DE102014206163A1

DE102014206163A1 - Steuergerät, Schichtspeichersystem und Verfahren zum Betrieb solch eines Steuergeräts

Info

Publication number: DE102014206163A1
Application number: DE102014206163.6A
Authority: DE
Inventors: Matthias Senn
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-04-01
Filing date: 2014-04-01
Publication date: 2015-10-01

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Steuergerät, ein Schichtspeichersystem und ein Verfahren zum Betrieb solch eines Steuergeräts, wobei das Steuergerät einen Steuereingang, einen Steuerausgang, einen Speicher und eine Steuereinrichtung aufweist, wobei der Steuereingang, der Steuerausgang und der Speicher mit der Steuereinrichtung verbunden sind, wobei der Steuereingang mit wenigstens einer Erfassungseinrichtung des Schichtspeichersystems verbindbar und ausgebildet ist, wenigstens ein erstes Zustandssignal der Erfassungseinrichtung zu erfassen und der Steuereinrichtung bereitzustellen, wobei der Steuerausgang mit einem Einschichtventil des Schichtspeichersystems verbindbar und ausgebildet ist, ein Steuersignal der Steuereinrichtung dem Einschichtventil bereitzustellen, wobei in dem Speicher ein Parameter abgelegt ist, wobei die Steuereinrichtung ausgebildet ist, anhand des Parameters und dem erfassten ersten Zustandssignal eine Einschichttemperatur eines ersten Wärmeträgermediums des Schichtspeichersystems zur errechnen, wobei die Steuereinrichtung ausgebildet ist, das Steuersignal zur Steuerung des Einschichtventils in Abhängigkeit der errechneten Einschichttemperatur bereitzustellen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Steuergerät gemäß Patentanspruch 1, ein Schichtspeichersystem gemäß Patentanspruch 8 sowie ein Verfahren zum Betrieb solch eines Steuergeräts gemäß Patentanspruch 12.
Stand der Technik
Bisher sind Schichtspeichersysteme für eine Frischwasserstation bekannt, die einen ersten Zulauf und einen zweiten Zulauf aufweisen. Der erste Zulauf ist dabei in Schwerkraftrichtung oberhalb des zweiten Zulaufs angeordnet. Die beiden Zuläufe sind mit einem Einschichtventil verbunden. Das Einschichtventil ist ferner mit einem Wärmetauscher des Schichtspeichersystems verbunden, wobei der Wärmetauscher dahingehend ausgebildet ist, ein Wärmeträgermedium, das in dem Schichtspeichersystem vorgesehen ist, mittels einer Wärmequelle, an der der Wärmetauscher angeschlossen ist, zu erwärmen. Zwischen dem Einschichtventil und dem Wärmetauscher ist ein Temperatursensor vorgesehen, der eine Temperatur des aus dem Wärmetauscher in Richtung dem Schichtspeicher strömenden Wärmeträgermediums erfasst. Anhand der erfassten Temperatur wird das Einschichtventil gesteuert, um das aus dem Wärmetauscher rückströmende Wärmeträgermedium gemäß seiner Temperatur entsprechend über den ersten Zulauf oder über den zweiten Zulauf in den Schichtspeicher einzuschichten.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Steuergerät, ein verbessertes Schichtspeichersystem und ein verbessertes Verfahren zum Betrieb solch eines Schichtspeichersystems bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird mittels eines Steuergeräts gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass ein verbessertes Steuergerät für ein Schichtspeichersystem dadurch bereitgestellt werden kann, dass das Steuergerät einen Steuereingang, einen Steuerausgang, einen Speicher und eine Steuereinrichtung umfasst. Der Steuereingang, der Steuerausgang und der Speicher sind mit der Steuereinrichtung verbunden. Der Steuereingang ist mit wenigstens einer Erfassungseinrichtung des Schichtspeichersystems verbindbar und ausgebildet, wenigstens ein erstes Zustandssignal der Erfassungseinrichtung zu erfassen und der Steuereinrichtung bereitzustellen, wobei der Steuerausgang mit einem Einschichtventil des Schichtspeichersystems verbindbar und ausgebildet ist, ein Steuersignal der Steuereinrichtung dem Einschichtventil bereitzustellen. In dem Speicher ist ein Parameter abgelegt, wobei die Steuereinrichtung ausgebildet ist, anhand des Parameters und dem erfassten ersten Zustandssignal eine Einschichttemperatur eines ersten Wärmeträgermediums des Schichtspeichersystems zur errechnen. Ferner ist die Steuereinrichtung ausgebildet, das Steuersignal zur Steuerung des Einschichtventils in Abhängigkeit der errechneten Einschichttemperatur bereitzustellen.
