本發明涉及量化在被加熱或冷卻的流體或固體的儲罐中可用的有效熱能的有效熱能量化裝置。本發明還涉及包括該裝置的有效熱能量化系統。
背景技術：
：被加熱的流體或固體的儲罐一般用在熱的生成、儲存和恢復系統中。同樣，被冷卻的流體或固體的儲罐一般用于冷的生成、儲存和恢復系統中。更具體地說，一個簡單和常用的應用例子在于在衛生熱水或取暖水的生成和消耗系統中使用被加熱的水的儲罐。在這種儲罐中，熱水和冷水共存，并且具有逐漸分離為層或水平等溫層的趨勢，在每個層或水平等溫層中，水的溫度基本相同。但從一層到另一層，水的溫度不同，熱水層被設置在儲罐上部，冷水層被設置在下部。更確切地說，在儲罐內的層序列中，越向上，水越熱。這種水在熱水儲罐中的分層現象是本領域技術人員所熟知的。這是由于萬有引力對水的密度作用，所述作用是溫度的減函數。因此，在儲罐中加熱初始溫度均勻的流體時，自然地建立了流體的分層。另外，甚至當被加熱并儲存在儲罐中的水被消耗時，分層仍被保留。實際上，熱水一般從儲罐的上部被取出，而冷水從儲罐的下部進入以便隨后被加熱。以這種方式，最熱的水層始終處于儲罐上部，而進入的冷水構成儲罐下部最冷的水層。正在加熱過程中的水層處于這兩個極端層之間，其溫度從下部最冷層向上部最熱層逐漸增加。為了改善熱水生成和消耗系統的性能，尤其是在節能方面，能夠在任何時刻量化在這種系統的儲罐中的可用的有效熱是有利的。該有效熱的量被定義為如在儲罐內溫度大于或等于預定溫度閾值的水的量的最小值。該溫度閾值表示通過系統恢復的熱水由消耗者使用所要求的最低溫度。例如在衛生熱水的生成、儲存和恢復系統的情況下，該溫度閾值一般為40℃。量化在儲罐中可用的有效熱能的利處尤其是能夠在熱或冷的生成和儲存系統的調節上起作用，特別是當這些系統使用可再生的能源時，例如太陽能，或者這些系統使用與化石能源或核能源結合的可再生能源時。實際上，在該類型的系統中，由可再生能源帶來的能量是劇烈變化的，對每種狀況進行專門的調節是必要的以便優化熱或冷的生成同時盡可能少地求助化石能源。另外，現在，為了能夠滿足在消耗高峰時段期間的使用者需求，并且如果不能量化任何時刻可用的有效熱，衛生熱水生產系統相對于估計的衛生熱水的平均消耗具有超大尺寸。當然，這避免了由于熱水可用性的意外中斷而產生的使用者可能的不滿，但代價是增加系統的熱損失并因此降低了系統的效率和產率。能夠量化在儲罐中可用的有效熱允許告知使用者在儲罐中剩余的熱水量，這因此允許用戶通過了解在每個時刻可用的熱水量來采取行動，并因此參與節能。因此避免擴大相對應的衛生熱水生產系統的需要。特別是，當有效熱的量化值指示在儲罐中可用的熱水水位在預定閾值以下時，可以考慮過渡到比較節能的經濟消耗模式，尤其是減少使用者的熱水消耗。更普遍方式是，可用的有效熱能量化裝置的利處涉及任何具有被加熱或冷卻的流體或固體的儲罐的工業系統，可以借助熱或冷的儲存的良好管理來改進它們的性能。但是，測量包含在儲罐中的溫度高于或低于希望溫度閾值的水量可能是困難的。例如，在設置獨立測量儲罐下部和上部水溫的兩個傳感器的情況下，如果兩個溫度基本相等，那么這意味著儲罐的內容處于均勻的溫度并且因此該溫度是已知的。相反，如果兩個溫度相差太遠，那么只用這兩個測量不可能知道在儲罐中熱水與冷水之間的界限在哪里，并且因此不可能估計在儲罐中可用的有效熱或冷的量。以EP2017587A1為編號公布的專利申請公開了量化在儲罐中且更特別的是在衛生熱水球罐中可用的熱水的熱機裝置。該裝置包括包含載熱流體的毛細管，該毛細管被設置在儲罐中或抵靠儲罐設置，并幾乎在儲罐的整個高度上延伸。載熱流體在儲罐中水的熱的作用下膨脹，并且在第一可能實施方式中，通過波登（Bourdon）管使指針機械轉動。該指針根據對波登管施加的壓力直接指示在儲罐中可用的熱水的估計量。在第二可能實施方式中，載熱流體的膨脹機械地使電子壓力傳感器的膜變形。該傳感器把膜的變形轉換為接下來可以被電子電路使用的電數據（尤其是電阻的變化），以便指示可用的熱水量的估計。該裝置具有多個缺點。首先，與其認為的相反，它不是真正地測量在儲罐中可用的熱水量，熱水應相對如前面討論的閾值確定。更恰當地說，它測量在儲罐中全部可用的熱量，而不能知道多大比例的水是真正“熱的”，即不能知道溫度超過閾值的水量。另外，該裝置的就位相當復雜。在第一實施方式中，需要與自身帶動指針的波登管相關聯的載熱流體的毛細管的熱機系統。在第二實施方式中，需要與電子壓力傳感器的機電系統相關聯的載熱流體的毛細管的熱機系統，這意味著熱量值向機械量值轉換然后是該機械量值向電量值轉換的雙重轉換。第二方案在于設置多個分布在儲罐多個地點的熱電轉換器。通過設置足夠數量的轉換器，可達到存在于儲罐中的熱水的令人滿意的量化。