对于一定结构类型的 裸线连续式加热器表示在导电率值与待期望的漏电电流之间的关系。受结构类型限制的装 置参数例如取决于通道组件的通道横截面、不导电的通道的长度、取决于裸线加热装置的 几何结构和安装地点以及裸线加热装置的数目。通过对于每个裸线连续式加热器类型的装 置参数的规定，可借助于控制装置的评估单元由导电率值来测定假设的漏电电流值，而不 需要测量实际的流动的漏电电流。水进入通道和水排出通道优选地分别包括水管路联接件 和进入或排出通道。换言之，水进入通道通过进入通道和水联接件中的一个来形成，而水排 出通道由水管路联接件和排出通道来形成。特别优选地，水联接件分别由能导电的材料、例 如由黄铜来形成，而进入和排出通道由不能导电的材料构成。备选地，进入和排出通道同样 由能导电的材料来形成。
[0007] 控制装置优选地包括数字微型计算机，其设立成借助于模拟/数字转换器根据对 应于导电率的电压值的模拟/数字转换数字地处理导电率测量值。备选地，控制装置包括 模拟结构组件，其设立且构造成纯模拟地处理导电率测量值。进一步优选地，控制装置包括 混合的结构组件、也就是说不仅模拟的而且数字的电路元件（Schaltungskomponente)。
[0008] 本发明的一有利的改进方案特征在于，控制装置包括用于测量流过通道组件的水 的水温的至少一个第一温度传感器并且评估单元设立成在预设的参考温度下此外基于借 助于温度传感器所测量的水温测定假设的漏电电流值。这提供该优点，即在确定假设的漏 电电流值时考虑了水温的影响并且由此在限定的参考温度下可精确地遵循预设的漏电电 流阈值。通常要求，在水的预设的参考温度下、例如在15°C下实际的总漏电电流值不超过预 设的、例如在典型5mA的水平上的漏电电流阈值。原则上，水的导值（Leitwert)随温度上 升而升高，使得在裸线连续式加热器以比参考温度更高的温度的水运行时借助于评估装置 将测定较高的假设的漏电电流。
[0009] 根据本发明的一有利的改进方案，评估单元匹配成在预设的参考温度下由借助于 导电率测量装置所测量的水的导电率和水温确定导电率值。这提供该优点，即已将所测量 的水的导电率借助于评估单元标准化到参考温度上并且由此来测定相应的匹配于参考温 度的导电率值。换言之，评估单元匹配成确定在参考温度下水的导电率值。如果水温例如 为30°C、而参考温度为15°C，则借助于导电率测量装置所测量的水的导电率由于水的导电 率随温度升高比水在15 °C的参考温度下将具有的导电率更大。
[0010] 另一有利的设计方案特征在于，第一温度传感器布置在水进入区域中用于测量水 进入温度。由此以有利的方式在进入裸线连续式加热器中时来测量待加热的水的温度。如 果裸线连续式加热器用于再加热已预热的用水（Brauchwasser)并且/或者水进入温度遭 受强烈的温度波动，那么这尤其是有利的。水进入区域不仅包括水进入通道而且包括引导 水的不能导电的通道的一子区域、即通道组件的关于水的流动方向位于第一裸线加热装置 之前的区域。
[0011] 根据本发明的一有利的改进方案，控制装置包括用于测量水流出温度的布置在水 排出区域中的至少一个第二温度传感器。评估单元优选设立成在预设的参考温度下此外基 于借助于第二温度传感器所测量的水流出温度测定假设的漏电电流值。以该方式，以较高 的精度来测定假设的漏电电流。借助于布置在水排出区域中的第二温度传感器来测量通过 该裸线加热装置或通过多个裸线加热装置加热的水的水温。评估单元一方面设立成从该水 温出发测定假设的第一子漏电电流（Teilableitstrom)，其在裸线加热装置与水排出通道 之间流向大地。另一方面，评估单元构造成基于水流入温度来测定假设的第二子漏电电流， 其在裸线加热装置与水进入通道之间流向大地。评估单元此外设立成测定假设的漏电电 流、也就是说假设的总漏电电流，其由第一和第二子漏电电流的总和得出。水排出区域不仅 包括水排出通道而且包括引导水的不能导电的通道的一子区域、即通道组件的关于水的流 动方向位于最后的裸线加热装置之后的区域。
