DE102004031789A1

DE102004031789A1 - Heizeinrichtung, insbesondere Wasserheizeinrichtung

Info

Publication number: DE102004031789A1
Application number: DE200410031789
Authority: DE
Inventors: Jens Dertenkoetter
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-07-01
Filing date: 2004-07-01
Publication date: 2005-11-03

Abstract

Es wird eine Heizeinrichtung, insbesondere Wasserheizeinrichtung, vorgeschlagen, mit einem Primärwärmeübertrager (11), der an einen Heizkreis (12) angeschlossen ist, und mit einem Sekundärwärmeübertrager (21), an dessen Primäseite der Heizkreis (12) und an dessen Sekundärseite ein Sekundärkreis (24) mit einem zu erwärmenden Fluid angeschlossen sind. Im Primärkreis (12) zirkuliert ein von einer Umwälzpumpe (15) angetriebenes und vom Primärwärmeübertrager (11) erwärmtes Fluid. Dem Heizkreis (12) ist ein Antrieb (31) zugeordnet, der von dem im Heizkreis (12) zirkulierenden Fluid angetrieben wird. Der Antrieb (31) treibt eine Pumpe (32) an, die das zu erwärmende Fluid im Sekundärkreis (24) umwälzt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Heizeinrichtung, insbesondere Wasserheizeinrichtung, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Wasserheizeinrichtung beispielsweise zur Brauchwassererwärmung weisen einen von einer Heizeinrichtung erwärmtes Heizwasser eines Heizkreises auf, das über einen Wärmeübertrager auf einen Sekundärkreis, einem sogenannten Ladekreis übertragen wird. Der Heizkreis stellt dabei einen Primärkreis bezüglich des Wärmeübertragers dar, in dem eine Umwälzpumpe zur Umwälzung des Heizwassers angeordnet ist. Der Sekundärkreis steht als Ladekreis mit einem Trinkwasserspeicher in Verbindung, wobei im Sekundärkreis eine zweite Umwälzpumpe zum Übertragen des erwärmten Ladewassers des Sekundärkreises auf den Trinkwasserspeicher vorgesehen ist (Das Danfoss Journal 1/1991, Seite 14/15).

Aus DE 42 21668 C2 ist bereits eine Schichtenspeicher-Anordnung mit einem Gegenstromwärmeübertrager zur Erwärmung von Brauchwassers bekannt, bei dem eine Hydroturbine bzw. Wassermotor eine Pumpe antreibt. Die Hydroturbine ist dabei in eine Brauchwasserleitung und die Pumpe in einen Ladekreis des Schichtenspeichers eingebunden. Die mittels der Hydroturbine angetriebene Pumpe fördert heißes Speicherwasser aus dem Schichtenspeicher durch den Gegenstromwärmeübertrager, in dem das Brauchwasser auf der Sekundärseite erwärmt und das Speicherwasser auf der Primärseite abgekühlt wird. Die Hydroturbine und die Pumpe sind über eine Magnetkupplung verbunden. Eine Kopplung des Brauchwasserkreises mit einem Heizkreis eines Heizgerätes über die Hydroturbine und die Pumpe ist dabei nicht vorgesehen.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Heizeinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass nur eine einzige Umwälzpumpe für den Heizkreis notwendig ist, mit der sowohl das Fluid im Heizkreis als auch das zu erwärmende Fluid im Sekundärkreis umgewälzt wird. Ein elektrischer Antrieb für die Umwälzung des zu erwärmenden Fluids im Sekundärkreis entfällt. Durch die Einsparung des Elektromotors wird außerdem der Wirkungsgrad der Heizeinrichtung erhöht, da die Verluste, die bei der Umwandlung von elektrischer in mechanische Energie auftreten, eliminiert sind. Durch die Kopplung des Hydroantriebs und der Pumpe wird eine Zwangsumwälzung des Fluids im Sekundärkreis erzeugt, sobald das Fluid auf der Primärseite im Heizkreis von der dort angeordneten Umwälzpumpe angetrieben strömt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Maßnahmen der Unteransprüche möglich.

