DE19541145B4

DE19541145B4 - Verfahren zur Steuerung eines Volumenstrombegrenzers

Info

Publication number: DE19541145B4
Application number: DE19541145A
Authority: DE
Inventors: Jörg Littek
Original assignee: Vaillant GmbH
Current assignee: VAILLANT GMBH, 42859 REMSCHEID, DE
Priority date: 1994-10-31
Filing date: 1995-10-25
Publication date: 2008-01-03
Anticipated expiration: 2015-10-26
Also published as: ATA202194A; AT402575B; DE19541145A1

Abstract

Verfahren zur Steuerung eines Volumenstrombegrenzers eines Durchlauferhitzers, insbesondere eines elektrisch, beheizten elektronisch gesteuerten Durchlauferhitzers, zur Steuerung der Auslauftemperatur, wobei eine Leistungssteuerung zur Dosierung der Leistung (P_soll) zwischen Null und einer maximal verfügbaren Leistung (P_max) vorgesehen ist und die Leistung in Abhängigkeit von der Einlauftemperatur (T_ein), einer gewünschten Auslauftemperatur (T_soll) und dem momentanen Volumenstrom (V) des Wassers gesteuert wird und der Volumenstrom (V) durch Erhöhung des hydraulischen Widerstandes des Volumenstrombegrenzers (9) reduziert wird, wenn entweder die maximal verfügbare Leistung (P_soll) der Bedingung: Psoll ≤ Pmax [1]nicht mehr entspricht und daher die gewünschte Auslauftemperatur (T_soll) nicht mehr erreicht werden kann, und/oder der Volumenstrom (V) der Bedingung V ≤ Vmax [2] nicht mehr entspricht, wobei V_max den maximalen Volumenstrom des Durchlauferhitzers bedeutet, dadurch gekennzeichnet, daß nach jeder Begrenzung des Volumenstromes (V) die Einstellung des hydraulischen Widerstandes des Volumenstrombegrenzers (9) bis zur nächsten Zapfung aufrecht erhalten wird und bei Beginn der nächsten Zapfung der hydraulische Widerstand solange...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung eines Volumenstrombegrenzers eines Durchlauferhitzers nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Bei elektrisch betriebenen Durchlauferhitzern mit einer vom Benutzer vorwählbaren Temperatur besteht der Wunsch, diese Temperatur T_soll vom Gerät unter allen Betriebsbedingungen zur Verfügung zu haben. Dazu wird die Geräteleistung bedarfsgerecht zwischen Null und einer maximal verfügbaren Leistung P_max verändert.
Reicht in einem Bedarfsfall die maximal zur Verfügung stehende Heizleistung P_max nicht aus, um bei dem vorhandenen Volumenstrom V des Wassers die gewünschte Auslauftemperatur T_soll erreichen zu können, so kommt es zu einer unerwünschten Verminderung der Auslauftemperatur.
Bei einem bekannten Verfahren der eingangs erwähnten Art wird zur Vermeidung dieses Effektes mittels eines Volumenstrombegrenzers der Volumenstrom so weit reduziert, dass die gewünschte Auslauftemperatur gerade noch erreicht wird. Zusätzlich kann der Volumenstrombegrenzer noch eine Geräteschutzfunktion übernehmen, indem er dann angesteuert wird, wenn der maximal zulässige Volumenstrom V_max des Gerätes überschritten wird.
Um zum einen den Einsatz des Durchlauferhitzers auch bei niedrigem Wasserdruck zu ermöglichen und zum anderen dem Benutzer immer den maximal möglichen Volumenstrom zur Verfügung stellen zu können, ist bei den bekannten Verfahren der eingangs erwähnten Art vorgesehen, dass der Volumenstrombegrenzer den hydraulischen Strömungswiderstand nicht unnötig erhöht. Dazu wird bei den bekannten Verfahren der eingangs erwähnten Art nach jeder Begrenzung des Volumenstromes der Volumenstrombegrenzer wieder auf den niedrigsten hydraulischen Widerstand zurückgestellt.
Aus Kostengründen werden in der Praxis Volumenbegrenzer in Form von Motorventilen verwendet, die keine direkte Positionsrückmeldungen besitzen und eine endliche Verstellzeit t_v zum Verfahren zwischen den beiden Endstellungen aufweisen.
Bei den bekannten Verfahren wird der Volumenbegrenzer während einer Zapfung soweit wie erforderlich in Richtung "höherer hydraulischer Widerstand" verfahren. Ist der Zapfvorgang beendet, so wird der Volumenbegrenzer in Richtung "minimaler hydraulischer Widerstand" verfahren, bis die entsprechende Endstellung erreicht ist. Damit wird zwar eine unerwünschte Erhöhung des hydraulischen Widerstandes für die nächste Zapfung verhindert, doch ergeben sich dadurch die folgenden Nachteile:

