DE4444322A1 - Continuous flow water heater - Google Patents

Continuous flow water heater

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Abstract

An electric water heater has the total volume of water to be heated divided into separate volumes, one after another in the flow direction. The inlet temperature of the first part-volume is calculated and a certain outlet temperature is assigned to the last part-volume. The temperature increase to be applied to each intervening part-volume is then determined according to a simple equation relating the flow rate, duration of heating interval and previous temperature. There are three heaters in a row which have simple on-off switches and the final heater has a continuously variable switch.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Steuern eines elektrisch beheizten Warmwasserbereiters gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a method for controlling a electrically heated water heater according to the generic term of claim 1.

Ein solches Verfahren wurde zum Beispiel durch die DE-PS 37 12 648 vorgeschlagen, bei dem aus einzelnen Störgrößen ge­ sonderte kompensierende Zusatzleistungen ermittelt werden, mit denen einer der abströmseitigen Heizkörper zeitverzögert beauf­ schlagt wird. Die Wirkung einer jeden Störgröße wird dabei se­ parat betrachtet und als Kompensationsvorschrift in einer Steuerung abgelegt. Nach dem bekannten Verfahren soll durch Überlagerung aller Kompensationsleistungen ein schwankungs­ freier Verlauf der Auslauftemperatur erreicht werden. Aller­ dings ist bei diesem bekannten Verfahren nicht klar, nach wel­ chem Algorithmus diese Kompensationsvorschriften errechnet wer­ den sollen. Außerdem ist unklar, wie die Kompensationsleistun­ gen und die Verzögerungszeiten zu ändern sind, wenn sich wäh­ rend der Kompensationsphase eine Eingangsgröße ändert. Dadurch ist es aber nicht möglich, die Auslauftemperatur bei sich än­ dernden Eingangsgrößen in ausreichendem Ausmaß konstant zu hal­ ten.Such a method has been described, for example, by DE-PS 37 12 648 proposed, in which ge from individual disturbance variables special compensatory additional services can be determined with to which one of the downstream radiators is delayed is struck. The effect of each disturbance variable is se considered separately and as a compensation regulation in one Control filed. According to the known method Superposition of all compensation services a fluctuation free flow of the outlet temperature can be achieved. Everything However, it is not clear in this known method, according to what chem algorithm calculates these compensation regulations that should. It is also unclear how the compensation performance and the delay times have to be changed, if so changes an input variable during the compensation phase. Thereby but it is not possible to change the outlet temperature sufficient input variables to a sufficient extent ten.

Ziel der Erfindung ist es, diesen Nachteil zu vermeiden und ein Verfahren der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, bei dem ein hohes Maß an Konstanthaltung der gewünschten Auslauftemperatur auch bei einer Änderung der Eingangsparameter, wie Wasserdurch­ fluß und Einlauftemperatur sichergestellt ist.The aim of the invention is to avoid this disadvantage and a To propose a method of the type mentioned at the beginning, in which a high degree of keeping the desired outlet temperature constant even if the input parameters change, such as water flow flow and inlet temperature is ensured.

Erfindungsgemäß wird dies durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 erreicht.According to the invention, this is due to the characteristic features of claim 1 achieved.

Dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt die Idee zugrunde, die aktuellen Temperaturen in den einzelnen Stufen des Heizblockes innerhalb der Leistungssteuerung zu berechnen. Dazu werden die wesentlichen thermischen Eigenschaften des Heizblockes rechne­ risch innerhalb einer Leistungssteuerung nachgebildet, um den Verlauf der Ist-Temperaturen im gesamten Heizblock zu erhalten.The inventive method is based on the idea that current temperatures in the individual stages of the heating block to calculate within the power control. To do this, the the essential thermal properties of the heating block mimicked within a power control in order to Obtain the course of the actual temperatures in the entire heating block.

Während der Übergangszeit von durch Änderungen der Eingangs­ größen, wie Einlauftemperatur und Durchfluß, bedingten Lei­ stungsänderungen kann dann anhand eines Vergleiches der be­ rechneten Ist-Temperaturen mit dem vorgesehenen Soll-Wert in­ nerhalb der letzten Stufe des Heizblocks die Leistung dieser Stufe so gesteuert werden, daß die gewünschte Temperatur am Auslauf des Warmwasserbereiters möglichst schnell erreicht und konstant gehalten werden kann.During the transition period from changes in input sizes, such as inlet temperature and flow, Changes in performance can then be based on a comparison of the be calculated actual temperatures with the intended target value in the performance of this within the last stage of the heating block Level can be controlled so that the desired temperature on The water heater reaches the outlet as quickly as possible and can be kept constant.

