EP3457034B1 - Ein wassererwärmer mit trübungssensor und eine methode, um diesen wassererwärmer zu betreiben - Google Patents

Ein wassererwärmer mit trübungssensor und eine methode, um diesen wassererwärmer zu betreiben Download PDF

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EP3457034B1
EP3457034B1 EP18194012.3A EP18194012A EP3457034B1 EP 3457034 B1 EP3457034 B1 EP 3457034B1 EP 18194012 A EP18194012 A EP 18194012A EP 3457034 B1 EP3457034 B1 EP 3457034B1
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EP
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water
turbidity
heating
control unit
clean
Prior art date
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EP18194012.3A
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Gokhan Konuk
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Bosch Termoteknik Isitma ve Klima Sanayi Ticaret AS
Original Assignee
Bosch Termoteknik Isitma ve Klima Sanayi Ticaret AS
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    • F24H15/00—Control of fluid heaters
    • F24H15/30—Control of fluid heaters characterised by control outputs; characterised by the components to be controlled
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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
    • F24H9/0005—Details for water heaters
    • F24H9/0042—Cleaning arrangements

Definitions

  • the invention relates to water heaters and, more particularly, to combination heaters capable of measuring the turbidity of the water and a method of operating these devices.
  • central heating ensures that heat obtained from a heat source is distributed to the environment that is to be heated by means of the circulation of heating water. Accordingly, the heat that is obtained from a water heater, for example a heating boiler, is transferred to the heating water with the help of a heat exchanger and the heated heating water is brought into circulation by means of a heating line that carries heating water, which consists of a pipe network, by using pumps with Pressure is applied.
  • Radiators are connected to the heating line mentioned or, in the case of underfloor heating, pipes are laid as a continuation of the central heating line in the floor of a room to be heated.
  • a water heater in particular a combination heater, which contains a turbidity sensor. If the degree of turbidity of the heating water exceeds a critical value, the control unit in the water heater activates a water exchange unit and in this way exchanges the dirty heating water in the heating line with clean heating water.
  • a combined heater is to be understood here as a water heater that can generate heat both for heating rooms, apartments, houses and / or buildings and for heating useful fluid, in particular drinking water heating.
  • the turbidity sensor is preferably located in a plastic housing with a sufficiently transparent structure.
  • the housing can become cloudy after a certain period of use. In this case it is possible that the turbidity sensor carries out incorrect measurements due to the turbidity in question and the control unit decides that the heating water has reached the critical degree of pollution without actually having reached it.
  • the DE 10 2007 055 132 A1 discloses a monitoring and diagnostic fitting for heating water which has sensors and is set up to measure a pH value, an electrical conductivity and a turbidity value. Depending on the result of a comparison with specified limit values, a warning message is sent out.
  • the EP 3 260 795 A1 discloses a heater device with a water exchange unit for heating water, which is provided to empty a heating circuit as required and to fill it with fresh water.
  • a control unit operates the water exchange unit depending on the degree of pollution of the heating water.
  • One purpose of the invention is to develop a water heater, in particular a combination heater, which can carry out the turbidity measurement over a long period of time with a high degree of accuracy.
  • Another purpose of the invention is to ensure that the turbidity sensor can be calibrated if necessary.
  • the present invention is a water heater, in particular a combination heater, which has at least one water exchange unit which ensures that the heating water in a heating line through which the heating water flows is at least partially replaced by clean heating water from a fresh water source, and which has a control unit, which is communicatively connected to a turbidity sensor that measures the turbidity level of the heating water flowing through a turbidity observation section in said heating pipe, the control unit being configured to activate said water exchange unit in order to fulfill the purposes mentioned above and in the detailed description below.
  • the water heater in question is characterized in that when clean heating water flows through the turbidity monitoring section as a result of the activation of the water exchange unit, the turbidity sensor of said control unit is calibrated.
  • the turbidity sensor is arranged on the turbidity observation section so that it can measure the turbidity of the heating water flowing through the heating line at the turbidity observation section.
  • the turbidity monitoring section is preferably arranged in the water heater, in particular in a common housing of the water heater and turbidity monitoring section. The entire flow of heating water circulating in the heating line can flow through the turbidity observation section.
  • the turbidity monitoring section can be designed as a bypass to the heating line and through which part of the circulating heating water flow flows.
  • An advantageous embodiment of the invention is characterized in that it has been configured in such a way that it ensures that the turbidity monitoring section is hydraulically isolated from the rest of the heating line when the water exchange unit is activated and that clean heating water flows through this turbidity monitoring section.
  • An advantageous embodiment of the invention is characterized in that it has been configured in such a way that when the water exchange unit is activated, the clean heating water that flows through the turbidity monitoring section is directed out of the heating line.
  • Activation of the water exchange unit for the purpose of calibrating the turbidity sensor can be identical to activation of the water exchange unit for the purpose of replacing heating water with clean heating water.
  • activation of the water exchange unit for the purpose of calibrating the turbidity sensor can be different from activation of the water exchange unit for the purpose of replacing heating water with clean heating water.
  • control unit has been configured in such a way that it activates said calibration procedure in a predetermined period of time and / or in predetermined time intervals automatically or at the command of a user.
  • control unit has been configured in such a way that it activates the calibration procedure if a predetermined critical turbidity level is exceeded.
  • control unit generates a control signal which ensures that the turbidity sensor initiates its own calibration procedure when clean water flows through the turbidity monitoring section.
  • the turbidity monitoring section contains a fresh water inlet, a heating line inlet, an outlet and a heating line outlet.
  • the water exchange unit contains an inlet valve on the fresh water inlet, a line isolation valve on the heating line inlet and a drain valve on the outlet.
  • the invention also relates to a method for operating a water heater, in particular a combination heater, which has a control unit which is communicatively connected to a turbidity sensor that measures the turbidity of the heating water flowing through a turbidity monitoring section in a heating line, and which has at least one water exchange unit that has been configured in such a way that it replaces the heating water in the heating line at least partially with clean heating water from a fresh water source when it is activated by the named control unit.
