在即热式电热水器中检测电导率的方法和设备的制造方法
在即热式电热水器中检测电导率的方法和设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于检测即热式电热水器中的水的电导率的测量装置，并且本发 明还涉及一种配设该测量装置的即热式电热水器。此外，本发明涉及一种检测即热式电热 水器中的水的电导率的方法。
【背景技术】
[0002] 已知了即热式电热水器，在水流动经过所述即热式电热水器期间，其借助一个或 者多个尤其有裸加热线构成的电加热线圈或借助类似的加热装置对水加热。这种即热式电 热水器尤其适合家庭使用，并且然后通常直接在加热之后使用通过所述即热式电热水器加 热的水，这不仅在时间上适用而且也在地点上也适用。这种使用例如可以是淋浴或洗手。通 过下述方式避免由于加热元件的电流引起的危险，即建立尤其从裸加热线到用户的电连接 的受热的水由于其纯度(和限定计算出的放电区段）只是导电弱。因此，这种即热式电热水 器在这方面由于限定的放电区段而是没有危险的。
[0003] 但是，当受污染的、特别是含盐的水进到管道中时，则会例外地出险另一种情况。 此外，这还会在由于潮汐涨落或者洪水灾害或者其他异常事件而污染的或者含盐的水渗入 到管道系统中时在境况不佳的管道系统的区域中出现。
[0004] 为了消除该问题，在这种有潜在危险的区域中避免使用具有裸线的即热式电热水 器。因此不会存在任何风险。这在使用具有管状加热体的设备时也适用，所述设备较昂贵 并且调节特性较差。
[0005] 但是另一方面，即热式电热水器是一种相对简单的对水加热的可能性。这种热水 器相较于具有复杂的热水储存器的一些其他系统成本较低廉且节省空间并且无需太多维 护。因此当通过使用即热式电热水器避免预存热水并进而避免花费对此所需的能量时，借 助于电流进行加热是尤其成本低廉的。
[0006] 因此如果还要在这类有危险的区域使用具有裸线的即热式电热水器并且同样要 保证用户的安全，那么需要一种安全系统，以便排除用户的危险。但是，昂贵的安全系统与 提供即热式电热水器作为成本低廉的理解决方案是互相矛盾的。
【发明内容】
[0007] 因此，本发明基于下述的目：解决上述问题中的至少一个。特别地，要提出一种解 决方案，所述解决方案即使在上述这种有危险的区域中也能够以简单和成本低廉的方式实 现提供即热式电热水器。至少与至今为止所提出的解决方案相比要提出一种替选的解决方 案。
[0008] 根据本发明，提出用于检测即热式电热水器中的水的电导率的测量装置，所述测 量装置包括：至少两个测量电极，以用于隔开地设置在所述即热式电热水器的引导水的通 道中；测量电子装置，以用于提供和分析受水的电导率所影响的电信号；具有初级侧和次 级侧的变压器，其中所述测量电子装置连接在所述初级侧上，以及两个所述测量电极连接 在所述次级侧上，使得所述测量电子装置经由所述变压器与所述测量电极耦合，其中，所述 测量电子装置按规定地在所述变压器的初级侧上提供初级侧的交变电压信号，使得在所 述变压器的次级侧上根据水的电导率设定经由所述测量电极和通过水的次级侧的交变电 流，次级侧的电流在所述变压器的初级侧上影响初级侧的电流，以及所述测量电子装置测 量所述初级侧的电流以用于确定电导率。因此，所述测量装置包括至少两个测量电极，测 量电子装置，并且可以包含变压器。测量电极以隔开的方式设置在即热式电热水器的通道 中，并经由变压器与测量电子装置连接。测量电子装置在变压器的初级侧提供交变电压信 号，所述交变电压信号经由变压器被传输至所述变压器的次级侧，测量电极连接在所述次 级侧。然后在次级侧，交变电流经由测量电极并且经过水流动到即热式电热水器的通道中。 电流相应地取决于水的电导率并进而经由变压器反作用到初级侧上，在所述初级侧同样形 成与电导率相关的电流。然后，测量电子装置对所述初级侧的电流进行测量，并进而可以确 定水的电导率或者电阻率。
[0009] 原则上已知的是，经由电测量确定电导率。但是此外，此处所提出的该解决方案的 特征在于其相对简单且成本低廉地构成。特别之处在于，所述测量装置有目的地针对确定 水的电导率在使用即热式电热水器会产生问题的值域中的任务来构建。该简单构成的测量 装置使用下述交变电压信号，所述交变电压信号经由变压器输送给测量区段，并且同样经 由所述变压器反作用于其与导电性相关的反应，并且然后才由测量电子装置进行分析。特 别在电导率低的、即电阻率高的较洁净的水中仅形成小电流，并且所描述的经由变压器进 行的以交流电流为前提的耦合相应地变得极其不准确并且甚至不再能够利用。
[0010] 但是根据本发明已认识到：该测量装置在任何情况下为了所描述的使用目的都能 够提供足够的精度。测量装置原则上可以使用于以穿流法加热饮用水或生活用水的所有的 家电设备中。除用于加热自来水以在如水龙头或淋浴头的分接点处提供的即热式电热水器 之外，自动咖啡机、洗衣机和洗碗机也属于此类，仅列出几个实例。
[0011] 优选，将测量装置配置用于对Ok Q cm到10k Q cm的电阻率进行测量。此外，这取 决于探针的尺寸和设计。在该范围内，根据一种实施形式能够以小于10%的测量公差进行 测量。因此，测量装置专门与该范围相协调。这尤其涉及所描述的结构构造。但是也可以 涉及一些元件的设计，如所使用的测量电极以及设置所述测量电极的间距。尤其作为初级 侧的交变电压提供的所使用的电压大小可以针对于此。优选地，在此提出大约为2. 5V的交 变电压信号的峰值电压，即为从其最小值至其最大值为大约5V的电压。
[0012] 一种实施形式提出，通过变压器对测量电子装置与测量电极电隔离。因此，提出在 初级侧与次级侧之间没有电接触的变压器。由此能够以简单的方法和方式保护测量电子装 置免受测量区段、即待加热的水中的电压的影响。因此，测量装置可毫无问题地使用于所谓 的裸加热线型即热式电热水器，其中尤其实施为加热线圈的裸加热线设置在水通道中并且 在那里直接对水加热，在所述水通道中相应高的电流流过所述裸加热线。这种裸加热线可 以直接用电网电压来激励，所述电网电压例如可以相对于零线并进而按规则相对于接地电 势而为230V。这种高的电压可以容易地毁坏测量电子装置。通过经由变压器进行的电隔 离，避免对于测量电子装置的这种危险潜在性。
[0013] 根据一种实施形式提出，测量电子装置具有分压器或用于提升电压的其他的机 构，以便提升初级侧的交变电压信号，使得将其电压中值提升超过0V的值，尤其超过2V的 值。特别地，应该将初级侧的交变电压信号提升至使得其完全为正。因此，围绕变压器的零 点以±2. 5V振荡的交变电压信号例如应当提升了 2. 5V，使得其因此不再在+2. 5V与-2. 5V 之间振荡，而是在0V与5V之间振荡。通过将变压器的零点提高2. 5V，对于变压器而言，将 驱动器的在0与5V之间振荡的开关电压视为具有+/-2. 5V偏移的交变电压或者变为有效。 由此尤其能够简化初级侧的交变电压信号的产生，并且所提出的测量装置由于其具有变压 器的构造而允许这样的电压偏移，并且所述电压偏移实际上对于形成的电流没有作用。
[0014] 根据另一种实施形式提出，除了测量初级侧的电流之外，考虑要确定其电导率的 水的温度并且将其用于确定电导率。因此，测量的精度还可以通过下述方式进一步提高：即 会对于水的电导率有影响的温度作为附加的变量来考虑。
[0015] 根据一种设计方案，测量电子装置经由频率为1kHz至10kHz之间范围中的脉冲宽 度调制产生初级侧的交变电压信号。由此以简单的方式并且以小的设备构造能够实现产生 初级侧的交变电压信号。例如，只需要一个微处理器向驱动器提供相应的开关信号，所述驱 动器借助于直流输入电压产生脉冲式信号并且经由低通滤波器产生模拟的电压变化。另 外，该变压器可以同时承担对用于所述脉冲式信号的低通滤波器进行扼流的任务。
