本发明涉及量化在被加热或冷却的流体或固体的储罐中可用的有效热能的有效热能量化装置。本发明还涉及包括该装置的有效热能量化系统。
背景技术：
：被加热的流体或固体的储罐一般用在热的生成、储存和恢复系统中。同样，被冷却的流体或固体的储罐一般用于冷的生成、储存和恢复系统中。更具体地说，一个简单和常用的应用例子在于在卫生热水或取暖水的生成和消耗系统中使用被加热的水的储罐。在这种储罐中，热水和冷水共存，并且具有逐渐分离为层或水平等温层的趋势，在每个层或水平等温层中，水的温度基本相同。但从一层到另一层，水的温度不同，热水层被设置在储罐上部，冷水层被设置在下部。更确切地说，在储罐内的层序列中，越向上，水越热。这种水在热水储罐中的分层现象是本领域技术人员所熟知的。这是由于万有引力对水的密度作用，所述作用是温度的减函数。因此，在储罐中加热初始温度均匀的流体时，自然地建立了流体的分层。另外，甚至当被加热并储存在储罐中的水被消耗时，分层仍被保留。实际上，热水一般从储罐的上部被取出，而冷水从储罐的下部进入以便随后被加热。以这种方式，最热的水层始终处于储罐上部，而进入的冷水构成储罐下部最冷的水层。正在加热过程中的水层处于这两个极端层之间，其温度从下部最冷层向上部最热层逐渐增加。为了改善热水生成和消耗系统的性能，尤其是在节能方面，能够在任何时刻量化在这种系统的储罐中的可用的有效热是有利的。该有效热的量被定义为如在储罐内温度大于或等于预定温度阈值的水的量的最小值。该温度阈值表示通过系统恢复的热水由消耗者使用所要求的最低温度。例如在卫生热水的生成、储存和恢复系统的情况下，该温度阈值一般为40℃。量化在储罐中可用的有效热能的利处尤其是能够在热或冷的生成和储存系统的调节上起作用，特别是当这些系统使用可再生的能源时，例如太阳能，或者这些系统使用与化石能源或核能源结合的可再生能源时。实际上，在该类型的系统中，由可再生能源带来的能量是剧烈变化的，对每种状况进行专门的调节是必要的以便优化热或冷的生成同时尽可能少地求助化石能源。另外，现在，为了能够满足在消耗高峰时段期间的使用者需求，并且如果不能量化任何时刻可用的有效热，卫生热水生产系统相对于估计的卫生热水的平均消耗具有超大尺寸。当然，这避免了由于热水可用性的意外中断而产生的使用者可能的不满，但代价是增加系统的热损失并因此降低了系统的效率和产率。能够量化在储罐中可用的有效热允许告知使用者在储罐中剩余的热水量，这因此允许用户通过了解在每个时刻可用的热水量来采取行动，并因此参与节能。因此避免扩大相对应的卫生热水生产系统的需要。特别是，当有效热的量化值指示在储罐中可用的热水水位在预定阈值以下时，可以考虑过渡到比较节能的经济消耗模式，尤其是减少使用者的热水消耗。更普遍方式是，可用的有效热能量化装置的利处涉及任何具有被加热或冷却的流体或固体的储罐的工业系统，可以借助热或冷的储存的良好管理来改进它们的性能。但是，测量包含在储罐中的温度高于或低于希望温度阈值的水量可能是困难的。例如，在设置独立测量储罐下部和上部水温的两个传感器的情况下，如果两个温度基本相等，那么这意味着储罐的内容处于均匀的温度并且因此该温度是已知的。相反，如果两个温度相差太远，那么只用这两个测量不可能知道在储罐中热水与冷水之间的界限在哪里，并且因此不可能估计在储罐中可用的有效热或冷的量。以EP2017587A1为编号公布的专利申请公开了量化在储罐中且更特别的是在卫生热水球罐中可用的热水的热机装置。该装置包括包含载热流体的毛细管，该毛细管被设置在储罐中或抵靠储罐设置，并几乎在储罐的整个高度上延伸。载热流体在储罐中水的热的作用下膨胀，并且在第一可能实施方式中，通过波登（Bourdon）管使指针机械转动。该指针根据对波登管施加的压力直接指示在储罐中可用的热水的估计量。在第二可能实施方式中，载热流体的膨胀机械地使电子压力传感器的膜变形。该传感器把膜的变形转换为接下来可以被电子电路使用的电数据（尤其是电阻的变化），以便指示可用的热水量的估计。该装置具有多个缺点。首先，与其认为的相反，它不是真正地测量在储罐中可用的热水量，热水应相对如前面讨论的阈值确定。更恰当地说，它测量在储罐中全部可用的热量，而不能知道多大比例的水是真正“热的”，即不能知道温度超过阈值的水量。另外，该装置的就位相当复杂。在第一实施方式中，需要与自身带动指针的波登管相关联的载热流体的毛细管的热机系统。在第二实施方式中，需要与电子压力传感器的机电系统相关联的载热流体的毛细管的热机系统，这意味着热量值向机械量值转换然后是该机械量值向电量值转换的双重转换。第二方案在于设置多个分布在储罐多个地点的热电转换器。通过设置足够数量的转换器，可达到存在于储罐中的热水的令人满意的量化。