CN102419131B - 热交换器单元 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种热交换器单元(2)，特别是用于供热设备中的非饮用水加热，其具有构造为板式热交换器的热交换器(6)，安装在热交换器(6)的第一流体接口(20)上的第一连接接头(26)以及固定在热交换器(6)上的第二连接接头(30)，其中，第一连接接头(26)和第二连接接头(30)分别具有至少一个构造相同的基础元件(28)，该基础元件在其内部具有至少一个流动通道(32，34)。

Description

热交换器单元
技术领域
本发明涉及一种热交换器单元，特别涉及一种在供热设备中用于非饮用水加热的热交换器单元。
背景技术
例如，在供热设备中使用热交换器，以便通过在供热设备中循环的加热介质(优选同样是水)对非饮用水或饮用水进行加热。这种热交换器大多构造为板式热交换器并具有四个接口：用于加热介质的入口，用于加热介质的出口，用于非饮用水的入口和用于非饮用水的出口。这些接口必须与其他的液压组件和供热设备相连接，为此需要各种接口元件。此外，不同设备部件的安装，即连接，可能是相当昂贵的。
发明内容
本发明的目的在于提出一种热交换器单元，其可以作为预组装装置较容易地集成在供热设备中，且制造成本低廉。
本发明的目的通过一种特别是在供热设备中用于非饮用水加热的热交换器单元得以实现，该热交换器单元具有构造为板式热交换器的热交换器、安装在热交换器的第一流体接口上的第一连接接头以及固定在热交换器上的第二连接接头，其中，第一和第二连接接头分别具有至少一个构造相同的基础元件，该基础元件在其内部具有至少一个流动通道。
根据本发明的热交换器单元根据本发明特别用于在供热设备中的非饮用水加热，即，该热交换器单元可以优选是供热设备的非饮用水加热单元。这种非饮用水加热单元可以具有非饮用水加热所需要的所有主要组件，并因此构成预组装结构单元，该结构单元可以较容易地集成在供热设备或建筑物中。为此，通过非饮用水加热单元仅建立与供热设备的连接，必要时还建立与建筑物管道的连接。这种非饮用水加热单元特别包括具有所需要的接口的热交换器以及用于向热交换器供应加热介质的循环泵。此外，还可以将传感器、必要时所需要的阀门和特别是用于控制非饮用水加热的控制装置集成在非饮用水加热单元中，从而使非饮用水加热单元通过管道接口在理想情况下仅须与外部管道和电源相连接。管道接口特别包括用于加热介质的入口和出口以及用于待加热非饮用水的入口和出口，必要时还包括用于非饮用水循环管道的接口。
根据本发明的热交换器单元具有热交换器，该热交换器构造为板式热交换器。板式热交换器制造成本低，在其内部在两种介质之间具有较大的热传递面，并可以内在稳定地构成，从而可以作为热交换器单元的承载元件，其他的设备组件可以安装在该承载元件上。通过这种方式可以放弃使用单独的承载结构。
为了能够使热交换器与其他的设备部件相连接，设置第一连接接头，其安装在热交换器的第一流体接口上。该流体接口是热交换器的上述四个接口之一，即用于加热介质的入口或出口或者用于待加热介质，特别是非饮用水的入口或出口。在本发明的思想中，将连接接头理解为一种元件，其可以建立外部设备部件到热交换器的连接，特别是到热交换器的至少一个流体接口的导流连接。这种接头不必强制性地包括阀门等部件。
除了第一连接接头之外，根据本发明还设置第二连接接头，第二连接接头同样安装在或可固定在热交换器上。在此，这两个连接接头不必强制性地与热交换器的流体接口之一相连接，即，这两个连接接头并不强制性地作为其他设备部件在热交换器上的液压接口，而是可以仅用于其他设备部件在热交换器上的机械固定。
为了减少部件种类并因此能够低成本地制造热交换器单元，根据本发明，第一和第二连接接头分别具有至少一个相同构造的基础元件，该基础元件在其内部定义至少一个流动通道。由于可以在热交换器上的两个不同的连接接头中使用相同的基础元件，因此可以降低所需部件的数量。基础元件在其内部具有流动通道，在此，并非必须强制性地在连接接头中使用流动通道，相反，例如在第二连接接头中也可以不使用这种流动通道，例如，当该连接接头仅用于其他结构部件的机械固定时。在第一连接接头中，流动通道优选与热交换器的第一流体接口相连接。
第一流体接口优选设置在热交换器的第一面上，第二连接接头设置在热交换器的第二面上，特别是与第一面相对的第二面上。这两个其上优选设置有连接接头的热交换器的相对面优选是热交换器的平坦的侧表面，其与在热交换器内部分开流路的板相平行地延伸。也就是说，连接接头安装在板堆(Plattenstapel)的两个相对的面上。这些面通常为平坦的表面，其上可以良好地安装其他元件。因此，板堆可以轻易地从开放的面插入基本上围绕成管状的壳体中，在此，利用尾板关闭壳体的开放面。在尾板上可以设置连接接头。壳体优选具有彼此成直角的面，但是，也可以形成与热交换器中的板的形状相匹配的其他面。通过连接接头在热交换器的两个面上的这种设置，从而由位于连接接头之间的热交换器构成承载元件，该承载元件将整个热交换器单元优选没有外部承载结构地集中在一起。
进一步优选至少一个连接接头可以具有附加的与基础元件相连接的连接件，该连接件在其内部具有流动通道，该流动通道优选与基础元件中的至少一个流动通道相连接。这种连接件可以使基础元件的生产变得简单，因为基础元件可以因此具有更简单的形状，并在模制成型之后通过附加的连接件补充完整。当连接接头与其基础元件由塑料通过喷射铸造制成时，这将是特别有利的。此外，在两个连接接头中尽管有着相同的基础元件，但也可能提供不同的功能性，其中，在至少一个连接接头中，在基础元件上安装其他的连接件。该连接件定义了另一个通过在内部构成的流动通道的流路，为此，该流动通道可以用于连接或固定其他的液压组件。但是，根据液压的要求，位于可以与基础元件中的流动通道相连接的连接件内部的流动通道也可以构造为分开的。基础元件和连接件之间的连接优选通过插座连接实现，其中，在流动通道的连接中，必要时在连接件和基础元件之间还需要密封件。
