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Gebiet der
Erfindung
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Das
Gebiet der Erfindung bezieht sich allgemein auf Heimelektrogeräte. Insbesondere
bezieht sich die Erfindung auf eine verbesserte Brauchwasserheizanlage.
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Hintergrund
der Erfindung
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Warmwasser
ist ein wesentliches Erzeugnis in der modernen Welt und eine Wasserheizanlage
ist ein Gerät,
das weltweit in Haushalten üblicherweise
verwendet wird.
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In
einigen Ländern,
in denen der Energiepreis vernachlässigbar ist, ist es üblich, die
Wasserheizanlage den gesamten Tag zu aktivieren, was zu einer erheblichen
Energieverschwendung führt.
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In
anderen Ländern,
in denen Energie verhältnismäßig teuer
ist, wird zur Erwärmung
des Wassers üblicherweise
Solarenergie verwendet. Allerdings kann die Solarenergie im Allgemeinen
nicht 24 Stunden am Tag 365 Tage im Jahr Warmwasser liefern, so
dass eine ergänzende
Erwärmung
erforderlich ist, die einen Energieverbrauch umfasst. Die Energiequelle
für diesen
Zweck ist in den meisten Fällen
Elektrizität
oder Gas.
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Um
Energie zu sparen, wird die Wasserheizung nur nach Bedarf aktiviert.
Allerdings wird in den meisten Wasserheizanlagen des Standes der
Technik für
den Nutzer keine Angabe hinsichtlich der Temperatur des im Behälter enthaltenen
Wassers bereitgestellt und hat er darüber hinaus nicht die geringste
Angabe, wie lange die Heizanlage eingeschaltet sein muss, um Wasser
in der erwünschten
Menge und mit der erwünschten Temperatur
bereitzustellen. Im Allgemeinen veranlasst dies, dass der Nutzer
das Heizelement der Anlage längere
Zeit als notwendig aktiviert, was zur Energieverschwendung führt, oder
kürzere
Zeit als notwendig aktiviert, was zu einer kälteren und ungenügenden Wassermenge
als erwünscht
führt.
Darüber
hinaus hat der Nutzer, selbst nachdem die Wassererwärmung vermutlich
abgeschlossen ist, keine Angabe der Wassertemperatur in dem Behälter und
muss den Hahn öffnen
und verhältnismäßig lange
Zeit auf die Regulierung der Temperatur warten, was zur Verschwendung
von Wasser führt.
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Das
Fehlen einer genauen Temperaturangabe des im Behälter enthaltenen Wassers und
die Unmöglichkeit,
die notwendige Wassermenge und -temperatur im Voraus zu planen,
führen
zu einer Unzweckmäßigkeit
und zur Energie- und Wasserverschwendung. In Fällen, in denen der Nutzer die
Wasserheizung während des
gesamten Tags und während
der gesamten Nacht ständig
aktiviert, gibt es insbesondere zu Zeiten, in denen kein Bedarf
an Warmwasser besteht, noch mehr Energieverschwendung. Diese Energieverschwendung wird
zu dem Energieverlust addiert, der sich aus der Temperaturdifferenz
zwischen der Umgebung und dem im Behälter enthaltenen Wasser ergibt,
der in vielen Fällen
erheblich ist.
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Natürlich gibt
es Zeiten, zu denen ein Nutzer eine verhältnismäßig wärmere Temperatur als zu anderen Zeiten
fordert. In den Anlagen des Standes der Technik ist die Vorausplanung
der Wassertemperatur entweder nicht verfügbar oder unzureichend. In
herkömmlichen
Wasserheizanlagen des Standes der Technik und insbesondere aus Sicherheitszwecken
gibt es einen einstellbaren Thermostaten, der in ein Fach in dem
Wasserbehälter
eingebaut ist und der die Wassertemperatur erfasst und die Elektroversorgung
abstellt, wenn eine vorher festgelegte Maximaltemperatur erreicht
ist. Allerdings hat der normale Nutzer in diesem Fall keinen Zugriff auf
den Thermostaten oder auf die Regelung der vorher festgelegten
Temperatur.
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Einige
weitere Anlagen des Standes der Technik umfassen entweder einen
elektrischen oder einen mechanischen Zeitgeber zum Einstellen der
Dauer der Wasserheizung.
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1 zeigt
einen Warmwasserbehälter 1,
der in Anlagen des Standes der Technik üblicherweise verwendet wird.
Der Wasserbehälter 1 umfasst
eine elektrische Heizeinheit 3, um dem Wasser Energie zuzuführen. Die
Heizeinheit 3 ist im Wesentlichen ein Widerstand, der durch
einen durch ihn fließenden
elektrischen Strom geheizt wird und Wärme auf das umgebende Wasser überträgt. Weiterhin
umfasst der Wasserbehälter in
seinem unteren Teil ein Einlasswasserrohr 8 und in seinem
oberen Teil ein Auslasswasserrohr 9. In diesen Standardwasserbehältern sind
zwei optionale Wasserrohre 104 und 105 enthalten,
die so konstruiert sind, dass sie mit Solarwärmekollektoren arbeiten. Durch
das Rohr 105 verlässt
Kaltwasser den Behälter
zu einem Solarkollektor und durch das Rohr 104 tritt Warmwasser
von dem (nicht gezeigten) Solarkollektor in den Behälter ein.
Der Metallflansch 2 an der Unterseite des Behälters stützt die
Heizeinheit 3. Außerdem
ist durch den Flansch eine Metallhülse 4 gestützt die
als ein Fach für
einen Standardthermostaten dient. Die Isolierschicht 5 sperrt
die Wärmeübertragung
zu der Umgebung. Den Behälter
und die Isolierschicht 5 schließt dünnes Metall 10 ein.
Der ferne Ein/Aus-Schalter 6 befindet
sich üblicherweise
an einem leicht zugänglichen
Platz und umfasst im Allgemeinen eine rote Anzeige, die aufleuchtet,
wenn der Schalter eingeschaltet ist. Wenn der Schalter eingeschaltet
ist und die Wassertemperatur auf die voreingestellte Temperatur
des Thermostaten steigt, stellt der Thermostat den Strom zur Einheit 3 ab.
Wenn die Wassertemperatur unter die voreingestellte Temperatur fällt, verbindet
der Thermostat den Strom wieder mit dem Heizelement.
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Außerdem zeigt 1 eine
Anlage des Standes der Technik, die weiterhin einen Wärmekonzentrator 7 in
dem Wasserbehälter
umfasst. Der Wärmekonzentrator 7,
der nur in dem vertikal orientierten Behälter verwendet wird, ist eine
becherartige Vorrichtung, die aus irgendeinem geeigneten Material
hergestellt ist und mechanisch mit der Unterseite des Wasserbehälters verbunden
ist. Der Wärmekonzentrator 7 hat
in seinem unteren Teil Öffnungen 19,
die den Wasserdurchlass in ihn ermöglichen, und in seinem oberen
Teil eine zusätzliche
Auslassöffnung 20.
