DE29609072U1 - Einrichtung zur Erfassung des Ladezustandes eines Warmwasserspeichers - Google Patents
Einrichtung zur Erfassung des Ladezustandes eines WarmwasserspeichersInfo
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Description
O 2. Mai 1996
Joh. Vaillant GmbH u. Co. GM 1462
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Erfassung des Ladezustandes eines
Warmwasserspeichers, insbesondere eines Schichtspeichers.
Bei Warmwasserspeichern ist es üblich, meist nur einen Thermofühler anzuordnen. Damit ist
aber nur eine punktuelle Erfassung der Temperatur möglich, die keinesfalls eine sichere
Abschätzung des Ladezustandes des Speichers ermöglicht. Letztlich kann es bei einem
Schichtspeicher je nach dem Verlauf der einzelnen Zapfungen und deren zeitlicher Folge zu
einer mehr oder weniger ausgeprägten Schichtung kommen.
Ziel der Erfindung ist es, diesen Nachteil zu vermeiden und eine Einrichtung der eingangs
erwähnten Art vorzuschlagen, die unter den üblichen Betriebsbedingungen eine sichere Erfassung
des Ladezustandes zumindest eines größeren Bereiches eines Warmwasserspeichers ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird dies bei einer Einrichtung der eingangs erwähnten Art durch die
kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 erreicht.
Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen ist es möglich, die mittlere Temperatur eines bestimmten
Bereiches des Schichtspeichers und damit den Beladungszustand in diesem Bereich des Warmwasserspeichers zu erfassen. Die mittlere Temperatur des Inhaltes des
Warmwasserspeichers im überwachten Bereich bestimmt dabei die Dichte des im Rohr des
Dichtemessers gehaltenen Mediums, wodurch aufgrund der Dichte des im Dichtemesser
befindlichen Mediums ein Rückschluß auf die mittlere Temperatur des Inhaltes des Warmwasserspeichers
im überwachten Bereich desselben möglich ist.
Durch die Merkmale des Anspruches 2 ergibt sich eine in konstruktiver Hinsicht sehr einfache
Ableseeinrichtung, wobei die Anzeige in beliebigen Einheiten wie 0C oder Joule erfolgen
kann.
Durch die Merkmale des Anspruches 3 werden den Ladezustand charakterisierende Signale
erhalten, die in einer entsprechenden Steuerung weiterverarbeitet werden können.
Durch die Merkmale des Anspruches 4 ergibt sich eine in konstruktiver Hinsicht sehr einfache
Lösung.
Durch die Merkmale des Anspruches 5 ergibt sich der Vorteil, daß sich die Dichte des Salzgemisches
bis zum Erreichen der Schmelztemperatur desselben kaum mit der Temperatur ändert. Nach dem Erreichen der Schmelztemperatur ändert sich der Aggregatzustand des
Salzgemisches und die Dichte desselben nimmt stark ab und das Salzgemisch dehnt sich
stark aus. Da bei unterschiedlichen Temperaturen in verschiedenen Bereichen des Warmwasserspeichers
das Salzgemisch im Dichtemesser schmilzt, können auch relativ kleine Unterschiede der Durchschnittstemperatur des Inhaltes des Warmwasserspeichers leicht
erkannt werden.
Grundsätzlich kann aber der Dichtemesser auch mit anderen Medien gefüllt sein, z.B. mit
Wasser. Es muß lediglich sichergestellt sein, daß die Ableseeinrichtung auf die zu erwartenden
Dichteänderungen entsprechend eingestellt ist. Dies kann z.B. durch ein entsprechendes
Tradieren eines Schwimmkörpers erfolgen.
Durch die Merkmaie des Anspruches 6 ist es auf einfache Weise möglich bei einem bestimmten
Belastungsgrad den Schaltzustand des Schalters zu ändern und einen entsprechenden
Schaltbefehl auszulösen.