进一步优选，在热交换器上存在至少一个第二流体接口，该流体接口与第二连接接头相连接，在此，第一流体接口优选设置在热交换器的第一面上，而第二流体接口优选设置在热交换器的第二面上。在此，第二面优选是背对第一面的面。如上所述，所有的流体接口优选设置在热交换器的板堆的端面上，这些流体接口与板平行地在热交换器的内部延伸。因此，通过第二连接接头或其基础元件在第二流体接口上的设置，第二连接接头可用于使热交换器的第二流体接口与外部的结构部件或管道液压连接。为此，优选至少一个流动通道在第二连接接头的基础元件内部与第二热交换器的第二流体接口相连接。
根据另一种优选的实施方式，第一和第二连接接头的相同的基础元件在内部各至少两个彼此分开的流动通道，其中，在第一连接接头中，两个流动通道中的第一流动通道与第一流体接口相连接，而在具有相同基础元件的第二连接接头中，两个流动通道中的至少第二流动通道与第二流体接口相连接。也就是说，当在第一和第二连接接头中使用相同的基础元件时，可以任意使用不同的流动通道，以便使热交换器的第一流体接口和第二流体接口与外部管道或组件相连接。如果第一和第二连接接头设置在热交换器的相对的端面上，则第二连接接头的基础元件相对于第一连接接头的基础元件优选转动180°设置，从而使基础元件的相同的侧面是相对置的，优选该侧面具有连接口，用于与热交换器的流体接口相连接。
在第二连接接头中，优选基础元件中的两个流动通道中的第二流动通道与第二流体接口相连接，同时基础元件中的两个流动通道中的第一流动通道与热交换器的第三流体接口相连接，第三流体接口优选与第二流体接口相同地位于热交换器的相同面上。也就是说，在第二连接接头中，基础元件利用其两个分开的流动通道，使热交换器的两个流体接口与外部的组件相连接。通过这种方式，可以利用一个部件在两个流体接口上实现热交换器的简单的液压连接。这两个流体接口例如可以是用于加热介质的出口和用于待加热非饮用水的冷水入口。热交换器的与第一连接接头的基础元件相连接的第一流体接口可以优选作为已加热流体、特别是已加热非饮用水的出口。
位于第一和第二基础接头(Basisarmaturen)的基础元件中的流动通道优选从各面向热交换器的流体接口的连接口出发分叉去往两个管道接口。即，流动通道基本上构造为具有交叉点的T形，流动通道的三个部分从交叉点向三个管道接口延伸，这三个部分通过这种方式彼此连接。优选在第一连接接头中封闭第一管道接口，并在第二连接接头中封闭第二管道接口。这可以例如通过可拆卸的封闭元件(例如堵头)实现，或者通过所安放的连接件实现，该连接件同时封闭相应的管道接口。必要时可以在所安放的元件和管道接口之间设置密封件，以进行密封。另外，还可以通过毗邻的可能具有中间密封件的热交换器的壁来封闭电源接口，从而可以放弃附加的用于封闭电源接口的封闭元件。通过封闭位于基础元件上的各个管道接口，可以不一样地使用位于第一和第二连接接头中的相同的基础元件，即，可以在第一和第二连接接头中实现不同导向的流路，从而可以将外部的结构部件或管道安装在基础元件的不同面上或各自的连接接头上，并与位于基础元件内部的流动通道相连接。通过这种方式，可以在部件类型最少的情况下仍能实现连通的灵活性。
根据一种特殊的实施方式，这两个管道接口中的一个可以通过连接件加以封闭，该连接件在其内部定义了流动通道，该流动通道不与待封闭的管道接口相连接。即，如果连接件在其内部同样具有流动通道，该流动通道不必强制性地与用于安装该连接件的基础元件的流动通道相连接，相反，该连接件可以同时封闭基础元件中的流动通道的管道接口。
进一步优选，在第一和第二连接接头中，在基础元件的至少一个流动通道或流路中设置用于传感器的插口，特别是用于温度传感器和/或流传感器的插口。因此，传感器还可以是组合的温度和流传感器。这种传感器用于控制或调节热交换器单元的运行，特别是能够合乎要求地控制或调节加热介质的供应。由于在连接接头或其基础元件中设置用于传感器的相应的插口，因此可以非常容易地将传感器安装在热交换器单元中，且安装费用非常小。尽管在第一和第二连接接头的基础元件中，由于它们被相同地构造为，分别设置有用于传感器的插口，但这并非一定意味着，要在这些插口中插入传感器。还可以考虑，仅在一个连接接头中的相应流动通道中安装传感器，而在另一个连接接头中，在必要时可以通过封闭元件封闭未使用的插口。
进一步优选在热交换器上，优选在第一流体接口的面上设置第三连接接头，其与热交换器的第四流体接口相连接。第四流体接口在热交换器中可以是例如用于加热介质的入口。第四流体接口优选与第一流体接口间隔开，当然优选位于热交换器的相同面或侧面上。因此，第一和第三连接接头可以在热交换器的相同面上彼此间隔开，从而可以在二者之间设置其他的结构部件，例如循环泵。第三连接接头可以优选具有基础元件，该基础元件不同于第一和第二基础接头的基础元件，但是也可以在必要时具有相同的基础元件。
第三连接接头进一步优选用于循环泵的固定和连接，其中，在第三连接接头内部的流动通道将循环泵的第一接口(例如压力套管(Druckstutzen))与热交换器的第四流体接口连接起来。因此，例如循环泵可以用于在热交换器中或通过热交换器的第一流路供应加热介质，以便利用加热介质加热液体，例如位于热交换器的第二流路中的非饮用水。
此外，循环泵优选以其第二接口(例如吸入套管(Saugstutzen))与第一连接接头相连接，在此，循环泵进一步优选与第一连接接头的第二流动通道相连接，该流动通道不与热交换器的流体接口直接连接，并形成与连接接头的管道接口的连接。该流动通道优选是在连接接头的基础元件中构成的流动通道。因此，该流动通道并不用于直接连接热交换器的流体接口，而是仅用于连接循环泵，从而建立从外部设备组件(例如管道)到循环泵的连接。
