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Die Erfindung betrifft das Erfassen eines Temperaturprofils eines Wärmeträger-Speichers. Unter einem Wärmeträger-Speicher wird ein thermischer Speicher in Form eines Behälters verstanden, der einen Wärmeträger beinhaltet, insbesondere einen Wärmeträger in Form eines flüssigen Wärmespeichermediums wie beispielsweise Wasser. Ein Temperaturprofil kann Temperaturwerte, die jeweiligen, unterschiedlichen Positionen des Wärmeträger-Speichers zugeordnet sind, umfassen.
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Der thermische Energiegehalt eines thermischen Speichers wird durch das Temperaturprofil des enthaltenen Wärmeträgers bestimmt. Das Temperaturprofil kann sich beispielsweise durch eine temperaturabhängige Dichte des Wärmeträgers ergeben. Eine temperaturabhängige Dichte kann beispielsweise zu einer Schichtung von wärmeren und kälteren Mengen des Wärmeträgers im Speicher führen. So ergibt sich beispielsweise in vertikaler Richtung ein variierendes Temperaturprofil des Speichers.
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Wird bei einem Wärmeträger-Speicher die Temperatur des Wärmeträgers nur an einem, zwei oder drei Punkten gemessen, so ist eine direkte und genaue Bestimmung eines Temperaturprofils nicht möglich, so dass der Energiegehalt des Speichers allenfalls geschätzt werden kann.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Möglichkeit zum Erfassen eines Temperaturprofils eines Wärmeträger-Speichers zu schaffen, die besonders einfach auch an bereits bestehenden Wärmeträger-Speichern nachgerüstet werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen elektronischen Temperaturmessstreifen zum Erfassen eines Temperaturprofils eines Wärmeträger-Speichers, aufweisend:
- einen Folienstreifen zur Anordnung an einer Behälterwand eines Wärmeträger-Speichers; und
- Temperaturmessschaltungen, die in vorgegebenen Abständen an dem Folienstreifen angeordnet sind,
- wobei der Folienstreifen wenigstens zwei Leiterbahnen trägt, welche jeweils die Temperaturmessschaltungen miteinander verbinden,
- wobei die Temperaturmessschaltungen jeweils einen Temperatursensor und eine Adressierungsschaltung aufweisen, wobei die Adressierungsschaltung mit dem Temperatursensor und mit den Leiterbahnen verbunden ist,
- wobei die Adressierungsschaltungen jeweils eine digital in der Adressierungsschaltung gespeicherte eindeutige numerische Kennzeichnung umfassen.
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Der Folienstreifen kann an einer Behälterwand eines Wärmeträger-Speichers angeordnet werden, insbesondere in vertikaler Richtung. Aufgrund des flachen Aufbaus als Folienstreifen mit Leiterbahnen kann der Temperaturmessstreifen besonders gut in thermischem Kontakt mit der Behälterwand stehen. Außerdem kann aufgrund des flachen Aufbaus der Temperaturmessstreifen besonders gut zwischen der Behälterwand und einer Isolierung (Dämmung) der Behälterwand eingefügt werden. Beispielsweise kann beim Nachrüsten eines Wärmeträger-Speichers mit dem elektronischen Temperaturmessstreifen die thermische Dämmung der Behälterwand vorübergehend demontiert werden, der Temperaturmessstreifen auf die Behälterwand aufgebracht werden, und die Dämmung wieder montiert werden. Aufeinanderfolgende Temperaturmessschaltungen haben vorzugsweise einen gleichen Abstand voneinander. Der Temperaturmessstreifen umfasst vorzugsweise wenigstens fünf Temperaturmessschaltungen je Meter Länge, besonders bevorzugt zehn Temperaturmessschaltungen je Meter Länge. Der Temperaturmessstreifen umfasst vorzugsweise wenigstens fünf Temperaturmessschaltungen.
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Weiter umfassen die Adressierungsschaltungen der Temperaturmessschaltungen jeweils eine digital in der Adressierungsschaltung gespeicherte eindeutige numerische Kennzeichnung. Dies ermöglicht es beispielsweise, die Temperaturmessschaltungen über die eindeutigen numerischen Kennzeichnungen zu identifizieren, so dass ein einfacher Schaltungsaufbau mit beispielsweise zwei oder drei Leiterbahnen ermöglicht wird, welche die Temperaturmessschaltungen miteinander verbinden. Beispielsweise kann wenigstens eine Leiterbahn als serieller Bus verwendet werden. Dies ermöglicht eine Zuordnung von über die Leiterbahnen ausgelesenen Temperaturmesswerten zu der jeweiligen Temperaturmessschaltung, von der der Temperaturmesswert ausgegeben wird. Somit trägt die digital in der Adressierungsschaltung gespeicherte eindeutige numerische Kennzeichnung zum einfachen schaltungstechnischen Aufbau und somit zum flachen Aufbau des Temperaturmessstreifens bei.
