AT515128B1 - Anlage für das Erwärmen von Brauchwasser - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anlage für das Erwärmen von Brauchwasser und Bereitstellen von warmem Brauchwasser, wobei das Brauchwasser durch Wärmetausch von einem Pufferkreislauf her erwärmt wird. Durch den Brauchwasserfluss wird eine Turbine (2) angetrieben, welche eine Pumpe (6) antreibt, welche den Fluss von Wärmeträgerflüssigkeit im Pufferkreislauf antreibt. Um ungewünschten Fluss von Wärmeträgerflüssigkeit im Pufferkreislauf zu unterbinden, ist im Pufferkreislauf ein Ventil (12) angebracht. Der Öffnungszustand des Ventils (12) ist von dem an einem Steuereingang des Ventils (12) anliegenden Druck abhängig. An dem Steuereingang liegt Druck der Brauchwasserleitung an, und zwar von einem solchen Leitungsbereich, welcher stromabwärts von jener Stelle liegt, an welcher bei fließendem Brauchwasser an der Turbine (2) Druckabbau stattfindet.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Anlage für das Erwärmen von Brauchwasser und Bereitstellen von warmem Brauchwasser.

[0002] EP 2407663 A2 beschreibt unter anderem eine Anlage für das Bereitstellen von Brauchwasser. Das zu erwärmende, ursprünglich kalte Brauchwasser wird durch einen Wärmetauscher und eine Turbine zum Brauchwasserhahn geführt. Im Wärmetauscher wird es durch heißes Wasser erwärmt, welches durch die Wirkung einer Pumpe durch den Wärmetauscher und einen Pufferwärmespeicher hindurch im Kreis gepumpt wird. Die Pumpe des Pufferkreislaufes wird durch jene Turbine angetrieben, welche durch den Fluss des Brauchwassers angetrieben wird, sobald Brauchwasser entnommen wird. Damit wird erreicht, dass der Fluss im Pufferkreislauf im Wesentlichen proportional zum Fluss des zu erwärmenden Brauchwassers ist, sodass das Brauchwasser im Wärmetauscher unabhängig von der Größe des Flusses um eine konstante Temperaturdifferenz erwärmt wird. Diese Regelung kommt ohne zugeführte elektrische Energie aus. Die in der EP 2407663 A2 beschriebene spezielle Turbine weist eine Steuervorrichtung auf, durch welche zumindest bei kleinen Flüssen der Fließquerschnitt für das die Turbine durchströmende Wasser, am Zufluss zur Turbinenkammer verengbar wird, wenn der Fluss durch die Turbine verkleinert wird. Damit wird erreicht, dass der Impuls des Flusses pro Fluss bei kleinen Flüssen erhöht wird, was in weiterer Folge bewirkt, dass die Turbine auch bei relativ kleinen Flüssen noch läuft und nicht stehen bleibt.

[0003] Es ist üblich im Pufferkreislauf ein Rückschlagventil vorzusehen, welches Fluss von Wasser im Pufferkreislauf entgegen der vorgesehen Kreisrichtung verhindert. Auf Grund dessen, dass ein Rückschlagventil auch in Vorwärtsrichtung erst ab einer kleinen Druckdifferenz -typischerweise wenige mbar - öffnet, verhindert das Rückschlagventil auch, dass es bei ausgeschalteter Pumpe im Pufferkreislauf zu dann ungewollter Zirkulation in "Vorwärtsrichtung" kommt. Derartige Zirkulation wäre sehr nachteilig, da dadurch Wärme aus dem Pufferspeicher ungenutzt verloren ginge.

[0004] Im Widerspruch zu der beschriebenen Funktionsweise musste in der Praxis der unerwünschte Effekt festgestellt werden, dass dann wenn der Wasserhahn für Brauchwasser von der geschlossenen in eine nur wenig geöffnete Stellung übergeführt wird, das fließende Brauchwasser zu wenig erwärmt wird.

[0005] Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht darin, den beschriebenen unerwünschten Effekt zu vermeiden.

[0006] Für das Lösen der Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, im Pufferkreislauf anstatt des oben besprochenen Rückschlagventils ein Ventil vorzusehen dessen Öffnungszustand von dem an einem Steuereingang anliegenden Druck abhängig ist und an den Steuereingang den Druck in der Brauchwasserleitung nach dem Druckabbau an der Turbine anzulegen.