[0012] 本发明的另一优选的构造方案特征在于，导电率测量装置包括两个电极，其分别 与流过通道组件的水相接触。如此形成的导电率测量装置特征在于特别简单的结构类型和 在运行中的高可靠性。优选地，电极是以直流电压加载的欧姆分压器的部分。水的导电率 的变化导致在这两个电极之间的电阻的改变，使得在分压器处的电压比相应地改变。评估 装置相应地来匹配和设计，以便处理电压比并且由此测定水的导电率值。
[0013] 根据本发明的另一优选的构造方案，电极中的一个在水的流动方向上布置在裸 线加热装置之前而电极中的相应另一个在水的流动方向上布置在裸线加热装置之后。以 有利的方式，通道组件的引导水的整个路段的大部分由此被用作用于确定导电率值的基础 (Ausgangsbasis) 〇
[0014] 本发明的另一优选的实施方案特征在于，电极中的至少一个由水进入通道或者由 水排出通道来形成。以该方式显著减少制造耗费，因为分别已存在的能导电的水进入和水 排出通道本身分别形成电极中的一个。
[0015] 根据本发明的一特别优选的实施方案，电极中的至少一个由裸线加热装置形成。 换言之，裸线加热装置承担电极中的一个的功能，由此制造耗费同样减少，因为不必将单独 的电极引入通道组件中。另一优点在于，输入管路（Zuleitung)(利用其以对于加热水必需 的运行电压来供应加热装置）中的一个同时被用作电极中的一个的接口并且在装置中的 布线耗费（Verkabelungsaufwand)再次减少。
[0016] 本发明的另一有利的构造方案特征在于，导电率测量装置的电极通过至少一个分 离器件能够无电压地控制。这提供该优点，即在这两个电极之间分别仅在执行导电率测量 期间施加测量电压。在其余时间期间在电极之间不施加电压，从而避免在电极处的不期望 的电解过程。
[0017] 该目的还通过开头所提及的方法来实现，其特征在于确定流过裸线连续式加热器 的通道组件的水的导电率值，基于导电率值和至少一个预设的、受结构类型限制的装置参 数测定假设的漏电电流值，将假设的漏电电流值与预设的漏电电流阈值比较并且只要假设 的漏电电流值超过预设的漏电电流阈值就减小裸线连续式加热器的裸线加热装置的加热 功率。
[0018] 为了避免重复，与根据本发明的方法相联系地参照之前所做出的根据本发明的电 气的裸线连续式加热器的实施方案。在相应的文章段落中已说明了控制装置和评估单元的 功能，其分别还符合方法方面的特征。在此对于根据本发明的方法所做出的实施方案因此 分别对上述补充地适用。
[0019] 通过测定假设的漏电电流值可能根据导电率值和装置参数精确地确定实际流向 大地的漏电电流并且在超过预设的漏电电流阈值的情况中才通过裸线加热装置的加热功 率减小实际流向大地的漏电电流。加热功率的减小在此可以以多种方式实现，例如通过加 热装置的完全的或部分的断开、施加到加热装置处的运行电压的降低，通过半轴和/或相 位角控制的功率减小。受结构类型限制的装置参数例如包括装置特定的常数，其表示在导 电率值与待期望的漏电电流之间的关系。受结构类型限制的装置参数例如取决于通道组件 的通道横截面、不导电的通道的长度、取决于裸线加热装置的几何结构和安装地点以及裸 线加热装置的数目。通过对于每个裸线连续式加热器类型的装置参数的规定，可由导电率 值来测定假设的漏电电流值，而不需要测量实际的流动的漏电电流。
