AT395483B - Purely electrically heated instantaneous heater with a device for determining the throughput of water - Google Patents

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Abstract

Electrically heated instantaneous heater having a device for determining the throughput of water with heating resistances in a passage duct, in which, in order to determine the water inlet and water outlet temperatures, a temperature sensor is provided upstream and downstream of these resistances, the throughput being calculated in accordance with the equation DR = PM/(c.(TA - TE)), according to which PM is the output of the heating resistance in kW, c is the specific heat capacity of the water in kWh/kg, TA and TE are the outlet and inlet temperatures in degree C, characterized in that that portion of the passage duct which is located between the two temperature sensors is equipped as a measurement section with two component resistances 7, 8, one of the component resistances 7 being connected to a switch 11, in order to switch off this component resistance 7 at small throughput amounts. <IMAGE>

Description

AT 395 483 BAT 395 483 B

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen elektrisch beheizten Durchlauferhitzer mit einer Vorrichtung zum Ermitteln des Wasserdurchsatzes mit Heizwiderständen in einem Durchlauf kanal, bei dem zur Ermittlung der Wassereinlauf- und Wasserauslauftemperatur stromaufwärts und stromabwärts dieser Widerstände je ein Temperaturfühler vorgesehen ist, wobei sich der Durchsatz nach der GleichungThe present invention relates to an electrically heated water heater with a device for determining the water flow rate with heating resistors in a continuous channel, in which a temperature sensor is provided for determining the water inlet and outlet temperature upstream and downstream of these resistors, the throughput according to the equation

c (TA - TE) errechnet, wonach PM die Leistung des Heizwiderstandes in kW, c die spezifische Wärmekapazität des Wassers in kWh/kg und TA sowie TE die Aus- und Einlauftemperatur in °C bedeuten.c (TA - TE) calculates that PM is the power of the heating resistor in kW, c is the specific heat capacity of the water in kWh / kg and TA and TE are the outlet and inlet temperatures in ° C.

Aus den Entgegenhaltungen, die für die Beurteilung der Patentgebbarkeit in Betracht gezogen wurden, sind Durchlauferhitzer mit Temperaturfühlern und abschaltbaren Widerständen bekanntgeworden.Continuous-flow heaters with temperature sensors and resistors that can be switched off have become known from the documents that were considered for assessing the patentability.

Bei bekannten Durchlauferhitzern wird in der Regel mit einer Gesamtleistung von 24 kW an einem Dreh-spannungsnetz mit 3 im Dreieck geschalteten Widerständen gearbeitet, von denen jeder 8 kW abzugeben imstande ist. Für die Meßzwecke wird ein Widerstand benutzt, der stromauf und stromab einen Temperaturfühler im beheizten Kanal aufweist.In known instantaneous water heaters, a total output of 24 kW is generally used on a three-phase network with three resistors connected in a triangle, each of which is able to deliver 8 kW. A resistor is used for the measurement purposes, which has a temperature sensor in the heated duct upstream and downstream.

Der errechnete Durchsatz Dr wird dann nach der FormelThe calculated throughput Dr is then according to the formula

pM (1) Dr-- c (TA - TE) ermittelt, wobei PM die Leistung in kW am Heizwiderstand, c die spezifische Wärme des Wassers, TA die Aus- und TE die Einlauftemperatur in °C bedeuten.pM (1) Dr-- c (TA - TE) determined, where PM is the power in kW at the heating resistor, c is the specific heat of the water, TA is the outlet temperature and TE is the inlet temperature in ° C.

Bei einem solchen Meßverfahren ändert sich die Temperatur TA in Abhängigkeit vom Durchsatz, d. h., daß bei kleinen Zapfwasserdurchsätzen die Temperaturerhöhung größer als bei größeren ist:With such a measuring method, the temperature TA changes depending on the throughput, i. that is, the temperature increase is greater with small tap water throughputs than with larger ones:

pMpm

(2) TA =-+ TE cxDm(2) TA = - + TE cxDm

Darin istDj^ der meßbare Durchsatz. Nach Gleichungl wird der Durchsatz aus der Differenz von TA-TE errechnet.In this, Dj ^ is the measurable throughput. According to equation 1, the throughput is calculated from the difference of TA-TE.