特别优选将必要时安装有连接件的第一和第二连接接头构造为，使其在面上，进一步优选在热交换器单元的平面上，提供热交换器单元的所需要的所有管道接口。通过这种方式可以简化热交换器单元在外部组件或管道上的连接，因为在热交换器单元上建立了接口平面，所有需要连接的管道接口都位于该接口平面上。因此，热交换器单元在连接接头上优选具有至少四个管道接口，即，加热介质的入口和出口以及待加热介质，特别是非饮用水的入口和出口。必要时可以设置其他的如同用于循环管道的接口一样的接口。
第一连接接头中的第二流动通道优选具有面向热交换器的连接口，其在第一连接接头中被封闭。该连接口优选设置在基础元件中，并特别优选被面向该连接口的热交换器的侧壁所封闭，其中，可以在侧壁和基础元件之间设置密封件。通过这种方式，可以通过在热交换器上安装连接接头而非常容易地封闭该开口。然后，第二流动通道的其余部分只需要连接该流动通道的两个剩下的管道接口，并作为所连接循环泵的连接管道。同时在第一连接接头中，优选基础元件中的第一流动通道的连接口与热交换器的流体接口相连接。第一流动通道的连接口与第二流动通道的连接口优选并排位于一个平面中，从而使它们可以同时连接位于热交换器侧壁上的两个流体接口；或者，如果在任何位置上都不存在流体接口，可以使它们密封地贴靠在热交换器的侧表面上。
根据另一种优选的实施方式，在热交换器上设置第四连接接头，其优选固定或可固定在第二连接接头上。在此，第四连接接头优选具有基础元件，该基础元件与第三连接接头的至少一个基础元件是相同的。通过这种方式还可以使第三连接接头的基础元件执行双功能，即，以相同的方式作为第四连接接头的基础元件来使用。该连接接头优选位于同第二连接接头一样的热交换器的相同面上，优选与第二连接接头间隔开。正如所描述的那样，第一和第二连接接头优选位于热交换器的相对的端面上，进一步优选位于热交换器的相同的端面上，其中，第三和第四连接接头相应地位于相对的面边缘上。例如，位于顶面附近的第一和第二连接接头与位于热交换器的底面附近的第三和第四连接接头都设置在热交换器的相对的端面上。
第四连接接头优选不与热交换器的流体接口直接连接。因此，第四连接接头仅用于其他结构部件在热交换器上的机械固定，并且不用于产生到热交换器的流体接口的液压连接。
第四连接接头优选用于第二循环泵在热交换器上的连接和固定。第二循环泵例如可以是用于非饮用水循环的环流泵(Zirkulationspumpe)。在此，还可以将第二循环泵可选地安装在热交换器上，其中，第四连接接头也优选可选地在热交换器上是可固定的。这意味着，当第二循环泵被固定时，第四连接接头就安装在热交换器上。在此，第四连接接头并不直接建立从循环泵到热交换器流体接口的倒流连接，而是可以在必要时仅用于循环泵在热交换器上的机械固定。
因此，第二循环泵优选固定在第二和第四连接接头之间，或在二者之间是可固定的，其中，在第二连接接头中或在第二连接接头的基础元件中的流动通道优选构成从第二循环泵到热交换器的流体接口的流动控制连接。例如，热交换器的该流体接口是非饮用水出口。因此，第二循环泵可以在其作为环流泵使用时向非饮用水入口回供非饮用水。就此而言，优选使循环泵的吸入套管与第二连接接头的流动通道的管道接口相连接。该流动通道不必直接在第二连接接头的基础元件中构成，而是还可以在安装在第二连接接头的基础元件上的连接件中构成。该流动通道优选仅构成到位于热交换器单元的面上的管道接口的连接，然后可以使外部循环管道在该面上与热交换器单元相连接。如上所述，该管道接口优选位于面上或平面之中，该平面具有其他的管道接口，用以使热交换器单元连接在例如管道的外部组件上。循环泵的第二接口(优选为压力套管)进一步优选通过管道同样与第二连接接头的流动通道相连接。这个用于连接第二循环泵和第二连接接头的管道优选保持在第四连接接头上，其中，该管道中的流路可以通过流动通道进入第四连接接头中。在此，该流动通道可以在第四连接接头的基础元件中构成，该基础元件与第三连接接头的基础元件是相同的；或者在附加的与基础元件相连接的连接件中构成。该管道优选通向位于第二连接接头的基础元件中的一个流动通道的管道接口。在此，流动通道以T形分叉并具有优选用于连接冷水管道的第二管道接口。该流动通道从这两个管道接口通向与热交换器的流体接口相连接的连接口。该流体接口优选是用于待加热非饮用水的入口。通过这种方式，不仅可以将待加热的冷非饮用水，还可以将循环非饮用水再次供应给热交换器的入口。
附图说明
下面将参照附图对本发明做示例性的说明。
图1示出了设置在蓄热器上的非饮用水加热单元的整体视图，
图2示出了如图1所示的非饮用水加热单元的整体透视图，
图3示出了具有连接接头的热交换器的透视图，
图4示出了如图2所示的非饮用水加热单元的截面图，
图5和图6示出了如图1、图2和图4所示的没有非饮用水循环模块的非饮用水加热单元，
图7示出了具有非饮用水循环模块的非饮用水加热单元的透视分解图，
图8示出了具有已安装非饮用水循环模块的非饮用水加热单元的透视图，
图9示意性示出了如图3所示的热交换器内的流路，
图10示出了在热交换器内关于流路的温度变化，
图11示出了非饮用水加热单元的液压电路图，
图12示出了温度传感器在非饮用水加热单元的冷水入口中检测到的温度变化，
图13示意性示出了从传感器到控制装置的数据传输，
图14示出了多个非饮用水加热单元2在级联配置中的布置，
图15示意性示出了如图14所示的多个非饮用水加热单元的控制，
图16示意性示出了用于调节非饮用水加热单元的调节回路。
具体实施方式
作为实施例示出的热交换器单元是非饮用水加热单元2，并设置用于加热设备中。在此所示出的实施例(图1)中，非饮用水加热单元2安装在蓄热器4上，例如存储被太阳能加热的热水的储水器。由蓄热器4向非饮用水加热单元2的热交换器6输送用于加热非饮用水的加热介质。在图1中打开地示出了围绕非饮用水加热单元2的壳体，也就是，前盖被拿掉。在其它的图中示出了没有环绕的壳体的非饮用水加热单元2。