  • Said control unit ensures that the heating water in question flows through the turbidity monitoring section and, in the meantime, calibrates the turbidity sensor with the aid of the clean heating water.
  • the turbidity monitoring section is isolated from the rest of the heating line and clean heating water flows through it.
  • the clean heating water that emerges from the turbidity monitoring section is drained from the heating line.
  • the calibration is carried out automatically or at the command of a user in a predetermined period of time and / or in predetermined time intervals.
  • the calibration is carried out when a previously determined critical turbidity value is exceeded.
  • Figure 1 shows a block diagram representative of a central heating system which, among other things, contains the combination heater according to the invention.
  • water heater according to the invention is described in an embodiment as a combination heater for better understanding by means of examples which have no restrictive effect.
  • the central heating system which also includes the combination heater according to the invention, has a heating line (40) which consists of a pipe network.
  • the main hydraulic components (10) and heating elements (30) are connected one behind the other to the relevant heating line (40).
  • the main hydraulic components (10) include sub-components such as boiler, heat exchanger and pump. Since all details known in this regard belong to the knowledge of a technical expert, no further details are given at this point. Accordingly, the heating water, which has been heated and pressurized by the main hydraulic components (10), flows via an inlet line (41) to the radiators (30) and via a return line (42) back to the main hydraulic components (10), to again to be heated and pressurized.
  • pipes that are laid in the floor are used instead of the radiators (30).
  • the combination heater according to the invention also comprises a water exchange unit (20).
  • the relevant water exchange unit (20) which is activated and controlled by the control unit (80) of the combination heater, is configured in such a way that it supplies the heating line with clean water from a fresh water source (50) or drains the dirty heating water in the heating line (40) .
  • the water exchange unit can contain various valves and optionally pumps in order to be able to carry out the above functions. Accordingly, there is a line isolation valve (21) at the outlet of the main hydraulic components (10). The relevant line isolation valve (21) stops or starts the heating water circulation in the heating line (40).
  • the clean heating water that was taken from the fresh water source (50) (e.g. fresh water tank, water network) is, if necessary, fed into the heating line (40) via a water supply line (51).
  • the water supply line (51) unites with the heating line (40) at a point behind the aforementioned line isolation valve (21).
  • An inlet valve (22) for hydraulic control is connected to the water inlet line (51).
  • a feed pump (24) can optionally be located between the fresh water source (50) and the feed valve (22).
  • the heating water circulating in the heating line (40) is drained if required via a drainage line (60) which runs parallel to the heating line (40).
  • the drain line (60) is opened and closed hydraulically with a drain valve (23) which is located on the drain line (60).
  • a part of the heating line (40) serves as a turbidity observation section (43). Accordingly, a turbidity sensor (70) is connected to the relevant turbidity observation section (43).
  • the turbidity monitoring section can be located at any point on the feed line (41) or return line (42).
  • the turbidity observation section (43) is located between the two points at which the water inlet line (51) and the outlet line (60) meet the heating line (40).
  • the turbidity monitoring section is preferably arranged in the water heater, in particular in a common housing of the water heater and turbidity monitoring section.
  • the turbidity sensor (70) used in the invention preferably consists of a light source (not shown in the figure) and a light sensor (not shown in the figure), which is positioned opposite the light source and receives the light beam emitted by the mentioned light source goes out.
  • the light source is an LED, which preferably distributes light in a predetermined wavelength.
  • the light generated in the light source penetrates a lens or a series of lenses and then also the heating water and hits the opposite light sensor.
  • a daylight filter can preferably be placed in front of the light sensor.
  • the light sensor is a photodiode or phototransistor-based switching element that converts the light that hits it into a voltage or current.
  • the change in current can be observed instead of the voltage. Since both the light source and the structure and general mode of operation of the light sensor are known according to the prior art, they will not be discussed further at this point.
  • the light source and the light sensor are in a housing made of transparent plastic.
  • the turbidity sensor (70) is attached to the tube with the aid of the relevant housing, which is defined as the turbidity observation section (43).
  • the heating water flows through between the light source and the light sensor, which are placed in the housing in such a way that they are separated from one another by a measuring distance.
  • the arrangement of turbidity observation section, light source, light sensor and housing is designed such that the light from the light source can shine onto the light sensor through the heating water flowing through the turbidity observation section.
  • the turbidity sensor (70) and thus also the light source and the light sensor are connected to the control unit (80) of the combination heater via a data connection (81), in particular a data bus.
  • the relevant data connection (81) can be a physical line or a wireless data transmission.
  • the turbidity sensor (70) can be configured in such a way that it gives a visual and / or sensory warning when the degree of contamination is exceeded. In this case, the turbidity sensor (70) can be used independently as a test device.
  • the control unit (80) activates the turbidity sensor (70) at certain intervals or on a command from the user and generates the control signal.
  • the light beam emitted by the light source penetrates the water in the pipe and hits the light sensor.
  • the light sensor in turn generates an output signal that is changed along with the intensity of the incident light beam.
  • the value of this output signal (voltage or current value) is read by the control unit (80).
  • the memory of the turbidity sensor (70) there is a reference value for the clean water and a critical degree of pollution value which differs from this reference value to a certain extent.
  • the turbidity sensor (70) sends a warning signal to the control unit if the relevant critical pollution degree value is exceeded.
  • the control unit (80) then switches off the combination heater by generating corresponding control signals, and then activates and controls the water exchange unit (20). In this way, the dirty heating water in the heating line is partially or, if necessary, completely replaced by clean heating water from the fresh water source.
  • the relevant warning signal can be generated directly by the control unit.
  • a critical pollution degree value was defined in the memory of the control unit (80). If the value read by the turbidity sensor (70) exceeds this critical pollution degree value, the control unit can initiate the necessary procedures.
  • control unit (80) does not activate an automatic process when the critical pollution degree value is reached. Instead, it warns the user that the heating water needs to be drained (drained), clean water supplied and the system put back into operation by sending visual and / or sensory warnings to the user.
