Die Erfindung betrifft einen offenen, drucklosen Warmwasserbereiter, bei dem zum Warmwasserzapfen aus einem Wasserbehälter Kaltwasser durch einen Kaltwasserzufuhranschluß eingeleitet und durch einen Warmwasserentnahmeanschluß das Warmwasser entnommen wird. Durch ein Stellelement ist das Volumen des Behälters veränderbar.The invention relates to an open, pressureless water heater, introduced in the hot water tap from a water tank cold water through a cold water supply connection and the hot water is removed through a hot water outlet connection. By an adjusting element, the volume of the container is changeable.
Bei einem bekannten, offenen Warmwasserbereiter ( EP 0 305 813 A1 ) wird zur Warmwasserzapfung in einen Behälter Kaltwasser zugeführt, welches das in dem Behälter durch eine Heizspirale erwärmte Wasser aus dem Behälter zu einer Wasserarmatur drückt. Die Warmwasserleitung vom Warmwasserbereiter zur Wasserarmatur ist offen, so daß die Ausdehnung des Wassers während des Aufheizens zum Tropfen aus der Wasserarmatur führen würde. Um bei dem bekannten Warmwasserbereiter das Tropfen zu vermeiden, wird durch ein hydraulisch betätigtes Stellelement ein Stempel gegen eine flexible Membran gedrückt, wobei die Membran eine Begrenzungsfläche des Wasserbehälters ist. Nach dem Öffnen der Kaltwasserzufuhr läuft das Kaltwasser zunächst in einen Zylinder und hebt dort einen Kolben an, der mit dem Stempel verbunden ist. Durch den Druckaufbau wird der Stempel angehoben und dabei das Behältervolumen durch Ausbeulen der Membran verkleinert. Nachdem der Kolben eine vorbestimmte Strecke betätigt wurde, kann das Kaltwasser aus dem Zylinder über eine Leitung in das Behältervolumen gelangen, so daß nun das Kaltwasser das Warmwasser verdrängt. Zu Beginn der Kaltwasserzufuhr bzw. der Warmwasserentnahme wird somit das Behältervolumen verringert. Nach dem Abstellen der Kaltwasserzufuhr verringert sich der Druck im Zylinder und der Kolben mit dem Stempel kehrt in seine Ausgangsposition zurück, so daß das Behältervolumen wieder vergrößert wird. Während der Behältervolumenverkleinerung wird aus der Wasserleitung zwischen Wasserbehälter und Armatur das darin anstehende Warmwasser und ggf. Außenluft zurückgeführt. Das wieder freigegebene Behältervolumen steht nun zur tropffreien Volumenausdehnung des zu erwärmenden Wassers zur Verfügung. Bei jeder Warmwasserentnahme wird das Behältervolumen um die gleiche Volumenmenge reduziert und anschließend wieder vergrößert. Nach dem Öffnen der Kaltwasserzufuhr tritt i. d. R. zunächst Luft aus der Wasserarmatur aus. Aufgrund der notwendigen Abdichtung der verschiebbar gelagerten Hydraulikelemente ist diese Vorrichtung mechanisch aufwendig und gegen Verunreinigungen anfällig, z. B. gegen Kalkablagerungen.In a known, open water heater ( EP 0 305 813 A1 ) is fed to the hot water tap into a container cold water, which presses the heated in the container by a heating coil water from the container to a water faucet. The hot water pipe from the water heater to the water fitting is open, so that the expansion of the water during heating would lead to dripping from the water fitting. In order to avoid dripping in the known water heater, a punch is pressed against a flexible membrane by a hydraulically actuated actuator, wherein the membrane is a boundary surface of the water tank. After opening the cold water supply, the cold water first runs into a cylinder and raises there a piston, which is connected to the stamp. Due to the build-up of pressure, the plunger is raised, thereby reducing the container volume by buckling of the membrane. After the piston has been operated a predetermined distance, the cold water from the cylinder can pass through a line in the container volume, so that now the cold water displaces the hot water. At the beginning of the cold water supply or hot water withdrawal thus the container volume is reduced. After stopping the cold water supply, the pressure in the cylinder decreases and the piston with the punch returns to its original position, so that the container volume is increased again. During the container volume reduction, the hot water present therein and possibly outside air are returned from the water line between the water tank and the fitting. The re-released container volume is now available for drip-free volume expansion of the water to be heated. With each hot water extraction, the container volume is reduced by the same volume and then increased again. After opening the cold water supply, air usually comes out of the water fitting. Due to the necessary sealing of the displaceably mounted hydraulic elements, this device is mechanically complex and prone to contamination, z. B. against limescale.
