DE3900284C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln des Wasserdurchsatzes durch einen elektrisch beheizten Durchlauferhitzer - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln des Wasserdurchsatzes durch einen elektrisch beheizten DurchlauferhitzerInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum
Ermitteln des Wasserdurchsatzes durch einen elektrisch beheizten
Durchlauferhitzer gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruchs.
Ein solches Verfahren ist aus der DE 28 56 289 A1 bekannt. Für
die Meßzwecke wird ein Heizwiderstand benutzt, dem stromauf und
stromab je ein Temperaturfühler im beheizten Kanal zugeordnet ist.
Der Durchsatz DR wird dann nach der Formel
ermittelt, wobei PM die Leistung des Heizwiderstandes, c die
spezifische Wärme des strömenden Mediums, ϑA dessen
Auslauf- und ϑE dessen Einlauftemperatur bedeuten.
Weiterhin ist aus der DE-OS 35 46 214 ein elektrischer Durchlauferhitzer bekanntgeworden, der an
seinem Einlaß einen ersten Temperaturfühler aufweist, dem ein Widerstand folgt, dem seinerseits ein
zweiter Temperaturfühler nachgeschaltet ist. Im hydraulischen Weg des Durchlauferhitzers folgt dann
noch eine Vielzahl weiterer Heizwiderstände. Beide Temperaturfühler und der zwischengeschaltete
Widerstand bewirken eine Durchsatzmessung, indem nämlich die Wassereinlauftemperatur und die
Temperaturerhöhung an dem zwischen den Temperaturfühlern liegenden Widerstand gemessen wird.
Es kann allerdings bei solchen Durchlauferhitzern vorkommen, daß bei geringen Durchsätzen und
einer niedrigen eingestellten Soll-Temperatur des auslaufenden Wassers der Widerstand zwischen den
Temperaturfühlern bereits eine Heizleistung erzeugt, mit welcher die gewünschte Soll-Temperatur
überschritten wird. In diesem Fall soll die Leistung dieses zwischen den Temperaturfühlern liegenden
Widerstandes durch Takten auf einen niedrigeren Wert geregelt werden.
Bei dem in der FR 23 84 241 beschriebenen Durchsatzmesser
für KFZ-Treibstoff ist ein abschaltbarer Heizwiderstand
vorgesehen. Zur feinstufigen Leistungseinstellung sind - beispielsweise
aus der DE 29 41 330 C2 - auch teilweise abschaltbare
Heizwiderstände bekannt.
Bei dem oben beschriebenen Meßverfahren ändert sich die Auslauftemperatur
ϑA in Abhängigkeit vom Durchsatz DR, das
heißt, daß bei kleinen Zapfwassermengen die Temperaturerhöhung
größer als bei höheren ist:
Nach Gleichung (1) wird
der Durchsatz aus der Differenz von ϑA und ϑE errechnet.
Problematisch dabei ist, daß bei hohen Durchsätzen die Temperaturdifferenz
bei konstanter Leistung PM absinkt. Die unveränderlichen
Meßfehler machen sich dann stärker bemerkbar als
bei größeren Temperaturdifferenzen.
Zu den Meßfehlern gehört auch der Quantisierungsfehler von
Analog-Digital-Wandlern. Er wird um so kleiner, je kleiner der
Meßbereich gewählt werden kann.
Wird nur mit einer Heizleistung PM 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
durch einen elektrisch beheizten Durchlauferhitzer anzu
geben, mit dem über den gesamten Durchsatzbereich mit
möglichst geringen Quantisierungsfehlern gearbeitet wer
den kann.
Die Lösung besteht erfindungsgemäß in den kennzeichnenden
Merkmalen des Patentanspruchs.
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, aber bei kleinen
Durchsätzen für die Durchsatzermittlung nicht benutzt
werden.
Weitere Ausgestaltungen und besonders vorteilhafte Wei
terbildungen der Erfindung 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 des aus den Heizwiderständen 7 und 8 bestehenden
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 und konstanter Heizleistung PM die gemes
senen Temperaturunterschiede immer kleiner werden. 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)
keine Durchflußberechnung
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 der Leistungsänderung gemacht wer
den. Die Durchflußberechnung erfolgt dann bei mehreren
Heizwiderständen zwischen den Temperaturfühlern 12 und 14
nach Gleichung
wobei PM1 die elektrische Leistung des ersten Heizwider
standes 8, PM 2 die Leistung des zweiten Widerstandes 7 be
deuten. K ist eine Konstante und nimmt die Werte eins
oder Null an, wobei der Wert K=1 für geschlossenen
Schalter 11 gilt und der Wert K=0 für geöffneten
Schalter 11. Sind mehr als zwei Heizwiderstände vorhan
den, haben alle bis auf den ersten 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 dann eine
Steuerung der Heizwiderstände 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 im Wasserweg angeordnet
sind.
Claims (1)
- Verfahren zum Ermitteln des Wasserdurchsatzes während des stationären Betriebes eines elektrisch beheizten Grob- und Feinleistungsstufen aufweisenden Durchlauferhitzers, bei dem stromauf und stromab eines Meßwiderstandes die Wassertemperatur gemessen wird und der Durchsatz D nach der Gleichung ermittelt wird, wobei PM die Leistung des Meßwiderstandes, c die spezifische Wärme des Wasser und Δϑ die Differenz zwischen den gemessenen Temperaturwerten bedeuten, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßwiderstand mehrere Grobleistungsstufen bildende Heizwiderstände (7, 8) verwendet werden und zur Ermittlung kleiner Durchsätze die Heizleistung PM durch Abschalten eines Teils der Heizwiderstände verringert wird.
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