EP2462493A2 - Warmwasserspeicher mit einer einrichtung zum bestimmen des warmwasserfüllstandes des warmwasserspeichers - Google Patents

Warmwasserspeicher mit einer einrichtung zum bestimmen des warmwasserfüllstandes des warmwasserspeichers

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Publication number
EP2462493A2
EP2462493A2 EP10740599A EP10740599A EP2462493A2 EP 2462493 A2 EP2462493 A2 EP 2462493A2 EP 10740599 A EP10740599 A EP 10740599A EP 10740599 A EP10740599 A EP 10740599A EP 2462493 A2 EP2462493 A2 EP 2462493A2
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EP
European Patent Office
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hot water
flow
water tank
tank
water
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP10740599A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan Burghardt
Christian Englisch
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BSH Hausgeraete GmbH
Original Assignee
BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH filed Critical BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Publication of EP2462493A2 publication Critical patent/EP2462493A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H9/00—Details
    • F24H9/20—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F24H9/2007—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heaters
    • F24H9/2014—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heaters using electrical energy supply
    • F24H9/2021—Storage heaters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F24H1/201—Water-storage heaters with immersed heating elements, e.g. electric elements or furnace tubes using electric energy supply
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/05—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects
    • G01F1/20—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow
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    • G—PHYSICS
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    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
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    • G01F23/22—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
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    • G01F23/804—Particular electronic circuits for digital processing equipment containing circuits handling parameters other than liquid level
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    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2220/00—Components of central heating installations excluding heat sources
    • F24D2220/04—Sensors
    • F24D2220/044—Flow sensors

Definitions

  • Hot water tank with a device for determining the hot water level of the hot water tank
  • the invention relates to a hot water tank with a device for determining the hot water level of the hot water tank.
  • the hot water tank comprises a water inlet for supplying cold water, and a water outlet for the discharge of hot water.
  • Hot water storage tanks typically have a display that indicates to a user the hot water charge status of the storage. On the basis of the display, the user can decide or assess whether the amount of hot water is sufficient.
  • the display is often also used for energy saving purposes, as the user can prevent the reheating or re-heating, for example, should the amount of hot water for the desired use should be sufficient.
  • temperature sensors or temperature measuring devices which are integrally formed or can be arranged at certain points in the water tank.
  • DE 44 01 539 A1 discloses an integral temperature sensor, which supplies the information for the hot water level in the water tank of the hot water tank. Furthermore, we recorded the outlet temperature to ensure a more accurate indication of the hot water level.
  • DE 195 43 761 C2 also discloses a detection device for the hot water level of a hot water tank. According to DE 195 43 761 C2, the temperature of the water is together with the control voltage of the heating element evaluated to allow the most accurate indication of the hot water level.
  • the hot water tank has a device for determining the hot water level of the hot water tank.
  • the hot water level or state of charge or hot water content of the hot water tank corresponds to the amount of hot water which is available to a consumer at a suitable tapping point.
  • the hot water tank includes a water inlet for supplying cold water and a water outlet for the discharge of hot water. Through the inlet cold water can get into the hot water tank or water tank, which can then be heated and accordingly can be removed at the drain or hot water outlet, the consumption of hot water.
  • the hot water tank has a flow measuring device for detecting the Water flow, which is connected for the purpose of determining the state of charge based on the detected water flow to the means for determining the hot water level of the hot water tank.
  • the flow measuring device By the flow measuring device, an exact indication of the hot water level of the hot water tank can be guaranteed. Under hot water level is the amount of hot water that is available to a user or consumer.
  • the flow measuring device preferably detects by means of sensors the flow in the outlet or inlet of the hot water tank and passes this data to the device for determining the hot water level. The means for determining can thus determine the current hot water level and a consumer can read the exact amount of hot water.
  • the flow measuring device can also be used to display the hot water level in real time.
  • This available hot water amount i. the hot water level is composed of the available hot water contents of the prevailing in the memory layers. In this case, preferably only usable layers are taken into account, i. Layers with a water temperature greater than a certain target temperature value. Due to the known storage geometry of the inner container, as well as the known tapped by flow meter determinable volume, the layer heights and thus hot water quantities are known.
  • the optional use of temperature sensors the accuracy could be increased even more
  • the flow meter is configured to detect the flow of the water inlet and to output signals.
  • the arrangement of the flow measuring device at the inlet, the amount of cold water, which flows into the hot water tank can be determined exactly.
  • the amount of cold water, which flows into the memory corresponds to the amount of hot water, which was tapped at a tapping point by a consumer.
  • the flow meter is configured to detect the flow of water drain and to output signals. Consequently, it is possible to determine the exact amount of hot water tapped from the inner container.
  • the flow meter is configured to detect the instantaneous flow of the water. By recording the current or current flow, an exact indication of the hot water level can be made in real time. This is advantageous because the inertia of the sensors of the flow measuring device is less than, for example, the inertia of the temperature sensors in the inner tank (water tank).
  • the detection of the water flow is provided by at least one flow sensor in the water inlet and / or water outlet.
  • Flow sensors can advantageously be arranged directly in the inlet and / or outlet to detect the respective flow for the device for determining the hot water level.
  • the detection can also be realized by means of sensors that are not arranged directly in the tube, but detect the flow inductively or with ultrasound.
  • the device for determining the hot water level of the hot water tank on a control device which is adapted to receive the signals of the flow measuring device and / or the at least one temperature sensor.
  • the controller may cause control of the means for determining.
  • the control device can control, for example, the heater of the hot water tank and also, for example, displays that are necessary for operation, such as the target temperature of the hot water.
  • the flow measuring device has a measuring transducer which is connected to the control device. The transducer provides the signals that can be evaluated and further processed by the controller.
  • the hot water tank includes a display for displaying the hot water level / state of charge of the hot water tank.