Bei einem weiteren, drucklos arbeitenden Warmwasserboiler ( DE 100 09 210 A1 ) ist, ebenso wie bei dem eben beschriebenen Warmwasserbereiter, ein Hydraulikmechanismus vorgesehen, der durch den Druck des zulaufenden Kaltwassers betätigt wird. Eine federbeaufschlagte Platte oder eine federnde Membran wird durch den Druckaufbau im Kaltwasserzufuhrbereich verschoben und dadurch ein Durchgang zum Behältervolumen freigegeben. Bei Abstellen der Kaltwasserzufuhr wird der Druck abgebaut und durch die Federkraft die Membran oder die Platte zurückgezogen. Die Membran bzw. die Platte grenzt an das Behältervolumen oder an ein Speichervolumen, das dem Behältervolumen zuzuordnen ist, an, so daß das Behältervolumen verändert wird. Bei diesem Wasserbehälter wird eine Oringgedichtete Dichtfläche über eine zylindrische Führung geführt, so daß hier ebenfalls eine mechanische Anfälligkeit gegen Verunreinigungen an den Dichtflächen vorhanden ist.In another, pressureless hot water boiler ( DE 100 09 210 A1 ), as well as the water heater just described, a hydraulic mechanism is provided which is actuated by the pressure of the incoming cold water. A spring-loaded plate or a resilient membrane is displaced by the pressure build-up in the cold water supply area, thereby releasing a passage to the container volume. When switching off the cold water supply, the pressure is reduced and pulled back by the spring force, the membrane or the plate. The membrane or plate adjoins the container volume or to a storage volume, which is to be assigned to the container volume, so that the container volume is changed. In this water tank, a Oringgedichtet sealing surface is guided over a cylindrical guide, so that here also a mechanical susceptibility to contamination on the sealing surfaces is present.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Warmwasserbereiter mit einem Stellelement zur Volumenänderung und ein Verfahren hierfür vorzusehen, bei denen die Störanfälligkeit des Stellelements gegenüber Verunreinigung erheblich reduziert bzw. die Volumenänderung dem tatsächlichen Bedarf angepaßt ist.It is therefore an object of the invention to provide a water heater with a control element for volume change and a method for this, in which the susceptibility of the control element to contamination significantly reduced or the volume change is adapted to the actual needs.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. 15 gelöst.This object is achieved with the features of claim 1 and 15, respectively.
Gemäß Anspruch 1 ist ein offener Warmwasserbereiter bzw. Boiler vorgesehen, der einen Wasserbehälter, einen Warmwasserentnahmeanschluß, einen Kaltwasserzufuhranschluß, ein Heizelement und ein Stellelement zur Volumenänderung des Wasserbehälters aufweist. Vorzugsweise weist der Wasserbehälter ein zusammenhängendes Volumen auf. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, daß das Hauptgefäß zur Bevorratung von warmen Wasser und ein Ausgleichsgefäß zur Durchführung der Volumenänderung separat angeordnet sind und durch eine Leitung miteinander kommunizieren, so daß eine Volumenänderung im Ausgleichsgefäß unmittelbar auf das Gesamtvolumen des Behälters aus Hauptvorratsgefäß und Ausgleichsgefäß zurückwirkt. Zur Änderung des Volumens wird durch eine Steuereinrichtung eine Betätigungseinrichtung für das Stellelement angesteuert. Die Betätigungseinrichtung wirkt auf das Stellelement ein, um so die Volumenänderung des Behälters herbeizuführen. In Abhängigkeit der eingesetzten Komponenten kann die Steuereinrichtung eine elektromechanische Einrichtung sein, wie beispielsweise ein Schalter, oder eine analog- bzw. digitalelektronische Steuereinrichtung, in der z. B. Steuergrößen aufgrund von erfaßten Parametern berechnet werden. Durch die vom Kaltwasserzulauf bzw. Wasserdruck unabhängig arbeitende Betätigungseinrichtung verringert sich der Aufwand zur Abdichtung erheblich und die Anfälligkeit gegenüber Verunreinigungen der Betätigungseinrichtung ist weitgehend eliminiert.According to claim 1, an open water heater or boiler is provided, which has a water tank, a hot water outlet connection, a cold water supply connection, a heating element and a control element for changing the volume of the water tank. Preferably, the water tank has a continuous volume. However, it may also be provided that the main vessel for storing warm water and a surge tank for carrying out the volume change are arranged separately and communicate with each other by a line, so that a volume change in the expansion tank directly back to the total volume of the container of main storage vessel and expansion tank. To change the volume, an actuating device for the actuating element is actuated by a control device. The actuator acts on the actuator, so as to bring about the change in volume of the container. Depending on the components used, the control device may be an electromechanical device, such as a switch, or an analog or digital electronic control device, in the z. B. control variables are calculated on the basis of detected parameters. By working independently of the cold water supply or water pressure actuator reduces the cost of sealing considerably and the susceptibility to contamination of the actuator is largely eliminated.
