DE102010009215A1 - Flow regulator for liquids with power supply via the flow - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf einen Strömungsregler für Flüssigkeiten mit Energieversorgung über die Strömung dieser Flüssigkeit, bestehend aus einer Zuführungsleitung für die Flüssigkeit und einem Turbinenrad, das drehbar gelagert ist und das von der Flüssigkeit durchströmt werden kann und das einen Elektrogenerator antreibt, der einen Energiespeicher auflädt und einer Verbrauchsstelle für die Flüssigkeit, wobei die Weiterleitung der Flüssigkeit von einem Absperrventil sperrbar ist, das elektrisch von einer Steuerungselektronik ansteuerbar ist, die wenigstens einen Sensor auswertet und die an verschiedene Typen von Sensoren und die Charakteristika von verschiedenen Typen von Verbrauchsstellen anpassbar ist und das Absperrventil und die Steuerungselektronik und der Sensor von dem Energiespeicher mit elektrischer Energie versorgbar sind.The invention relates to a flow regulator for liquids with energy supply via the flow of this liquid, consisting of a feed line for the liquid and a turbine wheel which is rotatably mounted and through which the liquid can flow and which drives an electric generator that charges an energy store and a point of use for the liquid, wherein the forwarding of the liquid can be blocked by a shut-off valve which can be controlled electrically by control electronics, which evaluates at least one sensor and which can be adapted to different types of sensors and the characteristics of different types of point of use The shut-off valve and the control electronics and the sensor can be supplied with electrical energy from the energy store.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Strömungsregler für Flüssigkeiten mit Energieversorgung über die Strömung dieser Flüssigkeit, bestehend aus einer Zuführungsleitung für die Flüssigkeit und einem Turbinenrad, das drehbar gelagert ist und das von der Flüssigkeit durchströmt werden kann und das einen Elektrogenerator antreibt, der einen Energiespeicher auflädt und einer Verbrauchsstelle für die Flüssigkeit.The invention relates to a fluid flow regulator with power supply via the flow of this liquid, consisting of a supply line for the liquid and a turbine wheel which is rotatably mounted and which can be flowed through by the liquid and which drives an electric generator which charges an energy storage and a point of use for the liquid.
Auf aktuellem Stand der Technik ist der Verbrauch von Flüssigkeiten ein alltäglicher Vorgang für jedermann geworden. Das wohl häufigste Anwendungsbeispiel ist die Zuführung von Wasser zu Waschbecken, Toiletten, Duschen, Badewannen, Bidets und anderen Elementen im Sanitärbereich.In the current state of the art, the consumption of liquids has become a daily occurrence for everyone. Probably the most common application example is the supply of water to sinks, toilets, showers, bathtubs, bidets and other elements in the sanitary area.
Eine andere Form des Verbrauchs von Flüssigkeit ist ein Heizkörper. Hier wird Flüssigkeit zugeführt, von der nur die darin enthaltene Wärme „verbraucht” wird. Die Flüssigkeit selbst wird nach der Abkühlung wieder zurück zur Heizung geführt. Im alltäglichen Sprachgebrauch wird es auch als ein „Verbrauch” bezeichnet, wenn aus einem Spender für Getränkeflüssigkeiten entnommen und getrunken wird.Another form of consumption of liquid is a radiator. Here, liquid is supplied from which only the heat contained in it is "consumed". The liquid itself is returned to the heater after cooling. In everyday language, it is also referred to as a "consumption" when taken from a dispenser for beverage liquids and drunk.
Ein Verbrauch von Wasser ist auch das Bewässern von Pflanzen.A consumption of water is also the watering of plants.
Allen diesen Anwendungsfällen ist es gemeinsam, dass die Zuführung der Flüssigkeit zu der Verbrauchsstelle geregelt werden muss. Im einfachsten Fall muss sie nur aus- und eingeschaltet werden. Dafür sind auf aktuellem Stand der Technik zahlreiche Varianten von mechanischen Ventilen bekannt, die mit einem Handrad oder mit einem Hebel manuell betätigt werden. Bekannt sind auch elektrisch schaltbare Ventile, die nicht nur in Großanlagen eingesetzt werden, sondern z. B. auch in öffentlichen Toiletten zum Öffnen und Schliessen zur Zulaufleitung von Wasser für Handwaschbecken und Urinale.All these applications have in common that the supply of liquid to the point of consumption must be regulated. In the simplest case, it only has to be switched off and on. For this purpose, numerous variants of mechanical valves are known on the current state of the art, which are manually operated with a handwheel or with a lever. Also known are electrically switchable valves that are not only used in large-scale systems, but z. B. also in public toilets to open and close to the supply line of water for hand basins and urinals.
Insbesondere von diesen Anwendungsfällen her ist es bekannt, dass mechanische Absperrventile verunreinigt sein können, so dass der Benutzer sie nur höchst ungerne berührt. Diese Berührung kann er vermeiden, wenn ein Sensor z. B. die Hände unter dem Wasserhahn eines Handwaschbeckens erfasst oder ein anderer Sensor erfasst, dass eine Person an ein Urinal heran tritt und sich dann wieder davon entfernt.In particular, from these applications, it is known that mechanical shut-off valves may be contaminated, so that the user touched them only very reluctant. He can avoid this contact when a sensor z. B. detects the hands under the tap of a hand basin or another sensor detects that a person approaches a urinal zoom and then away again.
Diese elektrischen Schaltungen haben den Nachteil, dass nicht nur eine Wasserleitung zur Zapfstelle hin verlegt werden muss, sondern auch eine elektrische Leitung. Da die elektrische Leitung mit Flüssigkeit in Kontakt kommen kann, ist sie mit einer erhöhten Feuchtigkeitsbeständigkeit auszuführen. Ein Aufwand ist auch das Verlegen und Anschließen der Stromleitung.These electrical circuits have the disadvantage that not only a water pipe must be routed to the tapping point, but also an electrical line. Since the electric wire can come into contact with liquid, it is to be carried out with increased moisture resistance. An expense is also laying and connecting the power line.
Dieser Aufwand ist bei einem Neubau gegenüber dem Gesamtaufwand noch überschaubar. Bei nachträglicher Ausstattung einer Zapfstelle mit einem elektrisch betätigen Absperrventil ist jedoch ein erheblicher baulicher Aufwand erforderlich.This effort is still manageable in a new building compared to the total cost. For retrofitting a tapping point with an electrically operated shut-off valve, however, a considerable construction effort is required.
Auf aktuellem Stand der Technik beschreibt die Offenlegungsschrift
Diese Offenlegungsschrift liefert jedoch keinen Hinweis darauf, wie der Flüssigkeitsstrom selbst gesteuert werden kann.However, this publication does not provide any indication as to how the liquid flow itself can be controlled.
Auf diesem Hintergrund hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, eine Einrichtung zur Entnahme von Flüssigkeiten mit einem Generator im Flüssigkeitsstrom entwickeln, mit der die aus dem elektrischen Generator erzeugte Energie dazu verwendet werden kann, die Flüssigkeitsströme passend zur jeweiligen Anwendung ansteuern zu können. Insbesondere soll dabei eine zentrale Funktionseinheit geschaffen werden, die für Anwendungen der verschiedensten Art und der verschiedensten Größe universell anwendbar und anpassbar ist.Against this background, the invention has set itself the task of developing a means for removing liquids with a generator in the liquid stream, with which the energy generated from the electric generator can be used to control the liquid streams suitable for the particular application. In particular, a central functional unit is to be created that is universally applicable and adaptable for applications of the most diverse types and sizes.