通過假設例如每個轉換器涉及在儲罐中溫度恒定的預定的水體積，容易從測量推導出溫度超過閾值的水量。由于只有從熱量值向電量值的一次轉換，所以該第二方案的另一優點是簡單。本發明更準確地涉及該第二方法，針對在被加熱或冷卻的流體或固體儲罐中可用的有效熱能的量化裝置，該裝置包括用于被分布在儲罐的多個地點的多個熱電轉換器。在以FR2851644A1和FR2891352A1為編號公布的專利申請中示出了符合該第二方案的裝置的例子。這些裝置的每一個包括被放置在儲罐不同高度的多個溫度電傳感器。通過這些溫度電傳感器進行在儲罐中水溫的多個獨立測量。這些文件沒有描述如何從中推導出在儲罐中可用的熱水量，但是，為此必須分析從這些測量得到的多個獨立的電信號。另外，為了得到精確測量，必須設置足夠數量的溫度電傳感器，這使得從這些測量得出的多個電信號的處理更為復雜。因此，可能希望設置允許至少部分擺脫上述問題和束縛的有效熱能量化裝置，同時提出符合上述第二方案的配置。技術實現要素：因此提出被加熱或冷卻的流體或固體的儲罐中可用的有效熱能量化裝置，該裝置包括用于被分布在儲罐的多個地點的多個熱電轉換器，該裝置包括：-使這些熱電轉換器互相連接的電路，-電路的唯一電量值的測量裝置，-將該唯一電量值轉換為在儲罐中可用的有效熱能的量化值的轉換部件。因此，借助本發明，有效熱能量化裝置允許簡單地根據唯一電量值的測量得到在儲罐中可用的有效熱能的量化值，即在提供熱水的系統的例子中，得到在儲罐內部其溫度高于預定溫度閾值的可用的熱水量的估計。以可選的方式，每個熱電轉換器包括溫度電傳感器和至少一個電阻。還以可選的方式，每個熱電轉換器的溫度電傳感器包括斷開和閉合敏感于預定溫度閾值的熱電開關，該溫度閾值對所有熱電轉換器是共同的。這樣的實現特別簡單且便宜。還以可選的方式，每個熱電轉換器的熱電開關是雙金屬片熱斷路器、雙金屬熱斷路器或具有正溫度系數的可重置（rearmable）熔斷器。還以可選的方式，每個熱電轉換器的溫度電傳感器另外包括在熱電開關的端子處被設置為與熱點開關并聯的熱敏電阻。該實現允許更精確地量化在儲罐中可用的有效熱能。還以可選的方式，每個熱電轉換器的所述至少一個電阻具有預定的電阻值，以便產生與在儲罐中可用的有效熱能的量化值成線性關系的所測量的唯一電量值的值。該配置便于轉換。還以可選的方式，溫度電傳感器和電阻被設置在熱電轉換器中，使得：-溫度電傳感器在互連電路中彼此串聯布置，和-每個電阻將它所屬的熱電轉換器的溫度電傳感器的輸出端子連接到測量裝置的第一端子，該第一端子是所有電阻共同的。還以可選的方式，溫度電傳感器和電阻被設置在熱電轉換器中，使得：-每個熱電轉換器包括與電阻串聯布置的溫度電傳感器，并且-熱電轉換器在互連電路中彼此并聯布置。還以可選的方式，溫度電傳感器和電阻被設置在熱電轉換器中，使得：-電阻在互連電路中彼此串聯布置，并且-每個溫度電傳感器將它所屬的熱電轉換器的電阻的一個端子連接到測量裝置的第一端子，該第一端子是所有溫度電傳感器共同的。還以可選的方式，測量的唯一電量值是穿過測量裝置的電流強度或在測量裝置端子處的電壓。還提出有效熱能量化系統，包括：-儲存被加熱或冷卻的流體或固體的儲罐，和-另外具有熱絕緣和電絕緣部件的根據本發明的有效熱能量化裝置。以可選的方式，有效熱能量化裝置以與被加熱或冷卻的流體的多個等溫層基本垂直的方式，被放置在儲罐中或抵靠儲罐放置。還以可選的方式，根據本發明的有效熱能量化系統可另外包括指示在儲罐中可用的有效熱能的量化值的指示裝置，該指示裝置借助數據傳輸部件被連接到測量裝置，并以便于使用者訪問該量化值的方式被放置在儲罐外部。附圖說明借助下面僅作為例子給出并參照附圖進行的描述，將更好地理解本發明，在附圖中：-圖1示意性地表示根據本發明實施方式的用于熱的生成、儲存和恢復設備的有效熱能量化系統的一般結構，-圖2和3示意性地表示圖1系統的有效熱能量化裝置的兩個可能實施方式的一般結構，-圖4示意性地表示圖2或3裝置的可能變型的詳細電結構，-圖5示出將圖4的變型的唯一可測量電量值轉換為在圖1系統中可用的有效熱能的量化值的圖，和-圖6至10示意性地表示圖2或3裝置的其它可能變型的詳細電結構。具體實施方式在圖1上示意性地表示出的有效熱量化系統10包括儲存被加熱的流體或固體的儲罐12和量化在該儲罐12中可用的有效熱的有效熱量化裝置14。如前面指示的，本發明背景下，“有效熱量”是指在儲罐12內溫度高于或等于標記為Ts的預定溫度閾值的流體或固體的最小量。這種系統10有利地納入到生成、儲存和恢復熱的傳統設備中，在圖1上沒有表示出該設備的其它構成元件。在本發明的該實施方式中，儲罐12包含被加熱的流體，尤其是水。該水分布為水平等溫層，其溫度從儲罐12下部的最冷層向上部的最熱層逐漸增加。