[0020] 根据本发明的另一优选的构造方案，测量流过通道组件的水的水温并且在预设的 参考温度下此外基于所测量的水温来测定假设的漏电电流值。这提供该优点，即在确定假 设的漏电电流值时考虑了水温的影响并且由此在限定的参考温度下可精确地遵循预设的 漏电电流阈值。通常要求，在水的预设的参考温度下、例如在15°c下实际的总漏电电流值不 超过预设的、例如在典型5mA的水平上的漏电电流阈值。原则上，水的导值随温度上升而升 高，使得在裸线连续式加热器以比参考温度更高的温度的水运行时借助于评估装置将测定 较高的假设的漏电电流。
[0021] 本发明的另一有利的改进方案特征在于在预设的参考温度下由所测量的水的导 电率和所测量的水温确定导电率值。这提供该优点，即已将所测量的水的导电率标准化到 参考温度上并且由此来测定相应的匹配于参考温度的导电率值。如果水温例如为30°c、而 参考温度为15°C，则所测量的水的导电率由于水的导电率随温度升高比水在15°C的参考 温度下将具有的导电率更大。
[0022] 本发明的另一有利的构造方案特征在于在水进入区域中来测量水温。由此以有利 的方式在进入裸线连续式加热器中时来测量待加热的水的温度。如果裸线连续式加热器用 于再加热已预热的用水，那么这尤其是有利的。水进入区域不仅包括水进入通道而且包括 引导水的不能导电的通道的一子区域、即通道组件的关于水的流动方向位于第一裸线加热 装置之前的区域。
[0023] 根据本发明的一有利的改进方案在水排出区域中来测量水流出温度并且在预设 的参考温度下此外基于所测量的水流出温度来测定假设的漏电电流值。以该方式，以较高 的精度来测定假设的漏电电流。来测量通过该裸线加热装置或通过多个裸线加热装置加热 的水的水温、也就是说水流出温度并且从其出发来测定假设的第一子漏电电流，其在裸线 加热装置与水排出通道之间流向大地。另一方面，基于水流入温度来测定假设的第二子漏 电电流，其在裸线加热装置与水进入通道之间流向大地。优选地然后来测定假设的漏电电 流、也就是说假设的总漏电电流，其由第一和第二子漏电电流的总和得出。水排出区域不仅 包括水排出通道而且包括引导水的不能导电的通道的一子区域、即通道组件的关于水的流 动方向位于最后的裸线加热装置之后的区域。
【专利附图】
【附图说明】
[0024] 本发明的另外的优选的和/或适宜的特征和设计方案由从属权利要求和说明在 得出。根据附图来详细阐述特别优选的实施形式。其中： 图1至图6分别显示了带有导电率测量装置的不同的电极结构的根据本发明的电气的 裸线连续式加热器的示意性的图示； 图7显示了根据一示例性的实施形式的导电率测量装置的电路图以及 图8显示了在图7中所示的导电率测量装置的另一有利的构造。
【具体实施方式】
[0025] 在图1至6中分别示意性地示出根据本发明的裸线连续式加热器10。裸线连续 式加热器10包括通道组件11。通道组件11包括水进入通道12以及水排出通道13。水进 入通道12设立成联接到外部的（在图中未示出的）供给水的第一水管路处，而水排出通道 13设立成联接到外部的（同样在图中未示出的）导出水的第二水管路处。换言之，水进入 通道12用于待加热的水的流入，而从水排出通道13取出或导出在裸线连续式加热器10中 被加热的水。水进入通道12和水排出通道13优选地导电地来构造、例如由导电的金属构 成并且分别与地电势、也就是说与地线（Schutzleiter)导电地连接（在图中未示出）。水 进入通道12和水排出通道13优选地分别包括水管路联接件33和进入或排出通道。换言 之，水进入通道12由进入通道和水联接件33中的一个来形成，而水排出通道13由水管路 联接件33的中一个和排出通道形成。特别优选地，水联接件33分别由能导电的材料、例如 由黄铜形成，而进入和排出通道由不能导电的材料构成。备选地，进入和排出通道同样由能 导电的材料形成。