Der Wärmekonzentrator 7 umschließt die Heizeinheit 3 und
das Thermostatenfach 4. Wenn die Heizeinheit 3 aktiviert
wird, strömt
Warmwasser im Konzentrator 7 in die obere Öffnung 20 und
strömt Kaltwasser
durch die unteren Öffnungen 19 in
den Konzentrator, was einen Wasserumlauf erzeugt. Somit werden Warmwasserschichten
im oberen Teil des Wasserbehälters
konzentriert. Nach einem langen Heizintervall wird das gesamte im
Behälter
enthaltene Wasser ausreichend warm, wobei die Wassertemperatur in
verschiedenen Teilen des Behälters
verhältnismäßig gleichförmig ist.
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Im
Allgemeinen ist es üblich,
einen Wärmekonzentrator 7 in
Wasserbehältern
von 80 Litern oder mehr zu verwenden.
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Stand der
Technik
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US 6.002.114 , eingereicht
am 15. September 1998, offenbart eine Wasserheizanlage, die umfasst:
- 1. einen Wasserbehälter mit vier Heizelementen,
- 2. Temperaturfühler
zum Prüfen
der Temperatur am Einlass und am Auslass des Wasserbehälters,
- 3. einen Fühler
zum Prüfen
der Wasserdurchflussmenge am Einlassrohr des Behälters,
- 4. eine CPU, die Fühlerangaben
zur Aktivierung/Deaktivierung dieser vier Heizelemente empfängt und
weiterhin eine Schaltungsanordnung zum Erfassen von Ausfällen umfasst,
- 5. ein Anzeigefeld, das dem Nutzer die Temperatur des Wassers
zeigt, das den Behälter
verlässt.
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Insbesondere
behandelt
US 6.002.114 eine
kommerzielle Heizanlage mit vier elektrischen Heizelementen und
mit mehreren Fühlern.
Die Heizelemente werden gemäß der Wassertemperatur
an dem Einlass und an dem Auslass des Behälters aktiviert, während weiterhin
die Einlasswasser-Durchflussmenge betrachtet wird.
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DE 29 719 267 offenbart
eine mikroprozessorgestützte
Regelungseinheit für
eine elektrische Wasserheizanlage. Die Frontplatte des Gehäuses der
Regelungseinheit besitzt mehrere Tastschalter, um die erwünschte Temperatur
und verschiedene weitere Parameter einzustellen, um aus einem Menü auszuwählen und
um eine Schnellheizbetriebsart zu aktivieren. Weiterhin umfasst
die Regelungseinheit eine Siebensegmentanzeige mit einem Temperaturbalken,
der den Wärmezustand
der Heizanlage angibt.
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US 5.556.564 offenbart eine
Brauchwasserheizanlage mit einer Einheit zum Regeln der Wassertemperatur.
Weiterhin umfasst die Anlage:
- 1. drei Temperaturfühler, einen
ersten Fühler
an der Oberseite neben dem Auslass des Wassers aus dem Behälter, einen
zweiten in der Mitte des Behälters
und einen dritten an der Unterseite des Behälters in der Nähe des Wassereinlasses,
- 2. ein Anzeigefeld, das die durch den oberen Fühler gemessene
Temperatur zeigt und ermöglicht,
dass der Nutzer die geforderte Temperatur des den Behälter verlassenden
Wassers einstellt,
- 3. zwei Anzeigelampen, die deaktiviert werden, wenn der mittlere
und der untere Fühler
Temperaturen über der
eingestellten Temperatur messen. Die Anzeigelampen geben dem Nutzer
an, wann genug Wasser für die
Verwendung in dem Behälter
ist.
- 4. Der Warmwasserbehälter
und das Bedienfeld sind voneinander entfernt und nur durch zwei
elektrische Drähte
verbunden. Dieselben zwei elektrischen Drähte führen dem Heizelement die Leistung
zu und übertragen
die Niederspannungs-Temperaturangabe von dem oberen Fühler in
dem Behälter
zu dem Bedienfeld.
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FR 2 539 238 offenbart ein
Regelungsverfahren und eine Regelungsvorrichtung für eine Vorrichtung zur
Erwärmung
eines Fluids, um eine vorgegebene Temperatur zu erreichen. Die Vorrichtung
umfasst eine zentrale Regelungseinheit, die ein Signal von einer
Temperatursonde empfängt,
die die Temperatur des Fluids identifiziert, eine Speichereinheit
zum Speichern charakteristischer Daten der verwendeten Vorrichtung
und eine Schaltung zum Einstellen einer vorgegebenen Temperatur.
Die Erfindung ist besonders nützlich
in elektrischen Wasserheizanlagen. Die Anlage dieses Patents soll
die Heizung besonders während
Elektrointervallen mit niedriger Rate, z. B. über Nacht, an den Wochenenden
usw., aktivieren. Dieses Patent identifiziert die Intervalle preiswerter
Elektroenergie, um die Heizung insbesondere während dieser Intervalle zu
aktivieren. Die Anlage folgt den Ausdrücken: th = (TF° – TD), und
1 < K + ta. th ist
die Temperatur am Ende des Intervalls preiswerter Elektroenergie.
TF° ist
die Zeit am Ende der preiswerten Elektroenergie. TD ist die gegenwärtige Zeit,
K ist ein Faktor, der die Stärke
der elektrischen Leistung bei dem Heizelement und das Wasservolumen
in dem Behälter
beschreibt. Diese Formel kann nicht die Zeit festlegen, die zur
Erwärmung
des im Behälter
enthaltenen Wassers erforderlich ist. All dies ist für einen Zyklus
am Tag verfügbar.
Außerdem
ermöglicht
die Anlage die manuelle Wärmeaktivierung
für Zeiten,
wenn die Energiekosten höher
sind.
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US 4.568.821 offenbart eine
nochmals weitere Fernwasserheizanlage. Die Anlage umfasst zwei Wasserbehälter, wobei
ein Behälter
solarbeheizt wird, während
der andere durch Elektrizität, Öl oder Gas
beheizt wird. Die Anlage umfasst zwei Temperaturfühler, die
sich bei den Auslassrohren jedes Wasserbehälters befinden. Die Regelungseinrichtung
dieser Anlage verwendet einen 24-Stunden-Takt und ist mit Festkörperelektronikkomponenten
montiert.
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Das
Dokument WO 94/10620 offenbart eine nochmals weitere Anlage zur
Erwärmung
von Wasser in einem Wasserbehälter.
Der durch die Anlage aktivierte Heizzyklus kann durch Heizen des
Behälters
vor den durch das Versorgungsunternehmen geforderten Zeiten oder
durch Heizen des Behälters
auf eine angegebene Temperatur und auf ein angegebenes Volumen über ein
längeres
Zeitintervall durch Aufteilen des Heizzyklus in getrennte inkrementelle
Phasen manipuliert werden, um Energie zu sparen. Die Aufgabe der
WO 94/10620 ist das Optimieren der Kosten und das verringern der
Spitzenenergie, die in großen
Heizanlagen mit mehreren Brauchwasserbehältern verbraucht wird. WO 94/10620
betrifft die Nutzung niedrigerer Energieraten außerhalb der Spitzenzeiten und
die Verringerung der Gesamtenergieverwendung im Gebiet des Elektroversorgungsunternehmens
während
Spitzenzeiten.