  • the turbidity sensor (70) must be calibrated at suitable intervals. This is because after a certain period of time the transparent housing can lose its transparency to a certain extent and / or various particles can settle on the housing and / or the turbidity sensor changes. In this case, the turbidity sensor measures an incorrect degree of pollution, which can lead to the control unit deciding that the heating water, which is actually not dirty, has reached the critical degree of pollution.
  • clean heating water is passed through the turbidity observation section (40) in the manner detailed below.
  • a new reference value for the clean water in the memory of the turbidity sensor (70) and / or the control unit (80) is updated from the measurement that the turbidity sensor (70) carries out in the meantime.
  • the critical pollution degree value in the memory of the turbidity sensor (70) and / or the control unit (80) is also updated.
  • control unit (80) carries out the calibration procedure by activating and controlling the water exchange unit (20). First the line isolation valve (21) is closed. In this way, the turbidity observation section (43) is isolated from the rest of the heating line (40). Then the inlet valve (22) and outlet valve (23) are opened one after the other. In this way, the clean water flows from the fresh water source (50) via the water supply line (51) through the turbidity monitoring section (43). If water is let into the heating line (40), without draining off enough heating water, the pressure inside can increase. Therefore, the clean heating water flowing through the turbidity observation section (43) is also drained via the drain line (60), the water path of which has been opened with the drain valve (23).
  • the control unit sends a control signal to the turbidity sensor.
  • the turbidity sensor (70) begins its own calibration, which was defined during production, and updates the reference value of the clean water and accordingly also the critical pollution degree value in its memory according to the measurement made in this process. If this calibration did not exist and the transparent housing had lost 10% of its transparency at the time of the measurement, for example, the water, which is actually clean, would be perceived as partially contaminated. Thanks to the relevant calibration, this situation can be effectively prevented.
  • the relevant reference value and the critical pollution degree value were defined in the memory of the control unit (80). In this case the values are updated as a result of the calibration procedure.
  • control unit preferably sends a control signal that the calibration has been completed to the turbidity sensor (70) and then closes the inlet valve and the outlet valve (23) one after the other by checking the water exchange unit (20).
  • the clean heating water flow in the turbidity observation section (43) comes to a standstill.
  • the line isolation valve (21) is opened so that the heating water present in the heating line (40) can circulate again and flow through the turbidity monitoring section (43).
  • control unit (80) closes the line isolation valve (21) with the aid of the water exchange unit (20) and ensures that as much heating water is emptied from the heating line (40) as clean heating water is to be taken up.
  • the drain valve (23) is first opened and the heating water is drained with a drain pump (not shown in the figure), which was placed on the drain line, or via the drain line under the action of gravity.
  • the drain valve (23) is then closed and clean water is fed into the heating line (40) to replace the drained heating water.
  • the turbidity sensor can be calibrated here. In this case, the clean heating water that is supplied to the heating line (40) and flows through the turbidity observation section (43) does not have to be emptied during or after the calibration procedure.
  • control unit (80) automatically carries out said calibration procedure in a predetermined period of time.
  • the relevant period of time can be calculated according to the time that elapses until the transparent housing of the turbidity sensor loses its transparency to a certain extent during operation of the combination heater. In another version, this duration can be recommended by the company that makes the turbidity sensor.
  • the calibration procedure in question can be started by the user via an input on a user interface with a command at any point in time.
  • the calibration procedure can be carried out when a predetermined critical turbidity value in the memory of the control unit is exceeded. In such a case, the contaminated water in the heating cable will be replaced by clean heating water anyway and it is possible to carry out the calibration during this time.

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Description

  • Die Erfindung betrifft Wassererwärmer und insbesondere Kombiheizgeräte, die die Trübung des Wassers messen können, sowie eine Methode, um diese Geräte in Betrieb zu nehmen.
    • TECHNISCHES GEBIET
  • Wie bekannt ist, gewährleistet eine Zentralheizung, dass Wärme, die man von einer Wärmequelle erhält, mittels Zirkulation eines Heizwassers in die Umgebung verteilt wird, die beheizt werden soll. Dementsprechend wird die Wärme, die man aus einem Wassererwärmer, beispielsweise einem Heizungskessel, erhält, mithilfe eines Wärmetauschers auf das Heizwasser übertragen und das erwärmte Heizwasser wird mittels einer Heizwasser führenden Heizleitung, die aus einem Rohrnetz besteht, in Zirkulation gebracht, indem es mit Pumpen mit Druck beaufschlagt wird. An die genannte Heizleitung werden Heizkörper angeschlossen oder bei Fußbodenheizungen werden als Fortsetzung der zentralen Heizleitung im Fußboden eines zu beheizenden Raumes Rohre verlegt.
  • Nach einer bestimmten Betriebsdauer können in den betreffenden Heizleitungen Feststoffe wie Schmutz und Magnetitstaub, d. h. die Entstehung von Partikeln, beobachtet werden, die vom Heizwasser mitgeführt werden und zu einem Systemfehler führen können. Die Hauptursache dafür ist die Korrosion, die bei Kontakt von Wasser und Metall auftritt. Da die Komponenten wie Rohre und Heizkörper, aus denen die zentrale Heizleitung besteht, aus Metall bestehen, führt die Korrosionswirkung im zirkulierenden Wasser zur Partikelbildung, die im Laufe der Zeit zunimmt und das Heizwasser trübt und verschmutzt. Diese Möglichkeit ist vor allem in alten Heizsystemen größer.
  • Als effektive Lösung für dieses Problem wurde ein Wassererwärmer, insbesondere ein Kombiheizgerät, entwickelt, der einen Trübungssensor enthält. Wenn der Trübungsgrad des Heizwassers einen kritischen Wert überschreitet, nimmt die Kontrolleinheit im Wassererwärmer eine Wasseraustauscheinheit in Betrieb und tauscht auf diese Weise das verschmutzte Heizwasser in der Heizleitung durch sauberes Heizwasser aus. Unter einem Kombiheizgerät soll hier ein Wassererwärmer verstanden werden, der Wärme sowohl für eine Erwärmung von Räumen, Wohnungen, Häusern und/oder Gebäuden als auch für eine Nutzfluiderwärmung, insbesondere Trinkwassererwärmung, generieren kann.
