AT402575B - METHOD FOR CONTROLLING A VOLUME FLOW LIMITER - Google Patents
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Description
AT 402 575 BAT 402 575 B
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung eines Volumenstrombegrenzers eines Durchlauferhitzers nach dem Oberbegriff des Patentanspruches.The invention relates to a method for controlling a volume flow limiter of a water heater according to the preamble of the claim.
Bei elektrisch betriebenen Durchlauferhitzern mit einer vom Benutzer vorwählbaren Temperatur besteht der Wunsch, diese Temperatur Tson vom Gerät unter allen Betriebsbedingungen zur Verfügung zu haben. Dazu wird die Geräteleistung bedarfsgerecht zwischen Null und einer maximal verfügbaren Leistung Pmax verändert.In the case of electrically operated instantaneous water heaters with a temperature which can be selected by the user, there is a desire to have this temperature Tson available from the device under all operating conditions. For this purpose, the device power is changed as required between zero and a maximum available power Pmax.
Reicht in einem Bedarfsfall die maximal zur Verfügung stehende Heizleistung Pmax nicht aus, um bei dem vorhandenen Volumenstrom V des Wassers die gewünschte Auslauftemperatur T^n erreichen zu können, so kommt es zu einer unerwünschten Verminderung der Auslauftemperatur.If the maximum available heating power Pmax is not sufficient in a case of need to be able to reach the desired outlet temperature T ^ n at the existing volume flow V of the water, the outlet temperature is undesirably reduced.
Bei einem aus der DE 3 012 347 A1 bekannten Verfahren der eingangs erwähnten Art wird zur Vermeidung dieses Effektes mittels eines Volumenstrombegrenzers der Volumenstrom so weit reduziert, daß die gewünschte Auslauftemperatur gerade noch erreicht wird. Zusätzlich kann der Volumenstrombegrenzer noch eine Geräteschutzfunktion übernehmen, indem er dann angesteuert wird, wenn der maximal zulässige Volumenstrom Vmax des Gerätes überschritten wird.In a method of the type mentioned at the beginning of DE 3 012 347 A1, in order to avoid this effect, the volume flow is reduced to such an extent by means of a volume flow limiter that the desired outlet temperature is just reached. In addition, the volume flow limiter can also perform a device protection function by being activated when the maximum permissible volume flow Vmax of the device is exceeded.
Um zum einen den Einsatz des Durchlauferhitzers auch bei niedrigem Wasserdruck zu ermöglichen und zum anderen dem Benutzer immer den maximal möglichen Volumenstrom zur Verfügung stellen zu können, ist bei den bekannten Verfahren der eingangs erwähnten Art vorgesehen, daß der Volumenstrombegrenzer den hydraulischen Strömungswiderstand nicht unnötig erhöht. Dazu wird bei den bekannten Verfahren der eingangs erwähnten Art nach jeder Begrenzung des Volumenstromes der Volumenstrombegrenzer wieder auf den niedrigsten hydraulischen Widerstand zurückgestellt.In order to enable the use of the instantaneous water heater even at low water pressure and on the other hand to always provide the user with the maximum possible volume flow, the known methods of the type mentioned at the outset provide that the volume flow limiter does not unnecessarily increase the hydraulic flow resistance. For this purpose, in the known methods of the type mentioned at the outset, the volume flow limiter is reset to the lowest hydraulic resistance after each limitation of the volume flow.
Aus Kostengründen werden in der Praxis Volumenbegrenzer in Form von Motorventilen verwendet, die keine direkte Positionsrückmeldungen besitzen und eine endliche Verstellzeit tv zum Verfahren zwischen den beiden Endstellungen aufweisen.For reasons of cost, volume limiters in the form of motor valves are used in practice, which have no direct position feedback and have a finite adjustment time tv for moving between the two end positions.