Auf diese Weise kann das Einschichtsystem besonders kostengünstig ausgebildet werden. Durch die Reduktion der Anzahl von Sensoren kann die Fehlerquote des Steuergeräts reduziert werden. Besonders vorteilhaft ist hierbei, wenn das Zustandssignal ein erstes Temperatursignal eines ersten Temperatursensors des Schichtspeichersystems ist und/oder eine Information über eine Förderpumpe des Schichtspeichersystems aufweist.
Besonders vorteilhaft ist, wenn der Steuereingang mit einem Durchflusssensor der Erfassungseinrichtung verbindbar ist, wobei der Durchflusssensor das erste Zustandssignal, das mit einem Durchfluss eines zweiten Wärmeträgermediums durch einen Wärmetauscher des Schichtspeichersystems korreliert, dem Steuereingang bereitstellt.
Ferner ist von Vorteil, wenn der Steuereingang ausgebildet ist, ein zweites Zustandssignal der Erfassungseinrichtung, das mit einer Temperatur eines zweiten Wärmeträgermedium korreliert, zu erfassen und der Steuereinrichtung bereitzustellen, wobei die Steuereinrichtung ausgebildet ist, das zweite Zustandssignal bei dem Errechnen der Einschichttemperatur mit zu berücksichtigen.
Die Einschichttemperatur kann präzise ermittelt werden, wenn der Steuereingang mit einer Regeleinrichtung verbindbar und ausgebildet ist, ein drittes Zustandssignal, das mit einem Regelsignal der Regeleinrichtung korreliert, zu erfassen und der Steuereinrichtung bereitzustellen, wobei die Steuereinrichtung ausgebildet ist, das dritte Zustandssignal bei dem Errechnen der Einschichttemperatur mit zu berücksichtigen.
In einer weiteren Ausführungsform weist der Parameter zumindest eine vordefinierte Kennlinie und/oder ein Kennfeld und/oder eine mathematische Funktion und/oder eine tabellarische Zuordnung zwischen dem Zustandssignal und der Einschichttemperatur auf. Dadurch kann flexibel das Steuergerät an die vorhandenen Messdaten des Schichtspeichersystems angepasst werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist in dem Speicher ein vordefinierter Schwellenwert abgelegt, wobei die Steuereinrichtung ausgebildet ist, die ermittelte Einschichttemperatur mit dem Schwellenwert in einem Vergleich zu vergleichen und in Abhängigkeit des Ergebnisses des Vergleichs das Steuersignal zur Steuerung des Einschichtventils bereitzustellen. Dadurch kann eine einfache Steuerung des Einschichtventils erzielt werden. In einer weiteren Ausführungsform ist der Steuereingang mit einem zweiten Temperatursensor verbindbar. Der Steuereingang ist dabei ausgebildet, ein durch den zweiten Temperatursensor bereitgestelltes zweites Temperatursignal zu erfassen und der Steuereinrichtung bereitzustellen. Die Steuereinrichtung ist ausgebildet, mittels des Parameters das zweite Steuersignal bei dem Errechnen der Einschichttemperatur zu berücksichtigen. Dadurch kann die Präzision der Vorhersage der Einschichttemperatur verbessert werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Steuereingang ausgebildet, ein durch die Erfassungseinrichtung bereitgestelltes viertes Zustandssignal, das mit einer zweiten Temperatur des ersten Wärmeträgermediums korreliert, zu erfassen und der Steuereinrichtung bereitzustellen, wobei die Steuereinrichtung ausgebildet ist, das vierte Zustandssignal bei dem Errechnen der Einschichttemperatur zu berücksichtigen.
Die Aufgabe wird aber auch durch ein Schichtspeichersystem für eine Frischwasserstation gemäß Patentanspruch 8 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass ein verbessertes Schichtspeichersystem für eine Frischwasserstation dadurch bereitgestellt werden kann, dass das Schichtspeichersystem einen Schichtspeicher, einen Wärmetauscher, ein Einschichtventil, einen Sensor und ein Steuergerät umfasst. Das Steuergerät ist wie oben beschrieben ausgebildet. Ferner ist ein Wärmeträgermedium in dem Schichtspeicher und/oder in dem Wärmetauscher anordenbar. Der Schichtspeicher weist einen ersten Zulauf, einen zweiten Zulauf und einen Ablauf auf. Der erste Zulauf ist in Schwerkraftrichtung oberhalb des zweiten Zulaufs angeordnet. Der erste Zulauf und der zweite Zulauf sind mit dem Einschichtventil stromaufwärtsseitig verbunden. Das Einschichtventil ist mit einem Steuerausgang des Steuergeräts verbunden, wobei der Wärmetauscher an einem primärseitigen Auslass des Wärmetauschers mit dem Einschichtventil verbunden ist. Der Wärmetauscher ist an einem primärseitigen Eingang des Wärmetauschers mit dem Ablauf verbunden. Der Wärmetauscher ist sekundärseitig mit einem Wärmesenkensystem verbindbar. Der Wärmetauscher ist ausgebildet, ein zweites Wärmeträgermedium des Wärmesenkensystems mittels des ersten Wärmeträgermediums zu erwärmen, wobei ein Steuerausgang des Steuergeräts mit dem Einschichtventil und ein Steuereingang mit der Erfassungseinrichtung verbunden ist. Die Erfassungseinrichtung ist ausgebildet, wenigstens einen Zustand des Schichtspeichersystems zu erfassen und ein korrespondierend zum erfassten Zustand ausgebildetes Zustandssignal dem Steuereingang bereitzustellen, wobei das Einschichtventil ausgebildet ist, in Abhängigkeit des Steuersignals den ersten Zulauf und/oder den zweiten Zulauf mit dem primärseitigen Auslass fluidisch zu verbinden.
