DE3842644C2 - Verfahren zum Steuern der Leistung eines elektrisch beheizten Durchlauferhitzers - Google Patents
Verfahren zum Steuern der Leistung eines elektrisch beheizten DurchlauferhitzersInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Steuern der Leistung
eines elektrisch beheizten Durchlauferhitzers gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen
Patentansprüche.
Solche Verfahren sind bekannt, und zwar aus der der DE-OS 3 712 648. Hierbei werden
die Störgrößen Einlauftemperatur-, Wasserdurchsatz- und Speisespannungsänderung
erfaßt, und aus diesen Größen werden jeweils deren Einfluß kompensierende
Zusatzleitungen gebildet, mit denen einer oder mehrere der in den letzten beheizten
Strecken des Durchlauferhitzers liegende Heizwiderstände beaufschlagt sind. Hierbei
werden die Kompensationsleistungen verzögert als Funktion der Durchlaufzeit des
Wassers im Kanal zwischen dem Ort der Ausrückung der Störgröße und dem der
Kompensation auf den oder die Widerstände gegeben. Hierbei findet eine Wasserdurchsatzmessung
nach dem Prinzip statt, daß stromauf und stromab eines mit einer
konstanten Leistung beheizten Heizwiderstandes am Eingang der Kanalstrecke im
Durchlauferhitzer die Wassertemperatur gemessen wird. Aus der Temperaturerhöhung
kann bei konstanter abgegebener elektrischer Leistung auf den Wasserdurchsatz
geschlossen werden.
Es besteht die Aufgabe, die gesteuerte Auslauftemperatur eines solchen elektrischen
Durchlauferhitzers möglichst konstant zu halten, und zwar insbesondere bei Änderung
des Wasserauslauftemperatur-Soll-Wertes den Übergang des Ist-Wertes von
einen auf den anderen Soll-Wert möglichst schnell und ohne Überschwingung darstellen
zu können.
Die Lösung der Aufgabe besteht bei einem Verfahren der eingangs näher bezeichneten
Art erfindungsgemäß in den Merkmalen der nebengeordneten Patentansprüche.
Weitere Ausgestaltungen und besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung
sind in den abhängigen Patentansprüchen enthalten. Durch diese Maßnahmen wird
im wesentlichen folgendes erreicht: Wenn die Durchsatzmessung während der Änderung
des Auslauftemperatur-Soll-Wertes beibehalten wird, so tritt entweder eine unerwünschte
Temperaturerhöhung oder -erniedrigung ein. Wird angenommen, daß bei
einer hydraulischen Serienschaltung aller Widerstände im beheizten Kanalblock ein
weitgehend am Anfang liegender Widerstand abgeschaltet wird und ein am Ende liegender
Widerstand zugeschaltet und eine Temperaturerhöhung angestrebt wird, so
muß davon ausgegangen werden, daß der zugeschaltete Widerstand in seiner abgegebenen
Leistung höher liegt. Da das im ersten Moment des Umschaltens den stromaufliegenden
Widerstand passierte Wasser von diesem bereits beheizt wurde, wird es
vom hintenliegenden Widerstand noch einmal beheizt. Das führt zu einer Temperaturerhöhung,
der neue Auslauftemperaturwert stellt sich dann erst nach der Zeit ein, die
das Wasser zum Passieren des gesamten Kanallochs benötigt. Liegen die Verhältnisse
umgekehrt, also ein hintenliegender Widerstand abgeschaltet und ein vorneliegender
Widerstand zugeschaltet, so findet eine Temperatursenkung statt, da das den
Durchlauferhitzer dann passierende Wasser vom eingeschalteten stromaufliegenden
Widerstand noch nicht beheizt wurde, vom hintenliegenden Widerstand aber nicht
mehr beheizt wird.
Insofern führt eine Unterdrückung der Durchsatzmessung in diesem Fall zu einer besseren
Einhaltung der gewünschten Auslauftemperatur, da man voraussetzen kann,
daß sich am Durchsatz durch das System nichts geändert haben kann, wenn der
Benutzer lediglich den Auslauftemperatur-Soll-Wert verstellt. Das bestehende Leistungsdefizit
oder Leistungsüberangebot, was trotzdem eintritt, kann man in eine entsprechende
Variation der gesamten Leistung des Durchlauferhitzers kompensieren,
aber nur für die Zeit des Durchlaufs des Wassers durch das System.