Durch die Merkmale des Anspruches 7 ergibt sich der Vorteil, daß die mittlere Temperatur
des gesamten Schichtspeichers erfaßt wird und daher auch der gesamte Wärmeinhalt desselben
überwacht.
Durch die Merkmale des Anspruches 8 ergibt sich der Vorteil, daß wahlweise der gesamte
Inhalt des Schichtspeichers oder lediglich der obere Bereich des Schichtspeichers überwacht
wird.
Die Merkmale des Anspruches 9 ermöglichen es, wahlweise bereits bei höherem Wärmeinhalt
des Schichtspeichers im Bedarfsfall eine Wärmeanforderung auszulösen und damit eine
Aufladung des Schichtspeichers einzuleiten, so daß mehr Brauchwasser zur Verfügung
steht. Andererseits kann im Normaibetrieb die Zahl der Starts der Heizquelle niedriggehalten
werden, wobei eben erst bei einem entsprechend weiten Absinken des Wärmeinhaltes des
Schichtspeichers mit dessen Aufladung begonnen wird.
Die Merkmale des Anspruches 10 ermöglichen einen sehr einfachen Aufbau der Steuerung,
wobei ebenfalls eine Möglichkeit besteht, im Bedarfsfall den Wärmeinhalt des Schichtspeichers,
über einen längeren Zeitraum betrachtet, auf einem höheren Niveau zu halten und dadurch die Möglichkeit zu haben, entsprechend große Mengen an Brauchwasser, z.B. für
mehrere Bäder, zu entnehmen.
Durch die Merkmale des Anspruches 11 ergibt sich ein sehr einfacher Aufbau eines Dichtemessers,
von dem auf einfache Weise analoge Signale abgegriffen werden können, die dem Energieinhalt des vom Dichtemesser überwachten Bereich des Schichtspeichers entsprechen.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1 schematisch einen Warmwassserspeicher mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung,
Fig. 2 schematisch eine weitere Ausführungsform eines Warmwassserspeicher mit einer
erfindungsgemäßen Einrichtung,
Fig. 3 ein Detail einer erfindungsgemäßen Einrichtung,
Fig. 4 ein Detail einer weiteren erfindungsgemäßen Einrichtung, Fig. 5 und 6 schematisch weitere Ausführungsformen erfindungsgemäßer Einrichtungen und
Fig. 7 ein Diagramm, das den Zusammenhang der Umgebungsbedingungen des Rohres
des Temperaturfühlers mit dem in dessen Inneren herrschenden Druck zeigt.
Gleiche Bezugszeichen bedeuten in allen Figuren gleiche Einzelheiten.
Bei einem Warmwasserspeicher 1 nach der Fig. 1 ist ein Schichtspeicher 2 von einer isolierung
3 umgeben. Dieser Schichtspeicher 2 ist über einen Wärmetauscher aufheizbar, dessen
Sekundärkreis 5 über ein Anschlußrohr 6 mit dem obersten Bereich 7 des Speichers 2
verbunden ist.
Weiter ist der Sekundärkreis 5 des Wärmetauschers 4 über ein Anschlußrohr 8 mit einer
Umwälzpumpe 9 verbunden, die über ein Steigrohr 10 mit dem untersten Bereich 11 des
Speichers 2 verbunden ist.
Der Primärkreis 12 ist über Leitungen 13,14 mit einer nicht dargestellten Wärmequelle verbunden.
Weiter führt vom obersten Bereich 7 des Speichers 2 eine Zapfleitung 15 weg und eine
Kaltwasserleitung 16 führt in den untersten Bereich 11 des Speichers 2 hinein.
In der Anschlußleitung 6 ist ein Temperaturfühler 17 angeordnet, der über eine Signalleitung
18 mit einer Steuerung 19 verbunden ist. Diese Steuerung 19 ist über eine Steuerleitung 20
mit der Umwälzpumpe 9 verbunden, wobei die Steuerung 19 über eine weitere Signalleitung
21 mit einem Dichtemesser 22 verbunden ist.