Weist die Betätigungseinrichtung einen Elektromagneten auf, so kann die Betätigungseinrichtung aus kostengünstigen Elementen aufgebaut werden. Ein motorischer Antrieb der Betätigungseinrichtung ermöglicht durch eine entsprechende Ansteuerung mittels der Steuereinrichtung eine vorgebbare Volumenänderung. Beispielsweise läßt sich durch Änderung der Ansteuerzeit des Antriebs die Größe der Volumenänderung genau dosieren oder die Geschwindigkeit der Volumenänderung läßt sich einstellen, so daß Druckschwankungen beim Auslauf aus dem Behälter vermieden werden. Der motorische Antrieb ist ein Stellmotor, ein Schrittmotor, ein piezoelektrischer Aktor, ein Linearantrieb oder dergleichen. If the actuating device has an electromagnet, then the actuating device can be constructed from inexpensive elements. A motor drive of the actuating device allows a predeterminable volume change by a corresponding control by means of the control device. For example, by changing the drive time of the drive, the size of the volume change can be precisely metered, or the rate of volume change can be adjusted, so that pressure fluctuations during discharge from the container are avoided. The motor drive is a servomotor, a stepping motor, a piezoelectric actuator, a linear drive or the like.
Bei einer Ausgestaltung weist das Stellelement eine bewegliche Membran und einen Stempel bzw. Kolben zum Verschieben der Membran auf. Die bewegliche Membran ist vorzugsweise ein Teilbereich der Behälterwand oder ein Volumenelement innerhalb des Wasserbehälters, das durch Verdrängung das Behältervolumen verändert. Die Membran ist beispielsweise eine elastische Membran, ein biegsames Plattenmaterial oder weist einen Faltenbalg auf. Vorzugsweise wirkt das Stellelement gegen eine Rückstellkraft der beweglichen Membran, so daß durch das Stellelement nur in eine Richtung Arbeit zur Volumenänderung geleistet werden muß.In one embodiment, the actuating element has a movable membrane and a plunger or piston for displacing the membrane. The movable membrane is preferably a portion of the container wall or a volume element within the water container, which changes the container volume by displacement. The membrane is for example an elastic membrane, a flexible plate material or has a bellows. Preferably, the actuating element acts against a restoring force of the movable membrane, so that work must be done to change the volume by the actuator in one direction only.
Durch ein dem Warmwasserentnahmeanschluß zugeordnetes Rücklaufventil läßt sich ein Rücklauf des Warmwassers von der Entnahmearmatur in den Behälter hinein vermeiden.By a return valve associated with the hot water outlet connection, a return of the hot water from the extraction fitting into the container can be avoided.
Durch Vorsehen eines Entlüftungsventils, das mit dem oberen Bereich des Wasserbehälters verbunden ist, kann Luft innerhalb des Behälters aus diesem entweichen. Luft sammelt sich beispielsweise während des Aufheizens von kaltem Wasser durch Entgasung. Durch das Entlüften sammelt sich kein Gas innerhalb des Wasserbehälters, welches beispielsweise bei der nächsten Warmwasserentnahme über die Warmwasserarmatur entnommen würde, was ein Nutzer als störend empfinden könnte. Durch ein Belüftungsventil gelangt z. B. während der Volumenvergrößerung Luft in den Behälter, so daß z. B. ein Unterdruck im Behälter oder ein Wasserrücklauf vom Entnahmeanschluß vermieden wird.By providing a vent valve connected to the upper portion of the water tank, air within the tank can escape therefrom. Air accumulates, for example, during the heating of cold water by degassing. By venting, no gas accumulates within the water tank, which would be removed, for example, at the next hot water extraction on the hot water faucet, which could feel a user disturbing. Through a vent valve z. B. during the increase in volume of air in the container, so that z. B. a negative pressure in the container or a water return from the extraction connection is avoided.
Bei einer ganz besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird der Wasserdurchfluß durch den Behälter mittels eines Durchflußdetektors erfaßt. Vorzugsweise erfolgt dies im Bereich des Kaltwasserzufuhranschlusses, so daß dieser den tatsächlichen Kaltwasserzufluß erfaßt. Von der Menge des zugeflossenen Kaltwassers hängt die Volumenausdehnung des Wassers während der Erwärmung und die anfallende Entgasungsmenge ab. Bei einer Ausgestaltung wird der Wasserdurchfluß mittels eines Strömungsschalters, beispielsweise eines Paddelschalters, kostengünstig erfaßt. Das Signal vom Strömungsschalter läßt sich vorteilhaft zur Ansteuerung der Betätigungseinrichtung einsetzen. Bei einer alternativen Ausgestaltung wird mittels eines Durchflußmengensensors die Menge des fließenden Wassers erfaßt. Bei einer Ausgestaltung wird dann mittels der Steuereinrichtung anhand der erfaßten Durchflußmenge die Betätigungseinrichtung angesteuert. Damit kann eine Volumenänderung des Behältervolumens in Abhängigkeit des tatsächlichen Bedarfs für die Warmwasserausdehnung vorgenommen werden.In a particularly advantageous embodiment, the water flow is detected by the container by means of a flow detector. This is preferably done in the region of the cold water supply connection so that it detects the actual inflow of cold water. From the amount of inflowing cold water, the volume expansion of the water during heating and the resulting degassing depends. In one embodiment, the water flow is detected by means of a flow switch, such as a paddle switch, cost. The signal from the flow switch can be advantageously used to control the actuator. In an alternative embodiment, the amount of flowing water is detected by means of a flow rate sensor. In one embodiment, the actuating device is then activated by means of the control device on the basis of the detected flow rate. Thus, a volume change of the container volume depending on the actual need for the hot water expansion can be made.