[0007] Dem Lösungsvorschlag liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass der bei Bauweisen entsprechend dem Stand der Technik auftretende Effekt des mangelnden Erwärmens von Brauchwasser bei kleinem Brauchwasserfluss zu einem erheblichen Anteil darauf beruht, dass bei kleinem Brauchwasserfluss der Antrieb der Turbine nicht ausreichend stark ist, um die Pumpe im Pufferkreislauf so stark anzutreiben, dass das in Bauweisen gemäß dem Stand der Technik vorgesehene Rückschlagventil im Pufferkreislauf geöffnet wird.

[0008] Durch die erfindungsgemäße Bauweise wird das Ventil im Pufferkreislauf schon beim Druckabfall in der Brauchwasserleitung geöffnet und nicht erst dann wenn Turbine und Pumpe den Pufferkreislauf stark antreiben.

[0009] Die Erfindung wird an Hand von Zeichnungen veranschaulicht.

[0010] Fig. 1: zeigt einen Fließplan einer beispielhaften erfindungsgemäßen Vorrichtung.

[0011] Fig. 2: zeigt in Schnittansicht eine beispielhafte Bauweise für ein in einer erfindungsge mäßen Vorrichtung anwendbares Ventil dessen Öffnungszustand von dem an einem Steuereingang anliegenden Druck abhängig ist.

[0012] Im Fließplan gemäß Fig. 1 ist warmes Brauchwasser an dem Wasserhahn 4 entnehmbar. Dazu wird kaltes, unter Druck stehendes Brauchwasser in dem zur Turbine 2 führenden Brauchwasserleitungsbereich 1 bereitgestellt, durch die Turbine 2 hindurch geführt, in weiterer Folge durch den Wärmetauscher 3 hindurch geführt und schließlich an den Wasserhahn 4 geführt.

[0013] Im Wärmetauscher 3 wird das Brauchwasser erwärmt, indem es an eine Seite eines wärmeleitenden flächigen Körpers geführt wird, an dessen anderer Seite heißes Wasser aus eines Pufferkreislaufes geführt wird. Der Pufferkreislauf führt durch den Wärmetauscher 3, durch die Pumpe 6, welche bestimmungsgemäß den Fluss im Pufferkreislauf antreibt und durch den Pufferwärmespeicher 8 in welchem das Wasser des Pufferkreislaufes wie auch immer erwärmt wird.

[0014] Damit die Temperatur des zu entnehmenden Brauchwassers unabhängig davon geregelt werden kann, wie hoch die Temperatur des Wassers im Pufferwärmespeicher 8 ist, so lange die Temperatur des Wassers im Pufferwärmespeicher nur über einer gewissen Mindesttemperatur liegt, ist ein Mischventil 9 vorgesehen. Das Mischventil 9 mischt einen zu ihm über die Leitung 7 von Pufferwärmespeicher 8 kommenden Wasserfluss mit einem zu ihm über die Leitung 10 von der Pumpe 6 kommenden Wasserfluss der nach dem Wärmetauscher 3 nicht durch den Pufferwärmespeicher 8 geführt wurde, zu einem Fluss zusammen, der wieder in den Wärmetauscher 3 hinein geführt wird. Das Mischverhältnis ist abhängig von der Temperatur des zu entnehmenden Brauchwassers. Die Temperatur des Brauchwassers kann dazu über ein Kapillarrohr-Fernthermometer 11 auf den Steuereingang des Mischventils 9 wirken.

[0015] Sobald der Wasserhahn 4 geöffnet wird, fließt Brauchwasser daraus, die Turbine 2 wird durch den Brauchwasserfluss angetrieben und an der Turbine 2 kommt es zu einem Druckabfall des Brauchwassers. Das heißt im Brauchwasserleitungsbereich 1 herrscht dann ein größerer Druck als in jenem Brauchwasserleitungsbereich welcher zwischen der Turbine 2 und dem Wasserhahn 4 liegt. Wenn der Wasserhahn 4 geschlossen ist herrscht in dem letztgenannten Brauchwasserleitungsbereich der gleiche Druck wie in dem zur Turbine 2 führenden Brauchwasserleitungsbereich 1.