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Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Besonders bevorzugt sind die Temperaturmessschaltungen so entlang der Länge des Folienstreifens angeordnet, dass die numerischen Kennzeichnungen ihrer Adressierungsschaltungen in einer vorgegebenen Richtung entlang der Länge des Folienstreifens ansteigen. Dies ermöglicht eine besonders einfache Zuordnung der Temperaturmessschaltungen und deren Temperaturmesswerten zu den Positionen der Temperaturmessschaltungen entlang der Länge des Folienstreifens. Ein Steuergerät zum Auslesen der Temperaturmesswerte des Temperaturmessstreifens kann daher besonders einfach aufgebaut sein. Insbesondere ist es nicht erforderlich, ein Steuergerät für einen speziellen Temperaturmessstreifen zu konfigurieren, indem beispielsweise in dem Steuergerät eine Reihenfolge der auf dem Temperaturmessstreifen angeordneten Temperaturmessschaltungen gespeichert würde. Die eindeutige numerische Kennzeichnung ist somit besonders vorteilhaft, da in der Praxis einfach ein beliebig herausgegriffener Temperaturmesstreifen mit einem Steuergerät verbunden werden kann. Insbesondere ist vorteilhaft, dass beim Einbau eines Temperaturmessstreifens vor Ort keine manuelle Konfigurierung des Temperaturmessstreifens oder eines Steuergeräts zum Auslesen des Temperaturmessstreifens erforderlich ist. Die Montage des Temperaturmessstreifens an einem Wärmeträger-Speicher und ein Anschluss an ein entsprechendes Steuergerät ist somit besonders leicht durchführbar, und es kann bei der Montage nicht zu Fehlbedienungen bei einer Konfigurierung eines Steuergeräts kommen. Da keine feste Zuordnung von gleichartigen Temperaturmessstreifen zu gleichartigen Steuergeräten für die Temperaturmesstreifen vorgesehen sein muss, wird auch die Gefahr von Vertauschungen und damit verbundenen Fehlkonfigurierungen verhindert.
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Vorzugsweise sind die Adressierungsschaltungen dazu konfiguriert, wenigstens eine der Leiterbahnen als Datenbus zum Ausgeben eines Temperaturmesswerts des jeweiligen, mit ihnen verbundenen Temperatursensors zu verwenden. Eine solche gemeinsame Nutzung einer selben Leiterbahn durch alle Adressierungsschaltungen ermöglicht einen besonders einfachen und flachen Aufbau des Temperaturmessstreifens.
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Vorzugsweise sind die Adressierungsschaltungen dazu konfiguriert, eine Identifizierung ihrer jeweiligen Temperaturmessschaltung, zu der sie gehören, anhand ihrer eindeutigen numerischen Kennzeichnung durch Übertragung von Identifizierungsdaten über wenigstens eine der Leiterbahnen zu gestatten. Dabei kann, je nach Konfiguration der Adressierungsschaltungen, die Adressierungsschaltung zum Senden und/oder zum Empfangen von Identifizierungsdaten, die ihrer eindeutigen numerischen Kennzeichnung entsprechen, über wenigstens eine der Leiterbahnen eingerichtet sein. Beispielsweise kann die Adressierungsschaltung dazu eingerichtet sein, ihre eindeutige numerischen Kennzeichnung ausgeben. Die Adressierungsschaltung kann aber beispielsweise auch dazu eingerichtet sein, beim Empfangen von Identifizierungsdaten, die ihrer eindeutigen numerischen Kennzeichnung entsprechen, ein Bestätigungssignal und/oder einen Temperaturmesswert auszugeben.
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Vorzugsweise sind die Adressierungsschaltungen dazu konfiguriert, eine einzige der Leiterbahnen als Datenbus zum Ausgeben eines Temperaturmesswerts des jeweiligen mit ihnen verbundenen Temperatursensors und zum Übertragen von Identifizierungsdaten zu verwenden. Das Übertragen kann ein Senden und/oder Empfangen der Identifizierungsdaten umfassen. Dies ermöglicht wiederrum einen besonders einfachen Aufbau des Temperaturmessstreifens sowie eine besonders einfache Montage oder Nachrüstung des Temperaturmessstreifens an einem Wärmeträger-Speicher.
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Vorzugsweise sind die Adressierungsschaltung dazu konfiguriert, bei Adressierung einer jeweiligen Temperaturmessschaltung über wenigstens eine der Leiterbahnen einen digitalen Temperaturmesswert des mit der Adressierungsschaltung verbundenen Temperatursensors über wenigstens eine der Leiterbahnen auszugeben. Vorzugsweise wird dabei dieselbe wenigstens eine Leiterbahn verwendet. Besonders bevorzugt sind die Adressierungsschaltungen dazu konfiguriert, bei Adressierung einer jeweiligen Temperaturmessschaltung über eine einzige der Leiterbahnen einen digitalen Temperaturmesswert des mit der Adressierungsschaltung verbundenen Temperatursensors über diese Leiterbahn auszugeben.