  • In der Ausführung befindet sich der Trübungssensor bevorzugt in einem Kunststoffgehäuse von ausreichend transparenter Struktur. Nach einer bestimmten Nutzungsdauer kann sich das Gehäuse trüben. In diesem Fall ist es möglich, dass der Trübungssensor aufgrund der betreffenden Trübung fehlerhafte Messungen durchführt und die Kontrolleinheit entscheidet, dass das Heizwasser den kritischen Verschmutzungsgrad erreicht hat, ohne dass es ihn tatsächlich erreicht hat.
  • Die DE 10 2007 055 132 A1 offenbart eine Überwachungs- und Diagnosearmatur für Heizungswasser, die Sensoren aufweist und eingerichtet ist, einen pH-Wert, eine elektrische Leitfähigkeit und einen Trübungswert zu messen. In Abhängigkeit vom Ergebnis eines Vergleichs mit vorgegebenen Grenzwerten wird eine Warnmeldung ausgesendet.
  • Die EP 3 260 795 A1 offenbart eine Heizgerätevorrichtung mit einer Wasseraustauscheinheit für Heizwasser, die dazu vorgesehen ist, einen Heizkreislauf bedarfsweise zu entleeren und mit Frischwasser zu befüllen. Eine Steuereinheit betätigt die Wasseraustauscheinheit in Abhängigkeit von einem Verschmutzungsgrad des Heizwassers.
    • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Ein Zweck der Erfindung ist, einen Wassererwärmer, insbesondere ein Kombiheizgerät zu entwickeln, das die Trübungsmessung über einen langen Zeitraum mit hoher Exaktheit durchführen kann.
  • Ein anderer Zweck der Erfindung ist, zu gewährleisten, dass der Trübungssensor erforderlichenfalls kalibriert werden kann.
  • Die vorliegende Erfindung ist ein Wassererwärmer, insbesondere ein Kombiheizgerät, der mindestens eine Wasseraustauscheinheit besitzt, die gewährleistet, dass das Heizwasser in einer Heizleitung, durch die das Heizwasser fließt, mindestens teilweise durch sauberes Heizwasser aus einer Frischwasserquelle ersetzt wird, und das eine Kontrolleinheit besitzt, die mit einem Trübungssensor, der den Trübungsgrad des Heizwassers misst, das durch einen Trübungsbeobachtungsabschnitt in der genannten Heizleitung fließt, kommunizierend verbunden ist, wobei die Kontrolleinheit so konfiguriert ist, dass sie die genannte Wasseraustauscheinheit aktiviert, um die Zwecke zu erfüllen, die oben und in der detaillierten Beschreibung unten genannt werden. Der betreffende Wassererwärmer ist dadurch gekennzeichnet, dass, wenn durch den Trübungsbeobachtungsabschnitt infolge der Aktivierung der Wasseraustauscheinheit sauberes Heizwasser fließt, der Trübungssensor der genannten Kontrolleinheit kalibriert wird.
  • Der Trübungssensor ist am Trübungsbeobachtungsabschnitt angeordnet, so dass er die Trübung des die Heizleitung am Trübungsbeobachtungsabschnitt durchströmenden Heizwassers messen kann. Vorzugsweise ist der Trübungsbeobachtungsabschnitt beim Wassererwärmer, insbesondere in einem gemeinsamen Gehäuse von Wassererwärmer und Trübungsbeobachtungsabschnitt, angeordnet. Der Trübungsbeobachtungsabschnitt kann von dem gesamten in der Heizleitung zirkulierenden Heizwasserstrom durchströmt werden. Alternativ kann der Trübungsbeobachtungsabschnitt als Bypass zur Heizleitung ausgebildet sein und von einem Teil des zirkulierenden Heizwasserstroms durchströmt werden.
  • Eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie so konfiguriert wurde, dass sie gewährleistet, dass der Trübungsbeobachtungsabschnitt bei einer Aktivierung der Wasseraustauscheinheit von der restlichen Heizleitung hydraulisch isoliert wird und durch diesen Trübungsbeobachtungsabschnitt sauberes Heizwasser fließt.
  • Eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie so konfiguriert wurde, dass bei einer Aktivierung der Wasseraustauscheinheit das saubere Heizwasser, das durch den Trübungsbeobachtungsabschnitt fließt, aus der Heizleitung geleitet wird.
  • Eine Aktivierung der Wasseraustauscheinheit zum Zweck der Kalibrierung des Trübungssensors kann identisch sein mit einer Aktivierung der Wasseraustauscheinheit zum Zweck der Ersetzung von Heizwasser durch sauberes Heizwasser. Alternativ kann eine Aktivierung der Wasseraustauscheinheit zum Zweck der Kalibrierung des Trübungssensors verschieden sein von einer Aktivierung der Wasseraustauscheinheit zum Zweck der Ersetzung von Heizwasser durch sauberes Heizwasser.
  • Eine andere vorteilhafte Ausführung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrolleinheit so konfiguriert wurde, dass sie die genannte Kalibrierungsprozedur in einem vorher festgelegten Zeitraum und/oder in vorher festgelegten Zeitabständen automatisch oder auf Befehl eines Benutzers aktiviert.
  • Eine andere vorteilhafte Ausführung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrolleinheit so konfiguriert wurde, dass sie die Kalibrierungsprozedur aktiviert, wenn ein vorher festgelegter kritischer Trübungsgradwert überschritten wird.
  • Eine andere vorteilhafte Ausführung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrolleinheit ein Kontrollsignal generiert, das gewährleistet, dass der Trübungssensor seine eigene Kalibrierungsprozedur einleitet, wenn sauberes Wasser durch den Trübungsbeobachtungsabschnitt fließt.
  • Eine andere vorteilhafte Ausführung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Trübungsbeobachtungsabschnitt einen Frischwasserzulauf, einen Heizleitungszulauf, einen Auslass und einen Heizleitungsauslass enthält.
