DE29609072U1

DE29609072U1 - Einrichtung zur Erfassung des Ladezustandes eines Warmwasserspeichers

Info

Publication number: DE29609072U1
Application number: DE29609072U
Authority: DE
Original assignee: Joh Vaillant GmbH and Co
Current assignee: Vaillant GmbH
Priority date: 1995-05-12
Filing date: 1996-05-10
Publication date: 1996-07-04
Anticipated expiration: 2006-05-11

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

O
2. Mai

Joh. Vaülant GmbH u. Co. GM 1462

ANSPRÜCHE

Einrichtung 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) gebildet

ist, 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.