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Alle
obigen Anlagen des Standes der Technik sind so konstruiert, dass
sie eine bessere Regelung von Wasserheizanlagen schaffen und Energie
sparen. Einige der Anlagen des Standes der Technik ermöglichen die
Festlegung eines Heizintervalls mit einer Anfangszeit. Allerdings
betrachten diese Anlagen nicht die Wassertemperatur zur Anfangszeit
für das
Heizen, in der das Wasser für
dieses festgelegte Intervall geheizt wird, was zu wärmerem Wasser
als notwendig (und zur Energieverschwendung) oder zu kälterem Wasser
als notwendig (was zur Unzweckmäßigkeit
führt)
führt.
In einigen weiteren Fällen
erreicht das Wasser die erwünschte Temperatur
vor der für
die Verwendung geplanten Zeit, wobei das Heizen abgeschlossen wird.
Allerdings nimmt die Temperatur ab, bis das Wasser tatsächlich verwendet
wird, was zu einer Energieverschwendung und zur Unzweckmäßigkeit
führt.
Im Vergleich mit den Wasserheizanlagen des Standes der Technik schafft
die Wasserheizanlage der Erfindung mehr Energie- und Wassereinsparung,
eine Art und Weise der effizienten Installation und außerdem mehr
Zweckmäßigkeit
für den
Warmwassernutzer.
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Außerdem schafft
die vorliegende Erfindung eine neue, effiziente und leichte Art
der Montage von Temperaturerfassungseinheiten in einem Wasserbehälter, wie
es durch die Anlage der Erfindung erforderlich ist, womit eine genauere
Temperaturerfassung erhalten wird und die Energie- und Wassereinsparung
noch mehr verbessert wird. Eine solche Art der Montage der Anlage
der Erfindung ist sowohl in vorhandenen Wasserheizanlagen als auch
in neu installierten Wasserheizanlagen anwendbar.
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Somit
ist es eine Aufgabe der Erfindung, die Energie- und Wassereinsparungen in einer Brauchwasserheizanlage
zu erhöhen.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, für den Nutzer eine bessere Regelung
und zuverlässigere Angaben
in Bezug auf die Temperatur des im Behälter enthaltenen Wassers zu
schaffen.
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Es
ist eine nochmals weitere Aufgabe der Erfindung, eine leichte Installation
der Anlage der Erfindung in vorhandenen Wasserheizanlagen am Standort
zu ermöglichen.
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Es
ist eine nochmals weitere Aufgabe der Erfindung, durch eine sichtbare
oder hörbare
Einrichtung elektrische und elektronische Ausfallangaben zu schaffen.
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Es
ist eine nochmals weitere Aufgabe der Erfindung, eine leichte Art
und Weise der Installation der Anlage der Erfindung in neuen oder
vorhandenen Wasserheizanlagen zu schaffen. Diese Art und Weise der Montage
bezieht sich insbesondere auf die Einführung und auf die Montage der
Temperaturerfassungseinheiten in dem Behälter.
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Es
ist eine nochmals weitere Aufgabe der Erfindung, eine neue Art und
Weise zu schaffen, in der Daten zwischen der Temperaturerfassungseinheit/den
Temperaturerfassungseinheiten des Behälters, die sich im Allgemeinen
außerhalb
des Hauses befinden, und der Regelungseinheit, die sich innen befindet, übermittelt werden.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erwärmung von
Wasser in einer Brauchwasserheizanlage, umfassend: (a) die Bereitstellung
eines Wasserbehälters,
der mw Liter Wasser enthält, (b) die Bereitstellung
mindestens einer Temperaturerfassungseinheit in diesem Wasserbehälter zur
Erfassung der Temperatur des im Behälter enthaltenen Wassers, (c)
die Bereitstellung eines Heizelements in dem Wasserbehälter, (d)
die Bereitstellung einer Regelungseinheit zur Aktivierung dieses
Heizelements, wobei diese Regelungseinheit von der Temperaturerfassungseinheit
kontinuierlich Angaben zur Wassertemperatur erhält, (e) die Vorgabe einer erwünschten
Wassertemperatur an die Regelungseinheit und Festlegung einer Zeit,
zu der das Wasser bei der erwünschten
Wassertemperatur verwendet werden soll, (f) das Kennen der aktuellen
Wassertemperatur, der zur festgelegten Zeit erwünschten Wassertemperatur, der Leistung
des Heizelements und der spezifischen Wärmekapazität des Wassers sowie Berechnung
des Heizintervalls Δt,
das zur Erwärmung des
in dem Behälter
enthaltenen Wassers von der von der Temperaturerfassungseinheit
gemessenen aktuellen Wassertemperatur auf die erwünschte Temperatur
erforderlich ist, durch die Regelungseinheit, gekennzeichnet durch
die Schritte: (g) periodische Wiederholung dieser Berechnung und
Aktualisierung des berechneten Intervalls Δt gemäß Änderungen der erfassten Wassertemperatur,
sowie (h) Aktivierung des Heizelements zu einem Zeitpunkt, der um
das Intervall Δt
vor der festgelegten Verwendungszeit liegt, wenn sich die festgelegte
Verwendungszeit nähert.
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Vorzugsweise
enthält
die Berechnung weiterhin eine Betrachtung eines Wärmeverlustfaktors.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung wird von der Regelungseinheit die folgende Formel
verwendet:
wobei
- Δt
- das erwartete Heizintervall
für das
Heizelement ist [Sekunden],
- PH
- die Leistung des Heizelements
ist [Watt],
- mw
- das Volumen des im
Wasserbehälter
enthaltenen Wassers ist, gemessen in Liter,
- Cp
- die spezifische Wärmekapazität des Wassers
ist
- ΔT
- die Differenz zwischen
der vorgegebenen Temperatur zu einer späteren erwünschten Zeit und der aktuellen
Temperatur des im Behälter
enthaltenen Wassers ist, gemessen in Celsiusgraden [°C].
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung erfolgt die Berechnung nach der folgenden Formel:
wobei K der Verlustfaktor
ist.
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Vorzugsweise
wird der Verlustfaktor K nach der folgenden Formel berechnet:
wobei
A das Volumen
des verwendeten Behälters
[in Liter],
B die Differenz zwischen der im Behälter erforderlichen
Temperatur und der Temperatur der den Behälter umgebenden Luft [in °C] und C
die an die Umgebung verlorene Wärme
[in Watt], wie sie durch Versuche festgestellt wurde, ist.
