DE10241303A1

DE10241303A1 - Water mixing mechanism has electronic controller which adjusts hot and cold supply valves to provide water at desired temperature using temperature and flow rate sensor values

Info

Publication number: DE10241303A1
Application number: DE2002141303
Authority: DE
Inventors: Heinz Hirsch; Hans-Jürgen Jensen
Original assignee: Grohe Water Technology AG and Co KG
Current assignee: Grohe AG
Priority date: 2002-09-04
Filing date: 2002-09-04
Publication date: 2004-03-18

Abstract

The water mixing mechanism has a temperature sensor (11,21) and a flow-rate sensor (12,22) upstream of the cold and hot water supply valves (10,20). The sensors are connected to an electronic controller (4) and supplies adjustment variables to the supply valves based on the actual values received from the sensors and desired tempered values entered at the pre selector (5). An Independent claim is also included for water mixing method.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wassermischeinrichtung mit einem Kaltwasserzufluss, einem Warmwasserzufluss und einem Mischwasserabfluss, wobei im Kalt- und Warmwasserzufluss jeweils ein elektrisch stellbares Zuflussventil vorgesehen ist, deren Stellglieder mit einer elektrischen Steuereinrichtung und wenigstens einer Vorwähleinrichtung für den Sollwert der Mischwassertemperatur zusammengeschaltet sind.The invention relates to a water mixing device with a cold water inflow, a hot water inflow and a mixed water outflow, an electrically adjustable one in the cold and hot water inflows Inflow valve is provided, the actuators with an electrical Control device and at least one preselection device for the setpoint the mixed water temperature are interconnected.

Eine derartige Wassermischeinrichtung ist z.B. aus der Druckschrift DE 30 30 716 A1 bekannt. Bei dieser Einrichtung wird die Mischwassertemperatur und die Mischwasserauslaufmenge stromabwärts hinter den beiden Zuflussventilen im Mischwasserabfluss gemessen und in eine Regeleinrichtung eingespeist, in der dann die Stellgrößen für die beiden Zuflussventile erzeugt werden. Hierbei können, verursacht durch den zeitlichen Unterschied zwischen dem Erfassen der Sollwertabweichung und deren Ausregelung, zum Teil erhebliche uner wünschte Schwingungen der Temperatur des Mischwassers auftreten.Such a water mixing device is, for example, from the document DE 30 30 716 A1 known. With this device, the mixed water temperature and the mixed water outlet quantity downstream of the two inflow valves in the mixed water outflow are measured and fed into a control device in which the manipulated variables for the two inflow valves are then generated. Here, caused by the time difference between the detection of the setpoint deviation and its correction, sometimes considerable undesirable vibrations in the temperature of the mixed water can occur.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Wassermischeinrichtung sowie ein Verfahren zur Steuerung der Zuflussventile der Wassermischeinrichtung vorzuschlagen, so dass ein Schwingen der Mischwassertemperatur weitgehend vermieden werden kann.The invention is based on the object an improved water mixing device and a method for Propose control of the inflow valves of the water mixing device, so that a swing of the mixed water temperature largely avoided can be.

Diese Aufgabe wird mit einer im Anspruch 1 angegebenen Wassermischeinrichtung und mit einem im Anspruch 5 angegebenen Verfahren zur Ventilsteuerung gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 4 und 6,7 angegeben.This task is claimed by one 1 specified water mixing device and with one in claim 5 specified procedure for valve control solved. Other configurations of the invention are in the claims 2 to 4 and 6.7 indicated.

Mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen wird vorgeschlagen, die Mischwassertemperatur in der Wassermischeinrichtung über die in der Richmannschen Mischungsregel dargestellten Abhängigkeiten zu steuern. Hiermit können. Schwingungsprobleme bei der Mischwassertemperatur weitgehend ausgeschaltet werden.With the measures according to the invention it is proposed to use the mixed water temperature in the water mixing device dependencies shown in Richmann's mixing rule to control. With this you can. Vibration problems with the mixed water temperature are largely eliminated.

