DE3900284A1 - Verfahren zum ermitteln des wasserdurchsatzes durch einen elektrisch beheizten durchlauferhitzer - Google Patents

Verfahren zum ermitteln des wasserdurchsatzes durch einen elektrisch beheizten durchlauferhitzer

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Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ermitteln des Wasserdurchsatzes durch einen elek­ trisch beheizten Durchlauferhitzer gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Ein solches Verfahren ist bekannt, in der Regel wird hier bei einem Durchlauferhitzer mit einer Gesamtleistung von 24 kW an einem Drehspannungsnetz mit drei im Dreieck ge­ schalteten Widerständen gearbeitet, von denen jeder 8 kW abzugeben imstande ist. Für die Meßzwecke wird ein Wider­ stand benutzt, der stromauf und stromab einen Temperatur­ fühler im beheizten Kanal aufweist. Der errechnete Durchsatz D R wird dann nach der Formel
ermittelt, wobei PM die Leistung in kW am Heizwiderstand, c die spezifische Wärme, ϑ A die Aus- und ϑ E die Ein­ lauftemperatur in °C bedeuten.
Bei einem solchen Meßverfahren ändert sich die Temperatur ϑ A in Abhängigkeit vom Durchsatz, das heißt, daß bei kleinen Zapfwassermengen die Temperaturerhöhung größer als bei höheren ist:
Darin ist D M der meßbare Durchsatz. Nach Gleichung (1) wird der Durchsatz aus der Differenz von j A und ϑ E errechnet.
Bei hohen Durchsätzen sinkt die Differenz bei konstanter Leistung P M ab. Die unveränderlichen Meßfehler machen sich dann stärker bemerkbar als bei größeren Differenzen.
Zu den Meßfehlern gehören zum Beispiel auch Quantisie­ rungsfehler von Analog-Digital-Wandler. Er wird um so kleiner, je kleiner der Meßbereich gewählt werden kann.
Wird nur mit einer Meßleistung P M für den ganzen Bereich des Durchsatzes gearbeitet und will man gleichzeitig eine Mindesttemperatur-Differenz nicht unterschreiten, ergibt sich zwangsläufig ein großer Meßbereich mit größerem Quantisierungsfehler.
Demgemäß liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu­ grunde, ein Verfahren zum Ermitteln des Wasserdurchsatzes dadurch einen elektrisch beheizten Durchlauferhitzer anzu­ geben, mit dem über den gesamten Durchsatzbereich im möglichst geringen Quantisierungsfehlern gearbeitet wer­ den kann.
Die Lösung besteht erfindungsgemäß in den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs.
Durch diese erfinderische Gestaltung ist es möglich, die Temperaturspreizung durch Wahl einer kleineren elektri­ schen Leistung für die Durchsatzmessung zu verkleinern, so daß die Differenz ohne weiteres erfaßbar ist und daß somit auf den Durchsatz geschlossen werden kann. Es ver­ steht sich, daß die übrigen zur Erreichung der gewünsch­ ten Auslauftemperatur bei Maximaldurchsatz erforderlichen Heizwiderstände vorhanden sind, die aber bei kleinen Durchsätzen für die Durchsatzermittlung nicht benutzt werden.
Weitere Ausgestaltungen und besonders vorteilhafte Wei­ terbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteran­ sprüche beziehungsweise gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, die ein Ausführungsbeispiel der Er­ findung anhand der Figur der Zeichnung näher erläutert.
Die Figur zeigt einen elektrischen Durchlauferhitzer in einem Prinzipschaltbild.
Der Durchlauferhitzer 1 weist einen Durchflußkanal 2 auf, der eine Einlaßseite 3 und eine von einem Zapfventil 4 verschließbare Auslaßseite 5 aufweist. Ein- und Auslaß­ seite sind durch eine oder mehrere beheizte Kanalstrecken 6 miteinander verbunden, die in Serie und/oder parallel liegen können. In einer oder mehreren dieser Strecken sind Heizwiderstände 7 und 8 angeordnet, die in nicht weiter dargestellter Weise an ein elektrisches Drehspan­ nungsnetz angeschlossen sind. Hiervon ist in den Zulei­ tungen 9 und 10 für den Heizwiderstand 7 ein gesonderter elektrischer Schalter 11 vorgesehen.
Der Einlaßseite ist ein Einlaßtemperaturfühler 12 zuge­ ordnet, der mit einer Meßleitung 13 versehen ist, der Auslaßseite ein Auslaßtemperaturfühler 14, dem eine Meß­ leitung 15 zugehörig ist. Bezüglich der Temperaturfühler 12 und 14 ist es nur vonnöten, daß sie stromauf und stromab der oder des Meßwiderstandes für den Durchsatz angeordnet sind, unbeschadet dessen, daß weitere Wider­ stände zur Erreichung der Gesamtleistung vorhanden sind, die ihrerseits hydraulisch parallel zu diesem beheizten Zweig liegen können oder auch mit ihm in Serie liegen können.
Die Funktion ist folgende:
Aus der Formel der Durchsatzermittlung
ist erkennbar, daß bei größeren Durchsätzen die gemes­ senen Temperaturunterschiede immer kleiner werden und da­ mit wird auch die Meßgenauigkeit kleiner. Bei leistungs­ gesteuerten Elektro-Durchlauferhitzern wird die aktuelle Leistung durch Grob- und Feinleistungsstufen eingestellt. Während die Feinleistungsstufen im allgemeinen mit ver­ änderlichem Tastverhältnis über Triacs oder Thyristoren getastet werden, werden die Grobleistungsstufen dauernd ein- oder ausgeschaltet. Aus diesem Grunde eignen sich Grobleistungsstufen (Heizwiderstände) auch als Meßheiz­ widerstände für die Durchsatzermittlung. Durch geeignete Anordnung kann die Meßheizwendel auf zwei Heizwiderstände aufgeteilt werden. Damit erhöht sich die zur Verfügung stehende elektrische Heizleistung und auch die Tempera­ turdifferenz. Andererseits ist es erforderlich, daß bei sinkenden Durchsätzen die Heizleistung zurückgenommen werden muß, damit die Temperaturspreizung nicht zu groß wird. Aus diesem Grund wird die Temperaturdifferenz gene­ rell über zwei oder mehr Heizwendeln gemessen. So kann gemäß dem Ausführungsbeispiel durch Öffnen des Schalters 11 für Meßzwecke nur noch der Widerstand 8 in der Meß­ strecke für die Temperaturerhöhung verbleiben, mit dem das Wasser zwischen den Temperaturfühlern 12 und 14 auf­ geheizt wird.
Da beim Zu- oder Abschalten einer Heizwendel oder eines Heizwiderstandes sich die Temperatur am stromab liegenden Fühler 14 nicht schlagartig ändert, sondern bedingt durch die Laufzeiten und die Speicherwirkung erst allmählich Veränderungen zeigt, darf während einer bestimmten Zeit nach Abschalten eines stromauf liegenden Widerstandes (7) während einer bestimmten Zeit keine Leistungsberechnung erfolgen. Es ist somit eine Wartezeit erforderlich, in der die Meßergebnisse nicht verwertet werden. Erst nach dem Ablauf der Wartezeit kann der Durchfluß erneut aus den Temperaturmeßwerten ermittelt werden. Die Wartezeit kann einen festen Wert haben oder bei gegebener Kanalgeo­ metrie abhängig von dem aktuellen Durchfluß gemacht wer­ den. Die Durchflußberechnung erfolgt dann bei mehreren Heizwiderständen zwischen den Temperaturfühlern 12 und 14 nach Gleichung
wobei PM 1 die elektrische Leistung des ersten Heizwider­ standes, PM 2 die Leistung des zweiten Widerstandes be­ deuten. K ist eine Konstante und nimmt die Werte eins oder Null an, wobei der Wert eins für geschlossenen Schalter 11 gilt und der Wert K= Null für geöffneten Schalter 11. Sind mehr als zwei Heizwiderstände vorhan­ den, haben alle bis auf den letzten Heizwiderstand einen Schalter 11, wobei sich dann die Gleichung 2 wie folgt zu Gleichung 3 ändert:
wobei n die Zahl der Heizwiderstände ist. Es muß eine Steuerung der Heizwiderstände ohnehin vorhanden sein, der die Information entnehmbar ist, welche der Teilheizwen­ deln gerade ein- oder ausgeschaltet sind, damit dies in die Berechnung nach der Formel eingehen kann.
Die Erfindung eignet sich bevorzugt für einen elektrisch beheizten Durchlauferhitzer, der in Dreieckschaltung an einem Drehspannungsnetz liegt und dessen Heizwiderstände als Blankdrahtwendeln unmittelbar am Wasserweg angeordnet sind.

