DE4401539C2 - Erfassungseinrichtung für den nutzbaren Ladezustand eines Warmwasserspeichers - Google Patents

Erfassungseinrichtung für den nutzbaren Ladezustand eines Warmwasserspeichers

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Description

Die Erfindung betrifft eine Erfassungseinrichtung für den nutzbaren Ladezustand eines Warmwasserspeicher-Heizgeräts, insbesondere für Brauchwasser, oder eines Warmwasserspeichers, mit einer Temperaturmessung über die Höhe des Speicherbehälters und einer Steuerschaltung für eine Anzeigeeinrichtung, die den jeweiligen Ladezustand prozentual anzeigt.
In der GB-PS 588 729 ist eine derartige Erfassungseinrichtung bei einem indirekt beheizten Warmwasserspeicher eines Heizkreislaufes beschrieben. Die Temperaturen sollen zwischen 65°C und 170°C liegen. Um scharfe Übergangszonen zwischen Kaltwasser und Warmwasser zu erreichen, erfolgt sowohl das Laden als auch das Entladen oben am Speicherbehälter. Über die Höhe des Speicherbehälters sind mehrere Temperaturfühler verteilt, wobei der oberste beim Laden und der unterste beim Entladen weggeschaltet wird.
In der DE 31 33 806 A1 ist eine Temperaturanzeigeeinrichtung für ein elektrisches Gerät, beispielsweise ein Bügeleisen, beschrieben, bei dem Leuchtdioden zur Anzeige vorgesehen sind.
Aus der DE 29 50 328 A1 ist ein Heißwasserbereiter bekannt, bei dem der Benutzer die Möglichkeit hat, im voraus die dem erwarteten Bedarf entsprechende Wassermenge einzustellen. Dazu ist im Speicherbehälter ein Temperaturfühler über dessen Höhe angeordnet, der auf einen mehrbahnigen Schalter einwirkt, der außerhalb des Behälters montiert ist. In Reihe zu den Bahnen des Temperaturschalters ist ein Wahlschalter angeordnet, mit dessen Hilfe ein Benutzer unterschiedliche Speichermengen einer gewünschten Temperatur einstellen kann. Eine Anzeige des tatsächlichen Ladezustandes ist dabei nicht vorgesehen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Ladungserfassungseinrichtung zu schaffen, deren Anzeige nur bei Vorhandensein nutzbaren Warmwassers aktivierbar ist und dem Benutzer eine Energieeinsparung ermöglicht. Da die wesentliche Nutzung des im Speicher erzeugten Warmwassers durch den Benutzer darin besteht, durch Mischen mit Kaltwasser sich Mischwasser einer gewünschten Soll- Mischwassertemperatur zu erzeugen, ist es Ziel dieser Erfindung, ihm sowohl während des Lade- als auch während des Zapfvorgangs die Möglichkeit zur Mischwassererzeugung anzuzeigen, wobei diese Anzeige auf die maximal mögliche Mischwassermenge, die durch die maximale Speichertemperatur und das Speichervolumen bestimmt ist, normiert ist.
Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe bei einer Erfassungseinrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß im oder am Speicherbehälter ein an die Steuerschaltung angeschlossener, langgestreckter Temperaturfühler etwa vertikal angeordnet ist, dessen Ausgangssignal ein Mittelwert der jeweils in unterschiedlichen Höhen im Speicherbehälter herrschenden Temperaturen ist, daß ein weiterer Temperaturfühler im Speicherbehälter nahe bei dem Warmwasserauslauf angeordnet und an die Steuerschaltung angeschlossen ist, und daß die Steuerschaltung den Ladezustand von der Anzeigeeinrichtung nur anzeigen läßt, wenn am weiteren Temperaturfühler mindestens eine Soll-Mischwassertemperatur herrscht.
Die Soll-Mischwassertemperatur ist eine Wassertemperatur, bei der dem Benutzer für den Gebrauchszweck geeignet erwärmtes Wasser zur Verfügung gestellt wird. Die Soll- Mischwassertemperatur liegt beispielsweise bei 40°C. Bei dieser Temperatur kann der Benutzer sich Wasser zum Duschen mischen oder eine Badewanne füllen.
Der Benutzer erhält nur dann, wenn im Bereich des Warmwasserauslaufs wenigstens die Soll- Mischwassertemperatur herrscht, eine prozentuale Anzeige des Ladezustandes. Zeigt beispielsweise die Anzeigeeinrichtung bei einem 80 l-Speicherbehälter einen Ladegrad von 20% an, dann weiß der Benutzer aus der Erfahrung, daß dies für ein Duschbad genügt. Er braucht also den Speicherbehälter nicht nachzuladen. Der Benutzer wird durch Ablesen des Ladezustandes leicht lernen, wann ein Nachladen nötig ist. Er wird das Heizgerät nur gezielt zum Nachladen einschalten. Damit ist eine Energieersparnis verbunden, weil der Speicher nicht überflüssigerweise immer auf 100%-Ladung aufgeheizt wird.
Der langgestreckte Temperaturfühler erfaßt den Mittelwert der im Speicherbehälter jeweils herrschenden Temperaturverteilung. Dieser Temperaturmittelwert kann zwar angezeigt werden, ist aber, da er durch verschiedene Temperaturverteilungen im Speicher zustandekommen kann, nicht automatisch mit einer für den Benutzer nutzbaren Mischwassermenge verbunden.
Ein geeigneter langgestreckter Temperaturfühler zeichnet sich dadurch aus, daß er nach Art eines Rohrheizkörpers aufgebaut ist, wobei in einem metallischen Mantelrohr ein Widerstandsdraht mit temperaturabhängigem Widerstand eingebettet ist. Ein solcher Temperaturfühler läßt sich bei der genannten Erfassungseinrichtung oder in anderen Fällen verwenden. Er ist einfach herstellbar.
Der weitere Temperaturfühler kann in den Langgestreckten Temperaturfühler baulich integriert sein. Es ist jedoch auch möglich, den weiteren Temperaturfühler separat oder am Speicherbehälter anzuordnen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt eines elektrischen Warmwasserspeicher-Heizgeräts,
Fig. 2 eine gegenüber Fig. 1 vergrößerte Teilansicht eines Temperaturfühlers im Schnitt bei II nach Fig. 1 und
Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Steuerschaltung.
Ein Speicherheizgerät weist einen Speicherbehälter (1) mit typisch 80 l oder 150 l Inhalt auf. Unten am Speicherbehälter (1) ist ein Heizflansch (2) befestigt, der neben einem Heizkörper (3) ein Schutzrohr (4) für einen Temperaturfühler und einen langgestreckten Temperaturfühler (5) trägt.
Oben im Speicherbehälter (1) mündet ein Warmwasserauslaufrohr (6). Unten in den Speicherbehälter (1) mündet ein Kaltwasserzulaufrohr (7). Oben beim Auslaufrohr (6) ist ein weiterer Temperaturfühler (8) angeordnet. Dieser kann auch oben am langgestreckten Temperaturfühler (5) vorgesehen sein.
Außerdem ist in üblicher Weise im Speicherbehälter (1) eine Schutzanode (9) angeordnet, die mit einem Druckschalter (10) zusammenarbeitet.
Am Gerätegehäuse (11) ist eine Stellscheibe (12) angeordnet, mit der die Wasser-Solltemperatur wählbar ist und mit der über eine übliche, nicht näher beschriebene Schaltung der Heizkörper (3) zum Nachladen einschaltbar ist. Im Schutzrohr (4) ist derjenige Temperaturfühler untergebracht, der beim Erreichen der Solltemperatur den Heizkörper (3) abschaltet.
Die beschriebene Erfassungseinrichtung arbeitet mit dem langgestreckten Temperaturfühler (5) und dem weiteren Temperaturfühler (8). Der langgestreckte Temperaturfühler (5) erstreckt sich von unten bis in die oberste Zone des Speicherbehälters (1). Er erfaßt integral die Temperaturen in den unterschiedlichen Höhenlagen und bildet daraus einen Mittelwert. Der weitere Temperaturfühler (8) erfaßt nur die Temperatur in der obersten Zone des außen wärmeisolierten Speicherbehälters (1). Sowohl der langgestreckte Temperaturfühler (5) als auch der weitere Temperaturfühler (8) lassen sich bei geeigneter thermischer Kopplung außen am Speicher realisieren.
Die Temperaturfühler (5, 8) sind an eine Steuerelektronik (13) angeschlossen (vgl. Fig. 3). Das Ausgangssignal des langgestreckten Temperaturfühlers (5) ist über eine Erfassungs- und Normierschaltung (14) an die Plus-Eingänge von mehreren, im Beispielsfalle acht, Vergleichsgliedern (15) gelegt. An den Minus-Eingängen der Vergleichsglieder (15) liegen Referenzglieder (16) mit abgestuften Referenzwerten.
Der weitere Temperaturfühler (8) liegt über eine Erfassungsschaltung (17) an einem Komparator (18), an den ein einer Soll-Mischwassertemperatur, beispielsweise 40°C, entsprechendes Signal (19) gelegt ist.
Ausgangsseitig ist der Komparator (18) an die acht Enable- Eingänge (21) der Vergleichsglieder (15) gelegt. Nur wenn die vom Temperaturfühler (8) erfaßte Temperatur gleich oder größer als die Soll-Mischwassertemperatur, beispielsweise 40°C, ist, werden über die Enable-Eingänge (21) die Vergleichsglieder (15) aktiviert. Ansonsten sind sie unabhängig von den an ihren Plus-Eingängen und Minus- Eingängen anliegenden Signalen gesperrt.
Ausgangsseitig ist an jedes Vergleichsglied (15) eine lichtemittierende Diode (22) angeschlossen. Die lichtemittierenden Dioden (22) sind neben der Stellscheibe (12) in einer Reihe angeordnet. Durch eine geeignete Kennzeichnung wird der prozentuale Charakter der Anzeige deutlich gemacht.
Je nach der Höhe der vom Temperaturfühler (5) gemessenen mittleren Wassertemperatur im Speicherbehälter (1) leuchten eine, zwei, drei, vier... acht der Leuchtdioden (22), wenn die Wassertemperatur oben beim weiteren Temperaturfühler (8) mindestens die Soll-Mischwassertemperatur erreicht hat. Dem Benutzer wird dabei nach Art einer Balkenanzeige in Stufen angezeigt, welcher prozentuale Ladezustand mit geeigneter Temperatur und welche Mischwasserdarbietung damit im Speicherbehälter (1) besteht.
Der langgestreckte Temperaturfühler (5) ist bei der Ausführung nach Fig. 1 haarnadelförmig gebogen. Er ist wie ein Rohrheizkörper, beispielsweise der Heizkörper (3), hergestellt. In einem metallischen Mantelrohr (23) ist in ein Füllmaterial (24), beispielsweise Magnesiumoxid, ein Widerstandsdraht (25) mit definiertem temperaturabhängigem Widerstand eingebettet. Der Widerstandsdraht (25) kann gewendelt sein (vgl. Fig. 2). Er kann jedoch auch gerade ausgezogen verlaufen. Als Widerstandsdraht eignet sich auch Nickeldraht, wie er für Meßwiderstände in Widerstandsthermometern verwendet wird. Das Mantelrohr (23) besteht vorzugsweise aus dem gleichen Material wie der Heizflansch (2), nämlich Kupfer oder Edelstahl.
Um eine gute Wärmeleitung vom Mantelrohr (23) auf den Widerstandsdraht (25) zu erreichen, wird der Durchmesser des Mantelrohres (23) möglichst klein gewählt. Beispielsweise liegt er bei 6 mm. Durch Walzen des Mantelrohres (23) wird das Magnesiumoxid verdichtet und damit die Wärmeleitfähigkeit erhöht. Die haarnadelförmige Gestalt führt zu einer großen wärmeaufnehmenden Oberfläche. Außerdem ist es dadurch leicht möglich, die beiden Enden des Widerstandsdrahtes (25) nach außen zu führen und anzuschließen.
Ein Temperaturfühler mit dem beschriebenen Aufbau läßt sich auch anstelle des Schutzrohres (4) einschließlich des dort eingeschobenen Temperaturfühlers, der ein eigenes Bauteil bildet, verwenden. Der Temperaturfühler mit dem beschriebenen Aufbau hat dann etwa die Länge des Schutzrohres (4).
Wenn es gewünscht ist, daß beim beschriebenen Temperaturfühleraufbau unten im Kaltwassersumpf stehendes Wasser im Meßwert weniger gewichtet wird als Wasser in oberen Bereichen, kann der gewendelte Widerstandsdraht (25) im unteren Bereich gestreckt bzw. "ausgezogen" verlaufen.