Nach der Richmannschen Mischungsregel lässt sich die Mischtemperatur t_misch, die sich beim Mischen zweier Stoffe der Massen m₁ und m₂ der spezifischen Wärmen c₁ und c₂ und der Temperaturen t₁ und t₂ einstellt, mit folgender Gleichung

bestimmen. Überträgt man diese Gleichung auf die Mischung von Durchflussmengen pro Zeiteinheit von Kaltwasser V _kalt, t_kalt, und Warmwasser V _warm, t_warm, so erhält man folgende Beziehung:

According to Richmann's rule of mixing, the mixing temperature t, which is obtained when two substances with masses m ₁ and m ₂ of specific heat c ₁ and c ₂ and temperatures t ₁ and t _{2 are} _mixed , can be _mixed with the following equation

determine. If one transfers this equation to the mixture of flow rates per unit time of cold water V _cold , t _cold , and hot water V _warm , t _warm , the following relationship is obtained:

Wird eine bestimmte Mischwassertemperatur gewünscht, so kann diese bei bekannten Vorlauftemperaturen von Kaltwasser t_kalt und Warmwasser t_warm über die Einstellung des Volumenstromverhältnisses von Kaltwasser V _kalt zu Warmwasser V _warm eingestellt werden. Durch Umformung der Gleichung (2) erhält man

If a certain mixed water temperature is desired, this can be set at known flow temperatures of cold water t _cold and hot water t _warm by setting the volume flow ratio of cold water V _cold to hot water V _warm . By transforming equation (2) one obtains

Aufgrund der Gleichung (3) kann das Verhältnis der Zuflussmengen von Kaltwasser V _kalt und Warmwasser V _warm bestimmt werden

The ratio of the inflow amounts of cold water V _cold and hot water V _warm can be determined on the basis of equation (3)

Setzt man die Gleichung (5) in die Gleichung (2) ein, so erhält man

Substituting equation (5) into equation (2), we get

Alle Elemente der vorstehenden Gleichungen lassen sich von Sensoren in dem Kaltwasserzufluss und dem Warmwasserzufluss ermitteln oder ergeben sich aus den in den Gleichungen dargestellten Zusammenhängen.All elements of the above equations can be from sensors in the cold water inflow and the hot water inflow determine or result from those shown in the equations Contexts.

Das erfindungsgemäße System für die Steuerung der Mischwassertemperatur kann sowohl für eine zentrale Mischwasserbereitungseinrichtung mit separaten Wasserzapfstellen als auch zur Steuerung der Mischwassertemperatur und der Mischwassermenge für einen oder mehrere Verbraucher eingesetzt werden.The system according to the invention for controlling the mixed water temperature can be used for both a central mixed water preparation facility with separate water taps as well as to control the mixed water temperature and the mixed water quantity for one or multiple consumers are used.

Die erfindungsgemäße Steuerung der Mischwassertemperatur kann außerdem durch einen stromabwärts im Mischwasserbereich angeordneten Temperatursensor zu einem geschlossenen Regelkreis erweitert werden.The control of the mixed water temperature according to the invention can also through a downstream in the mixed water area arranged temperature sensor to a closed Control loop to be expanded.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigt in der ZeichnungEmbodiments of the invention are shown in the drawing and are described in more detail below. It shows in the drawing

1 eine Wassermischeinrichtung mit einer Vorwähleinrichtung für die Mischwassertemperatur und nachgeordneten Zapfventilen in schematischer Darstellung; 1 a water mixing device with a selection device for the mixed water temperature and downstream nozzle valves in a schematic representation;

2 eine andere Wassermischeinrichtung mit einer Vorwähleinrichtung für die Mischwassertemperatur und einer Vorwähleinrichtung für die Mischwassermenge in schematische Darstellung; 2 another water mixing device with a preselector for the mixed water temperature and a preselector for the amount of mixed water in a schematic representation;

3 ein Ablaufdiagramm, in dem die Funktionsweise der in 2 gezeigten Wassermischeinrichtung angegeben ist. 3 a flow chart in which the operation of the in 2 shown water mixing device is specified.

Die in 1 der Zeichnung dargestellte Wassermischeinrichtung weist einen Kaltwasserzufluss 1 und einen Warmwasserzufluss 2 auf. In dem Kaltwasserzufluss 1 ist ein elektrisch stellbares Zuflussventil 10 und im Warmwasserzufluss 2 ist ein elektrisch stellbares Zuflussventil 20 angeordnet, wobei der Kaltwasserzufluss 1 und der Warmwasserzufluss 2 stromabwärts hinter den Zuflussventilen 10,20 sich zu einem Mischwasserabfluss 3 vereinen, in dem sich das über die Zuflussventile 10,20 dosierte Kalt- und Warmwasser zu temperiertem Mischwasser mischt. Am Mischwasserabfluss 3 sind vier separate Zapfventile 30 vorgesehen, mit denen jeweils von einem Verbraucher das im Mischwasserabfluss 3 erzeugte Mischwasser gezapft werden kann.In the 1 The water mixing device shown in the drawing has a cold water inflow 1 and a hot water inflow 2 on. In the cold water inflow 1 is an electrically adjustable inflow valve 10 and in the hot water inflow 2 is an electrically adjustable inflow valve 20 arranged, the cold water inflow 1 and the hot water inflow 2 downstream behind the inflow valves 10 . 20 to a mixed water drain 3 unite, which is about the inflow valves 10 . 20 dosed cold and warm water mixes to tempered mixed water. At the mixed water drain 3 are four separate nozzles 30 provided, each with a consumer in the mixed water drain 3 generated mixed water can be tapped.