通过假设例如每个转换器涉及在储罐中温度恒定的预定的水体积，容易从测量推导出温度超过阈值的水量。由于只有从热量值向电量值的一次转换，所以该第二方案的另一优点是简单。本发明更准确地涉及该第二方法，针对在被加热或冷却的流体或固体储罐中可用的有效热能的量化装置，该装置包括用于被分布在储罐的多个地点的多个热电转换器。在以FR2851644A1和FR2891352A1为编号公布的专利申请中示出了符合该第二方案的装置的例子。这些装置的每一个包括被放置在储罐不同高度的多个温度电传感器。通过这些温度电传感器进行在储罐中水温的多个独立测量。这些文件没有描述如何从中推导出在储罐中可用的热水量，但是，为此必须分析从这些测量得到的多个独立的电信号。另外，为了得到精确测量，必须设置足够数量的温度电传感器，这使得从这些测量得出的多个电信号的处理更为复杂。因此，可能希望设置允许至少部分摆脱上述问题和束缚的有效热能量化装置，同时提出符合上述第二方案的配置。技术实现要素：因此提出被加热或冷却的流体或固体的储罐中可用的有效热能量化装置，该装置包括用于被分布在储罐的多个地点的多个热电转换器，该装置包括：-使这些热电转换器互相连接的电路，-电路的唯一电量值的测量装置，-将该唯一电量值转换为在储罐中可用的有效热能的量化值的转换部件。因此，借助本发明，有效热能量化装置允许简单地根据唯一电量值的测量得到在储罐中可用的有效热能的量化值，即在提供热水的系统的例子中，得到在储罐内部其温度高于预定温度阈值的可用的热水量的估计。以可选的方式，每个热电转换器包括温度电传感器和至少一个电阻。还以可选的方式，每个热电转换器的温度电传感器包括断开和闭合敏感于预定温度阈值的热电开关，该温度阈值对所有热电转换器是共同的。这样的实现特别简单且便宜。还以可选的方式，每个热电转换器的热电开关是双金属片热断路器、双金属热断路器或具有正温度系数的可重置（rearmable）熔断器。还以可选的方式，每个热电转换器的温度电传感器另外包括在热电开关的端子处被设置为与热点开关并联的热敏电阻。该实现允许更精确地量化在储罐中可用的有效热能。还以可选的方式，每个热电转换器的所述至少一个电阻具有预定的电阻值，以便产生与在储罐中可用的有效热能的量化值成线性关系的所测量的唯一电量值的值。该配置便于转换。还以可选的方式，温度电传感器和电阻被设置在热电转换器中，使得：-温度电传感器在互连电路中彼此串联布置，和-每个电阻将它所属的热电转换器的温度电传感器的输出端子连接到测量装置的第一端子，该第一端子是所有电阻共同的。还以可选的方式，温度电传感器和电阻被设置在热电转换器中，使得：-每个热电转换器包括与电阻串联布置的温度电传感器，并且-热电转换器在互连电路中彼此并联布置。还以可选的方式，温度电传感器和电阻被设置在热电转换器中，使得：-电阻在互连电路中彼此串联布置，并且-每个温度电传感器将它所属的热电转换器的电阻的一个端子连接到测量装置的第一端子，该第一端子是所有温度电传感器共同的。还以可选的方式，测量的唯一电量值是穿过测量装置的电流强度或在测量装置端子处的电压。还提出有效热能量化系统，包括：-储存被加热或冷却的流体或固体的储罐，和-另外具有热绝缘和电绝缘部件的根据本发明的有效热能量化装置。以可选的方式，有效热能量化装置以与被加热或冷却的流体的多个等温层基本垂直的方式，被放置在储罐中或抵靠储罐放置。还以可选的方式，根据本发明的有效热能量化系统可另外包括指示在储罐中可用的有效热能的量化值的指示装置，该指示装置借助数据传输部件被连接到测量装置，并以便于使用者访问该量化值的方式被放置在储罐外部。附图说明借助下面仅作为例子给出并参照附图进行的描述，将更好地理解本发明，在附图中：-图1示意性地表示根据本发明实施方式的用于热的生成、储存和恢复设备的有效热能量化系统的一般结构，-图2和3示意性地表示图1系统的有效热能量化装置的两个可能实施方式的一般结构，-图4示意性地表示图2或3装置的可能变型的详细电结构，-图5示出将图4的变型的唯一可测量电量值转换为在图1系统中可用的有效热能的量化值的图，和-图6至10示意性地表示图2或3装置的其它可能变型的详细电结构。具体实施方式在图1上示意性地表示出的有效热量化系统10包括储存被加热的流体或固体的储罐12和量化在该储罐12中可用的有效热的有效热量化装置14。如前面指示的，本发明背景下，“有效热量”是指在储罐12内温度高于或等于标记为Ts的预定温度阈值的流体或固体的最小量。这种系统10有利地纳入到生成、储存和恢复热的传统设备中，在图1上没有表示出该设备的其它构成元件。在本发明的该实施方式中，储罐12包含被加热的流体，尤其是水。该水分布为水平等温层，其温度从储罐12下部的最冷层向上部的最热层逐渐增加。