Bei hohen Durchsätzen sinkt die Temperaturdifferenz bei konstanter Heizleistung Pj^f ab. Die unveränderlichen Meßfehler machen sich dann stärker bemerkbar als bei größeren Temperaturdifferenzen.At high throughputs, the temperature difference decreases with constant heating power Pj ^ f. The unchangeable measurement errors are then more noticeable than with larger temperature differences.

Zu den Meßfehlern gehören zum Beispiel auch Quantisierungsfehler von Analog-Digital-Wandlem. Er wird um so kleiner, je kleiner der Meßbereich gewählt werden kann.The measurement errors also include, for example, quantization errors of analog-digital converters. The smaller the measuring range, the smaller it becomes.

Wird nur mit einer Heizleistung Pjyj für den ganzen Bereich des Durchsatzes gearbeitet und will man gleichzeitig eine Mindesttemperatur-Differenz nicht unterschreiten, ergibt sich zwangsläufig ein großer Meßbereich mit größerem Quantisierungsfehler.If only one heating power Pjyj is used for the entire range of throughput and at the same time if one does not want to fall below a minimum temperature difference, there is inevitably a large measuring range with a larger quantization error.

AusderDE-AS 1254781 istein elektrisch beheizter Durchlauferhitzer für Drehstromanschluß in Sternschaltung bekanntgeworden. Hierbei liegen alle 6 Widerstände hydraulisch in Serie in einem Wasserkanal, jeweils 2 Widerstände sind miteinander verbunden und an einen der Stemanschlüsse gelegt, während die freien Enden der anderen Seiten der Widerstände zum Stemgut zusammengefaßt sind. Der erste und der letzte Widerstand besitzen an ihren freien Enden gegenüber dem Stempunkt einen Schalter. Bei diesem elektrisch beheizten Durchlauferhitzer dient die Schaltung der Leistungsreduzierung des Durchlauferhitzers. Eine Erfassung des Wassserdurchsatzes ist nicht vorgesehen. Die Geräte wurden zurZeit des Anmeldungstages dieser Schrift mit einem Wasserkonstantstromregler ausgestattet, der hydraulisch arbeitete, so daß die Auslauftemperatursteuerung durch eine elektrische Leistungssteuerung in groben Zügen gelang.From DE-AS 1254781 an electrically heated instantaneous water heater for three-phase connection in star connection has become known. All 6 resistors are hydraulically connected in series in a water channel, 2 resistors are connected to each other and connected to one of the stem connections, while the free ends of the other sides of the resistors are combined to form the stem material. The first and the last resistor have a switch at their free ends opposite the star point. In this electrically heated instantaneous water heater, the circuit serves to reduce the output of the instantaneous water heater. A recording of the water flow is not planned. At the time of the filing date of this document, the devices were equipped with a water constant current regulator which operated hydraulically, so that the outlet temperature control was roughly accomplished by means of an electrical power control.

Neue Geräte verlangen aber eine feinstufige elektrische Leistungsanpassung, insebesondere mit einer Schwingungspaketsteuerung, hierzu reicht aber die Genauigkeit des Regeins des Durchsatzes auf einen kostanten Wert mittels hydraulischer Arbeiten der Einrichtungen nicht mehr aus, zumal der Wasserdurchsatz nur auf einen bestimmten Wert geregelt werden konnte.However, new devices require a fine-tuned electrical output adjustment, in particular with a vibration package control, but for this the accuracy of regulating the throughput to a costly value by means of hydraulic work in the facilities is no longer sufficient, especially since the water throughput could only be regulated to a certain value.