热交换器单元或非饮用水加热单元2的中央构件是板式热交换器形式的热交换器6。通过该热交换器6对待加热的非饮用水进行加热，并作为已加热的非饮用水送出，以例如在房屋中向位于盥洗盆、淋浴、浴缸等上的水龙头7供应加热的非饮用水。为了加热非饮用水，需要向热交换器供应加热介质。如图9所示，热交换器在其内部具有两个流路。第一流路10是用于输送加热介质通过热交换器的流路。第二流路12用于输送非饮用水通过热交换器。两个流路以公知的方式通过板彼此隔开，通过该板可以实现从加热介质到非饮用水的热传递。
板堆的两个外板13构成热交换器6的两个彼此相对的侧表面。在这些侧表面上设置热交换器6的流体接口14-20，并固定连接接头，这将在下面进行说明。
加热介质通过入口14流入热交换器6，并通过出口16再次流出。待加热的非饮用水从入口18流入热交换器6，并在出口20再次由从热交换器流出。如图9示意性示出的，热交换器分为A、B、C三个部分。在通过第二流路12的非饮用水的流动方向上，由A部分构成第一部分，其中，第一流路10和第二流路12彼此相对流地互相经过。也就是说，待加热的非饮用水和加热介质沿相反的方向在将它们分开的热交换器的板上流过。其效果是，经过入口进入热交换器6的冷非饮用水首先通过业已冷却的从出口16流出的加热介质进行加热，然后沿流动方向到达越来越热的加热介质附近。热交换器6具有第二部分B，其中，第一流路10和第二流路12不再相对于彼此逆向流动，而是同向流动地被引导，即，第一流路10和第二流路12中的液流彼此在同一方向上沿使其分离的板或其他将其分离的导热分离元件同向地前。
反转部分C在第一部分A和第二部分B之间，其中，在流路中实现流动方向的彼此相对地反转。在此示出的实施例中，热交换器的部分A、B和C集成在一个热交换器中。但是需要指出的是，A部分和B部分也可以设置在独立的热交换器中，并且在C部分中，彼此相对的流动方向的反转可以通过两个热交换器的相应的管道连接(Verrohrung)来实现。
通过对同向流动原理的反转可以防止非饮用水过热，因为在出口20流出的加热的非饮用水在其流路12的最后部分并不是直接由从入口14流入的热的加热介质加热的，而是通过已经有些冷却了的加热介质加热的。由此使所能达到的最大非饮用水温度受到限制。这在图10中可以看到。在如图10所示的图中，加热介质的温度T的曲线22位于路径S的上方，非饮用水的温度T的曲线24也位于路径Ss的上方。可以看出，非饮用水的出口并不位于流入的加热介质的最高温度的区域内，只要能够达到在由热交换器流出的非饮用水的出口20的区域内加热介质的温度水平的最大温度。
在板式热交换器6上，将用于加热介质的入口14和出口16以及用于待加热的非饮用水的入口18和用于已加热的非饮用水的出口20作为流体接口，在其上又安装用于连接其他组件和管道的连接接头。在用于已加热的非饮用水的出口20上安装第一连接接头26。该连接接头具有基础元件(Basiselement)28，该基础元件28以相同的结构在第二连接接头30中仅转动180°地安装在构成出口16和入口18的热交换器6的流体接口上。其优点在于，同样的基础元件28可以作为第一连接接头和第二连接接头使用，并可以减少零件种类。
在基础元件28中设置两个彼此分开的流动通道32和34。流动通道32构造为T形的，并通向三个连接口36、38和40(见图4中的截面图)。当使用基础元件28作为第一连接接头26时，连接口36闲置并由热交换器6的壁封闭，在此，在基础元件28和热交换器6的壁之间，在连接口38上设置用于密封的密封件42。连接口38构成与供应管道44相连接的接口，该供应管道与用于输入热加热介质的蓄热器4相连接。在流动通道32的相对置的连接口40上，根据在第一连接接头26中的使用，在基础元件28上设置第一循环泵46，该循环泵向热交换器6的入口14输送加热介质。为此，在入口14上设置第三连接接头48，该第三连接接头以相同的结构仅转动180°地设置在热交换器6的相对的侧面上，如如下将要描述的，可以设置作为第四连接接头50。也就是说，第三连接接头48和第四连接接头50也至少由相同的基础元件构成。
在第三连接接头48中构成流动通道52，其将循环泵46的压力套管与热交换器6的入口14相连接。
正如在该截面图中由第二连接接头30可看到的那样，位于基础元件28中的第二流动通道34同样被构造为T形的，并具有三个连接口54、56和58。在第一连接接头26中，第二流动通道34的连接口58例如由插入的堵头封闭。连接口54与热交换器6的出口20相连接，在此，同样在连接接头26和热交换器6之间设置密封件42。在第二流动通道34的连接口56上，将连接件60设置在第一连接接头26中，其使连接口58通过在连接件60内部构成的流动通道与管道接口62相连接。管道接口62用于连接热水管道，已加热的非饮用水通过该热水管道排出。
在构成非饮用水加热单元的承载结构的板式热交换器6的相对的侧面上安装作为第二连接接头30的基础元件28。通过该第二连接接头30使用于加热介质的出口16和用于冷的非饮用水的入口18与外部安装设备相连接。在该基础元件28的这种转动180°的设置下，第二流动通道34的连接口54连接到热交换器的出口16。第二流动通道34连接管道接口或连接口58，该管道接口或连接口构成已冷却加热介质的出口。可以使将加热介质输送回蓄热器4中的管道连接在连接口58上。在如图2所示的实施方式中，如如下所述，其中同时设置非饮用水的循环，在连接口58上连接通向换向阀66的管道64，该换向阀可选地建立管道64去往接口68和70的连接。接口68和70用于连接蓄热器4，在此，这些接口例如可以在不同的垂直位置上建立去往蓄热器4内部的连接，从而可以根据从热交换器6流出的加热介质的温度，通过在不同的垂直位置上转换换向阀66，将加热介质回送到蓄热器4中，以便保持那里的加热介质的层化(Schichtung)。正如下面所描述的那样，如果设置非饮用水循环模块74，则转换功能是特别有利的。循环非饮用水的加热需要的热量更少，因此在此可以使加热介质以更高的温度回流到蓄热器4中。