[0016 ] 此外，根据本发明提出一种用于对水加热的即热式电热水器上。这种即热式电热 水器具有至少一个引导水的通道，在所述通道中借助电加热元件、特别借助裸线对水进行 加热。也可以将多个这种加热元件设置在多个、尤其流体技术上依次设置的通道部段中。在 所述通道中或者若存在多个通道而在所述通道中的一个通道中，应用测量装置来对电导率 进行测量。所述测量装置具有至少两个电极，所述电极设置在至少一个引导待加热的水的 通道中，以用于对水的电导率进行检测，并为了分析而与测量电子装置连接。如果测量装置 识别超过预设的极限电导值，则必要时除测量和控制电子装置的供电之外，整体上中断对 加热元件的供电。因此，具有裸线的即热式电热水器也可以用于有危险的区域中，因为可以 假设在这些有危险的区域仅例外地、大多仅短暂地出现实际上高的电导率。
[0017] 优选地，仅在超过极限电导值的持续期间，中断是有效的，而在低于预设的极限电 导值时再次激活至少一个加热元件的供电。因此，中断供给热水可限制于时间上的最小值。
[0018] 有利的变型形式是；经由继电器进行关断。由此，能够以简单且快速的方式和方法 执行关断，该关断还实现电隔离，为了可以避免在水区段之上发生触电的危险。
[0019] 作为有利的变型形式在此提出：使用根据上述实施形式之一的测量装置。相应地， 在所述通道或通道中的一个中设有至少两个电极。这可以以紧邻的方式或距加热元件一定 距离的方式进行。优选地，同样将温度感测器设置在通道中，至少尽可能设置在测量电极附 近，使得在测量电极与温度感测器之间不设置有源的加热元件。
[0020] 优选地，即热式电热水器配置用于，一旦检测到的电导率超出预设的极限电导值 或者检测到的电阻率低于预设的极限电阻值，则关断至少一个电加热元件。因此，测量装置 与安全关断装置连接。因此，测量装置可以为此将一个值提供给控制单元，所述控制单元然 后阻止加热。优选地，关断一个或多个电加热元件，使得关断整个加热设备，也就是说即热 式电热水器的所有功率电子装置。一旦电导率又可接受，则可以再次进行接通。
[0021] 优选地，可以将即热式电热水器的本来就存在的元件用作为电极。特别地为此提 出由铜制成的进水管或者同样由铜制成的出水管。另外，可以使用温度感测器壳体或温度 感测器容纳部作为电极，特别是作为与其共同作用的电极，其中所述温度感测器容纳部在 水通道中容纳温度感测器并且本身由金属制成、优选由铜制成。也为优选的实施形式的是， 水通道可以由不导电材料、尤其是塑料制成，但是温度感测器容纳部可以由金属制成，并且 被用作为电极，特别是与进水管和出水管结合。优选地，使用冷却体、特别是功率半导体冷 却装置的冷却体管以用于冷却用于激励至少一个加热元件的功率半导体。这种功率半导 体、特别是功率半导体开关在激励裸加热线时发热，其可以通过要被加热的水进行冷却，并 为此使用金属冷却体，在任何情况下根据一种实施形式，所述金属冷却体相应地设置用于 在生活用水或工业用水中进行冷却。优选地，这种功率半导体电路、特别是其为了冷却而设 置在一个或多个功率半导体上的冷却体不接地，并进而能够为相对于地并且进而相对于铜 质进水管或铜质出水管独立的电极。
[0022] 如果将这些元件用作为电极，尤其当这些元件彼此之间具有明显大于通道的平均 直径的间距时，那么可以将通道在两个电极之间的区域中的几何尺寸用作为测量区段的几 何尺寸，以便从测量电流中确定电导率。
[0023] 优选地，电极以彼此间最小间距设置，所述最小间距大于两个尤其能够设置在用 于测量电导率的实验室装置中的测量电极的几毫米的间距。优选地，该间距大于lcm、大于 5cm，尤其大于10毫米。优选可以使用金属作为材料。在两个电极的间距非常狭窄的情况 下，使用铜是有困难的，因为最小的沉积物已会在相对意义下强烈地降低电极的间距。在使 用所提出的大的间距的情况下，较少地出现上述问题并进而能够利用铜的特别高的电导率 的优点。
[0024] 优选的是，测量装置、特别是测量电子装置或者测量电路电子装置是单独的可加 装的组件，所述组件与电极连接并且经由数据接口、优选经由I 2C总线与即热式电热水器的 调节电子装置连接并且由调节电子装置供给电压。所述测量装置可以以可加装的方式实 施。为此，所述测量装置例如设置在用于固定的承载体中。电极可仅通过柔性导线连接并且 只需在相应的通道设置在的预设的位置中、尤其以彼此间预设的间距来设置。为了在电导 率过高的情况下引起中断，可以使用继电器，或者可以使用现有的中断供电的继电器，所述 继电器也经由测量装置来激励。根据一种实施形式，借助于功率半导体开关、尤其是TRIAC 来进行中断。
[0025] 有利的是，测量电路电子装置具有微控制器，并且测量电路电子装置的该微控制 器经由测量电路测定电极之间的电阻。微控制器也可以被称为微处理器或者微控制装置。
[0026] 为了对电导值进行计算，介质的温度可以经由即热式电热水器的上级的控制装置 的数据接口进行传送，使得从温度和电阻中计算出介质的当前的电导值并将所述电导值与 参考值进行比较。经由所述数据接口也可以将释放信号传送给即热式电热水器的上级的控 制装置，以便在当前的电导值又小于极限电导值时，又取消中断。
[0027] 优选地，也可以被称为参考电导值的极限电导值是可设定的。尤其能够经由电位 器实现可设定性，或所述可设定性经由下述参数来实现，所述参数可以在操作单元处进行 设定并且经由测量装置、特别经由微型处理器来执行或者调整。
[0028] 根据一种实施形式，电极并不以几毫米的方式紧邻，如这从常规的测量技术中知 晓的那样，而是彼此间具有较大的间距。由此，应当得到形成实际测量变量的介质的通过电 极间距所形成的电阻与电极的由于老化和/或钙化而改变的表面电阻之间的更好的比例， 以便实现测量信号的更好的长期稳定性，并且以便能够使用经受较大老化的更有利的电极 材料。由此，例如，以使用铜。这对于应用进水管或者出水管、冷却体或者温度感测器的容 纳部作为电极也是有利的。
[0029] 在控制电子装置电路板上可以有利地安置测量电路电子装置电路板上并且形成 一个单元和/或由测量电路电子装置的微控制器和控制电子装置的微控制器可以形成一 个单元。有利的是，因此在超过电导值时激活加热功率之后，在操作部件上例如通过闪烁指 示器或者在显示器上的符号来显示对加热元件、特别裸加热线的供电的中断。
[0030] 根据本发明还提出一种用于检测电导率的方法，所述方法如在上面结合测量装置 的解释所阐明的那样工作和/或所述方法如上面结合所提出的即热式电热水器的实施形 式的解释所阐明的那样工作。
【附图说明】
[0031] 现在在下文中示例地根据实施例参考所附的附图详细阐明本发明。
[0032] 图1示意地示出根据一种实施形式的测量装置的结构。
[0033] 图2示出根据一种实施形式的即热式电热水器的示意性电路图。
[0034] 图3示出用于监控用于对水电加热的设备中的生活用水或者新鲜水的电导率的 方法的简化流程图。
【具体实施方式】
[0035] 图1的示意图示出用于引导水2的通道的两个通道壁1，水因此在这里为要对其 电导率或者电阻率进行检测的测量介质。两个也可称为探针3的电极3液体密封地引导穿 过通道壁1之一，以便在所述电极之间引导测量电流以用于对水2或者测量介质2的电导 率进行检测。电极3在变压器5处连接在其次级侧52上。变压器5在其初级侧51处加载 初级侧的交变电压，所述交变电压通过交流发电机6产生。交流发电机6为此由微控制器 7借助相应的开关信号激励，所述微控制器又简称为U Controller。交流发电机6因此经 由脉冲宽度调制产生交变电压，所述交变电压因此在变压器5的该初级侧51输入。
