DE4230208C2

DE4230208C2 - Verfahren zum Steuern der Auslauftemperatur eines Durchlauferhitzers und Einrichtung zum Steuern dieser Auslauftemperatur

Info

Publication number: DE4230208C2
Application number: DE4230208A
Authority: DE
Inventors: Juergen Taag
Original assignee: Joh Vaillant GmbH and Co
Priority date: 1991-09-09
Filing date: 1992-09-09
Publication date: 2000-10-05
Anticipated expiration: 2012-09-10
Also published as: ATA178691A; DE4230208A1; CH684905A5; AT398643B

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Steuern der Auslauftemperatur eines vorzugsweise elektrisch be heizten Durchlauferhitzers mit einem mit wenigstens einem Heizkörper versehenen Durchlaufkanal, einem Temperaturfühler am Ein- und Auslaß des Durchlaufkanals, einem Durchsatzgeber und einer Steuerung, die aus den Werten für Durchsatz, Ein- und Auslauftemperatur, momentane Heizleistung und vorgegebener Auslauftemperatur die notwendige Heizleistung ermittelt und den Heizkörpern zuführt gemäß dem unabhängigen Verfahrensanspruch.

Ein solches Steuerverfahren beziehungsweise eine mit den entsprechenden Mitteln arbeitende Einrichtung ist bekannt.

Beim Stand der Technik wurde hierbei als Durchsatzgeber ein Flügelrad verwendet, das vom durchfließenden Wasser angetrieben wird und dessen Umdrehungen von einem Zähler gezählt werden und in einen Wasserdurchsatzwert überführt werden, mit dem die Steuerung beaufschlagt wird. Hierbei sind auf der Achse des Flügelrades Permanentmagneten angebracht, die über einen Hall- Generator eine entsprechende Impulsfolge erzeugen. Solche Durchsatzgeber neigen zu einer nicht vernachlässigbaren Fehlerrate, weil die Flügelraddrehung dem Wasserdurchsatz nicht exakt genug folgt; weiterhin sind die Durchsatzgeber einer Alterung ausgesetzt, so daß der Durchsatzwert im Hinblick auf die Betriebsstundenzahl weiter zurückfällt. Der Fehler ist in aller Regel negativ, das heißt, es wird ein zu geringer Durchsatz angezeigt.

Werden Durchlauferhitzer zum Speisen einer Dusche verwendet, so spürt der Duschende sehr schnell Unregelmäßigkeiten in der Aus lauftemperatur. Wird als Heizkörper ein Wärmetauscher eines gasbeheizten Durchlauferhitzers eingesetzt, so zeigen sich Auslauf-Temperaturschwankungen aufgrund der thermischen Trägheit des Systems nicht ganz so schnell wie bei elektrisch beheizten Durchlauferhitzern, deren Heizkörper aus einer oder mehreren Blankdrahtwendeln bestehen.

Beiden Heizsystemen ist jedoch gemeinsam, daß ein Fehler des Durchsatzgebers zu einem quasi statischen Fehler der Auslauftemperatur führt.

Aus der US 4 638 147 ist ein Verfahren zum Steuern der Auslauftemperatur eines Durchlauferhitzers bekanntgeworden, der einen mit einem Heizkörper versehenen Durchlaufkanal für das aufzuheizende Wasser, einen Temperaturfühler am Ein- und Auslauf des Durchgangskanals, einen Durchsatzgeber und eine Steuerung aufweist, die aus den Werten für Wasserdurchsatz, Ein- und Auslauftemperatur, momentane Heizleistung und vorgegebene Auslauftemperatur die notwendige Heizleistung ermittelt und dem Heizkörper zuführt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steuer verfahren für die Auslauftemperatur eines Durchlauferhitzers an zugeben, mit dem der Fehler des Durchsatzgebers berücksichtigt werden kann und bei dem weiterhin dem Verwender des Gerätes möglichst schnell warmes Wasser der gewünschten Temperatur geliefert werden kann.

Zur Lösung der Aufgabe besteht die Erfindung einerseits darin, daß ein Meßfehler des Durchsatzgebers ermittelt sowie gespeichert wird und danach bei der Einstellung der momentanen Heizleistung berück sichtigt wird und anschließend selbstadaptierend weiter gespei chert wird.