Auch dieser zweiten Variante der Erfindung liegen die gleichen Ansätze zugrunde,
daß nämlich der Durchsatz bei einer Variation, z. B. der Durchflußmedium-Einlauftemperatur,
konstant bleiben muß. Das Unterdrücken der Durchsatzmessung bei dem
Verfahren gemäß der dritten Variante der Erfindung bringt in diesem Fall nur eine Vergrößerung
des Fehlers, also wird gerade ein neuer Durchsatzwert gemessen und für
die Temperatursteuerung benutzt. Die Wartezeit dient dazu sicherzustellen, daß der
Durchflußmeßwiderstand auf seine Arbeitstemperatur kommt. Auch hierfür gilt, daß
das Leistungsdefizit bzw. -überangebot durch eine Variation der Leistung der Widerstände
für die Durchlaufzeit des Wassers durch das System kompensiert werden
kann.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Figur der Zeichnung näher
erläutert.
Die Zeichnung zeigt einen elektrischen Durchlauferhitzer
für sanitäres Brauchwasser in einer Schemadarstellung.
Der elektrische Durchlauferhitzer weist einen Kunststoff
kanalkörper 2 auf, der in seinem Inneren eine Kanalstrec
ke 3 besitzt, die mit einer Vielzahl nicht bezeichneter
Umlenkungen versehen ist. Hierdurch entstehen Kanalstrec
ken 4, die beheizt oder unbeheizt sein können. Es sind,
in Durchflußrichtung 5 des Wassers gesehen, zunächst nach
einem Wasserschalter 6 zwei beheizte Kanalstrecken 7 und
8 vorgesehen, dann folgt eine weitere beheizte Kanal
strecke 9, an die sich eine unbeheizte Kanalstrecke 10
anschließt. Dieser folgen zwei weitere beheizte Kanal
strecken 11 und 12. An den Kanalkörper 2 schließt sich
ein Zapfventil 13 an, das zu einem Warmwasserauslauf 14
führt.
Es ist eine Steuervorrichtung 15 vorgesehen, die mit ei
nem Soll-Wert-Geber 16 zur Vorgabe einer veränderbaren
Warmwasserauslauftemperatur versehen ist. Der Wasser
schalter 6 ist über eine Meßleitung 17 mit der Steuervor
richtung 15 verbunden. Die beheizten Kanalstrecken weisen
Widerstände R1, R2, R3, R4, R5 auf, die mit Zuleitungen
18, 19, 20, 21, 22, 23 und 24 versehen sind. Diese Zulei
tungen führen zu Außenleitern L1, L2 und L3 eines spei
senden Drehstromnetzes. In allen Zuleitungen sind
elektrische Schalter vorgesehen, die entweder als Kontak
te oder als Triacs ausgebildet sind. In den Zuleitungen
18, 21, 22 und 24 finden Triacs T1, T2, T3 und T4, in den
Zuleitungen 19, 20 und 23 finden sich Schalter S1, S2 und
S3. Alle Ansteuerleitungen der Triacs beziehungsweise Be
tätigungswirkvorrichtungen der Schalter sind mit der
Steuervorrichtung 15 verbunden. Die Widerstände sind so
bemessen, daß an ihnen bei Spannungsdauereinschaltung
unterschiedliche Leistungen an das durchfließende Wasser
abgegeben werden. Die Leistungen der einzelnen Widerstän
de liegen zwischen 2 und 8 kW. Die Anbindung der einzel
nen Widerstände an die Außenleiter hängt davon ab, daß
bei Leistungsumschaltungen ein Minimum an Flickerrück
wirkungen auf das speisende Netz erreicht wird. Weiterhin
hängt die Art der Anbindung auch von der Verkalkungsge
fahr ab und von der Durchbrenngefahr aufgrund sich bil
dender Luftblasen bei aufwärts oder abwärts durchströmten
beheizten Strecken. Auch die Gefahr zu hoher Ableitströme
an den Außenseiten des Kanalblocks muß berücksichtigt
werden. Weiterhin gilt, daß bezüglich der elektrischen
Anbindung sowohl die Sternschaltung als auch die Dreieck
schaltung möglich ist.
Stromauf des Widerstandes R1 und stromab des Widerstandes
R2 befinden sich je ein Temperaturfühler 25 und 26, die
über Meßleitungen 27 und 28 mit der Steuervorrichtung
verbunden sind. Mit dem Temperaturfühler 25 kann die Was
sereinlauftemperatur ermittelt werden, aufgrund der Dif
ferenzwerte der Temperaturfühler 25 und 26 der Wasser
durchsatz, wenn eine Beheizung durch die Widerstände R1
und/oder R2 erfolgt und diese konstant gehalten wird, da
der Kanalquerschnitt in der Durchlaufstrecke bekannt und
konstant ist.
Das Verfahren arbeitet wie folgt:
Im Ruhezustand sind alle Schalter geöffnet beziehungswei
se alle Triacs gesperrt. Das Zapfventil 13 ist geschlos
sen, Wasserdurchsatz findet nicht statt. Wird das
Zapfventil 13 geöffnet, erfolgt unmittelbar danach Was
serdurchsatz, was vom Wasserschalter 6 registriert wird.