Als Lösung lehrt die Erfindung, dass die Weiterleitung der Flüssigkeit von einem Absperrventil sperrbar ist, das elektrisch von einer Steuerungselektronik ansteuerbar ist, die wenigstens einen Sensor auswertet und die an verschiedene Typen von Sensoren und die Charakteristika von verschiedenen Typen von Verbrauchsstellen anpassbar ist und das Absperrventil und die Steuerungselektronik und der Sensor von dem Energiespeicher mit elektrischer Energie versorgbar sind.As a solution, the invention teaches that the forwarding of the liquid can be blocked by a shut-off valve, which is electrically actuated by control electronics, which evaluates at least one sensor and which is adaptable to different types of sensors and the characteristics of different types of consumption points and the shut-off valve and the control electronics and the sensor of the energy storage are supplied with electrical energy.
Das entscheidende Merkmal der Erfindung ist also die Verbindung eines elektrisch ansteuerbaren Absperrventils mit einer darauf angepassten Steuerungselektronik, die für den Anschluss von verschiedenen Arten von Sensoren eine Variabilität aufweist. Die Steuerelektronik überwacht die Energieversorgung für wenigstens einen Sensor. Außerdem sind darauf die Anschlüsse für diese Sensoren hardwaremäßig vorhanden und zusätzlich eine vorprogrammierte Auswahl von Algorithmen, von denen einer zur Anpassung an die Arbeitskennlinie des jeweils verwendeten Sensors dient.The decisive feature of the invention is thus the connection of an electrically controllable shut-off valve with an adapted control electronics, which has a variability for the connection of different types of sensors. The control electronics monitor the power supply for at least one sensor. In addition, the ports for these sensors are present in hardware and additionally a preprogrammed selection of algorithms, one of which serves to adapt to the operating characteristic of the respective sensor used.
Eine zusätzliche Ausstattung der Steuerungselektronik sind verschiedene Softwareblöcke für die Auswertungen der Sensoren in Anpassung an den jeweiligen Anwendungsfall.An additional equipment of the control electronics are various software blocks for the evaluation of the sensors in adaptation to the respective application.
Für einen mechanischen Schalter ist es sinnvoll, dass er in der Steuerungselektronik „entprellt” wird. Bei einem Wechsel der Schalterstellung springt jeder Kontakt eines mechanischen Schalters nach dem ersten Auftreffen auf seine Kontaktfläche wieder etwas zurück und stößt sofort danach ein zweites Mal auf die Kontaktfläche auf, worauf der nächste Rückstoß folgt, jedoch mit stark abnehmender Amplitude. Diese Schwingungen müssen von der Steuerungselektronik unterdrückt werden und in einen klaren logischen Pegel umgewandelt werden, der bei einem Wechsel der Schalterstellung eindeutig nur ein einziges Mal wechselt.For a mechanical switch, it makes sense that it is "debounced" in the control electronics. When the switch position is changed, each contact of a mechanical switch on the first contact with the contact surface recovers slightly and then immediately hits the contact surface a second time, followed by the next recoil but with a sharply decreasing amplitude. These vibrations must be suppressed by the control electronics and converted into a clear logic level, which clearly changes only once when changing the switch position.
Ein anderer Algorithmus ist eine Schaltschwelle für einen Näherungsinitiator mit einem analogen Ausgangssignal, z. B. in Abhängigkeit von der Annäherung eines Körperteiles an den Initiator.Another algorithm is a switching threshold for a proximity initiator with an analog output signal, e.g. B. in response to the approach of a body part to the initiator.
Wenn das elektrische Absperrventil nur die beiden Zustände „gesperrt” und „offen” aufweist, so ist im einfachsten Fall auch die Auswertung des Sensors nur zweistufig.If the electric shut-off valve has only the two states "locked" and "open", so in the simplest case, the evaluation of the sensor only two stages.
Eine mehrstufige Auswertung des Sensors ist dann sinnvoll, wenn das elektrische Absperrventil mehrere Schaltzustände ermöglicht, wie z. B. „halb geschlossen”.A multi-stage evaluation of the sensor is useful if the electric shut-off valve allows multiple switching states, such. B. "half closed".
Eine andere Variante kann die Taktung des Absperrventils sein, also der schnelle Wechsel zwischen „offen” und „geschlossen”. Hierbei muss jedoch ein evtl. gesteigerter Energiebedarf berücksichtigt werden.Another variant may be the timing of the shut-off valve, ie the rapid change between "open" and "closed". Here, however, a possibly increased energy requirement must be taken into account.
Eine andere mögliche Variante, die in Hard- und Software der Steuerungselektronik einprogrammiert sein kann, ist eine analoge Auswertung eines Sensors und eine analoge Ansteuerung des Absperrventils. So kann z. B. bei relativ großem Abstand der Hände vom Sensor am Wasserhahn eines Handwaschbeckens das Absperrventil nur teilweise geöffnet werden, um den Wasserdruck in Grenzen zu halten und deshalb nur eine Teilmenge des maximal möglichen Wasserstromes auszulösen. Erst wenn die Hand ganz nah am Sensor steht und dadurch der Wunsch nach maximalem Wasserdruck dokumentiert wird, öffnet sich das Absperrventil ganz.Another possible variant, which can be programmed into hardware and software of the control electronics, is an analog evaluation of a sensor and an analog control of the shut-off valve. So z. B. at a relatively large distance of the hands from the sensor on the tap of a hand basin, the shut-off valve are only partially opened to keep the water pressure within limits and therefore trigger only a subset of the maximum possible water flow. Only when the hand is close to the sensor and thus the desire for maximum water pressure is documented, the shut-off valve opens completely.
Bei der Anwendung im Sanitärbereich, wie z. B. Handwaschbecken, Bidets und Duschen, bei denen das geförderte Wasser sofort in Kontakt mit einem Teil einer Person zu treten hat, fließt bei Aktivierung eines Sensors auch sofort und unmittelbar Flüssigkeit. Das Ende des Fließvorganges wird durch das Entfernen des menschlichen Körpers oder seiner nahe zum Sensor befindlichen Körperteile markiert.When used in the sanitary sector, such. As hand basins, bidets and showers, where the pumped water has to get in touch immediately with a part of a person, flows on activation of a sensor and immediately and immediately liquid. The end of the flow is marked by the removal of the human body or its parts close to the sensor.
Eine andere softwaremäßig wählbare Variante ist der Betrieb als Toilettenspülung oder als Bewässerungseinheit. Hier muss die Steuerungselektronik auf einen Impuls hin eine bestimmte Flüssigkeitsmenge durchlassen, d. h. das Absperrventil wird nach einer gewissen Zeit oder nach einer gewissen, von der Steuerungselektronik gemessenen Menge selbsttätig wieder abgeschaltet.Another variant that can be selected by software is operation as a toilet flush or as an irrigation unit. Here, the control electronics must let through a pulse on a certain amount of fluid, d. H. the shut-off valve is switched off automatically after a certain time or after a certain amount measured by the control electronics.
Weitere Varianten sind, dass zwei Sensoren auf ein einziges Absperrventil wirken oder dass die Steuerungselektronik zwei Absperrventile betätigt, z. B. für heißes und für kaltes Wasser.Other variants are that two sensors act on a single shut-off valve or that the control electronics operates two shut-off valves, z. For hot and cold water.
