DE29504606U1 - Rain and / or gray water utilization system and control device therefor - Google Patents
Rain and / or gray water utilization system and control device thereforInfo
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Description
Regen- und/oder Grauwassernutzungsanlage sowie Steuergerät dafürRain and/or grey water utilization system and control unit for it
Die Erfindung richtet sich, auf eine Regen- und/oder Grauwassernutzungsanlage mit einem Wasserbehälter und einer daraus in einen Druck- oder Zwischenbehälter und/oder in eine Regen- oder Grauwasserleitung fördernden Wasserpumpe einerseits, sowie auf ein Steuergerät für eine derartige Anlage andererseits.The invention is directed, on the one hand, to a rainwater and/or greywater utilization system with a water tank and a water pump that pumps water from it into a pressure or intermediate tank and/or into a rainwater or greywater pipe, and, on the other hand, to a control device for such a system.
Infolge der beständig steigenden Kosten für die Versorgung mit Trinkwasser erfreut sich die Sammlung von Regen- und/oder Grauwasser, wie es beim Duschen oder Wäschewaschen anfällt, zunehmender Beliebtheit. Dieses kann sodann zum Gießen oder für die Toilettenspülung benutzt werden.As a result of the constantly rising costs of drinking water supplies, the collection of rainwater and/or grey water, such as that generated when showering or washing clothes, is becoming increasingly popular. This can then be used for watering or flushing the toilet.
Eine derartige Anlage benötigt in der Minimalkonfiguration wenigstens eine Wasserpumpe, die das gesammelte Wasser zu den an eine von dem Trinkwassernetz getrennte Regenwasserleitung angeschlossenen Wasserverbrauchern fördert. Diese Förderpumpe muß in Trockenperioden sowie bei verstärktem Verbrauch vor einem Trockenlauf geschützt werden. Darüber hinaus sollte eine Nachfüllung des Behälters aus dem Trinkwassernetz vorgesehen sein, um für derartige Betriebsfälle gewappnet zu sein. In einem solchen Fall ist es wichtig, das Nachfüllventil so zu steuern, daß der Sammelbehälter nicht überläuft, da dieses einen unnötigen Wasserverbrauch bedingen würde. In beiden Fällen ist es daher notwendig, den Füllstand des Wassers in dem Sammelbehälter zu überwachen.In its minimum configuration, such a system requires at least one water pump that pumps the collected water to the water consumers connected to a rainwater pipe that is separate from the drinking water network. This pump must be protected from running dry during dry periods and when consumption is high. In addition, the tank should be refilled from the drinking water network in order to be prepared for such operating cases. In such a case, it is important to control the refill valve so that the collection tank does not overflow, as this would result in unnecessary water consumption. In both cases, it is therefore necessary to monitor the water level in the collection tank.
Hierfür wurden in der Vergangenheit meist Sensoren verwendet, welche die exakte Pegelhöhe bestimmen und in einIn the past, sensors were mostly used for this purpose, which determine the exact water level and convert it into a
zur Pegelhöhe proportionales, analoges Ausgangssignal umwandeln. Derartige Sensoren mit einem analogen Ausgangssignal für die Pegelhöhe sind relativ teuer und führen dazu, daß die Kosten für eine Wassernutzungsanlage in keinem Verhältnis zu der Kostenersparnis stehen, welche durch die Reduzierung des Trinkwasserverbrauchs erzielt wird. Andererseits sind schaltende Pegelsensoren bekannt, die aber nur zur überwachung eines einzigen Pegels verwendet werden können. Wie oben bereits angedeutet, sind jedoch mehrere Pegel zu überwachen: Der Trockenlaufschutz-Pegel, der Nachfüllpegel sowie der Überlaufpegel, so daß demnach insgesamt drei solcher Sensoren notwendig wären, was ebenfalls zu relativ hohen Kosten führt.convert an analog output signal proportional to the water level. Such sensors with an analog output signal for the water level are relatively expensive and mean that the costs for a water use system are disproportionate to the cost savings achieved by reducing drinking water consumption. On the other hand, switching water level sensors are known, but they can only be used to monitor a single water level. As already indicated above, several water levels have to be monitored: the dry-run protection level, the refill level and the overflow level, so that a total of three such sensors would be necessary, which also leads to relatively high costs.
Aus diesen Nachteilen des bekannten Stands der Technik resultiert das die Erfindung initiierende Problem, eine Regenwassernutzungsanlage mit einer Struktur zu schaffen, die nur einen einzigen, möglichst billigen Füllstandssensor benötigt.These disadvantages of the known prior art give rise to the problem that initiated the invention, namely to create a rainwater utilization system with a structure that requires only a single, as inexpensive as possible, level sensor.