[0026] 水进入通道12和水排出通道13形成引导水的至少一个通道14的通道端部。通 道14构造成不能导电、例如由不导电的塑料等构成。为了加热流过通道组件11的水，在不 能导电的通道14中布置有电气的裸线加热装置15。裸线加热装置15的数目不限于一个。 而是如在图1至6中所示，在通道14中优选地布置两个裸线加热装置15。备选地，在通道 14中布置多于两个裸线加热装置15。以下为了简化始终仅以单数来讲述裸线加热装置15。
[0027] 根据本发明的裸线连续式加热器包括设立用于调节裸线加热装置15的加热功率 的、在附图中未示出的电子控制装置。控制装置优选地包括转换和/或控制器件，利用其可 分级地或无级地调节被输送给裸线加热装置15的电功率，例如通过借助于功率开关（如晶 闸管（Thyristor)、三端双向可控娃开关（Triac)、半导体继电器、继电器等）的相应的功率 最终级（Leistungsendstufe)。为了加热功率的无级调节，控制装置优选地具有用于半轴控 制和/或相位角控制的功率开关。
[0028] 进一步优选地，控制装置包括导电率测量装置。导电率测量装置构造和设立用于 确定流过通道组件11的水的导电率值。
[0029] 优选地，控制装置包括评估单元，其构造和设立用于基于导电率值和至少一个预 设的受结构类型限制的装置参数测定假设的漏电电流值。假设的漏电电流值在此相应于待 期待的总漏电电流值，其由于供应以运行电压的裸线加热装置15通过由在通道14中的水 形成的相应的绝缘电阻（其分别取决于水的导电率）、通过水进入通道12和水排出通道13 流向大地。如开头所说明的那样，假设的漏电电流值主要取决于受结构类型限制的装置参 数，其（如开头所说明的那样）考虑了大量用于测定假设的漏电电流值的相关量。
[0030] 控制装置优选匹配成只要假设的漏电电流值超过预设的漏电电流阈值就减小裸 线加热装置15的加热功率。换言之，控制装置设立成假如待期待的漏电电流值超过预设的 漏电电流阈值就减小裸线加热装置15的加热功率或者完全关断裸线加热装置15。特别优 选地，预设的漏电电流阈值被固定地调节并且不能从使用者方面被改变，以便遵循鉴于最 大允许的实际流动的漏电电流的相应的法规要求。
[0031] 优选地，控制装置具有（在图中未示出的）至少一个第一温度传感器。温度传感 器设立用于测量流过通道组件11的水的水温。评估单元此外设立成在预设的参考温度下 基于借助于温度传感器所测量的水温测定假设的漏电电流。
[0032] 特别优选地，评估单元匹配成在预设的参考温度下基于借助于导电率测量装置所 测量的水的导电率和水温确定导电率值。对于在参考温度L下水的导电率
【权利要求】
1. 一种用于准备热水的电气的裸线连续式加热器（10)，其包括： 通道组件（11)，其带有：能导电的且与地电势导电地连接的水进入通道（12)，其设立 用于联接到外部的、供给水的第一水管路处；以及能导电的且与地电势导电地连接的水排 出通道（13)，其设立用于联接到外部的、导出水的第二水管路处，其中，所述通道组件（11) 包括引导水的不能导电的至少一个通道（14)，在其通道端部处分别布置所述水进入通道 (12)和所述水排出通道（13); 设立用于加热流过所述通道组件（11)的水的电气的裸线加热装置（15)， 设立用于调节所述裸线加热装置（15)的加热功率的电子控制装置， 其中，所述控制装置包括用于确定流过所述通道组件（11)的水的导电率值的导电率 测量装置， 其特征在于， 所述控制装置包括设立用于基于所述导电率值和预设的、受结构类型限制的至少一个 装置参数测定假设的漏电电流值的评估单元并且 所述控制装置匹配成只要假设的所述漏电电流值超过预设的漏电电流阈值就减小所 述裸线加热装置（15)的加热功率。