Bei dem Verfahren gemäß Anspruch 15 wird durch das Stellelement das Behältervolumen in Abhängigkeit von der zugeführten Kaltwassermenge verändert. Durch die angepaßte Volumenänderung wird der Verschleiß des Stellelements und beispielsweise Wasserdruckschwankungen bei der Entnahme von Warmwasser beschränkt.In the method according to claim 15, the container volume is changed as a function of the supplied amount of cold water by the adjusting element. Due to the adapted volume change of the wear of the control element and, for example, water pressure fluctuations in the removal of hot water is limited.
Anhand von Figuren werden Ausführungsformen der Erfindung erläutert. Es zeigen:With reference to figures, embodiments of the invention will be explained. Show it:
1 eine schematische Darstellung der Elemente eines Wasserboilers gemäß einer ersten Ausführungsform, 1 a schematic representation of the elements of a water boiler according to a first embodiment,
2 eine schematische Darstellung der Elemente eines Wasserboilers gemäß einer zweiten Ausführungsform, 2 a schematic representation of the elements of a water boiler according to a second embodiment,
3 ein Blockschaltbild einer Steuereinrichtung für einen Wasserboiler und 3 a block diagram of a control device for a water boiler and
4A bis 4C Betriebszustände eines Wasserboilers vor, während und nach der Warmwasserentnahme. 4A to 4C Operating conditions of a water boiler before, during and after hot water extraction.
1 zeigt schematisch die Elemente eines Wasserboilers. Einem Wasserbehälter 1 des Wasserboilers wird über eine Kaltwasserzulaufleitung 2 kaltes Wasser zugeführt. Der Behälter 1 ist ein offener Behälter und bei Druckaufbau im Behälter kann durch eine Warmwasserentnahmeleitung 3 Warmwasser entnommen werden. Zur Warmwasserentnahme wird an einer nicht dargestellten Wasserarmatur ein Ventil zur Frischwasserzuhr geöffnet, so daß durch die Kaltwasserleitung 2 Frischwasser in den Behälter 1 einläuft. Der Wasserzulauf wird über einen Durchflußschalter 4 an der Kaltwasserleitung 2 erfaßt. Bei Druckaufbau durch Kaltwasserzufluß wird in der Warmwasserleitung 3 das Rückschlagventil 5 (Rücklaufverhinderer) geöffnet und warmes Wasser durch die Warmwasserleitung 3 der Armatur zugeführt. Ein Entlüftungsventil 6 führt zu einer Entlüftungsöffnung an der Oberseite des Behälters 1. Das Entlüftungsventil 6 ist ein Schwimmerventil, durch das während des Druckanstiegs innerhalb des Behälters Luft entweichen kann, solange der Schwimmer im Schwimmerventil 6 die Entlüftungsöffnung nicht verschließt. Sobald innerhalb des Entlüftungsventils 6 der Wasserpegel steigt und den Schwimmer gegen die Abluftöffnung drückt, wird das Entlüftungsventil 6 verschlossen und verhindert so ein Entweichen von Wasser aus dem Behälter 1. Somit entweicht bei Zufuhr von Kaltwasser zunächst die evtl. vorhandene Luft durch das Entlüftungsventil 6, so daß im wesentlichen keine Luft in die Warmwasserleitung 3 gelangt. Sobald die Luft entwichen ist, schließt das Entlüftungsventil 6 und durch den weiteren Druckaufbau wird das Rückschlagventil 5 angehoben und Warmwasser entweicht durch die Warmwasserleitung 3. Das Entlüftungsventil 6 wirkt ebenfalls als Belüftungsventil, das durch Lufteinströmen in den Behälter 1 dem Aufbau eines Unterdrucks im Behälter 1 entgegenwirkt. 1 schematically shows the elements of a water boiler. A water tank 1 of the water boiler is via a cold water supply line 2 fed cold water. The container 1 is an open container and when pressure builds up in the container can be through a hot water extraction line 3 Hot water can be removed. For hot water extraction, a valve for fresh water clock is opened at a water fitting, not shown, so that through the cold water pipe 2 Fresh water in the container 1 enters. The water supply is via a flow switch 4 at the cold water pipe 2 detected. When pressure build up by Kaltwasserzufluß is in the hot water pipe 3 the check valve 5 (Backflow preventer) opened and warm water through the hot water pipe 3 supplied to the valve. A bleed valve 6 leads to a vent at the top of the container 1 , The bleed valve 6 is a float valve that allows air to escape during pressure rise inside the tank as long as the float in the float valve 6 not the vent closes. Once inside the bleeder valve 6 the water level rises and pushes the float against the exhaust vent, the vent valve 6 closed and thus prevents leakage of water from the container 1 , Thus, when supplying cold water initially escapes the possibly existing air through the vent valve 6 so that essentially no air in the hot water pipe 3 arrives. Once the air has escaped, the vent valve closes 6 and by the further pressure build-up, the check valve 5 raised and hot water escapes through the hot water pipe 3 , The bleed valve 6 Also acts as a vent valve, by air inflow into the container 1 the build-up of a negative pressure in the container 1 counteracts.