在图1的实施方式中，为了简化，例如分为认为等温的八个水平层。第一热水等温层16被设置在储罐12的上部，并且第八个且最后的冷水等温层18处于下部。在这两个等温层16和18之间相继有正在加热过程中的六个水等温层20。在任何时刻，本发明的原理是确定哪些层是温度T大于或等于Ts的等温层。这些层位于在储罐12中要确定的边界平面L之上，位于该边界L之上的第一等温层可以称作“温跃层”。有效热量化装置14包括在储罐12中几乎在储罐12的全部高度上以与等温层16、18、20基本垂直方式延伸的加长部分22。该加长部分22包括用于被分布在储罐12的多个地点并通过电路互相连接的多个热电转换器。包括热电转换器和互连电路的该加长部分22的整体结构没有在图1上示出，但将参照图2和3详细描述。根据所示出的简单例子，由于每个等温层一个热电转换器的原因，在加长部分22中可以设置八个热电转换器。在未示出的实施变型中，加长部分22可以抵靠储罐12的外壁放置。如果壁是导热的并且如果储罐12是热绝缘的，那么可以考虑这种变型。有效热量化装置14另外包括测量加长部分22的电路的唯一电量值的测量装置24。该测量装置24被放置在加长部分22延伸到储罐12外的端部，在电路的两点之间。测量装置24例如涉及能够测量电路的这两点之间的电压或电流强度的电压表或电流表。有效热量化装置14另外包括在储罐12中可用的有效热的量化值的指示装置26。该指示装置26以便于使用者访问该量化值的方式被放置在储罐12外。指示装置26例如借助电线对28被电连接到测量装置24，以便在入口接收测量的唯一电量值，即电压或电流强度值。还可通过传输数据的任何其它电磁方式建立连接。指示装置26包括将测量的唯一电量值转换为有效热的量化值的转换模块30，然后借助发光显示系统32，指示装置26指示该量化值。该转换模块30例如由与传统RAM存储器相关联的微处理器构成，并被设计用于实现下面将详细描述的预编程的转换操作。如在图1上所示出的，发光显示系统32例如包括一个垂直系列的水平发光杆，尤其是每个发光杆可以由在图1上未示出的多个电致发光二极管构成。在此类型的显示中，被激活的发光杆的数量与在储罐12中可用的有效热成正比，即与在储罐12中温度高于或等于预定温度阈值Ts的可用的水量成正比。例如存在与在储罐12中识别的等温层一样多的发光杆，并且被激活的发光杆的数量与被认为足够热的等温层即位于边界L以上的等温层的数量相对应。以举例的方式，图1示出在储罐12中全部水的四分之一的温度高于温度阈值Ts的情况。因此全部发光杆的四分之一被激活（即，识别出储罐12的上两个等温层的上两个发光杆）。在其它实施变型中，显示可以采用数字的形式，该数字形式例如指示在储罐12中温度高于温度阈值Ts的可用的热水的升数，或者指示表示储罐12在哪个水位具有热水的百分比值。根据在图2上所示出的有效热量化装置14的第一可能实施方式，装置14包括借助在加长部分22中的电路34互相连接的n个热电转换器e1、e2、…、ei、…、en-1、en。如前面指示的，尤其是由于每个等温层一个热电转换器，这些热电转换器e1、e2、…、ei、…、en-1、en用于被分布在沿储罐12的多个地点，在由图1所示出的例子中，这给出n=8。这样设计的加长部分22的长度对应于将要推导其可用的有效热的量化值的储罐12的区域的高度。电路34在设置有测量装置24的加长部分22的端部具有两个测量点b0和b1。因此测量装置24测定在其对应于测量点b0和b1的端子之间的电压值或电流强度值。根据该第一实施方式，有效热量化装置14另外包括矩形板形状的唯一支座36，它支撑热电转换器e1、e2、…、ei、…、en-1、en，并且还使它们互相电绝缘和热绝缘。根据实施变型，该唯一支座36可以由半导体材料的薄板构成，但在其它实施变型中，它可以用其它热绝缘和电绝缘的材料制成。热电转换器e1、e2、…、ei、…、en-1、en和电路34可以根据制造工艺被简单地粘贴或印刷在唯一支座36上。它们因此形成不可分的单一模块。还是根据该第一实施方式，由唯一支座36、热电转换器e1、e2、…、ei、…、en-1、en和电路34形成的不可分的模块被纳入到也是热绝缘和电绝缘的保护套38中。唯一支座36和保护套38构成的这些热绝缘和电绝缘部件允许避免短路，而且尤其避免量化装置14的加长部分22与包含在储罐12中的流体之间的热传递。因此它们允许避免通过散热片效应出现可能导致热从储罐12的热层经由量化装置14的加长部分22向冷层传递的垂直热传导通道。但是，保护套38应该以允许包含在储罐12中的流体与热电转换器e1、e2、…、ei、…、en-1、en之间的水平热传递的方式被设计并设置。