Dieser gibt über die Leitung 17 an die Steuervorrichtung
15 ein Signal des Inhalts, daß Wasser unbekannten Durch
satzes durch das System fließt. Der Benutzer des Durch
lauferhitzers hat am Soll-Wert-Geber 16 eine bestimmte
Soll-Temperatur vorgegeben. Es wird nun angestrebt, daß
in der Zapfleitung 14 Wasser mit einer Temperatur dieses
Soll-Wertes austritt. Für den Fall, daß sich die Wasser
einlauftemperatur, der Durchsatz und der Soll-Wert nicht
ändern, ist das gewährleistet, da über die Widerstände R1
bis R5 eine Leistung auf das Wasser abgegeben werden
kann, die der gewünschten Temperaturerhöhung bei dem
festliegenden Durchsatz entspricht.
Nunmehr gibt es im wesentlichen drei Störgrößen, die auf
das System einwirken können: Zum einen ist es möglich,
daß der Benutzer durch Verstellen des Soll-Wertes wärme
res oder kälteres Wasser wünscht. Wünscht er wärmeres
Wasser, so muß die Beheizung des Durchlauferhitzers ins
gesamt erhöht werden. Dies kann geschehen, indem ein bis
lang nicht an das Stromnetz angeschlossener Widerstand
eingeschaltet wird oder daß ein Widerstand eingeschaltet,
ein anderer hingegen abgeschaltet wird oder daß Lei
stungsbeaufschlagung eines Widerstandes durch Variation
des Taktverhaltens des zugehörigen Triacs geändert wird.
Im letzteren Fall ergibt sich keine Notwendigkeit, etwas
weitergehendes zu tun. Das gleiche gilt, wenn lediglich
ein zusätzlicher Widerstand im System eingeschaltet
wird. Wird aber ein Widerstand aus- und ein anderer einge
schaltet, ergibt sich entweder ein Überangebot oder ein
Defizit an Leistung für die Durchlaufzeit des Wassers
durch den gesamten Kanalkörper 2. Dieses Über- oder
Unterangebot an Leistung wird für die Durchlaufzeit des
Wassers durch den Kanalkörper durch ein entsprechendes
Unter- oder Überangebot an Leistung kompensiert.
Bezüglich der Durchsatzmessung ergibt sich aber dann ein
Problem, wenn einer der in die Durchsatzmessung einbezo
genen Widerstände zu denen gehört, die ab- oder zuge
schaltet werden. In diesem Fall würde die fortlaufende
Durchsatzmessung die Temperatursteuerung zusätzlich be
einträchtigen, daß sie einen geänderten Durchsatz vor
täuschen würde, ein solcher aber gar nicht vorliegt. Aus
diesem Grunde wird die Durchsatzmessung für die Durch
laufzeit des Wassers durch das System unterdrückt.
Ändert sich die Wassereinlauftemperatur in den Kanalkör
per 2, so wird dies über den Fühler 25 erfaßt und über
die Leitung 27 der Steuervorrichtung 15 mitgeteilt. Bei
unverändertem Auslauftemperatur-Soll-Wert und unveränder
tem Durchsatz führt auch eine abgesenkte Wassereinlauf
temperatur zu einer Leistungserhöhung des Systems, eine
sich anhebende Wassereinlauftemperatur müßte zu einer
Leistungsverminderung führen. Auch in diesem Fall wird
von der Steuervorrichtung Einfluß auf die Beheizung der
Widerstände genommen, die abgegebene Leistung entweder
erhöht oder erniedrigt. Dies kann im Einzelfall, wie eben
geschehen, erfolgen. Auch hierdurch ergeben sich in zwei
Fällen Leistungsüberangebote oder Leistungsdefizite, die
in analoger Weise durch Leistungsunterangebote oder Über
angebote für die Durchlaufzeit des Wassers durch das
System kompensiert werden. Auch in diesem Falle würde
eine Durchflußmessung dann zu falschen Durchsatzmessungen
führen, wenn ein an der Durchsatzmessung beteiligter
Widerstand in seiner Leistung an das Wasser variiert
wird. Auch deswegen wird aus diesem Grunde die Durchsatz
messung für die Durchlaufzeit durch das System unter
drückt.