Weiterhin ist am Behälter 1 ein Temperatursensor 7 angeordnet, der die Warmwassertemperatur erfaßt. Anstelle des Temperatursensors 7 kann auch ein Thermostatschalter vorgesehen werden, mit dem von einem Nutzer die Solltemperatur vorgebbar ist und der bei Unterschreiten eines Temperaturbereichs einen Kontakt schließt und bei Überschreiten des vorgegebenen Temperaturbereichs den Kontakt wieder öffnet. In Abhängigkeit von der Temperatur, die vom Temperatursensor 7 gemessen wurde, bzw. durch Schalten des Thermostaten wird ein Heizstab 8 betrieben, der über ein Schütz 14 mit der Netzversorgung verbunden ist.Furthermore, on the container 1 a temperature sensor 7 arranged, which detects the hot water temperature. Instead of the temperature sensor 7 It is also possible to provide a thermostat switch with which the setpoint temperature can be predetermined by a user and which closes a contact when a temperature range falls below a value and opens the contact again when the predetermined temperature range is exceeded. Depending on the temperature of the temperature sensor 7 was measured, or by switching the thermostat is a heating element 8th operated, over a contactor 14 connected to the mains supply.
Ein Teilbereich der Behälterwand wird durch eine Membran 9 begrenzt, die mittels einer Dichtmanschette 10 gegenüber der angrenzenden, starren Behälterwand abgedichtet ist. Die flexible Membran 9 wird durch einen Stempel 12 ausgewölbt bzw. entspannt, wobei der Stempel 12 beider Ausführungsform von 1 mittels eines Elektromagneten 11 betätigt wird. Beim Ausfahren des Stempels 12 durch den Elektromagneten 11 in Richtung Behältervolumen (nach links in 1) wird das Behältervolumen entsprechend der Auswölbung der Membran 9 verkleinert. Dabei wird zugleich die Membran 9 gegenüber ihrer flachen Grundstellung gespannt, so daß bei kräftefreiem Stempel 12 dieser durch die Rückstellkraft der Membran 9 in den Elektromagneten 11 zurückgeschoben wird.A portion of the container wall is through a membrane 9 limited, by means of a sealing sleeve 10 is sealed against the adjacent, rigid container wall. The flexible membrane 9 is by a stamp 12 bulged or relaxed, the stamp 12 both embodiment of 1 by means of an electromagnet 11 is pressed. When extending the stamp 12 through the electromagnet 11 in the direction of the container volume (to the left in 1 ), the container volume corresponding to the bulge of the membrane 9 reduced. At the same time, the membrane becomes 9 stretched opposite to their flat basic position, so that when force-free stamp 12 this by the restoring force of the membrane 9 in the electromagnet 11 is pushed back.
Eine Steuereinrichtung 13 empfängt die Signale vom Durchflußschalter 4 und vom Temperatursensor 7 und steuert den Elektromagneten 11 und das Schütz 14 an. Sobald durch die Leitung 2 Kaltwasser zufließt, wird der Schalter 4 betätigt und signalisiert den Wasserzulauf der Steuereinrichtung 13. Die Steuereinrichtung 13 schaltet den Elektromagneten 11 an, der dadurch das Volumen des Behälters 1 verringert. Das hierdurch verdrängte Wasservolumen entweicht durch die Leitung 3. Sobald der Schalter 4 das Ende des Wasserzulaufs durch das Ausschaltsignal signalisiert, stellt die Steuereinrichtung 13 den Elektromagneten 11 ab und das Behältervolumen wird auf das ursprüngliche Volumen vergrößert. Während der Volumenvergrößerung dringt Luft durch das Entlüftungsventil 6 ein. Sei einer weiteren Ausführungsform wird mit zunehmender Dauer des Kaltwasserzuflusses, der durch den Schalter 4 erfaßt wird, die Ansteuerspannung für den Elektromagneten 11 erhöht, so daß die durch den Stempel 12 und die Membran 9 bewirkte Volumenverringerung mit der Zuflußzeit ansteigt.A control device 13 receives the signals from the flow switch 4 and the temperature sensor 7 and controls the electromagnet 11 and the contactor 14 at. Once through the line 2 Cold water flows, the switch becomes 4 actuates and signals the water inlet of the control device 13 , The control device 13 turns on the electromagnet 11 thereby increasing the volume of the container 1 reduced. The volume of water displaced thereby escapes through the pipe 3 , As soon as the switch 4 the end of the water supply signaled by the switch-off, provides the controller 13 the electromagnet 11 and the container volume is increased to the original volume. During the increase in volume air penetrates through the vent valve 6 one. Another embodiment is with increasing duration of the cold water inflow passing through the switch 4 is detected, the driving voltage for the electromagnet 11 increased, so that by the punch 12 and the membrane 9 caused volume reduction increases with the inflow time.