[0036] 相应地形成测量信号，所 述测量信号在图1中以作为测量信号8说明的方式与导 线相关联，所述导线(直观地说）从变压器5引导至微控制器7。微控制器7因此也对所述 测量信号8进行分析。实际上，测量信号8也是在变压器5的初级侧51上形成的信号。 [0037] 微控制器7因此激励交流发电机6,以便尽可能以正弦形产生交变电压信号并且 在变压器5的初级侧51处输入。然后，形成次级侧的测量电流，所述测量电流从次级侧52 经由电极3中的一个通过水2或者测量介质2流动至另一电极3并且流回至变压器5的次 级侧52。相应地，形成由微控制器7所中止的测量信号8。
[0038] 此外，也可称为温度传感器的温度感测器4以液体密封的方式引导穿过通道壁1 并且可以检测水2或者测量介质2的温度。所述温度传感器4相应地将温度值9回传给微 控制器7。微控制器7因此对测量电流8和温度值9进行分析，以确定水2的电导率。
[0039] 图2示出具有裸加热线202以及控制和功率电子装置204的即热式电热水器200 的简化电路图。在此示意地示出裸加热线202并且也代表其他的裸加热线。即热式电热水 器200原则上如下工作，即待加热的水通过进水口 206流入，并且在即热式电热水器200的 通道或者通道系统208中引导。其中，水在裸线或者裸加热线202的一个部段中被加热并 且最后以经加热的状态通过出水口 210流出。
[0040] 在此，裸加热线202由控制和功率单元204进行激励。所述控制和功率单元具有 一个在此仅示意性地描述的激励双向可控硅212或者对于每个裸加热线都具有一个在此 仅示意性地描述的激励双向可控硅212。为了对激励双向可控硅212进行冷却而设有冷却 体214,所述冷却体与通道中或者通道系统208中的尚未加热的水相连。该尚未加热的水 因此可以首先用作用于激励双向可控硅212的冷却水。冷却体214在此可以被设作为冷却 管，所有随后要被加热的水都会流经所述冷却管。
[0041] 在此，为供给能量在此设有三相电源216。为了对激励双向可控硅212进行激励并 进而结果对每个裸加热线202进行激励，设有微处理器218。一旦水被放出，流量计220则 检测体积流，使得控制和功率单元204控制加热，特别是可以启动加热。在流量计220附 近也设置有进水温度传感器222,所述进水温度传感器检测进水温度，并且设有出水温 度传感器224,所述出水温度传感器提供出水温度任。。微处理器218可以对所述值进行分 析，以便由此尽可能最佳地控制加热并进而最佳地控制对裸加热线202的激励。尤其在出 现体积流的情况下可以接通加热器。如果体积流弱和/或进水温度已经是高的或者出水温 度是高的，那么可能地仅以降低的方式激励裸加热线，或者当例如存在三根裸加热线时，仅 激励其中的一根或者两根裸加热线。
[0042] 除外，电导率测量器226作为功能模块示出，所述电导率测量器借助电导率传感 器228检测通道或者通道系统208中的水的电导率。结果，可以将电导值或者其倒数，即电 阻值提供给控制和功率电子装置204、尤其提供至微处理器218,其在那里被用符号表示为 电阻Q。
[0043] 电导率传感器228例如可以直接地测量通道或者通道系统208中的电导率。为此， 也可以在通道208中在图2中的所示出的位置处设有电极，以便在此处对电阻进行测量。信 号、特别是电流信号可以在电导率模块226或者电导率测量模块226中进行分析，并且作为 电阻值Q提供给控制和功率电子装置单元204、特别提供给微处理器218。必要时，在考虑 温度、特别是进水温度的情况下微处理器218还可以改进电导率的或者电阻值Q的值。
[0044] 补充地或者作为替选方案，可以将现有的元件用作为电极，以便执行电导率测量。 这种变型形式在图2中示出，因此即电导率模块226作为替选方案或者可选方案一方面使 用铜制成的进水管230作为电极，另一方面使用同样金属的、尤其由铝制成的冷却体214作 为第二电极。由铜制成的进水管230和冷却体214彼此间具有相对大的间距，在任何情况 下，进水管230与冷却体或者冷却管214之间在通道或通道系统208中经过水的测量区段 都相对大，在任何情况下相对于其他常用的电导率测量器而言非常大。与平均通道直径相 t匕，该测量区段也是大的。此外，通过大的间距可以实现：进水管230与冷却管214之间的 间距波动在任何情况下相对于其绝对间距而言都是非常小的，并进而对电导率测量有较小 的影响。进水管230在此可以经由接地端子232接地。冷却管214相应地不允许接地，因 为否则测量电流不会从进水管230经过水流至冷却管214,并且此外不言而喻的是，通道或 者通道系统208在任何情况下在进水管230与冷却管214之间的该区域中以不导电的方式 构成、即例如由塑料构成。
[0045] 可替选地，同样由铜制成的出水管234用作电导率测量的电极。可以将容纳出水 温度传感器224的温度传感器容纳部236用作对应电极，以便测量电流可以在两个所述电 极之间流动。电导率测量在此也大致地并且对总测量区段分析具有相同温度的水。在该情 况下，出水管234也可以经由接地端子232接地，在该情况下温度记录器236始终是不接地 的。
[0046] 用于经由相应选择的电极之间的测量电流来测量水的电导率的相对长的测量区 段可能极其不精确。但是为此，所述测量区段也可以减少水中有气泡的问题。特别地，当将 进水管230和冷却体214用作为电极时如在进水管230与冷却体214之间的非常长的测量 区段在水十分纯净并进而导电率极弱的情况下可能引起极其小的、可能甚至不可检验的测 量电流。但是如果水受强烈地污染，特别含盐高，那么测量电流可以流过，并且由此也可以 显著提高测量精度。恰好针对该情况，原则上也仅需要高精度。
[0047] 图2因此也示出：在水的电导率非常高的情况下中断对裸加热线202的激励，尤其 甚至中断三相电源216,使得基本上整个即热式电热水器200无电压。优选地，保持微处理 器218的和电导率测量模块的功能性。当电导率上升超过可借助于极限值设定设备238预 给定的、预设的极限电导值时，可以在任何情况下都进行功率电子装置的关断。
[0048] 在图3中示出根据至少一种实施形式的关断的方式和方法。在初始化模块350中 启动流程，并且在初始化之后，在询问模块352中进行询问。询问、即比较：所检测的电导率 是否大于预设的电导率参考值或者电阻率是否小于相应预给定的电阻率参考值。根据一种 实施形式，用于比较的所述参考值可以在图2所示的极限值设定设备238中设定。所述参 考值例如也可以与国家中施行的何种规定或者在裸加热线之后跟随的直到用户的水区段 多远相关。
[0049] 在任何情况下，肯定的比较在询问模块352中都引起分支到关断模块354,但是所 述关断模块引起即热式电热水器200的关断，至少裸加热线202或者所有的裸加热线202 的关断。
[0050] 然后，相应地在该时刻不能使用即热式电热水器并且为了向用户显示这种情况， 信号模块356执行信号输出，例如产生闪烁信号。
[0051] 接着，可以立即在询问模块352中重新进行询问。基本上可以通过相应频繁地对 该计算机执行的询问进行时钟控制来快速地进行连续的询问。如果这引起电导值不超过 参考电导值或者电阻率不低于极限电阻值的结果，那么接通能量供给、至少对裸加热线202 的激励，或者当其事先已经被接通时，则保持接通能量供给。上述内容说明接通模块358。 特别地，一方面为关断模块354而另一方面为接通模块358可以访问相同的开关、特别是电 流源或电压源主开关，其中关断模块354促使关断而接通模块358促使接通。当通过接通 模块358进行接通时，这也导致信号模块356不再发送显示设备关断的信号。
