SYSTEM ZUM BESTIMMEN DER RESTLEBENSDAUER DES WÄRMETAUSCHERS VON WASSERHEIZERN

Abstract

 System (200) zur Erkennung einer Verstopfung im zweiten Volumen (152) eines Wärmetauschers (150) eines Wasserheizers (100), umfassend eine erste Leitung (110), die hydraulisch mit einem Zentralheizkreislauf (310) verbunden ist, und eine zweite Leitung (120), die hydraulisch mit einer Hauswasserleitung (320) verbunden ist; eine mit der ersten Leitung (110) verbundene Heizzelle (130) zum Erwärmen der Flüssigkeit in der ersten Leitung (110); und einen Wärmetauscher (150) für die Wärmeübertragung zwischen der ersten Leitung (110) und der zweiten Leitung (120) umfassend ein erstes Volumen (151), das hydraulisch mit der ersten Leitung (110)verbunden ist, ein zweites Volumen (152), das hydraulisch mit der zweiten Leitung (120) verbunden ist, ein Wärmeübertragungselement (153), das zwischen dem ersten Volumen (151) und dem zweiten Volumen (152) vorgesehen ist. Dementsprechend ist das System dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (150) eine Steuereinheit (210) umfasst, die die folgenden Verfahrensschritte umfasst: Bestimmen eines Wärmeübertragungskoeffizienten in Abhängigkeit von einer logarithmischen mittleren Temperaturdifferenz und einer Wärmeübertragungsrate in Abhängigkeit von der Wärmeübertragungsfläche des Wärmetauschers; Bestimmen der Lebensdauer mittels eines Alterungsmodells gemäß den gespeicherten Wärmeübertragungskoeffizienten, wenn der Wärmeübertragungskoeffizient einen ersten Schwellenwert überschreitet und der Wärmeübertragungskoeffizient einen zweiten Schwellenwert überschreitet.

Beschreibung

TECHNISCHES GEBIET

[0001] Die Erfindung betrifft ein System zum Bestimmen der Restlebensdauer von Wasserheizern. Im Einzelnen betrifft die Erfindung ein System zur Erkennung von Verstopfungen und der Restlebensdauer des Wärmetauschers von Kombi-Wasserheizern.

STAND DER TECHNIK

[0002] Wasserheizer, insbesondere Kombi-Wasserheizer, sind an einen Zentralheizkreislauf und an eine Hauswasserleitung angeschlossen. Sie erwärmen die Flüssigkeit im Zentralheizkreislauf und das Wasser in der Hauswasserleitung. Das Wasser im Zentralheizkreislauf wird in den Wasserheizer geleitet, durch eine Heizzelle erwärmt und wieder in den Zentralheizkreislauf zurückgeleitet. Durch Heizkomponenten wie Heizkörper im Zentralheizkreislauf wird dafür gesorgt, dass die Räume geheizt werden.

[0003] Das Wasser in der Hauswasserleitung wird dadurch erwärmt, dass zwischen dem Wasser aus dem Zentralheizkreislauf nach dessen Erhitzen und dem Wasser aus der Hauswasserleitung anhand eines Wärmetauschers eine Wärmeübertragung durchgeführt wird. Der Wärmetauscher umfasst ein erstes Volumen, durch welches das Wasser aus dem Zentralheizkreislauf fließt, und ein zweites Volumen, durch welches das Wasser der Hauswasserleitung fließt. Das erste Volumen und das zweite Volumen tauschen Wärme über ein Wärmeübertragungselement aus. Dabei erfolgt eine Wärmeübertragung aus dem durch eine Heizzelle erwärmten Wasser in dem ersten Volumen des Zentralheizkreislaufes auf das Wasser in dem zweiten Volumen der Hauswasserleitung.

[0004] Bei einer Verstopfung im Wärmetauscher wird das Wasser in der Hauswasserleitung nicht ausreichend erwärmt oder der Wasserdruck sinkt. Dadurch wird der Komfort der Benutzer negativ beeinflusst. Eine Verstopfung kann in den nachfolgenden Schritten den Wärmetauscher schädigen und einen Flüssigkeitsdurchlass zwischen den beiden Volumina des Wärmetauschers verursachen. Die Verstopfung des Wärmetauschers führt dazu, dass das Wasser nicht auf die gewünschte Temperatur erwärmt wird, was den Nutzungskomfort verringert und den Energieverbrauch erhöht.

[0005] In der deutschen Patentanmeldung DE102009042994 wird ein System offenbart, das es ermöglicht, Temperaturmessungen an verschiedenen Stellen des Plattenwärmetauschers vorzunehmen, und ein Warnsignal zu erzeugen, um mögliche hitzebedingte Schäden am Wärmetauscher zu verhindern, wenn die Temperaturmessungen einen bestimmten Schwellenwert überschreiten.

[0006] All die oben genannten Probleme haben eine Innovation in dem betreffenden technischen Gebiet erforderlich gemacht.

KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

[0007] Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zum Bestimmen der Restlebensdauer eines Wasserheizers, um die oben genannten Nachteile zu beseitigen und neue Vorteile auf dem relevanten technischen Gebiet zu schaffen.

[0008] Ein Ziel der Erfindung ist es, ein System zum Bestimmen der Restlebensdauer von Wärmetauschern von Wasserheizern bereitzustellen.

[0009] Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein System zur Erkennung von Verstopfungen in Wärmetauschern bereitzustellen.

[0010] Um alle oben erwähnten und sich aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung ergebenden Aufgaben zu erfüllen, betrifft die vorliegende Erfindung ein System zur Erkennung einer Verstopfung im zweiten Volumen des Wärmetauschers eines Wasserheizers, umfassend eine erste Leitung, die hydraulisch mit einem Zentralheizkreislauf verbunden ist, und eine zweite Leitung, die hydraulisch mit einer Hauswasserleitung verbunden ist; eine mit der ersten Leitung verbundene Heizzelle zum Erwärmen der Flüssigkeit in der ersten Leitung; und einen Wärmetauscher für die Wärmeübertragung zwischen der ersten Leitung und der zweiten Leitung, umfassend ein erstes Volumen, das hydraulisch mit der ersten Leitung verbunden ist, ein zweites Volumen, das hydraulisch mit der zweiten Leitung verbunden ist, und ein Wärmeübertragungselement, das zwischen dem ersten Volumen und dem zweiten Volumen vorgesehen ist. Dementsprechend ist das System dadurch gekennzeichet, dass es einen ersten Temperatursensor zur Messung der Temperatur der in das erste Volumen eintretenden Flüssigkeit; einen zweiten Temperatursensor zur Messung der Temperatur der aus dem ersten Volumen austretenden Flüssigkeit; einen dritten Temperatursensor zur Messung der Temperatur der in das zweite Volumen eintretenden Flüssigkeit; einen vierten Temperatursensor zur Messung der Temperatur der aus dem zweiten Volumen austretenden Flüssigkeit; eine Durchflussmesseinrichtung zur Messung des Massenstroms der Flüssigkeit in der zweiten Leitung oder in der Hauswasserleitung; eine Steuereinheit, die so angeordnet ist, dass sie Temperatur- und Durchflussmessungen von dem ersten Temperatursensor, dem zweiten Temperatursensor, dem dritten Temperatursensor, dem vierten Temperatursensor und der Durchflussmesseinrichtung empfängt, umfasst, wobei die Steuereinheit so konfiguriert ist, dass sie die empfangenen Temperatur- und Durchflussmessungen in einer Speichereinheit speichert, indem sie die empfangenen Temperatur- und Durchflussmessungen ihren Empfangszeiten zuordnet; eine Wärmeübertragungsrate des zweiten Volumens gemäß Messungen, die von dem dritten Temperatursensor, dem vierten Temperatursensor und der Durchflussmesseinrichtung empfangen werden, und gemäß einem spezifischen Wärmewert bestimmt; eine logarithmische mittlere Temperaturdifferenz für den Wärmetauscher gemäß Messungen, die von dem ersten Temperatursensor, dem zweiten Temperatursensor, dem dritten Temperatursensor und dem vierten Temperatursensor empfangen werden, bestimmt; in Abhängigkeit von der Wärmeübertragungsfläche des Wärmetauschers einen Wärmeübertragungskoeffizienten gemäß der logarithmischen mittleren Temperaturdifferenz und der Wärmeübertragungsrate bestimmt; den Wärmeübertragungskoeffizienten periodisch berechnet und in der Speichereinheit speichert, wobei die Steuereinheit so konfiguriert ist, dass sie folgende Verfahrensschritte ausführt:

• Überwachung der Wärmeübertragungskoeffizienten,
• Bestimmen der Lebensdauer mittels eines Alterungsmodells gemäß den gespeicherten Wärmeübertragungskoeffizienten, wenn der Wärmeübertragungskoeffizient einen ersten Schwellenwert überschreitet und der Wärmeübertragungskoeffizient einen zweiten Schwellenwert überschreitet.

[0011] Auf diese Weise kann die Verstopfung auf der Zentralheizkreislaufseite des Wärmetauschers erkannt werden. Entsprechend der festgestellten Verstopfung wird die Lebensdauer des Wärmetauschers bestimmt. Die Benutzer können anhand dieser Informationen über die verbleibende Lebensdauer Vorkehrungen treffen, bevor die Verstopfung auftritt. Der Nutzer wird den negativen Auswirkungen der Verstopfung weniger ausgesetzt.

[0012] Das Merkmal einer möglichen Ausführungsform der Erfindung ist, dass das Alterungsmodell ein stochastisches maschinelles Lernmodell ist, das mit gespeicherten Wärmeübertragungskoeffizienten trainiert wird. Auf diese Weise kann eine Verstopfung im Wärmetauscher mit höherer Genauigkeit erkannt werden.