Erfaßt der Temperatursensor 7 das Unterschreiten einer unteren Temperatur eines Solltemperaturbereichs, der in der Steuereinrichtung 13 vorgegeben ist, so schaltet die Steuereinrichtung 13 das Schütz 14 und heizt das Wasser im Behälter 1 auf. Die beim Aufheizen aus dem Nasser entweichenden Gase entweichen durch das Entlüftungsventil 6 und die durch die Temperatur bedingte Volumenvergrößerung des Wassers verdrängt die Luft, die oberhalb der Wasseroberfläche und vor dem Entlüftungsventil 6 ansteht und während der Behältervolumenvergrößerung eingesaugt wurde, so daß kein Ausdehnungswasser in die Warmwasserleitung 3 läuft.Captures the temperature sensor 7 the falling below a lower temperature of a set temperature range, in the control device 13 is predetermined, the controller switches 13 the contactor 14 and heats the water in the tank 1 on. The escaping from the Nasser gases during heating escape through the vent valve 6 and the increase in volume of the water due to the temperature displaces the air which is above the water surface and in front of the venting valve 6 is present and was sucked during the container volume increase, so that no expansion water in the hot water pipe 3 running.
Bei der in 2 dargestellten, zweiten Ausführungsform eines Wasserboilers sind gegenüber der Ausführungsform von 1 der Durchflußschalter 4 durch einen Durchflußmengensensor 20, das Entlüftungsventil 6 durch ein Magnetventil 21, der Elektromagnet 11 durch einen Elektromotor 22 und der Stempel 12 mit einer Schubstange durch einen Stempel 23 mit einer Zahnradstange ersetzt. Die weiteren Elemente von 2 entsprechen denjenigen von 1 und sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Die Steuereinrichtung 13 steuert den Stellmotor 22 an, so daß sich dieser vorwärts dreht, rückwärts dreht oder in Ruhe ist. Dadurch läßt sich die Zahnstange des Stempels 23 über einen vorgegebenen Stellweg verschieben. Über den Stellweg des Stempels 23 wird wiederum die Volumenänderung einstellbar.At the in 2 illustrated, the second embodiment of a water boiler are compared to the embodiment of 1 the flow switch 4 through a flow rate sensor 20 , the vent valve 6 through a solenoid valve 21 , the electromagnet 11 by an electric motor 22 and the stamp 12 with a push rod by a stamp 23 replaced with a gear rack. The other elements of 2 correspond to those of 1 and are designated by the same reference numerals. The control device 13 controls the servomotor 22 so that it turns forward, turns backwards or is at rest. This allows the rack of the punch 23 move over a preset travel. About the travel of the stamp 23 in turn, the volume change is adjustable.
Während des Zulaufs von Frischwasser durch die Kaltwasserleitung 2 erfaßt der Durchflußmengensensor die tatsächlich in den Behälter 1 zugelaufene Frischwassermenge. Noch während des Frischwasserzulaufs berechnet die Steuereinheit 13 aus der Frischwassermenge die während der Aufheizung zu erwartende Volumenausdehnung des Frischwassers und verkleinert mittels des Stellmotors 22 das Behältervolumen um zumindest die maximal zu erwartende Volumenausdehnung des Frischwassers. Somit wird während des Zulaufs in Abhängigkeit von der Zulaufzeit und der Zulaufgeschwindigkeit das Behältervolumen kontinuierlich verringert. Die maximale Volumenverkleinerung des Behältervolumens wird dann erreicht, wenn die zugeführte Frischwassermenge dem Innenvolumen des Behälters 1 entspricht. Daher ergibt sich ein maximaler Verstellweg des Stempels 23. Das Ausdehnungsvolumen des zugelaufenen Frischwassers wird anhand der Zulauftemperatur und der eingestellten Solltemperatur unter Berücksichtigung des Ausdehnungskoeffizienten des Wasser berechnet. Statt dessen kann für einen oder beide Werte ein Minimal- bzw. Maximalwert angenommen werden.During the supply of fresh water through the cold water pipe 2 the flow rate sensor actually detects the container 1 Accumulated amount of fresh water. Even during the fresh water intake, the control unit calculates 13 from the amount of fresh water to be expected during the heating volume expansion of the fresh water and reduced by means of the servomotor 22 the container volume by at least the maximum expected volume expansion of the fresh water. Thus, the container volume is continuously reduced during the feed as a function of the feed time and the feed rate. The maximum volume reduction of the container volume is achieved when the amount of fresh water supplied to the internal volume of the container 1 equivalent. This results in a maximum adjustment path of the stamp 23 , The expansion volume of the incoming fresh water is calculated on the basis of the inlet temperature and the set target temperature, taking into account the expansion coefficient of the water. Instead, a minimum or maximum value can be assumed for one or both values.