Im Kaltwasserzufluss 1 ist außerdem stromaufwärts vor dem Zuflussventil 10 ein Sensor 11 zur Ermittlung der Kaltwassertemperatur und ein Sensor 12 zur Ermittlung der Durchflussmenge pro Zeiteinheit vorgesehen. In gleicher Weise ist stromaufwärts in dem Warmwasserzufluss 2 ein Sensor 21 zur Ermittlung der Warmwassertemperatur und ein Sensor 22 zur Ermittlung der Durchflussmenge pro Zeiteinheit vorgesehen.In the cold water inflow 1 is also upstream of the inflow valve 10 a sensor 11 to determine the cold water temperature and a sensor 12 provided to determine the flow rate per unit of time. In the same way is upstream in the hot water inflow 2 a sensor 21 to determine the hot water temperature and a sensor 22 provided to determine the flow rate per unit of time.

Zur Steuerung der Zuflussventile 10,20 ist eine elektronische Steuereinrichtung 4 vorgesehen, die mit einer Vorwähleinrichtung 5 zur Einstellung des Sollwerts der Mischwassertemperatur t_misch verbunden ist. Außerdem sind die Sensoren 11,12,21,22 mit der Steuereinrichtung 4 verbunden und führen der Steuerung die gemessenen Werte als Eingangsgrößen zu.To control the inflow valves 10 . 20 is an electronic control device 4 provided the with a preselector 5 to Setting the setpoint of the mixed water temperature t_mixed connected is. In addition, the sensors 11 . 12 . 21 . 22 With the control device 4 connected and control the measured Values as input variables.

Nachdem an der Vorwähleinrichtung 5 der Sollwert der Mischwassertemperatur t_misch eingegeben ist, wird aufgrund der von den Sensoren 11,12,21,22 ermittelten und der Steuereinrichtung 4 zugeführten Messwerte von einem Rechner in der Steuereinrichtung 4 das Verhältnis der Volumenströme V _kalt, V _warm für Kalt- und Warmwasser errechnet. Das ermittelte Verhältnis von Kalt- und Warmwasser wird in entsprechende Stellsignale für die Zuflussventile 10,20 umgesetzt, worauf in dem jeweiligen Stellglied der Zuflussventile 10,20 eine entsprechende Stellgröße 100,200 auf das Ventilglied übertragen wird.After on the selector 5 the Setpoint of the mixed water temperature t_mixed is entered, based on the data from the sensors 11 . 12 . 21 . 22 identified and the control device 4 measured values supplied from a computer in the control device 4 the ratio of the volume flows V _cold, V _warm for cold and hot water calculated. The determined ratio of cold and hot water is converted into corresponding control signals for the inflow valves 10 . 20 implemented whereupon in the respective actuator of the inflow valves 10 . 20 a corresponding Manipulated variable 100,200 transferred to the valve member becomes.

Nach dem Öffnen von mindestens einem der nachgeschalteten Zapfventile 30 wird dann der Mischwasserabfluss 3 mit der vorgegebenen Mischwassertemperatur t_misch freigegeben.After opening at least one of the downstream nozzles 30 then the mixed water drain 3 with the specified mixed water temperature t _mixed .

Während der Abgabe von Mischwasser werden die Volumenströme und die Temperaturen des zuströmenden Kaltwassers V _kalt, t_kalt und Warmwassers V _warm, t_warm fortlaufend von den Sensoren 11,12,20,21 gemessen, so dass bei einer Änderung eines oder mehrerer Werte der zulaufenden Volumenströme, bzw. bei einer Änderung des Sollwertes für die Mischwassertemperatur, von der Steuerung 4 über die Zulaufventile 10,20 das Verhältnis der Volumenströme den geänderten Gegebenheiten angepasst wird.During the dispensing of mixed water, the volume flows and the temperatures of the incoming cold water V _cold , t _cold and hot water V _warm , t _{warm are} continuously generated by the sensors 11 . 12 . 20 . 21 measured so that when one or more values of the incoming volume flows change, or when the setpoint for the mixed water temperature changes, by the control 4 via the inlet valves 10 . 20 the ratio of the volume flows is adapted to the changed circumstances.