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Vorzugsweise ist der Folienstreifen auf wenigstens einer Oberfläche selbstklebend. Dies vereinfacht die Montage des Temperaturmessstreifens auf einer Behälterwand eines Wärmeträger-Speichers in besonderer Weise.
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Vorzugsweise weist der Folienstreifen offene Ausschnitte auf, die an Positionen von Gehäusen der Temperaturmessschaltungen angeordnet sind. Dies kann insbesondere vorteilhaft sein, um den thermischen Kontakt zwischen der Temperaturmessschaltung und einer Behälterwand des Wärmeträger-Speichers zu verbessern, und/oder um einen besonders flachen Aufbau des Temperaturmessstreifens zu ermöglichen. Beispielsweise können die Gehäuse der Temperaturmessschaltungen in den jeweiligen offenen Ausschnitten angeordnet oder aufgenommen sein.
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Vorzugsweise weist jede Adressierungsschaltung höchstens drei elektrische Anschlüsse auf, die mit entsprechenden Leiterbahnen des Folienstreifens verbunden sind. Beispielsweise kann eine Leiterbahn als Datenbus vorgesehen sein, eine Leiterbahn als Referenzpotential oder Masse vorgesehen sein, und eine optionale dritte Leiterbahn zur Spannungsversorgung vorgesehen sein. Der Aufbau mit höchstens drei elektrischen Anschlüssen ermöglicht einen besonders einfachen und kompakten Aufbau des Temperaturmessstreifens.
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Vorzugsweise weist der Folienstreifen in vorgegebenen Abständen Kontaktbereiche auf, die jeweils Kontaktfläche umfassen, welche den jeweiligen Leiterbahnen zugeordnet sind. Dies ermöglicht es, den Temperaturmessstreifen vor Ort auf eine gewünschte Länge zuzuschneiden und einen Kontakt zu einem Steuergerät über die Kontaktflächen eines Kontaktbereichs herzustellen. So kann beispielsweise ermöglicht werden, dass auf einfache Weise vor Ort der Temperaturmessstreifen mit einem Steuergerät verbunden werden kann, obwohl der Temperaturmessstreifen als Folienstreifen ausgeführt ist.
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Die Aufgabe wird weiter gelöst durch eine Vorrichtung zum Erfassen eines Temperaturprofils eines Wärmeträger-Speichers mit einem elektronischen Temperaturmessstreifen der oben beschriebenen Art und mit einem Steuergerät, welches zur Kommunikation mit den Temperaturmessschaltungen über wenigstens eine der Leiterbahnen des Folienstreifens konfiguriert ist. Das Steuergerät kann beispielweise mit den Leiterbahnen des Folienstreifens elektrisch verbunden sein. Das Steuergerät kann beispielsweise eine drahtgebundene oder drahtlose Schnittstelle umfassen. Die Schnittstelle kann beispielsweise eingerichtet sein zur Ausgabe von Temperaturdaten, basierend auf den von den Temperatursensoren des Temperaturmessstreifens gemessenen Temperaturen, und/oder eines aus den gemessenen Temperaturen berechneten energetischen Füllstands oder Energiegehalts des Wärmeträger-Speichers.
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Ein bevorzugtes Beispiel wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung in der Draufsicht auf einen Temperaturmessstreifen;
- 2 eine Vorrichtung mit dem Temperaturmessstreifen und einem Steuergerät; und
- 3 eine schematische Darstellung einer Einbausituation des Temperaturmessstreifens an einem Wärmeträger-Speicher.
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1 zeigt ein Beispiel eines elektronischen Temperaturmessstreifens 8 in Form eines Folienstreifens 10 mit in Abständen von beispielsweise 10 cm angeordneten Temperaturmessschaltungen 12. Die Temperaturmessschaltungen 12 haben jeweils ein Gehäuse 14, in welchem ein Temperatursensor 16 und eine Adressierungsschaltung 18 gekapselt sind. Der Temperatursensor 16 ist mit der Adressierungsschaltung 18 verbunden.
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Der Folienstreifen 10 umfasst drei Leiterbahnen 20, 22, 24, die entlang der Länge des Temperaturmessstreifens 8 verlaufen und mit den entsprechenden Anschlüssen 19 jeder Temperaturmessschaltung 12 elektrisch verbunden sind. Die Gehäuse 14 der Temperaturmessschaltungen 12 sind jeweils in offenen, im Beispiel rechteckigen, Ausschnitten 26 des Folienstreifens 10 angeordnet.