[0013] Das Merkmal einer weiteren möglichen Ausführungsform der Erfindung ist, dass die Steuereinheit so konfiguriert ist, dass sie den Wärmeübertragungskoeffizienten durch Multiplikation der Durchflussmessung, des spezifischen Wärmewertes und der Differenz der Temperaturmessungen des dritten Temperatursensors und des vierten Temperatursensors bestimmt.

[0014] Das Merkmal einer weiteren möglichen Ausführungsform der Erfindung ist, dass sie eine Benutzerschnittstelle umfasst, die mit Hilfe einer Steuereinheit gesteuert wird, wobei die Steuereinheit so konfiguriert ist, dass sie die Lebensdauer auf der Benutzerschnittstelle überwacht. So kann der Benutzer die Lebensdauer des Wärmetauschers auf der Benutzerschnittstelle nachverfolgen.

[0015] Das Merkmal einer weiteren möglichen Ausführungsform der Erfindung ist, dass die Steuereinheit so konfiguriert ist, dass sie ein Warnsignal erzeugt, wenn die Lebensdauer einen ersten Lebensdauerschwellenwert überschreitet. So wird der Benutzer darauf hingewiesen, dass der Wärmetauscher ausgetauscht werden muss.

[0016] Das Merkmal einer weiteren möglichen Ausführungsform der Erfindung ist, dass die Steuereinheit so konfiguriert ist, dass sie das Warnsignal auf der Benutzerschnittstelle anzeigt. So wird der Benutzer informiert, wenn die Lebensdauer des Wärmetauschers einen bestimmten Wert erreicht.

[0017] Die Erfindung betrifft auch einen Wasserheizer, der ein System wie oben beschrieben umfasst.

[0018] Das Merkmal einer weiteren möglichen Ausführungsform der Erfindung ist, dass das Heizgerät ein Kombi-Wasserheizer ist. So kann der Benutzer die verbleibende Lebensdauer des Kombi-Wasserheizers mit diesem System nachverfolgen.

[0019] Die Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Erkennung der Verstopfung im zweiten Volumen des Wärmetauschers eines Wasserheizers, umfassend eine erste Leitung, die hydraulisch mit einem Zentralheizkreislauf verbunden ist, und eine zweite Leitung, die hydraulisch mit einer Hauswasserleitung verbunden ist; eine mit der ersten Leitung verbundene Heizzelle zum Erwärmen der Flüssigkeit in der ersten Leitung; und einen Wärmetauscher für die Wärmeübertragung zwischen der ersten Leitung und der zweiten Leitung umfassend ein erstes Volumen, das hydraulisch mit der ersten Leitung verbunden ist, ein zweites Volumen, das hydraulisch mit der zweiten Leitung verbunden ist, und ein Wärmeübertragungselement, das zwischen dem ersten Volumen und dem zweiten Volumen vorgesehen ist.

[0020] Dementsprechend ist das Verfahren dadurch gekennzeichet, dass die Steuereinheit so konfiguriert ist, dass sie folgende Verfahrensschritte ausführt;

• Bestimmen der Temperatur der in der zweiten Leitung befindlichen und in das zweite Volumen eintretenden Flüssigkeit, der Temperatur der in der zweiten Leitung befindlichen und aus dem zweiten Volumen austretenden Flüssigkeit, des Massenstroms der Flüssigkeit in der Hauswasserleitung und einer Wärmeübertragungsrate des zweiten Volumens gemäß einem spezifischen Wärmewert
• Bestimmen einer logarithmischen mittleren Temperaturdifferenz für den Wärmetauscher gemäß den Temperaturen der in den Wärmetauscher eintretenden und aus ihm austretenden Flüssigkeiten
• Bestimmen eines Wärmeübertragungskoeffizienten in Abhängigkeit von der Wärmeübertragungsfläche des Wärmetauschers gemäß der logarithmischen mittleren Temperaturdifferenz und der Wärmeübertragungsrate; zeitabhängiges Speichern des besagten Wärmeübertragungskoeffizienten in einer Speichereinheit;
• Überwachen des Wärmeübertragungskoeffizienten
• Bestimmen der Lebensdauer mittels eines Alterungsmodells gemäß den gespeicherten Wärmeübertragungskoeffizienten, wenn der Wärmeübertragungskoeffizient einen ersten Schwellenwert überschreitet und der Wärmeübertragungskoeffizient einen zweiten Schwellenwert überschreitet. So kann die Restlebensdauer des Wärmetauschers bestimmt werden.

[0021] Das Merkmal einer weiteren möglichen Ausführungsform der Erfindung ist, dass das Alterungsmodell ein stochastisches maschinelles Lernmodell ist, das mit gespeicherten Wärmeübertragungskoeffizienten trainiert wird. So kann die Restlebensdauer des Wärmetauschers mit höherer Genauigkeit bestimmt werden.