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Außerdem bezieht
sich die Erfindung auf eine Wasserheizanlage mit (a) einem Wasserbehälter, (b)
einem Heizelement in dem Wasserbehälter, (c) mindestens einer
Temperaturerfassungseinheit zur Erfassung der Temperatur des im
Behälter
enthaltenen Wassers, (d) einer an einer für den Nutzer zugänglichen
Stelle angeordneten Regelungseinheit, die von der Temperaturerfassungseinheit
Angaben zur aktuellen Temperatur erhält. Weiterhin umfasst die Regelungseinheit:
(I) eine Anzeige zur Wiedergabe der von der Temperaturerfassungseinheit
erhaltenen aktuellen Wassertemperatur, (II) eine Anzeige und Tastschalter,
die es dem Nutzer ermöglichen,
die Zeit, zu der er Warmwasser mit erwünschter Wassertemperatur haben
möchte,
festzulegen, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiterhin umfasst:
(III) eine Recheneinrichtung, die auf Grundlage der aktuellen Wassertemperatur,
der erwünschten
Wassertemperatur, der Leistung des Heizelements und der spezifischen
Wärmekapazität des Wassers
ein Heizintervall Δt
berechnet, in dem das Heizelement aktiviert sein muss, damit dieses
das Wasser auf die erwünschte
Wassertemperatur erwärmt, sowie
(IV) eine Schalteinrichtung, die dem Heizelement zu einem Zeitpunkt,
der um das Intervall Δt
vor der festgelegten Zeit liegt, Spannung zuzuführen beginnt und zur festgelegten
Zeit die Zuführung
von Spannung beendet.
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Vorzugsweise
umfasst die Temperaturerfassungseinheit mindestens einen Temperaturfühler, der
Mittel zur Umwandlung einer Temperaturänderung in eine proportionale
Spannungsänderung
aufweist.
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Vorzugsweise
umfasst die Anlage mindestens eine Temperaturerfassungseinheit in
Form eines Rohrs, in dessen Hohlraum mindestens ein Temperaturfühler angebracht
ist.
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Vorzugsweise
wird jede der Temperaturerfassungseinheiten von innerhalb einer Öffnung in
einem der Rohre, die Wasser zum Wasserbehälter leiten oder aus diesem
abführen,
in den Innenraum des Behälters
eingeführt
und diese Öffnung
daraufhin so abgedichtet, dass ein Austreten von Wasser an dieser Öffnung verhindert
wird und gleichzeitig die Temperaturerfassungseinheit, die von dem
Fühler/den
Fühlern
kommende Messdrähte
enthält,
durch die Abdichtung hindurchragen kann.
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Vorzugsweise
ist ein T-Verbindungsstück
an das Rohr mit der Temperaturerfassungseinheit angeschlossen, wobei
ein Ende dieses T-Verbindungsstücks
die Öffnung
mit der Abdichtung bildet und die beiden anderen Enden des T-Verbindungsstücks Wasser
zum Behälter
leiten oder aus diesem abführen.
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Vorzugsweise
wird an der Öffnung
eine Kappe mit einer Bohrung verwendet, wobei die Bohrung durch ein
Dichtungsmaterial abgedichtet wird und gleichzeitig die Temperaturerfassungseinheit,
die von dem Fühler/den
Fühlern
kommende Messdrähte
enthält,
durch die Abdichtung hindurchragen kann.
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Vorzugsweise
ist das Rohr, durch das hindurch die Temperaturerfassungseinheit
in den Behälter
eingeführt
wird, dasjenige Rohr, das Warmwasser aus dem Behälter abführt.
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Vorzugsweise
ist ein Temperaturfühler
am von der abgedichteten Öffnung
abgewandten Ende der Temperaturerfassungseinheit und innerhalb des
Behälters
angeordnet. In einer weiteren Option können mehrere Temperaturfühler über die
Länge der
Einheit hinweg angeordnet sein, um Temperaturen auf verschiedenen
Niveaus des im Behälter
enthaltenen Wassers zu messen.
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Vorzugsweise
wandelt jeder der Temperaturfühler
eine Temperaturänderung
in eine proportionale Spannungsänderung
um.
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In
einer nochmals weiteren Ausführungsform
der Erfindung werden zwei Leitungstransceiver verwendet, einer an
einer Stelle in der Nähe
des Behälters
und der andere an einer Stelle in der Nähe oder innerhalb des Gehäuses der
Regelungseinheit, die über
die dem Heizelement Strom liefernden Stromleitungen Daten zur Temperatur
des im Behälter
enthaltenen Wassers an die Regelungseinheit und Daten der Regelungseinheit
an ein nahe am Heizelement angeordnetes Betätigungselement des Heizelements übertragen.
In einer weiteren Alternative werden zwei Transceiver verwendet,
einer an einer Stelle in der Nähe
des Behälters
und der andere an einer Stelle in der Nähe oder innerhalb des Gehäuses der
Regelungseinheit, die drahtlos Daten zur Temperatur des im Behälter enthaltenen
Wassers an die Regelungseinheit und Daten der Regelungseinheit an
ein nahe am Heizelement angeordnetes Betätigungselement des Heizelements übertragen.
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Kurzbeschreibung der Zeichnung
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1 ist
eine schematische Darstellung einer Brauchwasserheizanlage gemäß dem Stand
der Technik;
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2 veranschaulicht
eine Installation einer Temperaturerfassungseinheit in einem Wasserbehälter des
Typs aus 1;
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3 veranschaulicht
eine Installation einer Temperaturerfassungseinheit in einem Wasserbehälter des
Typs aus 1;
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4A veranschaulicht
eine Temperaturerfassungseinheit mit einem Temperaturfühler im
Innern gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung;
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4B veranschaulicht
eine Temperaturerfassungseinheit mit drei Temperaturfühlern im
Innern gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung;
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5 beschreibt
eine beispielhafte Frontplatte der Regelungseinheit, die die Anzeige
und die Tastschalter gemäß der ersten
(üblichsten)
Alternative beschreibt;
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6 zeigt
eine Ausführungsform
der Erfindung, in der die Regelungseinheit in 2 Teile geteilt ist,
wobei Transceiver zum Übermitteln
von Informationen zwischen den zwei Teilen verwendet werden;
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7A zeigt
eine Ausführungsform
der Erfindung, in der ein Computer die Regelungseinheit anweist; und
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7B zeigt
eine weitere Ausführungsform
der Erfindung, in der ein Computer eine wie in 6 gezeigte
Ausführungsform
regelt.
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Ausführliche
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
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Die
Erfindung schafft Verbesserungen für Brauchwasserheizanlagen.
Insbesondere schafft die Anlage der Erfindung eine verbesserte Regelung
der Wasserheizung, die ermöglicht,
dass der Nutzer die genaue Temperatur des Wassers in dem Wasserbehälter und
die Zeit, zu der erwärmtes
Wasser mit der definierten Temperatur benötigt wird, im Voraus plant
und definiert. wie gesagt ermöglichen
einige der Hausheizanlagen des Standes der Technik, zu einer angegebenen
Zeit eine erwünschte
Wassertemperatur zu definieren. Allerdings sind diese Anlagen insbesondere
bei der Festlegung der genauen Temperatur der Wassermassenmenge
entweder nicht genau genug oder nicht in Bezug auf ihren Energieverbrauch
optimiert.
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Die
folgenden Gleichungen werden in der Regelungseinheit der Anlage
verwendet, um das geforderte Heizintervall und die genaue Anfangszeit,
zu der das Heizen begonnen wird, zu definieren: Watt·s = mw·Cp·ΔT (1)wobei:
- Watt·s
- die durch das Heizelement
für das
Wasser bereitgestellte Heizenergie ist,
- mw
- das Volumen des im
Wasserbehälter
enthaltenen Wassers, gemessen in Litern (= kg), ist,
- Cp
- die spezifische Wärmekapazität des Wassers
ist
- ΔT
- die Differenz zwischen
der erwünschten
Temperatur zu einer späteren
erwünschten
Zeit und der vorliegenden Temperatur des im Behälter enthaltenen Wassers ist,
gemessen in Celsiusgraden [°C].