Das in 2 dargestellte weitere Ausführungsbeispiel einer Wassermischeinrichtung unterscheidet sich zu dem vorhergehenden im Wesentlichen dadurch, dass zusätzlich zur Vorwähleinrichtung 5 für den Sollwert der Mischwassertemperatur t_misch eine weitere Vorwähleinrichtung 6 für die Einstellung des Sollwerts der Mischwasserdurchflussmenge pro Zeiteinheit V _misch vorgesehen ist. In diesem Fall können die separaten, nachgeschalteten Zapfventile 30 für Mischwasser entfallen.This in 2 The illustrated further exemplary embodiment of a water mixing device differs from the previous one essentially in that in addition to the preselection device 5 Another preselector for the setpoint of the mixed water temperature t _mix 6 is provided for setting the setpoint of the mixed water flow rate per unit of time V _mix . In this case, the separate, downstream nozzle valves 30 for mixed water.

Das in 3 der Zeichnung angegebene Ablaufdiagramm zeigt die Funktion der in 2 gezeigten Wassermischeinrichtung. Nach dem Starten der Wassermischeinrichtung kann am Eingabefeld 70 der Sollwert der Mischwassermenge pro Zeiteinheit V _misch und am Eingabefeld 71 der Sollwert der Mischwassertemperatur t_misch eingegeben werden. Im Funktionsfeld 72 wird die Temperatur des Kaltwassers und des Warmwassers kontinuierlich gemessen, worauf im Funktionsfeld 73 das Verhältnis des Kaltwasservolumenstroms V _kalt zum Warmwasservolumenstroms V _warm in der Steuereinrichtung 4 berechnet wird. Sodann ist ein Funktionsfeld 74 für die Einführung von Korrekturen vorgesehen. Im Anschluss hieran erfolgt eine Aufteilung, wobei gleichzeitig in den nebeneinander angeordneten Funktionsfeldern 75 und 75' der Volumenstrom für Kaltwasser V _kalt und der Volumen strom für Warmwasser V _warm bzw. der Öffnungsgrad der Zuflussventile 10,20 von der Steuereinrichtung 4 berechnet wird. In den beiden Funktionsfeldern 76,76' wird danach die Stellgröße für das Ventilglied der Zuflussventile 10,20 von der Steuerung kontinuierlich errechnet und in den Funktionsfeldern 77,77' werden die Zuflussventile 10,20 entsprechend gestellt. Sodann wird in beiden Funktionsfeldern 78,78' die Durchflussmenge pro Zeiteinheit im Kaltwasserzufluss 1 und im Warmwasserzufluss 2 gemessen und der Wert als Signal dem Entscheidungsfeld 80,80' jeweils zugeleitet. Entspricht der jeweils gemessene Volumenstrom V _kalt,V _warm jeweils dem errechneten Wert des Volumenstroms, so erfolgt eine Rücksetzung vor das jeweilige Funktionsfeld 78,78'. Entspricht der Istwert nicht dem Sollwert, wird jeweils ein Signal dem Entscheidungsfeld 81,81' zugeleitet, in dem festgestellt wird, ob der jeweilige Volumenstrom V _kalt,V _warm bereits seinen Maximalwert aufweist. Wird dieses verneint, so erfolgt eine Rücksetzung jeweils vor das Funktionsfeld 77,77'. Wird dagegen festgestellt, dass wenigstens einer der Volumenströme V _kalt,V _warm dem maximal möglichen Volumenstrom entspricht, wird ein Signal jeweils an das Funktionsfeld 79,79' gegeben und eine Korrektur berechnet, wobei eine Rücksetzung in das Funktionsfeld 74 erfolgt.This in 3 The flow chart shown in the drawing shows the function of the in 2 shown water mixing device. After starting the water mixer, you can use the input field 70 the setpoint of the mixed water quantity per time unit V _mix and on the input field 71 the setpoint of the mixed water temperature t _mix can be entered. In the functional field 72 becomes the temperature of the cold water and hot water continuously measured, what in the functional field 73 the ratio of the cold water volume flow V _cold to the hot water volume flow V _warm in the control device 4 is calculated. Then there is a functional field 74 intended for the introduction of corrections. This is followed by a division, at the same time in the function fields arranged side by side 75 and 75 ' the volume flow for cold water V _cold and the volume flow for hot water V _warm or the degree of opening of the inflow valves 10 . 20 from the control device 4 is calculated. In the two functional fields 76 . 76 ' then becomes the manipulated variable for the valve element of the inflow valves 10 . 20 continuously calculated by the control and in the functional fields 77 . 77 ' become the inflow valves 10 . 20 posed accordingly. Then in both functional fields 78 . 78 ' the flow rate per unit of time in the cold water inflow 1 and in the hot water inflow 2 measured and the value as a signal to the decision field 80 . 80 ' forwarded to each. If the measured volume flow V _cold , V _warm corresponds to the calculated value of the volume flow, the function field is reset 78 . 78 ' , If the actual value does not correspond to the target value, a signal is sent to the decision field 81 . 81 ' supplied in which it is determined whether the respective volume flow V _cold , V _warm already has its maximum value. If the answer is no, the function field is reset 77 . 77 ' , If, on the other hand, it is determined that at least one of the volume flows V _cold , V _warm corresponds to the maximum possible volume flow, a signal is sent to the functional field 79 . 79 ' given and a correction calculated, with a reset in the functional field 74 he follows.