  • the display allows a consumer to read, for example, whether the amount of hot water is still sufficient for a bath. Furthermore, it is conceivable that an acoustic signal sounds if, for example, the hot water content falls below a certain threshold.
  • the hot water tank on a time display for displaying a residual tap time of the hot water. Consequently, a consumer can accurately estimate how long he can shower, for example.
  • the hot water tank has a means for setting a target temperature of the heated hot water by a user.
  • the temperature can be adjusted, and a user always has the possibility of setting a preferred desired temperature during operation of the hot water tank.
  • the required amount of hot water is adjustable by a consumer. Thus, a consumer can set a targeted amount of hot water and thus an energy-saving operation of the hot water tank is guaranteed.
  • the control device expediently comprises a microcontroller for controlling the device.
  • a Mirocontroller can be advantageously used as a standard module cost.
  • the hot water tank has a heater for heating the water stored in the hot water tank.
  • the heater can be controlled by means of the control device, so that the water in the water tank always has a desired temperature or, if necessary, the desired amount of hot water is available.
  • FIG. 1 shows a hot water tank according to the present invention
  • FIG. 2 shows a basic structure of the flow measuring device arranged on
  • Fig. 1 shows a hot water tank according to the present invention.
  • the hot water tank 1 can be installed for example in the bathroom or kitchen.
  • Hot water tank 1 can be mounted horizontally or vertically. In the vertical
  • Mount extends the longitudinal axis of the hot water tank in the vertical and the necessary for operation supply and drain lines are located below the tank.
  • the mounting axis or longitudinal axis extends substantially parallel to the horizontal, so that, for example, the
  • Hot water storage can be installed close to a ceiling of the room.
  • the water tank 2, which may be cylindrical, for example, is preferably surrounded by an insulating jacket (not shown), so that the already heated water can be kept as long as possible at operating temperature and to keep the standby energy consumption as low as possible.
  • the hot water tank comprises a heater 15, which may be disposed within the water tank 2 and preferably is in direct contact with the stored water.
  • the heating device 15 is supplied via a suitable control device having a power electronics through the public power grid, so that the water can be heated within the tank 2.
  • the hot water tank can be housed in a housing which can accommodate the components.
  • the water connection lines 3 and 4 are located below the water tank and can be connected as desired.
  • the supply line or the cold water inlet 4 can for example be connected to the cold water supply of a building, so that the hot water tank 1 can be supplied with fresh water.
  • the water drain or hot water drain 3 is also arranged below the water tank 2 according to one embodiment, and can be guided to one or more taps. At one of these taps, a consumer has the ability to tap into the water tank 2 of the hot water tank 1 and consume.
  • the control of the hot water tank 1, which is connected to the heater 15 within the water tank, ensures that the heater 15 always heats the water to a constant or substantially constant temperature within the tank 2. It is conceivable that the water connections can be arranged, for example, above the water tank.
  • the heating device 15 is arranged inside the water tank 2 and is set up in such a way as to heat up the fresh water flowing in through the inlet 4.
  • the heating device 15 is controlled by a suitable control electronics or control device 14, so that the necessary heating energy can be provided.
  • the control device 14 could be arranged, for example, within the device for determining the hot water level 7 of the hot water tank, but also a version as a separate component is feasible.
  • the trapped in the water tank water is heated by means of the heater 15, wherein through the physical properties of the water arise two areas.
  • the warm water rises in a so-called hot water area 9 of the water tank and the cold water is still cold water area 8 below the hot water area 9.
  • the water outlet 3, from which the useful water (ie the hot water) tapped can be, is arranged so that only water from the hot water area 9 can be tapped.
  • the connection point for hot water is preferably in the so-called dome of the water tank.
  • the heating device 15 can therefore heat the newly introduced cold water again to the desired temperature, so that a consumer can tap a temperature as constant as possible at the water outlet 3.
  • the heater 15 is shown schematically, but it is conceivable that the heater has a different configuration or mounting location.
  • the hot water tank 1 has a device for determining the hot water level 7, which is configured to receive signals from at least one flow measuring device 5.
  • the flow measuring device is arranged on the inlet pipe or cold water inlet 4, so that the flow of the inflowing cold water can be detected. That is, the flow meter 5 is configured to detect the flow of the cold water.
  • the flow measuring device 5 can also detect the instantaneous or current water flow at the inlet 4.
  • the flow measuring device is arranged, for example, on the water outlet 3, so that the flow measuring device 5 can detect or measure the flow of the tapped water. 2, the basic structure of a flow measuring device 5 according to the present invention will be described.
  • the temperature sensors 6 in the hot water tank 2 are arranged so that they can detect the inhomogeneous distribution of the water in the container 2.
  • the temperature sensors 6 are arranged as individual components within the container 2, but it is conceivable that a Integral temperature sensor can be used, which extends along the outer surface of the container 2 and is set up to detect the exact temperature distribution of the water.
  • two temperature sensors are arranged by way of example in the hot water tank 2, namely in the cold water area 8 and in the hot water area 9, from which the useful water (hot water) can be tapped.
  • the temperature sensors 6 detect the respective water temperature from the corresponding area and forward it to the control device 14 and / or detection device for determining the hot water level 7 of the hot water tank 1 on. It is conceivable that the data of the temperature sensors will not be used to control the hot water tank 1, however, a more accurate indication of the hot water level can be achieved using multiple measurement data. That the use of several temperature sensors 6 can additionally improve the accuracy of the determination of the hot water level.
  • the flow measuring device 5 is arranged in the inlet pipe and the signals corresponding to the water flow are forwarded to the device for determining the hot water level 7.
  • the device 7 can use the data of the temperature sensors 6 in addition to determining the hot water level.
