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Die
Erfindung betrifft einen Rücklauftemperaturbegrenzer
mit Startfunktion insbesondere zur Regelung eines Wohnungswärmezentrums.
Dabei wird die Verkürzung
der Todzeit nach Anlagenstillstand durch Zwangskühlung mit dem zu beheizenden
Medium erreicht.
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Gemäß des Standes
der Technik sind diverse technologische und technische Lösungen gegeben,
welche eine Trinkwassererwärmung über einen Wärmetauscher
mit Hilfe der Regelung der Vorlauftemperatur ausführen. Dabei
ist immer im Wesentlichen der Nachteil gegeben, dass dies eine thermische
Lösung
darstellt und somit eine entsprechende große Trägheit des Kreislaufes vorhanden
ist. Es sind zum Beispiel Proportionsregler bekannt, welche über eine
Membran, wobei diese mit dem kalten Wasser beaufschlagt wird, und über einen
dementsprechenden vorhandenen Stößel eine Öffnung oder Schließung eines
Ventilbereiches ausführt.
Dabei ist der hohe ökonomische
mechanische Aufwand als Nachteil zu betrachten. Gerade diese Nachteile
des gegebenen Standes der Technik setzen das Ziel der erfinderischen
Lösung
voraus, dass es hier zu einer technischen Ausführung kommen sollte, welche
mit geringem technischen Aufwand den wesentlichen Nachteil des Standes
der Technik – die
hohe Trägheit des
Systems – verbessert.
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Es
ist eine Patentschrift
DE 199
07 509 „Verfahren
zur Regelung einer Fernwärmetherme
und Regelsystem zur Durchführung
dieses Verfahrens" bekannt.
Dabei betrifft diese Erfindungsanmeldung ein Verfahren zur Regelung
einer Fernwärmetherme unter
Verwendung eines Wärmetauschers,
der über einen
Primärkreis
an das Fernheizwerk angeschlossen und über einen Sekundärkreis mit
dem Verbraucher verbunden ist, wobei die Durchflussmenge im Primärkreis in
Abhängigkeit
der Menge und Temperatur des entnommenen Warmwassers geregelt wird. Die
dazugehörige
Vorrichtung ist über
ein entsprechendes Regelsystem, welches über Federkraft oder Membrankräfte arbeitet,
ausgeführt.
Nachteilig dieses Systems ist, dass die Durchflussmenge im Primärkreis in
Abhängigkeit
der Menge der Temperatur des entnommenen Warmwassers geregelt wird.
Daraus lässt
sich ein schlechtes Ansprechverhalten in der Startphase des Regelsystems
hervorrufen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, einen Rücklauftemperaturbegrenzer
mit Startfunktion insbesondere zur Regelung eines Wohnungswärmezentrums zu
finden, welcher die Nachteile des Standes der Technik beseitigt
und dabei die Wasseraufbereitung über einen Wärmetauscher in Abhängigkeit
mit der Zuführung
des jeweiligen Kaltwassers realisiert.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe dadurch gelöst,
dass ein Rücklauftemperaturbegrenzer
mit Startfunktion insbesondere zur Regelung eines Wohnungswärmezentrums
gemäß des Hauptanspruches 1
und seiner beschreibenden Untermerkmale ausgeführt ist. Dabei ist ein Wärmeaustauschkreislauf über einen
Wärmetauscher
gegeben, wo auf der Primärseite
ein Wärmevorlauf
und -rücklauf
zur Energieübertragung
anliegt und auf der Sekundärseite
ein Kaltwasser- und Warmwasseranschluss gegeben sind. Durch diese
energetische Umwandlung wird das Kaltwasser zu Warmwasser für das einzuspeisende
Wohnungswärmezentrum
erwärmt.
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Erfindungsgemäß wird im
Rücklauf
von dem Wärmetauscher
ein Thermostatventil angeordnet. Mit diesem Thermostatventil wird
eine entsprechend definierte, vorgegebene Temperatur, zum Beispiel
35 °C, eingestellt.