Bereits im einfachsten Fall einer erfindungsgemäßen Steuerungselektronik enthält die Software und die Hardware der Steuerungselektronik also mehrere, variabel an verschiedene Anwendungen anpassbare Teilbereiche.Even in the simplest case of a control electronics according to the invention, the software and the hardware of the control electronics thus contain a plurality of subregions which can be variably adapted to different applications.
Darüber hinaus sind zahlreiche weitere Varianten interessant. Bereits erwähnt worden ist, dass die Steuerungselektronik auch einen Eingang für wenigstens einen weiteren Sensor aufweist, dessen Signale ebenso wie die Signale des ersten Sensors von der Steuerungselektronik auswertbar sind und die Anpassung an die jeweilige Verbrauchsstelle ermöglichen. Dabei wirken im einfachsten Fall beide Sensoren auf die Ansteuerung nur eines Absperrventils.In addition, numerous other variants are interesting. It has already been mentioned that the control electronics also has an input for at least one further sensor, whose signals as well as the signals of the first sensor can be evaluated by the control electronics and allow the adaptation to the respective consumption point. In the simplest case, both sensors act to control only one shut-off valve.
Eine weitere Variante ist, dass der zweite Sensor primär ein zweites Absperrventil ansteuert und die Software für eine Verbindung beider Absperrventile Sorge trägt.Another variant is that the second sensor primarily controls a second shut-off valve and the software ensures a connection of both shut-off valves care.
Ein erfindungsgemäßer Strömungsregler ist überall dort anwendbar, wo eine Flüssigkeit in einer Leitung strömt, die an einem Punkt endet, an dem die Flüssigkeit eine bestimmte Wirkung entfalten soll. Interessant sind Anwendungen im Sanitärbereich von Wohn- und Arbeitsräumen, wie Waschbecken, Bidets oder Duschen oder andere Entnahmestellen für Wasser.An inventive flow regulator is applicable wherever a liquid flows in a conduit which ends at a point at which the liquid is to develop a certain effect. Interesting applications are in the sanitary area of living and working spaces, such as sinks, bidets or showers or other points of withdrawal for water.
Im Sanitärbereich sind Zapfstellen für Badewannen oft solange zu öffnen, bis eine bestimmte Füllmenge erreicht ist. Ein weiterer dabei gewünschter Parameter kann die Einhaltung einer bestimmten Wassertemperatur sein. Varianten dieser Betriebsart sind die Temperatur als primärer Sollwert, der von einer bestimmten Füllmenge überlagert wird. Eine weitere, denkbare Variante ist die selbsttätige Regelung der Wassertemperatur bei deren Abkühlung während der Nutzung der Badewanne, indem bei Unterschreiten eines Temperatur-Mindestwertes heißes Wasser dazu gelassen wird.In the sanitary area taps for bathtubs are often open until a certain capacity is reached. Another desired parameter may be compliance with a certain water temperature. Variants of this operating mode are the temperature as a primary setpoint, which is superimposed by a specific filling quantity. Another conceivable variant is the automatic control of the water temperature during its cooling during use of the bath by hot water is allowed to fall below a minimum temperature value.
Eine andere Charakteristik erfordert die Regelung eines Heizkörpers von einem Warm-Wasser-Heizungssystem. Another characteristic requires the control of a radiator from a hot water heating system.
Und wieder eine andere Charakteristik ist für das Bewässern einer Pflanze oder für einen Getränkespende erforderlich.And again another characteristic is required for watering a plant or for a beverage donation.
Allen Anwendungen gemeinsam ist, dass in der Zuführungsleitung ein Turbinenrad angeordnet ist. Bei einer für die Turbine bekannten Ausführung besteht das Turbinenrad aus einer Achse, die drehbar gelagert ist und auf der radial nach aussen weisende Leitschaufeln angeordnet sind. Eine derartige Turbine ist in sehr großem Maßstab als Pelton-Turbine für Wasserkraftwerke bekannt.Common to all applications is that a turbine wheel is arranged in the supply line. In an embodiment known for the turbine, the turbine wheel consists of an axle which is rotatably mounted and arranged on the radially outwardly facing guide vanes. Such a turbine is known on a very large scale as a Pelton turbine for hydroelectric power plants.
Da der erfindungsgemäße Strömungsregler jedoch meist bei Flüssigkeitsleitungen mit sehr viel kleineren Durchmessern eingesetzt wird, kann es vorteilhafter sein, dass das Lager des Turbinenrades außerhalb der Zuführungsleitung und der Abführungsleitung auf einem relativ sehr großen Durchmesser angeordnet ist, durch das die Flüssigkeit hindurch fließt.However, since the flow regulator according to the invention is usually used in fluid lines with much smaller diameters, it may be more advantageous that the bearing of the turbine wheel outside the supply line and the discharge line is arranged on a relatively large diameter through which the liquid flows.
In diesem Fall ist das Turbinenrad ein dünnwandiger Hohlzylinder, der auf seiner Außenseite drehbar gelagert ist und der auf seiner Innenseite mit radial ausgerichteten Leitschaufeln bestückt ist. Diese Leitschaufeln können sich in der Mitte in einem strömungsgünstigen zentralen Körper treffen, z. B. einem tropfenförmigen Körper, der die Flüssigkeit in den äußeren Bereich des Leitungsquerschnittes drängt, aber im Unterschied zu bisher bekannten Turbinen kein Drehlager enthält.In this case, the turbine wheel is a thin-walled hollow cylinder, which is rotatably mounted on its outer side and which is equipped on its inside with radially oriented guide vanes. These vanes may meet in the middle in a streamlined central body, e.g. B. a drop-shaped body which urges the liquid in the outer region of the pipe cross-section, but unlike previously known turbines does not contain a rotary bearing.
In einer weiteren, vorteilhaften Variante sind auf der Außenseite eines solchen Turbinenrades Permanentmagneten befestigt, die die Funktion des Rotors vom Elektrogenerator übernehmen. Dazu sind in sehr geringem Abstand zu den Permanentmagneten ortsfeste, elektrische Spulen angeordnet. Wenn sich das Turbinenrad dreht, bewegen sich die Permanentmagneten in ganz geringem Abstand an den Spulen vorbei, wodurch ihr Magnetfeld die Spulen durchdringt. Dadurch wird in den Spulen ein elektrischer Strom induziert, der an den Anschlussklemmen der Spule abgezapft werden kann.In a further advantageous variant, permanent magnets are mounted on the outside of such a turbine wheel, which take over the function of the rotor from the electric generator. For this purpose, stationary, electric coils are arranged at a very short distance from the permanent magnets. As the turbine wheel rotates, the permanent magnets move past the coils at a very close distance, causing their magnetic field to pass through the coils. As a result, an electrical current is induced in the coils, which can be tapped at the terminals of the coil.
Zum Beispiel bei Sanitäranwendungen kann als Sensor ein Ultraschallsensor oder ein Infrarotsensor oder eine Lichtschranke das Vorhandensein einer Hand oder eines anderen Körperbereiches detektieren.For example, in sanitary applications, a sensor such as an ultrasonic sensor or an infrared sensor or a photoelectric sensor can detect the presence of a hand or other body region.