  • Eine andere vorteilhafte Ausführung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Wasseraustauscheinheit ein Zulaufventil am Frischwasserzulauf, ein Leitungsisolierungsventil am Heizleitungszulauf und ein Ablassventil am Auslass enthält.
  • Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Betreiben eines Wassererwärmers, insbesondere eines Kombiheizgeräts, der eine Kontrolleinheit besitzt, die mit einem Trübungssensor, der den Trübungsgrad des Heizwassers misst, das durch einen Trübungsbeobachtungsabschnitt in einer Heizleitung fließt, kommunizierend verbunden ist, und mindestens eine Wasseraustauscheinheit besitzt, die so konfiguriert wurde, dass sie das Heizwasser in der Heizleitung mindestens teilweise durch sauberes Heizwasser aus einer Frischwasserquelle ersetzt, wenn sie von der genannten Kontrolleinheit aktiviert wird. Die genannte Kontrolleinheit gewährleistet, dass das betreffende Heizwasser durch den Trübungsbeobachtungsabschnitt fließt, und kalibriert währenddessen den Trübungssensor mithilfe des sauberen Heizwassers.
  • Bei einer vorteilhaften Ausführung des erfindungsgegenständlichen Verfahrens wird zur Kalibrierung des Trübungssensors der Trübungsbeobachtungsabschnitt von der restlichen Heizleitung isoliert und mit sauberem Heizwasser durchströmt.
  • Bei einer anderen vorteilhaften Ausführung des erfindungsgegenständlichen Verfahrens wird das saubere Heizwasser, das aus dem Trübungsbeobachtungsabschnitt austritt, aus der Heizleitung abgelassen.
  • Bei einer anderen vorteilhaften Ausführung des erfindungsgegenständlichen Verfahrens wird die Kalibrierung in einem vorher festgelegten Zeitraum und/oder in vorher festgelegten Zeitabständen automatisch oder auf Befehl eines Benutzers durchgeführt.
  • Bei einer anderen vorteilhaften Ausführung der erfindungsgegenständlichen Methode wird die Kalibrierung durchgeführt, wenn ein vorher festgelegter kritischer Trübungsgradwert überschritten wird.
    • KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN
  • Figur 1 zeigt ein Blockschema stellvertretend für ein zentrales Heizsystem, das unter anderem das erfindungsgegenständliche Kombiheizgerät enthält.
    • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • In dieser detaillierten Beschreibung wird der erfindungsgegenständliche Wassererwärmer in einer Ausführung als Kombiheizgerät zum besseren Verständnis anhand von Beispielen, die keine einschränkende Wirkung haben, beschrieben.
  • Wie in Figur 1 zu sehen ist, besitzt das zentrale Heizsystem, das auch das erfindungsgegenständliche Kombiheizgerät umfasst, eine Heizleitung (40), die aus einem Rohrnetz besteht. Die hydraulischen Hauptkomponenten (10) und Heizkörper (30) sind an die betreffende Heizleitung (40) hintereinander angeschlossen. Die hydraulischen Hauptkomponenten (10) umfassen Unterkomponenten wie Kessel, Wärmetauscher und Pumpe. Da alle diesbezüglich bekannten Details zum Wissen eines technischen Fachmannes gehören, werden an dieser Stelle keine weiteren Details genannt. Dementsprechend fließt das Heizwasser, das von den hydraulischen Hauptkomponenten (10) erwärmt und mit Druck beaufschlagt wurde, über eine Zulaufleitung (41) zu den Heizkörpern (30) und über eine Rücklaufleitung (42) wieder zu den hydraulischen Hauptkomponenten (10), um erneut erwärmt und mit Druck beaufschlagt zu werden. Bei einer Fußbodenheizung werden anstelle der Heizkörper (30) Rohre verwendet, die im Fußboden verlegt werden.
  • Das erfindungsgegenständliche Kombiheizgerät umfasst außerdem eine Wasseraustauscheinheit (20). Die betreffende Wasseraustauscheinheit (20), die von der Kontrolleinheit (80) des Kombiheizgerätes aktiviert und kontrolliert wird, ist so konfiguriert, dass sie der Heizleitung aus einer Frischwasserquelle (50) sauberes Wasser zuführt oder das in der Heizleitung (40) befindliche schmutzige Heizwasser ablässt.
  • Die Wasseraustauscheinheit kann verschiedene Ventile und wahlweise Pumpen enthalten, um die oben stehenden Funktionen ausführen zu können. Dementsprechend befindet sich am Ausgang der hydraulischen Hauptkomponenten (10) ein Leitungsisolierungsventil (21). Das betreffende Leitungsisolierungsventil (21) stoppt oder startet die Heizwasserzirkulation in der Heizleitung (40).
  • Das saubere Heizwasser, das aus der Frischwasserquelle (50) (z. B. Frischwassertank, Wassernetz) entnommen wurde, wird erforderlichenfalls über eine Wasserzulaufleitung (51) in die Heizleitung (40) geleitet. Die Wasserzulaufleitung (51) vereint sich mit der Heizleitung (40) an einem Punkt hinter dem genannten Leitungsisolierungsventil (21). An der Wasserzulaufleitung (51) ist ein Zulaufventil (22) zur hydraulischen Kontrolle angeschlossen. Wahlweise kann sich zwischen der Frischwasserquelle (50) und dem Zulaufventil (22) eine Zulaufpumpe (24) befinden.
  • Das in der Heizleitung (40) zirkulierende Heizwasser wird bei Bedarf über eine Ablassleitung (60) abgelassen, die parallel zur Heizleitung (40) verläuft. Die Ablassleitung (60) wird mit einem Ablassventil (23) hydraulisch geöffnet und geschlossen, das sich an der Ablassleitung (60) befindet.