Des Weiteren kann ein Temperaturbereich von 10 bis 90 °C über den
erfinderischen Rücklauftemperaturbegrenzer
mit Startfunktion einstellt werden. Dabei wird ein thermischer Kontakt
bei den in sich geschlossenen Kreisläufen eines Rücklaufes und
des Kaltwassers eines Wärmetauschers
so ausgeführt,
dass an der thermischen Kontaktstelle dieser beiden Kreisläufe eine
Kapillarflüssigkeit
angeordnet ist, welche in direktem Zusammenhang zu einem Thermostatventil
steht. Bei einer thermischen Veränderung
beider Temperaturen des Rücklaufes
bzw. des Kaltwassers wird über
die Kapillarflüssigkeit
eine Ausdehnung oder ein Zusammenziehen dieser Flüssigkeit
erwirkt und somit an dem angeschlossenen Thermostatventil eine Ventilbewegung
ausgeführt. Das
Thermostatventil ist erfindungswesentlich in dem Rücklauf des
Wärmetauschers
angeordnet. Diese thermische Kontaktstelle zwischen den beiden in sich
geschlossenen Kreisläufen
des Rücklaufes
und des Kaltwassers eines Wärmetauschers
kann in verschiedenen Bauformen ausgeführt werden. Dabei ist es möglich, eine
Parallelrohrleitung auszuführen.
In dieser Parallelrohrleitung wird zwischen den beiden thermisch
getrennten Kreisläufen
die Anordnung der Kapillarflüssigkeit
ausgeführt,
welche direkt über
eine Kapillarleitung an ein Thermostatventil angeordnet ist. Des
Weiteren ist auch eine Anordnung direkt in dem Wärmetauscher vorhanden. Die
thermische Kontaktstelle wird unmittelbar bei dem Zusammentreffen
in dem Wärmetauscher
des Rücklaufes
und des Kaltwassers ausgeführt
und über
die Kapillarflüssigkeit
und die Kapillarflüssigkeitsleitung
an ein Thermostatventil weitergeleitet. Erfindungswesentlich ist dabei,
dass die Ferngeberkammer in den Rücklauf geschaltet ist. Dabei
ist die Ferngeberkammer in Form eines Kreuzrohres ausgefertigt,
und diese Ferngeberkammer in Form eines Kreuzrohres wird mit zwei
unterschiedlichen Medien in jeweils geschlossenen Kreisläufen, welche
nicht miteinander verbunden sind, durchflossen. In dieser Ferngeberkammer
ist eine äußere und
innere Ringkammer gegeben, welche diese Medientrennung durchführt. Dabei
ist es wesentlich, dass zwischen der äußeren und inneren Ringkammer
ein Zwischenraum gegeben ist, welcher eine Kapillarflüssigkeit
beinhaltet. Diese Kapillarflüssigkeit
wird über
eine Kapillarflüssigkeitsleitung
in direkter Verbindung zu dem Thermostatventil geführt.
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Die
Kapillarflüssigkeit
ist in jedem Fall nach den gesetzlichen Bestimmungen für Genussmittel zugelassen,
und somit ist eine Unbedenklichkeit gegeben, wenn es zu einer Havarie
in dem bestehenden Kreuzrohr als Ferngeberkammer kommen sollte und
ein direkter Kontakt mit dem gegebenen Trinkwasser besteht.
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Es
wird über
das Ausdehnungsgefäß des Thermostatventils
bekannter Bauart, worin die gleiche Kapillarflüssigkeit wie zwischen den Ringkammern
in der Kapillarflüssigkeitsleitung
enthalten ist, auf bestimmte Temperaturveränderungen anhand des beigeschalteten
Ventils des Thermostatventils reagiert. Durch das Kreuzrohr als
Ferngeberkammer dringt das Medium des Rücklaufes in den größeren Bereich
des getrennten Kreuzrohres. Des Weiteren wird das zu erwärmende Kaltwasser über die äußere Ringkammer
in das getrennte Kreuzrohr als Ferngeberkammer eingeleitet. Somit
entsteht eine direkte thermische Verbindung zwischen dem Kaltwasser und
dem Rücklauf
von Seiten des Wärmetauschers. Die
Kapillarflüssigkeit,
welche in dem Zwischenraum der Ringkammern bis hin zum Thermostatventil
bei dessen Ausdehnungsgefäß beinhaltet
ist, reagiert auf entsprechende Temperaturveränderungen sowie Ausdehnung
und Verengung seiner Volumengröße. Somit
entsteht eine automatische Stellwirkung auf das Ventil des Thermostatventils,
welches Einfluss auf den Durchfluss des Rücklaufes des Wärmeenergieträgers hat.