[0052] 因此，裸加热线型即热式电热水器已经是已知的，所述裸加热线型即热式电热水 器的特征也在于通过 极其短的加热时间对介质(饮用水)直接加热。入口和出口中的通常所 基于的放电区段连同要加热的介质(饮用水）的金属的入口点和出口点的必要的接地一起 用于安全的操作方式。
[0053] 在此，入口和出口中的放电区段的尺寸确定为，使得在具有高的电导率的最差生 活用水质量的情况下将故障漏电电流保持得低到使得在该情况下在设备未接地的情况下 不会形成危害生命的电流。
[0054] 总体而言，与传统的管式加热体相比，由此即热式电热水器得到非常高的保护水 平，因为即使在接地差或不存在接地的情况下由结构所决定地限制最大的故障漏电电流或 者接触电压，使得对于用户而言不存在危险。
[0055] 在一些地区，电导值可能由于供水的特别条件而暂时强烈地升高，使得漏电电流 达到百分之几安培。在专业实施的保护导体连接中，对于用户而言危险电势是低的并且可 以与传统的管式加热体系统相比较。
[0056] 通过根据本发明的解决方案，现在能够以简单的方式和方法实现：即使在水的电 导率极高且不存在保护导体连接或者保护导体连接较差的情况下，不会出现不允许高的接 触电压。
[0057] 通常，代替电导值将漏电电流作为标准。在此也可以可靠地防止漏电电流过高、即 不允许地高。为此，根据一种实施形式提出，执行存在于水中的第一个或最后一个加热体栓 与相应的入口管和出口管之间的电阻的测量。因此，执行对存在于水中的第一个加热体栓 与入口管之间的电阻的侧量，或者执行存在于水中的最后一个加热体栓与出口管之间的电 阻的测量。也可以将其他元件用作为测量电极。
[0058] 在因此同时形成用于漏电电流的放电通道的流动通道的几何形状已知的情况下， 可以从测量电极之间的电阻中推断出放电区段的电阻值。当例如考虑出口区段作为100cm 长的软管并且电极之间的测量区段为lcm=例如IkOhm时，则可以计算出口放电区段、即出 口处的放电区段的电阻为lOOkOhm。在已知的电网电压为例如230V的情况下，则漏电电流 为2. 3mA。该计算可以在接通加热功率之前进行。如果计算得到超过所确定的极限值的值、 例如超过10mA，则然后能够防止接通。
【主权项】
1. 一种测量装置，用于检测即热式电热水器（200)中的水的电导率，所述测量装置包 括： -至少两个测量电极（3)，以用于隔开地设置在所述即热式电热水器（200)的引导水的 通道（208)中， _测量电子装置，以用于提供和分析受水的电导率所影响的电信号， -具有初级侧（51)和次级侧（52 )的变压器（5 )， 其中 -所述测量电子装置连接在所述初级侧（51)上，以及 -两个所述测量电极连接在所述次级侧（52 )上，使得所述测量电子装置经由所述变压 器（5)与所述测量电极（3)耦合， 其中， -所述测量电子装置按规定地在所述变压器（5)的初级侧（51)上提供初级侧的交变电 压信号， 使得 -在所述变压器（5)的次级侧（52)上根据水的电导率设定经由所述测量电极（3)和通 过水的次级侧的交变电流， -次级侧的电流在所述变压器（5)的初级侧（51)上影响初级侧的电流，以及 _所述测量电子装置测量所述初级侧的电流以用于确定电导率。2. 根据权利要求1所述的测量装置， 其特征在于， 所述测量电子装置通过所述变压器（5)与所述测量电极（3)电隔离。3. 根据权利要求1或者2所述的测量装置， 其特征在于， 所述测量电子装置具有分压器或用于提升电压的另外的机构，以便提升初级侧的所述 交变电压信号，使得初级侧的所述交变电压信号的电压中值提升超过OV的值、尤其超过2V 的值和/或将初级侧的所述交变电压信号提升至使得所述交变电压信号完全为正。4. 根据上述权利要求中的任一项所述的测量装置， 其特征在于， 所述测量装置配置为用于测量OkQcm到IOkQcm的电阻率，优选公差小于10%。5. 根据上述权利要求中的任一项所述的测量装置， 其特征在于， 除了电导率的测量之外，对所述测量电极（3)的区域中的水的温度进行测量并考虑用 于确定电导率。6. 根据上述权利要求中的任一项所述的测量装置， 其特征在于， 所述测量电子装置经由频率在IkHz至IOkHz范围中的脉冲宽度调制产生初级侧的所 述交变电压信号。7. -种用于对水加热的即热式电热水器（200)，其中 -在至少一个引导待加热的水的通道（208)中设有至少一个电加热元件、特别是裸线 (202)，以用于对水进行加热， _用于对待加热的水或已加热的水的电导率进行测量的测量装置设有两个电极（3)，两个所述电极设置在所述至少一个引导待加热的水的通道（208)中，以用于检测水的电导 率，并且为了分析与测量电子装置连接，并且其中， -在超过预设的极限电导值时使所述测量装置中断所述至少一个加热元件的供电。8. 根据权利要求7所述的即热式电热水器（200)， 其特征在于， 在超出所述预设的极限电导值时供电中断之后，中断仅在超出的持续期间是有效的， 并且在低于所述预设的极限电导值时又激活对所至少一个加热元件的供电。9. 根据权利要求7或者8所述的即热式电热水器（200)， 其特征在于， 为了中断供电而设有继电器。10. 根据权利要求7至9中的任一项所述的即热式电热水器（200)， 其特征在于， 使用根据权利要求1至6中的任一项所述的测量装置。11. 根据权利要求7至10中的任一项所述的即热式电热水器（200)， 其特征在于， 将与水接触的、导电的、优选由铜制成的元件用作电极（3)，特别地，至少将下述元件中 的至少一个、尤其两个分别用作电极： -进水管（230)，水穿过所述进水管流入到所述即热式电热水器（200)中， -功率半导体冷却装置的冷却体（214)，以用于冷却用于激励所述至少一个加热元件 (202)的功率半导体， -温度感测器壳体（236)，以用于容纳用于测量水的温度的温度感测器（224)，和 -出水管（234)，水穿过所述出水管离开所述即热式电热水器。12. 根据权利要求7至11中的任一项所述的即热式电热水器（200)， 其特征在于， 电极（3) -以彼此间的最小间距设置，所述最小间距大于lcm、优选大于5cm、尤其大于10cm，和 /或 -由铜制成。13. -种用于检测电导率的方法，其包括以下步骤 -产生初级侧的交变电压信号， -借助于变压器（5)将初级侧的所述交变电压信号从所述变压器的初级侧（51)传输到 所述变压器的次级侧（52)， -将传输到所述变压器（5)的次级侧（52)上的所述交变电压信号经由电极（3)通过待 加热的水引导至第二电极（3)，并且从所述第二电极返回至所述变压器（5)， -检测在次级侧形成在所述变压器（5 )上的交变电流信号，和 -根据初级侧所形成和被检测的交变电压信号确定电导率。14.根据权利要求13所述的方法，
【专利摘要】本发明涉及在即热式电热水器中检测电导率的方法和设备。测量装置包括：至少两个测量电极，以用于隔开地设置在引导水的通道中；测量电子装置，以用于提供和分析受水的电导率所影响的电信号；变压器，其中测量电子装置连接在初级侧上，以及两个测量电极连接在次级侧上，使得所述测量电子装置经由变压器与测量电极耦合；所述测量电子装置按规定地在变压器的初级侧上提供初级侧的交变电压信号，使得在变压器的次级侧上根据水的电导率设定经由测量电极和经由水的次级侧的交变电流，次级侧的电流在变压器的初级侧上影响初级侧的电流，以及测量电子装置测量初级侧的电流以用于确定电导率。此外，本发明还涉及用于对水加热的即热式电热水器。
【IPC分类】G01R27/22
【公开号】CN104897969
【申请号】CN201410077976
【发明人】托尔斯滕·沃伊切霍夫斯基, 迈克尔·格罗贝
【申请人】斯德龙有限两合公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2014年3月5日
