AT398643B

AT398643B - Vorrichtung zum steuern der auslauftemperatur

Info

Publication number: AT398643B
Application number: AT0178691A
Authority: AT
Original assignee: Vaillant Gmbh
Priority date: 1991-09-09
Filing date: 1991-09-09
Publication date: 1995-01-25
Also published as: DE4230208A1; CH684905A5; ATA178691A; DE4230208C2

Description

AT 398 643 B

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Steuern der Auslauftemperatur eines vorzugsweise elektrisch beheizten Durchlauferhitzers mit einem mit wenigstens einem Heizkörper versehenen Durchlaufkanal, einem Temperaturfühler am Ein- und Auslaß des Durchlaufkanals, einem Durchsatzgeber und einer Steuerung, die aus den Werten für Durchsatz, Ein- und Auslauftemperatur, momentane 5 Heizleistung und vorgegebener Auslauftemperatur die notwendige Heizleistung ermittelt und dem(n) Heizkörper(n) zuführt.

Eine solche Vorrichtung ist bekannt, wobei als Durchsatzgeber ein Flügelrad verwendet wird, das vom durchfließenden Wasser angetrieben wird und dessen Umdrehungen von einem Zähler gezählt werden und in einen Wasserdurchsatzwert überführt werden, mit dem die Steuerung beaufschlagt wird. Hierbei sind auf w der Achse des Flügelrades Permanentmagneten angebracht, die über einen Hall-Generator eine entsprechende Impulsfolge erzeugen. Solche Durchsatzgeber neigen zu einer nicht vernachlässigbaren Fehlerrate, weil die Flügelraddrehung dem Wasserdurchsatz nicht exakt genug folgt; weiterhin sind die Durchsatzgeber einer Alterung ausgesetzt, so daß der Durchsatzwert im Hinblick auf die Betriebsstundenzahl weiter zurückfällt. Der Fehler ist in aller Regel negativ, das heißt, es wird ein zu geringer Durchsatz angezeigt. 75 Werden Durchlauferhitzer zum Speisen einer Dusche verwendet, so spürt der Duschende sehr schnell Unregelmäßigkeiten in der Auslauftemperatur. Wird als Heizkörper ein Wärmetauscher eines gasbeheizten Durchlauferhitzers eingesetzt, so zeigen sich Auslauf-Temperaturschwankungen aufgrund der thermischen Trägheit des Systems nicht ganz so schnell wie bei elektrisch beheizten Durchlauferhitzern, deren Heizkörper aus einer oder mehreren Blankdrahtwendeln bestehen. 20 Beiden Heizsystemen ist jedoch gemeinsam, daß ein Fehler des Durchsatzgebers zu einem quasi statischen Fehler der Auslauftemperatur führt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuervorrichtung für die Auslauftemperatur eines Durchlauferhitzers anzugeben, mit der der Fehler des Durchsatzgebers eliminiert werden kann und bei der dem Verwender des Gerätes möglichst schnell warmes Wasser der gewünschten Temperatur 25 geliefert werden kann.

Zur Lösung der Aufgabe besteht die Erfindung darin, daß die Steuerung einen Speicher für einen systematischen, insbesondere alterungsbedingten Meßfehler des Durchsatzgebers und ein Selbstadaptionsglied für das stetige Anpassen der notwendigen Heizleistung an den Meßfehler des Durchsatzgebers aufweist. so Weitere Ausgestaltungen und besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus dem Unteranspruch und der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand einer Zeichnungsfigur hervor.

Der in der Figur dargestelite Durchlauferhitzer 1 weist einen Wasserkanal 2 auf, in den hintereinander ein Wassereiniauf-Temperaturfühler 3, ein Wasserdurchsatzgeber 4, ein Kanalkörper 5 und ein Wasseraus-35 lauf-Temperaturfühler 6 sowie ein Zapfventil 7 angeordnet sind. Der Kanalkörper 5 besteht aus einer Mehrzahl hydraulisch in Serie und/oder parallelliegender Einzelkanäle 8, die über Krümmer 9 miteinander verbunden sind. In einigen oder allen dieser Kanälen 8 liegen elektrische Heizkörper 10.

Statt eines Kanalkörpers 5 könnte auch ein Lamellenblock-Wärmetauscher eines gasbeheizten Durchlauferhitzers zur Anwendung kommen, dann bestehen die elektrischen Heizkörper 10 aus den Außenwan-40 düngen der Kanäle 8, die dann Lamellen tragen, an denen das von einem Brenner erwärmte Abgas des Durchlauferhitzers vorbeiströmt.

Der wassereinlauf-Temperaturfühler 3 ist über eine Leitung 11 mit einer Steuerung 12 verbunden, an die auch der wasserauslauf-Temperaturfühler 6 über eine entsprechende Leitung 13 angeschlossen ist. Der Wasserdurchsatzgeber 4 ist bevorzugt als Ultraschallgeber ausgebildet, er ist über eine Meßleitung 14 mit 45 der Steuerung 12 verbunden.