Claims (3)

1. Verfahren zum Ermitteln des Wasserdurchsatzes durch einen elektrisch beheizten Durchlaufer­ hitzer, bei dem stromauf eines Heizwiderstandes die Einlauftemperatur des Wassers und stromab dieses Widerstandes die Wasserauslauftemperatur gemessen wird und bei dem Durchsatz nach der Gleichung ermittelt wird, wobei PM die Leistung des Heiz­ widerstandes in kW, c die spezifische Wärme in , γ A die Aus- und q E die Einlauftemperatur in °C bedeuten, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizwiderstand in mehrere Widerstände (7, 8) aufgeteilt wird und daß zur Ermittlung kleiner Durchsätze, bei denen die Temperaturdifferenz γ A -γ E nur noch schwer meßbar ist, nur ein Teil der Erhitzerwiderstände benutzt wird.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hy­ draulische Serienschaltung von wenigstens zwei Heizwiderständen (7, 8) zwischen dem Einlaß- und Auslaßtemperaturfühler (12, 14) vorgesehen sind und daß im Stromkreis des stromauf liegenden Heizwiderstandes (7) ein Schalter (11) vorge­ sehen ist, der für Meßzwecke von einer Steuerung (16) abschaltbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Wartezeit für neue Leistungs­ berechnung fest oder durchsatzabhängig gesteuert ist.
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