[0022] Das Merkmal einer weiteren möglichen Ausführungsform der Erfindung ist, dass sie so konfiguriert ist, dass sie ein Warnsignal ausgibt, wenn die Lebensdauer einen ersten Lebensdauerschwellenwert überschreitet. So wird der Benutzer informiert, wenn die Lebensdauer des Wärmetauschers einen bestimmten Wert erreicht.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUR

[0023] 

Figur 1 zeigt eine repräsentative Ansicht des Wasserheizers.

Figur 2 zeigt eine repräsentative Ansicht des Systems.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

[0024] In dieser ausführlichen Beschreibung wird ein System (200) zum Bestimmen der Restlebensdauer von Wasserheizern (100), das Gegenstand der Erfindung ist, nur anhand von nicht einschränkenden Beispielen zum besseren Verständnis des Gegenstandes beschrieben.

[0025] Die Erfindung betrifft ein System (200) zur Erkennung einer Verstopfung in einem Wärmetauscher (150) eines Wasserheizers (100) und damit der Restlebensdauer des Wärmetauschers (150). Wie in Figur 1 dargestellt, umfasst der Wasserheizer (100) eine erste Leitung (110), die hydraulisch mit einem Zentralheizkreislauf (310) verbunden ist, und eine zweite Leitung (120), die hydraulisch mit einer Hauswasserleitung verbunden ist. Die zirkulierende Flüssigkeit aus dem Zentralheizkreislauf (310) tritt in die erste Leitung (110) ein, wo sie erwärmt wird, tritt dann aus und wieder in den Zentralheizkreislauf (310) ein. Das Leitungswasser, das aus einer Leitung wie der städtischen Wasserversorgung kommt, wird in die zweite Leitung (120) eingeleitet und nach dem Erhitzen in die Hauswasserleitung (320) eingeführt, um von den Verbrauchern über Komponenten wie Wasserhähne usw. genutzt zu werden. Die Flüssigkeit in der ersten Leitung (110) kann Wasser oder eine andere für Heizzwecke verwendete Flüssigkeit sein. Die erste Leitung (110) kann auch eine Pumpe für das Bewegen der Flüssigkeit umfassen.

[0026] Der Wasserheizer (100) umfasst eine Heizzelle (130) zur Erwärmung der Flüssigkeit in der ersten Leitung (110). Die Heizzelle (130) liefert Wärme durch den Verbrauch von Energieelementen wie Elektrizität, Gas und dergleichen. Die Heizzelle (130) kann durch thermostatähnliche Einrichtungen oder eine Steuereinheit (210) gesteuert werden. Mit anderen Worten können die Zyklen, in denen die Heizzelle (130) ein- und ausgeschaltet wird, durch diese Komponenten gesteuert werden.

[0027] Der Wasserheizer (100) umfasst einen Wärmetauscher (150), um eine Wärmeübertragung zwischen der erwärmten Flüssigkeit in der ersten Leitung (110) und dem Wasser in der zweiten Leitung (120) zu gewährleisten, ohne dass diese sich miteinander vermischen. Der Wärmetauscher (150) umfasst ein erstes Volumen (151), das die Flüssigkeit in der ersten Leitung (110) aufnimmt, ein zweites Volumen (152), das die Flüssigkeit in der zweiten Leitung (120) aufnimmt, und ein Wärmeübertragungsmittel (153) zur Wärmeübertragung zwischen dem ersten Volumen (151) und dem zweiten Volumen (152). Das Wärmeübertragungselement (153) ist aus einem wärmeleitenden Material hergestellt. Der Wärmetauscher (150) kann von einem Typ sein, der im Stand der Technik als Plattentyp bekannt ist. Die Neuerung in dem erfindungsgemäßen System (200) besteht darin, eine Lebensdauer des Wärmetauschers (150) in Abhängigkeit vom Zustand der Verstopfung im zweiten Volumen (152) des Wärmetauschers (150) zu bestimmen.

[0028] Das System (200) umfasst einen ersten Temperatursensor (221) zur Messung der Temperatur der Flüssigkeit, die in das erste Volumen (151) des Wärmetauschers (150) eintritt. Der erste Temperatursensor (221) misst die Temperatur der Flüssigkeit in der ersten Leitung (110) vor dem Eintritt in das erste Volumen (151). In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der erste Temperatursensor (221) am Einlass des ersten Volumens (151) vorgesehen. Das System (200) umfasst ferner einen zweiten Temperatursensor (222) zur Messung der Temperatur der aus dem ersten Volumen (151) austretenden Flüssigkeit. Der zweite Temperatursensor (222) misst die Temperatur, mit der die Flüssigkeit in der ersten Leitung (110) aus dem ersten Volumen (151) austritt. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der zweite Temperatursensor (222) am Auslass des ersten Volumens (151) vorgesehen.