– Der Öffnungsvorgang des Volumenstrombegrenzers erfolgt immer vollständig, wobei keine direkte Rückmeldung über die aktuelle Position des Motorventiles vorhanden und keine direkte Rückmeldung über den Volumenstrom während der Zapfpausen möglich ist und daher keine anlagenspezifische Startposition des Volumenstrombegrenzers angefahren werden kann.
– Erfolgt die nächste Zapfung bei gleichen Betriebsbedingungen, so muss erneut die gleiche Position wie bei der vorherigen Zapfung angefahren werden. Wegen der endlichen Verstellzeit t_v ergibt sich während dieser Einstellzeit ein unnötig hoher Volumenstrom, der eine Wasserverschwendung beziehungsweise bei hohem Wasserdruck eine Überbeanspruchung der Heizschlangen bedingt.
– Die Geräusche des Motorventiles während des Öffnens des Volumenbegrenzers in der Zapfpause, in der keine Fließgeräusche des Wassers auftreten, können für den Benutzer störend sein.

Aus der DE 30 12 347 A1 ist ein Durchlauferhitzer mit einem Volumenstrombegrenzer bekannt, bei dem der Querschnitt des Volumenstrombegrenzers bei geschlossenem Zapfventil minimal ist. Beim Zapfen bleibt der Querschnitt zunächst minimal; nach einer gewissen Zeitspanne wird der Strömungsquerschnitt auf den benötigten vergrößert. Bei einem derartigen Volumenstrombegrenzer ergibt sich der Nachteil, dass zunächst nur ein reduzierter Volumenstrom zur Verfügung steht und zudem auch Geräusche durch die Ventilbewegung entstehen.
Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, bei dem die Nachteile des Standes der Technik vermieden sind und bei dem einerseits die Einhaltung der gewünschten Auslauftemperatur sehr rasch nach Beginn einer Zapfung erreicht wird und andererseits kein unnötig großer Volumenstrom auftritt.
Erfindungsgemäß wird dies bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 erreicht.
Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen ist sichergestellt, dass es bei einer neuerlichen Zapfung nach einer Zapfpause zu keinem zu großen Volumenstrom und damit zu einer zu geringen Auslauftemperatur kommt, die eine Wasserverschwendung bedingen würde. Weiter ist durch die vorgeschlagenen Maßnahmen auch sichergestellt, dass, abgesehen von einer entsprechenden Einstellzeit, die in der Regel nicht länger ist als die Einstellzeit der Zapfstelle, die Zapfstelle stets mit dem maximal möglichen Volumenstrom betrieben werden kann.
Weist der Volumenstrombegrenzer eine relativ kurze Verstellzeit auf, so kann nach einer Beschränkung des Volumenstromes bereits bei der nächsten Zapfung innerhalb der Einstellzeit der maximal mögliche Volumenstrom des Durchlauferhitzers erreicht werden, wenn hierfür die sonstigen Voraussetzungen, insbesondere die Bereitstellung einer ausreichenden Leistung, gegeben sind.
Außerdem ist durch die vorgeschlagenen Maßnahmen auch sichergestellt, dass es während der Zapfpausen zu keiner Geräuschentwicklung kommt.
Durch das vorgeschlagene Verfahren ist auch eine Anpassung der Startposition des Volumenstrombegrenzers an die hydraulische Anschlußbedingungen gegeben.
Grundsätzlich ist es auch möglich, das erfindungsgemäße Verfahren als Algorithmus in einen gegebenenfalls vorhandenen Mikrocomputer der Leistungssteuerung des Durchlauferhitzers einzugeben.
Es ergibt sich der Vorteil, dass die Verstellzeit des Volumenstrombegrenzers begrenzt ist, wobei die Begrenzung der Verstellzeit des Volumenstrombegrenzers zweckmäßigerweise mit jener Zeit begrenzt ist, die der Benutzer benötigt, um den Zapfhahn entsprechend seinen Wünschen zu öffnen. Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen kommt es nach einer stärkeren Reduzierung des Volumenstromes bei den nächsten Zapfungen zwar auch dann nicht zur Ausnutzung des maximalen Volumenstromes des Durchlauferhitzers, wenn dies nach den jeweiligen Gegebenheiten möglich wäre, doch wird durch die vorgeschlagenen Maßnahmen auch verhindert, dass es nach der Einstellung des Volumenstromes durch den Benutzer zu einer Veränderung des Volumenstromes kommt, die oft als unangenehm und störend empfunden wird.