Diesem Problem kann mittels einer Anordnung gem. dem Hauptanspruch abgeholfen werden. Indem solchermaßen ein virtueller, unterster Trockenlaufschutz-Pegel sowie eine Schalthysterese für die Förderpumpe auf elektronischem Weg erzeugt wird, ist es möglich, einen schaltenden, hystereselosen Füllstandssensor zu verwenden. Der virtuelle Trockenlaufschutz-Pegel wird dadurch erzeugt, daß ab dem Zeitpunkt des Unterschreitens des von dem schaltenden Füllstandssensors direkt überwachten Pegels noch eine vorbestimmte Restlaufzeit für die Förderpumpe reserviert ist, nach deren Ablauf die Pumpe gesperrt wird, bis der Pegel infolge Zulaufs wieder den direkt überwachten Wert überschreitet. Da bei dieser Betriebsart ein einfacher Sensor von der Art eines Leitfähigkeitssensors verwendetThis problem can be remedied by means of an arrangement according to the main claim. By generating a virtual, lowest dry-run protection level and a switching hysteresis for the feed pump electronically in this way, it is possible to use a switching, hysteresis-free level sensor. The virtual dry-run protection level is generated by reserving a predetermined remaining running time for the feed pump from the time the level falls below the level directly monitored by the switching level sensor, after which the pump is blocked until the level again exceeds the directly monitored value due to inflow. Since a simple sensor of the type of conductivity sensor is used in this operating mode,
werden kann, lassen sich erhebliche Kosten einsparen, ohne die Betriebszuverlässigkeit der erfindungsgemäßen Anlage zu reduzieren.can be used, considerable costs can be saved without reducing the operational reliability of the system according to the invention.
Ähnlich kann für die Trinkwassernachfüllung ein virtueller Ausschaltpegel generiert werden, indem mit der Öffnung des Nachfüllventils ein Zeitschaltkreis gestartet wird, der die Nachfülldauer begrenzt. Nach Ablauf der vorgegebenen Nachfülldauer ist ein vorgegebenes Wasservolumen in den Sammelbehälter eingelaufen, wodurch der virtuelle Ausschaltpegel erreicht ist. Hierdurch kann auf höchst effiziente Weise ein Überlauf des Behälters in Folge einer zu langen Nachfüllperiode ausgeschlossen werden.Similarly, a virtual switch-off level can be generated for drinking water refills by starting a timer circuit that limits the refilling period when the refill valve opens. After the specified refilling period has elapsed, a specified volume of water has flowed into the collection tank, which means the virtual switch-off level is reached. This is a highly efficient way of preventing the tank from overflowing as a result of a refilling period that is too long.
Die erfindungsgemäßen Elektronikbaugruppen werden in einem handlichen Gehäuse zusammengefaßt, das bevorzugt an seiner Rückseite mit einem angeformten Netzstecker versehen ist, so daß durch einfaches Einstecken in eine Netzsteckdose einerseits die Stromversorgung gewährleistet ist und andererseits zusätzliche Maßnahmen zur Befestigung des Gehäuses entfallen können. Um weiteren Anschluß- und/oder verkabelungsproblemen vorzubeugen, ist an der Vorderseite des Gehäuses eine Steckdose für den Netzstecker der Förderpumpe integriert, so daß die Förderpumpe einfach durch Einstecken ihres Netzsteckers vor Trockenlauf geschützt werden kann.The electronic components according to the invention are combined in a handy housing, which is preferably provided with a molded-on power plug on the back, so that on the one hand the power supply is ensured by simply plugging it into a power socket and on the other hand additional measures for fastening the housing can be omitted. In order to prevent further connection and/or wiring problems, a socket for the power plug of the feed pump is integrated on the front of the housing, so that the feed pump can be protected from running dry simply by plugging in its power plug.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile auf der Basis der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie aus der Zeichnung. Diese zeigt in der einzigen Figur einen Prinzipschaltplan eines erfindungsgemäßen Steuergeräts, an welchem ein Sensor, eine Förderpumpe sowie ein Nachfüllventil angeschlossen sind.Further details, features and advantages based on the invention emerge from the following description of a preferred embodiment and from the drawing. The only figure shows a basic circuit diagram of a control device according to the invention, to which a sensor, a feed pump and a refill valve are connected.