Sind die verschiedensten Einflüsse, wie variierende Wassereinlaßtemperatur, Durchsatzschwankungen und die sich ändernde Spannungshöhe, im elektrisch speisenden Drehspannungsnetz zu berücksichtigen, so muß der feinstufigen elektrischen Leistungsanpassung auch eine Erfassung des Durchsatzes auf den vom Benutzerkopf vorgewählten Wert vorgenommen werden. Dieser Durchsatz muß auf dem vom Benutzer vorgewählten Wert, der -2-If the most varied influences, such as varying water inlet temperature, throughput fluctuations and the changing voltage level, have to be taken into account in the electrically feeding three-phase network, the fine-tuned electrical power adjustment must also record the throughput to the value selected by the user head. This throughput must be based on the value selected by the user, the -2-

AT 395 483 B durch Öffnen des Zapfventils vorgegeben wird, erfaßt weiden und muß in die Leistungsberechnung eingehen. Dies ist durch eine einfache Abschaltung und Zuschaltung von Widerständen, wie im Stand der Technik, offenbar nicht zu erreichen.AT 395 483 B is specified by opening the nozzle, grazing and must be included in the performance calculation. This can obviously not be achieved by simply switching resistors off and on, as in the prior art.

Die Lösung besteht erfmdungsgemäß in den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs. 5 Durch diese erfinderische Gestaltung ist es möglich, die Temperaturspreizung durch Wahl einer kleineren elektrischen Leistung für die Durchsatzmessung zu verkleinern, so daß die Differenz ohne weiteres erfaßbar ist und daß somit auf den Durchsatz geschlossen weiden kann. Es versteht sich, daß die übrigen zur Erreichung der gewünschten Auslauf temperatur bei Maximaldurchsatz erforderlichen Heiz widerstände vorhanden sind, sie aber bei kleinen Durchsätzen für die Durchsatzermittlung nicht benutzt werden. 10 Die Figur zeigt einen elektrischen Durchlauferhitzer in einem Prinzipschaltbild.According to the invention, the solution consists in the characterizing features of the claim. 5 This inventive design makes it possible to reduce the temperature spread by choosing a smaller electrical power for the throughput measurement, so that the difference can be easily detected and so that the throughput can be closed. It is understood that the remaining heating resistors required to achieve the desired outlet temperature at maximum throughput are present, but they are not used at low throughputs for the throughput determination. 10 The figure shows an electrical instantaneous water heater in a basic circuit diagram.

Der Durchlauferhitzer (1) weist einen Durchflußkanal (2) auf, der eine Einlaßseite (3) und eine von einem Zapfventil (4) verschließbare Auslaßseite (5) aufweist.The instantaneous water heater (1) has a flow channel (2) which has an inlet side (3) and an outlet side (5) which can be closed by a nozzle (4).

Ein- und Auslaßseite sind durch eine oder mehrere beheizte Kanalstrecken (6) miteinander verbunden, die in Serie und/oder parallel liegen können. In einer oder mehreren dieser Strecken sind Heizwiderstände (7) und (8) angeordnet, 15 die in nicht weiter dargestellter Weise an ein elektrisches Drehspannungsnetz angeschlossen sind. Hiervon ist in denThe inlet and outlet sides are connected to one another by one or more heated channel sections (6), which can be in series and / or parallel. Heating resistors (7) and (8) are arranged in one or more of these sections, 15, which are connected to an electrical three-phase voltage network in a manner not shown. This is in the

Zuleitungen (9) und (10) für den Heizwiderstand (7) ein gesonderter elektrischer Schalter (11) vorgesehen.A separate electrical switch (11) is provided for supply lines (9) and (10) for the heating resistor (7).

Der Einlaßseite ist ein Einlaßtemperaturfühler (12) zugeordnet, der mit einer Meßleitung (13) versehen ist, der Auslaßseite ein Auslaßtemperaturfühler (14), dem eine Meßleitung (15) zugehörig ist. Bezüglich der Temperaturfühler (12) und (14) ist es nur vonnöten, daß sie stromauf und stromab der oder des Widerstandes für den Durchsatz 20 angeordnet sind, unbeschadet dessen, daß weitere Widerstände zur Erreichung der Gesamtleistung vorhanden sind, die ihrersetis hydraulisch parallel zu diesem beheizten Zweig liegen können oderauch mit ihm in Serie liegen können.The inlet side is assigned an inlet temperature sensor (12) which is provided with a measuring line (13), and the outlet side is an outlet temperature sensor (14) to which a measuring line (15) is associated. Regarding the temperature sensors (12) and (14), it is only necessary that they are arranged upstream and downstream of the or the resistor for the throughput 20, without prejudice to the fact that there are further resistors to achieve the total output, which hydraulically parallel to this heated branch or can also be in series with it.

