AT395483B - Rein elektrisch beheizter durchlauferhitzer mit vorrichtung zum ermitteln des wasserdurchsatzes - Google Patents
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Description
AT 395 483 B
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen elektrisch beheizten Durchlauferhitzer mit einer Vorrichtung zum Ermitteln des Wasserdurchsatzes mit Heizwiderständen in einem Durchlauf kanal, bei dem zur Ermittlung der Wassereinlauf- und Wasserauslauftemperatur stromaufwärts und stromabwärts dieser Widerstände je ein Temperaturfühler vorgesehen ist, wobei sich der Durchsatz nach der Gleichung
c (TA - TE) errechnet, wonach PM die Leistung des Heizwiderstandes in kW, c die spezifische Wärmekapazität des Wassers in kWh/kg und TA sowie TE die Aus- und Einlauftemperatur in °C bedeuten.
Aus den Entgegenhaltungen, die für die Beurteilung der Patentgebbarkeit in Betracht gezogen wurden, sind Durchlauferhitzer mit Temperaturfühlern und abschaltbaren Widerständen bekanntgeworden.
Bei bekannten Durchlauferhitzern wird in der Regel mit einer Gesamtleistung von 24 kW an einem Dreh-spannungsnetz mit 3 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
pM (1) Dr-- c (TA - TE) ermittelt, wobei PM die Leistung in kW am Heizwiderstand, c die spezifische Wärme des Wassers, TA die Aus- und TE die Einlauftemperatur in °C bedeuten.
Bei einem solchen Meßverfahren ändert sich die Temperatur TA in Abhängigkeit vom Durchsatz, d. h., daß bei kleinen Zapfwasserdurchsätzen die Temperaturerhöhung größer als bei größeren ist:
pM
(2) TA =-+ TE cxDm
Darin istDj^ der meßbare Durchsatz. Nach Gleichungl wird der Durchsatz aus der Differenz von TA-TE errechnet.
Bei hohen Durchsätzen sinkt die Temperaturdifferenz bei konstanter Heizleistung Pj^f ab. Die unveränderlichen Meßfehler machen sich dann stärker bemerkbar als bei größeren Temperaturdifferenzen.
Zu den Meßfehlern gehören zum Beispiel auch Quantisierungsfehler von Analog-Digital-Wandlem. Er wird um so kleiner, je kleiner der Meßbereich gewählt werden kann.
Wird nur mit einer Heizleistung Pjyj 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.
AusderDE-AS 1254781 istein elektrisch beheizter Durchlauferhitzer für Drehstromanschluß in Sternschaltung bekanntgeworden. Hierbei liegen alle 6 Widerstände hydraulisch in Serie in einem Wasserkanal, jeweils 2 Widerstände sind miteinander verbunden und an einen der Stemanschlüsse gelegt, während die freien Enden der anderen Seiten der Widerstände zum Stemgut zusammengefaßt sind. Der erste und der letzte Widerstand besitzen an ihren freien Enden gegenüber dem Stempunkt einen Schalter. Bei diesem elektrisch beheizten Durchlauferhitzer dient die Schaltung der Leistungsreduzierung des Durchlauferhitzers. Eine Erfassung des Wassserdurchsatzes ist nicht vorgesehen. Die Geräte wurden zurZeit des Anmeldungstages dieser Schrift mit einem Wasserkonstantstromregler ausgestattet, der hydraulisch arbeitete, so daß die Auslauftemperatursteuerung durch eine elektrische Leistungssteuerung in groben Zügen gelang.
Neue Geräte verlangen aber eine feinstufige elektrische Leistungsanpassung, insebesondere mit einer Schwingungspaketsteuerung, hierzu reicht aber die Genauigkeit des Regeins des Durchsatzes auf einen kostanten Wert mittels hydraulischer Arbeiten der Einrichtungen nicht mehr aus, zumal der Wasserdurchsatz nur auf einen bestimmten Wert geregelt werden konnte.
Sind die verschiedensten Einflüsse, wie variierende Wassereinlaßtemperatur, Durchsatzschwankungen und die sich ändernde Spannungshöhe, im elektrisch speisenden Drehspannungsnetz zu berücksichtigen, so muß der feinstufigen elektrischen Leistungsanpassung auch eine Erfassung des Durchsatzes auf den vom Benutzerkopf vorgewählten Wert vorgenommen werden. Dieser Durchsatz muß auf dem vom Benutzer vorgewählten Wert, der -2-
AT 395 483 B durch Öffnen des Zapfventils vorgegeben wird, erfaßt weiden und muß in die Leistungsberechnung eingehen. Dies ist durch eine einfache Abschaltung und Zuschaltung von Widerständen, wie im Stand der Technik, offenbar nicht zu erreichen.