Dies wird durch die ständige Berechnung der Temperaturen aller Teilvolumina ermöglicht, wobei aufgrund der vorgegebenen Soll- Auslauftemperatur und der Temperatur im dem Auslauf unmittelbar vorgeordneten Teilvolumen die dem Steuerheizkörper zuzuführende Leistung errechnet werden kann. Auf diese Weise kann bei Ände­ rungen der Eingangsparameter sehr rasch die Leistung der Steu­ erstufe angepaßt und die Auslauftemperatur auf ihren vorgesehe­ nen Wert gebracht werden, wobei es auch zu einem Umschalten der der Steuerstufe vorgeordneten schaltbaren Heizkörper kommen kann, ohne daß die Wirksamkeit der Kompensationsmaßnahme da­ durch vermindert wird.This is done by constantly calculating the temperatures of everyone Partial volumes enabled, due to the predetermined target Outlet temperature and the temperature in the outlet immediately upstream partial volume to be supplied to the control radiator  Power can be calculated. In this way, when changing the input parameters very quickly the performance of the tax level adjusted and the outlet temperature on your provided be brought to a value, which also leads to a switching of the switchable radiators upstream of the control stage can without the effectiveness of the compensation measure is diminished by.

Durch die Merkmale des Anspruches 2 ist es möglich, die Genau­ igkeit der Berechnung der Temperaturen der einzelnen Teilvolu­ mina zu erhöhen, wodurch im Falle einer Änderung der Eingangs­ parameter die vorgesehene Auslauftemperatur rasch wieder er­ reicht werden kann.Due to the features of claim 2, it is possible to be exact The calculation of the temperatures of the individual partial volumes mina increase, which in the event of a change in input quickly set the planned outlet temperature again can be enough.

Durch die Merkmale des Anspruches 3 ist ein rasches Reagieren auf eine Verminderung der Durchflußgeschwindigkeit und dem da­ durch bedingten verminderten Energiebedarf möglich, wodurch eine stärkere Überschreitung der vorgesehenen Auslauftemperatur vermieden wird.Due to the features of claim 3 is a quick response on a reduction in the flow rate and there possible due to conditional reduced energy consumption, whereby a stronger exceeding of the planned outlet temperature is avoided.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert.The invention will now be explained in more detail with reference to the drawing.

Dabei zeigen:Show:

Fig. 1 schematisch einen elektrisch beheizten Warmwasserberei­ ter und Fig. 1 shows schematically an electrically heated water heater ter and

Fig. 2 schematisch die Anordnung der Teilvolumina. Fig. 2 shows schematically the arrangement of the partial volumes.

Der Warmwasserbereiter nach der Fig. 1 weist drei schaltbare Heizkörper H1, H2, H3 auf, die in einem von Wasser durchström­ baren Rohr 2 angeordnet sind, wobei vor dem Auslauf des Rohres 2 ein Steuerheizkörper H4 angeordnet ist. Die einzelnen Heiz­ körper H1, H2, H3, H4 sind über eine Leistungssteuerung 1 mit Spannung versorgbar. Dabei sind die Heizkörper H1, H2 und H3 über Ein-Aus-Schalter gesteuert, wogegen der Steuerheizkörper H4 stufenlos steuerbar ist.The water heater of FIG. 1 has three switchable heaters H1, H2, H3, which are arranged in a flow passage of water cash tube 2, wherein a control radiators arranged H4 before the outlet of the tube 2. The individual radiators H1, H2, H3, H4 can be supplied with voltage via a power control 1 . The radiators H1, H2 and H3 are controlled by an on-off switch, whereas the control radiator H4 can be steplessly controlled.

Weiters ist die Leistungssteuerung 1 mit einem der Soll-Aus­ lauftemperatur Tsoll entsprechenden Signal und einem dem aktu­ ellen Volumenstrom durch das Rohr 2 entsprechenden Signal V versorgt. Die Leistungssteuerung 1 ist an ein Drehstromnetz L₁, L₂, L₃ angeschlossen.Furthermore, the power control 1 with one of the set-off flow temperature T is to the corresponding signal and the refreshes economic volume flow through the tube 2 corresponding signal V supplied. The power control 1 is connected to a three-phase network L₁, L₂, L₃.