另外，需要使热电转换器e1、e2、…、ei、…、en-1、en与流体之间的这些水平热传递的扩散时间明显小于储罐12中可用的有效热的区域与被认为是非常冷区域之间的边界平面L的变化有关的时间。另外，保护套38应当由能够承受在储罐12中流体最高温度的材料构成。用聚合物类型材料实现的电绝缘保护套38能够满足所有这些要求。在储罐12包含卫生热水的情况下，建议使用如聚四氟乙烯（PTFE）的聚合物。在包含在储罐12中的流体被提供用于非卫生的其它用途的情况下，可以使用其它聚合物，如聚乙烯或橡胶。在图3上示出有效热量化装置14的第二可能实施方式。该实施方式与前面的不同在于，用n个独立支座361、362、…、36i、…、36n-1、36n替代唯一支座36，在这些支座上分别安装了n个热电转换器e1、e2、…、ei、…、en-1、en。和在前面描述的第一实施方式中一样，独立支座361、362、…、36i、…、36n-1、36n的每个支座可以由半导体材料的薄板构成，但在其它实施变型中可由其它热绝缘和电绝缘材料组成。在图3上所示出的例子中，n个独立支座361、362、…、36i、…、36n-1、36n为椭圆形状，但在其它实施变型中可采用各种形状。根据制造工艺，每个热电转换器e1、e2、…、ei、…、en-1、en可以被印刷或简单地粘贴在其相应的独立支座361、362、…、36i、…、36n-1、36n上。该量化装置14的第二实施方式的独特之处在于包括例如ei的热电转换器和其相应的独立支座36i的整体构成独立模块。因此这n个独立模块通过电路34互相连接，例如借助如在图3上所示出的两个连接线。根据量化装置12的第二实施方式的第一变型，通过电路34互相连接的独立模块然后可以按和第一实施方式基本相同的方式被设置在保护套38中。根据量化装置12的该第二实施方式的第二变型，可以用例如也是PTFE制成的n个独立保护套381、382、…、38i、…、38n-1、38n替代保护套38，n个独立模块可以被分别设置在其中。在这种情况下，彼此电绝缘和热绝缘并与包含在储罐12中的流体电绝缘和热绝缘的这些独立模块的互连电路34本身是电绝缘的，例如借助密封连接器。这两个可替换的变型在图3中一方面（第一变型）由保护套38的虚线表示示出，并且另一方面（第二变型）由n个独立保护套381、382、…、38i、…、38n-1、38n的虚线表示示出。在图3上所示出的第二实施方式带来实施量化装置14的模块化。更确切地说，这样设计的量化装置14可以由可变数量的独立模块构成，该数量可以根据储罐12的大小和可用的有效热的量化值的希望精度按情况逐一确定。实际上，在量化装置14中的热电转换器e1、e2、…、ei、…、en-1、en的数量影响在储罐12中测量的可用的有效热的量化值的精度。因此，热电转换器的数量越多，在储罐12中估计的等温层越多并且热水的量化值越精确。如在图4上所示出的，根据图2或3的有效热量化装置14的电结构的第一变型，n个热电转换器e1、…、ei、…、en的每一个包括温度电传感器和电阻，使得电结构包括n个温度电传感器C1、…、Ci、…、Cn和n个电阻R1、…、Ri、…、Rn，它们按以下方式分别被设置在n个热电转换器e1、…、ei、…、en中：-温度电传感器C1、…、Ci…、Cn的每一个具有输入端子和输出端子，并且从测量点b1被彼此串联布置在互联电路34中，第一传感器C1的输入端子被连接到测量点b1，并且每个其它传感器C2、…、Ci、…、Cn的输入端子被连接到前面的传感器C1、…、Ci、…、Cn-1的输出端子，并且-每个电阻R1、…、Ri、…、Rn将它所属的热电转换器e1、…、ei、…、en的温度电传感器C1、…、Ci…、Cn的输出端子连接到测量点b0。另外，电阻R0通过它的端部被连接到两个测量点b0和b1。一旦赋予的电流I从点b1被注入到电路34中，就可以测量到在测量装置24的端子处测量点b0和b1之间的电压U形式的唯一电量值，所述测量装置24因此为电压表。以可替换的方式，一旦赋予的电压U被施加在测量装置24的端子处测量点b0和b1之间，测量的唯一电量值可以是穿过测量装置24的电流强度I，所述测量装置24因此为电流表。n个温度电传感器C1、…、Ci、…、Cn例如是热电开关，尤其是双金属片类型的热断路器、双金属类型的热断路器或具有正温度系数的可重置熔断器。这些类型的热电开关如断开和闭合敏感于温度阈值的电开关一样运行。根据本发明，在卫生热水提供系统的情况下，这涉及对于所有热电转换器的共同预定温度阈值Ts，例如等于40℃。在第一变型的例子中，当热电开关的温度低于该温度阈值Ts时，热电开关断开。因此，当储罐12内的上部直到由边界平面L识别的一定水位的流体温度高于Ts时，位于该水位L以上的k个热电开关C1、…、Ck闭合，并且k+1个电阻R0、R1、…、Rk互相并行连接。