Bei Sanitäranwendungen ist es in einer weiteren interessanten Ausführungsform sinnvoll, dass die Steuerungselektronik mittels eines mehrstufigen oder analogen Sensors in Abhängigkeit von dem erfassten Abstand zu einem Körperteil den Druck der ausfließenden Flüssigkeit verändert.In sanitary applications, it is useful in another interesting embodiment that the control electronics by means of a multi-stage or analog sensor depending on the detected distance to a body part changes the pressure of the outflowing liquid.
Eine weitere, sehr interessante Zusatzfunktion im Sanitärbereich ist die berührungslose Regelung der Wassertemperatur bei Verbrauchsstellen, z. B. in öffentlichen Toiletten. Dort ist es sehr sinnvoll, wenn die einzelnen Besucher den Wasserhahn nicht direkt berühren müssen und ihn deshalb auch ihrerseits nicht kontaminieren.Another very interesting additional function in the sanitary area is the non-contact control of the water temperature at consumption points, z. In public toilets. There it makes sense if the individual visitors do not have to touch the faucet directly and therefore do not contaminate it for their part.
Selbst wenn sie versehentlich trotzdem an den Wasserhahn stoßen, so ist der nächste Nutzer nicht gezwungen, den Wasserhahn zum Auslösen eines Wasserstrahls oder zum Verstellen der Wassertemperatur zu berühren.Even if they accidentally hit the faucet anyway, the next user is not forced to touch the faucet to trigger a jet of water or to adjust the water temperature.
Es gibt berührungslos auslösbare Wasserhähne, bei denen aber die Einstellung der Wassertemperatur nur durch Berühren und Verschwenken eines Hebels möglich ist. Das ist inkonsequent, denn dieser Wählhebel für die Temperatur kann wiederum eine Infektionsquelle sein.There are non-contact trigger taps, but in which the adjustment of the water temperature is only possible by touching and pivoting a lever. This is inconsistent because this selector lever for the temperature can in turn be a source of infection.
Deshalb schlägt die Erfindung vor, dass bei Sanitäranwendungen die erfindungsgemäße Steuerungselektronik zur Temperatursteuerung die Signale eines zweiten Sensors auswertet, der einen außerhalb der Verbrauchsstelle gelegenen Raum erfasst. An einen bestimmten Ort innerhalb dieses Raumes wird ein Körperteil oder ein Gegenstand eingebracht, woraufhin die erfindungsgemäße Steuerungselektronik den Temperatursollwert verändert. Das Einbringen des Körperteiles in einen ersten Randbereich kann z. B. die Temperatur erhöhen und das Einbringen des Körperteils in einen zweiten Randbereich die Temperatur absenken.Therefore, the invention proposes that in sanitary applications, the control electronics according to the invention for temperature control evaluates the signals of a second sensor, which detects a space located outside the point of consumption. At a certain location within this space, a body part or an object is introduced, whereupon the control electronics according to the invention changes the temperature setpoint. The introduction of the body part in a first edge region may, for. B. increase the temperature and lower the introduction of the body part in a second edge region, the temperature.
Die Bedienung eines solchen berührungslosen Temperaturstellers wird sehr erleichtert, wenn eine optische oder akustische Anzeige den eingestellten Temperatursollwert jeweils quittiert. Eine sehr einfache Anzeige ist eine Reihe von Leuchtdioden, die über den Einstellraum hinweg verteilt ist. Wenn die höchste Temperatur aktiviert ist, leuchtet z. B. an einer Grenze des Einstellraumes eine rote Leuchtdiode auf. Wenn hingegen die niedrigste Temperatur vorgewählt ist, leuchtet eine blaue Leuchtdiode am gegenüberliegenden Rand des Einstellraumes auf. Das Aufleuchten der Leuchtdioden kann das Signal dafür sein, dass die Temperaturverstellung aktiviert worden ist. Nach einer gewissen Zeit erlischt diese Anzeige selbsttätig und meldet damit die Betriebsbereitschaft, eine neue Temperaturverstellung ausführen zu können.The operation of such a non-contact temperature controller is greatly facilitated if an optical or acoustic display acknowledges the set temperature setpoint in each case. A very simple indicator is a series of light emitting diodes distributed throughout the setting space. When the highest temperature is activated, z. B. at a boundary of the adjustment space on a red LED. If, on the other hand, the lowest temperature is preselected, a blue LED lights up on the opposite edge of the setting room. The illumination of the LEDs may be the signal that the temperature adjustment has been activated. After a certain time, this display goes out automatically and thus indicates the readiness to perform a new temperature adjustment.
Es entspricht den üblichen Konventionen, wenn eine solche Temperaturverstellung parallel zu der Vorderseite der Person ausgerichtet ist, die die Zapfstelle nutzt. Dann ist es empfehlenswert die Aktivierung der höchsten Temperatur links anzuordnen und die Aktivierung der niedrigsten Temperatur nur auf der rechten Seite zu ermöglichen.It conforms to the usual conventions when such a temperature adjustment is aligned parallel to the front of the person using the tap. Then it is recommended the Activation of the highest temperature left to arrange and enable the activation of the lowest temperature only on the right side.
Bei einer Alternative kann nur eine Schaltfunktion für „Temperatur erhöhen” und eine weitere Schaltfunktion für „Temperatur erniedrigen” vorhanden sein.In one alternative, only one switching function for "increase temperature" and another switching function for "decrease temperature" can be present.
Denkbar ist aber auch, dass mehrere Schaltfunktionen über den „Schaltraum” hinweg verteilt sind, so dass eine bestimmte Temperatur durch Einbringen eines Körperteiles oder eines Gegenstandes in diesen Raum als Sollwert aktiviert werden können.It is also conceivable, however, that several switching functions are distributed over the "switching space" away, so that a certain temperature can be activated by introducing a body part or an object in this room as a setpoint.
Die vorgenannte Temperaturregelung wird in den meisten Fällen dadurch erfolgen, dass zwei Flüssigkeiten mit jeweils voneinander verschiedenen Temperaturen gemischt werden. Dazu benötigt die erfindungsgemäße Strömungsregelung eine Ansteuerung für zwei voneinander getrennte Absperrventile.The aforementioned temperature control will in most cases be done by mixing two liquids with mutually different temperatures. For this purpose, the flow control according to the invention requires a control for two separate shut-off valves.
Dabei ist eine weitere interessante Ausführungsvariante, dass die Veränderung des Sollwertes für die Temperatur auch ohne eine Strömung der Flüssigkeit möglich ist. Diese Variante entspricht insoweit den weithin bekannten „Einhebelmischern”, als dass die Winkelstellung des steuernden Hebels auf eine Reihe von Leuchtdioden oder eine digitale Anzeige des Temperatursollwertes übertragen wird.It is a further interesting embodiment that the change of the setpoint for the temperature is possible even without a flow of the liquid. To this extent, this variant corresponds to the well-known "single-lever mixers" in that the angular position of the controlling lever is transmitted to a number of light-emitting diodes or a digital display of the temperature setpoint.
Eine weitere Steigerung des Komforts einer solchen Strömungsregelung ist die Auswertung von einem ersten Temperatursensor, der die Temperatur der zugeführten heißen Flüssigkeit erfasst und die Auswertung eines zweiten Temperatursensors, der die Temperatur der Mischung erfasst. Mit diesem zweiten Sensor wird die Steuerungselektronik in die Lage versetzt, selbsttätig die vorgewählte Temperatur nachzuregeln.A further enhancement of the comfort of such a flow control is the evaluation of a first temperature sensor, which detects the temperature of the hot liquid supplied and the evaluation of a second temperature sensor, which detects the temperature of the mixture. With this second sensor, the control electronics is able to automatically readjust the preselected temperature.