Wie aus der Fig. 2 zu ersehen ist, ist das Volumen des Rohres 2 zwischen dem Einlauf und dem Auslauf in eine Reihe von Teilvo­ lumina Vi aufgeteilt, die mit V₀, in dem die Einlauftemperatur Tein herrscht, bis VN, in dem die Auslauftemperatur herrscht, bezeichnet sind.As can be seen from Fig. 2, the volume of the tube 2 is divided between the inlet and the outlet in a number of Teilvo lumina V i, with V₀ in which the inlet temperature T prevails, until V N in which the outlet temperature prevails, are designated.

Aus der Einlauftemperatur und der den einzelnen Heizkörpern H₁, H₂, H₃ und H₄ zugeführten Leistung wird die Temperatur des Was­ sers in jedem der Teilvolumina berechnet, wie dies bereits er­ läutert wurde.From the inlet temperature and the individual radiators H₁, H₂, H₃ and H₄ supplied power is the temperature of what sers calculated in each of the partial volumes, as he already did was refined.

Aufgrund des ermittelten Volumenstromes V, der Einlauftempera­ tur Tein und der vorgewählten Soll-Auslauftemperatur Tsoll wird der Leistungsbedarf ermittelt, wobei über die schaltbaren Heiz­ körper H₁, H₂ und H₃ eine geringere als die errechnete Leistung zugeführt wird und die Leistung P₄ des Steuerheizkörpers H₄ während einer Kompensationsphase nach der BeziehungBasis of the determined volume flow rate V, the inlet tempera ture T and the preselected target outlet temperature T to the power requirement is determined, wherein the body via the switchable heating H₁, H₂ and H₃ is supplied to a lower than the calculated power and the power P₄ the control heater H₄ during a compensation phase after the relationship

P₄ = (Tsoll · TN-1) · VS · c/trP₄ = (T soll · T N-1 ) · V S · c / tr

errechnet wird, wobei TN-1 die Temperatur im Teilvolumen VN-1, welches das letzte im Bereich des Steuerheizkörpers H₄ ist, VS das Schrittvolumen, das dem Volumen eines jeden Teilvolumens Vi (V₀ bis VN) entspricht, c die volumenspezifische Wärmekapazität des Wassers und tr die Restzeit bedeuten, die das Teilvolumen TN-1 noch innerhalb des Steuerheizkörpers H₄ verbleibt.is calculated, where T N-1 is the temperature in the partial volume V N-1 , which is the last in the area of the control radiator H₄, V S is the step volume, which corresponds to the volume of each partial volume V i (V₀ to V N ), c the volume-specific heat capacity of the water and tr mean the remaining time that the partial volume T N-1 still remains within the control radiator H₄.

Im Fall, daß im Teilvolumen VN-1 eine über der Soll-Auslauftem­ peratur Tsoll liegende Temperatur errechnet wird, wird die Lei­ stung des Steuerheizkörpers H₄ auf Null reduziert.In the event that in the partial volume V N-1 a temperature above the target Auslauftem temperature T should be calculated, the performance of the control heater H₄ is reduced to zero.

Claims (3)