Auf die Steuerung 12 ist ein Soll-Wertgeber 15 für eine vorgebbare Wasserauslauftemperatur über eine Leitung 16 geschaltet. Die Steuerung 12 ist über eine. Leitung 17 mit einem Leistungsstellglied 18 verbunden, das mit drei Netzphasen L1, L2, L3 über entsprechende Phasenleitungen 19 verbunden ist. Zwei der Phasenleitungen 19 werden über Spannungsmesser 20 beziehungsweise 21 abgefühlt, die über so entsprechende Leitungen 22 und 23 mit der Steuerung 12 verbunden sind.

Vom Leistungssteller 18 können über eine Vielzahl von Schaltern, Gasventilen oder dergleichen, die summarisch mit 24 bezeichnet sind, die Heizkörper 10 mit der momentan benötigten Leistung beaufschlagt werden, sei es elektrisch über eine Schwingungspaketsteuerung oder über ein modulierendes Gasventil.

Der Steuerung 12 ist über eine Leitung 25 ein Speicher 26 für den Fehler des Durchsatzgebers 4 und 55 über eine Leitung 27 ein Geber 28 für den Nennwert der Netzspannung zugeordnet. Bei einem gasbeheizten Durchlauferhitzer wäre der Geber 28 dem Heizwert des verwendeten Gases pro m3 verbrauchten Gases zugeordnet, während weiterhin bei einem gasbeheizten Durchlauferhitzer nicht die drei Phasenleitungen 19, sondern eine Gasuhr vorhanden wäre. 2

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Wird der Durchlauferhitzer 1 durch Öffnen des Zapfventiis 7 in Betrieb genommen, so resultiert ein Wasserdurchsatz durch den Wasserkanal 2. Die Wassereinlauftemperatur wird über den Einlauftemperaturfühler 3 erfaßt und über die Leitung 11 der Steuerung 12 mitgeteilt. Der Uitraschall-Durchsatzgeber 4 beginnt den Wasserdurchsatz zu messen und gibt ein entsprechendes Meßergebnis über die Leitung 14 auf die Steuerung 12. Da der Benutzer an dem Soll-Wertgeber 15 eine bestimmte WunschAuslauftemperatur eingestellt hat, kann nunmehr vom Leistungsstellglied 18 die Beaufschlagung der Heizleistung auf den oder die Heizkörper 10 freigegeben werden. Das den Kanalkörper 5 durchsetzende Wasser wird erwärmt und wird dem Verbraucher zugeführt. Hierbei registriert der Wasserausiauf-Temperaturfühler 6 eine Ist-Wasser-Auslauftemperatur, die zunächst nicht der am Soll-Wertgeber 15 eingestellten Auslauftemperatur entspricht, und zwar im wesentlichen aufgrund der Meßfehler der Temperaturfühler 3 und 6, des Meßfehlers des Wasserdurchsatzgebers 4 und der möglicherweise nicht der Nenn-Spannung entsprechenden Ist-Spannung an den drei Phasenleitungen 19. Da durch Vergleich des Spannungs-Ist-Wertes mit dem Spannungs-Soll-Wert die Spannungsschwankungen über die Steuerung 12 eliminiert werden können und da die Temperaturmeßfehler der .Fühler 3 und 6 als vernachlässigbar hinten angestellt werden können, setzt die Steuerung die verbleibende Abweichung zwischen eingestellter und ist-Auslauftemperatur dem Meßfehler des Wasserdurchsatzgebers 4 gleich, In der entsprechenden Dimension l/min. Durch Umsetzen und einem Rechenvorgang in dem Mikroprozessor der Steuerung 12 ist es nun möglich, die momentane Heizleistung auf die Heizkörper 10 so anzupassen, daß der Fehler des Wasserdurchsatzgebers eliminiert wird. Der, wie eben beschrieben, ermittelte Erstfehler des Wasserdurchsatzgebers wird im Speicher 26 gespeichert. Da ein selbstadaptierendes Element 30 über die Leitung 29 mit der Steuerung verbunden ist, ist es möglich, den ermittelten Fehler des Wasserdurchsatzgebers 4 in bestimmten Zeiten nachzurechnen und den im Speicher 26 enthaltenen Wert durch den neu ermittelten Wert zu ersetzen. Hiermit können Alterungserscheinungen des Wasserdurchsatzgebers 4 eliminiert werden. Für den Fall, daß es sich um einen elektrischen Durchlauferhitzer handelt, gilt für die Steuerung das Nachfolgende:

Zur Errechnung der für eine bestimmte Kombination von Meß- und Soll-Werten erforderlichen Leistung muß von folgender Gleichung ausgegangen werden: (1) Pr = c · Vm · (#as‘*e)·

Hierin bedeuten P, die erforderliche Leistung zur Erzielung einer vorgewählten Auslauftemperatur, c die spezifische Wärme des Wassers oder des anderen in dem Durchlauferhitzer zu erhitzenden Mediums, Vm der gemessene Durchsatz, #as der Soll-Wert der Auslauftemperatur des zu erhitzenden Mediums und die Einlauftemperatur des zu erhitzenden Mediums.