[0029] Das System (200) umfasst einen dritten Temperatursensor (231) zur Messung der Temperatur der in das zweite Volumen (152) des Wärmetauschers (150) eintretenden Flüssigkeit. Der dritte Temperatursensor (231) misst die Temperatur der Flüssigkeit in der zweiten Leitung (120), bevor sie in das zweite Volumen (152) eintritt. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der dritte Temperatursensor (231) am Einlass des zweiten Volumens (152) vorgesehen. Das System (200) umfasst ferner einen vierten Temperatursensor (232) zur Messung der Temperatur der aus dem zweiten Volumen (152) austretenden Flüssigkeit. Der vierte Temperatursensor (232) misst die Temperatur, mit der die Flüssigkeit in der zweiten Leitung (120) aus dem zweiten Volumen (152) austritt. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der vierte Temperatursensor (232) am Auslass des zweiten Volumens (152) vorgesehen.

[0030] Das System (200) umfasst eine Durchflussmesseinrichtung (240), die in der zweiten Leitung (120) oder in der Hauswasserleitung (320) vorgesehen ist. Die Durchflussmesseinrichtung (240) misst den Massen- oder Volumenstrom der Flüssigkeit in der zweiten Leitung (120) oder in der Hauswasserleitung (320). In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung misst die Durchflussmesseinrichtung (240) den Massenstrom der Flüssigkeit in der zweiten Leitung (120) oder in der Hauswasserleitung (320). In einer möglichen Ausführungsform der Erfindung misst die Durchflussmesseinrichtung (240) den Volumenstrom der Flüssigkeit in der zweiten Leitung (120) oder in der Hauswasserleitung (320). Die Durchflussmesseinrichtung (240) kann ein elektromagnetischer, ein Ultraschall-, ein Wirbel-, ein Spiral- oder ein anderer in der Technik bekannter Durchflussmesser sein.

[0031] Das System (200) umfasst eine Steuereinheit (210), die die Temperatur- und Durchflussmessungen empfängt. Die Steuereinheit (210) umfasst eine Prozessoreinheit (211) zum Empfang von Temperatur- und Durchflussmessungen von einem ersten Temperatursensor (221), einem zweiten Temperatursensor (222), einem dritten Temperatursensor (231), einem vierten Temperatursensor (232) und einer Durchflussmesseinrichtung (240). Die Steuereinheit (210) umfasst eine Speichereinheit (212), die der Prozessoreinheit (211) derart zugeordnet ist, dass die Prozessoreinheit (211) Daten lesen und Daten aufzeichnen kann. Die genannte Prozessoreinheit (211) kann ein Mikroprozessor sein, auf dem Softwarecodes ausgeführt werden. Die Steuereinheit (210) speichert die empfangenen Temperatur- und Durchflussmessungen in der Speichereinheit (212) indem sie diese ihren Empfangszeiten zuordnet. Die Steuereinheit (210) bestimmt eine Wärmeübertragungsrate des zweiten Volumens (152) gemäß den von dem dritten Temperatursensor (231), dem vierten Temperatursensor (232) und der Durchflussmesseinrichtung (240) empfangenen Messungen und gemäß einem spezifischen Wärmewert. Der hier genannte spezifische Wärmewert bezieht sich auf die Menge an Wärmeenergie, die für einen Temperaturanstieg einer Masseneinheit der in der Hauswasserleitung (320) oder in der zweiten Leitung (120) zirkulierenden Flüssigkeit erforderlich ist. Die Steuereinheit (210) bestimmt eine logarithmische mittlere Temperaturdifferenz für den Wärmetauscher (150) gemäß den vom ersten Temperatursensor (221), dem zweiten Temperatursensor (222), dem dritten Temperatursensor (231) und dem vierten Temperatursensor (232) empfangenen Messungen. Die genannte logarithmische mittlere Temperaturdifferenz ist ein Mittelwert der Temperaturänderungen im ersten Volumen (151) und im zweiten Volumen (152) des Wärmetauschers (150) gemäß den von den Temperatursensoren empfangenen Messungen. Die Steuereinheit (210) bestimmt einen Wärmeübertragungskoeffizienten gemäß der logarithmischen mittleren Temperaturdifferenz und der Wärmeübertragungsrate, die in Abhängigkeit von der Wärmeübertragungsfläche des Wärmetauschers (150) berechnet wird. Die Wärmeübertragungsfläche bezieht sich auf die Oberfläche des Wärmeübertragungselements (153), das zwischen dem ersten Volumen (151) und dem zweiten Volumen (152) vorgesehen ist. Die Steuereinheit (210) berechnet periodisch den Wärmeübertragungskoeffizienten und speichert diesen in der Speichereinheit (212).