  • Bei der vorliegenden Erfindung versieht ein Teil der Heizleitung (40) die Aufgabe als Trübungsbeobachtungsabschnitt (43). Dementsprechend ist ein Trübungssensor (70) mit dem betreffenden Trübungsbeobachtungsabschnitt (43) verbunden. Der Trübungsbeobachtungsabschnitt kann sich an einem beliebigen Punkt der Zulaufleitung (41) oder Rücklaufleitung (42) befinden. Andererseits befindet sich der Trübungsbeobachtungsabschnitt (43) zwischen den beiden Punkten, an denen die Wasserzulaufleitung (51) und die Ablassleitung (60) auf die Heizleitung (40) treffen. Vorzugsweise ist der Trübungsbeobachtungsabschnitt beim Wassererwärmer, insbesondere in einem gemeinsamen Gehäuse von Wassererwärmer und Trübungsbeobachtungsabschnitt, angeordnet.
  • Der Trübungssensor (70), der in der Erfindung verwendet wird, besteht vorzugsweise aus einer Lichtquelle (in der Figur nicht abgebildet) und einem Lichtsensor (in der Figur nicht abgebildet), der gegenüber der Lichtquelle positioniert wird und das Lichtbündel aufnimmt, das von der genannten Lichtquelle ausgeht. Die Lichtquelle ist eine LED, die vorzugsweise Licht in einer vorher bestimmten Wellenlänge verteilt. Das in der Lichtquelle erzeugte Licht durchdringt eine Linse oder eine Linsenserie und anschließend auch das Heizwasser und trifft auf den gegenüberliegenden Lichtsensor. Vorzugsweise kann vor den Lichtsensor ein Tageslichtfilter platziert werden.
  • Der Lichtsensor ist ein Schaltelement auf Photodioden- oder Phototransistorbasis, das das Licht, das auf ihn trifft, in eine Spannung oder in Strom umwandelt. Je mehr Hindernisse, insbesondere Partikel im Heizwasser, sich vor dem Licht befinden, das von der Lichtquelle erzeugt wird, desto stärker sinkt der Ausgabesignalwert des Lichtsensors und somit auch der Spannungs- oder Stromwert. Bei einer alternativen Ausführung kann anstelle der Spannung die Stromveränderung beobachtet werden. Da sowohl die Lichtquelle als auch die Struktur und allgemeine Funktionsweise des Lichtsensors nach dem Stand der Technik bekannt sind, wird an dieser Stelle nicht weiter darauf eingegangen.
  • Für die vernünftige Lichtübertragung befinden sich die Lichtquelle und der Lichtsensor in einem Gehäuse, das aus transparentem Kunststoff besteht. Der Trübungssensor (70) wird mithilfe des betreffenden Gehäuses an dem Rohr befestigt, das als Trübungsbeobachtungsabschnitt (43) definiert wird. Auf diese Weise fließt das Heizwasser zwischen der Lichtquelle und dem Lichtsensor hindurch, die so in dem Gehäuse platziert sind, dass sie um einen Messabstand voneinander entfernt sind. Die Anordnung von Trübungsbeobachtungsabschnitt, Lichtquelle, Lichtsensor und Gehäuse ist so ausgebildet, dass das Licht von der Lichtquelle durch das den Trübungsbeobachtungsabschnitt durchströmende Heizwasser auf den Lichtsensor leuchten kann.
  • Der Trübungssensor (70) und somit auch die Lichtquelle und der Lichtsensor sind über eine Datenverbindung (81), insbesondere ein Datenbus, mit der Kontrolleinheit (80) des Kombiheizgeräts verbunden. Die betreffende Datenverbindung (81) kann eine physische Leitung oder eine kabellose Datenübertragung sein. Bei einer alternativen Ausführung der Erfindung kann der Trübungssensor (70) so konfiguriert werden, dass er eine visuelle und/oder sensorische Warnung gibt, wenn der Verschmutzungsgrad überschritten wird. In diesem Fall kann der Trübungssensor (70) als Testgerät unabhängig verwendet werden.
  • Nachdem der Trübungssensor (70) an einer geeigneten Stelle der Rohrleitung befestigt wurde, funktioniert die Erfindung wie folgt. Die Kontrolleinheit (80) aktiviert den Trübungssensor (70) in bestimmten Abständen oder auf einen Befehl des Benutzers und erzeugt das Kontrollsignal. In diesem Fall durchdringt das Lichtbündel, das die Lichtquelle verströmt, das Wasser in dem Rohr und trifft auf den Lichtsensor. Der Lichtsensor wiederum erzeugt ein Ausgangssignal, das sich einhergehend mit der Intensität des auftreffenden Lichtbündels verändert. Der Wert dieses Ausgangssignals (Spannungs- oder Stromwert) wird von der Kontrolleinheit (80) gelesen. Im Speicher des Trübungssensors (70) befindet sich ein Referenzwert für das saubere Wasser und ein kritischer Verschmutzungsgradwert, der sich in einem bestimmten Maß von diesem Referenzwert unterscheidet.
  • Dementsprechend schickt der Trübungssensor (70) ein Warnsignal an die Kontrolleinheit, wenn der betreffende kritische Verschmutzungsgradwert überschritten wird. Daraufhin schaltet die Kontrolleinheit (80) das Kombiheizgerät aus, indem es entsprechende Kontrollsignale erzeugt, und aktiviert und kontrolliert anschließend die Wasseraustauscheinheit (20). Somit wird das verschmutzte Heizwasser in der Heizleitung teilweise oder erforderlichenfalls vollständig durch sauberes Heizwasser aus der Frischwasserquelle ausgetauscht. Bei einer alternativen Ausführung der Erfindung kann das betreffende Warnsignal direkt von der Kontrolleinheit erzeugt werden. Dafür wurde im Speicher der Kontrolleinheit (80) ein kritischer Verschmutzungsgradwert definiert. Wenn der Wert, der vom Trübungssensor (70) gelesen wurde, diesen kritischen Verschmutzungsgradwert überschreitet, kann die Kontrolleinheit die notwendigen Prozeduren einleiten.
  • Bei einer alternativen Ausführung aktiviert die Kontrolleinheit (80) keinen automatischen Prozess, wenn der kritische Verschmutzungsgradwert erreicht wird. Stattdessen warnt sie den Benutzer, dass das Heizwasser abgelassen (entleert), sauberes Wasser zugeleitet und das System wieder in Betrieb genommen werden muss, indem sie visuelle und/oder sensorische Warnungen an den Benutzer sendet.