Der dritte zu behandelnde Fall ist, daß tatsächlich der
Durchfluß geändert wird. Dies kann vom Verbraucher
herrühren, indem er das Zapfventil 13 in seinem Durch
laßquerschnitt vergrößert oder verkleinert, die Durch
satzänderung kann auch erfolgen, weil der Wasservordruck
durch eine Druckspitze sich erhöht oder durch Zuschaltung
anderer Verbraucher erniedrigt wird. In beiden Fällen
bleiben die beiden Größen, nämlich der Auslauftemperatur-
Soll-Wert und die Einlauftemperatur, konstant. In diesem
Falle antwortet das System dem veränderten Durchsatz auch
durch eine Leistungsanpassung, und zwar entweder einer
Leistungserhöhung oder -erniedrigung. Auch hierfür gilt,
daß in den geschilderten zwei Fällen für die Durch
laufzeit des Wassers durch das System ein Leistungs
defizit oder -überangebot durch eine entgegengesetzte
Komponente für die Durchlaufzeit kompensiert wird. Ledig
lich im Unterschied zu den eben behandelten Fällen muß
die Durchsatzmessung weiter erfolgen und ausgewertet wer
den. Es ist hier aber eine Wartezeit vonnöten, die die
Durchsatzmessung erst dann in ihren Ergebnissen freigibt,
wenn sichergestellt ist, daß die für die Durchsatzmessung
benötigten Widerstände oder der benötigte Widerstand auf
geheizt ist, da erst dann eine korrekte Durchsatzmessung
möglich ist.
Die eben geschilderten Verhältnisse setzen voraus, daß
die Durchsatzmeßstrecke am stromaufseitigen Teil des Ka
nalkörpers 2 angeordnet ist.
Claims (5)
1. Verfahren zum Steuern der Leistung eines elektrisch beheizten Durchlauferhitzers,
bei dem der Durchsatz bei bekannter Kanalquerschnittsfläche
über die Temperaturerhöhung an wenigstens zwei Widerständen gemessen
wird, von denen einer in seiner an das Durchflußmedium abgegebenen
Leistung nicht variiert wird und bei dem wenigstens ein weiterer Widerstand
verwendet wird, dessen Leistung zum Steuern eines von einem
Außentemperatur-Soll-Wert, dem aktuellen Durchsatz und der Einlauftemperatur
diktierten Wertes der Auslauftemperatur geändert wird, dadurch
gekennzeichnet, daß bei einer Änderung des Auslauftemperatur-Soll-Wertes
die Durchsatzmessung für eine vorgebbare Zeit unterdrückt wird und
für diese Zeit in bekannter Weise das entstehende Fehlangebot an Leistung
kompensiert wird.
2. Verfahren zum Steuern der Leistung eines elektrisch beheizten Durchlauferhitzers,
bei dem der Durchsatz bei bekannter Kanalquerschnittsfläche
über die Temperaturerhöhung an wenigstens zwei Widerständen gemessen
wird, von denen einer in seiner an das Durchflußmedium abgegebenen
Leistung nicht variiert wird und bei dem wenigstens ein weiterer Widerstand
verwendet wird, dessen Leistung zum Steuern eines von einem
Außentemperatur-Soll-Wert, dem aktuellen Durchsatz und der Einlauftemperatur
diktierten Wertes der Auslauftemperatur geändert wird, dadurch
gekennzeichnet, daß bei einer Änderung des Ist-Wertes der Durchflußmedium-Einlauftemperatur
die Durchsatzmessung für eine vorgebbare Zeit
unterdrückt wird und für diese Zeit in bekannter Weise das entstehende
Fehlangebot an Leistung kompensiert wird.
3. Verfahren zum Steuern der Leistung eines elektrisch beheizten Durchlauferhitzers,
bei dem der Durchsatz bei bekannter Kanalquerschnittsfläche
über die Temperaturerhöhung an wenigstens zwei Widerständen gemessen
wird, von denen einer in seiner an das Durchflußmedium abgegebenen
Leistung nicht variiert wird und bei dem wenigstens ein weiterer Widerstand
verwendet wird, dessen Leistung zum Steuern eines von einem
Außentemperatur-Soll-Wert, dem aktuellen Durchsatz und der Einlauftemperatur
diktierten Wertes der Auslauftemperatur geändert wird, dadurch
gekennzeichnet, daß bei Vorliegen eines geänderten Durchsatzwertes die
Durchsatzmessung für eine vorgebbare Zeit unterdrückt wird und für diese
Zeit in bekannter Weise das entstehende Fehlangebot an Leistung kompensiert
wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Unterdrückungszeit der Zeit entspricht, die das Durchflußmedium vom
Passieren des zweiten Fühlers der Durchsatzmessung bis zum Ende des
letzten beheizten Widerstandes benötigt.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wartezeit
durch die Zeit bemessen ist, die der Widerstand zu seiner Erwärmung
benötigt.
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DE19545719A1 (de) * | 1995-12-07 | 1997-06-12 | Helmut Prof Dr Ing Roeck | Verfahren zur Temperaturregelung von Duchlauferhitzern |
Also Published As
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DE3842644A1 (de) | 1989-07-06 |
CH675907A5 (en) | 1990-11-15 |
ATA306888A (de) | 1990-11-15 |
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