DE3525323A1

DE3525323A1 - Verfahren und vorrichtung zum erfassen, regeln und/oder steuern des betriebs eines wasserspeichers

Info

Publication number: DE3525323A1
Application number: DE19853525323
Authority: DE
Inventors: Dick Altdorf Hoorn
Original assignee: ACCUM AG
Current assignee: ACCUM AG
Priority date: 1985-05-10
Filing date: 1985-07-16
Publication date: 1986-11-13

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Erfassen, Regeln und/oder
Steuern des Betriebs eines Wasserspeichers Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erfassen, Regeln und/oder Steuern des Betriebs eines Wasserspeichers sowie eine Vorrichtung hierfür, wobei der Wasserspeicher eine Boilerwand mit einem Anschluss für Kaltwasser und einen Auslauf für Warmwasser sowie ein Heizrohr mit Heizelement aufweist, und die Wassertemperatur über ein Thermostat bestimmbar ist.
Letztgenannte Wasserspeicher werden in erheblichem Umfang zur Erwärmung von Brauchwasser im Haushalt und in Indtist r i eanlagen eingesetzt. Die einzigen Regelungseinrichtungen, welche bekannte Wasserspeicher besitzen, sind Ventilregelungen betreffend der Zuleitung von zu erwärmendem Kaltwasser die nach Wunsch oder automatisch je nach Warmwasserentnahme arbeiten, oder Regelungen für eine gewünschten Warmwassertemperat:ur.
In der Praxis haut es sich gezeigt, dass' derartige Wasser speicher im Laufe der Zeit je nach Zusammensetzung des Wassers schneller oder langsamer korrodieren. Dies wird noch dadurch begünstigt, dass ein gegebenenfalls vorhandener Korrosionsschutz, wie z.B. eine Magnesiumannode, nicht ersetzt wird.
Auch die Energieausbeute lösst im Laufe der Zeit sehr zu wünschen übrig, da zum einen der eingesetzte Thermostat mit der Zeit sein Schaltverhalten ändert, was zu unerwünschten Temperaturerhöhungen führen kann. Weiterhin wird der jhermostatfühler aus konstruktiven Gründen in der Regel nicht optimal lokalisiert, was wiederum bei bestimmten Entnahmeverhältnissen bezüglich des Entnahmeorts zu unerwünschten Temperaturabweichungen führen kann. Auch ein vorgesehener Sicherheitsthermostat spricht durch geänderte Betriebsverhältnisse zu spät an.
Weiterhin werden Heizeinsätze und Schutzrohre durch unfachmännischen Betrieb, beispielsweise durch Inbetriebnahme ohne Wasserfüllung oder mit zu hoher Betriebsspannung, im Laufe der Zeit beschädigt. Infolge eingeschwemmter Fremdkörper, unterschiedlichen Wasserzusammensetzung, Dampf, Feuchtiykeit und Staub treten Leckströme auf, die zu Kurzschlüssen führen können.
Der Erfinder hat sich hier zum Ziel gesetzt, ein Verfahren und eine Vorrichtung der oben genannten Art zu entwickeln, mit dem oder bei dem ein Wasserspeicher, sei es ein neuer oder ein bestehender Wasser speicher, so kontrolliert und geregelt wird, dass eine Optimierung des Energieverbrauchs, ein Schutz und eine dauernde Funktionskontrolle der Anlage gewährleistet ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe führt, dass eine Bestimmung der Leitfähigkeit des Wasser und/oder des Potentials des Wasserspeichers und/oder der Phasenströme bzw. Fehlerströme eines Heizelements und/oder des Wärme i nha 1 ts des Wasser speichers vorgenommen wird.
Erfindungsgemäss kann es in Einzelfällen genügen, dass nur einer der oben genannten Parameter beim Betrieb des Wasserspeichers kontrolliert und gegebenenfalls gereyelt wird. Optimal erscheint es jedoch, wenn all die genannten Parameter in, die Erfassung und Regelung mit einbezogen werden.
So ist für die Vorrichtung vorgesehen, dass dem Wasserspeicher eine Kontrolleinrichtung zum Bestimmen der Leitfähigkeit des Wassers und/oder der Temperatur des Wassers an verschiedenen Stellen und/oder des Potentials des Wasserspeichers und/oder der Phasenströme bzw.