Auf diese Weise kann das Schichtspeichersystem besonders zuverlässig und kostengünstig ausgebildet sein.
Besonders vorteilhaft ist hierbei, wenn die Erfassungseinrichtung einen Durchflusssensor umfasst, der mit dem Steuereingang des Steuergeräts verbunden ist, wobei der Durchflusssensor an einem sekundärseitigen Eingang des Wärmetauschers angeordnet ist und ausgebildet ist, einen Durchfluss eines zweiten Wärmeträgermediums in den Wärmetauscher zu erfassen und das zum erfassten Durchfluss korrelierende erste Zustandssignal dem Steuereingang bereitzustellen. Dadurch kann die Einschichttemperatur des Wärmeträgermediums im Schichtspeichersystem besonders exakt ermittelt werden.
Ferner ist von Vorteil, wenn die Erfassungseinrichtung wenigstens einen ersten Temperatursensor umfasst, wobei der erste Temperatursensor an einem sekundärseitigen Ausgang des Wärmetauschers angeordnet ist, wobei der erste Temperatursensor ausgebildet ist, als zweiten Zustand eine Temperatur eines zweiten Wärmeträgermediums des Wärmesenkensystems zu erfassen und dem Steuereingang ein korrespondierend zur erfassten Temperatur korrelierendes zweites Zustandssignal bereitzustellen.
In einer weiteren Ausführungsform ist eine Förderpumpe vorgesehen, wobei die Förderpumpe vorzugsweise zwischen Ablauf und dem Wärmetauscher angeordnet und ausgebildet ist, das erste Wärmeträgermedium zu fördern, wobei eine Regeleinrichtung vorgesehen ist, die mit der Förderpumpe verbunden ist, wobei die Regeleinrichtung ausgebildet ist, eine Förderleistung der Förderpumpe in Abhängigkeit einer von dem Wärmetauscher angeforderten Wärmeleistung mittels eine Regelsignals zu regeln, wobei der Steuereingang mit der Regeleinrichtung verbunden und ausgebildet ist, das Regelsignal als drittes Zustandssignal zu erfassen.
Die Aufgabe wird aber auch mittels eines Verfahrens gemäß Patentanspruch 12 gelöst.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass ein verbessertes Verfahren zur Steuerung eines Schichtspeichersystems, das wie oben beschrieben ausgebildet ist, dadurch bereitgestellt werden kann, dass ein Zustand des Wärmesenkensystems mittels wenigstens eines Zustandssignals des Schichtspeichersystems erfasst wird, wobei in Abhängigkeit anhand eines vordefinierten Parameters und des erfassten Zustandssignals eine Einschichttemperatur des ersten Wärmeträgermediums errechnet wird, wobei anhand der ermittelten Einschichttemperatur ein Steuersignal zum Steuern des Einschichtventils bereitgestellt wird.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Schichtspeichersystems gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 eine schematische Darstellung eines Steuergeräts des in 2 gezeigten Schichtspeichersystems;
3 ein Flussdiagramm für ein Verfahren zur Steuerung der in den 1 und 2 gezeigten Schichtspeichersysteme; und
4 eine schematische Darstellung eines Schichtspeichersystems gemäß einer zweiten Ausführungsform.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Schichtspeichersystems 10 für eine Frischwasserstation. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Steuergeräts des in 2 gezeigten Schichtspeichersystems 10. Das Schichtspeichersystem 10 umfasst einen Schichtspeicher 15 und einen Wärmetauscher 20. Der Schichtspeicher 15 weist dabei einen Speicherinhalt auf, in dem ein erstes Wärmeträgermedium 25 angeordnet ist. Der Schichtspeicher 15 weist einen Ablauf 30, einen ersten Zulauf 35 und einen zweiten Zulauf 40 auf. Der zweite Zulauf 40 ist dabei in Schwerkraftrichtung unterhalb des ersten Zulaufs 35 angeordnet. Der Ablauf 30 ist an einem oberen, bezogen auf die Schwerkraftrichtung, angeordneten Ende des Schichtspeichers 15 angeordnet. Zwischen dem Ablauf 30 und dem Wärmetauscher 20 ist eine Förderpumpe 45 angeordnet. Die Förderpumpe 45 ist eingangsseitig über eine erste Leitung 50 mit dem Ablauf 30 des Schichtspeichers 15 verbunden. Über eine zweite Leitung 55 ist die Förderpumpe 45 ausgangsseitig mit einem primärseitigen Eingang 60 des Wärmetauschers 20 verbunden. Der Wärmetauscher 20 weist auch noch einen primärseitigen Ausgang 65 auf. Der primärseitige Ausgang 65 ist dabei mit einem Einschichtventil 70 über eine dritte Leitung 75 verbunden. Das Einschichtventil 70 kann zwischen zwei Positionen gesteuert werden, wobei in einer ersten Position das Einschichtventil 70 über eine vierte Leitung 80 mit dem ersten Zulauf 35 und in einer zweiten Position über eine fünfte Leitung 85 mit dem zweiten Zulauf 40 fluidisch verbunden wird.