- Δt
- die erwartete Heizdauer
für das
Heizelement ist [Sekunden],
- PH
- die Leistung des in
dem Wasserbehälter
installierten Heizelements ist [Watt],
- K
- ein experimenteller
Faktor ist, der ermöglicht,
dass der Algorithmus genau die Zeitdauer berechnet, die erforderlich
ist, um das im Behälter
enthaltene Wasser auf die erwünschte
Temperatur zu heizen. Formel (3) beschreibt genau, wie K berechnet
wird. Sie beruht teilweise auf tatsächlichen Experimenten, die durch
die Erfinder unter Berücksichtigung
des Volumens des Wasserbehälters
(mw), der Temperaturdifferenz (ΔT) und der
Leistung des Heizelements (PH) ausgeführt wurden.
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Die
Regelungseinheit berechnet den Wert von K gemäß der folgenden Formel:
- A, B und C sind Zahlenwerte,
die durch Laborexperimente erhalten werden. A = 60 Liter ist das
Volumen des verwendeten Behälters,
B = 20 °C
ist die Differenz zwischen der geforderten Temperatur in dem Behälter und der
Temperatur der den Behälter
umgebenden Luft. C = 70 Watt war die an die Umgebung verlorene Wärme. Diese
Werte können
sich durch Anreicherung von Erfahrung und mit Änderungen in den Materialien
und in der Struktur des Wasserbehälters ändern.
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Beispiel
1: Es wird ein 80-Liter-Wasserbehälter mit einem Heizelement
von 2500 Watt bereitgestellt. Die vorliegende Temperatur des im
Behälter
enthaltenen Wassers ist 28 °C.
Es ist erwünscht,
dass die Wassertemperatur um 19:00 an diesem Abend 50 °C ist. ΔT = 50 – 28 = 22 °C. Somit
ist:
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Somit
wird das Heizelement um 18:08:00 aktiviert. Falls der Nutzer das
wünscht,
kann das Programm so eingestellt werden, dass die Wasserheizung
für eine
angegebene Zeitdauer fortgesetzt wird. Falls der Nutzer das im Behälter enthaltene
Wasser z. B. weitere 40 Minuten bei dieser Temperatur in dem Behälter halten möchte, wird
die Heizung bis 19:40 jedes Mal wieder aufgenommen, wenn die Wassertemperatur
unter 50 °C fällt.
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Gemäß der Erfindung
arbeitet die Regelungseinheit kontinuierlich, wobei sie das vorliegende
Datum, die vorliegende Zeit und die vorliegende Temperatur des im
Behälter
enthaltenen Wassers prüft
und berechnet, wann das Heizelement zu aktivieren ist.
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Beispiel
1 zeigt, dass die Anlage im Vergleich zu Anlagen des Standes der
Technik, die mechanische/elektrische/elektronische Zeitgeber enthalten,
die die gegenwärtige
Temperatur vor Aktivierung des Heizprozesses nicht betrachten, eine
erhebliche Energiemenge spart. Somit halten die Anlagen des Standes
der Technik das im Behälter
enthaltene Wasser über
lange Intervalle auf höheren
Temperaturen, als es notwendig ist. Der Vorteil des Algorithmus
der Erfindung ist es, dass das Wasser in dem Behälter nur bis zu der geforderten
Zeit geheizt wird, um genau zu der eingestellten Zeit die genau
gewünschte
Temperatur zu erreichen, so dass der Wärmeverlust an die Umgebung
minimiert wird. Somit schafft die Anlage der Erfindung beträchtliche Energieeinsparungen.
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Die
Temperatur des im Behälter
enthaltenen Wassers wird durch eine in den Behälter eingebaute Erfassungseinheit
gemessen, wobei die Daten kontinuierlich für die Regelungseinheit bereitgestellt
werden. Der Nutzer definiert die Zeiten, die erwünschte Temperatur und die Zeitdauer
zum Halten dieser Temperatur. Die Regelungseinheit befindet sich
an einem Platz, der für
den Nutzer zweckmäßig und
fern von dem Warmwasserbehälter
ist.
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In
einer nochmals weiteren Ausführungsform
der Erfindung kann der Nutzer anstelle der Temperatur eine andere,
verwandte Temperatur oder eine mit dem Wasservolumen verwandte Angabe
wie etwa die Anzahl der Duschen, die er zu nehmen plant, definieren.
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Die
gemessene Wassertemperatur oder die andere mit der Temperatur verwandte
Angabe wird kontinuierlich an einer Frontplatte der Regelungseinheit
wiedergegeben. Der Nutzer führt
die erwünschten
Einstellungen mittels Tastschaltern in die Regelungseinheit ein.
Zum Beispiel kann der Nutzer eine geforderte Wassertemperatur, ein
Datum und eine Zeit, zu denen die geforderte Wassertemperatur erwünscht ist,
und die Dauer, für
die diese Temperatur erwünscht
ist, einstellen.
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Die
Regelungseinheit hält
die Nutzereinstellungen in einem internen Speicher. Außerdem kann
der Nutzer die Heizung direkt oder den Zeitgeberbetrieb der Regelungseinheit
aktivieren oder deaktivieren.
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Die
bevorzugte Wassertemperaturerfassungseinheit gemäß der Erfindung ist z. B. ein
PTX-Fühler (wobei
PT für
Platintemperatur steht und X den Typ des Thermistors wie 100, 1000
definiert), ein Thermoelementfühler,
ein Digitalthermometer oder irgendein anderes äquivalentes Temperaturerfassungselement.
Die Installation aller Teile der Anlage (wie etwa der Regelungseinheit,
der Temperaturerfassungseinheit und der Drähte) ist einfach, wobei irgendeine
vorhandene Brauchwasserheizanlage verhältnismäßig leicht auf die Anlage der
Erfindung aktualisiert werden kann.
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Vorzugsweise
enthält
die Regelungseinheit außerdem
die Option der Ausfall-Erfassung, die den Nutzer über erfasste
Ausfälle
wie etwa in dem Heizelement oder in dem Temperaturerfassungselement
oder in den Sicherheitsvorrichtungen warnt. Irgendeiner der obigen
Ausfälle
veranlasst den automatischen Abschluss der Spannungsversorgung für das elektrische
Heizelement.
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Um
die beste Leistungsfähigkeit
der Anlage der Erfindung sicherzustellen, ist es wesentlich, eine
genaue Angabe der Wassertemperatur in dem Behälter zu erhalten. In einer
bevorzugten Ausführungsform
der Anlage der vorliegenden Erfindung ist in dem Wasserbehälter eine
einzige Temperaturerfassungseinheit installiert. Die 2 und 3 zeigen
in schematischer Form die Anlage gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung. Eine Temperaturerfassungseinheit 17A oder 17B wird
durch ein Wasserrohr 9 oder 104, das einteilig
mit dem Wasserbehälter 1 ist,
in den Wasserbehälter
eingeführt.