Eine weitere Steigerung des Komforts sowie eine nennenswerte Wasserersparnis wird mit der bedarfsweisen Aktivierung einer Zirkulationsleitung erreicht: Wenn die Zuführungsleitung für das warme Wasser so lang ist, dass es zwischen der Wärmequelle und der Verbrauchsquelle deutlich abkühlt, kann die erfindungsgemäße Strömungsregelung einen gewünschten Temperatursollwert dann nicht mehr einstellen, wenn die direkt hinter dem Absperrventil für das heiße Wasser befindliche Flüssigkeit unter den gewünschten Sollwert abgekühlt ist.A further increase of the comfort as well as a considerable saving of water is achieved with the activation of a circulation line as required: If the supply line for the warm water is so long that it cools considerably between the heat source and the consumption source, then the flow control according to the invention can no longer achieve a desired temperature setpoint when the liquid directly behind the hot water shut-off valve has cooled below the desired set point.
Eine wassersparende Zusatzfunktion ist eine sog. „Zirkulationsleitung”, die nur dann aktiviert wird, wenn sich hinter dem Absperrventil das ursprünglich ausreichend erhitzte Wasser wieder abgekühlt hat. Wenn ein Startbefehl für das Zapfen von Wasser mit einem bestimmten Temperatursollwert gegeben wird, der höher ist als die Temperatur des aktuell am Absperrventil anstehenden Wassers, dann schaltet die erfindungsgemäße Steuerungselektronik die Zuführungsleitung zunächst einmal nicht auf die Zapfstelle.A water-saving additional function is a so-called "circulation line", which is activated only when the initially sufficiently heated water has cooled down behind the shut-off valve. If a start command for the tapping of water is given with a certain temperature setpoint, which is higher than the temperature of the water currently pending on the shut-off valve, then the control electronics according to the invention initially does not switch the supply line to the tapping point.
Bei einer Betätigung des erfindungsgemäßen Wasserhahnes in dieser Ausführungsform fließt also im ersten Moment kein Wasser heraus. Stattdessen wird die Zuführungsleitung durch ein elektrisch schaltbares Umschaltventil mit einer abführenden Zirkulationsleitung verbunden. Diese Zirkulationsleitung bringt das einstmals heiße, mittlerweile jedoch abgekühlte Wasser solange zur Heizung zurück, bis wieder Wasser mit ausreichend hoher Temperatur in der Zuführungsleitung ankommt. Erst dann wird von der Steuerelektronik das Umschaltventil für die Zirkulationsleitung zurückgeschaltet und das Absperrventil für den Auslass freigegeben. Erst jetzt fließt Wasser zur Verbrauchsstelle, aber mit genau der gewünschten Temperatur.Upon actuation of the faucet according to the invention in this embodiment, therefore, no water flows out at the first moment. Instead, the supply line is connected by an electrically switchable changeover valve with a laxative circulation line. This circulation line brings the once hot, but now cooled water back to the heater until water arrives again with sufficiently high temperature in the supply line. Only then is switched by the control electronics, the changeover valve for the circulation line and released the shut-off valve for the outlet. Only now water flows to the point of consumption, but with exactly the desired temperature.
Für die Absperrventile eines erfindungsgemäßen Strömungsreglers sind verschiedene Bauarten denkbar. In der einfachsten Ausführungsform weist das Absperrventil nur die beiden Positionen „offen” und „geschlossen” auf. Sobald elektrische Energie zugeführt wird, öffnet sich das Absperrventil. Wenn keine elektrische Spannung mehr anliegt, wird es von der Kraft einer Feder wieder geschlossen. Dadurch ist sichergestellt, dass es auch bei Ausfall der Energie keinesfalls versehentlich geöffnet wird. Nachteilig ist jedoch, dass für das Aufhalten des Ventils kontinuierlich Energie verbraucht wird.Various types are conceivable for the shut-off valves of a flow regulator according to the invention. In the simplest embodiment, the shut-off valve has only the two positions "open" and "closed". As soon as electrical energy is supplied, the shut-off valve opens. When no electrical voltage is applied, it is closed again by the force of a spring. This ensures that it will not accidentally open even if the energy fails. The disadvantage, however, is that energy is consumed continuously for the retention of the valve.
Deshalb schlägt die Erfindung alternativ Absperrventile vor, die nur einen Stromimpuls benötigen, um in eine bestimmte Position verstellt zu werden. Ohne Energiezufuhr verbleiben sie in dieser Stellung. Ein nicht erwünschtes, zu langes Öffnen des Ventils bei Ausfall der elektrischen Energieversorgung kann dadurch vermieden werden, dass der Ladezustand des Energiespeichers überwacht wird und bei Absinken unter einen Mindestwert die Absperrventile mit dem „letzten Rest” der Energie noch geschlossen werden.Therefore, the invention proposes alternatively shut-off valves that require only a current pulse to be adjusted in a certain position. Without energy supply, they remain in this position. An undesirable, too long opening of the valve in case of failure of the electrical energy supply can be avoided by the state of charge of the energy storage is monitored and when falling below a minimum level the shut-off valves are still closed with the "last remainder" of the energy.
Die meisten Arten von Turbinenrädern sind auf einen bestimmten Wasserdruck bei einer bestimmten Strömungsgeschwindigkeit optimiert. Wenn dieser Arbeitspunkt deutlich unterschritten wird, z. B. durch eine Halbierung der Strömungsmenge, dann wird die vom Turbinenrad erzeugte Energiemenge nicht nur halbiert, sondern sinkt in weit stärkerem Maße ab. Das kann soweit führen, dass bei der Entnahme von kleinen Wassermengen in langsamer Geschwindigkeit das Turbinenrad keine ausreichende Energiemenge mehr erzeugen kann, um die Funktionsfähigkeit des erfindungsgemäßen Strömungsreglers aufrecht zu erhalten.Most types of turbine wheels are optimized for a given water pressure at a given flow rate. If this operating point is well below, z. B. by halving the flow rate, then the amount of energy generated by the turbine wheel is not only halved, but decreases to a much greater extent. This can lead to the extent that when removing small amounts of water at a slow speed, the turbine wheel can no longer generate sufficient amount of energy to maintain the operability of the flow controller according to the invention.
Für diese Fälle schlägt die Erfindung als eine Variante vor, dass ein Zwischenbehälter vorhanden ist, in den die Flüssigkeit stets mit Nenndruck und Nenngeschwindigkeit einströmt. Dazu muss der Zugang zum Zwischenbehälter über ein Absperrventil gesteuert werden, dass nur die Stellungen „offen” und „geschlossen” aufweist. Aus dem Zwischenbehälter heraus kann die Flüssigkeit durch ein zweites Absperrventil mit verschiedenen Stellungen auch in seiner sehr viel geringeren Strömungsgeschwindigkeit herausgelassen werden. Dadurch wird erreicht, dass das Turbinenrad stets in seinem Nennbereich arbeitet und deshalb optimalen Wirkungsgrad erreicht. Wenn der Zwischenbehälter gefüllt ist, muss sich das erste Absperrventil schliessen und erst dann wieder öffnen, wenn der Zwischenbehälter fast geleert ist. For these cases, the invention proposes, as a variant, that there is an intermediate container in which the liquid always flows in at nominal pressure and rated speed. For this, the access to the intermediate container must be controlled via a shut-off valve, which has only the positions "open" and "closed". From the intermediate container, the liquid can be let out through a second shut-off valve with different positions even in its much lower flow rate. This ensures that the turbine always works in its nominal range and therefore achieves optimum efficiency. When the intermediate container is filled, the first shut-off valve must close and only reopen when the intermediate container is almost empty.