Die Regenwassernutzungsanlage 1 umfaßt einen Regenwassersainmelbehälter 2 mit einem Zulauf 3, einer Trinkwassernachfüllvorrichtung 4, einerThe rainwater utilization system 1 comprises a rainwater collection tank 2 with an inlet 3, a drinking water refill device 4, a
Regenwasserfördervorrichtung 5 und einem Füllstandssensor 6, sowie ein Steuergerät 7. Das Regenwasser 8 strömt aus dem Zulauf 3 in den Regenwassersainmelbehälter 2, wo es sich sammelt. Von dort wird es vermittels einer Förderpumpe 9 in eine Regenwasserleitung 10 gefördert.Rainwater conveying device 5 and a level sensor 6, as well as a control unit 7. The rainwater 8 flows from the inlet 3 into the rainwater collection tank 2, where it collects. From there it is conveyed into a rainwater pipe 10 by means of a conveying pump 9.
Die Förderpumpe 9 verfügt zu diesem Zweck über eine Saugleitung 11, deren Mündung 12 sich knapp oberhalb des Bodens 13 des Regenwasserbehälters 2 befindet. Im Anschlußbereich der Regenwasserleitung 10 ist innerhalb des Gehäuses der Förderpumpe 9 ein nicht dargestellter, schaltender Drucksensor angeordnet, dessen Ausgang mit dem Antriebsmotor 14 der Förderpumpe 9 derart gekoppelt ist, daß sich ein Zweipunkt-Regelkreis für den Druck innerhalb der Regenwasserleitung 10 ergibt. Dieser Regelkreis benötigt keine weitere Steuerung.For this purpose, the feed pump 9 has a suction line 11, the mouth 12 of which is located just above the bottom 13 of the rainwater tank 2. In the connection area of the rainwater line 10, a switching pressure sensor (not shown) is arranged within the housing of the feed pump 9, the output of which is coupled to the drive motor 14 of the feed pump 9 in such a way that a two-point control circuit is created for the pressure within the rainwater line 10. This control circuit does not require any further control.
Jedoch muß Sorge dafür getragen werden, daß der Antriebsmotor 14 abgeschalten wird, wenn der Wasserspiegel 15 innerhalb des Regenwassersainmelbehälters 2 auf ein Niveau 16 knapp oberhalb der Mündung 12 des Saugschlauchs 11 abgesunken ist, um einen Trockenlauf der Förderpumpe 9 zu vermeiden. Damit andererseits - bspw. bei gleichzeitiger Trinkwassernachfüllung vermittels der Vorrichtung 4 - kein instabiler Zustand entsteht, wird der Antriebsmotor 14 erst wieder freigegeben, wenn infolge der Nachfüllung ein zweiter, deutlich höherer Pegel 17 erreicht ist. Bei diesem zweiten Niveau 17 befindet sich bereits genügend Wasser innerhalb des Sammelbehälters 2, so daß ein abermaligesHowever, care must be taken to ensure that the drive motor 14 is switched off when the water level 15 inside the rainwater collection tank 2 has dropped to a level 16 just above the mouth 12 of the suction hose 11, in order to prevent the feed pump 9 from running dry. On the other hand, so that no unstable state arises - for example when drinking water is being refilled using the device 4 at the same time - the drive motor 14 is only released again when a second, significantly higher level 17 is reached as a result of the refill. At this second level 17 there is already enough water inside the collection tank 2, so that a further
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- Absinken auf den Trockenlauf-Pegel 16 zumindest in kurzer Frist nicht zu befürchten ist.- There is no risk of a drop to dry-running level 16, at least in the short term.
Um die allein für den Trockenlaufschutz der Förderpumpe 9 notwendigen, unterschiedlichen Niveaus 16, 17 mit nur einem Füllstandssensor 6, der in dem vorliegenden Fall als Leitfähigkeitssensor ausgebildet ist, erfassen zu können, wird der untere Trockenlauf-Pegel 16 virtuell von dem Steuergerät 7 erzeugt. Dies erfolgt dadurch, daß dem zwischen den beiden Niveaus 16, 17 liegenden Flüssigkeitsvolumen 18 eine bestimmte Förderzeit der Pumpe 9 zugeordnet und durch Aufintegrieren der Laufzeit des Antriebsmotors 14 erfaßt wird.In order to be able to detect the different levels 16, 17 required solely for dry-run protection of the feed pump 9 with only one fill level sensor 6, which in this case is designed as a conductivity sensor, the lower dry-run level 16 is generated virtually by the control unit 7. This is done by assigning a specific delivery time of the pump 9 to the liquid volume 18 lying between the two levels 16, 17 and detecting this by integrating the running time of the drive motor 14.