  • the flow measuring device 5 can detect the instantaneous flow of water at the inlet pipe 4, but provision or determination of the volume of the water flowing into the water tank 2 can also be realized. The volume could be determined, for example, taking into account the tapping time at the tapping point within the control device 7. Depending on the flow sensor used as a component of the flow measuring device 5 can be used on different parameters.
  • the flow measuring device 5 acquires the measured data, ie the flow, and forwards these data in the form of electrical signals, for example, to the device for determining the hot water level 7 and / or to the control device 14. Since the original content of the filled hot water tank 1 is known, a real-time display of the water now stored in the container 2 can thus be displayed. The available hot water amount corresponds to the original minus the tapped hot water quantity.
  • the device for determining the filling level 7 of the hot water storage tank 1 can thus determine and forward the exact hot water level on the basis of the measured data from the flow measuring device 5. Furthermore, it is conceivable that in the determination or determination of the hot water level of the hot water tank, the measurement data of the temperature sensors can also be used. Thus, with an inhomogeneous temperature distribution within the container 2, the exact amount of hot water can be determined.
  • the usable hot water content or hot water level corresponds to the sum of the hot water contents of the layers in the water tank 2 whose temperature is sufficient for use, ie exceeds a certain setpoint (usually> 40 ° C).
  • the flow measuring device 5 the amount of hot water can be determined in real time, since the inertia of a temperature sensor 6, for example, not in the determination in the device 7 is supporting, but the flow.
  • Fig. 2 shows the basic structure of a flow measuring device, which is arranged at the inlet of a hot water tank according to the present invention.
  • the flow measuring device 5 is arranged according to this embodiment, the water inlet 4 for cold water and is adapted to detect the flow or measure.
  • the flow measuring device 5 comprises a flow sensor 10, which can be arranged directly in the cold water inlet pipe. The use of other sensors for flow measurement is also conceivable.
  • the flow sensor 10 detects the flow of cold water in the inlet 4 and forwards it in the form of a suitable electrical signal to a transducer 11, which can also be arranged in the flow measuring device 5.
  • the flow measuring device as Integral component including transducer 1 1 and sensor 10 is executed, but also a separate construction is feasible. In this case, it would be possible to arrange a plurality of sensors 10 within the feed pipe 4, pass their signals to the transducer 11.
  • the transducer 11 of the flow measuring device 5 converts the received signals, and passes them to the device 7 for determining the level of the
  • Hot water tank. These signals can also be fed to a control device 14, which can take over, for example, the control of the hot water tank 1.
  • the controller 14 may preferably be a microcontroller, but other electronic components suitable for control would also be implementable.
  • a temperature sensor 6 was arranged in the inlet 4, the analog temperature data and the
  • Control device 14 and / or the device for determining the level 7 can deliver.
  • the device for determining the fill level can utilize the information and output the fill level.
  • the output of this data can be realized, for example, by means of different displays, e.g. Residual water indicator 12 and / or heating time indicator 13.
  • the residual water indicator 12 may indicate how much water is still in the container 2 at a desired temperature.
  • the heating time display 13 indicates, for example, how long the heating device 15 still has to heat the cold water until a temperature set by the consumer, for example, or hot water quantity is reached.
  • a remaining time display can be realized, e.g. When showering indicates how long at the current flow can still be showered.
  • the invention can also be applied to wall storage, small storage as over- or under-counter or stand storage, which can be used to produce hot water for consumers. These devices can be used for example in the bathroom or kitchen use, but other mounting sites are conceivable. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

Es wird ein Warmwasserspeicher mit einer Einrichtung zum Bestimmen des Füllstandes des Warmwasserspeichers bereitgestellt. Der Warmwasserspeicher umfasst einen Wasserzulauf zum Zuführen von Kaltwasser und einen Wasserablauf zum Abführen von Warmwasser. Wobei der Warmwasserspeicher eine Durchflussmesseinrichtung zum Erfassen des Wasserdurchflusses aufweist, welche zwecks Bestimmung des Ladezustandes auf Basis des erfassten Wasserdurchflusses mit der Einrichtung zum Bestimmen des Füllstandes des Warmwasserspeichers verbunden ist.

Description

Warmwasserspeicher mit einer Einrichtung zum Bestimmen des Warmwasserfüllstandes des Warmwasserspeichers
Beschreibung Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Warmwasserspeicher mit einer Einrichtung zum Bestimmen des Warmwasserfüllstandes des Warmwasserspeichers. Der Warmwasserspeicher umfasst einen Wasserzulauf zum Zuführen von Kaltwasser, und einen Wasserablauf zum Abführen von Warmwasser.
Stand der Technik
Warmwasserspeicher weisen üblicherweise eine Anzeige auf, welche einem Benutzer den Warmwasserladezustand des Speichers anzeigt. Anhand der Anzeige kann der Benutzer entscheiden bzw. einschätzen ob die Menge an Warmwasser ausreichend ist. Die Anzeige wird oft auch zu Energiesparzwecken verwendet, da der Benutzer das Nachheizen bzw. Neuaufheizen verhindern kann, falls beispielsweise die Warmwassermenge für die gewünschte Verwendung ausreichend sein sollte.
Um die Anzeige des Warmwasserfüllstandes zu gewährleisten, werden üblicherweise Temperatursensoren bzw. Temperaturmesseinrichtungen eingesetzt, welche integral ausgebildet sind oder auch an bestimmten Stellen im Wassertank angeordnet sein können. So offenbart beispielsweise die DE 44 01 539 A1 einen Integral- Temperaturfühler, welcher die Information für den Warmwasserfüllstand im Wassertank des Warmwasserspeichers liefert. Ferner wir die Auslasstemperatur erfasst um eine genauere Angabe des Warmwasserfüllstandes zu gewährleisten.