Mit dieser Einrichtung wird beispielsweise sichergestellt, wenn aufgrund der Druckverhältnisse der notwendige Warmwasserdurchfluss nicht erreicht werden kann, dass der Kaltwasserdurchfluss so reduziert wird, dass das für die gewählte Mischwassertemperatur erforderliche Verhältnis von Warm- zu Kaltwasserdurchfluss wieder dem errechneten Wert entspricht.With this facility, for example ensured when the necessary hot water flow due to the pressure conditions cannot be achieved that the cold water flow is reduced so that that for the chosen one Mixed water temperature required ratio of hot to cold water flow again corresponds to the calculated value.

Die vorstehend in den Ausführungsbeispielen beschriebenen Steuerungen der Wassermischeinrichtungen können durch Zuordnung eines Temperatursensors im Mischwasserabfluss 3 und einer Rückführung des Istwertes der Mischwassertemperatur t_misch die Steuereinrichtung zu einem geschlossenen Regelkreis erweitert werden.The controls of the water mixing devices described above in the exemplary embodiments can be carried out by assigning a temperature sensor in the mixed water outflow 3 and feedback of the actual value of the mixed water temperature t _mix the control device can be expanded to a closed control loop.

Claims

Water mixing device with a cold water inflow, a hot water inflow and a mixed water outflow, an electrically adjustable inflow valve being provided in the cold and hot water inflow, the actuators of which are connected to an electrical control device and at least one preselection device for the setpoint of the mixed water temperature, since characterized in that upstream the inflow valves ( 10 . 20 ) in the cold and hot water inflow ( 1 . 2 ) one sensor each ( 11 . 21 ) for the temperature and a sensor ( 12 . 22 ) for the flow rate per unit of time and with the control device ( 4 ) is connected, the control device ( 4 ) from the sensors ( 11 . 12 . 21 . 22 ) determined actual values and that on the preselector ( 5 ) setpoint, the manipulated variables for the two inflow valves ( 10 . 20 ) generated and fed to them.

Water mixing device according to claim 1, characterized in that at the mixed water drain ( 3 ) at least one nozzle ( 30 ) is provided.

Water mixing device according to claim 1, characterized in that a further preselection device ( 6 ) is provided for the mixed water outflow quantity per unit of time.

Water mixing device according to at least one of the preceding Expectations, characterized in that another temperature sensor in the mixed water area arranged and coupled to the controller, so that a closed Control loop is formed.

Method for controlling at least one inflow valve for cold water and one inflow valve for hot water for producing tempered mixed water, characterized in that - the temperature and the flow rate per unit time of the cold water (t _cold , V _cold ) and the hot water (t _warm , V _warm ) is measured continuously, - the degree of opening of the inflow valve based on the temperature measurements ( 10 ) for cold water and the inflow valve ( 20 ) is calculated and set for hot water, - the degree of opening of the inflow valve ( 10 ) for cold water and the inflow valve ( 20 ) for hot water during the mixing process based on the measured values of temperature and the flow rate per unit of time continuously recalculated and corrected in the event of deviations.

A method according to claim 5, characterized in that the degree of opening of the inflow valve ( 10 ) for cold water and the inflow valve ( 20 ) for hot water based on the entered setpoints for the temperature temperature (t _mix ) of the mixed water and the flow rate per unit of time (V _mix ) and the measured values of the temperature (t _cold , t _warm ) and the flow rate (V _cold , V _warm ) in the cold water inflow ( 1 ) and in the hot water inflow ( 2 ) is calculated and set.

A method according to claim 5 or 4, characterized in that the actual value of the mixed water temperature is determined and the control is supplied to regulate the mixed water temperature.