Da der erfindungsgemäße Strömungsregler prinzipiell seine gesamte Energiezufuhr nur aus der strömenden Flüssigkeit bezieht, kann es bei der wiederholten Entnahme von sehr geringen Flüssigkeitsmengen dazu kommen, dass der Energieinhalt des Energiespeichers unter eine kritische Mindestgrenze absinkt.Since the flow regulator according to the invention in principle relates its entire energy supply only from the flowing liquid, it may happen in the repeated removal of very small amounts of liquid that the energy content of the energy storage drops below a critical minimum limit.
Deshalb schlägt die Erfindung als eine vorteilhafte Variante vor, dass die Spannung des Energiespeichers laufend durch die Steuerungselektronik überwacht wird. Bei einem Absinken der Spannung des Energiespeichers unter einen bestimmten Mindestwert öffnet die Steuerungselektronik das Absperrventil selbsttätig und hält es solange offen, bis der Elektrogenerator die Spannung des Energiespeichers wieder auf einen bestimmten Mindestwert oder um einen bestimmten Betrag erhöht hat.Therefore, the invention proposes as an advantageous variant that the voltage of the energy storage is continuously monitored by the control electronics. When the voltage of the energy store drops below a certain minimum value, the control electronics automatically open the shut-off valve and keep it open until the electric generator has increased the voltage of the energy store to a certain minimum value or by a certain amount.
Diese Funktionalität setzt natürlich voraus, dass die Entnahme einer Flüssigkeitsmenge ohne Risiko und zu relativ geringen Kosten möglich ist. Bei einem Handwaschbecken wäre das vom Prinzip her denkbar. Sinnvollerweise sollte die Steuerungselektronik jedoch durch ein Signal, wie z. B. eine Leuchtdiode oder eine akustische Meldung darauf aufmerksam machen, dass sie in Kürze den Wasserhahn öffnen wird.Of course, this functionality requires that the removal of a liquid quantity without risk and at relatively low cost is possible. In a hand basin that would be conceivable in principle. It makes sense, the control electronics should, however, by a signal such. B. a light-emitting diode or an acoustic message to alert them that they will soon open the faucet.
Wie erwähnt, kann eine erfindungsgemäße Strömungsregelung auch für die Spülung einer Toilette eingesetzt werden. Dann ist der erste Sensor der Steuerelektronik ein Kontakt an der Abdeckung einer Toilette. Das Turbinenrad ist in die Flüssigkeitszuführung des Spülkastens eingebaut. Das Absperrventil ist in der Auslassleitung der Flüssigkeit aus dem Spülkasten angeordnet.As mentioned, a flow control according to the invention can also be used for the flushing of a toilet. Then the first sensor of the control electronics is a contact on the cover of a toilet. The turbine wheel is installed in the liquid supply of the cistern. The shut-off valve is arranged in the outlet line of the liquid from the cistern.
Wenn bei der Benutzung der Toilette deren Deckel geöffnet und dann wieder verschlossen wird, so ist das Schliessen der Abdeckung für das Absperrventil der Befehl sich für eine bestimmte Zeit oder bis zum Durchfließen einer bestimmten Flüssigkeitsmenge zu öffnen. Die Zeitdauer oder die Menge sollte also programmierbar sein.If, in the use of the toilet, the lid is opened and then closed again, the closing of the cover for the shut-off valve is the command to open for a certain time or until a certain amount of liquid flows through it. The duration or amount should therefore be programmable.
Eine weitere Verfeinerung dieser Anwendung passt die Menge des zur Spülung eingesetzten Wasser selbsttätig der Entsorgungsaufgabe an. Dazu könnte ein weiterer Sensor dienen, der das Gewicht der in der Toilettenschüssel liegenden Masse erfasst. Als Sensor könnte in der Mulde der Toilette ein flexibler Kunststoffballon eingesetzt werden, der durch ein auf ihm lastendes Gewicht über eine Pneumatikleitung einen Sensor aussteuert. Mit zunehmender Aussteuerung dieses Sensors und damit zunehmendem Gewicht der Masse wird auch die Menge der aus dem Spülkasten zur Spülung ausgelassenen Flüssigkeit erhöht.Further refinement of this application automatically adjusts the amount of water used for flushing to the disposal task. This could be served by another sensor that detects the weight of the mass in the toilet bowl. As a sensor, a flexible plastic balloon could be used in the trough of the toilet, which controls a sensor via a weight on it via a pneumatic line. With increasing control of this sensor and thus increasing weight of the mass and the amount of liquid discharged from the cistern for flushing is increased.
Eine ganz andere Anwendung eines erfindungsgemäßen Strömungsreglers ist ein Heizkörper. Das ist im Prinzip ein meist metallener Hohlkörper, der von erhitzter Flüssigkeit durchströmt wird. Dabei gibt die durchströmende Flüssigkeitsmenge die in ihr gespeicherte Wärme durch die Wände des Heizkörpers hindurch an den zu heizenden Raum ab.A completely different application of a flow regulator according to the invention is a radiator. This is in principle a mostly metallic hollow body, which is flowed through by heated liquid. In this case, the amount of liquid flowing through the heat stored in it through the walls of the radiator through to the room to be heated.
Dabei ist ein erfindungsgemäßer Strömungsregler als Temperaturregler anwendbar. Ein Temperatursensor muss die Temperatur des zu beheizenden Raumes erfassen. Unterhalb einer an der Steuerungselektronik einstellbaren Mindesttemperatur wird das elektrische Absperrventil geöffnet, so dass erhitzte Flüssigkeit durch den Heizkörper strömt und die Umgebung erwärmt. Sobald der Temperatursensor erfasst, dass die Raumtemperatur auf einen zweiten, an der Steuerungselektronik einstellbaren Höchstwert angestiegen ist, schließt die Steuerelektronik das Absperrventil wieder.In this case, an inventive flow controller is applicable as a temperature controller. A temperature sensor must detect the temperature of the room to be heated. Below an adjustable minimum temperature on the control electronics, the electric shut-off valve is opened, so that heated liquid flows through the radiator and heats the environment. As soon as the temperature sensor detects that the room temperature has risen to a second maximum value that can be set on the control electronics, the control electronics close the shut-off valve again.
Sinnvollerweise sollte der von aussen einstellbare Temperatursollwert zwischen diesen beiden Extrema liegen. Der durch den Abstand der Mindesttemperatur und der Höchsttemperatur bestimmte Schalthub ist in der Regel nur bei der Inbetriebnahme des Strömungsreglers zu wählen, nicht aber während des laufenden Betriebes zu justieren.It makes sense to set the externally adjustable temperature setpoint between these two extremes. The switching stroke determined by the distance between the minimum temperature and the maximum temperature is usually only to be selected when commissioning the flow controller, but not to be adjusted during operation.