[0032] Das System (200) umfasst eine Benutzerschnittstelle (260), über die ein Benutzer die von der Steuereinheit (210) empfangenen Messungen oder berechneten Werte nachverfolgen kann. Die Steuereinheit (210) überwacht den Wärmeübertragungskoeffizienten auf der Benutzerschnittstelle (260). Die Benutzerschnittstelle (260) kann auf dem Wasserheizer (100) angeordnet sein. In einer möglichen Ausführungsform kann sich die Benutzerschnittstelle (260) in einem vom Wasserheizer (100) entfernten Raum befinden und einen drahtgebundenen oder drahtlosen Datenaustausch mit der Steuereinheit (210) ermöglichen.

[0033] Die Steuereinheit (210) bestimmt eine Lebensdauer, wenn der Wärmeübertragungskoeffizient einen ersten Schwellenwert überschreitet. Diese Lebensdauer wird auf der Grundlage der gespeicherten Wärmeübertragungskoeffizienten mit Hilfe eines Alterungsmodells berechnet. Die Lebensdauer bezieht sich auf die Restlebensdauer des Wärmetauschers (150), nachdem der Wärmeübertragungskoeffizient einen zweiten Schwellenwert überschritten hat. Die hier genannte Lebensdauer bezieht sich auf die geschätzte Restbetriebsdauer des Wärmetauschers (150), ohne dass ein bestimmter Wirkungsgrad unterschritten wird. Wenn der Wärmetauscher (150) den genannten Wirkungsgrad unterschreitet, kann keine ausreichende Wärmeübertragung zwischen dem ersten Volumen (151) und dem zweiten Volumen (152) gewährleistet werden und es wird mehr Energie als nötig verbraucht. Das erwähnte Alterungsmodell ist ein Software-Algorithmus. Das Alterungsmodell ist ein stochastisches maschinelles Lernmodell, das mit gespeicherten Wärmeübertragungskoeffizienten trainiert wird. Dementsprechend bestimmt die Steuereinheit (210) das Alterungsmodell des Wärmetauschers (150) auf der Grundlage der vorherigen Wärmeübertragungskoeffizienten. Als nicht einschränkendes Beispiel kann die Feststellung einer Abnahme des Wärmeübertragungskoeffizienten auf eine Verstopfung im Wärmetauscher (150) hinweisen. Hier zeigt das mit den gespeicherten Wärmeübertragungskoeffizienten trainierte Alterungsmodell einen Abnahmetrend des Wärmeübertragungskoeffizienten. Wenn der Wärmeübertragungskoeffizient einen ersten Schwellenwert überschreitet, kann dementsprechend die Restlebensdauer des Wärmetauschers (150) als Ergebnis der Überschreitung eines zweiten Schwellenwertes berechnet werden.

[0034] Die Steuereinheit (210) ist so konfiguriert, dass sie ein Warnsignal erzeugt, wenn die Lebensdauer einen ersten Lebensdauerschwellenwert überschreitet. Der erste Lebensdauerschwellenwert bezieht sich auf eine bestimmte Zeitspanne. Der erste Lebensdauerschwellenwert kann während der Produktion oder durch den Benutzer festgelegt werden. Wenn der erste Lebensdauerschwellenwert beispielsweise auf 90 Tage eingestellt ist, erzeugt die Steuereinheit (210) das Warnsignal, wenn die Lebensdauer unter 90 Tage fällt.

[0035] In einer möglichen Ausführungsform wird das Warnsignal von der Steuereinheit (210) auf der Benutzerschnittstelle (260) überwacht. In einer möglichen Ausführungsform der Erfindung kann ein zweiter Lebensdauerschwellenwert bestimmt werden. Wenn der zweite Lebensdauerschwellenwert überschritten wird, kann die Steuereinheit (210) den Betrieb des Wasserheizers (100) stoppen.

[0036] Die Steuereinheit (210) empfängt die Temperatur- und Durchflussmessungen in Echtzeit. Die Prozessoreinheit (211) verarbeitet die empfangenen Messwerte kontinuierlich. Die Wärmeübertragungsrate wird nach der folgenden Formel (1) berechnet.

[0037] Dabei ist "Q_CH" die Wärmeübertragungsrate in der Hauswasserleitung (320); "m_CH" ist der Massenstrom in der Hauswasserleitung (320); "Cp,CH", ist der spezifische Wärmewert der Flüssigkeit in der zweiten Leitung (120); "ΔT_CH" ist die Temperaturdifferenz der Flüssigkeit am Einlass und Auslass des zweiten Volumens (152).

[0038] Die logarithmische mittlere Temperaturdifferenz wird nach der folgenden Formel (2) berechnet.

[0039] Dabei steht "LMTD" für die logarithmische mittlere Temperaturdifferenz; "T" steht für die Temperatur; "CH" steht für den Zentralheizkreislauf (310); "DHW" steht für die Hauswasserleitung (320); "inlet" steht für den Einlass; "outlet" steht für den Auslass.

[0040] Der Wärmeübertragungskoeffizient wird nach der folgenden Formel (3) berechnet.