Der Rücklauf
durchströmt
den inneren Bereich der innere Ringkammer. Das eingeführte Kaltwasser
fließt über die äußere Ringkammer
durch das Kreuzrohr als Ferngeberkammer. Dabei wird durch die Temperatureinwirkung über die äußere Ringkammer
und der gegebenen Temperatur durch den Rücklauf aus der inneren Ringkammer
eine entsprechende Kapillarflüssigkeitsveränderung
erwirkt, welche sich direkt auf das zugeschaltete Thermostatventil
und die gegebene Ventilstellung auswirkt. Hierbei sind die wesentlichen
erfinderischen Vorteile gegeben, dass durch den direkten Zusammenhang
der Temperatur des Kaltwassers mit der Rücklauftemperatur des Energieträgers in
den meisten Fällen
durch den Rücklauf
der Heizungsanlage über
den Wärmetauscher
eine Regelung des Warmwassers ausgeführt wird. Erreicht wird durch
diesen direkten thermischen Kontakt des Kaltwassers mit dem Rücklauf des Wärmeenergieträgers, z.
B. Heizung, eine so genannte Startfunktion für die Erwärmung des Kaltwassers zum Warmwasser,
eine entsprechende Begrenzung durch Einstellung einer bestimmten
Thermostattemperatur, eine konstante Wärmehaltung des vorhandenen
Warmwassers und eine diesbezügliche Regelung
immer unter Abhängigkeit
des Rücklaufes des
Wärmeenergieträgers über den
Wärmetauscher in
direktem Zusammenhang mit der Zuführung des Kaltwassers.
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Die
erfinderische Lösung
wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert, wobei vier
Figuren gegeben sind.
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1 – Blockschaltbild „Wohnungswärmezentrum"
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2 – allgemeine
Schaltung „Ferngeberkammer
und Thermostatventil"
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3 – Ferngeberkammer
in Form eines Kreuzrohres
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3a – Draufsicht
auf das Kreuzrohr als Ferngeberkammer
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1 zeigt
ein Blockschaltbild einer technischen Anwendung des Rücklauftemperaturbegrenzers
mit Startfunktion insbesondere für
die Anwendung in einer Wohnungswärmezentrale.
Dabei ist ein Wärmetauscher 2 gegeben,
welcher an der Primärseite
mit dem Vorlauf VL und dem Rücklauf
RL, zum Beispiel Heizungswasser, ausgeführt ist. An der Sekundärseite ist
eine Kaltwasserzufuhr KW und ein Abgang Warmwasser WW gegeben. Erfindungswesentlich
wird nun im Rücklauf
RL von Seiten des Wärmetauschers 2 ein
Thermostatventil 10 angeordnet. Nachfolgend ist eine Ferngeberkammer 1 über den Regelmedium
Eintritt 7 und den Regelmedium Austritt 8 durchflossen.
Diese Ferngeberkammer 1 wird ebenfalls mit dem Kaltwassereintritt 9 und
Kaltwasseraustritt 11 durchflossen. Dabei werden die beiden Medien
durch eine beinhaltete innere und äußere Ringkammer 4 und 5 in
dem Kreuzrohr als Ferngeberkammer 1 getrennt. Erfindungswesentlich
ist hierbei, dass eine Regelung des Rücklaufes RL von Seiten des
Wärmetauschers 2 über ein
Thermostatventil 10 in thermischem Zusammenhang mit einem
Kaltwassereintritt 9 im Kreuzrohr als Ferngeberkammer 1 stattfindet.
Die Ferngeberkammer 1 ist mit dem Thermostatventil 10 über eine
Kapillarflüssigkeitsleitung 3 verbunden.
In den nachfolgenden Ausführungen
wird die Regelfunktion bei einer entsprechenden Abnahme von Warmwasser
WW von Seiten eines Kunden nochmals erläutert.
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2 zeigt
einen allgemeinen Aufbau einer Ferngeberkammer 1 im Zusammenhang
mit dem Thermostatventil 10. Dabei ist es möglich, beide Komponenten
unmittelbar verbunden auszuführen. Der
Regelfall ist jedoch, dass die beiden wesentlichen Bestandteile
der Rücklauftemperaturbegrenzung
mit Startfunktion nicht direkt miteinander verbunden sind. Die eigentliche
Verbindung besteht nur über
die Kapillarflüssigkeitsleitung 3.
Zwischen der Ferngeberkammer 1 und dem Thermostatventil 10 ist dann
eine vorgegebene, je nach Bebauungsart vorhandene Rohrleitung eingeführt. Das
Thermostatventil 10 ist über ein Ventil 16 direkt
in den Rücklauf RL
von Seiten des Wärmetauschers 2 regeltechnisch angeordnet.