Sekundärseitig ist der Wärmetauscher 20 mit einem Wärmesenkensystem 90 verbunden. Das Wärmesenkensystem 90 kann beispielsweise eine Frischwasserstation zur Entnahme von Frischwasser oder ein Heizsystem zur Beheizung eines Gebäudes sein. Das Wärmesenkensystem 90 ist sekundärseitig mit einem sekundärseitigen Eingang 100 und einem sekundärseitigen Ausgang 95 des Wärmetauschers 20 verbunden. Das Wärmesenkensystem 90 weist ein zweites Wärmeträgermedium 105 auf, mit dem sekundärseitig der Wärmetauscher 20 ebenso füllbar ist. Das zweite Wärmeträgermedium 105 liefert über den sekundärseitigen Eingang 100 Wärmeenergie in den Wärmetauscher 20. Über den sekundärseitigen Ausgang 100 strömt das zweite Wärmeträgermedium 105 aus dem Wärmetauscher 20 hin zu einer nicht dargestellten Wärmequelle.
Zur Steuerung des Schichtspeichersystems 10 ist ferner ein Steuergerät 200 (detailliert in 2 dargestellt) vorgesehen. Das Steuergerät 200 weist eine Steuereinrichtung 205, einen Speicher 210, einen Steuereingang 215 und einen Steuerausgang 220 auf. Der Steuereingang 215 und/oder der Steuerausgang 220 können dabei als Schnittstellenanbindung ausgebildet sein. Alternativ ist auch denkbar, dass der Steuereingang 215 und/oder der Steuerausgang 200 als Wandler, insbesondere als Analog-Digital-Wandler, ausgebildet sind.
Die Steuereinrichtung 205 ist dabei über eine erste Verbindung 225 mit dem Speicher 210 verbunden. Mit einer zweiten Verbindung 230 ist die Steuereinrichtung 205 mit dem Steuereingang 215 verbunden. Über eine dritte Verbindung 235 ist die Steuereinrichtung 205 mit dem Steuerausgang 220 verbunden. Der Steuerausgang 220 ist über eine vierte Verbindung 240 mit dem Einschichtventil 70 verbunden.
Im Speicher 210 ist in der Ausführungsform ein vordefinierter Parameter abgespeichert. Der Parameter kann beispielsweise eine vordefinierte Kennlinie, eine mathematische Funktion, eine tabellarische Zuordnung und/oder ein vordefiniertes Kennfeld aufweisen. In dem Speicher 210 ist ferner ein vordefinierter Schwellenwert S abgelegt, der mit einer vordefinierten Einschichttemperatur korreliert.
Ferner ist eine Erfassungseinrichtung 241 vorgesehen. Die Erfassungseinrichtung 241 weist einen angrenzend an den sekundärseitigen Eingang 100 angeordneten Durchflusssensor 245 auf. Der Durchflusssensor 245 kann aber auch in dem ersten Wärmetauscher 20 angrenzend an den sekundärseitigen Eingang 100 oder am sekundärseitigen Ausgang 95 angeordnet sein. Der Durchflusssensor 245 ist dabei über eine fünfte Verbindung 250 mit dem Steuereingang 215 des Steuergeräts 200 verbunden. Der Durchflusssensor 245 erfasst dabei als ersten Zustand des Schichtspeichersystems 10 einen Durchfluss, beispielsweise eine Strömungsgeschwindigkeit und/oder einen Massenstrom des zweiten Wärmeträgermediums 105 durch den Wärmetauscher 20. Der Durchflusssensor 245 stellt ein als erstes Zustandssignal Z₁ausgebildetes Durchflusssignal über die fünfte Verbindung 250 dem Steuereingang 215 des Steuergeräts 200 bereit. Der Steuereingang 215 stellt der Steuereinrichtung 205 das erste Zustandssignal Z₁ bereit. Die Steuereinrichtung 205 erfasst das erste Zustandssignal Z₁.