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Zwischen zwei aufeinanderfolgenden Temperaturmessschaltungen 12 ist jeweils ein Kontaktbereich 28 vorgesehen, an dem die Leiterbahnen 20, 22, 24 jeweils freiliegende Kontaktflächen 30, 32, 34 bilden. Die Leiterbahnen 20, 22, 24 sind um die Ausschnitte 26 herumgeführt. Auf diese Weise sind die Temperaturmessschaltungen 12 parallel an die drei Leiterbahnen 20, 22, 24 angeschlossen. Bei der Temperaturmessschaltung 12 kann es sich beispielsweise um eine digitale Schaltung handeln, die unter der Typbezeichnung DS18B20 von dem Unternehmen Maxim Integrated Products, Inc. erhältlich ist.
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Die Adressierungsschaltungen 18 umfassen jeweils eine digital der Adressierungsschaltung 18 gespeicherte eindeutige numerischen Kennzeichnung, die in 1 als #n1, #n2, ... dargestellt ist. Entlang der Länge des Temperaturmessstreifens 8 nehmen in einer Richtung entlang des Temperaturmessstreifens 8 die numerischen Kennzeichnungen zu. Beispielsweise gilt: #n1 < #n2 < #n3 ....
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2 zeigt schematisch den Temperaturstreifen aus 1 mit einem angeschlossenen Steuergerät 36. Das Steuergerät 38 ist an einem Kontaktbereich 28 mit Kontaktflächen 30, 32, 34 der Leiterbahnen 20, 22, 24 verbunden. Das Steuergerät 36 umfasst beispielsweise eine Schnittstelle 38. Die Schnittstelle 38 kann beispielsweise eine USB-Schnittstelle, eine sonstige drahtgebundene Schnittstelle oder eine Funkschnittstelle sein, beispielsweise eine WiFi-Schnittstelle.
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Das Steuergerät 36 ist dazu eingerichtet, die Temperaturmessschaltungen 12 anhand ihrer eindeutigen numerischen Kennzeichnungen zu identifizieren. Dazu erfolgt eine Datenübertragung zwischen dem Steuergerät 36 und den jeweiligen Temperaturmessschaltungen 12 über eine als Datenbus verwendete erste Leiterbahn 20, wobei die zweite Leiterbahn 22 das Massepotential trägt und die dritte Leiterbahn 24 zur Spannungsversorgung der Temperaturmessschaltungen 12 durch das Steuergerät 36 verwendet wird. Das Auslesen von Temperaturmesswerten der Temperaturmessschaltungen 12 erfolgt über die gleiche erste Leiterbahn 20. Die erste Leiterbahn 20 wird somit als serieller Datenbus verwendet, über den Daten in Form eines Bitstroms übertragen werden. Beispielsweise kann das Steuergerät 36 dazu eingerichtet sein, die Temperaturmesswerte der einzelnen Temperaturmessschaltung 12 abzufragen, indem die Temperaturmessschaltungen 12 mittels ihrer eindeutigen numerischen Kennzeichnungen adressiert werden. Aufgrund der Anordnung der Temperaturschaltungen in aufsteigender Reihenfolge ihrer numerischen Kennzeichnungen ist eine direkte Zuordnung der von den jeweiligen Temperatursensoren 16 stammenden Temperaturmesswerte zu den Positionen der Temperatursensoren 16 entlang des Temperaturmessstreifens 8 unmittelbar gegeben.
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Das Steuergerät 36, oder ein über die Schnittstelle verbundenes Auswertegerät 40 kann beispielsweise dazu eingerichtet sein, aus den Temperaturmesswerten und deren Verlauf über die Länge des Temperaturmessstreifens 8 ein Temperaturprofil, einen energetischen Füllstand und/oder einen Energiegehalt eines Wärmeträger-Speichers zu berechnen.
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3 zeigt schematisch die Anordnung des Temperaturmessstreifens 8 an einem Wärmeträger-Speicher 42. Der Wärmeträger-Speicher 42 umfasst einen Behälter 44 sowie eine Dämmung 46 an der Außenseite des Behälters 44. Der Temperaturmessstreifen 8 ist unterhalb der Dämmung 46 an der Außenwand des Behälters 44 angeordnet und verläuft vorzugsweise in vertikaler Richtung. Der Folienstreifen 10 ist beispielsweise auf der Unterseite mit einer selbstklebenden Beschichtung 50 versehen, die in 3 durch einen Pfeil gekennzeichnet ist.
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In einem anderen Beispiel kann die Temperaturmessschaltung 12 zur parasitären Spannungsversorgung über die als Busleitung verwendete erste Leiterbahn 20 eingerichtet sein, so dass zwei Leiterbahnen 20, 22 genügen können.