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于检测即热式电热水器中的水的电导率的测量装置，并且本发 明还涉及一种配设该测量装置的即热式电热水器。此外，本发明涉及一种检测即热式电热 水器中的水的电导率的方法。
【背景技术】
[0002] 已知了即热式电热水器，在水流动经过所述即热式电热水器期间，其借助一个或 者多个尤其有裸加热线构成的电加热线圈或借助类似的加热装置对水加热。这种即热式电 热水器尤其适合家庭使用，并且然后通常直接在加热之后使用通过所述即热式电热水器加 热的水，这不仅在时间上适用而且也在地点上也适用。这种使用例如可以是淋浴或洗手。通 过下述方式避免由于加热元件的电流引起的危险，即建立尤其从裸加热线到用户的电连接 的受热的水由于其纯度(和限定计算出的放电区段）只是导电弱。因此，这种即热式电热水 器在这方面由于限定的放电区段而是没有危险的。
[0003] 但是，当受污染的、特别是含盐的水进到管道中时，则会例外地出险另一种情况。 此外，这还会在由于潮汐涨落或者洪水灾害或者其他异常事件而污染的或者含盐的水渗入 到管道系统中时在境况不佳的管道系统的区域中出现。
[0004] 为了消除该问题，在这种有潜在危险的区域中避免使用具有裸线的即热式电热水 器。因此不会存在任何风险。这在使用具有管状加热体的设备时也适用，所述设备较昂贵 并且调节特性较差。
[0005] 但是另一方面，即热式电热水器是一种相对简单的对水加热的可能性。这种热水 器相较于具有复杂的热水储存器的一些其他系统成本较低廉且节省空间并且无需太多维 护。因此当通过使用即热式电热水器避免预存热水并进而避免花费对此所需的能量时，借 助于电流进行加热是尤其成本低廉的。
[0006] 因此如果还要在这类有危险的区域使用具有裸线的即热式电热水器并且同样要 保证用户的安全，那么需要一种安全系统，以便排除用户的危险。但是，昂贵的安全系统与 提供即热式电热水器作为成本低廉的理解决方案是互相矛盾的。
【发明内容】
[0007] 因此，本发明基于下述的目：解决上述问题中的至少一个。特别地，要提出一种解 决方案，所述解决方案即使在上述这种有危险的区域中也能够以简单和成本低廉的方式实 现提供即热式电热水器。至少与至今为止所提出的解决方案相比要提出一种替选的解决方 案。
[0008] 根据本发明，提出用于检测即热式电热水器中的水的电导率的测量装置，所述测 量装置包括：至少两个测量电极，以用于隔开地设置在所述即热式电热水器的引导水的通 道中；测量电子装置，以用于提供和分析受水的电导率所影响的电信号；具有初级侧和次 级侧的变压器，其中所述测量电子装置连接在所述初级侧上，以及两个所述测量电极连接 在所述次级侧上，使得所述测量电子装置经由所述变压器与所述测量电极耦合，其中，所述 测量电子装置按规定地在所述变压器的初级侧上提供初级侧的交变电压信号，使得在所 述变压器的次级侧上根据水的电导率设定经由所述测量电极和通过水的次级侧的交变电 流，次级侧的电流在所述变压器的初级侧上影响初级侧的电流，以及所述测量电子装置测 量所述初级侧的电流以用于确定电导率。因此，所述测量装置包括至少两个测量电极，测 量电子装置，并且可以包含变压器。测量电极以隔开的方式设置在即热式电热水器的通道 中，并经由变压器与测量电子装置连接。测量电子装置在变压器的初级侧提供交变电压信 号，所述交变电压信号经由变压器被传输至所述变压器的次级侧，测量电极连接在所述次 级侧。然后在次级侧，交变电流经由测量电极并且经过水流动到即热式电热水器的通道中。 电流相应地取决于水的电导率并进而经由变压器反作用到初级侧上，在所述初级侧同样形 成与电导率相关的电流。然后，测量电子装置对所述初级侧的电流进行测量，并进而可以确 定水的电导率或者电阻率。
[0009] 原则上已知的是，经由电测量确定电导率。但是此外，此处所提出的该解决方案的 特征在于其相对简单且成本低廉地构成。特别之处在于，所述测量装置有目的地针对确定 水的电导率在使用即热式电热水器会产生问题的值域中的任务来构建。该简单构成的测量 装置使用下述交变电压信号，所述交变电压信号经由变压器输送给测量区段，并且同样经 由所述变压器反作用于其与导电性相关的反应，并且然后才由测量电子装置进行分析。特 别在电导率低的、即电阻率高的较洁净的水中仅形成小电流，并且所描述的经由变压器进 行的以交流电流为前提的耦合相应地变得极其不准确并且甚至不再能够利用。
[0010] 但是根据本发明已认识到：该测量装置在任何情况下为了所描述的使用目的都能 够提供足够的精度。测量装置原则上可以使用于以穿流法加热饮用水或生活用水的所有的 家电设备中。除用于加热自来水以在如水龙头或淋浴头的分接点处提供的即热式电热水器 之外，自动咖啡机、洗衣机和洗碗机也属于此类，仅列出几个实例。
[0011] 优选，将测量装置配置用于对Ok Q cm到10k Q cm的电阻率进行测量。此外，这取 决于探针的尺寸和设计。在该范围内，根据一种实施形式能够以小于10%的测量公差进行 测量。因此，测量装置专门与该范围相协调。这尤其涉及所描述的结构构造。但是也可以 涉及一些元件的设计，如所使用的测量电极以及设置所述测量电极的间距。尤其作为初级 侧的交变电压提供的所使用的电压大小可以针对于此。优选地，在此提出大约为2. 5V的交 变电压信号的峰值电压，即为从其最小值至其最大值为大约5V的电压。
[0012] 一种实施形式提出，通过变压器对测量电子装置与测量电极电隔离。因此，提出在 初级侧与次级侧之间没有电接触的变压器。由此能够以简单的方法和方式保护测量电子装 置免受测量区段、即待加热的水中的电压的影响。因此，测量装置可毫无问题地使用于所谓 的裸加热线型即热式电热水器，其中尤其实施为加热线圈的裸加热线设置在水通道中并且 在那里直接对水加热，在所述水通道中相应高的电流流过所述裸加热线。这种裸加热线可 以直接用电网电压来激励，所述电网电压例如可以相对于零线并进而按规则相对于接地电 势而为230V。这种高的电压可以容易地毁坏测量电子装置。通过经由变压器进行的电隔 离，避免对于测量电子装置的这种危险潜在性。
[0013] 根据一种实施形式提出，测量电子装置具有分压器或用于提升电压的其他的机 构，以便提升初级侧的交变电压信号，使得将其电压中值提升超过0V的值，尤其超过2V的 值。特别地，应该将初级侧的交变电压信号提升至使得其完全为正。因此，围绕变压器的零 点以±2. 5V振荡的交变电压信号例如应当提升了 2. 5V，使得其因此不再在+2. 5V与-2. 5V 之间振荡，而是在0V与5V之间振荡。通过将变压器的零点提高2. 5V，对于变压器而言，将 驱动器的在0与5V之间振荡的开关电压视为具有+/-2. 5V偏移的交变电压或者变为有效。 由此尤其能够简化初级侧的交变电压信号的产生，并且所提出的测量装置由于其具有变压 器的构造而允许这样的电压偏移，并且所述电压偏移实际上对于形成的电流没有作用。
[0014] 根据另一种实施形式提出，除了测量初级侧的电流之外，考虑要确定其电导率的 水的温度并且将其用于确定电导率。因此，测量的精度还可以通过下述方式进一步提高：即 会对于水的电导率有影响的温度作为附加的变量来考虑。
[0015] 根据一种设计方案，测量电子装置经由频率为1kHz至10kHz之间范围中的脉冲宽 度调制产生初级侧的交变电压信号。由此以简单的方式并且以小的设备构造能够实现产生 初级侧的交变电压信号。例如，只需要一个微处理器向驱动器提供相应的开关信号，所述驱 动器借助于直流输入电压产生脉冲式信号并且经由低通滤波器产生模拟的电压变化。另 外，该变压器可以同时承担对用于所述脉冲式信号的低通滤波器进行扼流的任务。