Fehlerströme des Heizelements und/oder des Wärmeinhalts des Wasserspeichers zugeordnet ist. Mittels dieser Kontrolleinrichtung soll es möglich sein, die Parameter zu erfassen, abzuspeichern und gegebenenfalls in einer Bildanzeige darzustellen. Die Regelung des Wasserspeichers wird sich hier im wesentlichen auf die Regelung der Wärme und der Wärmeverteilung innerhalb des Wasserspeichers beziehen. Da die Leitfähigkeit des Wassers unter anderem von dessen Zusammensetzung, insbesondere Salzgehalt, abhängt, könnte sie beispielsweise durch eine Wasseraufbereitungsanlage vor dem eigentlichen Wasserspeicher verändert werden. Bei zu hohen Fehlerströmen des Heizelements wird es notwendig sein, die Ursachen hierfür herauszufinden und zu eliminieren. Im übrigen liegt es im Rahmen der Erfindung, dass insbesondere das das Heizelement aufnehmende Heizrohr, an welchem sich bei den üblichen Betriebstemperaturen Kalkstein absetzt, mittels Ultraschall, periodisch impulsiert, zu reinigen. Auch hierdurch wird der Energieverbrauch verbessert.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in ihrer einzigen Figur eine schematische Darstellung eines Wasserspeichers 1 mit einer erfindungsgemässen Kontrolleinrichtung K.
Der Wasserspeicher 1 besteht aus einem Boiler 2 sowie einem diesen Boiler 2 umgebenden isolierenden Mantel 3.
Kaltes Wasser tritt durch einen Anschluss 4 in den Boiler 2 ein, während erwärmtes Wasser den Boiler 2 durch ein Auslaufrohr 5 verlässt.
In den Boiler 2 ragt weiterhin ein Heizrohr 6 mit einem Heizelement 7 ein, welches über Leitungen 8 an ein Stromnetz angeschlossen ist. Zum Einstellen der gewünschten Wassertemperatur in dem Boiler 2 ist auch ein Thermostat 9 mit Übertemperatursicherung und ein fühler 10 vorgesehen. Ein Ablenkblech 11 sorgt für die Verteilung des eintretenden kalten Wassers.
Zwischen Mantel 3 und Boiler 2 befindet sich eine Kammer 12, in welche ein Ladezustandsmesser 13 einragt. Dieser steht über eine Anschluss 14 mit der Kontrolleinrichtung K in Verbindung. Die Kontrolleinrichtung K ist über einen Netzanschluss 15 mit dem Stromanschluss verbunden.
Weiterhin weist sie Phasenfühler 16 zur Messung des Heizstromes auf.
Über eine Leitung 17 wird ein Ultraschallimpuls an das Heizrohr 6 abyegeben, welcher eine mögliche Kalksteinbildung an dem Heizrohr 6 eliminiert.
Leitungen 18 8 und 19 führen zu Temperaturmessfühlern 20 und 21, wobei der Temperaturmessfühler 20 am Kaltwasseranschluss 4 und der Temperaturmessfühler 21 am höchsten Punkt des Auslaufrohres 5 angeordnet sind. Die Leitungen 18 und 19 bzw. die Temperaturmessfühler 20 und 21 sind jedoch umschaltbar in Leitfähigkeitsmessfühler. Über sie wird die Leitfähigkeit des Wassers und ein genügender Wass im Boiler 2 ermittelt.
Über eine weitere Leitung 22 wird über den Thermostat -Fühler ein Potentialmessungsimpuls in dem Boiler 2 bzw.
dem Wasser abgegeben, welcher von der Boilerwand 23 aufgenommen und über die Leitung 24 zurück zum Kontrollgerät K geführt wird.
Neben Anzeigen des Betriebzustandes mittels Kontrollleuchten 25 weist die Kontrolleinrichtung K eine Bild (Digital) -Anzeige 26 abgefragter Ist- bzw. Soll - Werte und eine Tastatur 27 zur Abfrage bzw. Eingabe von Soll -Werten auf.