在圖1的實施方式中，為了簡化，例如分為認為等溫的八個水平層。第一熱水等溫層16被設置在儲罐12的上部，并且第八個且最后的冷水等溫層18處于下部。在這兩個等溫層16和18之間相繼有正在加熱過程中的六個水等溫層20。在任何時刻，本發明的原理是確定哪些層是溫度T大于或等于Ts的等溫層。這些層位于在儲罐12中要確定的邊界平面L之上，位于該邊界L之上的第一等溫層可以稱作“溫躍層”。有效熱量化裝置14包括在儲罐12中幾乎在儲罐12的全部高度上以與等溫層16、18、20基本垂直方式延伸的加長部分22。該加長部分22包括用于被分布在儲罐12的多個地點并通過電路互相連接的多個熱電轉換器。包括熱電轉換器和互連電路的該加長部分22的整體結構沒有在圖1上示出，但將參照圖2和3詳細描述。根據所示出的簡單例子，由于每個等溫層一個熱電轉換器的原因，在加長部分22中可以設置八個熱電轉換器。在未示出的實施變型中，加長部分22可以抵靠儲罐12的外壁放置。如果壁是導熱的并且如果儲罐12是熱絕緣的，那么可以考慮這種變型。有效熱量化裝置14另外包括測量加長部分22的電路的唯一電量值的測量裝置24。該測量裝置24被放置在加長部分22延伸到儲罐12外的端部，在電路的兩點之間。測量裝置24例如涉及能夠測量電路的這兩點之間的電壓或電流強度的電壓表或電流表。有效熱量化裝置14另外包括在儲罐12中可用的有效熱的量化值的指示裝置26。該指示裝置26以便于使用者訪問該量化值的方式被放置在儲罐12外。指示裝置26例如借助電線對28被電連接到測量裝置24，以便在入口接收測量的唯一電量值，即電壓或電流強度值。還可通過傳輸數據的任何其它電磁方式建立連接。指示裝置26包括將測量的唯一電量值轉換為有效熱的量化值的轉換模塊30，然后借助發光顯示系統32，指示裝置26指示該量化值。該轉換模塊30例如由與傳統RAM存儲器相關聯的微處理器構成，并被設計用于實現下面將詳細描述的預編程的轉換操作。如在圖1上所示出的，發光顯示系統32例如包括一個垂直系列的水平發光桿，尤其是每個發光桿可以由在圖1上未示出的多個電致發光二極管構成。在此類型的顯示中，被激活的發光桿的數量與在儲罐12中可用的有效熱成正比，即與在儲罐12中溫度高于或等于預定溫度閾值Ts的可用的水量成正比。例如存在與在儲罐12中識別的等溫層一樣多的發光桿，并且被激活的發光桿的數量與被認為足夠熱的等溫層即位于邊界L以上的等溫層的數量相對應。以舉例的方式，圖1示出在儲罐12中全部水的四分之一的溫度高于溫度閾值Ts的情況。因此全部發光桿的四分之一被激活（即，識別出儲罐12的上兩個等溫層的上兩個發光桿）。在其它實施變型中，顯示可以采用數字的形式，該數字形式例如指示在儲罐12中溫度高于溫度閾值Ts的可用的熱水的升數，或者指示表示儲罐12在哪個水位具有熱水的百分比值。根據在圖2上所示出的有效熱量化裝置14的第一可能實施方式，裝置14包括借助在加長部分22中的電路34互相連接的n個熱電轉換器e1、e2、…、ei、…、en-1、en。如前面指示的，尤其是由于每個等溫層一個熱電轉換器，這些熱電轉換器e1、e2、…、ei、…、en-1、en用于被分布在沿儲罐12的多個地點，在由圖1所示出的例子中，這給出n=8。這樣設計的加長部分22的長度對應于將要推導其可用的有效熱的量化值的儲罐12的區域的高度。電路34在設置有測量裝置24的加長部分22的端部具有兩個測量點b0和b1。因此測量裝置24測定在其對應于測量點b0和b1的端子之間的電壓值或電流強度值。根據該第一實施方式，有效熱量化裝置14另外包括矩形板形狀的唯一支座36，它支撐熱電轉換器e1、e2、…、ei、…、en-1、en，并且還使它們互相電絕緣和熱絕緣。根據實施變型，該唯一支座36可以由半導體材料的薄板構成，但在其它實施變型中，它可以用其它熱絕緣和電絕緣的材料制成。熱電轉換器e1、e2、…、ei、…、en-1、en和電路34可以根據制造工藝被簡單地粘貼或印刷在唯一支座36上。它們因此形成不可分的單一模塊。還是根據該第一實施方式，由唯一支座36、熱電轉換器e1、e2、…、ei、…、en-1、en和電路34形成的不可分的模塊被納入到也是熱絕緣和電絕緣的保護套38中。唯一支座36和保護套38構成的這些熱絕緣和電絕緣部件允許避免短路，而且尤其避免量化裝置14的加長部分22與包含在儲罐12中的流體之間的熱傳遞。因此它們允許避免通過散熱片效應出現可能導致熱從儲罐12的熱層經由量化裝置14的加長部分22向冷層傳遞的垂直熱傳導通道。但是，保護套38應該以允許包含在儲罐12中的流體與熱電轉換器e1、e2、…、ei、…、en-1、en之間的水平熱傳遞的方式被設計并設置。