Die Lösung besteht erfmdungsgemäß in den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs. 5 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 weiden kann. Es versteht sich, daß die übrigen zur Erreichung der gewünschten Auslauf temperatur bei Maximaldurchsatz erforderlichen Heiz widerstände vorhanden sind, sie aber bei kleinen Durchsätzen für die Durchsatzermittlung nicht benutzt werden. 10 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, 15 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 Auslaßseite 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 Widerstandes für den Durchsatz 20 angeordnet sind, unbeschadet dessen, daß weitere Widerstände zur Erreichung der Gesamtleistung vorhanden sind, die ihrersetis hydraulisch parallel zu diesem beheizten Zweig liegen können oderauch mit ihm in Serie liegen können.
Die Funktion ist folgende:
Aus der Formel der Durchsatzermittlung
25 PM (1) Dr-- c (TA - TE) ist erkennbar, daß bei größeren Durchsätzen die gemessenen Temperaturunterschiede immer kleiner werden und 30 damit wird auch die Meßgenauigkeit kleiner.
Bei leistungsgesteuerten Elektro-Durchlauferhitzem wird die aktuelle Leistung durch Grob- und Feinleistungsstufen eingestellt. Während die Feinleistungsstufen im allgemeinen mit veränderlichem Tastverhältnis über Triacs oder Thyristoren getastet werden, werden die Grobleistungsstufen ein- oder ausgestaltet. Aus diesem Grande eignen sich Grobleistungssstufen (Heizwiderstände) auch als Widerstände für die Durchsatzermittlung. Durch geeignete 3 5 Anordnung kann die Heizwendel auf zwei Heizwiderstände aufgeteüt 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 wird, 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 40 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 Fühl«- (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 45 Widerstandes (7) keine Leistungsberechnung erfolgen.
Es ist somit eine Wartezeit erforderlich, in der die Meßergebnisse nicht verwertet werden. Erst nach Ablauf der Wartezeit kann der Durchfluß erneut aus den Temperaturmeßwerten ermittelt werden. Die Wartezeit kann einen festen Wert haben oder bei gegebener Kanalgeometrie von dem aktuellen Durchfluß abhängig gemacht werden. Die Durchflußberechnung erfolgt dann bei mehreren Heizwiderständen zwischen den Temperaturfühlern (12) und (14) 50 nach Gleichung PM1 + K.PM2 (2) Dr =- c (TA - TE) wobei PM1 die elektrische Leistung des ersten Heizwiderstandes, PM2 die Leistung des zweiten Widerstandes bedeuten. K ist eine Konstante und nimmt die Werte 1 oder 0 an, wobei der Wert K = 1 für geschlossenen Schalter -3- 55
Claims (1)
- AT 395 483 B (11) gilt und der Wert k=0 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 wie folgt zur Gleichung 3 ändert: (3) PM1 + Kl. PM2 + K2. PM3.... K„ -1. PMn c. (TA -TE) wobei n die Zahl der Heizwiderstände ist Es muß ohnehin eine Steuerung der Heizwiderstände 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 Drehstromspannungsnetz liegt und dessen Heizwiderstände als Blankdrahtwendeln unmittelbar im Wasserweg angeordnet sind. PATENTANSPRUCH Elektrisch beheizter Durchlauferhitzer mit ein»’ Vorrichtung zum Ermitteln des Wasserdurchsatzes mit Heizwiderständen in einem Durchlauf kanal, bei dem zur Ermittlung der Wassereinlauf- und Wasserauslauf temperatur stromaufwärts und stromabwärts dieser Widerstände je ein Temperaturfühler vorgesehen ist, wobei sich der Durchsatz nach der Gleichung Dr = - rM c. (TA -TE) errechnet, wonach PM die Leistung des Heizwiderstandes in kW, c die spezifische Wärmekapazität des Wassers in kWH -, TA und TE die Aus- und Einlauftemperatur in °C bedeuten, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen kg den beiden Temperaturfühlern liegende Durchlaufkanalbereich als Meßstrecke mit zwei Teilwiderständen (7,8) ausgestattet ist, wobei ein» der Teilwiderstände (7) mit einem Schalt» (11) verbunden ist, um bei kleinen Durchsatzmengen diesen Teilwiderstand (7) abzuschalten. Hiezu 1 Blatt Zeichnung -4-
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- 1989-01-13 AT AT0005689A patent/AT395483B/de not_active IP Right Cessation
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