Die Funktion ist folgende:The function is as follows:

Aus der Formel der DurchsatzermittlungFrom the formula of throughput determination

25 PM (1) Dr-- c (TA - TE) ist erkennbar, daß bei größeren Durchsätzen die gemessenen Temperaturunterschiede immer kleiner werden und 30 damit wird auch die Meßgenauigkeit kleiner.25 PM (1) Dr-- c (TA - TE) it can be seen that the larger the throughput, the smaller the temperature differences, the smaller the measurement accuracy.

Bei leistungsgesteuerten Elektro-Durchlauferhitzem wird die aktuelle Leistung durch Grob- und Feinleistungsstufen eingestellt. Während die Feinleistungsstufen im allgemeinen mit veränderlichem Tastverhältnis über Triacs oder Thyristoren getastet werden, werden die Grobleistungsstufen ein- oder ausgestaltet. Aus diesem Grande eignen sich Grobleistungssstufen (Heizwiderstände) auch als Widerstände für die Durchsatzermittlung. Durch geeignete 3 5 Anordnung kann die Heizwendel auf zwei Heizwiderstände aufgeteüt werden. Damit erhöht sich die zur Verfügung stehende elektrische Heizleistung und auch die Temperaturdifferenz. Andererseits ist es erforderlich, daß bei sinkenden Durchsätzen die Heizleistung zurückgenommen wird, damit die Temperaturspreizung nicht zu groß wird. Aus diesem Grund wird die Temperaturdifferenz generell über zwei oder mehr Heizwendeln gemessen. So kann gemäß dem Ausführungsbeispiel durch Öffnen des Schalters (11) für Meßzwecke nur noch der Widerstand (8) in der 40 Meßstrecke für die Temperaturerhöhung verbleiben, mit dem das Wasser zwischen den Temperaturfühlern (12) und (14) aufgeheizt wird.In the case of power-controlled electric instantaneous water heaters, the current power is set by coarse and fine power levels. While the fine power levels are generally keyed with a variable duty cycle via triacs or thyristors, the gross power levels are switched on or off. From this Grande, rough power levels (heating resistors) are also suitable as resistors for throughput determination. With a suitable 3 5 arrangement, the heating coil can be placed on two heating resistors. This increases the available electrical heating output and also the temperature difference. On the other hand, it is necessary that the heating output is reduced when the throughput drops so that the temperature spread does not become too great. For this reason, the temperature difference is generally measured over two or more heating coils. Thus, according to the exemplary embodiment, by opening the switch (11) for measuring purposes, only the resistor (8) remains in the 40 measuring section for the temperature increase, with which the water between the temperature sensors (12) and (14) is heated.

Da beim Zu- oder Abschalten einer Heizwendel oder eines Heizwiderstandes sich die Temperatur am stromab liegenden Fühl«- (14) nicht schlagartig ändert, sondern bedingt durch die Laufzeiten und die Speicherwirkung erst allmählich Veränderungen zeigt, darf während einer bestimmten Zeit nach Abschalten eines stromauf liegenden 45 Widerstandes (7) keine Leistungsberechnung erfolgen.Since the temperature at the downstream sensor «- (14) does not change abruptly when a heating coil or a heating resistor is switched on or off, but only changes gradually due to the runtimes and the storage effect, it is allowed for a certain time after switching off an upstream 45 resistor (7) no performance calculation.

Es ist somit eine Wartezeit erforderlich, in der die Meßergebnisse nicht verwertet werden. Erst nach Ablauf der Wartezeit kann der Durchfluß erneut aus den Temperaturmeßwerten ermittelt werden. Die Wartezeit kann einen festen Wert haben oder bei gegebener Kanalgeometrie von dem aktuellen Durchfluß abhängig gemacht werden. Die Durchflußberechnung erfolgt dann bei mehreren Heizwiderständen zwischen den Temperaturfühlern (12) und (14) 50 nach Gleichung PM1 + K.PM2 (2) Dr =- c (TA - TE) wobei PM1 die elektrische Leistung des ersten Heizwiderstandes, PM2 die Leistung des zweiten Widerstandes bedeuten. K ist eine Konstante und nimmt die Werte 1 oder 0 an, wobei der Wert K = 1 für geschlossenen Schalter -3- 55A waiting period is therefore required during which the measurement results are not used. Only after the waiting time has elapsed can the flow be determined again from the temperature measurements. The waiting time can have a fixed value or can be made dependent on the current flow for a given channel geometry. The flow calculation is then carried out for several heating resistors between the temperature sensors (12) and (14) 50 according to equation PM1 + K.PM2 (2) Dr = - c (TA - TE) where PM1 is the electrical power of the first heating resistor, PM2 is the power of the second resistance. K is a constant and takes the values 1 or 0, with the value K = 1 for closed switches -3- 55