Eine weitere, sinnvolle Zusatzfunktion einer Heizungsregelung ist die Möglichkeit einer pauschalen Absenkung des Temperatursollwertes für bestimmte Tageszeiten, z. B. die sog. Nachtabsenkung – oder für bestimmte Wochentage, also für vorhersehbar arbeitsfreie Tage in Büroräumen. Wenn die Öffnung von Fenster oder Türen z. B. durch einen Kontakt erfassbar ist, den die Steuerelektronik des erfindungsgemäßen Strömungsreglers kontinuierlich auswertet, so kann ein Wärmeverlust während des Lüftens durch Abschalten der Heizung reduziert werden.Another useful additional function of a heating control is the possibility of a flat reduction of the temperature setpoint for certain times of the day, eg. As the so-called. Night reduction - or for certain days of the week, ie for predictable days off in offices. If the opening of windows or doors z. B. can be detected by a contact, which evaluates the control electronics of the flow controller according to the invention continuously, so heat loss during ventilation by switching off the heater can be reduced.
Ein anderer, sehr interessanter Anwendungsbereich eines erfindungsgemäßen Strömungsreglers ist die Kontrolle der Bewässerung wenigstens einer Pflanze im Erdreich oder in einem anderen Substrat. Dazu muss der erste Sensor des Strömungsreglers ein Feuchtigkeitssensor sein und die Flüssigkeit zum Bewässern der Pflanze geeignet sein, also unter Umständen mit den geeigneten Nährstoffen und Düngern versehen werden. Another very interesting area of application of a flow regulator according to the invention is the control of the irrigation of at least one plant in the soil or in another substrate. For this purpose, the first sensor of the flow regulator must be a moisture sensor and the liquid be suitable for watering the plant, so may be provided with the appropriate nutrients and fertilizers.
Der Feuchtigkeitssensor misst laufend die Feuchtigkeit im Erdreich oder im Substrat. Beim Unterschreiten eines vorgewählten Mindestwertes öffnet der Strömungsregler das Absperrventil. Wenn der Feuchtigkeitssensor ausreichend schnell reagiert, kann er bei Erreichen eines Höchstwertes für die Feuchtigkeit selber die Flüssigkeitszufuhr wieder beenden.The moisture sensor continuously measures the moisture in the soil or in the substrate. When falling below a preselected minimum value, the flow regulator opens the shut-off valve. If the moisture sensor responds quickly enough, it can stop hydration when it reaches its maximum humidity level.
Falls jedoch die Zeitverzögerung zwischen dem Aufbringen der Flüssigkeit auf dem Erdreich und der Erfassung durch den Flüssigkeitssensor sehr groß ist, sollte die Steuerungselektronik eine bestimmte, bei der Inbetriebnahme vorgewählte Menge an Flüssigkeit ausstoßen.However, if the time delay between the application of the liquid to the soil and the detection by the liquid sensor is very large, the control electronics should eject a certain amount of liquid preselected at start-up.
Danach sollte eine Pause für die Auswertung des Flüssigkeitssensors in den Zyklus eingeschoben werden, die wenigstens der mittleren Eindringzeit der Flüssigkeit bis zum Flüssigkeitssensor entspricht.Thereafter, a break should be inserted for the evaluation of the liquid sensor in the cycle, which corresponds at least to the mean penetration time of the liquid to the liquid sensor.
Eine andere, sehr interessante Anwendung eines erfindungsgemäßen Strömungsreglers ist die automatische Befüllung eines beliebigen Gefäßes, das mit einer Flüssigkeit befüllt werden soll. Für diese Ausführungsvariante schlägt die Erfindung vor, dass am Ende der Zuführungsleitung ein U-förmiges Endstück angeordnet wird, das auf den Rand des Gefäßes aufgesetzt werden kann. Der erste Sensor ist an diesem U-förmigen Endstück so angeordnet, dass er durch das Aufsetzen des Endstückes auf den Rand des Gefäßes aktiviert wird. Daraufhin öffnet die Steuerungselektronik das Absperrventil, so dass die Zufuhr von Flüssigkeit einsetzt.Another, very interesting application of a flow regulator according to the invention is the automatic filling of any vessel that is to be filled with a liquid. For this embodiment, the invention proposes that at the end of the supply line a U-shaped end piece is arranged, which can be placed on the edge of the vessel. The first sensor is arranged on this U-shaped end piece so that it is activated by placing the end piece on the edge of the vessel. Then the control electronics opens the shut-off valve, so that the supply of liquid begins.
Zum rechtzeitigen Schließen des Absperrventils muss an dem vorgenannten Endstück ein zweiter Sensor angebracht werden, der erfasst, dass der Spiegel der Flüssigkeit einen bestimmten Abstand zum Rand des Gefäßes erreicht hat. Wenn der zweite Sensor diese Meldung an die Steuerungselektronik weiterreicht, schaltet diese das Absperrventil wieder zu.For timely closing of the shut-off valve, a second sensor must be attached to the aforementioned end piece, which detects that the level of the liquid has reached a certain distance from the edge of the vessel. When the second sensor passes this message on to the control electronics, it switches the shut-off valve back on.
Dieser zweite Sensor kann z. B. ein Ultraschallsensor sein. Eine andere, recht einfache Ausführungsform sind zwei Elektroden, die die Leitfähigkeit der Flüssigkeit erfassen. Eine andere Variante ist eine Gabellichtschranke. Auch bei klaren Flüssigkeiten bilden sich Strudel und Luftblasen an der Oberfläche, die von dieser Gabellichtschranke erfasst werden können.This second sensor can, for. B. be an ultrasonic sensor. Another, quite simple embodiment are two electrodes that detect the conductivity of the liquid. Another variant is a fork light barrier. Even with clear liquids, vortexes and air bubbles form on the surface, which can be detected by this forked light barrier.
Als Ausführungsvariante können an den Energiespeicher oder an die Steuerungselektronik weitere elektrische Verbraucher angeschlossen werden, wie z. B. Beleuchtungskörper und/oder Heizungen und/oder andere Elektrogeräte. Es ist selbstverständlich, dass die Dimensionierung des Elektrogenerators und der zu seinem Betrieb erforderliche Flüssigkeitsdruck und die erforderliche Flüssigkeitsmenge an die Verbraucher angepasst sein muss.As a variant, further electrical consumers can be connected to the energy storage or to the control electronics such. As lighting fixtures and / or heaters and / or other electrical appliances. It goes without saying that the dimensioning of the electric generator and the liquid pressure required for its operation and the required amount of liquid must be adapted to the consumers.
Bei einer weiteren, sehr vorteilhaften Anwendung eines erfindungsgemäßen Strömungsreglers sind das Turbinenrad und das Absperrventil in der Ausströmleitung eines zentralen Wasserspeichers eines Bewässerungssystems angeordnet. Das Turbinenrad und der Elektrogenerator sind so groß dimensioniert, dass neben dem Absperrventil noch weitere elektrische Verbraucher betrieben werden können, wie z. B. Beleuchtungskörper oder Heizungen für zu bewässernde Pflanzen.In a further, very advantageous application of a flow regulator according to the invention, the turbine wheel and the shut-off valve are arranged in the outflow line of a central water reservoir of an irrigation system. The turbine wheel and the electric generator are dimensioned so large that in addition to the shut-off valve even more electrical consumers can be operated, such. As lighting fixtures or heaters for plants to be watered.