另外，需要使熱電轉換器e1、e2、…、ei、…、en-1、en與流體之間的這些水平熱傳遞的擴散時間明顯小于儲罐12中可用的有效熱的區域與被認為是非常冷區域之間的邊界平面L的變化有關的時間。另外，保護套38應當由能夠承受在儲罐12中流體最高溫度的材料構成。用聚合物類型材料實現的電絕緣保護套38能夠滿足所有這些要求。在儲罐12包含衛生熱水的情況下，建議使用如聚四氟乙烯（PTFE）的聚合物。在包含在儲罐12中的流體被提供用于非衛生的其它用途的情況下，可以使用其它聚合物，如聚乙烯或橡膠。在圖3上示出有效熱量化裝置14的第二可能實施方式。該實施方式與前面的不同在于，用n個獨立支座361、362、…、36i、…、36n-1、36n替代唯一支座36，在這些支座上分別安裝了n個熱電轉換器e1、e2、…、ei、…、en-1、en。和在前面描述的第一實施方式中一樣，獨立支座361、362、…、36i、…、36n-1、36n的每個支座可以由半導體材料的薄板構成，但在其它實施變型中可由其它熱絕緣和電絕緣材料組成。在圖3上所示出的例子中，n個獨立支座361、362、…、36i、…、36n-1、36n為橢圓形狀，但在其它實施變型中可采用各種形狀。根據制造工藝，每個熱電轉換器e1、e2、…、ei、…、en-1、en可以被印刷或簡單地粘貼在其相應的獨立支座361、362、…、36i、…、36n-1、36n上。該量化裝置14的第二實施方式的獨特之處在于包括例如ei的熱電轉換器和其相應的獨立支座36i的整體構成獨立模塊。因此這n個獨立模塊通過電路34互相連接，例如借助如在圖3上所示出的兩個連接線。根據量化裝置12的第二實施方式的第一變型，通過電路34互相連接的獨立模塊然后可以按和第一實施方式基本相同的方式被設置在保護套38中。根據量化裝置12的該第二實施方式的第二變型，可以用例如也是PTFE制成的n個獨立保護套381、382、…、38i、…、38n-1、38n替代保護套38，n個獨立模塊可以被分別設置在其中。在這種情況下，彼此電絕緣和熱絕緣并與包含在儲罐12中的流體電絕緣和熱絕緣的這些獨立模塊的互連電路34本身是電絕緣的，例如借助密封連接器。這兩個可替換的變型在圖3中一方面（第一變型）由保護套38的虛線表示示出，并且另一方面（第二變型）由n個獨立保護套381、382、…、38i、…、38n-1、38n的虛線表示示出。在圖3上所示出的第二實施方式帶來實施量化裝置14的模塊化。更確切地說，這樣設計的量化裝置14可以由可變數量的獨立模塊構成，該數量可以根據儲罐12的大小和可用的有效熱的量化值的希望精度按情況逐一確定。實際上，在量化裝置14中的熱電轉換器e1、e2、…、ei、…、en-1、en的數量影響在儲罐12中測量的可用的有效熱的量化值的精度。因此，熱電轉換器的數量越多，在儲罐12中估計的等溫層越多并且熱水的量化值越精確。如在圖4上所示出的，根據圖2或3的有效熱量化裝置14的電結構的第一變型，n個熱電轉換器e1、…、ei、…、en的每一個包括溫度電傳感器和電阻，使得電結構包括n個溫度電傳感器C1、…、Ci、…、Cn和n個電阻R1、…、Ri、…、Rn，它們按以下方式分別被設置在n個熱電轉換器e1、…、ei、…、en中：-溫度電傳感器C1、…、Ci…、Cn的每一個具有輸入端子和輸出端子，并且從測量點b1被彼此串聯布置在互聯電路34中，第一傳感器C1的輸入端子被連接到測量點b1，并且每個其它傳感器C2、…、Ci、…、Cn的輸入端子被連接到前面的傳感器C1、…、Ci、…、Cn-1的輸出端子，并且-每個電阻R1、…、Ri、…、Rn將它所屬的熱電轉換器e1、…、ei、…、en的溫度電傳感器C1、…、Ci…、Cn的輸出端子連接到測量點b0。另外，電阻R0通過它的端部被連接到兩個測量點b0和b1。一旦賦予的電流I從點b1被注入到電路34中，就可以測量到在測量裝置24的端子處測量點b0和b1之間的電壓U形式的唯一電量值，所述測量裝置24因此為電壓表。以可替換的方式，一旦賦予的電壓U被施加在測量裝置24的端子處測量點b0和b1之間，測量的唯一電量值可以是穿過測量裝置24的電流強度I，所述測量裝置24因此為電流表。n個溫度電傳感器C1、…、Ci、…、Cn例如是熱電開關，尤其是雙金屬片類型的熱斷路器、雙金屬類型的熱斷路器或具有正溫度系數的可重置熔斷器。這些類型的熱電開關如斷開和閉合敏感于溫度閾值的電開關一樣運行。根據本發明，在衛生熱水提供系統的情況下，這涉及對于所有熱電轉換器的共同預定溫度閾值Ts，例如等于40℃。在第一變型的例子中，當熱電開關的溫度低于該溫度閾值Ts時，熱電開關斷開。因此，當儲罐12內的上部直到由邊界平面L識別的一定水位的流體溫度高于Ts時，位于該水位L以上的k個熱電開關C1、…、Ck閉合，并且k+1個電阻R0、R1、…、Rk互相并行連接。