Die DE 195 43 761 C2 offenbart ebenfalls eine Erfassungseinrichtung für den Warmwasserfüllstand eines Warmwasserspeichers. Gemäß der DE 195 43 761 C2 wird die Temperatur des Wassers zusammen mit der Steuerspannung des Heizelements ausgewertet, um eine möglichst genaue Anzeige des Warmwasserfüllstandes zu ermöglichen.
Das erhitze Wasser steigt aufgrund des geringeren spezifischen Gewichtes nach oben im Wassertank, welches zu einer Bildung von Wasserschichten unterschiedlicher Temperaturen führt. Diese inhomogenen Wasserschichten werden von den Temperatursensoren nicht vollständig erfasst, und daher kann es zu falschen Angaben des aktuellen Warmwasserfüllstandes im Wassertank kommen. Auch Integral- Temperaturfühler sind hierzu viel zu ungenau und ein Benutzer kann beispielsweise die Restzapfzeit an Warmwasser nicht Einschätzen bzw. Ablesen.
Der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Warmwasserspeicher bereitzustellen, der eine exakte Angabe des Warmwasserfüllstandes des Warmwasserspeichers gewährleistet.
Erfindungsgemäße Lösung
Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt durch einen Warmwasserspeicher mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen, welche einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden können, sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Der Warmwasserspeicher weist eine Einrichtung zum Bestimmen des Warmwasserfüllstandes des Warmwasserspeichers. Der Warmwasserfüllstand bzw. Ladezustand oder Warmwasserinhalt des Warmwasserspeichers entspricht der Menge an Warmwasser, welche einem Verbraucher an einer geeigneten Zapfstelle zur Verfügung steht. Der Warmwasserspeicher umfasst einen Wasserzulauf zum Zuführen von Kaltwasser und einen Wasserablauf zum Abführen von Warmwasser. Durch den Zulauf kann Kaltwasser in den Warmwasserbehälter bzw. Wassertank gelangen, welches anschließend erhitzt werden kann und entsprechend kann am Ablauf bzw. Warmwasserablass die Verbrauchsmenge an Warmwasser entnommen werden. Der Warmwasserspeicher weist eine Durchflussmesseinrichtung zum Erfassen des Wasserdurchflusses auf, welche zwecks Bestimmung des Ladezustandes auf Basis des erfassten Wasserdurchflusses mit der Einrichtung zum Bestimmen des Warmwasserfüllstandes des Warmwasserspeichers verbunden ist.
Durch die Durchflussmesseinrichtung kann eine exakte Angabe des Warmwasserfüllstandes des Warmwasserspeichers gewährleistet werden. Unter Warmwasserfüllstand ist die Menge an Warmwasser, welche einem Nutzer bzw. Verbraucher zur Verfügung steht. Die Durchflussmesseinrichtung erfasst vorzugsweise mit Hilfe von Sensoren den Durchfluss im Ab- oder Zulauf des Warmwasserspeichers und gibt diese Daten an die Einrichtung zum Bestimmen des Warmwasserfüllstandes weiter. Die Einrichtung zum Bestimmen kann folglich den aktuellen Warmwasserfüllstand bestimmen und ein Verbraucher kann die genaue Menge an Warmwasser ablesen. Durch die Durchflussmesseinrichtung kann ferner eine Anzeige des Warmwasserfüllstandes in Echtzeit erfolgen. Diese zur Verfügung stehende Warmwassermenge d.h. der Warmwasserfüllstand setzt sich aus den zur Verfügung stehenden Warmwasserinhalten der im Speicher vorherrschenden Schichten zusammen. Dabei werden vorzugsweise nur nutzbare Schichten berücksichtigt, d.h. Schichten mit einer Wassertemperatur größer einem bestimmten Soll-Temperaturwert. Durch die bekannte Speichergeometrie des Innenbehälters, sowie das bekannte gezapfte mittels Durchflussmesseinrichtung bestimmbare Volumen sind die Schichthöhen und damit Warmwassermengen bekannt. Durch die optionale Verwendung von Temperatursensoren könnte die Genauigkeit noch erhöht werden Bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung
Vorzugsweise ist die Durchflussmesseinrichtung eingerichtet, um den Durchfluss des Wasserzulaufs zu erfassen, und um Signale auszugeben. Durch die Anordnung der Durchflussmesseinrichtung am Zulauf kann die Menge an Kaltwasser, welches in den Warmwasserspeicher einfließt, exakt bestimmt werden. Die Menge an Kaltwasser, welche in den Speicher einfließt, entspricht dem Warmwassermenge, die an einer Zapfstelle durch einen Verbraucher abgezapft wurde. - A -
Vorzugsweise ist die Durchflussmesseinrichtung eingerichtet, um den Durchfluss des Wasserablaufs zu erfassen, und um Signale auszugeben. Folglich ist es möglich die genaue Warmwassermenge, die aus dem Innenbehälter abgezapft wird, zu bestimmen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Durchflussmesseinrichtung eingerichtet, um den momentanen Durchfluss des Wassers zu erfassen. Durch die Erfassung des momentanen bzw. aktuellen Durchflusses kann eine genaue Angabe des Warmwasserfüllstandes in Echtzeit erfolgen. Dies ist vorteilhaft, da die Trägheit der Sensoren der Durchflussmesseinrichtung geringer ist als beispielsweise der Trägheit der Temperatursensoren im Innentank (Wassertank).
Bevorzugt wird das Erfassen des Wasserdurchflusses durch mindestens einen Durchflusssensor im Wasserzulauf und/oder Wasserablauf bereitgestellt.
Durchflusssensoren können vorteilhafter Weise direkt im Zulauf und/oder Ablauf angeordnet werden, um den jeweiligen Durchfluss für die Einrichtung zum Bestimmen des Warmwasserfüllstandes zu erfassen. Die Erfassung kann auch mit Hilfe von Sensoren realisiert werden, die nicht direkt im Rohr angeordnet sind, sondern den Durchfluss induktiv oder mit Ultraschall erfassen.