Claims (5)

1. Erfassungseinrichtung für den nutzbaren Ladezustand eines Warmwasserspeicher-Heizgeräts, insbesondere für Brauchwasser, oder eines Warmwasserspeichers, mit einer Temperaturmessung über die Höhe des Speicherbehälters und einer Steuerschaltung für eine Anzeigeeinrichtung, die den jeweiligen Ladezustand prozentual anzeigt, dadurch gekennzeichnet, daß im oder am Speicherbehälter (1) ein an die Steuerschaltung (13) angeschlossener, langgestreckter Temperaturfühler (5) etwa vertikal angeordnet ist, dessen Ausgangssignal ein Mittelwert der jeweils in unterschiedlichen Höhen im Speicherbehälter (1) herrschenden Temperaturen ist, daß ein weiterer Temperaturfühler (8) im Speicherbehälter (1) nahe bei dem Warmwasserauslauf angeordnet und an die Steuerschaltung (13) angeschlossen ist, und daß die Steuerschaltung (13) den Ladezustand von der Anzeigeeinrichtung nur anzeigen läßt, wenn am weiteren Temperaturfühler (8) mindestens eine Soll- Mischwassertemperatur herrscht.
2. Erfassungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung von einer Reihe von Lichtquellen, insbesondere Leuchtdioden (22), gebildet ist.
3. Erfassungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (13) für jede Lichtquelle, insbesondere Leuchtdiode (22), der Anzeigeeinrichtung ein Vergleichsglied (15) aufweist, wobei an jedes Vergleichsglied (15) das Ausgangssignal des langgestreckten Temperaturfühlers (5) und ein abgestuftes Referenzsignal gelegt ist, und daß die Vergleichsglieder (15) nur aktiv geschaltet sind, wenn die Temperatur am weiteren Temperaturfühler (8) die Soll- Mischwassertemperatur erreicht.
4. Erfassungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturfühler (5, 8) sowie die Leuchtdioden (22) mit einem Mikrocontroller verbunden sind, und daß auf dem Mikrocontroller ein Programm implementiert ist, das abhängig von den Fühlerwerten der Temperaturfühler (5, 8) den nutzbaren Ladezustand berechnet und die Leuchtdioden (22) ansteuert.
5. Erfassungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Temperaturfühler (8) baulich in den langgestreckten Temperaturfühler (5) integriert ist.
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