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Es
wird angemerkt, dass die Temperaturerfassungseinheit 17A oder 17B auch
auf irgendeine herkömmliche
Weise in den Wasserbehälter
eingeführt
werden kann.
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Die 2 und 3 zeigen
zwei Alternativen, durch die die Temperaturerfassungseinheit durch
das Wasserrohr 9 oder durch das Wasserrohr 104 in
den Behälter 1 eingeführt wird.
In 2 wird eine Dichtungsmutter 102A verwendet
und in 3 wird eine Dichtungsmutter 102B verwendet,
um zu ermöglichen,
dass die Temperaturerfassungseinheit durch sie hindurchragt, während gegen
einen Wasserleckverlust abgedichtet wird.
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Wie
gesagt enthalten die Temperaturerfassungseinheiten 17A und 17B in
den 2, 3 und 4 vorzugsweise
einen PTX-Fühler,
ein Thermoelement, ein Digitalthermometer oder eine äquivalente
Vorrichtung. Dies ist ein wichtiger Teil der Erfindung, da das Eintauchen
der Temperaturerfassungseinheit in das im Behälter enthaltene Wasser zu einer
genauen Messung führt
und das Verfahren des Hindurchragens eine leichte Installation der
Temperaturerfassungseinheit in Standardwasserbehältern ermöglicht. Die 4A und 4B zeigen
ausführlich
zwei Vorrichtungen: 4A zeigt eine Temperaturerfassungseinheit 17A mit
nur einem Fühler 107 und 4B zeigt
eine Erfassungseinheit 17B in Form einer Metallhülse mit
mehreren Temperaturfühlern 107A, 107B und 107C,
die im Innern installiert sind. Die Erfassungseinheit ragt durch
die Muttern 102A in 2 und 102B in 3 hindurch,
wobei die Mutter den Bereich des Hindurchragens abdichtet. Die Verbindungsdrähte 109 in 4A oder 109A, 109B und 109C in 4B leiten
die Temperaturmessungen des Fühlers/der
Fühler
zu der Regelungseinheit.
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Einige
Beobachtungen über
den/die Temperaturfühler:
- a. Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung kann mehr als eine Temperaturerfassungseinheit 17A oder 17B in
dem Wasserbehälter
installiert sein.
- b. Die Erfindung offenbart außerdem eine Brauchwasserheizanlage
mit einer verbesserten Art und Weise und Genauigkeit der Erfassung
der Temperatur des Wassers in dem Wasserbehälter. Die 2 und 3 veranschaulichen
zwei Alternativen der Installation einer Temperaturerfassungseinheit
in den Wasserheizbehälter.
- c. Eine oder mehrere Erfassungseinheiten können an verschiedenen Orten
in dem Behälter
installiert sein, um die Wassertemperatur direkt zu messen. Falls
innerhalb einer oder mehrerer Erfassungseinheiten mehr als ein Fühler verwendet
wird, werden für
den Algorithmus Informationen bereitgestellt, die sich darauf beziehen,
welche der Fühler
oder welche Kombination davon und zu welcher Zeit zu verwenden sind/ist.
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In 3 wird
eine Temperaturerfassungseinheit 17B durch ein vorhandenes
Wasserrohr 104 in den Wasserbehälter 1 eingeführt. Wenn
z. B. in einigen Fällen
keine Solarwärmekollektoren
verwendet werden, kann es nicht verwendete Rohre, in diesem Fall
die Rohre 104 und 105, geben, die mit dem Behälter verbunden
sind und durch eine Kappe abgedichtet sind. Gemäß der Erfindung wird eine Kappe
entfernt und eine Temperaturerfassungseinheit 17B durch
das Rohr 104 eingeführt.
Die Temperaturerfassungseinheit kann einen oder mehrere Temperaturfühler zum
Messen der Wassertemperatur an verschiedenen Niveaus innerhalb des Behälters enthalten.
Jeder Temperaturfühler
ist mit mindestens zwei Drähten
verbunden, um elektronische Angaben hinsichtlich der Temperatur
bereitzustellen, die er misst. Die Drähte der Temperaturfühler sind
mit einer (nicht gezeigten) Regelungseinheit verbunden, die die
Aktivierung der Heizanlage regelt. Die Kappe 102B ist vorzugsweise
eine sechseckförmige
Kappe mit einer Bohrung 75 in ihrer Mitte. Zum Abdichten
um das Rohr, das die Temperaturerfassungseinheit bildet, wird ein
herkömmliches
Dichtungsmaterial verwendet, das den Durchlass von Wasser aus dem
Behälter
verhindert.
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Es
wird angemerkt, dass der Durchmesser der Temperaturerfassungseinheit 17B im
Vergleich zum Durchmesser des Rohrs 104 im Allgemeinen
viel kleiner, im Wesentlichen im Bereich von nicht mehr als 1/3 oder
1/4 des Durchmessers des Rohrs, ist.
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Die
Temperaturerfassungseinheit 17A, die den einen oder die
mehrere Temperaturfühler
enthält,
kann optional unter Verwendung durch ein Rohr in den Wasserbehälter eingeführt werden. 2 zeigt
einen solchen Fall, in dem die Temperaturerfassungseinheit 17A durch
den Auslass des Warmwasserrohrs 9 in den Wasserbehälter eingeführt wird.
In diesem Fall wird ein T-Verbinder 101 verwendet, um die
Einführung
der Temperaturerfassungseinheit 17A durch eine erste Seite
davon (die mit 102A verbundene Seite) in den Wasserbehälter zu
ermöglichen,
während
ermöglicht
wird, dass die reguläre
Wasserströmung
in das Warmwasserversorgungsrohr 103C geht. Die Kappe 102A ist ähnlich der
Kappe 102B aus 3 vorzugsweise eine sechseckige
Kappe mit einer Bohrung 77, durch die die Temperaturerfassungseinheit
geht. Um einen Leckverlust von Wasser durch die Bohrung 77 zu
vermeiden, wird ein Dichtungsmaterial verwendet. Um die Wasserströmung durch
das Rohr 9 nicht wesentlich zu stören, ist der Durchmesser der
Temperaturerfassungseinheit 17A im Wesentlichen klein im
Vergleich zum Durchmesser des Rohrs 9. Die Erfinder haben
festgestellt, dass ein Einheitsdurchmesser von bis zu etwa 1/3 des
Durchmessers des Rohrs 9 keine erhebliche Störung der
Wasserströmung
durch das Rohr 9 verursacht.
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Es
wird angemerkt, dass sich der hier verwendete Begriff Temperaturerfassungseinheit
auf irgendeinen Typ einer Temperaturmesseinrichtung bezieht.