Mittels der Kontrolleinrichtung K wird somit einmal über die Phasenfühler 16 der Stromdurchfluss der Leitungen 8 zu dem Heizelement 7 gemessen. Dies kann beispielsweise mit einem nicht näher gezeigten Stromwandler geschehen.
In der Kontrolleinrichtung K werden die Phasenströme addiert. Dabei darf die Summe innerhalb eines bestimmten Toleranzbereiches nicht zu stark von Null abweichen, da sonst durch einen zu hohen Fehlerstrom (z.B. über 500 mA) Energieverluste auftreten und beispielsweise ein Signal ausgelöst wird.
Durch eine periodische Messung des Potentials über die Leitung 24, welche die Potentialmessimpulse aus dem Fühler 10 bzw. der Leitung 22 aufnimmt, wird das gesamte Boilerpotential bestimmt und, wenn notwendig, ein Gegenpotential als Korrosionsschuts für den Boiler 2 aufgebaut.
Besonders wichtig ist die Bestimmung der Leitfähigkeit.
Dies geschieht über die Fühler 20 und 21 sowie die Leitungen 18 und 19. Hierbei sind zwei Messergebnisse zu unterscheiden: - Wenn der Wasserspeicher nicht genügend mit Wasser gefüllt ist, wird ein Widerstand zwischen den beiden Messpunkten 20 und 21 aufgenommen werden, der sehr hoch ist (z.B. über 1000 Kilo Ohm). Bei mit Wasser gefülltem Wasserspeicher ist der Widerstand dagegen relativ v klein (unter 150 Kilo Ohm). Auf diese Weise soll gewährleistet werden, dass der Speicher ordnungsgemäss mit Wasser gefüllt ist. Im anderen Fall sollte die Kontrolleinrichtung K die Inbetriebnahme des Wasserspeichers unmöglich machen.
- Weiterhin lässt die Leitfähigkeit Rückschlüsse auf die Zusammensetzung des Wassers zu, die wiederum die Korrosion des Boilers 2 steigern oder vermindern kann. Die Leitfähigkeit hängt mit dem Gesamtsalzgehalt des Wassers zusammen, d.h. mit den Anteilen an Chloriden, Sulfaten, Bikarbonaten und Silikaten, wobei die drei zuerst genannten die wesentlichste Rolle spielen. Je höher der Salzgehalt, desto grösser ist die Leitfähigkeit des Wassers für den elektrischen Strom. Die spezifische elektrische Leitfähigkeit einer wässrigen Lösung ist demnach ein Mass für den Gesamtsalzgehalt. Die Messung erfolgt im übrigen mittels Wheatstonscher Wechselstrombrücken.
Wird über die Leitfähigkeit eine Wasserhärte im Zusammenhang mit einer vorher eingegebenen Boilerausführung ermittelt, welche über oder unterhalb einer bestimmten Toleranzgrenze liegt, so soll ebenfalls wiederum ein Signal ausgelöst werden.
Wie oben angedeutet sollen die Fühler 20, 21 so angelegt sein, dass sie gleichzeitig der Temperaturmessung dienen. Bevorzugt sind sie dann als Thermistoren und/oder Thermoelemente so ausgebildet, dass sie die Betriebstemperatur nicht nur kontrollieren sondern auch regulieren können.
Die Ladezustandsmessung hat schliesslich die Aufgabe mittels des drahtförmigen Ladezustandsmessers 13 mit einem bestimmten Widerstand in Funktion der Wasser-und/oder der Boilerwandtemperatur den Wärmeinhalt im ganzen Boiler 2 zu bestimmen. Dieser Wärmeinhalt kann ins Verhältnis zum Energieaufwand für das Heizelement 7 gesetzt und daraus Rückschlüssen auf die Wirksamkeit bzw. ökonomische Arbeitsweise des ganzen Boilers 2 gezogen werden.
Mittels der Kontrolleinrichtung kann der Warmwasserverbrauch und der Energieverbrauch periodisch registriert und gespeichert und über die Tastatur auf der Bildanzeige abgefragt werden, ebenso auch der Soll-und Ist- Energieverbrauch. Auf diese Weise wird die Aufheizung des Wasserspeichers und die Entnahme optimiert und bei Nichteinhaltung der eingegebenen Toleranzgrenzen ein Signal ausgelöst. So kann auch die Aufheizung nur zum Frostschutz gesteuert werde.