位于基础元件内部的流路32在第二连接接头30中借助于连接口36与入口18相连接。用于输送冷非饮用水的冷水管道42连接在连接口38上。冷水通过该冷水管道从入口18流入热交换器。
在此示出的非饮用水加热单元能够以两种不同的实施方式加以应用，即，一种具有非饮用水循环模块74，另一种没有非饮用水循环模块74。在图1、图2、图4、图7和图8中，非饮用水循环模块74设置在热交换器6上。图5和图6示出了没有非饮用水循环模块74的设置。如果不设置非饮用水循环模块74，就不需要第四连接接头50，并且利用堵头将第二连接接头30的基础元件28的连接口或管道接口40封闭。在这种情况下，流动通道34的连接口56也通过堵头封闭。
非饮用水循环模块4由第二循环泵76组成，该循环泵用于非饮用水在建筑物的热水输送系统中的循环。为了连接第二循环泵76，设置连接件78和管80。为了使泵76保持在热交换器6上，在侧面端部设置第四连接接头50，其与第三连接接头48是相同的，或者具有同样的基础元件。但是，如果使用第四连接接头50，就不会使用流动通道52。在第三和第四连接接头的基础元件上设置插口(Aufnahme)81，在其中插入连接元件82，其与循环泵76的压力套管相连接。连接元件82在其内部具有流动通道，并由此建立去往管80的连接。管80以其背对连接元件82的端部与第二连接接头30中的流动通道32的连接口40相连接，在此，连接口40不通过堵头封闭。充当环流泵(Zirkulationspumpe)的循环泵46可以通过这种方式将一部分已加热的非饮用水送回到第二连接接头30的流动通道32中，并通过其连接口36送回到热交换器的入口18。也就是说，所输送的冷非饮用水通过连接口38以及通过环流泵76回供的非饮用水通过连接口40一起流入第二连接接头的流动通道32中。
连接件48设置在第二连接接头30的基础元件28上，使其与封闭的管接件84在第二流动通道34的连接口56中相接合，并由此封闭连接口56，从而为了在第二连接接头30中封闭连接口56不再需要附加的堵头。此外，将连接件78构造为管状的，并与位于相对端部上的两个连接口86和88相连接。管接件84对于位于管道接口或连接口86和88之间的连接不具有导流连接。连接口86与第二循环泵76的吸入管接件相连接，并且连接口88构成接口，在其上连接有循环管道90。因此，通过使用连接件78和第四连接接头50(第四连接接头具有与第三连接接头48同样的基础元件)，利用很少的附加部件同样可以将被描述为环流泵的第二循环泵76固定在作为承载结构的热交换器6上，并且循环管道通过循环泵46直接与热交换器内部的第二流路12导流连接。
在第一和第二连接接头26和30的基础元件28中，在流动通道32中设置传感器插口92，该插口可用于接收传感器。当使用基础元件28作为第二连接接头30时，如果没有安装非饮用水循环模块74，则关闭传感器插口92。在第一连接接头26中，将温度传感器94安装在传感器插口92中，该温度传感器用于检测输送到热交换器6的加热介质的温度。当使用非饮用水循环模块74时，还在第二连接接头30的基础元件28的传感器插口92中安装温度传感器96，该温度传感器用于检测非饮用水需求，其功能在下面将做进一步的说明。此外，连接件60也具有传感器插口，其中安装有传感器98。传感器98是一种组合的温度和流量传感器，用于检测通过出口20从热交换器6流出、经由流路34进入第一连接接头26的已加热非饮用水的温度和流量。需要说明的是，前面所述的温度传感器94、96在必要时也可以作为组合的温度和流量传感器使用。
通过传感器98，一方面可以检测流出的非饮用水的温度，并基于该温度以及由温度传感器94检测到的加热介质的温度，来确定所需加热介质的体积流量，并相应地驱动第一循环泵46。为此所需要的用于循环泵46的控制装置或调节装置优选作为调节或控制电子器件集成在循环泵46中。
传感器94、96和98通过电气线路99与构成数据采集模块的传感器箱100相连接。传感器箱100采集由传感器94、96和98所提供的数据。如图13所示，传感器箱100将采集到的数据提供给控制单元101使用，在该实施例中，控制单元101集成在泵机组46的控制电子器件中。为此，在传感器箱100中设置输出接口102，并在控制单元101中设置对应的输入接口104。输出接口102和输入接口104在此构成为功能接口，其允许从传感器箱100到位于泵机组46中的控制单元101进行无线信号传输。这可以使泵机组46以及传感器94、96和98的连接非常简单，因为这样就不必与泵机组46直接连接。因此，传感器94、96和98可以不依赖于循环泵46地连接和布线，并且循环泵46在需要时也可以很容易地进行更换，而不会妨碍传感器的电缆连接。优选循环泵46中的控制单元101不仅控制或调节循环泵46，而且还控制或调节循环泵76，为此，循环泵46中的控制单元101优选同样可以通过无线电(Funk)与循环泵76或其控制装置进行无线通讯。因此，两个循环泵46和76都非常容易连接，因为仅仅需要用于电源供应的电气连接。用于控制的全部通讯都是无线进行的。
在数据采集模块100或传感器盒100中，还可以对由传感器94、96和98所提供的信号进行信号处理，以便以预先确定的格式将所需要的数据提供给控制装置101。控制单元101通过输入接口104优选只读取来自输出接口102的控制所需的最新数据，从而可以将数据通讯限制在最低程度上。
控制单元101优选还承担对在使用非饮用水循环模块74时由循环泵76所引起的循环的控制：当温度传感器94对由蓄热器4所供应的加热介质的温度进行检测所测得的温度低于预设的边界值时，使用于循环的循环泵76停机。通过这种方式可以防止由于非饮用水循环而使蓄热器4过度冷却，而且当对蓄热器4的供热例如由于在太阳能模块上缺乏日射而过低时，这种循环可以被中断。