Es ist bevorzugt, dass mindestens einen Temperatursensor zum Erfassen der Wassertemperatur vorgesehen ist. Die zusätzliche Verwendung an Temperatursensoren erlaubt eine noch exakter Bestimmung des Warmwasserfüllstandes des Warmwasserspeichers, da die Einrichtung zum Bestimmen weiter Messdaten erhält und diese verarbeiten kann. Gemäß einer Ausführungsform weist die Einrichtung zum Bestimmen des Warmwasserfüllstandes des Warmwasserspeichers eine Steuereinrichtung auf, welche eingerichtet ist, die Signale der Durchflussmesseinrichtung und/oder des mindestens einen Temperatursensors zu empfangen. Durch die Steuereinrichtung kann eine Steuerung der Einrichtung zum Bestimmen bewirkt werden. Ferner kann die Steuereinrichtung beispielsweise auch die Heizeinrichtung des Warmwasserspeichers steuern und auch beispielsweise Anzeigen die zum Betrieb notwendig sind, wie beispielsweise die Solltemperatur des Warmwassers. Vorzugsweise weist die Durchflussmesseinrichtung einen Messumwandler auf, der mit der Steuereinrichtung verbunden ist. Der Messumwandler stellt die Signale bereit, die von der Steuereinrichtung ausgewertet und weiterverarbeitet werden können.
In einer Ausführungsform umfasst der Warmwasserspeicher eine Anzeige zum Anzeigen des Warmwasserfüllstandes/Ladezustandes des Warmwasserspeichers. Durch die Anzeige kann ein Verbraucher beispielsweise ablesen, ob die Menge an Warmwasser noch für ein Bad ausreicht. Ferner ist es vorstellbar, dass ein akustisches Signal ertönt, falls beispielsweise der Warmwasserinhalt einen gewissen Schwellwert unterschreitet. Vorteilhafterweise weist der Warmwasserspeicher eine Zeitanzeige zum Anzeigen einer Restzapfzeit des Warmwassers auf. Folglich kann ein Verbraucher genau Einschätzen wie lange er beispielsweise noch duschen kann.
Bevorzugt besitzt der Warmwasserspeicher ein Mittel zum Einstellen einer Solltemperatur des erhitzen Warmwassers durch einen Benutzer. Durch das Mittel kann die Temperatur eingestellt werden, und ein Benutzer hat immer die Möglichkeit der Einstellung einer bevorzugten Wunschtemperatur während des Betriebes des Warmwasserspeichers. Auch vorstellbar ist, dass die benötigte Warmwassermenge durch einen Verbraucher einstellbar ist. So kann ein Verbraucher gezielt eine Menge an Warmwasser einstellen und somit wird ein energiesparender Betrieb des Warmwasserspeichers gewährleistet.
Zweckmäßigerweise umfasst die Steuereinrichtung einen Mikrocontroller zum Steuern der Einrichtung. Ein Mirokontroller kann vorteilhaft als Standardbaustein kostengünstig eingesetzt werden.
Der Warmwasserspeicher weist eine Heizeinrichtung zum Aufheizen des im Warmwasserspeicher gespeicherten Wassers auf. Die Heizeinrichtung kann mit Hilfe der Steuereinrichtung gesteuert werden, so dass das Wasser im Wassertank immer eine gewünschte Temperatur aufweist oder ggf. die gewünschte Warmwassermenge verfügbar ist. Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden nachfolgend an Hand in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen, auf welche die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist, näher beschrieben.
Es zeigen schematisch:
Fig. 1 einen Warmwasserspeicher gemäß der vorliegenden Erfindung; und Fig. 2 einen prinzipiellen Aufbau der Durchflussmesseinrichtung angeordnet am
Zulauf gemäß der vorliegenden Erfindung.
Ausführliche Beschreibung anhand eines Ausführungsbeispiels
Bei der nachfolgenden Beschreibung der vorliegenden Erfindung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.
Fig. 1 zeigt einen Warmwasserspeicher gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Warmwasserspeicher 1 kann beispielsweise im Bad oder Küche angebracht werden.
Somit kann ein Benutzer immer die Möglichkeit warmes Wasser zu verbrauchen. Der
Warmwasserspeicher 1 kann horizontal oder vertikal montiert werden. Bei der vertikalen
Montierung erstreckt sich die Längsachse des Warmwasserspeichers in der Vertikalen und die für den Betrieb notwendigen Zu- und Ablaufleitungen befinden sich unterhalb des Tanks. Bei der horizontalen Montage erstreckt sich die Montageachse bzw. Längsachse im Wesentlichen parallel zur Horizontalen, so dass beispielsweise der
Warmwasserspeicher nah an einer Decke des Raumes angebracht werden kann. Der Wassertank 2, welcher beispielsweise zylindrisch ausgebildet werden kann, wird vorzugsweise von einem Isolationsmantel (nicht gezeigt) umgeben, damit das bereits erwärmte Wasser möglichst lange auf Betriebstemperatur gehalten werden kann und um den Bereitschaftsenergieverbrauch möglichst gering zu halten. Um das im Tank gespeicherte Wasser aufheizen zu können, umfasst der Warmwasserspeicher eine Heizeinrichtung 15, welche innerhalb des Wassertanks 2 angeordnet sein kann und vorzugsweise in direktem Kontakt mit dem gespeicherten Wasser steht. Die Heizeinrichtung 15 wird über eine geeignete Steuereinrichtung aufweisend einer Leistungselektronik durch das öffentliche Stromnetz versorgt, so dass das Wasser innerhalb des Tanks 2 erhitzt werden kann. Ferner kann der Warmwasserspeicher in einem Gehäuse untergebracht werden, welches die Bauteile aufnehmen kann.