要指出的是，Re为电路34在测量装置24的端子b0和b1处的等效电阻，下面的关系式连接上述电压U和电流强度I：U=I.Re等效电阻Re的值取决于n+1个电阻中每一个的值和热电开关中的每一个根据在储罐12中的温度分布的断开或闭合位置。该值根据下面的方程式计算：其中H表示指示在电路34中每个热电开关的断开或闭合位置的阶跃函数（Heaviside函数）。因此，对任何热电开关Ci，如果该热电开关Ci附近的温度Ti低于温度阈值Ts，那么H的值等于“0”（开关断开），并且如果该热电开关Ci附近的温度Ti高于温度阈值Ts，那么H等于“1”（开关闭合）。如前面指示的，并且在图1上所示出的实施方式的具体情况下，是被设置在储罐12上部水位L以上的k个相邻热电开关C1、…、Ck闭合，并且因此电路的前k+1个电阻R0、…、Rk互相并联连接，因此参与等效电阻Re的计算。考虑上述两个等式，如果施加恒定电流强度I，那么当前k个热电开关C1、…、Ck闭合时，在测量装置24的端子处测量的电压值Uk由下面的方程式给出：该方程式允许根据可能的电压值Uk迭代计算电阻R0、R1、…、Rn的值：则根据下面的方程式，例如可以使以伏特表示的可能电压值Uk与闭合的热电开关的数量k成线性递减的关系：Uk=n+1-k这样，在可能电压值Uk与在储罐12中可用的有效热的量化值Q之间存在线性递减的关系，所述在储罐12中可用的有效热的量化值Q以其温度高于或等于温度阈值Ts的流体在储罐12中的百分比表示，该值Q是直接与闭合的热电开关的数量k关联的离散值：图5示出由测量装置24测量的电量值U与前面定义的在储罐12中可用的有效热的量化值Q之间的该线性递减的关系，其中n=10。例如当k=0时，没有任何热电开关闭合，测量的电压为11V且Q为0%。当k=10时，所有热电开关闭合，测量的电压U为1V且Q为100%。更确切地说，如果每个热电开关被放置在与它所相关联的等温层的中间，那么U=Uk意味着Q=Q（k）+/-5%，并且线性递减逐步形成。该线性关系在转换模块30中被实现。对于施加的20mA的电流强度I以及n=10，由此得出，为了遵守U与Q之间的该线性关系，电阻R0、R1、…、Ri、…、R10应具有如下值：其中R0=550Ω，其中R1=5500Ω，其中R2=4500Ω，等等（以便计算R3至R10）。下表详细示出当I=20mA并且k从0变到10时，对Uk、Rk和Q（k）得到的所有数字值，k指示从储罐12上部起闭合的热电开关的数量。kUk(V)Rk(Ω)Q(k)(％)011550011055001029450020383600304728004056210050651500607410007083600809230090101100100以可替换的方式，当前k个热电开关C1、...、Ck闭合时，可以施加恒定电压U，并在测量装置24的端子处测量电流强度Ik。该电流强度由下面的方程式给出：该方程式允许根据可能电流强度值Ik迭代计算电阻R0、R1、...、Ri、...、Rn的值：则例如可以根据下面的方程式使以安培A表示的可能电流强度值Ik与闭合的热电开关的数量k成线性递增的关系：Ik＝0.004+k.10-3这样，可能电流强度值Ik与在储罐12中可用的有效热的量化值Q之间存在线性递增的关系，所述在储罐12中可用的有效热的量化值Q以其温度高于温度阈值T。的流体在储罐12中的百分比表示，该值Q直接与闭合的热电开关的数量k关联：对n=10，例如当k=0时，没有任何热电开关闭合，测量的电流强度为4mA且Q为0%。当k=10时，所有热电开关闭合，测量的电流强度I为14mA且Q为100%。该线性关系在转换模块30中被实现。对于施加的10V的电压U以及n=10，由此得出，为了遵守I与Q之间的该线性关系，电阻R0、R1、…、Ri、…、Rn应具有以下值：其中R0=2500Ω，其中R1=10000Ω，其中R2=10000Ω，等等（以便计算R3至R10）。下表详细示出当U=10V并且k从0变到10时，对Ik、Rk、Q（k）得到的所有数字值，k指示从储罐12的上部起闭合的热电开关的数量。kIk(A)Rk(Ω)Q(k)(％)00.0042500010.005100001020.006100002030.007100003040.008100004050.009100005060.010100006070.011100007080.012100008090.0131000090100.01410000100图6示出图2或3的有效热量化装置14的电结构的第二变型。该第二变型与前面在图4上所示出的不同在于：-在每个热电转换器ei中、由热电开关Ci构成的温度电传感器与电阻Ri串联布置，并且-热电转换器e1、...