2. 根据权利要求1所述的裸线连续式加热器（10)，其特征在于，所述控制装置包括用 于测量流过所述通道组件（11)的水的水温的至少一个第一温度传感器并且所述评估单元 设立成在预设的参考温度下此外基于借助于所述温度传感器所测量的水温测定假设的漏 电电流值。
3. 根据权利要求2所述的裸线连续式加热器（10)，其特征在于，所述评估单元匹配成 在预设的参考温度下由借助于所述导电率测量装置所测量的水的导电率和水温确定导电 率值。
4. 根据权利要求2或3中任一项所述的裸线连续式加热器（10)，其特征在于，所述第 一温度传感器布置在水进入区域中用于测量水流入温度。
5. 根据权利要求2至4中任一项所述的裸线连续式加热器（10)，其特征在于，所述控 制装置包括布置在水排出区域中的用于测量水流出温度的至少一个第二温度传感器并且 所述评估单元优选地设立成在预设的参考温度下此外基于借助于所述第二温度传感器所 测量的水流出温度测定假设的漏电电流值。
6. 根据权利要求1至5中任一项所述的裸线连续式加热器（10)，其特征在于，所述导 电率测量装置包括两个电极（19, 20)，其分别与流过所述通道组件（11)的水相接触。
7. 根据权利要求6所述的裸线连续式加热器（10)，其特征在于，所述电极中的一个 (19, 20)在水的流动方向上布置在所述裸线加热装置（15)之前而所述电极中的相应另一 个（20, 19)在水的流动方向上布置在所述裸线加热装置（15)之后。
8. 根据权利要求6或7中任一项所述的裸线连续式加热器（10)，其特征在于，所述电 极（19, 20)中的至少一个由所述水进入通道（12)或者由所述水排出通道（20)来形成。
9. 根据权利要求6或8中任一项所述的裸线连续式加热器（10)，其特征在于，所述电 极（19, 20)中的至少一个由所述裸线加热装置（15)来形成。
10. 根据权利要求6至9中任一项所述的裸线连续式加热器（10)，其特征在于，所述导 电率测量装置的电极（19, 20)通过至少一个分离器件（21)能够无电压地控制。
11. 一种用于控制电气的裸线连续式加热器（10)的方法，其特征在于， 确定流过所述裸线连续式加热器（10)的通道组件（11)的水的导电率值， 基于所述导电率值和预设的、受结构类型限制的至少一个装置参数测定假设的漏电电 流值， 将假设的漏电电流值与预设的漏电电流阈值比较并且只要假设的漏电电流值超过预 设的漏电电流阈值就减小所述裸线连续式加热器（10)的裸线加热装置（15)的加热功率。
12. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于测量流过所述通道组件（11)的水的水温 并且在预设的参考温度下此外基于所测量的水温测定假设的漏电电流值。
13. 根据权利要求12所述的方法，其特征在于在预设的参考温度下由所测量的水的导 电率和所测量的水温确定导电率值。
14. 根据权利要求12或13中任一项所述的方法，其特征在于，在水进入区域（16)中测 量水温。
15. 根据权利要求12至14中任一项所述的方法，其特征在于，在水排出区域（18)中测 量水流出温度并且在预设的参考温度下此外基于所测量的水流出温度测定假设的漏电电 流值。
【文档编号】F24H9/20GK104422117SQ201410121820
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年3月28日 优先权日:2013年8月20日
【发明者】J.哈格曼, H-J.冯赛斯, C.科赫 申请人:格德斯公司