[0016 ] 此外，根据本发明提出一种用于对水加热的即热式电热水器上。这种即热式电热 水器具有至少一个引导水的通道，在所述通道中借助电加热元件、特别借助裸线对水进行 加热。也可以将多个这种加热元件设置在多个、尤其流体技术上依次设置的通道部段中。在 所述通道中或者若存在多个通道而在所述通道中的一个通道中，应用测量装置来对电导率 进行测量。所述测量装置具有至少两个电极，所述电极设置在至少一个引导待加热的水的 通道中，以用于对水的电导率进行检测，并为了分析而与测量电子装置连接。如果测量装置 识别超过预设的极限电导值，则必要时除测量和控制电子装置的供电之外，整体上中断对 加热元件的供电。因此，具有裸线的即热式电热水器也可以用于有危险的区域中，因为可以 假设在这些有危险的区域仅例外地、大多仅短暂地出现实际上高的电导率。
[0017] 优选地，仅在超过极限电导值的持续期间，中断是有效的，而在低于预设的极限电 导值时再次激活至少一个加热元件的供电。因此，中断供给热水可限制于时间上的最小值。
[0018] 有利的变型形式是；经由继电器进行关断。由此，能够以简单且快速的方式和方法 执行关断，该关断还实现电隔离，为了可以避免在水区段之上发生触电的危险。
[0019] 作为有利的变型形式在此提出：使用根据上述实施形式之一的测量装置。相应地， 在所述通道或通道中的一个中设有至少两个电极。这可以以紧邻的方式或距加热元件一定 距离的方式进行。优选地，同样将温度感测器设置在通道中，至少尽可能设置在测量电极附 近，使得在测量电极与温度感测器之间不设置有源的加热元件。
[0020] 优选地，即热式电热水器配置用于，一旦检测到的电导率超出预设的极限电导值 或者检测到的电阻率低于预设的极限电阻值，则关断至少一个电加热元件。因此，测量装置 与安全关断装置连接。因此，测量装置可以为此将一个值提供给控制单元，所述控制单元然 后阻止加热。优选地，关断一个或多个电加热元件，使得关断整个加热设备，也就是说即热 式电热水器的所有功率电子装置。一旦电导率又可接受，则可以再次进行接通。
[0021] 优选地，可以将即热式电热水器的本来就存在的元件用作为电极。特别地为此提 出由铜制成的进水管或者同样由铜制成的出水管。另外，可以使用温度感测器壳体或温度 感测器容纳部作为电极，特别是作为与其共同作用的电极，其中所述温度感测器容纳部在 水通道中容纳温度感测器并且本身由金属制成、优选由铜制成。也为优选的实施形式的是， 水通道可以由不导电材料、尤其是塑料制成，但是温度感测器容纳部可以由金属制成，并且 被用作为电极，特别是与进水管和出水管结合。优选地，使用冷却体、特别是功率半导体冷 却装置的冷却体管以用于冷却用于激励至少一个加热元件的功率半导体。这种功率半导 体、特别是功率半导体开关在激励裸加热线时发热，其可以通过要被加热的水进行冷却，并 为此使用金属冷却体，在任何情况下根据一种实施形式，所述金属冷却体相应地设置用于 在生活用水或工业用水中进行冷却。优选地，这种功率半导体电路、特别是其为了冷却而设 置在一个或多个功率半导体上的冷却体不接地，并进而能够为相对于地并且进而相对于铜 质进水管或铜质出水管独立的电极。
[0022] 如果将这些元件用作为电极，尤其当这些元件彼此之间具有明显大于通道的平均 直径的间距时，那么可以将通道在两个电极之间的区域中的几何尺寸用作为测量区段的几 何尺寸，以便从测量电流中确定电导率。
[0023] 优选地，电极以彼此间最小间距设置，所述最小间距大于两个尤其能够设置在用 于测量电导率的实验室装置中的测量电极的几毫米的间距。优选地，该间距大于lcm、大于 5cm，尤其大于10毫米。优选可以使用金属作为材料。在两个电极的间距非常狭窄的情况 下，使用铜是有困难的，因为最小的沉积物已会在相对意义下强烈地降低电极的间距。在使 用所提出的大的间距的情况下，较少地出现上述问题并进而能够利用铜的特别高的电导率 的优点。
[0024] 优选的是，测量装置、特别是测量电子装置或者测量电路电子装置是单独的可加 装的组件，所述组件与电极连接并且经由数据接口、优选经由I 2C总线与即热式电热水器的 调节电子装置连接并且由调节电子装置供给电压。所述测量装置可以以可加装的方式实 施。为此，所述测量装置例如设置在用于固定的承载体中。电极可仅通过柔性导线连接并且 只需在相应的通道设置在的预设的位置中、尤其以彼此间预设的间距来设置。为了在电导 率过高的情况下引起中断，可以使用继电器，或者可以使用现有的中断供电的继电器，所述 继电器也经由测量装置来激励。根据一种实施形式，借助于功率半导体开关、尤其是TRIAC 来进行中断。
[0025] 有利的是，测量电路电子装置具有微控制器，并且测量电路电子装置的该微控制 器经由测量电路测定电极之间的电阻。微控制器也可以被称为微处理器或者微控制装置。
[0026] 为了对电导值进行计算，介质的温度可以经由即热式电热水器的上级的控制装置 的数据接口进行传送，使得从温度和电阻中计算出介质的当前的电导值并将所述电导值与 参考值进行比较。经由所述数据接口也可以将释放信号传送给即热式电热水器的上级的控 制装置，以便在当前的电导值又小于极限电导值时，又取消中断。
[0027] 优选地，也可以被称为参考电导值的极限电导值是可设定的。尤其能够经由电位 器实现可设定性，或所述可设定性经由下述参数来实现，所述参数可以在操作单元处进行 设定并且经由测量装置、特别经由微型处理器来执行或者调整。
[0028] 根据一种实施形式，电极并不以几毫米的方式紧邻，如这从常规的测量技术中知 晓的那样，而是彼此间具有较大的间距。由此，应当得到形成实际测量变量的介质的通过电 极间距所形成的电阻与电极的由于老化和/或钙化而改变的表面电阻之间的更好的比例， 以便实现测量信号的更好的长期稳定性，并且以便能够使用经受较大老化的更有利的电极 材料。由此，例如，以使用铜。这对于应用进水管或者出水管、冷却体或者温度感测器的容 纳部作为电极也是有利的。
[0029] 在控制电子装置电路板上可以有利地安置测量电路电子装置电路板上并且形成 一个单元和/或由测量电路电子装置的微控制器和控制电子装置的微控制器可以形成一 个单元。有利的是，因此在超过电导值时激活加热功率之后，在操作部件上例如通过闪烁指 示器或者在显示器上的符号来显示对加热元件、特别裸加热线的供电的中断。
[0030] 根据本发明还提出一种用于检测电导率的方法，所述方法如在上面结合测量装置 的解释所阐明的那样工作和/或所述方法如上面结合所提出的即热式电热水器的实施形 式的解释所阐明的那样工作。
【附图说明】
[0031] 现在在下文中示例地根据实施例参考所附的附图详细阐明本发明。
[0032] 图1示意地示出根据一种实施形式的测量装置的结构。
[0033] 图2示出根据一种实施形式的即热式电热水器的示意性电路图。
[0034] 图3示出用于监控用于对水电加热的设备中的生活用水或者新鲜水的电导率的 方法的简化流程图。
【具体实施方式】
[0035] 图1的示意图示出用于引导水2的通道的两个通道壁1，水因此在这里为要对其 电导率或者电阻率进行检测的测量介质。两个也可称为探针3的电极3液体密封地引导穿 过通道壁1之一，以便在所述电极之间引导测量电流以用于对水2或者测量介质2的电导 率进行检测。电极3在变压器5处连接在其次级侧52上。变压器5在其初级侧51处加载 初级侧的交变电压，所述交变电压通过交流发电机6产生。交流发电机6为此由微控制器 7借助相应的开关信号激励，所述微控制器又简称为U Controller。交流发电机6因此经 由脉冲宽度调制产生交变电压，所述交变电压因此在变压器5的该初级侧51输入。