Bei den bekannten Verfahren wird der Volumenbegrenzer während einer Zapfung soweit wie erforderlich in Richtung "höherer hydraulischer Widerstand” verfahren. Ist der Zapfvorgang beendet, so wird der Volumenbegrenzer in Richtung "minimaler hydraulischer Widerstand" verfahren, bis die entsprechende Endstellung erreicht ist. Damit wird zwar eine unerwünschte Erhöhung des hydraulischen Widerstandes für die nächste Zapfung verhindert, doch ergeben sich dadurch die folgenden Nachteile: - Der Öffnungsvorgang des Volumenstrombegrenzers erfolgt immer vollständig, wobei keine direkte Rückmeldung über die aktuelle Position des Motorventiles vorhanden und keine direkte Rückmeldung über den Volumenstrom während der Zapfpausen möglich ist und daher keine anlagenspezifische Startposition des Volumenstrombegrenzers angefahren werden kann. - Erfolgt die nächste Zapfung bei gleichen Betriebsbedingungen, so muß erneut die gleiche Position wie bei der vorherigen Zapfung angefahren werden. Wegen der endlichen Verstellzeit tv ergibt sich während dieser Einstellzeit ein unnötig hoher Volumenstrom, der eine Wasserverschwendung beziehungsweise bei hohem Wasserdruck eine Überbeanspruchung der Heizschlangen bedingt. - Die Geräusche des Motorventiles während des Öffnens des Volumenbegrenzers in der Zapfpause, in der keine Fließgeräusche des Wassers auftreten, können für den Benutzer störend sein.In the known methods, the volume limiter is moved as far as necessary in the direction of "higher hydraulic resistance" during a tap. When the dispensing process is finished, the volume limiter is moved in the direction of "minimum hydraulic resistance". move until the corresponding end position is reached. This prevents an undesirable increase in the hydraulic resistance for the next tap, but this has the following disadvantages: - The opening of the volume flow limiter is always complete, with no direct feedback about the current position of the engine valve and no direct feedback about the volume flow is possible during the pause and therefore no system-specific start position of the volume flow limiter can be reached. - If the next tap takes place under the same operating conditions, the same position as for the previous tap must be approached again. Because of the finite adjustment time tv, there is an unnecessarily high volume flow during this setting time, which causes a waste of water or, at high water pressure, an overuse of the heating coils. - The noise of the engine valve during the opening of the volume limiter during the pause, in which there is no flow noise of the water, can be annoying for the user.
Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, bei dem diese Nachteile vermieden sind und bei dem einerseits die Einhaltung der gewünschten Auslauftemperatur sehr rasch nach Beginn einer Zapfung erreicht wird und andererseits kein unnötig großer Volumenstrom auftritt.The aim of the invention is to propose a method of the type mentioned at the outset in which these disadvantages are avoided and in which on the one hand the desired outlet temperature is maintained very quickly after the start of a tap and on the other hand no unnecessarily large volume flow occurs.
Erfindungsgemäß wird dies bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 erreicht.According to the invention, this is achieved in a method of the type mentioned at the outset by the characterizing features of claim 1.
Aus der GB 1 281 656 A ist ein Drosselventil mit einer Bimetallfeder bekanntgeworden. Diese Bimetallfeder kann nur Temperaturschwankungen des einströmenden Mediums, insbesondere eines Gasgemisches berücksichtigen. Zur Anwendung bei einem Volumenstrombegrenzer ist dieses Ventil nicht geeignet, zumal gerade ein Bimetall seine letzte Position nicht beibehält, sondern veränderten Temperaturbedingungen folgt, sich also wieder in die Ausgangslage zurückstellen wird.From GB 1 281 656 A a throttle valve with a bimetallic spring has become known. This bimetal spring can only take temperature fluctuations of the inflowing medium, in particular a gas mixture, into account. This valve is not suitable for use with a volume flow limiter, especially since a bimetal in particular does not maintain its last position, but rather changes temperature conditions and will therefore return to its original position.
Schlußendlich ist aus der US-4 688 273 A ein Wasserverteilsystem bekanntgeworden, bei dem ein zentraler Speicher, der auch computerisiert thermostatisch gesteuert wird, das in Abhängigkeit vom Warmwasserbedarf an mehreren Zapfstellen eine energiebedarfsmäßig optimale Aufheizung desselben erfolgt. Die Betriebsweise eines Volumenstrombegrenzers geht hieraus nicht hervor.Finally, a water distribution system has become known from US Pat. No. 4,688,273 A, in which a central memory, which is also computer-controlled thermostatically controlled, which, depending on the hot water requirement, heats up at several tapping points in terms of energy consumption. The operation of a volume flow limiter is not apparent from this.
Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen ist sichergestellt, daß es bei einer neuerlichen Zapfung nach einer Zapfpause zu keinem zu großen Volumenstrom und damit zu einer zu geringen Auslauftemperatur kommt, die eine Wasserverschwendung bedingen würde. Weiter ist durch die vorgeschlagenen Maßnahmen auch sichergestellt, daß, abgesehen von einer entsprechenden Einstellzeit der Durchlauferhitzer, die in der Regel nicht länger ist als die Einstellzeit der Zapfstelle, die Zapfstelle stets mit dem maximal möglichen Volumenstrom betrieben wird. 2The proposed measures ensure that a new tap after a tap break does not result in too large a volume flow and thus in a too low outlet temperature, which would cause water to be wasted. Furthermore, the proposed measures also ensure that, apart from a corresponding setting time of the instantaneous heater, which is generally not longer than the setting time of the tap, the tap is always operated with the maximum possible volume flow. 2nd
AT 402 575 BAT 402 575 B
Weist der Volumenstrombegrenzer eine relativ kurze Verstellzeit aufweist, so kann nach einer Beschränkung des Volumenstromes bereits bei der nächsten Zapfung innerhalb der Einstellzeit der maximal mögliche Volumenstrom des Durchlauferhitzers erreicht werden, wenn hierfür die sonstigen Voraussetzungen, insbesondere die Bereitstellung einer ausreichenden Leistung, gegeben sind.If the volume flow limiter has a relatively short adjustment time, after a limitation of the volume flow, the maximum possible volume flow of the continuous-flow heater can be reached within the setting time at the next tap, if the other requirements, in particular the provision of sufficient power, are met.