Ferner umfasst die Erfassungseinrichtung 241 einen ersten Temperatursensor 255, der über eine sechste Verbindung 260 mit dem Steuereingang 215 verbunden ist. Des Weiteren umfasst die Erfassungseinrichtung 241 beispielhaft einen zweiten Temperatursensor 265. Der zweite Temperatursensor 265 ist über eine siebte Verbindung 270 mit dem Steuereingang 215 verbunden.
Die Förderpumpe 45 ist über eine achte Verbindung 275 mit dem Steuereingang 215 verbunden. Des Weiteren ist eine Regeleinrichtung 280 vorgesehen. Die Regeleinrichtung kann Teil des Steuergeräts 200, aber auch gleichzeitig Teil der Erfassungseinrichtung 241 sein. Die Regeleinrichtung 280 ist mittels einer neunten Verbindung 285 mit dem Durchflusssensor 245 und über eine zehnte Verbindung 290 mit dem ersten Temperatursensor 255 verbunden. Ferner ist die Regeleinrichtung 280 mittels einer elften Verbindung 295 mit der Förderpumpe 45 verbunden. In 1 ist die Regeleinrichtung 280 als separat ausgebildete Komponente des Schichtspeichersystems 10 dargestellt. Selbstverständlich ist auch denkbar, dass die Regeleinrichtung 280 Teil des Steuergeräts 200 ist und direkt das Regelsignal der Steuereinrichtung 205 bereitstellt.
Der erste Temperatursensor 255 erfasst als zweiten Zustand des Schichtspeichersystems 10 eine Temperatur des zweiten Wärmeträgermediums 105 an dem sekundärseitigen Ausgang 95. Selbstverständlich ist auch denkbar, dass der erste Temperatursensor 255 in dem Wärmetauscher 20 angeordnet ist, um das ausströmende zweite Wärmeträgermedium 105 an dem sekundärseitigen Ausgang 95 einer Temperaturmessung zu unterziehen. Der erste Temperatursensor 255 stellt ein zum zweiten Zustand korrespondierendes zweites Zustandssignal Z₂in Abhängigkeit der erfassten Temperatur des zweiten Wärmeträgermediums 105 über die sechste Verbindung 260 dem Steuereingang 215 bereit. Der Steuereingang 215 stellt das zweite Zustandssignal Z₂der Steuereinrichtung 205 bereit.
In der Regeleinrichtung 280 ist ein vordefinierter Sollwert abgelegt, der einer angeforderten Wärmeleistung des Wärmetauschers 20 zur Erwärmung des zweiten Wärmeträgermediums 105 entspricht. Zur Ermittlung der angeforderten Wärmeleistung erfasst die Regeleinrichtung 280 das erste und zweite Zustandssignal und ermittelt auf Grundlage des ersten und zweiten Zustandssignals eine Förderleistung der Förderpumpe 45. Die Regeleinrichtung regelt mittels eines Regelsignals, das über die elfte Verbindung 295 an die Förderpumpe 45 geleitet wird, die Förderleistung der Förderpumpe 45.
Der Steuereingang 215 erfasst als drittes Zustandssignal Z₃das Regelsignal der Förderpumpe 45, das einen dritten Zustand des Schichtspeichersystems 10 darstellt. Der Steuereingang 215 stellt das Regelsignal der Steuereinrichtung 205 bereit.
Zusätzlich erfasst der zweite Temperatursensor 265 als vierten Zustand des Schichtspeichersystems 10 eine Temperatur des ersten Wärmeträgermediums 25 beim Einströmen über dem primärseitigen Eingang 60 in den Wärmetauscher 20. Der zweite Temperatursensor 265 stellt ein zur zweiten Temperatur korrelierendes viertes Zustandssignal Z₄ über die sechste Verbindung 260 dem Steuereingang 215 bereit.
3 zeigt ein schematisches Flussdiagramm zur Darstellung eines Verfahrens zur Steuerung des in 1 gezeigten Schichtspeichersystems 10. Dabei ist bei Schritten, die eine Bedingung aufweisen (rautenförmige Kästchen) die Erfüllung der Bedingung mittels eines Häkchens und die Nichterfüllung der Bedingung mittels eines Kreuzchens symbolisch in 3 gekennzeichnet.
In einem ersten Verfahrensschritt erfasst die Steuereinrichtung 205 die Zustandssignale Z₁, Z₂, Z₃, Z₄, zumindest jedoch das erste bis dritte Zustandssignal Z₁, Z₂, Z₃.
In einem zweiten Verfahrensschritt 405 errechnet die Steuereinrichtung 205 auf Grundlage der Zustandssignale Z₁, Z₂, Z₃, und des im Speicher 210 abgelegten Parameters eine Einschichttemperatur T_Edes über dem primärseitigen Ausgang 65 ausströmenden ersten Wärmeträgermediums 25. Besonders präzise kann die Einschichttemperatur T_E errechnet werden, wenn das vierte Zustandsignal Z₄ bei der Ermittlung der Einschichttemperatur T_E mit berücksichtigt wird. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass der zweite Temperatursensor 265 üblicherweise in Schichtspeichersystemen 10 bereits vorhanden ist.