[0036] 相应地形成测量信号，所 述测量信号在图1中以作为测量信号8说明的方式与导 线相关联，所述导线(直观地说）从变压器5引导至微控制器7。微控制器7因此也对所述 测量信号8进行分析。实际上，测量信号8也是在变压器5的初级侧51上形成的信号。 [0037] 微控制器7因此激励交流发电机6,以便尽可能以正弦形产生交变电压信号并且 在变压器5的初级侧51处输入。然后，形成次级侧的测量电流，所述测量电流从次级侧52 经由电极3中的一个通过水2或者测量介质2流动至另一电极3并且流回至变压器5的次 级侧52。相应地，形成由微控制器7所中止的测量信号8。
[0038] 此外，也可称为温度传感器的温度感测器4以液体密封的方式引导穿过通道壁1 并且可以检测水2或者测量介质2的温度。所述温度传感器4相应地将温度值9回传给微 控制器7。微控制器7因此对测量电流8和温度值9进行分析，以确定水2的电导率。
[0039] 图2示出具有裸加热线202以及控制和功率电子装置204的即热式电热水器200 的简化电路图。在此示意地示出裸加热线202并且也代表其他的裸加热线。即热式电热水 器200原则上如下工作，即待加热的水通过进水口 206流入，并且在即热式电热水器200的 通道或者通道系统208中引导。其中，水在裸线或者裸加热线202的一个部段中被加热并 且最后以经加热的状态通过出水口 210流出。
[0040] 在此，裸加热线202由控制和功率单元204进行激励。所述控制和功率单元具有 一个在此仅示意性地描述的激励双向可控硅212或者对于每个裸加热线都具有一个在此 仅示意性地描述的激励双向可控硅212。为了对激励双向可控硅212进行冷却而设有冷却 体214,所述冷却体与通道中或者通道系统208中的尚未加热的水相连。该尚未加热的水 因此可以首先用作用于激励双向可控硅212的冷却水。冷却体214在此可以被设作为冷却 管，所有随后要被加热的水都会流经所述冷却管。
[0041] 在此，为供给能量在此设有三相电源216。为了对激励双向可控硅212进行激励并 进而结果对每个裸加热线202进行激励，设有微处理器218。一旦水被放出，流量计220则 检测体积流，使得控制和功率单元204控制加热，特别是可以启动加热。在流量计220附 近也设置有进水温度传感器222,所述进水温度传感器检测进水温度，并且设有出水温 度传感器224,所述出水温度传感器提供出水温度任。。微处理器218可以对所述值进行分 析，以便由此尽可能最佳地控制加热并进而最佳地控制对裸加热线202的激励。尤其在出 现体积流的情况下可以接通加热器。如果体积流弱和/或进水温度已经是高的或者出水温 度是高的，那么可能地仅以降低的方式激励裸加热线，或者当例如存在三根裸加热线时，仅 激励其中的一根或者两根裸加热线。
[0042] 除外，电导率测量器226作为功能模块示出，所述电导率测量器借助电导率传感 器228检测通道或者通道系统208中的水的电导率。结果，可以将电导值或者其倒数，即电 阻值提供给控制和功率电子装置204、尤其提供至微处理器218,其在那里被用符号表示为 电阻Q。
[0043] 电导率传感器228例如可以直接地测量通道或者通道系统208中的电导率。为此， 也可以在通道208中在图2中的所示出的位置处设有电极，以便在此处对电阻进行测量。信 号、特别是电流信号可以在电导率模块226或者电导率测量模块226中进行分析，并且作为 电阻值Q提供给控制和功率电子装置单元204、特别提供给微处理器218。必要时，在考虑 温度、特别是进水温度的情况下微处理器218还可以改进电导率的或者电阻值Q的值。
[0044] 补充地或者作为替选方案，可以将现有的元件用作为电极，以便执行电导率测量。 这种变型形式在图2中示出，因此即电导率模块226作为替选方案或者可选方案一方面使 用铜制成的进水管230作为电极，另一方面使用同样金属的、尤其由铝制成的冷却体214作 为第二电极。由铜制成的进水管230和冷却体214彼此间具有相对大的间距，在任何情况 下，进水管230与冷却体或者冷却管214之间在通道或通道系统208中经过水的测量区段 都相对大，在任何情况下相对于其他常用的电导率测量器而言非常大。与平均通道直径相 t匕，该测量区段也是大的。此外，通过大的间距可以实现：进水管230与冷却管214之间的 间距波动在任何情况下相对于其绝对间距而言都是非常小的，并进而对电导率测量有较小 的影响。进水管230在此可以经由接地端子232接地。冷却管214相应地不允许接地，因 为否则测量电流不会从进水管230经过水流至冷却管214,并且此外不言而喻的是，通道或 者通道系统208在任何情况下在进水管230与冷却管214之间的该区域中以不导电的方式 构成、即例如由塑料构成。
[0045] 可替选地，同样由铜制成的出水管234用作电导率测量的电极。可以将容纳出水 温度传感器224的温度传感器容纳部236用作对应电极，以便测量电流可以在两个所述电 极之间流动。电导率测量在此也大致地并且对总测量区段分析具有相同温度的水。在该情 况下，出水管234也可以经由接地端子232接地，在该情况下温度记录器236始终是不接地 的。
[0046] 用于经由相应选择的电极之间的测量电流来测量水的电导率的相对长的测量区 段可能极其不精确。但是为此，所述测量区段也可以减少水中有气泡的问题。特别地，当将 进水管230和冷却体214用作为电极时如在进水管230与冷却体214之间的非常长的测量 区段在水十分纯净并进而导电率极弱的情况下可能引起极其小的、可能甚至不可检验的测 量电流。但是如果水受强烈地污染，特别含盐高，那么测量电流可以流过，并且由此也可以 显著提高测量精度。恰好针对该情况，原则上也仅需要高精度。
[0047] 图2因此也示出：在水的电导率非常高的情况下中断对裸加热线202的激励，尤其 甚至中断三相电源216,使得基本上整个即热式电热水器200无电压。优选地，保持微处理 器218的和电导率测量模块的功能性。当电导率上升超过可借助于极限值设定设备238预 给定的、预设的极限电导值时，可以在任何情况下都进行功率电子装置的关断。
[0048] 在图3中示出根据至少一种实施形式的关断的方式和方法。在初始化模块350中 启动流程，并且在初始化之后，在询问模块352中进行询问。询问、即比较：所检测的电导率 是否大于预设的电导率参考值或者电阻率是否小于相应预给定的电阻率参考值。根据一种 实施形式，用于比较的所述参考值可以在图2所示的极限值设定设备238中设定。所述参 考值例如也可以与国家中施行的何种规定或者在裸加热线之后跟随的直到用户的水区段 多远相关。
[0049] 在任何情况下，肯定的比较在询问模块352中都引起分支到关断模块354,但是所 述关断模块引起即热式电热水器200的关断，至少裸加热线202或者所有的裸加热线202 的关断。
[0050] 然后，相应地在该时刻不能使用即热式电热水器并且为了向用户显示这种情况， 信号模块356执行信号输出，例如产生闪烁信号。
[0051] 接着，可以立即在询问模块352中重新进行询问。基本上可以通过相应频繁地对 该计算机执行的询问进行时钟控制来快速地进行连续的询问。如果这引起电导值不超过 参考电导值或者电阻率不低于极限电阻值的结果，那么接通能量供给、至少对裸加热线202 的激励，或者当其事先已经被接通时，则保持接通能量供给。上述内容说明接通模块358。 特别地，一方面为关断模块354而另一方面为接通模块358可以访问相同的开关、特别是电 流源或电压源主开关，其中关断模块354促使关断而接通模块358促使接通。当通过接通 模块358进行接通时，这也导致信号模块356不再发送显示设备关断的信号。
[0052] 因此，裸加热线型即热式电热水器已经是已知的，所述裸加热线型即热式电热水 器的特征也在于通过 极其短的加热时间对介质(饮用水)直接加热。入口和出口中的通常所 基于的放电区段连同要加热的介质(饮用水）的金属的入口点和出口点的必要的接地一起 用于安全的操作方式。