要指出的是，Re為電路34在測量裝置24的端子b0和b1處的等效電阻，下面的關系式連接上述電壓U和電流強度I：U=I.Re等效電阻Re的值取決于n+1個電阻中每一個的值和熱電開關中的每一個根據在儲罐12中的溫度分布的斷開或閉合位置。該值根據下面的方程式計算：其中H表示指示在電路34中每個熱電開關的斷開或閉合位置的階躍函數（Heaviside函數）。因此，對任何熱電開關Ci，如果該熱電開關Ci附近的溫度Ti低于溫度閾值Ts，那么H的值等于“0”（開關斷開），并且如果該熱電開關Ci附近的溫度Ti高于溫度閾值Ts，那么H等于“1”（開關閉合）。如前面指示的，并且在圖1上所示出的實施方式的具體情況下，是被設置在儲罐12上部水位L以上的k個相鄰熱電開關C1、…、Ck閉合，并且因此電路的前k+1個電阻R0、…、Rk互相并聯連接，因此參與等效電阻Re的計算。考慮上述兩個等式，如果施加恒定電流強度I，那么當前k個熱電開關C1、…、Ck閉合時，在測量裝置24的端子處測量的電壓值Uk由下面的方程式給出：該方程式允許根據可能的電壓值Uk迭代計算電阻R0、R1、…、Rn的值：則根據下面的方程式，例如可以使以伏特表示的可能電壓值Uk與閉合的熱電開關的數量k成線性遞減的關系：Uk=n+1-k這樣，在可能電壓值Uk與在儲罐12中可用的有效熱的量化值Q之間存在線性遞減的關系，所述在儲罐12中可用的有效熱的量化值Q以其溫度高于或等于溫度閾值Ts的流體在儲罐12中的百分比表示，該值Q是直接與閉合的熱電開關的數量k關聯的離散值：圖5示出由測量裝置24測量的電量值U與前面定義的在儲罐12中可用的有效熱的量化值Q之間的該線性遞減的關系，其中n=10。例如當k=0時，沒有任何熱電開關閉合，測量的電壓為11V且Q為0%。當k=10時，所有熱電開關閉合，測量的電壓U為1V且Q為100%。更確切地說，如果每個熱電開關被放置在與它所相關聯的等溫層的中間，那么U=Uk意味著Q=Q（k）+/-5%，并且線性遞減逐步形成。該線性關系在轉換模塊30中被實現。對于施加的20mA的電流強度I以及n=10，由此得出，為了遵守U與Q之間的該線性關系，電阻R0、R1、…、Ri、…、R10應具有如下值：其中R0=550Ω，其中R1=5500Ω，其中R2=4500Ω，等等（以便計算R3至R10）。下表詳細示出當I=20mA并且k從0變到10時，對Uk、Rk和Q（k）得到的所有數字值，k指示從儲罐12上部起閉合的熱電開關的數量。kUk(V)Rk(Ω)Q(k)(％)011550011055001029450020383600304728004056210050651500607410007083600809230090101100100以可替換的方式，當前k個熱電開關C1、...、Ck閉合時，可以施加恒定電壓U，并在測量裝置24的端子處測量電流強度Ik。該電流強度由下面的方程式給出：該方程式允許根據可能電流強度值Ik迭代計算電阻R0、R1、...、Ri、...、Rn的值：則例如可以根據下面的方程式使以安培A表示的可能電流強度值Ik與閉合的熱電開關的數量k成線性遞增的關系：Ik＝0.004+k.10-3這樣，可能電流強度值Ik與在儲罐12中可用的有效熱的量化值Q之間存在線性遞增的關系，所述在儲罐12中可用的有效熱的量化值Q以其溫度高于溫度閾值T。的流體在儲罐12中的百分比表示，該值Q直接與閉合的熱電開關的數量k關聯：對n=10，例如當k=0時，沒有任何熱電開關閉合，測量的電流強度為4mA且Q為0%。當k=10時，所有熱電開關閉合，測量的電流強度I為14mA且Q為100%。該線性關系在轉換模塊30中被實現。對于施加的10V的電壓U以及n=10，由此得出，為了遵守I與Q之間的該線性關系，電阻R0、R1、…、Ri、…、Rn應具有以下值：其中R0=2500Ω，其中R1=10000Ω，其中R2=10000Ω，等等（以便計算R3至R10）。下表詳細示出當U=10V并且k從0變到10時，對Ik、Rk、Q（k）得到的所有數字值，k指示從儲罐12的上部起閉合的熱電開關的數量。kIk(A)Rk(Ω)Q(k)(％)00.0042500010.005100001020.006100002030.007100003040.008100004050.009100005060.010100006070.011100007080.012100008090.0131000090100.01410000100圖6示出圖2或3的有效熱量化裝置14的電結構的第二變型。該第二變型與前面在圖4上所示出的不同在于：-在每個熱電轉換器ei中、由熱電開關Ci構成的溫度電傳感器與電阻Ri串聯布置，并且-熱電轉換器e1、...