Dies hat den Vorteil, dass auf einen Temperatursensor, der beispielsweise eine Temperatur des aus dem Wärmetauscher 20 strömenden ersten Wärmeträgermediums 25 erfasst, verzichtet werden kann. Dadurch kann insgesamt das Schichtspeichersystem 10 besonders kostengünstig ausgebildet werden.
In einem dritten Verfahrensschritt 410 vergleicht die Steuereinrichtung 205 in einem Vergleich die Einschichttemperatur T_E mit dem Schwellenwert S. Ist die errechnete Einschichttemperatur T_E kleiner als der Schwellenwert S, so fährt die Steuereinrichtung 205 mit einem vierten Verfahrensschritt 415 fort. Ist die Einschichttemperatur T_E größer als der Schwellenwert S, fährt die Steuereinrichtung 205 mit einem fünften Verfahrensschritt 420 fort.
Im vierten Verfahrensschritt 415 steuert die Steuereinrichtung 205 mittels eines über den Steuerausgang 220 bereitgestellten Steuersignals das Einschichtventil 70 derart an, dass das Einschichtventil 70 die dritte Leitung 75 mit der fünften Leitung 85 fluidisch verbindet, sodass das erste Wärmeträgermedium 25 über den zweiten Zulauf 40 in den Schichtspeicher 15 einströmt. Auf diese Weise wird vermieden, dass das erste Wärmeträgermedium 25 weiter erwärmtes, im Schichtspeicher 15 bereits vorhandenes erstes Wärmeträgermedium 25 abkühlt oder durchmischt.
Im fünften Verfahrensschritt 420 steuert über ein am Steuerausgang 220 bereitgestelltes Steuersignal die Steuereinrichtung 205 das Einschichtventil 70 derart an, dass das Einschichtventil 70 die dritte Leitung 75 mit der vierten Leitung 80 verbindet. Dadurch strömt das aus dem Wärmetauscher 20 strömende erste Wärmeträgermedium 25 über die dritte Leitung 75 zum ersten Zulauf 35. Dadurch wird eine Durchmischung oder eine interne Zirkulation in dem Schichtspeicher 15 vermieden.
4 zeigt eine schematische Darstellung eines Schichtspeichersystems 600 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Das Schichtspeichersystem 600 ist im Wesentlichen identisch zu dem in 1 gezeigten Schichtspeichersystem 10 ausgebildet. Zusätzlich weist das Schichtspeichersystem 600 ein in der ersten Leitung angeordnetes also zwischen dem Ablauf 30 und der Förderpumpe 45 angeordnetes Mischventil 605 auf. Zusätzlich ist das Mischventil 605 über eine sechste Leitung 610 mit der dritten Leitung 75 verbunden. Ferner ist das Mischventil 605 über eine zwölfte Verbindung 615 mit der Regeleinrichtung 280 verbunden. Über eine dreizehnte Verbindung 620 ist der Steuereingang 215 mit dem Mischventil 605 verbunden. Die Regeleinrichtung 280 ist dabei ausgebildet, die Förderleistung durch eine Kombination aus Aktivierung/Deaktivierung bzw. eines Zeitintervalls der Aktivierung der Förderpumpe 45 und einer Ventilstellung des Mischventils 605 mittels eines weiteren Regelsignals, zu regeln. Dabei kann je nach Ventilstellung des Mischventils 605 die erste Leitung 50 mit der dritten Leitung und/oder mit der Förderpumpe 45 verbunden werden. Der Steuereingang 215 erfasst als fünftes Zustandssignal Z₅das weitere Regelsignal.
Auch ist denkbar, dass alternativ zu der beschriebenen Ermittlung der Einschichttemperatur T_E weitere Zustandssignale berücksichtigt werden. So ist beispielsweise denkbar, dass am sekundärseitigen Eingang 100 ein dritter Temperatursensor vorgesehen ist, der eine Temperatur des zweiten Wärmeträgermediums 105 bei Eintritt in den Wärmetauscher 20 erfasst und dem Steuereingang 215 ein der Temperatur entsprechendes fünftes Zustandssignal bereitstellt. Der Steuereingang 215 erfasst das fünfte Zustandssignal und stellt es der Steuereinrichtung 205 bereit, die dieses bei der Ermittlung der Einschichttemperatur T_E mit berücksichtigt.
In der Ausführungsform wird das Einschichtventil 70 mittels einer Schwellenwertsteuerung gesteuert. Auch ist denkbar, dass zusätzlich ein Toleranzband auf Grundlage des Schwellenwerts vorgesehen ist, bei dem ein kontinuierlicher Übergang zwischen dem Öffnen des ersten Zulaufs 35 und dem Schließen des zweiten Zulaufs 40 vorgesehen wird.