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Aus
der 3 ist ein Querschnitt einer Ferngeberkammer 1 in
Form eines Kreuzrohres gegeben. Dieses ist entsprechend seiner Ausführungsform
in bekannter Bauart gefertigt, wobei dabei wesentlich ist, dass
in Durchflussrichtung über
den Regelmedium Eintritt 7 hin zum Regelmedium Austritt 8 seitlich innerhalb
des Kreuzrohres als Ferngeberkammer 1 eine äußere bzw.
innere Ringkammer 4 und 5 angeordnet sind. Diese äußere und
innere Ringkammer 4 und 5 sind über eine
entsprechende feste Verbindung, vorteilhafterweise eine Lötverbindung 12,
an dem jeweiligen Ende am Gehäuse
des Kreuzrohres als Ferngeberkammer 1 befestigt. Zwischen
der äußeren Ringkammer 4 und
der inneren Ringkammer 5 ist ein Zwischenraum vorhanden,
welcher eine Kapillarflüssigkeit 6 beinhaltet.
An diesem Zwischenraum über
die äußere Ringkammer 4 wird
eine Kapillarflüssigkeitsleitung 3 angebracht,
um die Volumenveränderung
der Kapillarflüssigkeit 6 im
Zwischenraum der äußeren und
inneren Ringkammer 4 und 5 zu übertragen. Diese Kapillarflüssigkeitsleitung 3 ist
somit mit der gleichen Kapillarflüssigkeit 6 beinhaltet,
wobei die Kapillarflüssigkeitsleitung 3 direkt
in ein bestehendes Thermostatventil 10 bekannter Bauart
eingeführt
ist. In dem Thermostatventil 10 wird die Kapillarflüssigkeitsleitung 3 direkt
an einem bestimmten Ausdehnungskörper,
welcher vorgegeben ist, angeschlossen, um somit die Volumenänderung
der Kapillarflüssigkeit 6 an
dem Thermostatventil 10 dahingehend in eine entsprechende
Ventilstellung umzusetzen. Die äußere und
innere Ringkammer 4 und 5 sind vorzugsweise aus
Kupfer gefertigt. Die Kapillarflüssigkeit 6 ist
weiterhin durch eine Genussmittelzulassung gekennzeichnet, damit
bei eventuellem Havariefall im Kreuzrohr als Ferngeberkammer 1 keine Beeinträchtigung
der Qualität
des Trinkwassers, welches über
den Kaltwassereintritt 9 und den Kaltwasseraustritt 11 das
Kreuzrohr als Ferngeberkammer 1 durchfließt, entsteht.
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In
der 3a ist eine Draufsicht des Kreuzrohres als Ferngeberkammer 1 dargestellt.
Dabei ist erkennbar, dass der Kaltwassereintritt 9 bis
hin zum Kaltwasseraustritt 11 die äußere Ringkammer 4 umfließt und somit
eine Temperatureinwirkung auf die bestehende Kapillarflüssigkeit 6 stattfindet.
Der Regelmediumeintritt 7 fließt durch die bestehende Messkammer 15 hin
bis zum Regelmediumaustritt 8. Diese Temperaturbeeinflussung über die
innere Ringkammer 5 wird ebenfalls auf die Kapillarflüssigkeit 6 regelwirksam übertragen.
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Folgende
Funktionen sind mit der erfinderischen Lösung realisierbar:
- – doppeltes,
temperaturabhängig
gesteuertes Öffnen
und Schließen
einer flüssigkeitsgeführten Versorgerleitung
- – Regelung
und Begrenzung der Temperatur des Rücklaufes RL auf einen eingestellten
Sollwert
- – Warmhaltefunktion
mittels kurzzeitiger Querschnittsfreigabe des Heizmediumstromes
bei Absinken der Heizmediumtemperatur des Rücklaufes RL unter einen eingestellten
Sollwert
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Der
konstruktive Aufbau ist in der diesseitig genannten Beschreibung
bereits zu den 1 bis 3a geschildert.
Ein entsprechender Funktionsablauf gestaltet sich folgendermaßen. Dabei
sind vier gegebene Funktionsphasen möglich.