Bei der vorgeschlagenen Verfahrensführung ist nach einer Beschränkung des Volumenstromes durch den Volumenstrombegrenzer eine Freigabe des maximalen Volumenstromes des Durchlauferhitzers gegebenenfalls erst nach n-Zapfungen gegeben.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert, die schematisch einen erfindungsgemäßen Durchlauferhitzer zeigt.
Der Durchlauferhitzer weist einen Heizblock 1 auf, der mit einem Kaltwassereinlauf 2 und einem Warmwasserablauf 3 verbunden ist. Dabei ist im Kaltwassereinlauf 2 ein Temperaturfühler 4 zur Erfassung der Einlauftemperatur T_ein des Wassers und ein Durchsatzmesser 5 angeordnet, der den momentanen Durchfluß V erfaßt.
Der Temperaturfühler 4 und der Durchflußmengenmesser 5 sind über Leitungen 6 und 7 mit einer Steuerung 8 verbunden.
Der Warmwasserablauf 3 ist mit einem Volumenstrombegrenzer 9 verbunden, an den eine Zapfleitung 10 angeschlossen ist, die in einer Zapfstelle 11 endet. Der Volumenstrombegrenzer 9 dient zur Steuerung des hydraulischen Widerstandes des Durchlauferhitzers, wobei der Volumenstrombegrenzer 9 mit einem motorischen Antrieb 16 versehen ist, der über eine Leitung 12 mit der Steuerung 8 verbunden ist.
Die Steuerung 8 ist weiter über eine Leitung 13 mit dem Heizblock 1 und über eine Leitung 14 mit einem Soll-Wert-Geber 15 verbunden, über den ein bestimmter Soll-Wert T_soll der Auslauftemperatur eingegeben werden kann.
Die Steuerung 8 errechnet bei einer Zapfung von Warmwasser aus der Einlauftemperatur T_ein, der eingestellten Auslauftemperatur T_soll und dem momentanen Durchfluß V die erforderliche Leistung P_soll und überprüft, ob die Bedingung [1] Psoll <= Pmax erfüllt ist. Die erforderliche Leistung P_soll wird über die Leitung 13 Thyristoren aufgegeben, die im Heizblock 1 angeordnete Heizwiderstände steuern. Ist die maximale Leistung P_max des Durchlauferhitzers für die Erreichung der eingestellten Auslauftemperatur T_soll nicht ausreichend, so wird der Volumenstrombegrenzer 9 in Richtung höherer hydraulischer Widerstand verstellt und dadurch der Volumenstrom V vermindert.
Sinkt durch Schließen der Zapfstelle 11 der Durchfluß V auf Null, so bleibt der Volumenstrombegrenzer 9, der durch ein proportional arbeitendes Ventil gebildet ist, in der eingestellten Stellung, so daß bei einer neuerlichen Zapfung der Durchfluß V ebenfalls vermindert ist.
Stellt die Steuerung 8 zu Beginn der folgenden Zapfung fest, daß die maximale Leistung P_max des Durchlauferhitzers ausreicht, um die eingestellte Auslauftemperatur T_soll zu erreichen, so wird der Volumenstrombegrenzer 9 von der Steuerung in Richtung minimaler hydraulischer Widerstand verstellt.
Je nachdem, ob die Verstellzeit t_v des Volumenstrombegrenzers 9 kurz ist, das heißt die Verstellzeit t_v im Bereich jener Zeit ist, die zum Öffnen der Zapfstelle 11 durch den Benutzer benötigt wird, oder länger ist, kann die Dauer der Ansteuerung t_auf des Volumenstrombegrenzers 9 gleich der Verstellzeit t_v desselben, das ist jene Zeit, die der Volumenstrombegrenzer benötigt, um von einer seiner beiden Endstellungen zur anderen zu gelangen, gewählt werden, das heißt, nach einer Begrenzung des Volumenstromes V kann bei einer nachfolgenden Zapfung diese Begrenzung wieder vollständig aufgehoben werden, oder die Dauer der Ansteuerung t_auf muß kleiner als die Verstellzeit t_v gewählt werden, um nach der Einstellung des Durchflusses V durch den Benutzer an der Zapfstelle eine merkliche Änderung des Durchflusses V zu vermeiden. Bei einer längeren Verstellzeit t_v wird die Zeitdauer der Ansteuerung t_auf nach der folgenden Beziehung tauf = tv/ngewählt, wobei n eine Konstante größer 1 bedeutet.
In einem solchen Fall kann es maximal n-Zapfungen dauern, bis nach einer Begrenzung des Volumenstromes V durch den Volumenstrombegrenzer 9 wieder der maximale Volumenstrom des Durchlauferhitzers erreicht werden kann.

