RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP 1701111 (13) T3 (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego: 11.03.2005 05090064.6 (51) Int. Cl. F24H9/20 (2006.01) (97) O udzieleniu patentu europejskiego ogłoszono: Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej 26.05.2010 Europejski Biuletyn Patentowy 2010/21 EP 1701111 B1 (54) Tytuł wynalazku: Ogrzewacz przepływowy (30) Pierwszeństwo: (43) Zgłoszenie ogłoszono: 13.09.2006 Europejski Biuletyn Patentowy 2006/37 (45) O złożeniu tłumaczenia patentu ogłoszono: 29.10.2010 Wiadomości Urzędu Patentowego 10/2010 (73) Uprawniony z patentu: Gerdes OHG, Lüneburg, DE PL/EP 1701111 T3 (72) Twórca (y) wynalazku: Koch Christian, Wendisch Evern, DE (74) Pełnomocnik: Dreszer Grenda i Wspólnicy sp. j. rzecz. pat. Grenda Ewa 00-608 Warszawa Al. Niepodległości 188 B Uwaga: W ciągu dziewięciu miesięcy od publikacji informacji o udzieleniu patentu europejskiego, każda osoba może wnieść do Europejskiego Urzędu Patentowego sprzeciw dotyczący udzielonego patentu europejskiego. Sprzeciw wnosi się w formie uzasadnionego na piśmie oświadczenia. Uważa się go za wniesiony dopiero z chwilą wniesienia opłaty za sprzeciw (Art. 99 (1) Konwencji o udzielaniu patentów europejskich).
EP 1 701 111 1 Ogrzewacz przepływowy [0001] Wynalazek dotyczy ogrzewacza przepływowego według niezamiennej części zastrzeżenia 1. [0002] Znane są cyfrowe elektroniczne ogrzewacze przepływowe z obustronnie odłączanymi od sieci elementami grzewczymi, w których zastosowane triaki są włączane za pomocą optotriaków. Włączanie optotriaków dokonuje się przy użyciu oprogramowania w takim czasie, aby przepływ prądu został zainicjowany w momencie przechodzenia napięcia zasilania przez zero. Do tego celu są konieczne stosunkowo skomplikowane i drogie mikro-sterowniki z czasowo krytycznymi funkcjami oprogramowania, gdyż wymagany czas reakcji wynosi kilka 10 μs. [0003] Aby uprościć sterowanie ogrzewacza przy użyciu oprogramowania, triaki mogą być włączane za pomocą optotriaków, które posiadają zintegrowany obwód rozpoznawania przejścia napięcia przez zero. Dzięki temu charakterystyka czasowa staje się wyraźnie nie krytyczna. Problematyczne jest przy tym, że, zwłaszcza w przypadku małych stopni nastawy mocy grzejnej, przejście napięcia przez zero nie może zostać niezawodnie rozpoznane przez optotriaki i dlatego element grzewczy nie może zostać niezawodnie załączony. [0004] Zadaniem niniejszego wynalazku jest opracowanie ogrzewacza przepływowego z tańszym sterowaniem, które, zwłaszcza w przypadku mniejszych stopni nastawy, powinno niezawodnie włączać moc grzejną. [0005] Wynalazek rozwiązuje to zadanie za pomocą środków wymienionych w zastrzeżeniu 1. Drugi półprzewodnikowy element sterujący bez zintegrowanego obwodu rozpoznawania przejścia napięcia