Nachdem der Wasserzulauf beendet ist, zieht der Elektromotor 22 den Stempel 23 zurück und vergrößert das Behältervolumen wieder. Gleichzeitig mit dem Zurückziehen des Stempels 23 wird das Magnetventil 21 geöffnet und Luft strömt in den Behälter 1. Während der Aufheizphasen zum Erhitzen des Wassers mit dem Heizstab 8 wird das Magnetventil 21 ebenfalls geöffnet, sodaß die aus dem erwärmten Wasser entweichenden Gase und die durch die Wasserausdehnung verdrängte Luft aus dem Behälter 1 entweichen kann. Mit dem Abschalten des Heizstabs 8 wird das Magnetventil 21 wieder verschlossen. Durch das Einleiten von Luft über das Magnetventil 21 unmittelbar anschließend an die Frischwasserzufuhr steht während der Aufwärmphase immer ein ausreichend großes Luftpolster innerhalb des Wasserbehälters 1 zur Verfügung, so daß durch die Wasserausdehnung beim Aufheizen kein Wasser durch das Magnetventil 21 austreten kann. Wird jedoch während des Aufheizens die Frischwasserzufuhr geöffnet, so wird das Magnetventil 21 verschlossen.After the water supply is finished, the electric motor pulls 22 the stamp 23 back and increases the container volume again. Simultaneously with the withdrawal of the stamp 23 becomes the solenoid valve 21 opened and air flows into the container 1 , During the heating phases to heat the water with the heating element 8th becomes the solenoid valve 21 also open, so that the gases escaping from the heated water and the air displaced by the expansion of water from the container 1 can escape. With the shutdown of the heating element 8th becomes the solenoid valve 21 closed again. By introducing air through the solenoid valve 21 immediately after the fresh water supply is always a sufficiently large air cushion within the water tank during the warm-up 1 available, so that by the water expansion during heating no water through the solenoid valve 21 can escape. However, if the fresh water supply is opened during the heating, so the solenoid valve 21 locked.
Anstelle des Magnetventils 21 kann auch das Entlüftungsventil 6 des ersten Ausführungsbeispiels vorgesehen sein. Umgekehrt kann anstelle des Entlüftungsventils 6 der ersten Ausführungsform das Magnetventil 21 vorgesehen sein. Schließlich kann auch bei der zweiten Ausführungsform von 2 anstelle des Durchflußmengensensors 20 ein Durchflußschalter 4 vorgesehen sein, wobei hier dann eine mittlere Zulaufmenge angenommen wird, sobald der Durchflußschalter 4 betätigt wird.Instead of the solenoid valve 21 can also use the vent valve 6 be provided of the first embodiment. Conversely, instead of the vent valve 6 the first embodiment, the solenoid valve 21 be provided. Finally, in the second embodiment of 2 instead of the flow rate sensor 20 a flow switch 4 be provided, in which case an average feed quantity is assumed, as soon as the flow switch 4 is pressed.
3 zeigt eine weitere Ausführungsform des Schaltungsaufbaus einer Steuereinrichtung für einen Boiler. Ein Durchflußschalter 4' mit 2 Kontakten wird bei zuströmendem Kaltwasser geschaltet. Über den ersten Kontakt wird dadurch die Netzspannung vom Netz 30 an einen Elektromagneten 11 angelegt, der entsprechend 1 das Behältervolumen verringert. Der zweite Kontakt des Durchflußschalters 4' führt die Netzspannung an einen zweiten Kontakt eines Thermostaten 7'. Bei Durchfluß ist der zweite Kontakt des Durchflußschalters 4' offen, so daß bei Durchfluß ein Magnetventil 21' geschlossen ist. Durch einen ersten Kontakt des Thermostaten 7' wird ein Schütz 14' für einen Heizstab betätigt, so daß das Wasser im Boiler erwärmt wird. Gleichzeitig mit dem Einschalten der Heizung wird der zweite Kontakt des Thermostaten 7' geschlossen, so daß während des Aufheizens, wenn kein Durchfluß vorhanden ist, das Magnetventil 21' geöffnet ist. In diesem Fall wird der Behälter des Boilers erst dann belüftet, wenn die Heizung eingeschaltet wird. Nach der Beendigung der Frischwasserzufuhr wird der Elektromagnet 11' abgeschaltet. Da bei abgestellter Heizung auch das Magnetventil 21' geschlossen ist, kehrt die Membran aufgrund des im Behälter entstehenden Unterdrucks nur geringfügig in Richtung Grundstellung zurück. Erst nach dem Öffnen des Magnetventils 21' gelangt Luft in den Behälter, so daß sich die Membran in ihre Grundstellung und dabei den Stempel des Elektromagnets 11' in dessen Grundstellung zurückbewegt. 3 shows a further embodiment of the circuit structure of a controller for a boiler. A flow switch 4 ' With 2 Contacts is switched on incoming cold water. Over the first contact thereby the mains voltage from the net 30 to an electromagnet 11 created accordingly 1 the container volume decreases. The second contact of the flow switch 4 ' leads the mains voltage to a second contact of a thermostat 7 ' , At flow is the second contact of the flow switch 4 ' open, so that at flow a solenoid valve 21 ' closed is. Through a first contact of the thermostat 7 ' becomes a contactor 14 ' operated for a heating element, so that the water is heated in the boiler. Simultaneously with the switching on of the heating becomes the second contact of the thermostat 7 ' closed, so that during heating, if no flow is present, the solenoid valve 21 ' is open. In this case, the tank of the boiler is not ventilated until the heating is switched on. After the completion of the supply of fresh water, the electromagnet 11 ' off. As with turned off heating, the solenoid valve 21 ' is closed, the membrane returns only slightly towards the home position due to the negative pressure arising in the container. Only after opening the solenoid valve 21 ' Air enters the container, so that the membrane in its normal position and thereby the punch of the electromagnet 11 ' moved back to its basic position.