Es wird auch darauf hingewiesen, dass die in den 1 bis 4 gezeigten Merkmale selbstverständlich untereinander kombiniert werden können. Auch ist denkbar, dass die Verfahrensschritte des in 4 gezeigten Verfahrens um zusätzliche Verfahrensschritte erweitert werden, um eine besonders detaillierte oder genaue Bestimmung der Einschichttemperatur T_E bereitzustellen.

Claims

Steuergerät (200) für ein Schichtspeichersystem (10; 600), – aufweisend einen Steuereingang (215), einen Steuerausgang (220), einen Speicher (210) und eine Steuereinrichtung (205), – wobei der Steuereingang (215), der Steuerausgang (220) und der Speicher (210) mit der Steuereinrichtung (205) verbunden sind, – wobei der Steuereingang (215) mit wenigstens einer Erfassungseinrichtung (241) des Schichtspeichersystems (10; 600) verbindbar und ausgebildet ist, wenigstens ein erstes Zustandssignal der Erfassungseinrichtung (241) zu erfassen und der Steuereinrichtung (205) bereitzustellen, – wobei der Steuerausgang (220) mit einem Einschichtventil (70) des Schichtspeichersystems (10; 600) verbindbar und ausgebildet ist, ein Steuersignal der Steuereinrichtung (205) dem Einschichtventil (70) bereitzustellen, – wobei in dem Speicher (210) ein Parameter abgelegt ist, – wobei die Steuereinrichtung (205) ausgebildet ist, anhand des Parameters und dem erfassten ersten Zustandssignal eine Einschichttemperatur eines ersten Wärmeträgermediums (25) des Schichtspeichersystems (101; 600) zu errechnen, – wobei die Steuereinrichtung (205) ausgebildet ist, das Steuersignal zur Steuerung des Einschichtventils (70) in Abhängigkeit der errechneten Einschichttemperatur bereitzustellen.
Steuergerät nach Anspruch 1, wobei der Steuereingang (215) mit einem Durchflusssensor (245) der Erfassungseinrichtung (241) verbindbar ist, wobei der Durchflusssensor (245) das erste Zustandssignal, das mit einem Durchfluss eines zweiten Wärmeträgermediums (105) durch einen Wärmetauscher (20) des Schichtspeichersystems (10) korreliert, dem Steuereingang (215) bereitstellt.
Steuergerät nach Anspruch 1 oder 2, – wobei der Steuereingang (205) ausgebildet ist, ein zweites Zustandssignal der Erfassungseinrichtung (241), das mit einer Temperatur eines zweiten Wärmeträgermedium (105) korreliert, zu erfassen und der Steuereinrichtung (205) bereitzustellen, – wobei die Steuereinrichtung (205) ausgebildet ist, das zweite Zustandssignal bei dem Errechnen der Einschichttemperatur mit zu berücksichtigen.
Steuergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, – wobei der Steuereingang (215) mit einer Regeleinrichtung (241) verbindbar und ausgebildet ist, ein drittes Zustandssignal, das mit einem Regelsignal der Regeleinrichtung (241) korreliert, zu erfassen und der Steuereinrichtung (205) bereitzustellen, – wobei die Steuereinrichtung (205) ausgebildet ist, das dritte Zustandssignal bei dem Errechnen der Einschichttemperatur mit zu berücksichtigen.
Steuergerät (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Parameter zumindest eine vordefinierte Kennlinie und/oder ein Kennfeld und/oder eine mathematische Funktion und/oder eine tabellarische Zuordnung zwischen wenigstens dem ersten Zustandssignal und der Einschichttemperatur aufweist.
Steuergerät (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, – wobei in dem Speicher (210) ein vordefinierter Schwellenwert abgelegt ist, – wobei die Steuereinrichtung (205) ausgebildet ist, die ermittelte Einschichttemperatur mit dem Schwellenwert in einem Vergleich zu vergleichen, – und in Abhängigkeit des Ergebnisses des Vergleichs das Steuersignal zur Steuerung des Einschichtventils (70) bereitzustellen.
Steuergerät (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, – wobei der Steuereingang (215) ausgebildet ist, ein durch die Erfassungseinrichtung bereitgestelltes viertes Zustandssignal, das mit einer zweiten Temperatur des ersten Wärmeträgermediums (25) korreliert, zu erfassen und der Steuereinrichtung (205) bereitzustellen, – wobei die Steuereinrichtung (210) ausgebildet ist, das vierte Zustandssignal bei dem Errechnen der Einschichttemperatur zu berücksichtigen.