Der Dichtemesser 22 weist ein an seinem unteren Ende geschlossenes Rohr 23 auf, in dem
ein Medium gehalten ist, dessen Dichte sich mit der Temperatur ändert. Im aus dem Speicher
2 herausragenden Bereich 24 des Rohres 23 ist eine Sensor- bzw.Ableseeinrichtung 25
angeordnet, die mit der Steuerung 19 verbunden ist.
Bei Temperaturänderungen im Bereich des Inhaltes des Speichers 2 ändert sich auch die
Temperatur des im Rohr 23 gehaltenen Mediums, und damit auch dessen Dichte. Das Rohr
23, ist zweckmäßigerweise aus einem Material mit guter Wärmeleitfähigkeit hergestellt, Die
Dichte des Mediums im Dichtemesser wird in der Ableseeinrichtung 25 angezeigt.
Die Ableseeinrichtung dient zweckmäßigerweise gleichzeitig als Sensoreinrichtung und liefert
ein analoges Signal über die Steuerleitung 20 an die Steuerung 19. Diese ist vorteilhafterweise
mit einer umschaitbaren Schwellwerteinrichtung versehen, die bei Unterschreitung
des jeweils eingestellten Schwellwertes ein die Aufheizung des Schichtspeichers aktivierendes
Signa! abgibt, so daß bei Unterschreitung einer bestimmten Durchschnittstempratur,
bzw. eines bestimmten Energieinhaltes des Schichtspeichers 2 dessen Aufheizung gestartet
wird.
Dabei läßt sich durch die Umschaltung des Schwellwertes neben einem Normalbetrieb, bei
dem erst bei einem relativ geringen verbleibenden Energieinhalt des Schichtspeichers 2
dessen Aufheizung bzw. Aufladung gestartet wird, auch ein "Komforf-Betrieb durchführen,
bei dem bereits bei einem relativ hohen verbleibenden Energieinhalt des Schichtspeichers 2
dessen Aufladung gestartet wird. In letzterem Fall kann die Aufladung bzw. der Energieinhalt
des Schichtspeichers auf einem Wert gehalten werden, der auch unmittelbar vor Beginn der
Aufladung noch ausreicht, um z.B. eine Wannenfüllung mit ausreichend warmem Wasser zu
ermöglichen.
Die Ausführungsform nach der Fig. 2 unterscheidet sich von jener nach der Fig. 1 nur dadurch,
daß der Speicher mit einer elektrischen Heizung 26 versehen ist.
Die Fig. 3 zeigt ein Detail einer Ableseeinrichtung 25. Dabei zweigt von dem Rohr 23 eine
Abzweigung 27 ab, die einen vertikal verlaufenden Abschnitt 28 aufweist. Dabei ist das freie
Ende des Rohres 23 mit einer mit einem Gewinde versehenen Aufweitung 29 versehen, in
die eine Stellschraube 30 eingeschraubt ist. Dabei ist die Stellschraube 30 mit einem Kolben
31 verbunden, der das Rohr 23 abschließt.
Der vertikal verlaufende Abschnitt 28 der Abzweigung 27 ist ebenfalls durch einen Kolben 32
abgeschlossen. Dieser ist mit einem Schalter 33 verbunden, der in einem mit der Steuerung
19 verbundenen Schaltkreis 34 eingeschaltet ist. Dabei ist der Schalter 33 durch eine Feder
35 gegen dessen offene Stellung vorgespannt.
Die Fig. 4 zeigt eine Variante einer Ableseeinrichtung 25. Dabei ist das Rohr 23 des Dichtemessers
22, das aus einem nicht magnetisierbaren Material hergestellt ist, von einer Spule
36 umgeben, die an eine Wechselstromquelle 37 angeschlossen ist.