[0053] 在此，入口和出口中的放电区段的尺寸确定为，使得在具有高的电导率的最差生 活用水质量的情况下将故障漏电电流保持得低到使得在该情况下在设备未接地的情况下 不会形成危害生命的电流。
[0054] 总体而言，与传统的管式加热体相比，由此即热式电热水器得到非常高的保护水 平，因为即使在接地差或不存在接地的情况下由结构所决定地限制最大的故障漏电电流或 者接触电压，使得对于用户而言不存在危险。
[0055] 在一些地区，电导值可能由于供水的特别条件而暂时强烈地升高，使得漏电电流 达到百分之几安培。在专业实施的保护导体连接中，对于用户而言危险电势是低的并且可 以与传统的管式加热体系统相比较。
[0056] 通过根据本发明的解决方案，现在能够以简单的方式和方法实现：即使在水的电 导率极高且不存在保护导体连接或者保护导体连接较差的情况下，不会出现不允许高的接 触电压。
[0057] 通常，代替电导值将漏电电流作为标准。在此也可以可靠地防止漏电电流过高、即 不允许地高。为此，根据一种实施形式提出，执行存在于水中的第一个或最后一个加热体栓 与相应的入口管和出口管之间的电阻的测量。因此，执行对存在于水中的第一个加热体栓 与入口管之间的电阻的侧量，或者执行存在于水中的最后一个加热体栓与出口管之间的电 阻的测量。也可以将其他元件用作为测量电极。
[0058] 在因此同时形成用于漏电电流的放电通道的流动通道的几何形状已知的情况下， 可以从测量电极之间的电阻中推断出放电区段的电阻值。当例如考虑出口区段作为100cm 长的软管并且电极之间的测量区段为lcm=例如IkOhm时，则可以计算出口放电区段、即出 口处的放电区段的电阻为lOOkOhm。在已知的电网电压为例如230V的情况下，则漏电电流 为2. 3mA。该计算可以在接通加热功率之前进行。如果计算得到超过所确定的极限值的值、 例如超过10mA，则然后能够防止接通。
【主权项】
1. 一种测量装置，用于检测即热式电热水器（200)中的水的电导率，所述测量装置包 括： -至少两个测量电极（3)，以用于隔开地设置在所述即热式电热水器（200)的引导水的 通道（208)中， _测量电子装置，以用于提供和分析受水的电导率所影响的电信号， -具有初级侧（51)和次级侧（52 )的变压器（5 )， 其中 -所述测量电子装置连接在所述初级侧（51)上，以及 -两个所述测量电极连接在所述次级侧（52 )上，使得所述测量电子装置经由所述变压 器（5)与所述测量电极（3)耦合， 其中， -所述测量电子装置按规定地在所述变压器（5)的初级侧（51)上提供初级侧的交变电 压信号， 使得 -在所述变压器（5)的次级侧（52)上根据水的电导率设定经由所述测量电极（3)和通 过水的次级侧的交变电流， -次级侧的电流在所述变压器（5)的初级侧（51)上影响初级侧的电流，以及 _所述测量电子装置测量所述初级侧的电流以用于确定电导率。2. 根据权利要求1所述的测量装置， 其特征在于， 所述测量电子装置通过所述变压器（5)与所述测量电极（3)电隔离。3. 根据权利要求1或者2所述的测量装置， 其特征在于， 所述测量电子装置具有分压器或用于提升电压的另外的机构，以便提升初级侧的所述 交变电压信号，使得初级侧的所述交变电压信号的电压中值提升超过OV的值、尤其超过2V 的值和/或将初级侧的所述交变电压信号提升至使得所述交变电压信号完全为正。4. 根据上述权利要求中的任一项所述的测量装置， 其特征在于， 所述测量装置配置为用于测量OkQcm到IOkQcm的电阻率，优选公差小于10%。5. 根据上述权利要求中的任一项所述的测量装置， 其特征在于， 除了电导率的测量之外，对所述测量电极（3)的区域中的水的温度进行测量并考虑用 于确定电导率。6. 根据上述权利要求中的任一项所述的测量装置， 其特征在于， 所述测量电子装置经由频率在IkHz至IOkHz范围中的脉冲宽度调制产生初级侧的所 述交变电压信号。7. -种用于对水加热的即热式电热水器（200)，其中 -在至少一个引导待加热的水的通道（208)中设有至少一个电加热元件、特别是裸线 (202)，以用于对水进行加热， _用于对待加热的水或已加热的水的电导率进行测量的测量装置设有两个电极（3)，两个所述电极设置在所述至少一个引导待加热的水的通道（208)中，以用于检测水的电导 率，并且为了分析与测量电子装置连接，并且其中， -在超过预设的极限电导值时使所述测量装置中断所述至少一个加热元件的供电。8. 根据权利要求7所述的即热式电热水器（200)， 其特征在于， 在超出所述预设的极限电导值时供电中断之后，中断仅在超出的持续期间是有效的， 并且在低于所述预设的极限电导值时又激活对所至少一个加热元件的供电。9. 根据权利要求7或者8所述的即热式电热水器（200)， 其特征在于， 为了中断供电而设有继电器。10. 根据权利要求7至9中的任一项所述的即热式电热水器（200)， 其特征在于， 使用根据权利要求1至6中的任一项所述的测量装置。11. 根据权利要求7至10中的任一项所述的即热式电热水器（200)， 其特征在于， 将与水接触的、导电的、优选由铜制成的元件用作电极（3)，特别地，至少将下述元件中 的至少一个、尤其两个分别用作电极： -进水管（230)，水穿过所述进水管流入到所述即热式电热水器（200)中， -功率半导体冷却装置的冷却体（214)，以用于冷却用于激励所述至少一个加热元件 (202)的功率半导体， -温度感测器壳体（236)，以用于容纳用于测量水的温度的温度感测器（224)，和 -出水管（234)，水穿过所述出水管离开所述即热式电热水器。12. 根据权利要求7至11中的任一项所述的即热式电热水器（200)， 其特征在于， 电极（3) -以彼此间的最小间距设置，所述最小间距大于lcm、优选大于5cm、尤其大于10cm，和 /或 -由铜制成。13. -种用于检测电导率的方法，其包括以下步骤 -产生初级侧的交变电压信号， -借助于变压器（5)将初级侧的所述交变电压信号从所述变压器的初级侧（51)传输到 所述变压器的次级侧（52)， -将传输到所述变压器（5)的次级侧（52)上的所述交变电压信号经由电极（3)通过待 加热的水引导至第二电极（3)，并且从所述第二电极返回至所述变压器（5)， -检测在次级侧形成在所述变压器（5 )上的交变电流信号，和 -根据初级侧所形成和被检测的交变电压信号确定电导率。14.根据权利要求13所述的方法，
【专利摘要】本发明涉及在即热式电热水器中检测电导率的方法和设备。测量装置包括：至少两个测量电极，以用于隔开地设置在引导水的通道中；测量电子装置，以用于提供和分析受水的电导率所影响的电信号；变压器，其中测量电子装置连接在初级侧上，以及两个测量电极连接在次级侧上，使得所述测量电子装置经由变压器与测量电极耦合；所述测量电子装置按规定地在变压器的初级侧上提供初级侧的交变电压信号，使得在变压器的次级侧上根据水的电导率设定经由测量电极和经由水的次级侧的交变电流，次级侧的电流在变压器的初级侧上影响初级侧的电流，以及测量电子装置测量初级侧的电流以用于确定电导率。此外，本发明还涉及用于对水加热的即热式电热水器。
【IPC分类】G01R27/22
【公开号】CN104897969
【申请号】CN201410077976
【发明人】托尔斯滕·沃伊切霍夫斯基, 迈克尔·格罗贝
【申请人】斯德龙有限两合公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2014年3月5日
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