Claims (1)

AT 395 483 B (11) gilt und der Wert k=0 für geöffneten Schalter (11). Sind mehr als zwei Heizwiderstände vorhanden, haben alle bis auf den letzten Heizwiderstand einen Schalter (11), wobei sich dann die Gleichung wie folgt zur Gleichung 3 ändert: (3) PM1 + Kl. PM2 + K2. PM3.... K„ -1. PMn c. (TA -TE) wobei n die Zahl der Heizwiderstände ist Es muß ohnehin eine Steuerung der Heizwiderstände vorhanden sein, der die Information entnehmbar ist, welche der Teilheizwendeln gerade ein- oder ausgeschaltet sind, damit dies in die Berechnung nach der Formel eingehen kann. Die Erfindung eignet sich bevorzugt für einen elektrisch beheizten Durchlauferhitzer, der in Dreieckschaltung an einem Drehstromspannungsnetz liegt und dessen Heizwiderstände als Blankdrahtwendeln unmittelbar im Wasserweg angeordnet sind. PATENTANSPRUCH Elektrisch beheizter Durchlauferhitzer mit ein»’ Vorrichtung zum Ermitteln des Wasserdurchsatzes mit Heizwiderständen in einem Durchlauf kanal, bei dem zur Ermittlung der Wassereinlauf- und Wasserauslauf temperatur stromaufwärts und stromabwärts dieser Widerstände je ein Temperaturfühler vorgesehen ist, wobei sich der Durchsatz nach der Gleichung Dr = - rM c. (TA -TE) errechnet, wonach PM die Leistung des Heizwiderstandes in kW, c die spezifische Wärmekapazität des Wassers in kWH -, TA und TE die Aus- und Einlauftemperatur in °C bedeuten, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen kg den beiden Temperaturfühlern liegende Durchlaufkanalbereich als Meßstrecke mit zwei Teilwiderständen (7,8) ausgestattet ist, wobei ein» der Teilwiderstände (7) mit einem Schalt» (11) verbunden ist, um bei kleinen Durchsatzmengen diesen Teilwiderstand (7) abzuschalten. Hiezu 1 Blatt Zeichnung -4-AT 395 483 B (11) applies and the value k = 0 for open switch (11). If there are more than two heating resistors, all but one of the last heating resistors have a switch (11), the equation then changing to equation 3 as follows: (3) PM1 + Kl. PM2 + K2. PM3 .... K "-1. PMn c. (TA -TE) where n is the number of heating resistors. There must be a control of the heating resistors anyway, from which information can be found which of the partial heating coils are currently switched on or off so that this can be included in the calculation according to the formula. The invention is preferably suitable for an electrically heated instantaneous water heater which is connected in a delta connection to a three-phase voltage network and whose heating resistors are arranged directly in the water path as bare wire coils. PATENT CLAIM Electrically heated instantaneous water heater with a device for determining the water throughput with heating resistors in a continuous channel, in which a temperature sensor is provided for determining the water inlet and outlet temperature upstream and downstream of these resistors, the throughput according to the equation Dr = - rM c. (TA -TE) calculates that PM is the power of the heating resistor in kW, c is the specific heat capacity of the water in kWH -, TA and TE are the outlet and inlet temperature in ° C, characterized in that the temperature between kg is the two temperature sensors Pass-through channel area as a measuring section is equipped with two partial resistors (7,8), one »of the partial resistors (7) being connected to a switch» (11) in order to switch off this partial resistor (7) with small throughput quantities. Add 1 sheet of drawing -4-
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