Wenn der zentrale Wasserspeicher tagsüber entleert wird, so kann er nächtens mit kostengünstigem Nachstrom wieder aufgefüllt werden. Da der Wasserspeicher geometrisch höher als die zu bewässernden Flächen angeordnet ist, steht darin gespeicherte Energie bereit, die mit relativ kostengünstigem Nachtstrom erzeugt worden ist. Diese Energie kann zu beliebigen Tageszeiten abgerufen werden, auch zu den Tagesstunden, während derer die elektrische Energie aus dem Netz ansonsten erheblich teurer ist.If the central water tank is emptied during the day, so it can be replenished at night with inexpensive downstream. Since the water reservoir is geometrically located higher than the areas to be irrigated, stored energy is available therein, which has been generated with relatively inexpensive night-time current. This energy can be accessed at any time of the day, even during the daytime hours during which the electrical energy from the grid is otherwise considerably more expensive.
Immer wenn bewässert wird, wird damit auch der Elektrogenerator aktiviert und erzeugt elektrische Energie. Diese Energie kann z. B. für das Beheizen und das Beleuchten von Pflanzen in Gewächshäusern genutzt werden. Und das auch an Tagen im Frühjahr oder Herbst, wenn das Wetter noch sehr trübe ist und/oder die Außentemperatur noch recht niedrig ist.Whenever watering is done, it also activates the electric generator and generates electrical energy. This energy can z. B. used for heating and lighting plants in greenhouses. And also on days in spring or autumn, when the weather is still very cloudy and / or the outside temperature is still quite low.
Besonders vorteilhaft ist diese Konfiguration, wenn zusätzlich zum erfindungsgemäßen Strömungsregler auch noch die Bewässerung von einer Verteilung des Wassers durch Verspritzen oder Versprühen mit hohem Druck auf eine tröpfchenweise Zufuhr des Wassers mit direkten Leitungen zu den Pflanzen umgestellt wird.This configuration is particularly advantageous if, in addition to the flow regulator according to the invention, the irrigation is also switched from a distribution of the water by spraying or spraying at high pressure to a dropwise supply of the water with direct lines to the plants.
Der entscheidende Vorteil des erfindungsgemäßen Strömungsreglers ist, dass dann nämlich auch der Anteil der im zentralen Wasserspeicher gespeicherten mechanischen Energie, der zuvor für das Versprühen des Wassers „verschwendet” worden ist, stattdessen in anderweitig nochmals nutzbare elektrische Energie umgewandelt werden kann. Dadurch wird eine zusätzliche Beleuchtung oder Beheizung der Pflanzen möglich, die im Vergleich zu der vorherigen Konfiguration keinen wesentlichen Mehraufwand an Betriebskosten verursacht.The decisive advantage of the flow regulator according to the invention is that then also the proportion of stored in the central water storage mechanical energy that has been previously "wasted" for the spraying of water, instead can be converted into otherwise usable again electrical energy. This will provide additional lighting or heating plants which, compared to the previous configuration, does not cause a significant overhead in operating costs.
Im Folgenden sollen weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung anhand eines Beispiels näher erläutert werden. Dieses soll die Erfindung jedoch nicht einschränken, sondern nur erläutern. Es zeigt in schematischer Darstellung:In the following, further details and features of the invention will be explained in more detail with reference to an example. However, this is not intended to limit the invention, but only to explain. It shows in a schematic representation:
In
In
In der gezeichneten Ausführungsform ist dort ein Elektrogenerator
Im Schnittbild der
Dieser stromlinienförmige Körper dient nur der Abdrängung des Flüssigkeitsstromes auf den äußeren Bereich der Leitschaufeln, wo der Hebelarm in Bezug auf die Drehachse ausreichend lang ist, um ein Drehmoment zu erzeugen. Abweichend von üblichen Wasserturbinen sind die Lager dieses Turbinenrades jedoch außen auf der Hülse angeordnet, die das Turbinenrad enthält. Die Erfindung schlägt für diesen Anwendungsfall Gleitlager vor, da sie vom Flüssigkeitsstrom umgeben sind.This streamlined body serves only to drive the flow of liquid to the outer portion of the vanes where the lever arm is sufficiently long with respect to the axis of rotation to generate torque. Deviating from conventional water turbines, however, the bearings of this turbine wheel are arranged outside on the sleeve, which contains the turbine wheel. The invention proposes plain bearings for this application because they are surrounded by the liquid flow.
In der gezeichneten Ausführungsform sind zwei ringförmige Gleitlager vorgesehen, die im Schnittbild der
In
Dort ist in einem Hohlraum die Steuerungselektronik
In
In
In
Zusammen mit dem umgebenden Gehäuse entsteht so eine Baugruppe, die auch in ganz anderen Anwendungen genutzt werden kann. Auch die Elektronikplatine ist in andere Baugruppen anwendbar. Nur der Eingang für die jeweils verwendeten Sensoren ist auf die Besonderheiten jedes Anwendungsfalles abzustimmen, wofür auf der Elektronikplatine abrufbare Software und wählbare Hardware vorhanden ist.Together with the surrounding housing, this creates an assembly that can also be used in completely different applications. Even the electronic board is applicable to other assemblies. Only the input for the sensors used in each case must be matched to the specifics of each application, for which on the electronic board retrievable software and selectable hardware is available.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
-
Zuführungsleitung für die Flüssigkeit
2 Supply line for the liquid2 - 22
-
Flüssigkeit, treibt auf dem Weg zur Verbrauchsstelle
5 das Turbinenrad3 Fluid drives on the way to the point ofconsumption 5 the turbine wheel3 - 33
-
Turbinenrad, angetrieben von Flüssigkeit
2 , treibt Elektrogenerator4 Turbine wheel, powered by liquid2 , drives electric generator4 - 3131
-
Schaufeln des Turbinenrades
3 Shovels of the turbine wheel3 - 3232
-
Lager des Turbinenrades
3 Bearing of the turbine wheel3 - 44
-
Elektrogenerator, lädt Energiespeicher
9 aufElectric generator, loadsenergy storage 9 on - 4141
-
Permanentmagneten, auf dem rotierenden Teil des Elektrogenerators
4 Permanent magnets, on the rotating part of the electric generator4 - 4242
-
Spulen, im stehenden Teil des Elektrogenerators
4 Coils, in the stationary part of the electric generator4 - 4343
-
Anschlusskabel der Spulen
42 Connection cable of the coils42 - 55
-
Verbrauchsstelle
5 für die Flüssigkeit2 premise 5 for the liquid2 - 66
-
Absperrventil, regelt den Strom der Flüssigkeit
2 Shut-off valve, regulates the flow of liquid2 - 6161
-
Ansteuerung des Absperrventils
6 Actuation of the shut-offvalve 6 - 6262
-
Kabel zur Ansteuerung
61 Cable forcontrol 61 - 77
-
Steuerungselektronik, steuert Absperrventil
6 Control electronics, controls shut-offvalve 6 - 8181
-
erster Sensor, von Steuerungselektronik
7 ausgewertetfirst sensor, ofcontrol electronics 7 evaluated - 8282
-
zweiter Sensor, von Steuerungselektronik
7 ausgewertetsecond sensor, ofcontrol electronics 7 evaluated - 99
-
Energiespeicher, von Elektrogenerator
4 aufladbarEnergy storage, from electric generator4 rechargeable
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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