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Phase 1:
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Gerätestillstand (kein Energiebedarf
für Heizung und/oder
Trinkwassererwärmung)
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Die
Heizwassertemperatur in der Messkammer 15 in der Ferngeberkammer 1 wird über das Thermostatventil 10 auf
einen eingestellten Sollwert, zum Beispiel 35 °C, gehalten. Wenn der Sollwert überschritten
wird, schließt
das Ventil 16 des Thermostatventils 10. Eine Abkühlung der
Anlage erfolgt durch Energieabgabe an die Umgebung. Bei Unterschreitung
des Sollwertes wird das Ventil 16 des Thermostatventils 10 geöffnet. Durch
diesen Prozess wird eine Schnellstartphase vorgehalten.
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Phase 2:
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Es
wird eine Warmwasserabnahme WW durch einen Kunden durchgeführt. Dabei
beginnt das Kaltwasser KW sprunghaft zu fließen, wobei dieses Kaltwasser
KW über
den Kaltwassereintritt 9 hin zum Kaltwasseraustritt 11 in
die Ferngeberkammer 1 an der äußeren Ringkammer 4 entlang
strömt.
Das zweite Medium in der Ferngeberkammer 1 steht durch
das geschlossene Ventil 16 des Thermostatventils 10 im
Rücklauf
RL still. Durch die Abkühlung, welche
sich jetzt aus der Temperaturdifferenz der beiden Medien ergibt,
und der dadurch direkten Einwirkung auf die Kapillarflüssigkeit 6 hin
zum Temperaturbereich des Kaltwassers KW wird die Kapillarflüssigkeit 6 zusammengezogen,
und es erfolgt eine Öffnung
des Ventils 16 in dem Thermostatventil 10. Somit
durchströmt
das Regelmedium das Kreuzrohr als Ferngeberkammer 1.
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Durch
die bestehende Temperaturveränderung,
die Durchströmung
des Regelmediums und des Kaltwassers KW im Kreuzrohr als Ferngeberkammer 1 wird
automatisch der Zustand der Kapillarflüssigkeit 6 in dem
Zwischenraum der äußeren Ringkammer 4 und
der inneren Ringkammer 5 beeinflusst. Schlussfolgernd daraus
wird ein resultierender Sollwert über das Ventil 16 des
Thermostatventils 10 ausgeführt.
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Phase 3:
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Die
Warmwasserabnahme WW durch einen Kunden wird ohne Unterbrechung
in verschiedenen Mengen ausgeführt.
Während
dieser Betriebsphase der Anlage eines Wohnungswärmezentrums ist der Einfluss
des Regelmediums in der Messkammer 15 mit Auswirkung auf
die Kapillarflüssigkeit 6 viel
größer als
der Einfluss des durchfließenden
Kaltwassers KW, so dass die eigentlich zu regelnde Größe des Rücklaufes
RL auf den eingestellten Sollwert konstant gehalten bleibt.
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Phase 4:
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Wird
nun eine Unterbrechung der Warmwasserabnahme WW durch einen Kunden
durchgeführt, steigt
die Rücklauftemperatur
des Regelmediums in dem Kreuzrohr als Ferngeberkammer 1 sprunghaft an,
und das Ventil 16 des Thermostatventils 10 wird entsprechend
des Verhaltens eines P-Reglers geschlossen.
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Grundsätzlich kann
also davon ausgegangen werden, dass ein jeweiliges Ventil 16 des
Thermostatventils 10 vom Zustand der Kapillarflüssigkeit 6 über die
Kapillarflüssigkeitsleitung 3 bis
zum Ausdehnungsgefäß im Thermostatventil 10 abhängig ist. Dabei
ist wesentlich, wie sich die jeweiligen Temperaturen zueinander
durch die Einführung
des Kaltwassers KW und die Durchströmung des Rücklaufes RL verhalten. Dabei
wird beim Zusammenziehen der Kapillarflüssigkeit 6, d. h.
also kältere
Temperatur als ein bestimmter Sollwert, das Ventil 16 geöffnet und
in umgekehrter Weise geschlossen.
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- 1
- Kreuzrohr
als Ferngeberkammer
- 2
- Wärmetauscher
- 3
- Kapillarflüssigkeitsleitung
- 4
- äußere Ringkammer
- 5
- innere
Ringkammer
- 6
- Kapillarflüssigkeit
- 7
- Regelmedium
Eintritt
- 8
- Regelmedium
Austritt
- 9
- Kaltwassereintritt
- 10
- Thermostatventil
- 11
- Kaltwasseraustritt
- 12
- feste
Verbindung
- 15
- Messkammer
- 16
- Ventil
(Regelventil)
- VL
- Vorlauf
- RL
- Rücklauf
- KW
- Kaltwasser
- WW
- Warmwasser