Außerdem ist durch die vorgeschlagenen Maßnahmen auch sichergestellt, daß es während der Zapfpausen zu keiner Geräuschentwicklung kommt.In addition, the proposed measures also ensure that there is no noise during the pauses in dispensing.
Durch das vorgeschlagene Verfahren ist auch eine Anpassung der Startposition des Volumenstrombegrenzers an die hydraulische Anschlußbedingungen gegeben.The proposed method also allows the starting position of the volume flow limiter to be adapted to the hydraulic connection conditions.
Grundsätzlich ist es auch möglich, das erfindungsgemäße Verfahren als Algorithmus in einen gegebenenfalls vorhandenen Mikrocomputer der Leistungssteuerung des Durchlauferhitzers einzugeben.In principle, it is also possible to enter the method according to the invention as an algorithm in an optionally available microcomputer for the power control of the instantaneous water heater.
Durch die erfindungsgemäßen Merkmale ergibt sich der Vorteil, daß die Verstellzeit des Volumenstrombegrenzers begrenzt ist, wobei die Begrenzung der Verstellzeit des Volumenstrombegrenzers zweckmäßigerweise mit jener Zeit begrenzt ist, die der Benutzer benötigt, um den Zapfhahn entsprechend seinen Wünschen zu öffnen. Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen kommt es nach einer stärkeren Reduzierung des Volumenstromes bei den nächsten Zapfungen zwar auch dann nicht zur Ausnutzung des maximalen Volumenstromes des Durchlauferhitzers, wenn dies nach den jeweiligen Gegebenheiten möglich wäre, doch wird durch die vorgeschlagenen Maßnahmen auch verhindert, daß es nach der Einstellung des Volumenstromes durch den Benutzer zu einer Veränderung des Volumenstromes kommt, die oft als unangenehm und störend empfunden wird.The features according to the invention result in the advantage that the adjustment time of the volume flow limiter is limited, the limitation of the adjustment time of the volume flow limiter being expediently limited to the time that the user needs to open the tap according to his wishes. The proposed measures, after a greater reduction in the volume flow at the next taps, do not result in the maximum volume flow of the instantaneous water heater being used even if this were possible according to the respective circumstances, but the proposed measures also prevent it from occurring after the Adjustment of the volume flow by the user leads to a change in the volume flow, which is often perceived as unpleasant and disturbing.
Bei der vorgeschlagenen Verfahrensführung ist nach einer Beschränkung des Volumenstromes durch den Volumenstrombegrenzer eine Freigabe des maximalen Volumenstromes des Durchlauferhitzers gegebenenfalls erst nach n Zapfungen gegeben.In the proposed method, after a restriction of the volume flow by the volume flow limiter, the maximum volume flow of the instantaneous water heater is released only after n taps, if necessary.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert, die schematisch einen erfindungsgemäßen Durchlauferhitzer zeigt.The invention will now be explained in more detail with reference to the drawing, which schematically shows a water heater according to the invention.
Der Durchlauferhitzer weist einen Heizblock 1 auf, der mit einem Kaltwassereinlauf und einem Warmwasserablauf 3 verbunden ist. Dabei ist im Kaltwassereinlauf 2 ein Temperaturfühler 4 zur Erfassung der Einlauftemperatur Teln des Wassers und ein Durchsatzmesser 5 angeordnet, der den momentanen Durchfluß V weiterhin erfaßt.The instantaneous water heater has a heating block 1, which is connected to a cold water inlet and a hot water outlet 3. In this case, a temperature sensor 4 for detecting the inlet temperature Teln of the water and a flow meter 5 is arranged in the cold water inlet 2, which further detects the current flow V.
Der Temperaturfühler 4 und der Durchflußmengenmesser 5 sind über Leitungen 6 und 7 mit einer Steuerung 8 verbunden.The temperature sensor 4 and the flow meter 5 are connected to a controller 8 via lines 6 and 7.