、ei、...en在互连电路34中彼此并联布置。另外，以举例的方式，并且为了示出量化装置14不同的安装可能，在图6上，测量点b0和b1被放置在储罐12的下部，而在图4上，它们被放置在上部。但是，这些测量点相对储罐12的位置以及因此测量装置24相对储罐12的位置不改变有效热量化装置14的性能。在图4和6上所示出的两种情况下，使用者可以根据与每个具体设备有关的物理约束选择测量装置24在储罐12上部或下部的位置。剩下的计算，即Uk、Rk和Q(k)之间或Ik、Rk和Q(k)之间的关系表的建立在图4和6的这两个变型中是相同的。图7示出图2或3的有效热量化装置14的电结构的第三变型。该第三变型与前面在图4和6上示出的两个变型的不同在于：-电阻R0、R1、...、Ri、...、Rn在互连电路34中串联布置在测量点b0与b1之间，并且-每个温度电传感器Ci将它所属的热电转换器ei的电阻Ri的两个端子中的其中一个端子（更确切地说是将电阻Ri连接到电阻Ri-1的端子）连接到第一测量点b0。在图7的例子中，测量点b0和b1位于储罐12的下部，使得测量点b0连接到电阻R0，并且使得测量点b1连接到电阻Rn。它们也可以被放置在储罐12的上部，但是可能要适当地调整电结构使得电阻在这两个测量点之间仍为串联布置。和在前面两个变型中一样，一旦将赋予的电流I从点b0注入到电路34中，就可以测量到在测量装置24的端子处测量点b0与b1之间的电压U形式的唯一电量值。以可替换的方式，一旦将赋予的电压U施加在测量装置24的端子处测量点b0与b1之间，测量的唯一电量值可以是穿过测量装置24的电流强度I。还是如在前面两个变型中的一样，n个温度电传感器C1、…、Ci、…Cn是性能相同的热电开关。因此，当储罐12内的上部到一定水位L的流体温度高于Ts时，位于该水位L以上的k个热电开关C1、…、Ck闭合，并且k个电阻R0、R1、…、Rk-1短路，因此可以认为，在电路34中流动的电流I只穿过电阻Rk、…、Rn。极严格地且实际上，k个电阻R0、R1、…、Rk-1没有完全短路，并且仍有残余的但相对电路的其它部分值非常弱的电流流动，因此其可以被忽略不计。根据下面的方程式，电压U和电流强度I始终通过电路34的等效电阻Re有关联：U=I.Re但是在该第三变型中，Re根据下面的方程式计算：其中，如前所述，H表示指示在电路34中每个热电开关的断开或闭合位置的阶跃函数。根据上述表达式，对任何热电开关Ci，如果该热电开关Ci附近的水温Ti低于温度阈值Ts，那么H的值等于“1”（开关断开），并且如果该热电开关Ci附近的水温Ti高于温度阈值Ts，那么H等于“0”（开关闭合）。如前面指示的，并且在图1上所示出的实施方式的具体情况下，是被设置在水位L以上的储罐上部的k个相邻热电开关C1、…、Ck闭合，并且因此电路的后n-k+1个电阻Rk、…、Rn彼此串联连接，因此参与等效电阻Re的计算。根据以上两个方程式，如果施加恒定的电流强度I，那么当前k个热电开关C1、…、Ck闭合时，在测量装置24的端子处测量的电压值Uk由下面的方程式给出：该方程式允许根据可能的电压值Uk迭代计算电阻值Rn、…、Ri、…、R1、R0:例如可以和前面一样，根据下面的方程式，使以伏特表示的可能电压值Uk与闭合的热电开关的数量k成线性递减的关系：Uk=n+1-k这样，如在图6上所示出的可能电压值Uk与Q值之间的线性递减的关系得到遵守。对施加的20mA的电流强度I以及对于n=10，由此得出，为遵守U和Q之间的该线性关系，电阻R0、R1、…、Ri、…、R10应具有以下值：其中R10等于100Ω，其中R9等于100Ω，其中R8=100Ω，等等（用于计算R7至R0）。下表详细示出当I=20mA并且k从0变到10时，对Uk、Rk、Q（k）得到的所有数字值，k指示从储罐12的上部起闭合的热电开关的数量。有利地，在该第三变型中，所有电阻具有相同的值，因此允许避免装置制造期间的组装错误。kUk(V)Rk(Ω)Q(k)(%)01110001101001029100203810030471004056100506510060741007083100809210090101100100图8示出图2或3的有效热量化装置14的电结构的第四变型。该第四变型与在图6上所示出的第二变型的不同仅在于，热敏电阻ρi被设置为在每个热电开关Ci的端子处与每个热电转换器ei的每个热电开关Ci并联，以便构成温度电传感器。每个热敏电阻ρi的电阻值根据它所属的热电转换器ei附近的温度以规律的方式变化，当热电开关Ci断开时，热敏电阻的电阻值添加到电阻Ri的电阻值上。因此，在该变型中，热电开关C1、…、Cn有利地是当温度高于Ts时断开并否则保持闭合的开关。