Alternativ besteht die Lösung der Aufgabe bei einer Einrichtung in den Merkmalen des Anspruches 2.

Weitere Ausgestaltungen und besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus dem Unteranspruch und der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnungsfiguren hervor.

Der in der Figur dargestellte Durchlauferhitzer 1 weist einen Was serkanal 2 auf, in den hintereinander ein Wassereinlauf-Tempera turfühler 3, ein Wasserdurchsatzgeber 4, ein Kanalkörper 5 und ein Wasserauslauf-Temperaturfühler 6 sowie ein Zapfventil 7 angeordnet sind. Der Kanalkörper 5 besteht aus einer Mehrzahl hydraulisch in Serie und/oder parallelliegender Einzelkanäle 8, die über Krümmer 9 miteinander verbunden sind. In einigen oder allen dieser Kanälen 8 liegen elektrische Heizkörper 10.

Statt eines Kanalkörpers 5 könnte auch ein Lamellenblock-Wärmetau scher eines gasbeheizten Durchlauferhitzers zur Anwendung kommen, dann bestehen die elektrischen Heizkörper 10 aus den Außenwandun gen der Kanäle 8, die dann Lamellen tragen, an denen das von einem Brenner erwärmte Abgas des Durchlauferhitzers vorbeiströmt.

Der Wassereinlauf-Temperaturfühler 3 ist über eine Leitung 11 mit einer Steuerung 12 verbunden, an die auch der Wasserauslauf-Tempe raturfühler 6 über eine entsprechende Leitung 13 angeschlossen ist. Der Wasserdurchsatzgeber 4 ist bevorzugt als Ultraschallgeber ausgebildet, kann aber auch ein Flügelrad mit Impulsausgang sein, er ist über eine Meßleitung 14 mit der Steuerung 12 verbunden.

Auf die Steuerung 12 ist ein Soll-Wertgeber 15 für eine vorgebbare Wasserauslauftemperatur über eine Leitung 16 geschaltet. Die Steuerung 12 ist über eine Leitung 17 mit einem Leistungsstell glied 18 verbunden, das mit drei Netzphasen L1, L2, L3 über ent sprechende Phasenleitungen 19 verbunden ist. Zwei der Phasenlei tungen 19 werden über Spannungsmesser 20 beziehungsweise 21 abge fühlt, die über entsprechende Leitungen 22 und 23 mit der Steue rung 12 verbunden sind.

Vom Leistungssteller 18 können über eine Vielzahl von Schaltern, Gasventilen oder dergleichen, die summarisch mit 24 bezeichnet sind, die Heizkörper 10 mit der momentan benötigten Leistung be aufschlagt werden, sei es elektrisch über eine Schwingungspa ketsteuerung oder über ein modulierendes Gasventil.

Der Steuerung 12 ist über eine Leitung 25 ein Speicher 26 für den Fehler des Durchsatzgebers 4 und über eine Leitung 27 ein Geber 28 für den Nennwert der Netzspannung zugeordnet. Bei einem gasbeheiz ten Durchlauferhitzer wäre der Geber 28 dem Heizwert des ver wendeten Gases pro m³ verbrauchten Gases zugeordnet, während wei terhin bei einem gasbeheizten Durchlauferhitzer nicht die drei Phasenleitungen 19, sondern eine Gasuhr vorhanden wäre.