przez zero jest najważniejszą częścią zespołu sterowania. Ze względu na uzyskany dzięki niemu mały prąd powstaje określony potencjał na elemencie grzewczym. Umożliwia to pierwszemu półprzewodnikowemu elementowi sterującemu ze zintegrowanym obwodem rozpoznawania przejścia napięcia przez zero niezawodne rozpoznanie przejścia napięcia przez zero i niezawodne włączenie odpowiedniego półprzewodnikowego elementu sterującego. Wynalazek zużytkowuje zatem zalety półprzewodnikowego elementu sterującego ze zintegrowanym obwodem rozpoznawania przejścia napięcia przez zero, przy czym dzięki celowemu zastosowaniu półprzewodnikowego elementu sterującego bez
EP 1 701 111 2 zintegrowanego obwodu rozpoznawania przejścia napięcia przez zero unika się wymienionych powyżej niedogodności. [0006] Korzystne jest zastosowanie wynalazku dla ogrzewaczy przepływowych sterowanych elektronicznie cyfrowo, zwłaszcza za pomocą mikro-sterownika albo mikroprocesora. Ogrzewacz przepływowy posiada korzystnie regulację temperatury w stopniach nastawy wynoszących najwyżej 2 o C, zwłaszcza 1 o C, oraz stopniowanie mocy grzejnej w stopniach nastawy wynoszących najwyżej 300 W, zwłaszcza najwyżej 200 W. [0007] Dalsze korzystne cechy ogrzewacza wynikają z zastrzeżeń zależnych i z poniższego opisu korzystnych przykładów wykonania, w nawiązaniu do załączonych rysunków. Na nich przedstawiają: Fig. 1 Fig. 2 Fig. 3 schemat ogrzewacza przepływowego; schemat obwodu sterowania ogrzewacza przepływowego; a wykres czasowy przedstawiający przebieg napięcia i prądu w ogrzewaczu przepływowym. [0008] Ogrzewacz przepływowy 10 posiada dopływ 12 wody, odpływ 13 wody, połączony z dopływem 12 wody przewodem wodnym 14 ogrzewacza i w niniejszym przykładzie wykonania cztery oporowe elementy grzewcze 11a - 11d przeznaczone do podgrzewania wody płynącej przez przewód wodny 14. Każdy element grzewczy 11a, 11b, 11c, 11d posiada pierwszy przewód przyłączeniowy 15a, 15b, 15c lub 15d oraz drugi przewód przyłączeniowy 16a, 16b, 16c lub 16d, połączone z napięciowymi przewodami zasilającymi 17A - 17C do zasilania elementów grzewczych 11a - 11d. Każdy element grzewczy 11a - 11d może być odłączany obustronnie od przewodów zasilających 17A - 17C za pomocą triaków 18v, 18w, 18x, 18y, 18z. Jest to szczególnie korzystne w przypadku elementów grzewczych z nieizolowanym drutem grzewczym, dla uniknięcia ich przedwczesnego zużycia spowodowanego procesami elektrolitycznymi. Dzięki odpowiedniemu doborowi indywidualnych mocy elementów grzewczych 11a - 11d i selektywnemu załączaniu i odłączaniu elementów grzewczych 11a - 11d za pomocą triaków 18v - 18z uzyskuje się zgrubne stopniowanie mocy grzejnej ogrzewacza przepływowego 10 w odpowiednich stopniach nastawy, na przykład co 4,5 kw, aż do maksymalnej całkowitej mocy wznoszącej na przykład 27 kw.