Durch Veränderung des Spiegels des Mediums im Rohr 23 ergibt sich eine Änderung der
Induktivitität der Spule 36, die mittels des Meßgerätes 38 erfaßt werden kann. Die Ablesebzw.
Sensoreinrichtung nach der Fig. 4 ermöglicht auf einfache Weise die Abgabe eines
analogen Signales in Abhängigkeit von der durchschnittlichen Temperatur im Schichtspei-
eher 2, bzw. von dessen Energieinhalt. Dieses kann in der Steuerung in der oben angebenen
Weise verarbeitet werden.
Bei der Ausführungsform nach der Fig. 5 ragt das Rohr 23' des Dichtemessers 22' nur bis
etwa der halben Höhe des Schichtspeichers 2 von oben herab in diesen hinein. Der übrige
Aufbau des Dichtemessers 22' ist gleich mit jenem des Dichtemesser 22 nach der Fig. 1
oder 2, wobei jedoch ein Drucksensor 39 mit dem Dichtemesser 22' verbunden ist, der entsprechende
Drucksignale an die Steuerung 19 über die Steuerleitung 20 liefert. Dabei besteht
auch die Möglichkeit, den Drucksensor als Schaltkreis 34 auszubilden, wie er aus der
Fig. 3 zu ersehen ist. In diesem Fall erhält die Steuerung 19 im Falle einer Überschreitung
einer bestimmten Temperatur ein Signal über die Steuerleitung 20, bzw. kein Signal, wenn
eine bestimmte Durchschnittstemperatur im Schichtspeicher 2, bzw. in dem vom Dichtemesser
22' überwachten Bereich desselben unterschritten wird, wobei diese Werte aufgrund
der unvermeidlichen Hysterese des Schaltkreises 34 voneinander verschieden sind.
Grundsätzlich kann der Druckmesser z.B. auch entsprechend der Fig. 4 ausgebildet sein
und ein analoges Signal liefern.
Bei der Ausführungsform nach der Fig. 6 sind zwei Dichtemesser 22, 22' vorgesehen, die
beide mit je einem Drucksensor 39 verbunden sind, die ihrerseits über Steuerleitungen 20
mit der Steuerung 19 verbunden sind.
Bei dieser Ausführungsform kann in der Steuerung 19 einfach ein Umschalter vorgesehen
sein, der wahlweise die Signale des einen oder des anderen Drucksensors 39 zu einem
Komperator oder einer Schwellwertschaltung durchschaltet. Dabei kann der Dichtemesser
22 für den Komfort-Betrieb vorgesehen werden und der Dichtemesser 22' für den Normalbetrieb.
Die Fig. 7 zeigt den Zusammenhang zwischen den Umgebungsbedingungen des Dichtemessers
22, 22' und dem Druck im Bereich eines Druckmessers 39, wobei als Dichtemesser
22, 22' ein geschlossenes mit Gas, z.B. Luft, gefülltes Rohr 23, 23' vorgesehen ist, dessen
Inneres mit einem Drucksensor 39 verbunden ist.
Die Druckänderung im Inneren des Rohres 23, 23' ergibt sich nach der Gasgleichung wie
folgt:
p-V=n-R-T
wobei &rgr; den Druck, V das Volumen, &eegr; die Gasmenge, die aufgrund des Umstandes, daß das
Rohr 23, 23' geschlossen ist, konstant ist, R die Gaskonstante und T die Temperatur bedeuten.
Dadurch ergibt sich
Die Fig 7 zeigt die Abhängigkeit des Druckes von der Temperatur, wenn das Rohr 23, 23'
bei Umgebungsbedingungen, d.h pg=1013 mbar und Tq=293K (200C) gefüllt wird.
Ist die Speichertemperatur <20°C entsteht im Rohr 23, 23' ein Unterdruck, ist die Speichertemperatur
>20-C so herrscht im Rohr 23, 23' ein Überdruck.