1. Verfahren zum Steuern eines elektrisch be­ heizten Warmwasserbereiters, der neben mehre­ ren schaltbaren Heizkörpern einen am Auslaufende des Wasserbereiters angeordneten stufenlos steuerbaren Steuerheizkörper auf­ weist und bei dem zur Einhaltung einer be­ stimmten Auslauftemperatur in Abhängigkeit von Änderungen bestimmter Parameter die Heizkörper geschaltet und der Steuerheizkör­ per gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich des gesamten Heizblocks in äquidistante Wasserteilvolumina Vi, bzw. V₀ bis VN aufgeteilt wird, die längs des Strö­ mungsweges hintereinander angeordnet sind und jeweils ein Schrittvolumen VS aufweisen, wo­ bei das erste Teilvolumen (V₀) vor dem ersten Heizkörper vorgesehen und der Einlauftempera­ tur T₀ zugerechnet ist, das letzte Teilvolu­ men VN nach dem Steuerheizkörper vorgesehen und der Auslauftemperatur TN zugeordnet ist und die Temperaturerhöhung Ti eines jeden Teilvolumens Vi nach der Beziehung Ti = Pi · tV · (VS · c)-1berechnet wird, wobei Pi die dem Element i während einer Verweilzeit tV elektrisch zuge­ führte Leistung [W] ist, tV die Verweilzeit [s] innerhalb eines Teilvolumens (Vi), das heißt, jene Zeit ist, die bei dem aktuellen Volumenstrom V des Wassers benötigt wird, um ein Teilvolumen Vi zu durchströmen, VS das Schrittvolumen [ml] und c die volumenspezifi­ sche Wärmekapazität von Wasser unter Nor­ malbedingungen [4,176 Ws/(K·ml)-1] bedeuten, wonach in einem zweiten Schritt alle Teilvo­ lumina Vi um eine Position weitergeschoben und erneut die Temperaturerhöhung Ti aller Teilvolumina Vi für die nächste Verweilzeit tV berechnet wird, die nach der Beziehung:tv = VS · V-1errechnet wird, wobei V den aktuellen Volu­ menstrom [l/s] des Wassers bedeutet und die Leistung PSt der Steuerstufe nach der Bezie­ hung:PSt = (Tsoll - TN-1) · VS · c/trerrechnet wird, wobei Tsoll die Soll-Auslauf­ temperatur, TN-1 die Temperatur des letzten Teilvolumens der Steuerstufe und tr die Rest­ zeit [s], die das Teilvolumen VN-1 noch in­ nerhalb der Steuerstufe verweilt, bedeuten, wobei im Fall, daß TN-1 < Tsoll ist, die Lei­ stung der Steuerstufe auf Null zurückgenommen wird.1.Procedure for controlling an electrically heated water heater which, in addition to several switchable radiators, has a steplessly controllable control radiator arranged at the outlet end of the water heater and in which, in order to maintain a certain outlet temperature, the radiators are switched as a function of changes in certain parameters and the control radiator per is controlled, characterized in that the area of the entire heating block is divided into equidistant partial water volumes V i , or V₀ to V N , which are arranged one behind the other along the flow path and each have a step volume V S , where the first partial volume (V₀ ) is provided in front of the first radiator and the inlet temperature T₀ is assigned, the last partial volume V N is provided after the control radiator and is assigned to the outlet temperature T N and the temperature increase T i of each partial volume V i according to the relationship T i = P i t V * (V S · C) -1 is calculated, where P i is the power [W] electrically supplied to the element i during a dwell time t V , t V is the dwell time [s] within a partial volume (V i ), that is to say that time , which is required at the current volume flow V of the water to flow through a partial volume V i , V S the step volume [ml] and c the volume-specific heat capacity of water under normal conditions [4.176 Ws / (K · ml) -1 ] mean, according to which further pushed in a second step all Teilvo lumina V i by one position, and again the temperature increase T i of all sub-volumes V i for the next dwell time t V is calculated, which according to the relationship: t v = V S · V calculated -1 is, where V represents the current Volu volume flow [l / s] of the water and the power P St hung the control stage according to the rela: P St = (T set - T N-1) · V S · c / t r is calculated is , where T is the target outlet temperature, T N-1 the temperature of the last part of the control stage fe and t r mean the remaining time [s], which the sub-volume V N-1 still remains within the control stage, whereby in the case that T N-1 <T should , the performance of the control stage is reduced to zero . 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei der Berechnung der Tempera­ tur der einzelnen Teilvolumina der Wärmeüber­ gang zwischen dem Wasser einzelner Teilvolu­ mina und dem zugehörigen Heizblock berück­ sichtigt wird.2. The method according to claim 1, characterized records that when calculating the tempera ture of the individual partial volumes of heat transfer passage between the water of individual subvolume mina and the associated heating block is viewed. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Temperatur aller Teil­ volumina berücksichtigt und bei Überschreiten der Soll-Auslauftemperatur Tsoll in einem Teilvolumen Vi die Leistung des Steuerheiz­ körpers vermindert wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the temperature of all sub-volumes is taken into account and the output of the control heater is reduced in a sub-volume V i when the target outlet temperature T is exceeded.
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