Claims

Verfahren zur Steuerung eines Volumenstrombegrenzers eines Durchlauferhitzers, insbesondere eines elektrisch, beheizten elektronisch gesteuerten Durchlauferhitzers, zur Steuerung der Auslauftemperatur, wobei eine Leistungssteuerung zur Dosierung der Leistung (P_soll) zwischen Null und einer maximal verfügbaren Leistung (P_max) vorgesehen ist und die Leistung in Abhängigkeit von der Einlauftemperatur (T_ein), einer gewünschten Auslauftemperatur (T_soll) und dem momentanen Volumenstrom (V) des Wassers gesteuert wird und der Volumenstrom (V) durch Erhöhung des hydraulischen Widerstandes des Volumenstrombegrenzers (9) reduziert wird, wenn entweder die maximal verfügbare Leistung (P_soll) der Bedingung: Psoll ≤ Pmax [1]nicht mehr entspricht und daher die gewünschte Auslauftemperatur (T_soll) nicht mehr erreicht werden kann, und/oder der Volumenstrom (V) der Bedingung V ≤ Vmax [2] nicht mehr entspricht, wobei V_max den maximalen Volumenstrom des Durchlauferhitzers bedeutet, dadurch gekennzeichnet, daß nach jeder Begrenzung des Volumenstromes (V) die Einstellung des hydraulischen Widerstandes des Volumenstrombegrenzers (9) bis zur nächsten Zapfung aufrecht erhalten wird und bei Beginn der nächsten Zapfung der hydraulische Widerstand solange reduziert wird, falls die beiden Bedingungen [1], [2] erfüllt sind, wobei die Verstellzeit (t_auf) zur Verminderung des hydraulischen Widerstandes des Volumenstrombegrenzers (9) bei Beginn einer neuen Zapfung maximal jener Zeit entspricht, die zum Öffnen einer Zapfstelle (11) durch den Benutzer benötigt wird, und wobei
gilt mit t_aufmax als gesamter Verstellzeit des Volumenstrombegrenzers (9) zwischen dessen minimalem und dessen maximalem hydraulischen Widerstand und n als Anzahl aufeinander folgender Zapfungen, die erforderlich sind, um den Volumenstrombegrenzer (9) zwischen minimalem und maximalem hydraulischen Widerstand zu verstellen.