Gemäß der Fig. 1 befinden sich die Wasseranschlussleitungen 3 und 4 unterhalb des Wassertanks und können wunschgemäß angeschlossen werden. Die Zulaufleitung bzw. der Kaltwasserzulauf 4 kann beispielsweise an die Kaltwasserspeisung eines Gebäudes angeschlossen werden, so dass der Warmwasserspeicher 1 mit Frischwasser versorgt werden kann. Der Wasserablauf bzw. Warmwasserablauf 3 ist gemäß einer Ausführungsform ebenfalls unterhalb des Wassertanks 2 angeordnet, und kann zu einer oder mehreren Zapfstellen geführt werden. An einer dieser Zapfstelle hat ein Verbraucher die Möglichkeit das im Wassertank 2 des Warmwasserspeichers 1 abzuzapfen und zu verbrauchen. Die Steuerung des Warmwasserspeichers 1 , welche mit der Heizeinrichtung 15 innerhalb des Wassertanks verbunden ist, gewährleistet, dass die Heizeinrichtung 15 das Wasser immer auf eine konstante oder im Wesentlichen konstante Temperatur innerhalb des Tanks 2 aufheizt. Es ist denkbar, dass die Wasseranschlüsse beispielsweise oberhalb des Wassertanks angeordnet werden können.
Die Heizeinrichtung 15 ist innerhalb des Wassertanks 2 angeordnet und ist derart eingerichtet, das durch den Zulauf 4 zuströmende Frischwasser aufzuheizen. Die Heizeinrichtung 15 wird von einer geeigneten Steuerelektronik bzw. Steuereinrichtung 14 gesteuert, so dass die notwendige Heizenergie bereitgestellt werden kann. Die Steuereinrichtung 14 könnten beispielsweise innerhalb der Einrichtung zum Bestimmen des Warmwasserfüllstandes 7 des Warmwasserspeichers angeordnet werden, jedoch auch eine Ausführung als separates Bauteil ist realisierbar. Das im Wassertank eingeschlossene Wasser wird mittels der Heizeinrichtung 15 aufgewärmt, wobei durch die physikalischen Eigenschaften des Wassers zwei bereiche entstehen. Das warme Wasser steigt in einem sogenannten Warmwasserbereich 9 des Wassertanks und das kalte Wasser befindet sich weiterhin Kaltwasserbereich 8 unterhalb des Warmwasserbereichs 9. Somit entsteht eine inhomogene Verteilung des Wassers im Wassertank 2. Der Wasserablauf 3, aus welchem das Nutzwasser (d.h. das Warmwasser) gezapft werden kann, wird so angeordnet, dass nur Wasser aus dem Warmwasserbereich 9 gezapft werden kann. In dieser Ausführungsform befindet sich die Anschlussstelle für Warmwasser vorzugsweise im sogenannten Dom des Wassertanks. Während des Zapfvorganges entweicht Warmwasser durch den Warmwasserablauf 3, so dass Kaltwasser durch den Zulauf 4 nachfließen kann. Die Heizeinrichtung 15 kann folglich das neu eingeführte Kaltwasser erneut auf die gewünschte Temperatur aufheizen, so dass ein Verbraucher eine möglichst konstante Temperatur am Wasserablauf 3 zapfen kann. Die Heizeinrichtung 15 ist schematisch dargestellt, es ist jedoch vorstellbar, dass die Heizeinrichtung eine andere Ausgestaltung oder Montagestelle aufweist.
Der Warmwasserspeicher 1 weist eine Einrichtung zum Bestimmen des Warmwasserfüllstandes 7 auf, welche eingerichtet ist Signale von mindestens einer Durchflussmesseinrichtung 5 zu empfangen. Gemäß dieser Ausführungsform ist die Durchflussmesseinrichtung am Zulaufrohr bzw. Kaltwasserzulauf 4 angeordnet, so dass der Durchfluss des hineinströmenden Kaltwassers erfasst werden kann. Das heißt die Durchflussmesseinrichtung 5 ist eingerichtet um den Durchfluss des Kaltwassers zu erfassen. Die Durchflussmesseinrichtung 5 kann auch den momentanen bzw. aktuellen Wasserdurchfluss am Zulauf 4 erfassen. Es ist jedoch vorstellbar, dass die Durchflussmesseinrichtung beispielsweise am Wasserablauf 3 angeordnet ist, so dass die Durchflussmesseinrichtung 5 den Durchfluss des abgezapften Wassers erfassen bzw. messen kann. In der Fig. 2 wird der prinzipielle Aufbau einer Durchflussmesseinrichtung 5 gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Ferner weist der Warmwasserspeicher 1 innerhalb des Warmwasserbehälters 2 zwei Temperatursensoren 6 auf. Die Temperatursensoren 6 im Warmwasserbehälter 2 sind so angeordnet, dass diese die inhomogene Verteilung des Wassers im Behälter 2 erfassen können. Gemäß dieser Ausführungsform sind die Temperatursensoren 6 als einzelne Bauteile innerhalb des Behälters 2 angeordnet, jedoch es ist vorstellbar dass ein Integraltemperatursensor verwendet werden kann, der sich entlang der Außenfläche des Behälters 2 erstreckt und eingerichtet ist die genaue Temperaturverteilung des Wassers zu erfassen. In der Fig. 1 werden zwei Temperatursensoren beispielhaft im Warmwasserbehälter 2 angeordnet und zwar im Kaltwasserbereich 8 und im Warmwasserbereich 9, aus welchem das Nutzwasser (Warmwasser) abgezapft werden kann.