Schichtspeichersystem (10; 600) für eine Frischwasserstation – mit einem Schichtspeicher (15), einem Wärmetauscher (20), einem Einschichtventil (70), einer Erfassungseinrichtung (245, 255, 265, 45) und einem Steuergerät, – wobei das Steuergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildet ist, – wobei ein erstes Wärmeträgermedium (25) in dem Schichtspeicher (15) und/oder in dem Wärmetauscher (20) anordenbar ist, – wobei der Schichtspeicher (15) einen ersten Zulauf (35), einen zweiten Zulauf (40) und einen Ablauf (30) umfasst, – wobei der erste Zulauf (35) in Schwerkraftrichtung oberhalb dem zweiten Zulauf (40) angeordnet ist, – wobei der erste Zulauf (35) und der zweite Zulauf (40) mit dem Einschichtventil (70) stromaufwärtsseitig verbunden sind, – wobei das Einschichtventil (70) mit einem Steuerausgang (220) des Steuergeräts (200) verbunden ist, – wobei der Wärmetauscher (20) an einem primärseitigen Auslass (65) des Wärmetauschers (20) mit dem Einschichtventil (70) verbunden ist, – wobei der Wärmetauscher (20) an einem primärseitigen Eingang (60) des Wärmetauschers (20) mit dem Ablauf (30) verbunden ist, – wobei der Wärmetauscher (20) sekundärseitig mit einem Wärmesenkensystem (90) verbindbar ist, – wobei der Wärmetauscher (20) ausgebildet ist, ein zweites Wärmeträgermedium (25) des Wärmesenkensystems (90) mittels des ersten Wärmeträgermediums (90) zu erwärmen, – wobei ein Steuerausgang (220) des Steuergeräts (200) mit dem Einschichtventil (70) und ein Steuereingang (215) mit der Erfassungseinrichtung (241) verbunden ist, – wobei die Erfassungseinrichtung (241) ausgebildet ist, wenigstens einen Zustand des Schichtspeichersystems (10; 600) zu erfassen und ein korrespondierend zum erfassten Zustand ausgebildetes Zustandssignal dem Steuereingang (215) bereitzustellen, – wobei das Einschichtventil (70) ausgebildet ist, in Abhängigkeit des Steuersignals den ersten Zulauf (35) und/oder den zweiten Zulauf (40) mit dem primärseitigen Auslass (100) fluidisch zu verbinden.
Schichtspeichersystem (10; 600) nach Anspruch 8, – wobei die Erfassungseinrichtung (241) einen Durchflusssensor (245) umfasst, der mit dem Steuereingang (215) des Steuergeräts verbunden ist, – wobei der Durchflusssensor (245) an einem sekundärseitigen Eingang (100) des Wärmetauschers angeordnet ist und ausgebildet ist, einen Durchfluss eines zweiten Wärmeträgermediums (105) in den Wärmetauscher (20) zu erfassen und das zum erfassten Durchfluss korrelierende erste Zustandssignal dem Steuereingang (215) bereitzustellen.
Schichtspeichersystem (10; 600) nach Anspruch 8 oder 9, – wobei die Erfassungseinrichtung (214) wenigstens einen ersten Temperatursensor (255) umfasst, – wobei der erste Temperatursensor an einem sekundärseitigen Ausgang (95) des Wärmetauscher (20) angeordnet ist, – wobei der erste Temperatursensor (255) ausgebildet ist, als zweiten Zustand eine Temperatur des zweiten Wärmeträgermediums (105) des Wärmesenkensystems (90) zu erfassen und dem Steuereingang (215) ein korrespondierend zur erfassten Temperatur korrelierendes zweites Zustandssignal bereitzustellen.
Schichtspeichersystem (10; 600) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, – wobei eine Förderpumpe (45) vorgesehen ist, – wobei die Förderpumpe (45) vorzugsweise zwischen Ablauf (30) und dem Wärmetauscher (20) angeordnet und ausgebildet ist, das erste Wärmeträgermedium (105) zu fördern, – wobei eine Regeleinrichtung (280) vorgesehen ist, die mit der Förderpumpe (45) verbunden ist, – wobei die Regeleinrichtung (280) ausgebildet ist, eine Förderleistung der Förderpumpe in Abhängigkeit einer von dem Wärmetauscher (20) angeforderten Wärmeleistung mittels eine Regelsignals zu regeln, – wobei der Steuereingang mit der Regeleinrichtung (245) verbunden und ausgebildet ist, das Regelsignal als drittes Zustandssignal zu erfassen.
Verfahren zum Betrieb eines Steuergeräts (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 für ein Schichtspeichersystem nach einem der Ansprüche 8 bis 11, – wobei ein Zustand des Wärmesenkensystems (90) mittels wenigstens eines Zustandssignals des Schichtspeichersystems (10; 600) erfasst wird, – wobei in Abhängigkeit anhand eines vordefinierten Parameters und des erfassten Zustandssignals eine Einschichttemperatur des ersten Wärmeträgermediums (25) errechnet wird, – wobei anhand der ermittelten Einschichttemperatur ein Steuersignal zum Steuern des Einschichtventils (70) bereitgestellt wird.