[0041] Dabei ist "U" der Wärmeübertragungskoeffizient; "Q_CH" die Wärmeübertragungsrate in der Hauswasserleitung (320); "A" die Wärmeübertragungsfläche des Wärmeübertragungselements (153); "LMTD" die logarithmische mittlere Temperaturdifferenz.

[0042] In einer beispielhaften Ausführungsform wird eine Lebensdauerberechnung durchgeführt, wenn der Wärmeübertragungskoeffizient einen ersten Schwellenwert überschreitet. Der Hauptzweck der Verwendung des ersten Schwellenwerts besteht darin, der Prozessoreinheit (211) Zeit zu geben, um genügend Daten zu erhalten. Die Lebensdauer bezieht sich auf die geschätzte Restlebensdauer des Wärmetauschers (150), die verbleibt, nachdem der Wärmeübertragungskoeffizient einen zweiten Schwellenwert überschritten hat.

[0043] Der Schutzumfang der Erfindung ist in den Ansprüchen in der Anlage angegeben und kann nicht auf das beschränkt werden, was in dieser detaillierten Beschreibung zum Zweck der Angabe von Beispielen erläutert wird. Es ist offensichtlich, dass der Fachmann auf dem technischen Gebiet im Lichte der obigen Erläuterungen ähnliche Ausführungsformen erstellen kann.

DIE IN DEN FIGUREN ANGEGEBENEN REFERENZNUMMERN

[0044] 

100 Wasserheizer

110 Erste Leitung

120 Zweite Leitung

130 Heizzelle

150 Wärmetauscher

151 Erstes Volumen

152 Zweites Volumen

153 Wärmeübertragungselement

200 System

210 Steuereinheit

211 Prozessoreinheit

212 Speichereinheit

221 Erster Temperatursensor

222 Zweiter Temperatursensor

231 Dritter Temperatursensor

232 Vierter Temperatursensor

240 Durchflussmesseinrichtung

260 Benutzerschnittstelle

310 Zentralheizkreislauf

320 Hauswasserleitung

Ansprüche

1. System (200) zur Erkennung einer Verstopfung im zweiten Volumen (152) eines Wärmetauschers (150) eines Wasserheizers (100), umfassend eine erste Leitung (110), die hydraulisch mit einem Zentralheizkreislauf (310) verbunden ist, und eine zweite Leitung (120), die hydraulisch mit einer Hauswasserleitung (320) verbunden ist; eine mit der ersten Leitung (110) verbundene Heizzelle (130) zum Erwärmen der Flüssigkeit in der ersten Leitung (110); und einen Wärmetauscher (150) für die Wärmeübertragung zwischen der ersten Leitung (110) und der zweiten Leitung (120), umfassend ein erstes Volumen (151), das hydraulisch mit der ersten Leitung (110) verbunden ist, ein zweites Volumen (152), das hydraulisch mit der zweiten Leitung (120) verbunden ist, ein Wärmeübertragungselement (153), das zwischen dem ersten Volumen (151) und dem zweiten Volumen (152) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass es einen ersten Temperatursensor (221) zur Messung der Temperatur der in das erste Volumen (151) eintretenden Flüssigkeit; einen zweiten Temperatursensor (222) zur Messung der Temperatur der aus dem ersten Volumen (151) austretenden Flüssigkeit; einen dritten Temperatursensor (231) zur Messung der Temperatur der in das zweite Volumen (152) eintretenden Flüssigkeit; einen vierten Temperatursensor (232) zur Messung der Temperatur der aus dem zweiten Volumen (152) austretenden Flüssigkeit; eine Durchflussmesseinrichtung (240) zur Messung des Massenstroms der Flüssigkeit in der zweiten Leitung (120) oder in der Hauswasserleitung (320); eine Steuereinheit (210), die so angeordnet ist, dass sie Temperatur- und Durchflussmessungen von dem ersten Temperatursensor (221), dem zweiten Temperatursensor (222), dem dritten Temperatursensor (231), dem vierten Temperatursensor (232) und der Durchflussmesseinrichtung (240) empfängt, umfasst, wobei die Steuereinheit (210) so konfiguriert ist, dass sie die empfangenen Temperatur- und Durchflussmessungen in einer Speichereinheit (212) speichert, indem sie die empfangenen Temperatur- und Durchflussmessungen ihren Empfangszeiten zuordnet; eine Wärmeübertragungsrate des zweiten Volumens (152) gemäß Messungen, die von dem dritten Temperatursensor (231), dem vierten Temperatursensor (232) und der Durchflussmesseinrichtung (240) empfangen werden, und gemäß einem spezifischen Wärmewert bestimmt; eine logarithmische mittlere Temperaturdifferenz für den Wärmetauscher (150) gemäß Messungen, die von dem ersten Temperatursensor (221), dem zweiten Temperatursensor (222), dem dritten Temperatursensor (231) und dem vierten Temperatursensor (232) empfangen werden, bestimmt; in Abhängigkeit von der Wärmeübertragungsfläche des Wärmetauschers (150) einen Wärmeübertragungskoeffizienten gemäß der logarithmischen mittleren Temperaturdifferenz und der Wärmeübertragungsrate bestimmt; den Wärmeübertragungskoeffizienten periodisch berechnet und in der Speichereinheit (212) speichert,
wobei die Steuereinheit so konfiguriert ist, dass sie folgende Verfahrensschritte ausführt:

- die Überwachung der Wärmeübertragungskoeffizienten,

- Bestimmen der Lebensdauer mittels eines Alterungsmodells gemäß den gespeicherten Wärmeübertragungskoeffizienten, wenn der Wärmeübertragungskoeffizient einen ersten Schwellenwert überschreitet und der Wärmeübertragungskoeffizient einen zweiten Schwellenwert überschreitet.

2. System (200) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Alterungsmodell ein stochastisches maschinelles Lernmodell ist, das mit gespeicherten Wärmeübertragungskoeffizienten trainiert wird.

3. System (200) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (210) so konfiguriert ist, dass sie den Wärmeübertragungskoeffizienten durch Multiplikation der Durchflussmessung, des spezifischen Wärmewertes und der Differenz der Temperaturmessungen des dritten Temperatursensors (231) und des vierten Temperatursensors (232) bestimmt.

4. System (200) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Benutzerschnittstelle (260) umfasst, die von einer Steuereinheit (210) gesteuert wird, wobei die Steuereinheit (210) so konfiguriert ist, dass sie die Lebensdauer auf der Benutzerschnittstelle (260) überwacht.

5. System (200) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (210) so konfiguriert ist, dass sie ein Warnsignal erzeugt, wenn die Lebensdauer einen ersten Lebensdauerschwellenwert überschreitet.

6. System (200) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (210) so konfiguriert ist, dass sie das Warnsignal auf der Benutzerschnittstelle (260) anzeigt.

7. Heizgerät umfassend ein System (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.

8. System (200) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizgerät ein Kombi-Wasserheizer ist.

9. Verfahren zur Erkennung einer Verstopfung im zweiten Volumen (152) eines Wärmetauschers (150) eines Wasserheizers (100), umfassend eine erste Leitung (110), die hydraulisch mit einem Zentralheizkreislauf (310) verbunden ist, und eine zweite Leitung (120), die hydraulisch mit einer Hauswasserleitung (320) verbunden ist; eine mit der ersten Leitung (110) verbundene Heizzelle (130) zum Erwärmen der Flüssigkeit in der ersten Leitung (110); und einen Wärmetauscher (150) für die Wärmeübertragung zwischen der ersten Leitung (110) und der zweiten Leitung (120) umfassend ein erstes Volumen (151), das hydraulisch mit der ersten Leitung (110) verbunden ist, ein zweites Volumen (152), das hydraulisch mit der zweiten Leitung (120) verbunden ist, ein Wärmeübertragungselement (153), das zwischen dem ersten Volumen (151) und dem zweiten Volumen (152) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (210) so konfiguriert ist, dass sie folgende Verfahrensschritte ausführt;

- Bestimmen der Temperatur der in der zweiten Leitung (120) befindlichen und in das zweite Volumen (152) eintretenden Flüssigkeit, der Temperatur der in der zweiten Leitung (120) befindlichen und aus dem zweiten Volumen (152) austretenden Flüssigkeit, des Massenstroms der Flüssigkeit in der Hauswasserleitung (320) und einer Wärmeübertragungsrate des zweiten Volumens (152) gemäß einem spezifischen Wärmewert

- Bestimmen einer logarithmischen mittleren Temperaturdifferenz für den Wärmetauscher (150) gemäß den Temperaturen der in den Wärmetauscher (150) eintretenden und aus ihm austretenden Flüssigkeiten

- Bestimmen eines Wärmeübertragungskoeffizienten in Abhängigkeit von der Wärmeübertragungsfläche des Wärmetauschers (150) gemäß der logarithmischen mittleren Temperaturdifferenz und der Wärmeübertragungsrate; zeitabhängiges Speichern des besagten Wärmeübertragungskoeffizienten in einer Speichereinheit (212);

- Überwachen des Wärmeübertragungskoeffizienten

- Bestimmen der Lebensdauer mittels eines Alterungsmodells gemäß den gespeicherten Wärmeübertragungskoeffizienten, wenn der Wärmeübertragungskoeffizient einen ersten Schwellenwert überschreitet und der Wärmeübertragungskoeffizient einen zweiten Schwellenwert überschreitet.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Alterungsmodell ein stochastisches maschinelles Lernmodell ist, das mit den gespeicherten Wärmeübertragungskoeffizienten trainiert wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass es so konfiguriert ist, dass ein Warnsignal ausgegeben wird, wenn die Lebensdauer einen ersten Lebensdauerschwellenwert überschreitet.

Zeichnung