Die 4A bis 4C zeigen einen exemplarischen Ablauf der Boilerzustände vor, während und nach der Warmwasserentnahme. In 4A ist ein Gleichgewichtszustand erreicht. Das Wasser ist erwärmt, die Luft aus dem Boiler durch das Entlüftungsventil 6 im wesentlichen entwichen und das Rückschlagventil 5 aufgrund des Wasserdrucks zwischen der Armatur und dem Wasserbehälter 1 geschlossen. Der Stempel 12 und die Membran 9 sind in ihrer Grundstellung. 4B zeigt den Zustand während des Frischwasserzulaufs. Frischwasser strömt durch die Leitung 2 ein und aufgrund des Druckaufbaus im Behälter strömt Wasser durch die Leitung 3 aus. Dabei wird das Rückschlagventil 5 durch den leichten Überdruck angehoben und geöffnet. Durch das am Schwimmer anstehende Wasser wird das Entlüftungsventil 6 geschlossen. Gleichzeitig wird der Stempel 12 auf die Membran 9 gedrückt, so daß das Behältervolumen abnimmt und die verdrängte Wassermenge durch die Leitung 3 entweicht. 4C zeigt den Zustand, nachdem die Frischwasserzufuhr abgestellt wurde. Durch die Wassersäule in der Leitung 3 wird das Rückschlagventil 5 verschlossen. Der Stempel 12 wird zurückgezogen, so daß sich die Membran 9 in ihre Grundstellung bewegt. Durch die Volumenvergrößerung im Behälter 1 baut sich ein leichter Unterdruck auf, so daß der Wasserspiegel fällt und durch das geöffnete Entlüftungsventil 6 Luft eindringt. Dabei fällt der Wasserspiegel weiter, bis die Membran 9 ihre Grundstellung erreicht hat. 4D zeigt den Zustand während der Aufwärmephase. Das Wasser wird erhitzt, so daß sich das Wasservolumen vergrößert und Gase aus dem zugeführten Frischwasser entweichen. Der Wasserspiegel steigt und die oberhalb des Wasserspiegels befindliche Luft und die aus dem Wasser entweichenden Gase strömen durch das Entlüftungsventil 6 nach außen. Bei maximaler Erwärmung des Wassers wird schließlich wieder der Ausgangszustand von 4A erreicht.The 4A to 4C show an exemplary sequence of boiler conditions before, during and after hot water extraction. In 4A an equilibrium state is reached. The water is heated, the air from the boiler through the vent valve 6 essentially escaped and the check valve 5 due to the water pressure between the valve and the water tank 1 closed. The Stamp 12 and the membrane 9 are in their basic position. 4B shows the condition during the fresh water intake. Fresh water flows through the pipe 2 a and due to the pressure build-up in the container water flows through the pipe 3 out. In this case, the check valve 5 lifted and opened by the slight overpressure. By the pending on the float water is the vent valve 6 closed. At the same time the stamp 12 on the membrane 9 pressed so that the container volume decreases and the displaced amount of water through the line 3 escapes. 4C shows the condition after the fresh water supply has been turned off. Through the water column in the pipe 3 becomes the check valve 5 locked. The Stamp 12 is withdrawn so that the membrane 9 moved to their basic position. Due to the increase in volume in the container 1 builds a slight negative pressure, so that the water level drops and through the open vent valve 6 Air enters. The water level continues to fall until the membrane 9 has reached their basic position. 4D shows the condition during the warm-up phase. The water is heated so that the volume of water increases and gases escape from the supplied fresh water. The water level rises and the air above the water level and the gases escaping from the water flow through the vent valve 6 outward. At maximum heating of the water is finally back to the initial state of 4A reached.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
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11
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Wasserbehälterwater tank
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22
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Wasserzulaufwater supply
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33
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WarmwasserentnahmeleitungHot water extraction line
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4, 4'4, 4 '
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Durchflußschalterflow switch
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55
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RücklaufverhindererReturn inhibitor
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66
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Entlüftungsventilvent valve
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77
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Temperatursensortemperature sensor
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7'7 '
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Thermostatschalterthermostat switch
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88th
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Heizstabheater
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99
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Membranmembrane
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1010
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Dichtmanschettesealing sleeve
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11, 11'11, 11 '
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Elektromagnetelectromagnet
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1212
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Stempelstamp
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1313
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Steuereinrichtungcontrol device
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14, 14'14, 14 '
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Schützcontactor
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2020
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Durchflußmengensensorflow sensor
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21, 21'21, 21 '
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Magnetventilmagnetic valve
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2222
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Elektromotorelectric motor
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2323
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Stempelstamp
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3030
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Netzanschlußmains connection