、ei、...en在互連電路34中彼此并聯布置。另外，以舉例的方式，并且為了示出量化裝置14不同的安裝可能，在圖6上，測量點b0和b1被放置在儲罐12的下部，而在圖4上，它們被放置在上部。但是，這些測量點相對儲罐12的位置以及因此測量裝置24相對儲罐12的位置不改變有效熱量化裝置14的性能。在圖4和6上所示出的兩種情況下，使用者可以根據與每個具體設備有關的物理約束選擇測量裝置24在儲罐12上部或下部的位置。剩下的計算，即Uk、Rk和Q(k)之間或Ik、Rk和Q(k)之間的關系表的建立在圖4和6的這兩個變型中是相同的。圖7示出圖2或3的有效熱量化裝置14的電結構的第三變型。該第三變型與前面在圖4和6上示出的兩個變型的不同在于：-電阻R0、R1、...、Ri、...、Rn在互連電路34中串聯布置在測量點b0與b1之間，并且-每個溫度電傳感器Ci將它所屬的熱電轉換器ei的電阻Ri的兩個端子中的其中一個端子（更確切地說是將電阻Ri連接到電阻Ri-1的端子）連接到第一測量點b0。在圖7的例子中，測量點b0和b1位于儲罐12的下部，使得測量點b0連接到電阻R0，并且使得測量點b1連接到電阻Rn。它們也可以被放置在儲罐12的上部，但是可能要適當地調整電結構使得電阻在這兩個測量點之間仍為串聯布置。和在前面兩個變型中一樣，一旦將賦予的電流I從點b0注入到電路34中，就可以測量到在測量裝置24的端子處測量點b0與b1之間的電壓U形式的唯一電量值。以可替換的方式，一旦將賦予的電壓U施加在測量裝置24的端子處測量點b0與b1之間，測量的唯一電量值可以是穿過測量裝置24的電流強度I。還是如在前面兩個變型中的一樣，n個溫度電傳感器C1、…、Ci、…Cn是性能相同的熱電開關。因此，當儲罐12內的上部到一定水位L的流體溫度高于Ts時，位于該水位L以上的k個熱電開關C1、…、Ck閉合，并且k個電阻R0、R1、…、Rk-1短路，因此可以認為，在電路34中流動的電流I只穿過電阻Rk、…、Rn。極嚴格地且實際上，k個電阻R0、R1、…、Rk-1沒有完全短路，并且仍有殘余的但相對電路的其它部分值非常弱的電流流動，因此其可以被忽略不計。根據下面的方程式，電壓U和電流強度I始終通過電路34的等效電阻Re有關聯：U=I.Re但是在該第三變型中，Re根據下面的方程式計算：其中，如前所述，H表示指示在電路34中每個熱電開關的斷開或閉合位置的階躍函數。根據上述表達式，對任何熱電開關Ci，如果該熱電開關Ci附近的水溫Ti低于溫度閾值Ts，那么H的值等于“1”（開關斷開），并且如果該熱電開關Ci附近的水溫Ti高于溫度閾值Ts，那么H等于“0”（開關閉合）。如前面指示的，并且在圖1上所示出的實施方式的具體情況下，是被設置在水位L以上的儲罐上部的k個相鄰熱電開關C1、…、Ck閉合，并且因此電路的后n-k+1個電阻Rk、…、Rn彼此串聯連接，因此參與等效電阻Re的計算。根據以上兩個方程式，如果施加恒定的電流強度I，那么當前k個熱電開關C1、…、Ck閉合時，在測量裝置24的端子處測量的電壓值Uk由下面的方程式給出：該方程式允許根據可能的電壓值Uk迭代計算電阻值Rn、…、Ri、…、R1、R0:例如可以和前面一樣，根據下面的方程式，使以伏特表示的可能電壓值Uk與閉合的熱電開關的數量k成線性遞減的關系：Uk=n+1-k這樣，如在圖6上所示出的可能電壓值Uk與Q值之間的線性遞減的關系得到遵守。對施加的20mA的電流強度I以及對于n=10，由此得出，為遵守U和Q之間的該線性關系，電阻R0、R1、…、Ri、…、R10應具有以下值：其中R10等于100Ω，其中R9等于100Ω，其中R8=100Ω，等等（用于計算R7至R0）。下表詳細示出當I=20mA并且k從0變到10時，對Uk、Rk、Q（k）得到的所有數字值，k指示從儲罐12的上部起閉合的熱電開關的數量。有利地，在該第三變型中，所有電阻具有相同的值，因此允許避免裝置制造期間的組裝錯誤。kUk(V)Rk(Ω)Q(k)(%)01110001101001029100203810030471004056100506510060741007083100809210090101100100圖8示出圖2或3的有效熱量化裝置14的電結構的第四變型。該第四變型與在圖6上所示出的第二變型的不同僅在于，熱敏電阻ρi被設置為在每個熱電開關Ci的端子處與每個熱電轉換器ei的每個熱電開關Ci并聯，以便構成溫度電傳感器。每個熱敏電阻ρi的電阻值根據它所屬的熱電轉換器ei附近的溫度以規律的方式變化，當熱電開關Ci斷開時，熱敏電阻的電阻值添加到電阻Ri的電阻值上。因此，在該變型中，熱電開關C1、…、Cn有利地是當溫度高于Ts時斷開并否則保持閉合的開關。