Um den Betriebszustand des Antriebsmotors 14, der von dem nicht dargestellten Drucksensor abhängt, festzustellen, ist ein Stromwandler 19 vorgesehen, dessen Primärwicklung 20 in den Stromkreis 21 des Antriebsmotors 14 eingeschalten ist. Bei Stromfluß wird in der Sekundärwicklung 22 des Stromwandlers 19 eine Spannung erzeugt, die von einer Diode 23 gleichgerichtet und von einer Zener-Diode 24 auf einen konstanten Wert begrenzt wird. An dem heißen Anschluß 25 der Zener-Diode 24 liegt demnach ein nahezu digitales Signal vor, dessen Low-Pegel anzeigt, daß der Antriebsmotor 14 steht, während ein High-Pegel an diesem Anschluß 25 auf einen laufenden Antriebsmotor 14 hindeutet.In order to determine the operating state of the drive motor 14, which depends on the pressure sensor (not shown), a current transformer 19 is provided, the primary winding 20 of which is connected to the circuit 21 of the drive motor 14. When current flows, a voltage is generated in the secondary winding 22 of the current transformer 19, which is rectified by a diode 23 and limited to a constant value by a Zener diode 24. At the hot connection 25 of the Zener diode 24 there is therefore an almost digital signal, the low level of which indicates that the drive motor 14 is stopped, while a high level at this connection 25 indicates that the drive motor 14 is running.
Dieses digitale Signal 25 wird von einem Integrationsbaustein 26 aufintegriert, um ein Maß für die Restlaufzeit des Antriebsmotors 14 zu erhalten, das von einem nachgeschalteten Komparator 27 mit einem konstant vorgegebenen Maximalwert in Form einer Gleichspannung 28 verglichen wird. Je nach dem Vergleichsergebnis 29 wird über einen nachgeschalteten Verstärker 30 ein Relais 31This digital signal 25 is integrated by an integration module 26 in order to obtain a measure of the remaining running time of the drive motor 14, which is compared by a downstream comparator 27 with a constant predetermined maximum value in the form of a direct voltage 28. Depending on the comparison result 29, a relay 31 is activated via a downstream amplifier 30.
betätigt. Die Kontaktzunge 32 des Relais 31 ist als .Schließkontakt ausgebildet, d.h., nur bei Stromfluß durch das Relais 31 wird der Primärstromkreis 21 des Antriebsmotors 14 freigegeben. Überschreitet das Ausgangssignal 33 des Integrators 26 den Gleichspannungspegel 28, so wechselt das Vergleichsergebnis 29 auf seinen Low-Wert, das Relais 31 wird stromlos und der Primärstromkreis 21 wird geöffnet 32.The contact tongue 32 of the relay 31 is designed as a "closed contact", i.e. the primary circuit 21 of the drive motor 14 is only released when current flows through the relay 31. If the output signal 33 of the integrator 26 exceeds the direct voltage level 28, the comparison result 29 changes to its low value, the relay 31 is de-energized and the primary circuit 21 is opened 32.
Um zu einem sinnvollen Regelkreis zu gelangen, muß der Integrationsbaustein 26 bei Unterschreiten des Niveaus 17 gestartet und bei Überschreiten dieses Pegels 17 gestoppt und wieder zurückgesetzt werden. Diesem Zweck dient der Füllstandssensor 6. Dieser ist aus zwei Elektroden 34 gebildet, die sich innerhalb des Regenwassersaitimelbehälters 2 auf dem Niveau 17 befinden. Eine der beiden Elektroden 34 ist an eine Gleichspannungsquelle 35 angeschlossen, so daß sie ständig eine positive Spannung gegenüber dem Bezugspotential 36 der Steuerung 7 aufweist. Liegt der Wasserspiegel 15 oberhalb des Niveaus 17, so tauchen beide Elektroden 34 in das Regenwasser 8, und es kann sich ein Stromfluß von der Gleichspannungsquelle 35 über die Elektroden 34 und den Widerstand 37 zurück zum Bezugspotential 36 einstellen. Dieser Strom ist durch den Widerstand 37 auf einen vorgegebenen Pegel begrenzt, der von dem Komparator 38 mit einem zweiten, etwas niedrigeren Gleichspannungspegel 39 verglichen wird. Ist der Regenwasserbehälter 2 bis über das Niveau 17 gefüllt, so ist die Spannung an dem Widerstand 37 größer als die Gleichspannung 39, und der Ausgang 40 des Komparators 38 nimmt demzufolge seinen Low-Pegel an.In order to achieve a meaningful control loop, the integration module 26 must be started when the level 17 is undershot and stopped and reset when this level 17 is exceeded. The fill level sensor 6 serves this purpose. This is made up of two electrodes 34, which are located inside the rainwater collection tank 2 at level 17. One of the two electrodes 34 is connected to a direct current source 35 so that it constantly has a positive voltage compared to the reference potential 36 of the control system 7. If the water level 15 is above level 17, both electrodes 34 are immersed in the rainwater 8 and a current flow can occur from the direct current source 35 via the electrodes 34 and the resistor 37 back to the reference potential 36. This current is limited by the resistor 37 to a predetermined level, which is compared by the comparator 38 with a second, slightly lower DC voltage level 39. If the rainwater tank 2 is filled above level 17, the voltage at the resistor 37 is greater than the DC voltage 39, and the output 40 of the comparator 38 therefore assumes its low level.