[0016] Der Druck, welcher in dem zwischen Turbine 2 und Wasserhahn 4 befindlichen Brauchwasserleitungsbereich vorliegt und welcher davon abhängig ist ob der Wasserhahn 4 geschlossen oder geöffnet ist, wird als Steuergröße für das Ventil 12 verwendet, dessen Öffnungszustand von dem an seinem Steuereingang anliegenden Druck abhängig ist. Die Abhängigkeit ist derart, dass dann, wenn der Druck in dem von der Turbine flussabwärts liegenden Brauchwasserleitungsbereich unter den - im wesentlichen konstanten - Druck in dem zur Turbine 2 führenden Brauchwasserleitungsbereich 1 sinkt, das Ventil 12 geöffnet wird.

[0017] Wenn der Druck in dem von der Turbine flussabwärts liegenden Brauchwasserleitungsbereich gleich groß wird wie der Druck in dem zur Turbine 2 führenden Brauchwasserleitungsbereich 1, wird das Ventil 12 geschlossen.

[0018] Prinzipiell ist für das Funktionieren der Anlage wichtig, dass die Stellung des Ventils 12 in Abhängigkeit von dem Unterschied des Drucks im Brauchwasserleitungsbereich 1, welcher zur Turbine 2 führt zu dem Druck im Brauchwasserleitungsbereich nach dem Druckabbau an der Turbine 2, gesteuert wird. Wenn man davon ausgehen kann, dass der Druck im Brauchwasserleitungsbereich 1 von Seiten des Wasseranbieters her gut konstant gehalten wird, reicht es aus, nur den nach dem Druckabbau an der Turbine 2 vorliegenden Druck an das Ventil 12 heranzuführen - über die Steuerleitung 13 - und den Druck im Brauchwasserleitungsbereich 1 durch eine Einstellung im Ventil 12 "zu simulieren".

[0019] In Fig. 2 ist eine dazu passende beispielhafte Bauweise eines Ventils 12 skizziert: [0020] Das Gehäuse des Ventils 12 weist eine Zuflussöffnung 21 und eine Abflussöffnung 23 auf, zwischen denen ein Kanal verläuft welcher durch eine Durchtrittsöffnung 22 hindurch verläuft, an deren Ränder ein gegenüber dem Gehäuse verschiebbarer Ventildeckel 24 anpressbar ist bzw. davon weg bewegbar ist, sodass damit die Durchtrittsöffnung verschlossen bzw. geöff net wird. Der Ventildeckel ist mit dem Ende einer am Gehäuse linear verschiebbar geführt gehalten Kolbenstange 25.1 verbunden, die am anderen Ende einen Kolben 25.2 aufweist, welcher in einer Zylinderkammer 26 verschiebbar gelagert ist. Die Zylinderkammer 26 wird durch den Kolben 25.2 in zwei Teilkammern aufgeteilt. An die von der Kolbenstange 25.1 abgewandt liegende Teilkammer der Zylinderkammer 26 wird über die Öffnung 28 bestimmungsgemäß der Druck der Brauchwasserleitung nach der Stelle des Druckabfalls an der Turbine 2 angelegt. Gemäß Fig. 1 geschieht dies indem die Steuerleitung 13 als Rohr- oder Schlauchleitung die Öffnung 28, welche somit den Steuereingang des Ventils 12 darstellt, mit dem besagten flussabwärts von der Turbine liegenden Bereich der Brauchwasserleitung verbindet. Wenn der Druck in dem besagten Brauchwasserleitungsbereich ausreichend hoch ansteigt, wird der Kolben 25.2 und mit diesem der Ventildeckel 24 in Richtung auf die Durchtrittsöffnung 22 hin verschoben und dadurch der Ventildeckel 24 an den umlaufenden Rand dieser Durchtrittsöffnung gedrückt und damit das Ventil 12 geschlossen.

[0021] An der Kolbenstangenseite ist der Kolben 25.2 durch eine Druckfeder 27 gegen das Gehäuse des Ventils hin abgestützt. Diese Druckfeder 27 übt auf den Kolben 25.2 eine Kraft aus, die von der Durchtrittsöffnung 22 weg ausgerichtet ist. Wenn der Druck in der von der Kolbenstange 25.1 abgewandt liegenden Teilkammer der Zylinderkammer 26 so sehr abfällt, dass die durch den Druck auf den Kolben 25.2 ausgeübte Kraft kleiner ist als die durch die Druckfeder 27 auf den Kolben 25.2 ausgeübte Kraft, wird der Kolben und mit diesem der Ventildeckel 24 von der Durchtrittsöffnung 22 weg verschoben und damit das Ventil 12 geöffnet.