因此在測量裝置24的端子處測量的唯一電量值U或I的值不僅取決于在水位L以上斷開的熱電開關的數量k，另外還隨位于水位L以上的熱敏電阻的不同電阻值變化，并因此取決于位于水位L以上的等溫層的不同溫度。根據測量的唯一電量值U或I的值的這些變化，信號的后處理允許更精確地確定水位L以上即在儲罐12的有效部分中的溫度變化，并因此得到溫度閾值Ts以上的實際可用的有效能量的量。因此可以更精確地確定在儲罐12中可用的有效熱的量化值。該第四變型的運行與第二變型的運行相似。唯一明顯的不同在于等效電阻Re的表達。該電阻除了取決于n+1個電阻R0、R1、…、Ri、…、Rn的每一個電阻的值和熱電開關C1、…、Ci、…、Cn的斷開或閉合的位置之外，還取決于根據在儲罐12的有效部分中溫度分布的n個熱敏電阻ρ1、…、ρi、…、ρn的每一個的電阻值。該等效電阻值根據下面的方程式計算：其中ρi（Ti）是熱敏電阻ρi在溫度Ti的電阻值。該變型在以可再生能源為基礎的熱水供應系統中特別有用，在這種情況下，在儲罐12中的溫度可以上升到遠高于溫度閾值Ts，例如當溫度閾值被定義為40℃時，在儲罐12中的溫度可以達到60℃。使用熱敏電阻允許具有在儲罐12溫度高于40℃的部分中不同溫度的指示，并且以更高的精度量化相對該40℃閾值在儲罐12中實際可用的有效熱。因此，例如可以或者更精確地量化在儲罐12中超過40℃閾值的有效熱，或者量化在40℃閾值確切溫度的實際可用的有效熱，因為在儲罐12中溫度高于閾值的所有可用水可以與來自其它源的冷水混合，以便提供40℃的水。要指出的是，由第四變型通過在熱電開關C1、…、Ci、…、Cn的端子處分別添加熱敏電阻ρ1、…、ρi、…、ρn對第二變型帶來的改進可以容易地以同樣的方式應用到第一和第三變型。圖9示出圖2或3的有效熱量化裝置14的電結構的第五變型。該第五變型對在圖6上所示出的第二變型帶來兩個新的改進。這兩個新的改進中的第一個在于，在每個熱電轉換器ei與測量點b0之間串聯放置電致發光二極管di。因此，例如在儲罐12上部并且以可以從外部看到的方式設置的所放置的n個二極管d1、…、di、…、dn構成附加發光顯示系統40，它允許在不需要轉換測量的唯一電量值U或I的情況下并且在該測量之前，提供在儲罐12中可用的有效熱量化值的直接可見的第一估計。每個電致發光二極管di根據相應的熱電開關Ci附近的溫度被激活：更確切地說，一旦熱電開關Ci的溫度超過預定溫度閾值Ts，該開關就閉合，并且電致發光二極管di被點亮。要指出的是，由第五變型對第二變型帶來的該第一新的改進可以容易地以同樣方式借助與本領域技術人員的能力范圍相適應的一些調整應用到第一和第三變型。由第五變型帶來的兩個新的改進中的第二個改進在于，在儲罐12下部添加附加熱電轉換器eI，由于衛生安全的原因，該附加熱電轉換器eI對與啟動殺菌處理過程相對應的定值溫度TI敏感，例如對抗“嗜肺軍團菌”（LegionellaPneumophila）細菌的處理過程。根據該過程，所有包含在儲罐12中的衛生用水應在相對短的持續時間期間定期地被帶到高于定值溫度TI的溫度，例如涉及嗜肺軍團菌為每24至48小時，并且定值溫度TI包括在55至65℃之間。因此，附加熱電轉換器eI由溫度電傳感器CI，更確切地說，是與電阻RI串聯設置的當儲罐12下部達到定值溫度TI時閉合的熱電開關構成。該附加熱電轉換器eI與附加二極管dI串聯相關聯，并且有利地在電路34中，該附加熱電轉換器eI與附加二極管dI與和其它熱電轉換器自己的二極管d1、…、di、…、dn相關聯的熱電轉換器e1、…、ei、…、en并聯設置。另外，任意能量蓄能器Acc（電容系統，蓄電池、干電池或其他）被設置在附加二極管dI的端子處，以便至少在對抗嗜肺軍團菌要求的兩次處理之間的全部持續時間期間為該二極管dI自主供電。因此，當在儲罐12中包含的所有水被帶到定值溫度TI以上時，位于儲罐12下部的熱電開關CI閉合并且二極管dI被激活，蓄能器Acc被充以電能。在該短持續時間的殺菌處理后，儲罐12下部的水變為定值溫度TI以下，熱電開關CI斷開，但借助能量蓄能器Acc至少在二次處理之間被編程的持續時間期間二極管dI保持激活。在隨后的處理時，如果一切根據過程進行，當包含在儲罐12中的所有水重新被帶到定值溫度TI以上時并且當熱電開關CI重新閉合時，二極管dI仍被點亮。因此可以認為，只要二極管dI保持點亮，包含在儲罐12中的水就正確地經過對抗嗜肺軍團菌細菌的處理。另外應指出的是，將附加熱電轉換器eI、附加二極管dI、和能量蓄能器Acc納入到有效熱量化裝置14的電路34中不會干擾前面詳細描述的運行。另外，可以用與自主提供電能的供電源相關聯的緩動裝置替代能量蓄能器Acc，用于實現使附加二極管dI保持激活的相同功能。