Aus dem Druck im Rohr 23, 23' kann auf die im Schichtspeicher 2 vorhandene Wärmemenge
geschlossen werden und z.B. auf einem Display angezeigt werden. Weiter kann z.B.
mittels des Drucksensors 39 ein entsprechendes elektrisches Signal erzeugt und der Steuerung
19 zugeführt werden, so daß die Wärmeanforderung über dieses Signal gesteuert
werden kann.
Claims (2)
- O
- 2. MaiJoh. Vaülant GmbH u. Co. GM 1462ANSPRÜCHEEinrichtung zur Erfassung des Ladezustandes eines Warmwasserspeichers (1), insbesondere eines Schichtspeichers (2), dadurch gekennzeichnet, daß ein vom Inhalt des Speichers (2) umspülter Dichtemesser (22) vorgesehen ist, bei dem in einem sich in den Schichtspeicher (2) erstreckendes Rohr (23) ein seine Dichte mit der Temperatur änderndes Medium und eine Ableseeinrichtung (25), bzw. eine Sensoreinrichtung vorgesehen ist.Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ableseeinrichtung (25) durch einen im Bereich eines transparenten Abschnittes des Rohres (23) des Dichtemessers (22) gehaltenen Schwimmkörpers gebildet ist.Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ableseeinrichtung (25) durch eine von einem Wechselstrom durchfiossenen Spule (36) gebildetist, wobei das Rohr (23) des Dichtemessers (22) aus einem unmagnetischen Material hergestellt ist.Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (23) des Dichtemessers (22) aus dem Speicher (2) herausragt, wobei die Abieseeinrichtung (25) im aus dem Speicher (2) herausragenden Bereich des Rohres (23) angeordnet ist.Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Rohr (23) des Dichtemessers (22) ein Salzgemisch gehalten ist, dessen Schmelzpunkt nur wenig unterhalb der Solltemperatur des Speichers (2) liegt.Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinrichtung durch eine an dem freien Endbereich des Rohres des Dichtemessers (22) angeordnete Abzweigung (27) aufweist, wobei beide Bereiche der Abzweigung in vertikal verlaufenden Abschnitten (28) enden und einer dieser Abschnitte mittels eines mit einer Stellschraube (30) verstellbaren Kolben (31) verschlossen ist und der andere vertikale Abschnitt (28) mit einem Schalter (33) bewegungsschlüssig verbundenen Kolben (32) abgeschlossen ist.7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich das in den Schichtspeicher (2) erstreckende Rohr (23) im wesentlichen über die gesamte Höhe des Schichtspeichers (2) erstreckt.8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in den Schichtspeicher (2) neben einem sich im wesentlichen über die gesamte Höhe des Schichtspeichers (2) erstreckenen Rohres (23) ein weiterer Dichtemesser (221) vorgesehen ist, bei dem in einem sich von oben im wesentlichen bis zur halben Höhe des Schichtspeichers (2) erstreckenden Rohr (231) ein seine Dichte mit der Temperatur änderndes Medium und eine Sensoreänrichtung vorgesehen ist.9. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinrichtung mit einer Steuerung (19) verbunden ist, die bei Unterschreitung eines bestimmten über einen Umschalter auf unterschiedliche Werte einstellbaren Wärmeinhaltes des Schichtspeichers (2) ein Signal zur Wärmeanforderung abgibt.10. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,daß die beiden Dichtemesser (22, 22') mit einer Steuerung (19) verbindbar sind, wobei über einen Umschalter wahlweise die Signale des einen oder des anderen Dichtemessers (22, 22') der Steuerung (19) zuführbar sind.11. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß der Dichtemesser (23, 23') durch ein geschlossenes mit Gas, z.B. Luft, gefülltes Rohr {23, 23') gebildet ist, dessen Inneres mit einem Drucksensor (39) in Verbindung steht.
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1996
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Effective date: 20000301 |