Der Warmwasserablauf 3 ist mit einem Volumenstrombegrenzer 9 verbunden, an den eine Zapfleitung 10 angeschlossen ist. die in einer Zapfstelle 11 endet. Der Volumenstrombegrenzer 9 dient zur Steuerung des hydraulischen Widerstandes des Durchlauferhitzers, wobei der Volumenstrombegrenzer 9 mit einem motorischen Antrieb 16 versehen ist, der über eine Leitung 12 mit der Steuerung 8 verbunden ist.The hot water outlet 3 is connected to a volume flow limiter 9 to which a tap line 10 is connected. which ends in a tap 11. The volume flow limiter 9 serves to control the hydraulic resistance of the instantaneous water heater, the volume flow limiter 9 being provided with a motor drive 16 which is connected to the controller 8 via a line 12.
Die Steuerung 8 ist weiter über eine Leitung 13 mit dem Heizblock 1 und über eine Leitung 14 mit einem Soll-Wert-Geber 15 verbunden, über den ein bestimmter Sollwert Τ»« der Auslauftemperatur eingegeben werden kann.The controller 8 is also connected via a line 13 to the heating block 1 and via a line 14 to a setpoint value transmitter 15, via which a specific setpoint Τ »« of the outlet temperature can be entered.
Die Steuerung 8 errechnet bei einer Zapfung von Warmwasser aus der Einlauftemperatur Tejn, der eingestellten Auslauftemperatur Ta,« und dem momentanen Durchfluß V die erforderliche Leistung Ρ^,ιι und überprüft, ob die Bedingung [1]The controller 8 calculates the required power Ρ ^, ιι when drawing hot water from the inlet temperature Tejn, the set outlet temperature Ta, «and the current flow V and checks whether the condition [1]
Psoll ^ ~ P max erfüllt ist. Die erforderliche Leistung Ρ^ wird über die Leitung 13 Thyristoren aufgegeben, die einen elektrischen Stromfühler durch im Heizblock 1 angeordnete Heizwiderstände steuern. Ist die maximale Leistung P,,^ des Durchlauferhitzers für die Erreichung der eingestellten Auslauftemperatur Τ,^ι nicht ausreichend, so wird der Volumenstrombegrenzer 9 in Richtung höherer hydraulischer Widerstand verstellt und dadurch der Volumenstrom V vermindert.Psoll ^ ~ P max is fulfilled. The required power Ρ ^ is given via line 13 thyristors which control an electrical current sensor through heating resistors arranged in heating block 1. If the maximum power P ,, ^ of the continuous-flow heater is not sufficient to achieve the set outlet temperature Τ, ^ ι, the volume flow limiter 9 is adjusted in the direction of higher hydraulic resistance and the volume flow V is thereby reduced.
Sinkt durch Schließen der Zapfstelle 11 der Durchfluß V auf Null, so bleibt der Volumenstrombegrenzer 9, der durch ein proportional arbeitendes Ventil gebildet ist, in der eingestellten Stellung, so daß bei einer neuerlichen Zapfung der Durchfluß V ebenfalls vermindert ist.If the flow V drops to zero when the tap 11 is closed, the volume flow limiter 9, which is formed by a proportionally operating valve, remains in the set position, so that the flow V is also reduced when the tap is tapped again.
Stellt die Steuerung 8 zu Beginn der folgenden Zapfung fest, daß die maximale Leistung Pmax des Durchlauferhitzers ausreicht, um die eingestellte Auslauftemperatur Τ^,, zu erreichen, so wird der Volumenstrombegrenzer 9 von der Steuerung in Richtung minimaler hydraulischer Widerstand verstellt.If the controller 8 determines at the beginning of the following tap that the maximum power Pmax of the instantaneous water heater is sufficient to reach the set outlet temperature Τ ^ ,, the volume flow limiter 9 is adjusted by the controller in the direction of the minimum hydraulic resistance.
Je nachdem, ob die Verstellzeit tv des Volumenstrombegrenzers 9 kurz ist, d.h. die Verstellzeit tv im Bereich jener Zeit ist, die zum Öffnen der Zapfstelle 11 durch den Benutzer benötigt wird, oder länger ist, kann die Dauer der Ansteuerung tau) des Volumenstrombegrenzers 9 gleich der Verstellzeit tv desselben, d.i. jene Zeit die der Volumenstrombegrenzer benötigt, um von einer seiner beiden Endstellungen zur 3Depending on whether the adjustment time tv of the volume flow limiter 9 is short, i.e. the adjustment time tv is in the range of the time required for the user to open the tap 11 or is longer, the duration of the activation tau) of the volume flow limiter 9 can be equal to the adjustment time tv of the same, i.e. the time that the volume flow limiter takes to move from one of its two end positions to the 3rd
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