[0022] In einer Abwandlung zu dem in Fig. 2 skizzierten Ventil 12 kann die Druckfeder 27 weggelassen werden und der Wasserdruck, welcher im Brauchwasserleitungsbereich 1 vorliegt, durch eine weitere Steuerleitung in die betreffende Teilkammer der Zylinderkammer 26 geleitet werden. Das Ventil ist dann ebenso für die erfindungsgemäße Vorrichtung einsetzbar und wird dann durch den tatsächlichen Differenzdruck zwischen den Brauchwasserleitungsbereichen vor und nach der Turbine 2 geschaltet.

[0023] Es ist sehr vorteilhaft, in der Turbine 2 eine Steuervorrichtung vorzusehen, durch welche der Fließquerschnitt für Fluss von Brauchwasser durch die Turbine dann lokal verengt wird, wenn der Fluss von Brauchwasser (also die Menge Wasser, die pro Zeit eine Fließquerschnittsfläche durchströmt) verkleinert wird. Damit wird unter anderem erreicht, dass auch bei sehr kleinen Brauchwasserflüssen an der Turbine ein merklicher Druckabfall erfolgt und damit das Ventil 12 sicher rasch geöffnet wird.

[0024] Die Pumpe 6, welche bestimmungsgemäß den Pufferkreislauf antreibt wird ihrerseits durch die Turbine 2 angetrieben, beispielsweise über eine gemeinsame Welle 5.

Claims (5)

1. Patentansprüche 1. Anlage für das Erwärmen von Brauchwasser und Bereitstellen von warmem Brauchwasser, wobei die Anlage die folgenden Teile umfasst: - einen Wasserhahn (4) für die Entnahme von warmem Brauchwasser aus einer Brauchwasserleitung, - einen Wärmetauscher (3) durch welchen sowohl zu erwärmendes Brauchwasser als auch Wärmeträgerflüssigkeit eines Pufferkreislaufes geführt wird und welcher dazu dient, Wärme von der Wärmeträgerflüssigkeit des Pufferkreislaufes auf das Brauchwasser zu übertragen, - eine in die Brauchwasserleitung eingesetzte Turbine (2) welche durch das zum Wasserhahn (4) fließende Brauchwasser antreibbar ist, - eine Pumpe (6), welche durch die Turbine (2) antreibbar ist und dazu dient, die Wärmeträgerflüssigkeit im Pufferkreislauf zu bewegen, - einen Pufferwärmespeicher (8), durch den der Pufferkreislauf hindurch geführt wird, - ein Ventil 12, welches dazu dient, bei ausgeschalteter Pumpe (6) Fluss der Wärmeträgerflüssigkeit im Pufferkreislauf zu stoppen, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungszustand des Ventils (12) von dem an einem Steuereingang des Ventils (12) anliegenden Druck abhängig ist und dass an dem Steuereingang Druck der Brauchwasserleitung anliegt und zwar von einem solchen Leitungsbereich, welcher stromabwärts von jener Stelle liegt an welcher bei fließendem Brauchwasser an der Turbine (2) Druckabbau stattfindet.
2. 2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (12) einen geführt bewegbaren Ventildeckel (24) aufweist, welcher durch den Druck, der in der Brauchwasserleitung an einer vom Druckabfall an der Turbine stromabwärts liegenden Stelle herrscht und an den Steuereingang des Ventils (12) angelegt ist, gegen den Rand einer Durchtrittsöffnung (22) im Ventil (12) andrückbar ist.
3. 3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Ventildeckel (24) zumindest mittelbar eine vorgespannte elastische Feder (27) eine Kraft ausübt, die bei Abwesenheit anderer Kräfte den Ventildeckel von der Durchtrittsöffnung (22) weg bewegt.
4. 4. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventildeckel (24) durch den Druck der in der Brauchwasserleitung an einer bezüglich des Druckabfalls an der Turbine stromaufwärts liegenden Stelle herrscht und an einen weiteren Steuereingang des Ventils angelegt ist, vom Rand einer Durchtrittsöffnung im Ventil weg bewegbar ist.
5. 5. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine (2) eine Steuervorrichtung aufweist, durch welche der Fließquerschnitt für das die Turbine durchströmende Brauchwasser verengt wird, wenn der Fluss des durchströmenden Brauchwassers verkleinert wird. Hierzu 2 Blatt Zeichnungen