Wird der Durchlauferhitzer 1 durch Öffnen des Zapfventils 7 in Be trieb genommen, so resultiert ein Wasserdurchsatz durch den Wasserkanal 2. Die Wassereinlauftemperatur wird über den Einlauftemperaturfühler 3 erfaßt und über die Leitung 11 der Steuerung 12 mitgeteilt. Der Ultraschall-Durchsatzgeber 4 beginnt den Wasserdurchsatz zu messen und gibt ein entsprechendes Meßer gebnis über die Leitung 14 auf die Steuerung 12. Da der Benutzer an dem Soll-Wertgeber 15 eine bestimmte Wunsch-Auslauftemperatur eingestellt hat, kann nunmehr vom Leistungsstellglied 18 die Be aufschlagung der Heizleistung auf den oder die Heizkörper 10 frei gegeben werden. Das den Kanalkörper 5 durchsetzende Wasser wird erwärmt und wird dem Verbraucher zugeführt. Hierbei registriert der Wasserauslauf-Temperaturfühler 6 eine Ist-Wasser-Auslauftempe ratur, die zunächst nicht der am Soll-Wertgeber 15 eingestellten Auslauftemperatur entspricht, und zwar im wesentlichen aufgrund der Meßfehler der Temperaturfühler 3 und 6, des Meßfehlers des Wasserdurchsatzgebers 4 und der möglicherweise nicht der Nenn- Spannung entsprechenden Ist-Spannung an den drei Phasenleitungen 19. Da durch Vergleich des Spannungs-Ist-Wertes mit dem Spannungs- Soll-Wert die Spannungsschwankungen über die Steuerung 12 elimi niert werden können und da die Temperaturmeßfehler der Fühler 3 und 6 als vernachlässigbar hinten angestellt werden können, setzt die Steuerung die verbleibende Abweichung zwischen eingestellter und Ist-Auslauftemperatur dem Meßfehler des Wasserdurchsatzgebers 4 gleich, in der entsprechenden Dimension l/min. Durch Umsetzen und einem Rechenvorgang in dem Mikroprozessor der Steuerung 12 ist es nun möglich, die momentane Heizleistung auf die Heizkörper 10 so anzupassen, daß der Fehler des Wasserdurchsatzgebers eliminiert wird. Der, wie eben beschrieben, ermittelte Erstfehler des Wasser durchsatzgebers wird im Speicher 26 gespeichert. Da ein selbst adaptierendes Element 30 über die Leitung 29 mit der Steuerung verbunden ist, ist es möglich, den ermittelten Fehler des Wasser durchsatzgebers 4 in bestimmten Zeiten nachzurechnen und den im Speicher 26 enthaltenen Wert durch den neu ermittelten Wert zu er setzen. Hiermit können Alterungserscheinungen des Wasserdurchsatz gebers 4 eliminiert werden.

Für den Fall, daß es sich um einen elektrischen Durchlauferhitzer handelt, gilt für die Steuerung das Nachfolgende:

Zur Errechnung der für eine bestimmte Kombination von Meß- und Soll-Werten erforderlichen Leistung muß von folgender Gleichung ausgegangen werden:

P_r = c . _m . (ν_AS - ν_E). (1)

Hierin bedeuten P_r die erforderliche Leistung zur Erzielung einer vorgewählten Auslauftemperatur, c die spezifische Wärme des Was sers oder des anderen in dem Durchlauferhitzer zu erhitzenden Me diums, _m der gemessene Durchsatz, ν_AS der Soll-Wert der Auslauf temperatur des zu erhitzenden Mediums und ν_E die Einlauftempera tur des zu erhitzenden Mediums.

Bei Zapfbeginn wird mit Hilfe der Steuerung 12 in die Gleichung 1 für _m ein Anfangswert _mO eingesetzt. Das kann ein Durchsatz Null sein oder ein Durchsatz, wie er vergleichsweise häufig vom Benut zer des Gerätes gewählt wird. Weiterhin ist es möglich, auch den Augenblicksmeßwert des Durchsatzgebers 4 hier zu benutzen, selbst wenn dieser korrekturbedürftig ist. Mit diesem Wert V_m0 und mit den übrigen Parametern wird nach Gleichung (1) eine Anfangslei stung P_r0 errechnet, die ein entsprechendes Tastverhältnis der Schwingungspaketsteuerung einstellt und dem Wasser der Kanäle 8 über die Heizkörper 10 eine entsprechende Leistung zuführt.

Unter Berücksichtigung des tatsächlichen Wasserdurchsatzes _i, der Wassereinlauftemperatur ν_E und der anliegenden Netzspannung U_i ergibt sich im Beharrungszustand die Ist-Auslauftemperatur gemäß Gleichung (2)

Damit ist U_N der Nennwert der Versorgungsspannung und P_r0 die für den Anfangszustand berechnete Leistung.

Die Abhängigkeit zwischen Wasserauslauftemperatur und berechneter Leistung kann graphisch als Gerade dargestellt werden, deren Stei gung durch das Verhältnis der Quadrate der Netzspannung und der Widerstände der Heizkörper dem Konstantanteil, bedingt durch die Einlauftemperatur, festgelegt wird.