EP 1 701 111 3 [0009] Triaki 18v - 18z są sterowane w celu całkowitego odłączenia galwanicznego za pomocą sterowanych optycznie półprzewodnikowych elementów sterujących, tutaj w postaci optotriaków 19v, 19w, 19x, 19y albo 19z. Optotriaki 19v - 19z są sterowane za pomocą programowanego zespołu sterowania 30, zwłaszcza za pomocą odpowiedniego mikro-sterownika lub mikroprocesora. Połączenie optotriaków 19v - 19z z mikrosterownikiem 30 jest przedstawione tylko schematycznie, mogą być przewidziane dalsze celowe elementy konstrukcyjne. Zespół sterowania 30 jest odpowiednio zaprogramowany tak, aby dzięki odpowiedniemu sterowaniu optotriaków 19v - 19z albo triaków 18v - 18z uzyskać sterowanie lub regulację temperatury wody z dokładnością do 1 o C albo w stopniach nastawy mocy co 150 W. [0010] Każdy optotriak 19v, 19w i 19x posiada zintegrowany obwód 20v, 20w albo 20x rozpoznawania przejścia napięcia przez zero. Natomiast optotriaki 19y i 19z nie mają zintegrowanego obwodu rozpoznawania przejścia napięcia przez zero. W ten sposób zapewnione jest, że każdy element grzewczy 11a, 11b, 11c, 11d na jednej stronie przyłączeniowej jest połączony z optotriakiem z zintegrowanym obwodem rozpoznawania przejścia napięcia przez zero, a na drugiej stronie przyłączeniowej jest połączony z optotriakiem bez zintegrowanego obwodu rozpoznawania przejścia napięcia przez zero z przewodami zasilającymi 17A - 17C. Inne układy połączeń są również do pomyślenia, na przykład w innym wykonaniu układ połączeń może obejmować optotriaki 19v, 19w i 19x bez zintegrowanego obwodu rozpoznawania przejścia napięcia przez zero, oraz optotriaki 19y i 19z ze zintegrowanym obwodem rozpoznawania przejścia napięcia przez zero. [0011] Poniżej zostanie przykładowo opisane włączanie elementu grzewczego 11a. Dla zilustrowania tego, na Fig. 3 pokazano napięcie zasilające na przewodach zasilających 17A i 17C, napięcie sterowania potrzebne do sterowania optotriaka 19v za pomocą zespołu sterowania 30, napięcie sterowania potrzebne do sterowania optotriaka 19y za pomocą zespołu sterowania 30 i prąd przepływający przez element grzewczy 11a w funkcji czasu. W określonym pierwszym przedziale czasu wynoszącym na przykład kilka 100 μs przed przejściem napięcia przez zero (czas I na Fig. 3) zespół sterowania 30 uruchamia optotriak 19v ze zintegrowanym obwodem 20v rozpoznawania przejścia napięcia przez zero w celu wyrównania wewnętrznego czasu opóźnienia optotriaka 19v. Później, a mianowicie w drugim przedziale czasu wynoszącym na przykład kilka 10 μs, przed przejściem napięcia przez zero (czas II na
EP 1 701 111 4 Fig. 3) zespół sterowania 30 uruchamia optotriak 19y bez zintegrowanego obwodu rozpoznawania przejścia napięcia przez zero. Załączenie odpowiedniego triaka 18y powoduje powstanie określonego potencjału na wejściu napięciowym 21v optotriaka 19v. Zintegrowany obwód 20v rozpoznawania przejścia napięcia przez zero optotriaka 19v może zatem niezawodnie rozpoznać przejście napięcia przez zero (czas III na Fig. 3) i włączyć triak 18v, powodując przepływ prądu przez element grzewczy 11a. [0012] Jeżeli element grzewczy 11a ma pozostać włączony w ciągu pół fali napięcia zasilania, to w stwierdzonym trzecim przedziale czasu przed ponownym przejściem napięcia przez zero (czas IV na Fig. 3) obydwa optotriaki 19v i 19y zostają wyłączone. W następnym przejściu napięcia przez zero (czas V na Fig. 3) obydwa optotriaki 19v i 19y automatycznie deaktywują się, a przepływ prądu zostaje przerwany. Trzeci przedział czasu jest korzystnie tak samo duży jak pierwszy przedział czasu, innymi słowami punkty I i IV zbiegają się. Dzięki temu można uzyskać zmniejszenie czasu przetwarzania danych w zespole sterowania 30. [0013] Jeżeli element grzewczy 11a powinien zostać włączony w ciągu kilku kolejnych pół fali napięcia zasilania w celu uzyskania większej mocy grzejnej, to optotriaki 19v i 19z nie zostają wyłączone w punkcie czasowym IV na Fig. 3. [0014] Jak to już powyżej opisano, drugi przedział czasu jest korzystnie mniejszy niż pierwszy przedział czasu. Nie jest to jednak konieczne. Drugi półprzewodnikowy element sterujący może być również włączony równocześnie z pierwszym półprzewodnikowym elementem sterującym, albo w czasie przed pierwszym półprzewodnikowym elementem sterującym. Pełnomocnik: Ewa Grenda, rzecznik patentowy