Dieses Signal wird von dem Inverter 41 in eine logische "1" umgewandelt, die am Rücksetz-Eingang 42 des Integrators 26This signal is converted by the inverter 41 into a logical "1" which is applied to the reset input 42 of the integrator 26
anliegt. Beim erstmaligen Überschreiten des Niveaus 17 wird der Integrationsbaustein 26 daher zurückgesetzt und verbleibt anschließend in diesem Zustand, bis das Niveau 17 wieder unterschritten wird. In diesem Fall wird der Stromfluß durch den Widerstand 37 unterbrochen, der Komparator 38 schaltet auf High-Pegel, und dieses Signal 40 veranlaßt den Integrationsbaustein 26 über dessen Setzeingang 43, den Integrationsvorgang zu starten.is present. When level 17 is exceeded for the first time, the integration module 26 is therefore reset and remains in this state until level 17 is again undershot. In this case, the current flow through resistor 37 is interrupted, comparator 38 switches to high level, and this signal 40 causes integration module 26 to start the integration process via its set input 43.
Die Betätigung der Nachfüllvorrichtung 4 wird ebenfalls von dem Sensor 6, d.h. bei Unterschreiten des Niveaus 17, ausgelöst. In diesem Fall wechselt das Ausgangssignal des Komparators 38 auf seinen High-Pegel. Eine solche positive Flanke des Signals 40 veranlaßt einen Zeitschaltkreis 44, an seinem Ausgang 45 einen Ausgangsimpuls von definierter Dauer abzugeben. Dieser Ausgangsimpuls gelangt über einen Verstärker 46 an ein zweites Relais 47, dessen Kontaktzunge 48 ebenfalls als Schließer ausgebildet ist. Während der Dauer des Impulses 45 wird demnach der Magnet 4 9 erregt, der dabei das Nachfüllventil 50 öffnet. Durch dieses Ventil 50 fließt sodann Wasser aus dem Trinkwassernetz 51 in den Regenwassersammelbehälter 2 nach, wodurch der Füllstand 15 ansteigt. Die Impulsdauer des Zeitschaltkreises 44 ist so eingestellt, daß während dieses Zeitraums durch das nachfließende Trinkwasser gerade eben das virtuelle Niveau 52 erreicht wird, das einen ausreichenden Wasservorrat innerhalb des Regenwassersammelbehälters 2 gewährleistet.The refill device 4 is also activated by the sensor 6, i.e. when the level falls below 17. In this case, the output signal of the comparator 38 changes to its high level. Such a positive edge of the signal 40 causes a timer circuit 44 to emit an output pulse of a defined duration at its output 45. This output pulse is sent via an amplifier 46 to a second relay 47, whose contact tongue 48 is also designed as a normally closed contact. During the duration of the pulse 45, the magnet 49 is therefore excited, which opens the refill valve 50. Water then flows through this valve 50 from the drinking water network 51 into the rainwater collection tank 2, causing the fill level 15 to rise. The pulse duration of the timer circuit 44 is set so that during this period the incoming drinking water just reaches the virtual level 52, which ensures a sufficient water supply within the rainwater collection tank 2.
Das Steuergerät 7 benötigt nur einen einzigen elektrischen Anschluß in Form eines Netzsteckers 53, der mit dem Gehäuse 54 baulich integriert ist. In ähnlicher Form kann die Schnittstelle des Primärstromkreises 21 zwischen dem Antriebsmotor 14 und dem Steuergerät 7 als mit dem Gehäuse 54 integrierte Netzsteckdose 55 ausgebildet sein.The control unit 7 requires only a single electrical connection in the form of a power plug 53 , which is structurally integrated with the housing 54. In a similar form, the interface of the primary circuit 21 between the drive motor 14 and the control unit 7 can be designed as a power socket 55 integrated with the housing 54.
Claims (10)
5integrator (26), and that this input (42), if necessary via an inverter (41), is coupled to the logical output signal (40) of the level sensor (6).
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