CH677854A5

CH677854A5 -

Info

Publication number: CH677854A5
Application number: CH22/89A
Authority: CH
Inventors: Manfred Metzger; Juergen Taag
Original assignee: Vaillant Gmbh
Priority date: 1989-01-05
Filing date: 1989-01-05
Publication date: 1991-06-28
Also published as: DE3900284A1; DE3900284C2; DE3900284C3

Description

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CH 677 854 A5

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ermitteln des Wasserdurchsatzes durch einen elektrisch beheizten Durchlauferhitzer gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein solches Verfahren ist bekannt, in der Regel wird hier bei einem Durchlauferhitzer mit einer Gesamtleistung von 24 kW an einem Drehspannungsnetz mit drei im Dreieck geschalteten Widerständen gearbeitet, von denen Jeder 8 kW abzugeben imstande ist. Für die Messzwecke wird ein Widerstand benutzt, der stromauf und stromab einen Temperaturfühler im beheizten Kanal aufweist. Der errechnete Durchsatz Dr wird dann nach der Formel ermittelt, wobei PM die Leistung in kW am Heizwiderstand, c die spezifische Wärme, ôa die Aus- und £e die Einlauftemperaturin °C bedeuten.

Bei einem solchen Messverfahren ändert sich die Temperatur üa in Abhängigkeit vom Durchsatz, das heisst, dass bei kleinen Zapfwassermengen die Temperaturerhöhung grösser als bei höheren ist:

Darin ist Dm der messbare Durchsatz. Nach Gleichung (1) wird der Durchsatz aus der Differenz von àa und errechnet.

Bei hohen Durchsätzen sinkt die Differenz bei konstanter Leistung Pm ab. Die unveränderlichen Messfehler machen sich dann stärker bemerkbar als bei grösseren Differenzen.

Zu den Messfehlern gehören zum Beispiel auch Quantisierungsfehler von Analog-Digital-WandJer. Er wird um so kleiner, je kleiner der Messbereich gewählt werden kann.

Wird nur mit einer Messleistung Pm für den ganzen Bereich des Durchsatzes gearbeitet und will man gleichzeitig eine Mindesttemperatur-Differenz nicht unterschreiten, ergibt sich zwangsläufig ein grosser Messbereich mit grösserem Quantisierungsfehler.

Demgemäss liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Ermitteln des Wasserdurchsatzes durch einen elektrisch beheizten Durchlauferhitzer anzugeben, mit dem über den gesamten Durchsatzbereich mit möglichst geringen Quantisierungsfehlern gearbeitet werden kann.

Die Lösung besteht erfindungsgemäss in den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Durch diese erfinderische Gestaltung ist es möglich, die Temperaturspreizung durch Wahl einer kleineren elektrischen Leistung für die Durchsatzmessung zu verkleinern, so dass die Differenz ohne weiteres erfassbar ist und dass somit auf den Durchsatz geschlossen werden kann. Es versteht sich, dass die übrigen zur Erreichung der gewünschten Auslauftemperatur bei Maximaldurchsatz erforderlichen Heizwiderstände vorhanden sind, die aber bei kleinen Durchsätzen für die Durchsatzermittlung nicht benutzt werden.

Weitere Ausgestaltungen und besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche beziehungsweise gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figur der Zeichnung näher erläutert.

Die Figur zeigt einen elektrischen Durchlauferhitzer in einem Prinzipschaltbild.

Der Durchlauferhitzer 1 weist einen Durchflusskanal 2 auf, der eine Einlassseite 3 und eine von einem Zapfventil 4 verschliessbare Auslassseite 5 aufweist. Ein- und Auslassseite sind durch eine oder mehrere beheizte Kanalstrecken 6 miteinander verbunden, die in Serie und/oder parallel liegen können. In einer oder mehreren dieser Strecken sind Heizwiderstände 7 und 8 angeordnet, die in nicht weiter dargestellter Weise an ein elektrisches Drehspannungsnetz angeschlossen sind. Hiervon ist in den Zuleitungen 9 und 10 für den Heizwiderstand 7 ein gesonderter elektrischer Schalter 11 vorgesehen.

Der Einlassseite ist ein Einlasstemperaturfühler 12 zugeordnet, der mit einer Messleitung 13 versehen ist, der Auslasöseite ein Auslasstemperaturfühler 14, dem eine Messleitung 15 zugehörig ist. Bezüglich der Temperaturfühler 12 und 14 ist es nur vonnöten, dass sie stromauf und stromab der oder des Messwiderstandes für den Durchsatz angeordnet sind, unbeschadet dessen, dass weitere Widerstände zur Erreichung der Gesamtleistung vorhanden sind, die ihrerseits hydraulisch parallel zu diesem beheizten Zweig liegen können oder auch mit ihm in Serie liegen können.