控制单元101这样控制循环泵46的运行：当给出用于非饮用水加热的热量需求时，首先接通循环泵46，从而使加热介质从蓄热器4输送到热交换器6。如果不设置非饮用水循环模块74，这种非饮用水的热量需求将通过组合温度流量传感器98进行检测。如果该传感器检测到在流路中通过连接件60的流动，即非饮用水流，则意味着，用于热的非饮用水的水龙头被打开，从而使冷的非饮用水通过连接口38流入，并给出用于非饮用水加热的热量需求。因此在这种情况下，控制单元101可以使循环泵46投入运行。
如果设置非饮用水循环模块74，则可以不检测非饮用水需求，因为当非饮用水的水龙头没有打开时，传感器98也可以根据由第二循环泵76引起的循环来检测流动。在这种情况下，传感器98可以只检测由热交换器6流出的非饮用水的温度，当该温度低于预设的边界值时，接通循环泵46，将加热介质输送到热交换器6并因此使循环的非饮用水被加热，以平衡由于循环造成的热量流失。
为了在这种情况下检测由于水龙头7打开而带来的非饮用水需求，使用温度传感器96。如图11示意性所示，该温度传感器并没有精确地设置在基础元件28中流动通道32的节点上，而是从该节点出发朝连接口38偏移，在此，来自连接口36和38以及40的流动通道部分会聚于该节点上。也就是说，温度传感器96位于用于输送冷的非饮用水的流动通道部分中。当用于已加热非饮用水的水龙头被打开时，这将导致冷的非饮用水在该管道部分中流动，从而正如由图12中的下面的曲线所看到的那样，温度传感器96在向连接口38伸展的第一流动通道32的部分中检测到温度下降。在检测这种温度下降时，控制单元101接通循环泵46，以输送加热介质。在图12中示出了多个连续的非饮用水要求，这些要求又分别导致温度下降，并且在对已加热的非饮用水的要求结束时，会再次造成温度上升，这是因为存在于设置温度传感器96的管道部分中的水又被加热。
温度传感器96在第二连接接头30中稍高地设置于节点的上方，流路或流动通道32的部分从连接口36、38和40汇集在该节点上。通过这种方式将确保，当用于非饮用水的水龙头被关闭并因此而不存在流动时，再次利用由循环泵46造成的从连接口40向入口16流动的循环的非饮用水，通过热传递对在设置有传感器96的管道部分中的水缓慢加热。
如上所述，热交换器6构成非饮用水加热单元2的承载元件，连接接头26、30、48，必要时还有50，与泵46，必要时还有76以及传感器箱100一起固定在热交换器6上。由此使非饮用水加热单元2形成集成的模块，该集成模块可以作为预制单元安装在加热设备或加热系统中。将循环泵46和76与热交换器6相关地设置为，使其转动轴线平行于板的表面延伸，特别是平行于外板13的表面延伸。为了能够将其上安装有部件的热交换器6以其侧面固定在蓄热器4上，或者固定在加热设备的其他元件上，在热交换器6上安装蹬状的保持装置106。蹬106一方面构成固定装置，用于在蓄热器4上固定；此外还构成把手件108，整个非饮用水加热单元2都可以抓在该把手件上，由此能够使整个装置的操作在安装过程中非常简单。
图14示出非饮用水加热单元2的一种具体设置。在这种设置中，为了能够满足更大的非饮用水需求，四个如上所述的非饮用水加热单元2级联状地并联连接。在该实施例中示出了四个非饮用水加热单元2。但是需要指出的是，根据最大的非饮用水需求，也可以以相应的方式设置或多或少的非饮用水加热单元2。在所示出的实施例中，所有的非饮用水加热单元2都由共有的蓄热器4供给加热介质。非饮用水加热单元2的设计完全相同。根据如图1、图2、图4、图7、图8和图11所示的实施方式设置图14中与蓄热器4相邻的第一非饮用水加热单元2，即，该非饮用水加热单元2具有非饮用水循环模块74。具有第二循环泵46的非饮用水循环模块74与循环管道90相连接。循环管道90连接在位于最远端的水龙头7上，而水龙头7位于用于已加热非饮用水的管道DHW上。通过这种方式可以使已加热的非饮用水通过整个向水龙头7供给已加热非饮用水的管道系统进行循环。这种具有非饮用水循环模块74的非饮用水加热单元2的功能基本上与上面的描述一样。其余三个非饮用水加热单元2被构造为，没有非饮用水循环模块74，如图5所示。
如图14所示，每个非饮用水加热单元2都具有集成在循环泵46中的控制单元101以及单独的传感器箱100。多个非饮用水循环模块2的各自的控制单元101通过无线接口(Funkschnittstellen)110(见图13)相互通讯。在第一非饮用水加热单元2中，无线接口110也可用于与第二循环泵76、必要时还有转向阀66进行通讯。当然也可以通过传感器箱100控制转向阀66，为此使转向阀66通过电气连接导线与传感器箱100相连接。
所有的非饮用水加热单元2的控制单元101都构造为相同的，并共同执行对级联配置的控制，现在参照图15对其做更详细地描述。
在图15中示出了四个非饮用水加热单元2，分别为M1、M2、M3和M4。在设置在下方的小方块中，通过数字1至4表示非饮用水加热单元2的启动顺序。在启动顺序中排在位置1上的非饮用水加热单元2(在第一步中为M2)起主导作用，即，这个起主导作用的非饮用水加热单元2，或者说其控制单元101，还策动其他非饮用水加热单元2的接通和断开。