因此在测量装置24的端子处测量的唯一电量值U或I的值不仅取决于在水位L以上断开的热电开关的数量k，另外还随位于水位L以上的热敏电阻的不同电阻值变化，并因此取决于位于水位L以上的等温层的不同温度。根据测量的唯一电量值U或I的值的这些变化，信号的后处理允许更精确地确定水位L以上即在储罐12的有效部分中的温度变化，并因此得到温度阈值Ts以上的实际可用的有效能量的量。因此可以更精确地确定在储罐12中可用的有效热的量化值。该第四变型的运行与第二变型的运行相似。唯一明显的不同在于等效电阻Re的表达。该电阻除了取决于n+1个电阻R0、R1、…、Ri、…、Rn的每一个电阻的值和热电开关C1、…、Ci、…、Cn的断开或闭合的位置之外，还取决于根据在储罐12的有效部分中温度分布的n个热敏电阻ρ1、…、ρi、…、ρn的每一个的电阻值。该等效电阻值根据下面的方程式计算：其中ρi（Ti）是热敏电阻ρi在温度Ti的电阻值。该变型在以可再生能源为基础的热水供应系统中特别有用，在这种情况下，在储罐12中的温度可以上升到远高于温度阈值Ts，例如当温度阈值被定义为40℃时，在储罐12中的温度可以达到60℃。使用热敏电阻允许具有在储罐12温度高于40℃的部分中不同温度的指示，并且以更高的精度量化相对该40℃阈值在储罐12中实际可用的有效热。因此，例如可以或者更精确地量化在储罐12中超过40℃阈值的有效热，或者量化在40℃阈值确切温度的实际可用的有效热，因为在储罐12中温度高于阈值的所有可用水可以与来自其它源的冷水混合，以便提供40℃的水。要指出的是，由第四变型通过在热电开关C1、…、Ci、…、Cn的端子处分别添加热敏电阻ρ1、…、ρi、…、ρn对第二变型带来的改进可以容易地以同样的方式应用到第一和第三变型。图9示出图2或3的有效热量化装置14的电结构的第五变型。该第五变型对在图6上所示出的第二变型带来两个新的改进。这两个新的改进中的第一个在于，在每个热电转换器ei与测量点b0之间串联放置电致发光二极管di。因此，例如在储罐12上部并且以可以从外部看到的方式设置的所放置的n个二极管d1、…、di、…、dn构成附加发光显示系统40，它允许在不需要转换测量的唯一电量值U或I的情况下并且在该测量之前，提供在储罐12中可用的有效热量化值的直接可见的第一估计。每个电致发光二极管di根据相应的热电开关Ci附近的温度被激活：更确切地说，一旦热电开关Ci的温度超过预定温度阈值Ts，该开关就闭合，并且电致发光二极管di被点亮。要指出的是，由第五变型对第二变型带来的该第一新的改进可以容易地以同样方式借助与本领域技术人员的能力范围相适应的一些调整应用到第一和第三变型。由第五变型带来的两个新的改进中的第二个改进在于，在储罐12下部添加附加热电转换器eI，由于卫生安全的原因，该附加热电转换器eI对与启动杀菌处理过程相对应的定值温度TI敏感，例如对抗“嗜肺军团菌”（LegionellaPneumophila）细菌的处理过程。根据该过程，所有包含在储罐12中的卫生用水应在相对短的持续时间期间定期地被带到高于定值温度TI的温度，例如涉及嗜肺军团菌为每24至48小时，并且定值温度TI包括在55至65℃之间。因此，附加热电转换器eI由温度电传感器CI，更确切地说，是与电阻RI串联设置的当储罐12下部达到定值温度TI时闭合的热电开关构成。该附加热电转换器eI与附加二极管dI串联相关联，并且有利地在电路34中，该附加热电转换器eI与附加二极管dI与和其它热电转换器自己的二极管d1、…、di、…、dn相关联的热电转换器e1、…、ei、…、en并联设置。另外，任意能量蓄能器Acc（电容系统，蓄电池、干电池或其他）被设置在附加二极管dI的端子处，以便至少在对抗嗜肺军团菌要求的两次处理之间的全部持续时间期间为该二极管dI自主供电。因此，当在储罐12中包含的所有水被带到定值温度TI以上时，位于储罐12下部的热电开关CI闭合并且二极管dI被激活，蓄能器Acc被充以电能。在该短持续时间的杀菌处理后，储罐12下部的水变为定值温度TI以下，热电开关CI断开，但借助能量蓄能器Acc至少在二次处理之间被编程的持续时间期间二极管dI保持激活。在随后的处理时，如果一切根据过程进行，当包含在储罐12中的所有水重新被带到定值温度TI以上时并且当热电开关CI重新闭合时，二极管dI仍被点亮。因此可以认为，只要二极管dI保持点亮，包含在储罐12中的水就正确地经过对抗嗜肺军团菌细菌的处理。另外应指出的是，将附加热电转换器eI、附加二极管dI、和能量蓄能器Acc纳入到有效热量化装置14的电路34中不会干扰前面详细描述的运行。另外，可以用与自主提供电能的供电源相关联的缓动装置替代能量蓄能器Acc，用于实现使附加二极管dI保持激活的相同功能。