Ferner weist der Warmwasserspeicher einen weiteren Temperatursensor 6 auf, welcher direkt im Zulauf 4 für Frischwasser angeordnet ist. Die Temperatursensoren 6 erfassen die jeweilige Wassertemperatur aus dem entsprechenden Bereich und leiten diese an die Steuereinrichtung 14 und/oder Erfassungseinrichtung zum Bestimmen des Warmwasserfüllstandes 7 des Warmwasserspeichers 1 weiter. Es ist denkbar, dass die Daten der Temperatursensoren nicht zur Steuerung des Warmwasserspeichers 1 verwendet werden, jedoch kann eine genauere Angabe des Warmwasserfüllstandes mithilfe mehrerer Messdaten erreicht werden. D.h. die Verwendung mehrerer Temperatursensoren 6 kann die Genauigkeit der Bestimmung des Warmwasserfüllstandes zusätzlich verbessern.
Vorzugsweise wird die Durchflussmesseinrichtung 5 im Zulaufrohr angeordnet und die Signale entsprechend dem Wasserdurchflusses werden an die Einrichtung zum Bestimmen des Warmwasserfüllstandes 7 weitergeleitet. Die Einrichtung 7 kann zusätzlich zur Bestimmung des Warmwasserfüllstandes die Daten der Temperatursensoren 6 verwenden. Die Durchflussmesseinrichtung 5 kann den momentanen Wasserdurchfluss am Zulaufrohr 4 erfassen, jedoch auch eine Bereitstellung bzw. Ermittlung des Volumens des in den Wasserbehälter 2 einströmenden Wasser ist ebenfalls realisierbar. Das Volumen könnte beispielsweise unter Berücksichtigung der Zapfdauer an der Zapfstelle innerhalb der Steuereinrichtung 7 bestimmt werden. Abhängig des verwendeten Durchflusssensors als Bauteil der Durchflussmesseinrichtung 5 kann auf unterschiedliche Messgrößen zurückgegriffen werden.
Falls ein Verbraucher Warmwasser aus dem Behälter 2 zapft, strömt Kaltwasser durch den Wasserzulauf 4 nach und erfindungsgemäß wird der Durchfluss durch die Durchflussmesseinrichtung 5 erfasst. Analog könnte die Durchflussmesseinrichtung 5 am Wasserablauf 3 angeordnet sein, wobei in diesem Fall der Durchfluss des abgezapften Warmwassers erfasst werden würde. Die Durchflussmesseinrichtung 5 erfasst die Messdaten, d.h. den Durchfluss, und gibt diese Daten in Form von elektrischen Signalen beispielsweise an die Einrichtung zum Bestimmen des Warmwasserfüllstandes 7 weiter und/oder an die Steuereinrichtung 14 weiter. Da der ursprüngliche Gehalt des gefüllten Warmwasserspeichers 1 bekannt ist, kann folglich eine Echtzeitanzeige des nun im Behälter 2 gespeicherten Wassers angezeigt werden. Die verfügbare Warmwassermenge entspricht der ursprünglichen abzüglich der gezapften Warmwassermenge. Dies kann beispielsweise mittels der Restwasseranzeige 12 realisiert werden, um einem Verbraucher über den Warmwasserfüllstand des Warmwasserspeichers 1 zu informieren. Die Einrichtung zum Bestimmen des Füllstandes 7 des Warmwasserspeichers 1 kann somit auf Basis der Messdaten aus der Durchflussmesseinrichtung 5 den genauen Warmwasserfüllstand ermitteln und weiterleiten. Ferner ist es denkbar, dass bei der Ermittlung bzw. Bestimmung des Warmwasserfüllstandes des Warmwasserspeichers die Messdaten der Temperatursensoren zusätzlich verwendet werden können. Somit, kann bei einer inhomogenen Temperaturverteilung innerhalb des Behälters 2 die genaue Menge an Warmwasser bestimmt werden. Der nutzbare Warmwasserinhalt bzw. Warmwasserfüllstand entspricht der Summe der Warmwasserinhalte der Schichten im Wassertank 2 deren Temperatur zur Nutzung ausreicht, d.h. einen bestimmten Sollwert überschreitet (üblicherweise >40°C). Durch die Verwendung der Durchflussmesseinrichtung 5 kann in Echtzeit die Warmwassermenge ermittelt werden, da die Trägheit eines Temperatursensors 6 beispielsweise nicht bei der Bestimmung in der Einrichtung 7 tragend ist, sondern der Durchfluss.
Fig. 2 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Durchflussmesseinrichtung, die am Zulauf eines Warmwasserspeichers gemäß der vorliegenden Erfindung angeordnet ist. Die Durchflussmesseinrichtung 5 ist gemäß dieser Ausführungsform am Wasserzulauf 4 für Kaltwasser angeordnet und ist eingerichtet den Durchfluss zu erfassen bzw. zu messen. Die Durchflussmesseinrichtung 5 umfasst einen Durchflusssensor 10 auf, der direkt im Kaltwasserzulaufrohr angeordnet sein kann. Die Verwendung anderer Sensoren zur Durchflussmessung ist ebenfalls denkbar. Der Durchflusssensor 10 erfasst den Durchfluss des Kaltwassers im Zulauf 4 und leitet diesen in Form geeigneter elektrischer Signal an einen Messwandler 11 weiter, der ebenfalls in der Durchflussmesseinrichtung 5 angeordnet sein kann. Vorstellbar ist, dass die Durchflussmesseinrichtung als Integralbauteil samt Wandler 1 1 und Sensor 10 ausgeführt ist, jedoch auch eine getrennte Bauweise ist realisierbar. In diesem Fall wäre es möglich mehrere Sensoren 10 innerhalb des Zulaufrohrs 4 anzuordnen, deren Signale an den Messwandler 11 weitergeben.