如果出现对非饮用水的请求，即水龙头7被打开时，上述起主导作用的非饮用水加热单元2通过组合温度-流量传感器98进行检测。对于通过M2至M4表示的非饮用水加热单元2，在图14中所示出的非饮用水加热单元2没有非饮用水循环模块74。具有非饮用水循环模块74的非饮用水加热单元2是在图15中表示为M1的模块。该模块起主导作用。如果现在该主导模块在步骤A中探测到非饮用水要求，则该非饮用水加热单元2首先投入运行，即，循环泵46将加热介质输送到对应的热交换器6中。如果现在从步骤B到步骤C断开非饮用水要求，则该起主导作用的非饮用水加热单元2在步骤C中继续被加热。如果现在从步骤C到步骤D中，通过打开水龙头7而重新出现非饮用水要求，则可使起主导作用的非饮用水加热单元2(M2)再次投入运行。如果现在由于打开例如其他的水龙头7而使非饮用水要求增加，则在步骤E中启动下一个非饮用水加热单元2，在此，起主导作用的非饮用水加热单元2(M2)的控制单元101向处于启动序列的第二位置(在此为M3)的非饮用水加热单元2发送开始运行的信号。然后，其控制单元101相应地使下一个非饮用水加热单元2(M3)的循环泵46投入运行，以向热交换器6供给加热介质。
如果现在从步骤E到步骤F再次停止非饮用水要求，那么非饮用水加热单元2关闭，并且各个非饮用水加热单元2的控制单元101重新确定彼此之间的启动顺序。这是按照以下方式发生的：按照启动顺序，现在使最后被接通的非饮用水加热单元2占据第一的位置，并使首先被接通的非饮用水加热单元2，也就是迄今为止起主导作用的非饮用水加热单元2回到最后的位置上(在此为M2)。也可以将主导作用相应地交换给在启动顺序中现在处于第一位置(M2)上的非饮用水加热单元2。通过这种方式可以确保均匀有规律地利用非饮用水加热单元2，并同时实现，使首先投入运行的非饮用水加热单元2优选是仍然具有余热的非饮用水加热单元2。具有非饮用水循环模块74的非饮用水加热单元2始终保持在启动序列的最后位置，即，其只在最大负荷时接通，并只用于对循环的非饮用水加热。如果非饮用水加热单元2损坏或脱落，那么其将完全从启动序列中删除，即根本不再投入运行。这将全部通过相同的控制单元101相互之间的通讯实现，从而可以省去中央控制器。
当非饮用水加热单元2不加热非饮用水时，为了关闭该非饮用水加热单元2，还在每个非饮用水加热单元2的用于冷的非饮用水DCW的输入管道中设置在上述图1至图13中未示出的阀门112。通过控制单元101的传感器箱100对阀门112进行控制。阀门112优选通过电气连接线与传感器箱100相连接，而控制单元101通过位于传感器箱100上的输入接口104和输出接口102传送信号，以打开和关闭阀门112。当阀门112关闭时，将实现没有非饮用水流过相应的热交换器6，从而防止冷的非饮用水通过未使用的非饮用水加热单元2的热交换器6流入用于已加热的非饮用水DHW的输出管道中。
现在参照图16对在上述非饮用水加热单元2中的已加热非饮用水DHW的温度调节进行说明。在控制单元101中设置调节器114，并预先给定已加热非饮用水DHW的设定温度Tref。该设定温度例如在循环泵46中的控制单元101上是可调的。为此，可以在循环泵46上设置控制元件。替代地也可以通过无线接口，例如红外线或无线电，借助于远程控制或设备自动化进行调节。用设定温度减去由传感器98所测得的已加热非饮用水DHW的实际温度TDHW。所得到的差作为调节差值(Regeldifferenz)ΔT输送给调节器14。由该调节器给出循环泵76的设定转速ωref，由此实现对循环泵46的控制，从而使循环泵76向热交换器6输送体积流量为QCH的加热介质。然后在热交换器6中对流入的冷非饮用水DCW进行加热，从而在热交换器6的输出侧获得出口温度TDHW。然后，正如所描述的那样，利用传感器98检测该实际值TDHW，并再次输送到调节器。也就是说，根据本发明，循环泵46的转速以及加热介质的体积流量QCH依据热的非饮用水的出口温度进行调节。
此外，为了实现快速响应特性，在该实施例中，在调节器14中设置扰动前馈
Figure BSA00000552589400191
为此还通过传感器98检测非饮用水的体积流量，并将该非饮用水体积流量QDHW作为扰动前馈给调节器114。此外，通过温度传感器94检测由循环泵46输送给热交换器6的加热介质的温度TCHin，并将其作为扰动前馈给调节器114。考虑到该干扰，对循环泵46的设定转速ωref进行相应地调整，从而可以例如根据更冷的加热介质和/或更大的非饮用水体积流量均匀地提高循环泵46的转速，以便更快地达到待加热非饮用水所需要的设定温度Tref。另一个影响非饮用水温度TDHW的干扰或参数是所流入的冷的非饮用水DCW的温度TDCW。但是在所示出的实施例中，并不将该参数作为扰动前馈给调节器114，因为该冷水温度一般基本上是恒定的。但是也可以考虑，当冷水温度波动很大时，将TDCW作为扰动前馈给调节器114。
附图标记列表
2 非饮用水加热单元
4 蓄热器
6 热交换器
7 水龙头
8 壳体
10 用于加热介质的第一流路
12 用于非饮用水的第二流路
13 外部板
14 入口
16 出口
18 入口
20 出口
22 加热介质的温度曲线
24 非饮用水的温度曲线
26 第一连接接头
28 基础元件
30 第二连接接头
32，34 流动通道
36，38，40 连接口或管道接口
42 密封件
44 供应管道
46 第一循环泵
48 第三连接接头
50 第四连接接头
52 流动通道
54，56，58 连接口或管道接口
60 连接件
62 管道接口
64 管道
66 换向阀
68，70 接口
72 冷水管道
74 非饮用水循环模块
76 第二循环泵
78 连接件
80 管
81 插口
82 连接元件
84 管接件
86，88 连接口
90 循环管道
92 传感器插口
94，96 温度传感器
97 节点
98 传感器
99 导线
100 传感器箱
101 控制单元或控制和调节电子器件
102 输出接口
104 输入接口
106 蹬
108 手柄
110 无线接口
112 阀门
DCW 冷的非饮用水
DHW 热的非饮用水
CHO 热加热介质，加热介质输送
CHR 冷加热介质，加热介质回流
Tref 设定温度
TDHW 已加热非饮用水的温度
TDCW 冷的非饮用水的温度
TCHin 加热介质的温度
QDHW 非饮用水体积流量
QCH 加热介质体积流量
ΔT 调节差
ωref 设定转速