EP 1 701 111 5 Zastrzeżenia patentowe 1. Ogrzewacz przepływowy posiadający co najmniej jeden oporowy element grzewczy (11) połączony z kablami zasilającymi (17) i zawierający kable łączące (15a, 16) całkowicie odłączone od kabli zasilających (17) za pomocą odpowiednich półprzewodnikowych elementów przełącznikowych (18), przy czym półprzewodnikowe elementy przełącznikowe (18) są sterowane za pomocą półprzewodnikowych elementów sterujących (19), znamienny tym, że kabel łączący (15) elementu grzewczego (11) jest połączony z kablami zasilającymi (17) za pomocą pierwszego półprzewodnikowego elementu sterującego z zintegrowanym obwodem (20) wykrywania przejścia napięcia przez zero, a drugi kabel łączący (16) elementu grzewczego (11) jest połączony z nimi za pomocą drugiego półprzewodnikowego elementu sterującego bez zintegrowanego obwodu wykrywania przejścia napięcia przez zero. 2. Ogrzewacz przepływowy według zastrz. 1, znamienny tym, że ogrzewacz przepływowy zawiera cyfrowy obwód sterujący (30). 3. Ogrzewacz przepływowy według zastrz. 2, znamienny tym, że cyfrowy obwód sterujący (30) jest zaprogramowany do sterowania pierwszego półprzewodnikowego elementu sterującego. 4. Ogrzewacz przepływowy według zastrz. 3, znamienny tym, że cyfrowy obwód sterujący (30) jest zaprogramowany do włączania pierwszego półprzewodnikowego elementu sterującego przy ustalonym pierwszym przedziale czasu przed przejściem napięcia zasilania przez zero. 5. Ogrzewacz przepływowy według zastrz. 4, znamienny tym, że pierwszy przedział czasu wynosi co najmniej 100 μs, korzystnie co najmniej 200 μs. 6. Ogrzewacz przepływowy według dowolnego z zastrz. 2 do 5, znamienny tym, że cyfrowy obwód sterujący (30) jest zaprogramowany do sterowania drugiego półprzewodnikowego elementu sterującego.
EP 1 701 111 6 7. Ogrzewacz przepływowy według zastrz. 6, znamienny tym, że cyfrowy obwód sterujący (30) jest zaprogramowany do włączania drugiego półprzewodnikowego elementu sterującego przy ustalonym drugim przedziale czasu przed przejściem napięcia zasilania przez zero. 8. Ogrzewacz przepływowy według zastrz. 7, znamienny tym, że drugi przedział czasu jest krótszy niż pierwszy przedział czasu. 9. Ogrzewacz przepływowy według zastrz. 7 albo 8, znamienny tym, że drugi przedział czasu wynosi co najmniej 10 μs, korzystnie co najmniej 20 μs. 10. Ogrzewacz przepływowy według dowolnego z zastrz. 3 do 9, znamienny tym, że cyfrowy obwód sterujący (30) jest zaprogramowany do wyłączania pierwszego półprzewodnikowego elementu sterującego i/lub drugiego półprzewodnikowego elementu sterującego przy ustalonym trzecim przedziale czasu przed przejściem napięcia zasilania przez zero. 11. Ogrzewacz przepływowy według zastrz. 10, znamienny tym, że trzeci przedział czasu jest równy pierwszemu przedziałowi czasu. 12. Ogrzewacz przepływowy według dowolnego z zastrz. 1 do 11, znamienny tym, że półprzewodnikowe elementy sterujące (19) stanowią triaki. 13. Ogrzewacz przepływowy według dowolnego z zastrz. 1 do 12, znamienny tym, że półprzewodnikowe elementy sterujące (19) są sterowane optycznie. 14. Ogrzewacz przepływowy według dowolnego z zastrz. 1 do 13, znamienny tym, że półprzewodnikowe elementy przełącznikowe (18) stanowią triaki. 15. Ogrzewacz przepływowy według dowolnego z zastrz. 1 do 14, znamienny tym, że element grzewczy (11) zawiera nieizolowany drut grzewczy. Pełnomocnik: Ewa Grenda, rzecznik patentowy