  • Außer dem oben Gesagten muss der Trübungssensor (70) in geeigneten Abständen kalibriert werden. Denn nach einem bestimmten Zeitraum kann das transparente Gehäuse seine Transparenz in bestimmtem Maße verlieren und/oder auf dem Gehäuse können sich verschiedene Partikel absetzen und/oder der Trübungssensor verändert sich. In diesem Fall misst der Trübungssensor einen verfälschten Verschmutzungsgrad, was dazu führen kann, dass die Kontrolleinheit entscheidet, dass das Heizwasser, das eigentlich nicht schmutzig ist, den kritischen Verschmutzungsgrad erreicht hat.
  • Für die Kalibrierung wird durch den Trübungsbeobachtungsabschnitt (40) in der unten detailliert dargestellten Art und Weise sauberes Heizwasser geleitet. Aus der Messung, die der Trübungssensor (70) währenddessen durchführt, wird ein neuer Referenzwert für das saubere Wasser im Speicher des Trübungssensors (70) und/oder der Kontrolleinheit (80) aktualisiert. Durch die Aktualisierung des Referenzwertes wird auch der kritische Verschmutzungsgradwert im Speicher des Trübungssensors (70) und/oder der Kontrolleinheit (80) aktualisiert.
  • Bei einer bevorzugten Ausführung führt die Kontrolleinheit (80) die Kalibrierungsprozedur durch, indem sie die Wasseraustauscheinheit (20) aktiviert und kontrolliert. Zuerst wird das Leitungsisolierungsventil (21) geschlossen. So wird der Trübungsbeobachtungsabschnitt (43) von der restlichen Heizleitung (40) isoliert. Dann wird der Reihe nach das Zulaufventil (22) und Ablassventil (23) geöffnet. Auf diese Weise fließt das saubere Wasser aus der Frischwasserquelle (50) über die Wasserzulaufleitung (51) durch den Trübungsbeobachtungsabschnitt (43). Wenn Wasser in die Heizleitung (40) gelassen wird, ohne genügend Heizwasser abzulassen, kann sich der Druck im Innern erhöhen. Deshalb wird das saubere Heizwasser, das durch den Trübungsbeobachtungsabschnitt (43) fließt, auch über die Ablassleitung (60) entleert, deren Wasserweg mit dem Ablassventil (23) geöffnet wurde.
  • Wenn das Ablassventil (23) geöffnet ist, ist es praktisch nicht möglich, dass das saubere Heizwasser anstatt in die Ablassleitung (60) in die Zulaufleitung (41) fließt. Denn wenn sich das Leitungsisolierungsventil (21) schließt, befindet sich in der Zulaufleitung (41) genügend Heizwasser. Deshalb fließt das saubere Heizwasser nach kurzer Zeit zur Ablassleitung (60).
  • Sobald das saubere Heizungswasser durch den Trübungsbeobachtungsabschnitt (43) fließt, schickt die Kontrolleinheit ein Kontrollsignal an den Trübungssensor. Auf diese Weise beginnt der Trübungssensor (70) mit der eigenen Kalibrierung, die während der Produktion definiert wurde, und aktualisiert den Referenzwert des sauberen Wassers und dementsprechend auch den kritischen Verschmutzungsgradwert in seinem Speicher entsprechend der in diesem Prozess durchgeführten Messung. Wenn es diese Kalibrierung nicht gäbe und das transparente Gehäuse zum Zeitpunkt der Messung zum Beispiel 10 % seiner Transparenz verloren hätte, würde das Wasser, das eigentlich sauber ist, als teilweise verschmutzt wahrgenommen werden. Dank der betreffenden Kalibrierung kann diesem Sachverhalt wirksam vorgebeugt werden.
  • Bei einer alternativen Ausführung der Erfindung wurden der betreffende Referenzwert und der kritische Verschmutzungsgradwert im Speicher der Kontrolleinheit (80) definiert. In diesem Fall werden die Werte infolge der Kalibrierungsprozedur aktualisiert.
  • Nach einer bestimmten Zeit sendet die Kontrolleinheit vorzugsweise ein Kontrollsignal, dass die Kalibrierung beendet ist, an den Trübungssensor (70) und schließt im Anschluss der Reihe nach das Zulaufventil und das Ablassventil (23), indem sie die Wasseraustauscheinheit (20) kontrolliert. Somit kommt der saubere Heizwasserfluss im Trübungsbeobachtungsabschnitt (43) zum Stehen. Zum Schluss wird das Leitungsisolierungsventil (21) geöffnet, damit das in der Heizleitung (40) vorhandene Heizwasser wieder zirkulieren kann und durch den Trübungsbeobachtungsabschnitt (43) fließt.
  • Bei einer alternativen Ausführung der Erfindung schließt die Kontrolleinheit (80) das Leitungsisolierungsventil (21) mithilfe der Wasseraustauscheinheit (20) und gewährleistet, dass so viel Heizwasser aus der Heizleitung (40) entleert wird, wie sauberes Heizwasser aufgenommen werden soll. Dazu wird zuerst nur das Ablassventil (23) geöffnet und das Heizwasser mit einer Ablasspumpe (in der Figur nicht abgebildet), die an der Ablassleitung platziert wurde, oder unter Einwirkung der Erdanziehungskraft über die Ablassleitung entleert. Dann wird das Ablassventil (23) geschlossen und sauberes Wasser zum Ersatz für das abgelassene Heizwasser in die Heizleitung (40) eingespeist. Dabei kann der Trübungssensor kalibriert werden. In diesem Fall muss das saubere Heizwasser, das der Heizleitung (40) zugeführt wird und durch den Trübungsbeobachtungsabschnitt (43) fließt, nicht während oder nach der Kalibrierungsprozedur entleert werden.