Die Funktion ist folgende:

(lì

DR = —»

C

(2) ,rÄ = m + ^fî

c ♦ Dm

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Aus der Formel der Durchsatzermittlung

(1) Dr = m

C E)

ist erkennbar, dass bei grösseren Durchsätzen die gemessenen Temperaturunterschiede immer kleiner werden und damit wird auch die Messgenauigkeit kleiner. Bei leistungsgesteuerten Elektro-Durchlaufer-hitzern wird die aktuelle Leistung durch Grob- und Feinleistungsstufen eingestellt. Während die Feinlei-stungsstufen im allgemeinen mit veränderlichem Tastverhältnis über Triacs oder Thyristoren getastet werden, werden die Grobleistungsstufen dauernd ein- oder ausgeschaltet. Aus diesem Grunde eignen sich Grobleistungsstufen (Heizwiderstände) auch als Messheizwiderstände für die Durchsatzermittlung. Durch geeignete Anordnung kann die Messheizwendel auf zwei Heizwiderstände aufgeteilt werden. Damit erhöht sich die zur Verfügung stehende elektrische Heizleistung und auch die Temperaturdifferenz. Andererseits ist es erforderlich, dass bei sinkenden Durchsätzen die Heizleistung zurückgenommen werden muss, damit die Temperaturspreizung nicht zu gross wird. Aus diesem Grund wird die Temperaturdifferenz generell über zwei oder mehr Heizwendeln gemessen. So kann gemäss dem Ausführungsbeispiel durch Öffnen des Schalters 11 für Messzwecke nur noch der Widerstand 8 in der Messstrecke für die Temperaturerhöhung verbleiben, mit dem das Wasser zwischen den Temperaturfühlern 12 und 14 aufgeheizt wird.

Da beim Zu- oder Abschalten einer Heizwendel oder eines Heizwiderstandes sich die Temperatur am stromab liegenden Fühler 14 nicht schlagartig ändert, sondern bedingt durch die Laufzeiten und die Speicherwirkung erst allmählich Veränderungen zeigt, darf während einer bestimmten Zeit nach Abschalten eines stromauf liegenden Widerstandes (7) während einer bestimmten Zeit keine Leistungsberechnung erfolgen. Es ist somit eine Wartezeit erforderlich, in der die Messergebnisse nicht verwertet werden. Erst nach dem Ablauf der Wartezeit kann der Durchfluss erneut aus den Temperaturmesswerten ermittelt werden. Die Wartezeit kann einen festen Wert haben oder bei gegebener Kanalgeometrie abhängig von dem aktuellen Durchfluss gemacht werden. Die Durchflussberechnung erfolgt dann bei mehreren Heizwiderständen zwischen den Temperaturfühlern 12 und 14 nach Gleichung

(2) ry = PMI + K • PM2

C ( $ A _ 2 )

wobei PM1 die elektrische Leistung des ersten Heizwiderstandes, PM2 die Leistung des zweiten Widerstandes bedeuten. K ist eine Konstante und nimmt die Werte Eins oder Null an, wobei der Wert Eins für geschlossenen Schalter 11 gilt und der Wert K = Null für geöffneten Schalter 11. Sind mehr als zwei Heizwiderstände vorhanden, haben alle bis auf den letzten Heizwiderstand einen Schalter 11, wobei sich dann die Gleichung 2 wie folgt zu Gleichung 3 ändert:

n —1

(3) Dn = PMl 4- Kl « PM2 + K2 » PM3 K • PMn c - (

wobei n die Zahl der Heizwiderstände ist. Es muss eine Steuerung der Heizwiderstände ohnehin vorhanden sein, der die Information entnehmbar ist, welche der Teilheizwendeln gerade ein- oder ausgeschaltet sind, damit dies in die Berechnung nach der Formel eingehen kann.

Die Erfindung eignet sich bevorzugt für einen elektrisch beheizten Durchlauferhitzer, der in Dreieckschaltung an einem Drehspannungsnetz liegt und dessen Heizwiderstände als Blankdrahtwendeln unmittelbar am Wasserweg angeordnet sind.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Ermitteln des Wasserdurchsatzes durch einen elektrisch beheizten Durchlauferhitzer, bei dem stromauf eines Heizwiderstandes die Einlauftemperatur des Wassers und stromab dieses Widerstandes die Wasserauslauftemperatur gemessen wird und bei dem der Durchsatz nach der Gleichung

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C (-Ta -^E)

ermittelt wird, wobei PM die Leistung des Heizwiderstandes in kW, c die spezifische Wärme in Kilowattstunden, dividiert durch das Produkt aus Kalorie und Gramm, ■& A die Aus- und ■& E die Einlauftemperatur in °C bedeuten, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizwiderstand in mehrere Widerstände (7, 8) aufgeteilt wird und dass zur Ermittlung kleiner Durchsätze, bei denen die Temperaturdifferenz d A - ■& E nur noch schwer messbar ist, nur ein Teil der Erhitzerwiderstände benutzt wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Serienschaltung von wenigstens zwei Heizwiderständen (7, 8) zwischen einem Einlassund einem Auslasstemperaturfühler (12, 14) vorgesehen sind und dass im Stromkreis des stromauf liegenden Heizwiderstandes (7) ein Schalter (11) vorgesehen ist, der für Messzwecke von einer Steuerung (16) abschattbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wartezeit für neue Leistungsberechnung fest oder durchsatzabhängig gesteuert ist.

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