Der Messwandler 11 der Durchflussmesseinrichtung 5 wandelt die empfangenen Signale um, und leitet diese an die Einrichtung zum Bestimmen 7 des Füllstandes des
Warmwasserspeichers. Diese Signale können ferner auch an eine Steuereinrichtung 14 geführt werden, welche beispielsweise die Steuerung des Warmwasserspeichers 1 übernehmen kann. Die Steuereinrichtung 14 kann bevorzugt ein Mikrocontroller sein, aber auch andere elektronische Bauteile, die zur Steuerung geeignet sind, wären implementierbar. Gemäß dieser Ausführungsform wurde zusätzlich, aber nicht zwingend, ein Temperatursensor 6 im Zulauf 4 angeordnet, der analog die Temperaturdaten and die
Steuereinrichtung 14 und/oder and die Einrichtung zum Bestimmen des Füllstandes 7 abgeben kann. Auf der Basis dieser Daten kann folglich die Einrichtung zum Bestimmen des Füllstandes die Informationen verwerten und den Füllstand ausgeben. Die Ausgabe dieser Daten kann beispeilsweise mittels unterschiedlicher Anzeigen realisiert werden, z.B. Restwasseranzeige 12 und/oder Heizzeitanzeige 13.
Die Restwasseranzeige 12 kann beispielsweise angeben, wie viel Wasser bei einer gewünschten Temperatur sich im Behälter 2 noch befindet. Somit kann ein Verbraucher die Menge an Warmwasser genau ablesen, die zur Verfügung steht. Die Heizzeitanzeige 13 gibt beispielsweise an, wie lange die Heizeinrichtung 15 das Kaltwasser noch aufheizen muss, bis eine vom Verbraucher beispielsweise eingestellte Wassertemperatur oder Warmwassermenge erreicht wird. Des Weiteren ist eine Restzeitanzeige realisierbar, die z.B. beim Duschen angibt, wie lange beim aktuellen Durchfluss noch geduscht werden kann.
Die Erfindung kann auch bei Wandspeichern, Kleinspeicher als Über- oder Untertischgerät oder Standspeicher angewendet werden, welche zur Erzeugung von Warmwasser für Verbraucher einsetzbar sind. Diese Geräte können beispielsweise im Bad oder Küche Einsatz finden, jedoch auch andere Montagestellen sind vorstellbar. Bezugszeichenliste
1 Warmwasserspeicher
2 Wassertank bzw. Wärmeinnenbehälter
3 Wasserablauf, Warmwasserablauf bzw. Warmwasserablass 4 Wasserzulauf bzw. Kaltwasserzulauf
5 Durchflussmesseinrichtung
6 Temperatursensor bzw. Temperaturfühler
7 Einrichtung zum Bestimmen des Warmwasserfüllstandes bzw. des Warmwasserinhaltes
8 Kaltwasserbereich
9 Warmwasserbereich
10 Durchflusssensor bzw. Durchflussfühler
11 Messwandler bzw. Messumwandler für den Durchflusssensor
12 Restwasseranzeige
13 Heizzeitanzeige bzw. Restzeit-Heizanzeige
14 Steuereinrichtung
15 Heizeinrichtung bzw. Heizkörper

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Warmwasserspeicher (1 ) mit einer Einrichtung zum Bestimmen (7) des Warmwasserfüllstandes des Warmwasserspeichers (1 ), umfassend:
- einen Wasserzulauf (4) zum Zuführen von Kaltwasser;
- einen Wasserablauf (3) zum Abführen von Warmwasser;
dadurch gekennzeichnet, dass der Warmwasserspeicher (1 ) eine Durchflussmesseinrichtung (5) zum Erfassen des Wasserdurchflusses aufweist, welche zwecks Bestimmung des Ladezustandes auf Basis des erfassten Wasserdurchflusses mit der Einrichtung zum Bestimmen (7) des Warmwasserfüllstandes des Warmwasserspeichers (1 ) verbunden ist.
2. Warmwasserspeicher (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflussmesseinrichtung (5) eingerichtet ist, um den Durchfluss des Wasserzulaufs (4) zu erfassen, und um Signale auszugeben.
3. Warmwasserspeicher (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflussmesseinrichtung (5) eingerichtet ist, um den Durchfluss des Wasserablaufs (3) zu erfassen, und um Signale auszugeben.
4. Warmwasserspeicher (1 ) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflussmesseinrichtung (5) eingerichtet ist, den momentanen Durchfluss des Wassers zu erfassen.
5. Warmwasserspeicher (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassen des Wasserdurchflusses durch mindestens einen Durchflusssensor (10) im Wasserzulauf (4) und/oder Wasserablauf (3) bereitgestellt ist.
6. Warmwasserspeicher (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter aufweisend mindestens einen Temperatursensor (6) zum Erfassen der
Wassertemperatur.
7. Warmwasserspeicher (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Bestimmen (7) des
Warmwasserfüllstandes des Warmwasserspeichers (1 ) eine Steuereinrichtung (14) aufweist, welche eingerichtet ist, die Signale der Durchflussmesseinrichtung (5) und/oder des mindestens einen Temperatursensors (6) zu empfangen.
8. Warmwasserspeicher (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflussmesseinrichtung (5) einen Messumwandler (11 ) aufweist, der mit der Steuereinrichtung (14) verbunden ist.
9. Warmwasserspeicher (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend eine Anzeige (12) zum Anzeigen des Warmwasserfüllstandes des Warmwasserspeichers (1 ).
10. Warmwasserspeicher (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend eine Zeitanzeige zum Anzeigen einer Restzapfzeit des Warmwassers.
11. Warmwasserspeicher (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend ein Mittel zum Einstellen einer Solltemperatur oder einer Sollwarmwassermenge des erhitzen Warmwassers durch einen Benutzer.
12. Warmwasserspeicher (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (14) einen Mikrocontroller zum Steuern der Einrichtung (7) umfasst.
13. Warmwasserspeicher (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter aufweisend eine Heizeinrichtung (15) zum Aufheizen des im Warmwasserspeicher gespeichertem Wasser.
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