  • Bei einer Ausführung der Erfindung führt die Kontrolleinheit (80) die genannte Kalibrierungsprozedur in einem vorher festgelegten Zeitraum automatisch durch. Der betreffende Zeitraum kann bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung entsprechend der Dauer berechnet werden, die vergeht, bis das transparente Gehäuse des Trübungssensors während des Betriebes des Kombiheizgeräts seine Transparenz in einem bestimmten Ausmaß verliert. Bei einer anderen Ausführung kann diese Dauer von der Firma empfohlen werden, die den Trübungssensor herstellt.
  • Bei einer anderen Ausführung der Erfindung kann die betreffende Kalibrierungsprozedur durch den Benutzer über eine Eingabe an einer Benutzerschnittstelle mit einem Befehl zu einem beliebigen Zeitpunkt gestartet werden. Bei einer anderen bevorzugten Ausführung der Erfindung kann die Kalibrierungsprozedur durchgeführt werden, wenn ein vorher festgelegter kritischer Trübungswert im Speicher der Kontrolleinheit überschritten wird. Denn in einem solchen Fall wird das verschmutzte Wasser in der Heizleitung ohnehin durch sauberes Heizwasser ausgetauscht und es ist möglich, die Kalibrierung währenddessen durchzuführen.

Claims (14)

  1. Wassererwärmer, insbesondere ein Kombiheizgerät, der mindestens eine Wasseraustauscheinheit (20) besitzt, die bei einer Aktivierung gewährleistet, dass ein Heizwasser in einer Heizleitung (40) im Wassererwärmer, durch die das Heizwasser fließt, mindestens teilweise durch sauberes Heizwasser aus einer Frischwasserquelle (50) ersetzt wird, und der eine Kontrolleinheit (80) besitzt, die mit einem Trübungssensor (70), der den Trübungsgrad des Heizwassers misst, das durch einen Trübungsbeobachtungsabschnitt (43) in der genannten Heizleitung (40) fließt, kommunizierend verbunden ist, wobei die Kontrolleinheit (80) so konfiguriert ist, dass sie die genannte Wasseraustauscheinheit (20) aktivieren kann, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Kontrolleinheit (80) so konfiguriert ist, dass sie den Trübungssensor (70) kalibriert, wenn das saubere Heizwasser infolge einer Aktivierung der Wasseraustauscheinheit (20) durch den Trübungsbeobachtungsabschnitt (43) fließt.
  2. Wassererwärmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er so konfiguriert ist, dass er gewährleistet, dass bei einer Aktivierung der Wasseraustauscheinheit (20) der Trübungsbeobachtungsabschnitt (43) von der restlichen Heizleitung (40) hydraulisch isoliert wird und dass durch diesen Trübungsbeobachtungsabschnitt (43) sauberes Heizwasser fließt.
  3. Wassererwärmer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass er so konfiguriert ist, dass bei der Aktivierung der Wasseraustauscheinheit (20) das saubere Heizwasser, das durch den Trübungsbeobachtungsabschnitt (43) fließt, aus der Heizleitung (40) geleitet wird.
  4. Wassererwärmer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass er so konfiguriert ist, dass bei der Aktivierung der Wasseraustauscheinheit (20) das saubere Heizwasser zumindest während der Kalibrierungsdauer durch den Trübungsbeobachtungsabschnitt (43) fließt.
  5. Wassererwärmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrolleinheit (80) so konfiguriert ist, dass sie die genannte Kalibrierungsprozedur in vorher festgelegten Zeitabständen automatisch oder auf Befehl eines Benutzers aktiviert.
  6. Wassererwärmer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrolleinheit (80) so konfiguriert ist, dass sie die Kalibrierungsprozedur aktiviert, wenn ein vorher festgelegter kritischer Trübungsgradwert überschritten wird.
  7. Wassererwärmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrolleinheit (80) ein Kontrollsignal generiert, das gewährleistet, dass der Trübungssensor (70) seine eigene Kalibrierungsprozedur einleitet, wenn sauberes Wasser durch den Trübungsbeobachtungsabschnitt (43) fließt.
  8. Wassererwärmer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trübungsbeobachtungsabschnitt einen Frischwasserzulauf, einen Heizleitungszulauf, einen Auslass und einen Heizleitungsauslass enthält.
  9. Wassererwärmer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasseraustauscheinheit (20) ein Zulaufventil (22) am Frischwasserzulauf, ein Leitungsisolierungsventil (21) am Heizleitungszulauf und ein Ablassventil (23) am Auslass enthält.
  10. Verfahren zum Betreiben eines Wassererwärmers, insbesondere eines Kombiheizgeräts, der eine Kontrolleinheit (80) besitzt, die mit einem Trübungssensor (70), der den Trübungsgrad des Heizwassers misst, das durch einen Trübungsbeobachtungsabschnitt (43) in einer Heizleitung (40) fließt, kommunizierend verbunden ist, und mindestens eine Wasseraustauscheinheit (20) besitzt, die so konfiguriert ist, dass sie das Heizwasser in der Heizleitung (40) mindestens teilweise durch sauberes Heizwasser aus einer Frischwasserquelle (50) ersetzt, wenn sie von der genannten Kontrolleinheit (80) aktiviert wird, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte umfasst, die von der genannten Kontrolleinheit (80) durchgeführt werden:
    Die genannte Kontrolleinheit gewährleistet, dass das betreffende Heizwasser durch den Trübungsbeobachtungsabschnitt (43) fließt, und kalibriert währenddessen den Trübungssensor (70) mithilfe des sauberen Heizwassers.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, bei welchem zur Kalibrierung des Trübungssensors der Trübungsbeobachtungsabschnitt (43) von der restlichen Heizleitung (40) isoliert und mit sauberem Heizwasser durchströmt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, bei welchem das saubere Heizwasser, das aus dem Trübungsbeobachtungsabschnitt (43) austritt, aus der Heizleitung abgelassen wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 10, bei welchem die Kalibrierung in vorher festgelegten Zeitabständen automatisch oder auf Befehl eines Benutzers durchgeführt wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 10, bei welcher die Kalibrierung durchgeführt wird, wenn ein vorher festgelegter kritischer Trübungsgradwert überschritten ist.
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