還要指出的是，由第五變型對第二變型帶來的該第二新的改進可以容易地以同樣方式應用到第一和第三變型。最后要指出的是，該第五變型與第二變型的另一區別在于測量點b0和b1被放置在儲罐12的上部，而不是下部，這不改變它的運行原理。圖10示出圖2或3的有效熱量化裝置14的電結構的第六變型。該第六變型與在圖6上所示出的第二變型的不同在于，熱敏電阻ρi在每個電阻Ri的端子處被設置為與每個熱電轉換器ei并聯。和第四變型一樣，每個熱敏電阻ρi的電阻值根據它所屬的熱電轉換器ei附近的溫度以規律的方式變化。相反，與第四變型不同，當熱電開關CI閉合時，是每個熱敏電阻ρi的電阻值倒數添加到電阻Ri的電阻值倒數上。在該第六變型中，如果熱電開關C1、…、Cn是當溫度高于Ts時閉合并否則保持斷開的開關，那么在測量裝置24的端子處測量的唯一電量值U或I的值不僅取決于在水位L以上閉合的熱電開關的數量k，還另外根據位于水位L以上的熱敏電阻的不同電阻值變化，并因此還取決于位于水位L以上的等溫層的不同溫度。根據測量的唯一電量值U或I的值的這些變化，信號的后處理允許比在第四變型中更加精確地確定水位L以上即在儲罐12的有效部分中的溫度變化，并且因此得到在溫度閾值Ts以上實際可用的有效能量的量。因此可以更精確地確定在儲罐12中可用的有效熱的量化值。這在借助不受控的可再生能源（即，例如太陽能系統）加熱儲罐12的內容的應用中是特別有意義的。還是在該第六變型中，如果熱電開關C1、…、Cn是當溫度高于Ts時斷開并否則保持閉合的開關，那么在測量裝置24的端子處測量的唯一電量值U或I的值不僅取決于水位L以下閉合的熱電開關的數量k，還另外根據位于水位L以下的熱敏電阻的不同電阻值變化，并因此還取決于位于水位L以下的等溫層的不同溫度。根據測量的唯一電量值U或I的值的這些變化，信號的后處理允許非常精確地確定水位L以下即在儲罐12要加熱部分中的溫度變化，并且因此得到實際缺少的在溫度閾值Ts以上的有效能量的量。因此可以以很高的精度確定在儲罐12中缺少的有效熱的量化值。這在借助受控源（即，熱泵、氣或電系統）加熱儲罐12的內容的應用中是特別有意義的。該第六變型的運行與第二變型的運行類似。唯一的明顯不同在于等效電阻Re的表達。該等效電阻Re除了取決于n+1個電阻R0、R1、…、Ri、…、Rn的每個電阻的電阻值和熱電開關C1、…、Ci、…、Cn斷開或閉合的位置以外，還取決于根據在儲罐12中的溫度分布的n個熱敏電阻ρ1、…、ρi、…、ρn的每一個的電阻值。例如，在熱電開關當溫度高于Ts時關閉并否則斷開的情況下，等效電阻Re按照下面的方程式計算：其中ρi（Ti）是熱敏電阻ρi在溫度Ti的電阻值。根據該變型，應很好地選擇電阻R0、R1、…、Ri、…、Rn的值，以便建立等效電阻Re的值與在儲罐12中可用或缺少的有效熱的量之間的一一對應但不一定是線性的關系。該選擇在本領域技術人員的能力范圍內并根據每個具體應用確定。要指出的是，由第六變型通過分別在電阻R1、…、Ri、…、Rn的端子處添加熱敏電阻ρ1、…、ρi、…、ρn對第二變型帶來的改進可以容易地以同樣方式應用于第一、第三和第五變型。當然，可以對有效熱量化裝置14的電結構考慮許多其它變型。清楚的是，如之前根據多個變型描述的變型中的任意一個的有效熱量化裝置允許簡單并有效地通過單一電測量得到在圖1上所示出的在儲罐12中可用的有效熱的恰當量化值。此類型熱水儲罐12尤其用于衛生熱水或取暖水的生成、儲存和消耗系統中。然而，本發明也可用于其它類型的生成和儲存熱的系統中，在這些系統中，儲罐12可以包含除水以外的被加熱的流體，或甚至被加熱的固體。另外要指出的是，本發明不限于上述實施方式。特別是，前面描述的所有例子針對其中儲罐12具有能量層的簡單并且一維的分層（特別是垂直方向）的應用，因此，有效熱量化裝置14具有與該分層適應的加長部分22。但是，對其中儲罐可能具有更復雜分層并且尤其例如二維分層的其它應用，應調整裝置14并且尤其是它的部分22的配置。該調整是簡單的并在本領域技術人員的能力范圍內。另外，上述所有例子針對提供有效熱的應用，而更普遍地，本發明適于任何提供有效熱能或冷能的系統。特別是，儲罐12還可用在生成、儲存和恢復冷的系統中。在這種情況下，有效熱能涉及儲罐下部溫度閾值適于所考慮應用的部分。對本領域技術人員更一般的是，可以根據上文公開教導的啟示對上述實施方式進行各種修改。在下面的權利要求中，使用的術語不應解釋為將權利要求限制于在本描述中陳述的實施方式，而應解釋為其中包括權利要求旨在覆蓋的所有等效方面，因為通過將本領域技術人員的一般知識應用于上文對他們公開的教導的實施中，所有等效方面的表達和預測都在本領域技術人員的能力范圍內。當前第1頁1 2 3