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Die 4A und 4B veranschaulichen,
wie die Temperaturfühler 107 innerhalb
der Temperaturerfassungseinheit 17 montiert sind. In 4A ist
ein Temperaturfühler 107 innerhalb
einer Temperaturerfassungseinheit 17A montiert. Der Fühler selbst
ist als Bezugszeichen 107 angegeben, während das Bezugszeichen 108 eine
Hülse angibt,
die die elektrischen Drähte 109 umschließt, die
mit einer Regelungsschaltung verbunden sind, die bei Bedarf die
Aktivierung der Heizung regelt. Der obere Abschnitt der Temperaturerfassungseinheit 17A ist
in dem Wasserbehälter
positioniert, während
die Drähte 109 außerhalb.
des Wasserbehälters und
mit der (nicht gezeigten) Regelungsschaltung verbunden sind. 4B veranschaulicht ähnlich,
wie mehrere Fühler,
z. B. drei Fühler 107A, 107B und 107C,
in verschiedenen Höhen
innerhalb der Temperaturerfassungseinheit 17B montiert
sind, um die Temperaturmessung auf verschiedenen Niveaus des Wassers
innerhalb des Behälters
zu ermöglichen.
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Vorzugsweise
sind die Temperaturfühler
von dem Typ PTX oder ein Digitalthermometer mit jeweils zwischen
zwei bis vier Ausgangsdrähten 109.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird der vorhandene Thermostat, der sich im Fach 4 des
Behälters 1 befindet,
nur als eine Sicherungsvorrichtung verwendet, um den elektrischen
Stromfluss abzuschließen,
falls der eingestellte Maximalwert für die Wassertemperatur in dem
Behälter überschritten wird.
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Wie
gesagt erfolgt die Einführung
der Temperaturerfassungseinheit in einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung durch eine vorhandene Öffnung eines Wasserrohrs. Darüber hinaus
haben die Erfinder festgestellt, dass die Temperaturmessung aus
den folgenden Gründen
viel genauer ist:
- a. Die Temperaturerfassungseinheit
ist in den Wasserbehälter
eingeführt,
wobei es vorzugsweise einen direkten Kontakt zwischen der Erfassungsvorrichtung
und dem Wasser gibt.
- b. Einer oder mehrere Temperaturfühler können so konstruiert sein, dass
sie im Wesentlichen in irgendeiner Höhe und an fast irgendeinem
beliebigen Ort innerhalb des Wasserbehälters angebracht sind.
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Die
Erfindung schafft ein Verfahren zum Einführen eines oder mehrerer Temperaturfühler in
eine oder mehrere Temperaturerfassungseinheiten in einem Wasserbehälter. Die
Art und Weise dieser Einführung
ist sowohl in vorhandenen Wasserbehältern als auch in zukünftigen
Wasserbehältern
nutzbar. Im ersten Fall stellt diese Einführung der Temperaturerfassungseinheit(en)
eine genauere Messung sicher. Im letzteren Fall beseitigt diese
Einführung
der Temperaturerfassungseinheit(en) außerdem die Notwendigkeit, ein
zugeordnetes Fach für
eine Temperaturerfassungsvorrichtung bereitzustellen, wodurch die
Herstellungskosten des Behälters
sinken. Darüber
hinaus ist diese Art und Weise der Einführung einfach und kann leicht
mit niedrigen Kosten verwirklicht werden.
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Die
vorliegende Erfindung erfordert eine Übertragung von Temperaturdaten
von der Temperaturerfassungseinheit/von den Temperaturerfassungseinheiten,
die sich häufig
fern, z. B. auf dem Dach des Gehäuses (oder
Gebäudes),
befindet/befinden, während
sich die Regelungseinheit im Allgemeinen innerhalb des Hauses des
Nutzers befindet. Darüber
hinaus erfordert sie die Übertragung
von Elektrizität
von der Regelungseinheit zu dem Heizelement des Behälters. Im
Allgemeinen erfordert dies die Einführung von mindestens zwei zusätzlichen
Drähten
zur Übermittlung
von Daten aus dem Wasserbehälter
zu der Regelungseinheit und umgekehrt. wenn die Anlage der vorliegenden
Erfindung in neuen Häusern
installiert wird, umfasst dies im Allgemeinen nur geringe zusätzliche
Kosten. Wenn dagegen Heizanlagen des Standes der Technik aktualisiert
werden, um gemäß der Erfindung
zu arbeiten, ist die Einführung
der zwei zusätzlichen
Drähte
eine verhältnismäßig komplizierte
Aufgabe. Die vorliegende Erfindung schafft für dieses Problem ebenfalls
eine Lösung.
Gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung werden zwei Transceiver, einer auf dem Dach und einer
in dem Haus, eingeführt,
um Dateninformationen über
die elektrischen Leitungen, die Elektrizität von der Regelungseinheit
zu dem Heizelement führen,
zwischen dem Dach und der Regelungseinheit zu übermitteln. Somit werden gemäß dieser
Ausführungsform
sowohl für
die Übertragung
von Elektrizität
zu dem Heizelement als auch für
die Übertragung
von Temperaturinformationen aus dem Behälter zu der Regelungseinheit
dieselben elektrischen Leitungen verwendet. Solche Transceiver sind
im Gebiet bekannt. Zum Beispiel können Transceiver des Typs TDA
5051 von der Philips Company verwendet werden.
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Allgemein:
Die Regelungseinheit umfasst eine Anzeige, Software für den Betrieb
der Einheit, elektronische Bauelemente und elektrische und mechanische
Bauelemente. Der Algorithmus, demgemäß die Einheit arbeitet, beruht
auf den wie oben gegebenen Formeln. wie gesagt verwendet der Algorithmus
mindestens drei Hauptparameter, um zu berechnen, wann und wie lange
die Heizung zu aktivieren ist: (a) die Wassertemperatur vor dem
Heizen, (b) die bekannte spezifische Wärmekapazität des Wassers, (c) die erwünschte Wassertemperatur
zu der Zeit, zu der das Warmwasser verwendet werden soll, und (d)
die bekannte Leistung des verwendeten Heizelements.
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Im
Folgenden werden mehrere Varianten und Beispiele der Erfindung beschrieben.
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1-te
Variante: Eine Standardanlage, die Regelungseinheit enthält Software,
die zwei Betriebsarten, manuell oder automatisch, ermöglicht.
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Durch
Einstellung des Ein/Aus-Schalters 23 in 5 auf
die Ein-Stellung wird eine manuelle Aktivierung bereitgestellt,
wodurch ermöglicht
wird, dass die Regelungseinheit das Heizelement aktiviert. Das Heizen wird
entweder durch manuelles Ausschalten des Schalters 23 oder
durch die Regelungseinheit, wenn die wie durch den Nutzer programmierte
erwünschte
Wassertemperatur in dem Behälter
erreicht worden ist, abgeschlossen. Die Programmierung der Regelungseinheit
wird durch den Nutzer unter Verwendung der Anzeige und der Tastschalter
der Einheit ausgeführt.
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Es
wird angemerkt, dass dies eine grundlegende Alternative der Regelungseinheit
ist, und mittels Software und/oder Hardware geändert werden kann, so dass
es noch nutzerfreundlicher ist.