还要指出的是，由第五变型对第二变型带来的该第二新的改进可以容易地以同样方式应用到第一和第三变型。最后要指出的是，该第五变型与第二变型的另一区别在于测量点b0和b1被放置在储罐12的上部，而不是下部，这不改变它的运行原理。图10示出图2或3的有效热量化装置14的电结构的第六变型。该第六变型与在图6上所示出的第二变型的不同在于，热敏电阻ρi在每个电阻Ri的端子处被设置为与每个热电转换器ei并联。和第四变型一样，每个热敏电阻ρi的电阻值根据它所属的热电转换器ei附近的温度以规律的方式变化。相反，与第四变型不同，当热电开关CI闭合时，是每个热敏电阻ρi的电阻值倒数添加到电阻Ri的电阻值倒数上。在该第六变型中，如果热电开关C1、…、Cn是当温度高于Ts时闭合并否则保持断开的开关，那么在测量装置24的端子处测量的唯一电量值U或I的值不仅取决于在水位L以上闭合的热电开关的数量k，还另外根据位于水位L以上的热敏电阻的不同电阻值变化，并因此还取决于位于水位L以上的等温层的不同温度。根据测量的唯一电量值U或I的值的这些变化，信号的后处理允许比在第四变型中更加精确地确定水位L以上即在储罐12的有效部分中的温度变化，并且因此得到在温度阈值Ts以上实际可用的有效能量的量。因此可以更精确地确定在储罐12中可用的有效热的量化值。这在借助不受控的可再生能源（即，例如太阳能系统）加热储罐12的内容的应用中是特别有意义的。还是在该第六变型中，如果热电开关C1、…、Cn是当温度高于Ts时断开并否则保持闭合的开关，那么在测量装置24的端子处测量的唯一电量值U或I的值不仅取决于水位L以下闭合的热电开关的数量k，还另外根据位于水位L以下的热敏电阻的不同电阻值变化，并因此还取决于位于水位L以下的等温层的不同温度。根据测量的唯一电量值U或I的值的这些变化，信号的后处理允许非常精确地确定水位L以下即在储罐12要加热部分中的温度变化，并且因此得到实际缺少的在温度阈值Ts以上的有效能量的量。因此可以以很高的精度确定在储罐12中缺少的有效热的量化值。这在借助受控源（即，热泵、气或电系统）加热储罐12的内容的应用中是特别有意义的。该第六变型的运行与第二变型的运行类似。唯一的明显不同在于等效电阻Re的表达。该等效电阻Re除了取决于n+1个电阻R0、R1、…、Ri、…、Rn的每个电阻的电阻值和热电开关C1、…、Ci、…、Cn断开或闭合的位置以外，还取决于根据在储罐12中的温度分布的n个热敏电阻ρ1、…、ρi、…、ρn的每一个的电阻值。例如，在热电开关当温度高于Ts时关闭并否则断开的情况下，等效电阻Re按照下面的方程式计算：其中ρi（Ti）是热敏电阻ρi在温度Ti的电阻值。根据该变型，应很好地选择电阻R0、R1、…、Ri、…、Rn的值，以便建立等效电阻Re的值与在储罐12中可用或缺少的有效热的量之间的一一对应但不一定是线性的关系。该选择在本领域技术人员的能力范围内并根据每个具体应用确定。要指出的是，由第六变型通过分别在电阻R1、…、Ri、…、Rn的端子处添加热敏电阻ρ1、…、ρi、…、ρn对第二变型带来的改进可以容易地以同样方式应用于第一、第三和第五变型。当然，可以对有效热量化装置14的电结构考虑许多其它变型。清楚的是，如之前根据多个变型描述的变型中的任意一个的有效热量化装置允许简单并有效地通过单一电测量得到在图1上所示出的在储罐12中可用的有效热的恰当量化值。此类型热水储罐12尤其用于卫生热水或取暖水的生成、储存和消耗系统中。然而，本发明也可用于其它类型的生成和储存热的系统中，在这些系统中，储罐12可以包含除水以外的被加热的流体，或甚至被加热的固体。另外要指出的是，本发明不限于上述实施方式。特别是，前面描述的所有例子针对其中储罐12具有能量层的简单并且一维的分层（特别是垂直方向）的应用，因此，有效热量化装置14具有与该分层适应的加长部分22。但是，对其中储罐可能具有更复杂分层并且尤其例如二维分层的其它应用，应调整装置14并且尤其是它的部分22的配置。该调整是简单的并在本领域技术人员的能力范围内。另外，上述所有例子针对提供有效热的应用，而更普遍地，本发明适于任何提供有效热能或冷能的系统。特别是，储罐12还可用在生成、储存和恢复冷的系统中。在这种情况下，有效热能涉及储罐下部温度阈值适于所考虑应用的部分。对本领域技术人员更一般的是，可以根据上文公开教导的启示对上述实施方式进行各种修改。在下面的权利要求中，使用的术语不应解释为将权利要求限制于在本描述中陈述的实施方式，而应解释为其中包括权利要求旨在覆盖的所有等效方面，因为通过将本领域技术人员的一般知识应用于上文对他们公开的教导的实施中，所有等效方面的表达和预测都在本领域技术人员的能力范围内。当前第1页1 2 3