Claims (26)

1.一种热交换器单元（2），其具有构造为板式热交换器的热交换器（6），安装在所述热交换器（6）的第一流体接口（20）上的第一连接接头（26）以及固定在所述热交换器（6）上的第二连接接头（30），其特征在于，所述第一连接接头（26）和第二连接接头（30）各具有至少一个构造相同的基础元件（28），该基础元件在其内部具有至少一个流动通道（32，34），以及所述第一连接接头（26）和所述第二连接接头（30）的构造相同的基础元件（28）在内部分别定义至少两个彼此分开的流动通道（32，34），其中，在所述第一连接接头（26）中，所述两个流动通道（34）的第二流动通道与所述第一流体接口（20）相连接，而在具有构造相同的基础元件（28）的所述第二连接接头（30）中，所述两个流动通道中的至少第一流动通道（32）与第二流体接口（18）相连接。
2.如权利要求1所述的热交换器单元，其特征在于，所述第一流体接口（20）设置在所述热交换器（6）的第一面上，所述第二连接接头（30）设置在所述热交换器（6）的第二面上。
3.如权利要求2所述的热交换器单元，其特征在于，所述第二连接接头（30）设置在与所述第一面相对的第二面上。
4.如权利要求1所述的热交换器单元，其特征在于，至少一个连接接头（26）具有附加的与所述基础元件（28）相连接的连接件（60，78），该连接件在其内部具有流动通道。
5.如权利要求4所述的热交换器单元，其特征在于，所述连接件（60，78）内部的流动通道与所述基础元件（28）中的至少一个流动通道（32，34）相连接。
6.如权利要求1所述的热交换器单元，其特征在于，至少一个第二流体接口（18）与所述第二连接接头（30）相连接。
7.如权利要求6所述的热交换器单元，其特征在于，所述第一流体接口（20）设置在所述热交换器（6）的第一面上，而所述第二流体接口（18）设置在所述热交换器（6）的第二面上。
8.如权利要求1所述的热交换器单元，其特征在于，在所述第二连接接头（30）中，所述两个流动通道中的第一流动通道（32）与所述第二流体接口（18）相连接，而所述两个流动通道中的第二流动通道（34）与所述热交换器（6）的第三流体接口（20）相连接。
9.如权利要求8所述的热交换器单元，其特征在于，所述第三流体接口设置在与所述第二流体接口（18）所在相同的、所述热交换器（6）的面上。
10.如权利要求1所述的热交换器单元，其特征在于，所述第一连接接头（26）和所述第二连接接头（30）中的所述第二流动通道（34）从面向所述热交换器（6）的相应流体接口（20，18）的连接口（54）出发分叉去往两个管道接口（56，58）。
11.如权利要求10所述的热交换器单元，其特征在于，在所述第一连接接头（26）中封闭第一管道接口（58），而在所述第二连接接头（30）中封闭第二管道接口（56）。
12.如权利要求10或11所述的热交换器单元，其特征在于，所述两个管道接口中的一个（56）可以通过连接件（78）封闭，该连接件在其内部定义流动通道，该流动通道不与所述待封闭的管道接口（56）相连接。
13.如权利要求1所述的热交换器单元，其特征在于，在所述第一连接接头（26）和所述第二连接接头（30）中，在至少一个流动通道（32）中设置用于传感器（94，96）的插口。
14.如权利要求13所述的热交换器单元，其特征在于，所述用于传感器（94，96）的插口是用于温度和/或流传感器的插口。
15.如权利要求1所述的热交换器单元，其特征在于，在所述热交换器（6）上，在所述第一流体接口（20）的面上设置第三连接接头（48），其与所述热交换器（6）的第四流体接口（14）相连接。
16.如权利要求15所述的热交换器单元，其特征在于，所述第三连接接头（48）用于循环泵（46）的固定和连接，其中，在所述第三连接接头（48）内流动通道（52）将所述循环泵（46）的第一接口与所述热交换器（6）的第四流体接口（14）相连接。
17.如权利要求16所述的热交换器单元，其特征在于，所述循环泵（46）以其第二接口与所述第一连接接头（26）相连接。
18.如权利要求17所述的热交换器单元，其特征在于，所述循环泵（46）与所述第一连接接头（26）的第一流动通道（32）相连接，所述第一流动通道不与所述热交换器（6）的流体接口直接连接，并构成到所述连接接头（26）上的管道接口（38）的连接。
19.如权利要求18所述的热交换器单元，其特征在于，所述第一流动通道（32）与面向所述热交换器的连接口（36）相连接，该连接口在所述第一连接接头（26）中被封闭。
20.如权利要求15至19中任一项所述的热交换器单元，其特征在于，可选的第四连接接头（50）在使用时固定在所述热交换器上，其中，所述第四连接接头（50）具有至少一个基础元件，该基础元件与所述第三连接接头（48）的基础元件是相同的。
21.如权利要求20所述的热交换器单元，其特征在于，所述第四连接接头（50）固定在所述第二连接接头（30）的一侧。
22.如权利要求20所述的热交换器单元，其特征在于，所述第四连接接头（50）不与所述热交换器（6）的流体接口直接连接。
23.如权利要求20所述的热交换器单元，其特征在于，所述第四连接接头（50）用于第二循环泵（76）的连接和固定。
24.如权利要求23所述的热交换器单元，其特征在于，所述第二循环泵（76）固定在所述第二连接接头（30）和所述第四连接接头（50）之间。
25.如权利要求24所述的热交换器单元，其特征在于，所述第二连接接头（30）中的流动通道（32）构成从所述第二循环泵（76）到所述热交换器（6）的流体接口（18）的流动控制连接。
26.如权利要求1所述的热交换器单元，其特征在于，该热交换器单元用于供热设备中的非饮用水加热。
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