Gegenüber der Soll-Auslauftemperatur ν_AS wird die sich ergebende Ist-Auslauftemperatur ν_Ai durch den Fehler der Durchsatzerfas sung gemäß Gleichung (3)

Δ = _i - _m (3)

abweichen. Diese Abweichung wird hier definiert zu Gleichung (4)

Δν_A = ν_Ai - ν_AS (4)

Unter Verwendung der Zusammenhänge aus den Gleichungen (1) und (2) kann diese Abweichung auch wie folgt gemäß Gleichung (5) errechnet werden:

wobei R_N der Nennwert des Heizwiderstandes und R_i der Ist-Wert des Heizwiderstandes bedeuten.

Um diese Abweichung möglichst weitgehend auszugleichen, sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor, daß nach Abwarten des Beharrungs zustandes in einem ersten Schritt die zuzuschaltende Leistung auf folgende Weise neu berechnet wird:

Aus der gemessenen Auslauftemperatur ν_Ai wird unter Verwendung der Gleichung (6)

der tatsächliche Durchfluß _i und die zugehörige Abweichung Δ nach Gleichung (3) ermittelt.

Dieser Korrekturwert wird im Speicher 26 gespeichert und für die Errechnung der tatsächlich benötigten Leistung P_ri gemäß Gleichung 7 von der Steuerung 12 benutzt.

P_ri = c . (_m + Δ) . (ν_AS - ν_E)

In der Wirkung wird demgemäß der Anfangswert des Durchflußwertes um den Wert Δ korrigiert. Dieser Korrekturwert wird im Speicher 26 über die zweibahnige Leitung 25 gespeichert und abgerufen. Mit ihm wird so lange gerechnet, bis aufgrund einer festgestellten Ab weichung zwischen Soll- und Ist-Wert der Auslauftemperatur eine erneute Korrektur notwendig wird, die über das Selbstadaptions glied 30 und die gleichermaßen zweibahnige Leitung 29 möglich ist. Die Überprüfung von Soll- und Ist-Wert der Auslauftemperatur ν_Ai wird immer nach dem Erreichen eines Beharrungszustandes durchge führt, also immer nach Ablauf einer bestimmten Verzögerungszeit.

Claims

1. Verfahren zum Steuern der Auslauftemperatur eines vorzugsweise elektrisch beheizten Durchlauferhitzers mit einem mit wenigstens einem Heizkörper versehenen Durchlaufkanal, einem Temperaturfühler am Ein- und Auslaß des Durchlaufkanals, einem Durchsatzgeber und einer Steuerung, die aus den Werten für Durchsatz, Ein- und Auslauftemperatur, momen taner Heizleistung und vorgegebener Auslauf temperatur die notwendige Heizleistung ermit telt und dem(n) Heizkörper(n) zuführt, da durch gekennzeichnet, daß ein Meßfehler des Durchsatzgebers selbsttätig ermittelt sowie gespeichert wird und danach bei der Einstel lung der momentanen Heizleistung berück sichtigt wird und anschließend selbstadaptie rend weiter gespeichert wird.

2. Einrichtung zum Steuern der Auslauftemperatur eines vorzugsweise elektrisch beheizten Durchlauferhitzers zur Durchführung des Verfahrens nach dem Anspruch 1 mit einem mit wenigstens einem Heizkörper versehenen Durchlaufkanal, einem Temperaturfühler am Ein- und Auslaß des Durchlaufkanals, einem Durchsatzgeber und einer Steuerung, die aus den Werten für Durchsatz, Ein- und Aus lauftemperatur, momentane Heizleistung und vorgegebener Auslauftemperatur die notwendige Heizleistung ermittelt und dem Heizkörper zuführt, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung ein Selbstadaptionsglied (30) zur Generierung eines stetig angepaßten Korrekturwertes des Meßfehlers des Durch satzgebers und einen Speicher (26) für diese Meßfehler aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der Steuerung bei einem elek trisch beheizten Durchlauferhitzer ein Lei stungsstellglied (18) zugeordnet ist, das über drei Phasenleitungen (19) mit den Phasen L1, L2, L3 eines speisenden Drehstromnetzes verbunden ist und daß Spannungsmeßwertgeber (20 und 21) an wenigstens zwei Leitungen (19) angeordnet sind und über Meßleitungen (22, 23) mit der Steuerung (12) verbunden sind, ein Speicher (28) für den Nennwert der Netzspannung aufweist.