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5 zeigt
eine erste mögliche
Struktur für
das Bedienfeld 21 der Regelungseinheit. Das Bedienfeld 21 umfasst
eine numerische Anzeige 22, die die Zeit 22A (Stunden:Minuten)
und die aktuelle Temperatur in dem Behälter 22B zeigt, (oder
eine andere Anzeige, die sich auf die Wassertemperatur bezieht,
z. B. die Anzahl der Duschen). Der Schalter 23 aktiviert
die Heizanlage. Wenn der Schalter 23 eingeschaltet ist,
arbeitet die Regelungseinheit, um das Heizelement bei Bedarf zu
aktivieren. Die Digitalanzeige 22 arbeitet immer, gleich,
ob der Schalter 23 eingeschaltet oder ausgeschaltet ist.
Das rote Licht 24 wird aktiviert, wenn Strom durch das
Heizelement fließt,
und wird ausgeschaltet, wenn kein Strom durch es geht. Der erste
Tastschalter 26 wird zum Einstellen der aktuellen Zeit
verwendet. Der zweite Tastschalter 25 wirkt wie folgt:
Wenn aktiviert, erscheint auf der Anzeige 22B der Schwellenwert
der erwünschten
Wassertemperatur. Der dritte Tastschalter 27 wirkt wie
folgt: Wenn aktiviert, erscheint auf der Anzeige 22A die
erwünschte
Zeit, zu der Wasser mit der Schwellentemperatur benötigt wird.
Der vierte Tastschalter 28 wirkt wie folgt: Wenn aktiviert,
registriert die Anzeige 22A die zusätzliche Dauer, bei der die
Schwellentemperatur in dem Wasserbehälter vorhanden sein sollte.
Der fünfte
und der sechste Tastschalter 29A und 29B sind
Einstellschalter, der Schalter 29A nach oben bzw. der Schalter 29B nach
unten.
- a. Wenn der Schalter 25 und
einer der Schalter 29A oder 29B gedrückt wird, ändert sich
die Schwellentemperatur auf der Anzeige 22B. Es wird angemerkt,
dass die Schwellentemperatur einen voreingestellten Wert, z. B.
65 °C, insbesondere
sicherheitshalber nicht übersteigen
kann.
- b. Wenn der Schalter 26 und einer der Schalter 29A oder 29B gedrückt wird,
kann die aktuelle Zeit eingestellt werden.
- c. Wenn der Schalter 27 und einer der Schalter 29A oder 29B gedrückt wird,
kann die erwünschte
Zeit für die
Verwendung des Wassers eingestellt werden.
- d. Wenn der Schalter 28 und einer der Schalter 29A oder 29B gedrückt wird,
kann die zusätzliche
Dauer eingestellt werden, für
die die Schwellentemperatur in dem Behälter aufrechterhalten werden
sollte.
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2-te
Variante: In dieser Alternative ist die Regelungseinheit in zwei
Teile geteilt, wobei sich der erste Teil an einem für den Nutzer
zweckmäßigen Ort
befindet und in 6 Teil A, 21A, genannt
wird, während
der zweite Teil Teil B, 21B, genannt wird und sich sehr
nahe dem Wasserbehälter
befindet. Die Kommunikation zwischen Teil A und Teil B (in beiden
Richtungen) wird mittels eines Stromtransceivers, eines C-Busses
oder einer anderen elektronischen Standardvorrichtung ausgeführt, die
digitale Informationen zwischen zwei Regelungseinheiten übermitteln
kann, die die Netzzuleitungen einer Phase verwenden, die dem Heizelement 3 des Wasserbehälters dient.
Innerhalb des Teils A befinden sich die Wassertemperaturanzeige
(oder eine andere Anzeige, die sich auf die Wassertemperatur bezieht,
z. B. die der Anzahl der Duschen), die Zeitanzeige, die verschiedenen
Tastschalter, die Software und ein digitaler Informations-Sender/Empfänger. In
Teil B befinden sich die letzte Komponente, die dem Heizelement 3 in
dem Wasserbehälter
Strom zuführt,
die Wassertemperatur-Elektronikanlagen-Verbindung
zu der Temperaturerfassungseinheit 17 und ein digitaler
Informations-Sender/Empfänger.
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3-te
Variante: 7A zeigt eine Konfiguration,
die einen herkömmlichen
Computer (PC) umfasst. Die Regelungseinheit 21 ist über irgendeine
herkömmliche
Kommunikationseinrichtung mit einem PC 81 verbunden. Von
dem PC kann irgendein Setup der Regelungseinheit 21 ausgeführt werden
und es können
die Informationen in Bezug auf den aktuellen Status des Wasserbehälters übertragen
und auf dem Bildschirm des PC wiedergegeben werden. Zu diesem Zweck
sollte sich in dem PC eine zugeordnete Software befinden.
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4-te
Variante: 7B zeigt eine Variante der Erfindung,
in der die gesamte Regelungseinheit durch einen PC verkörpert ist.
Die Kommunikation zwischen dem PC und dem Behälter wird mittels Transceivern 21A und 21B ausgeführt, die
Daten über
die elektrischen Leitungen übertragen.
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Beispiel
2: Es ist erwünscht,
um 19:00 das im Behälter
enthaltene Wasser auf einer Temperatur von 50 °C zu haben. Die vorhandene Temperatur
in dem Behälter
ist 28 °C.
Die Regelungseinheit verwendet den Algorithmus, um die für das Heizelement
zur Erwärmung
des Wassers bis auf 50 °C
benötigte
Zeitdauer zu berechnen. Die vorliegende Berechnung, die den Algorithmus
aus Formel (2) verwendet, führt
zu 52 Minuten Heizung. Die Software prüft bis 19:00 minus 52 Minuten
= 18:08 kontinuierlich die Berechnung. Zu der berechneten Zeit 18:08
wird das Heizelement automatisch durch die Regelungseinheit aktiviert
(falls die Temperatur in dem Behälter
immer noch 28 °C
beträgt).
Wenn die Temperatur um 19:00 die erwünschte Temperatur von 50 °C erreicht,
schließt
die Regelungseinheit das Heizen ab. Falls während des Heizens, d. h. zwischen
18:08 und 19:00, Warmwasser aus dem Behälter verbraucht wird und somit
festgestellt wird, dass die Wassertemperatur um 19:00 niedriger
als die erwünschte
ist, aktiviert die Regelungseinheit das Heizelement weiter, bis die Wassertemperatur
die erwünschte
Temperatur erreicht. Darüber
hinaus kann für
den Nutzer die Option bereitgestellt werden, die Einheit so zu programmieren,
dass sie in einer Verbrauchsdauer z. B. von 40 Minuten weiter Warmwasser
mit 50 °C
bereitstellt. In diesem Fall wird das Wasser um 19:00 auf 50 °C geheizt,
wobei die Regelungseinheit das Heizelement 3 zu irgendeiner
Zeit zwischen 19:00 und 19:40 aktiviert, wenn die Temperatur unter
50 °C fällt.
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Obgleich
mittels der obigen Beispiele einige Ausführungsformen veranschaulicht
worden sind, ist klar, dass die Erfindung mit vielen Änderungen,
Abwandlungen und Anpassungen ausgeführt werden kann, ohne von ihrem
Erfindungsgedanken abzuweichen oder den Umfang der Ansprüche zu überschreiten.