Sämtliche Fühler bzw. Geber sollen periodisch auf ihre Funktionstüchtigkeit hin überprüft werden.
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Claims

P a t e n t a'n s p r ü c h e 1. Verfahren zum Erfassen, Regeln und/oder Steu-ern des Betriebs eines Wasserspeichers, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bestimmung der Leitfähigkeit des Wassers und/oder des Potentials des Wasserspeichers und/oder der Phasenströme bzw. Fehlerstrdme eines Heizelements und/oder des Wärmeinhalts des Wasserspeichers vorgenommen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass anhand der Leitfähigkeit ermittelt wird, ob überhaupt genügend Wasser im Speicher ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass über die Leitfähigkeit eine Bestimmung der Wasserhärte vorgenommen wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis .3, dadurch gekennzeichnet, dass das Potential des Wasserspeichers periodisch gemessen und sinngemäss ein Gegenpotential aufgebaut wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des Wärmeinhalts des Wasserspe ichers in Funktion der Wasser- und/oder Speicherwandtemperatur erfolgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass über Thermistoren und/oder Thermoelemente die Betriebsternrratur kontrolliert und reguliert wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ist - Werte der Leitfähigkeit, des Potentials, der Phasenströme und/oder des Wärmeinhalts mit Soll - Werten verglichen werden und bei Über- oder Unterschreiten eines vorgegebenen Wertes oder eines Toleranzbereichs der Wasserspeicher ausser Betrieb gesetzt oder ein Signal ausgelöst wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass Warmwasserverbrauch und/oder Energieverbrauch zumindest periodisch registriert und abfragbar gespeichert werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest periodisch an Teile des Wasserspeichers, insbesondere an ein Heizrohr für das Heizelement, ein Ultraschall-Impuls angelegt wird.
10. Vorrichtung zum Erfassen, Regeln und/oder Steuern des Betriebs eines Wasserspeichers, welcher eine Boilerwand mit einem Anschluß für Kaltwasser und einen Auslauf für Warmwasser sowie ein Heizrohr mit Heizelement aufweist, wobei die Wassertemperatur über einen Thermostat bestimmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass dem Wasserspeicher (1) eine Kontrolleinrichtung (K) zum Bestimmen der Leitfähigkeit des Wassers und/oder der Temperatur des Wassers an verschiedenen Stellen und/oder des Potentials des Wasserspeichers und/oder der Phasenströme bzw. Fehlerströme des Heizelements (7) und/oder des Wärmeinhalts des Wasserspeichers (1) zugeordnet ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass am Wasserspeicher (1) Fühler (20, 21) zur Erfassung der Leitfähigkeit des Wassers angeordnet sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fühler (20) am Kaltwasseranschluss (4) und der zweite Fühler an einem oberen Teil eines Auslaufrohrs (5) für das Warmwasser angeordnet sind.
13. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zur. Bestimmung der Temperatur des Wassers im Boiler (2) Thermistoren oder Thermoelemente angeordnet sind.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Thermistoren oder Thermoelemente gleichzeitig umschaltbare Fühler (20, 21) für die Leitfähigkeit sind.
15. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Thermostat (9) bzw. dessen Fühler (10) und der Kontrolleinrichtung (K) eine Verbindung (22) zur Erzeugung eine Potentialimpulses besteht und zu dessen Aufnahme die Boilerwand (23) über eine Leitung (24) wieder mit der Kontrolleinrichtung (K) verbunden ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass an die Zuleitungen (8) des Heizelementes (7) Phasenfühler (16) angeschlossen sind.
17. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass am Boiler (2) eine Kammer (12) zur Aufnahme eines Ladezustandmessers (13), insbesondere in Form eines Drahtes, gebildet ist.
18. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass Teile des Boilers (2) mit einem Ultraschalbimpulsgeber (17) verbunden sind.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizrohr (6) mit dem Ultraschallimpulsgeber (17) verbunden ist.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrolleinrichtung (K) eine Anzeige (26) und eine Tastatur (27) zum Abfragen von Ist- und Soll- Werten und/oder Eingeben von Soll- Werten aufweist.