Bei Zapfbeginn wird mit Hilfe der Steuerung 12 in die Gleichung 1 für Vm ein Anfangswert Vm0 eingesetzt. Das kann ein Durchsatz Null sein oder ein Durchsatz, wie er vergleichsweise häufig vom Benutzer des Gerätes gewählt wird. Weiterhin ist es möglich, auch den Augenblicksmeßwert des Durchsatzgebers 4 hier zu benutzen, selbst wenn dieser korrekturbedürftig ist. Mit diesem Wert Vm0 und mit den übrigen Parametern wird nach Gleichung (1) eine Anfangsleistung Ρ^ errechnet, die ein entsprechendes Tastverhältnis der Schwingungspaketsteuerung einstellt und dem Wasser der Kanäle 8 über die Heizkörper 10 eine entsprechende Leistung zuführt.

Unter Berücksichtigung des tatsächlichen Wasserdurchsatzes Vj, der Wassereinlauftemperatur und der anliegenden Netzspannung U, ergibt sich im Beharrungszustand die Ist-Auslauftemperatur gemäß Gleichung (2)

(2)

Damit ist Un der Nennwert der Versorgungsspannung und die für den Anfangszustand berechnete Leistung.

Die Abhängigkeit zwischen Wasserauslauftemperatur und berechneter Leistung kann graphisch als Gerade dargestellt werden, deren Steigung durch das Verhältnis der Quadrate der Netzspannung und der Widerstände der Heizkörper dem Konstantanteil, bedingt durch die Einlauftemperatur, festgelegt wird. 3

Claims

AT 398 643 B Gegenüber der Soll-Auslauftemperatur ύAS wird die sich ergebende Ist-Auslauftemperatur durch den Fehler der Durchsatzerfassung gemäß Gleichung (3) (3) AV = V, - Vm abweichen. Diese Abweichung wird hier definiert zu Gleichung (4) (4) a = Ai - ^AS io Unter Verwendung der Zusammenhänge aus den Gleichungen (1) und (2) kann diese Abweichung auch wie folgt gemäß Gleichung (5) errechnet werden:

20 wobei Rn der Nennwert des Heizwiderstandes und R, der Ist-Wert des Heizwiderstandes bedeuten. Um diese Abweichung möglichst weitgehend auszugleichen, sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor, daß nach Abwarten des Beharrungszustandes in einem ersten Schritt die zuzuschaltende Leistung auf folgende Weise neu berechnet wird: Aus der gemessenen Auslauftemperatur wird unter Verwendung der Gleichung (6)

30 der tatsächliche Durchfluß V, und die zugehörige Abweichung AV nach Gleichung (3) ermittelt. Dieser Korrekturwert wird im Speicher 26 gespeichert und für die Errechnung der tatsächlich benötigten 35 Leistung Pri gemäß Gleichung 7 von der Steuerung 12 benutzt. (7) Pri = c · #m + AV) · (*as - H) In der Wirkung wird demgemäß der Anfangswert des Durchflußwertes um den Wert AV korrigiert. Dieser 40 Korrekturwert wird im Speicher 26 über die zweibahnige Leitung 25 gespeichert und abgerufen. Mit ihm wird so lange gerechnet, bis aufgrund einer festgestellten Abweichung zwischen Soll- und Ist-Wert der Auslauftemperatur eine erneute Korrektur notwendig wird, die über das Selbstadaptionsglied 30 und die gleichermaßen zweibahnige Leitung 29 möglich ist. Die Überprüfung von Soll- und Ist-Wert der Auslauftemperatur τ?αϊ wird immer nach dem Erreichen eines Beharrungszustandes durchgeführt, also immer nach 45 Ablauf einer bestimmten Verzögerungszeit. Patentansprüche 1. Vorrichtung zum Steuern der Auslauftemperatur eines vorzugsweise elektrisch beheizten Durchlauferhit-50 zers mit einem mit wenigstens einem Heizkörper versehenen Durchlaufkanal, einem Temperaturfühler am Ein- und Auslaß des Durchlaufkanals, einem Durchsatzgeber und einer Steuerung, die aus den Werten für Durchsatz, Ein- und Auslauftemperatur, momentaner Heizleistung und vorgegebener Auslauftemperatur die notwendige Heizleistung ermittelt und dem(n) Heizkörper(n) zuführt, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung einen Speicher (26) für einen systematischen, insbesondere 55 alterungsbedingten Meßfehler des Durchsatzgebers (4) und ein Selbstadaptionsglied (30) für das stetige Anpassen der notwendigen Heizleistungen an den Meßfehler des Durchsatzgebers aufweist. 4 AT 398 643 B Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerung (12) bei einem elektrisch beheizten Durchlauferhitzer (1) ein Leistungsstellglied (18) zugeordnet ist, das über drei Phasenleitungen (19) mit einem speisenden Drehstromnetz verbunden ist und daß Spannungsmeßwertgeber (20 und 21) an wenigstens zwei der drei Phasenleitungen (19) angeordnet sind und über Meßleitungen (22, 23) mit der Steuerung (12) verbunden sind, welche einen Speicher (28) für den Nennwert der Netzspannung aufweist. Hiezu 1 Blatt Zeichnungen 5