Zweckmäßigerweise weist der Hydroantrieb eine Turbinenrad und die Pumpe ein Pumpenrad auf, wobei das Turbinenrad dem im Heizkreis zirkulierenden Fluid, beispielsweise Heizwasser, ausgesetzt ist und das Pumpenrad das im Sekundärkreis befindliche Fluid, beispielweise Brauchwasser, umwälzt. Dadurch wird eine Zwangsumwälzung des im Sekundärkreis befindlichen Fluids erzeugt, sobald das Fluid auf der Primärseite im Heizkreis zirkuliert. Eine dichte Trennung zwischen Primärkreis und Sekundärkreis bietet den Vorteil, dass keine Dichtelemente zur Kraftübertragung von dem Turbinenrad auf das Pumpenrad notwendig sind, wobei das Turbinenrad auf der einen Seite der Abtrennung und das Pumpenrad auf der anderen Seite der Abtrennung gelagert ist. Dadurch wird gewährleistet, dass keine Vermischung von Heizwasser und Brauchwasser stattfindet. Als zweckmäßig Abtrennung hat sich eine topfförmige Kapselung, insbesondere in Form eines Spalttopfes herausgestellt. Eine Ausführungsform besteht darin, indem das Turbinenrad oder das Pumpenrad mittels einer Hohlwelle außerhalb der topfförmigen Kapselung drehbar gelagert ist. Bei einer weiteren Ausführungsform ist ein Rohr- in Rohr System vorgesehen, wobei in einem inneren Rohr das Turbinenrad und an einem äußeren Rohr das Pumpenrad gelagert ist. Die dichte Abtrennung zwischen Turbinenrad und Pumpenrad läst sich zweckmäßig dadurch erreichen, wenn die Kraftübertragung vom Hydroantrieb auf die Pumpe mittels einer Magnetkupplung erfolgt.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigen
1 einen Hydraulikschaltplan einer erfindungsgemäßen Wasserheizeinrichtung,
2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Hydroaggregates und
3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Hydroaggregates.
Ausführungsbeispiele
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Wasserheizeinrichtung mit einem Heizgerät, das einen von einem Brenner 10 beheizten Primärwärmetauscher 11 aufweist, der an einen Heizkreis 12 mit einem Vorlauf 13 und einem Rücklauf 14 angeschlossen ist. Im Rücklauf 14 des Heizkreises 12 ist eine Umwälzpumpe 15 angeordnet, mittels der das im Heizkreis 12 befindliche Heizwasser umgewälzt wird.
Die Wasserheizeinrichtung verfügt ferner über einen Sekundärwärmetauscher 21, der mit einer Primärseite an den Heizkreis 12 angeschlossen ist, so dass der Heizkreis 12 einen Primärkreis bildet. An einer Sekundärseite verfügt der Sekundärwärmetauscher 21 über einen Sekundärkreis 24. Der Sekundärkreis 24 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Ladekreis eines Brauchwasserspeichersystems, wobei der Sekundärkreis 24 zum thermischen Aufladen eines Trinkwasserspeichers 25 dient. Der Trinkwasserspeicher 25 ist beispielsweise ein Schichtenspeicher der an ein Trinkwassernetz angeschlossen ist. Mittels des Sekundärkreises 24 wird das im Trinkwasserspeicher 25 enthaltene Brauchwasser umgewälzt, so dass die abgekühlten Schichten aus dem Bodenbereich über den Sekundärwärmetauscher 21 erwärmt und das erwärmte Brauchwasser im oberen Bereich des Trinkwasserspeichers 25 eingeschichtet wird.
Im Rücklauf 14 des Heizkreises 12 befindet sich ein Hydroantrieb 31, der eine im Sekundärkreis 24 eingeschleifte Pumpe 32 antreibt. Die Pumpe 32 fördert das im Sekundärkreis 24 befindliche zu erwärmende Brauchwasser, so dass das im Trinkwasserspeicher 25 geschichtete Brauchwasser über den Sekundärwärmeübertrager 21 umgewälzt wird. Hydroantrieb 31 und Pumpe 32 bildet ein Hydroaggregat mit dem eine Zwangsumwälzung des im Sekundärkreis 24 befindlichen zu erwärmenden Brauchwassers erzeugt wird, sobald das Heizwasser auf der Primärseite im Heizkreis 12 strömt.
Der Hydroantrieb 31 verfügt über ein primärkreisseitiges Turbinenrad 33, das dem von der Umwälzpumpe 15 in Zirkulation versetzte Heizwasser des Heizkreises 12 ausgesetzt ist. Die Pumpe 32 weist eine sekundärkreisseitiges Pumpenrad 34 auf, mit dem das zu erwärmende Brauchwasser im Sekundärkreis 24 umgewälzt wird.
Aus 2 geht ein erstes Ausführungsbeispiel eines Hydroaggregates mit Turbinenrad 33 und Pumpenrad 34 hervor, das einen primärkreisseitigen Gehäuseabschnitt 36 und einen sekundärkreisseitigen Gehäuseabschnitt 37 aufweist. Im Gehäuseabschnitt 36 ist das primärkreisseitige Turbinenrad 33 auf einer Hohlwelle 38 gelagert. Das sekundärkreisseitige Pumpenrad 34 ist mit einer weiteren Welle 39 verbunden, die getrennt von der Hohlwelle 38 gelagert ist und sich innerhalb Hohlwelle 38 befindet. Zwischen der Hohlwelle 38 und der weiteren Welle 39 ist eine topfartige Abtrennung 40 in Form eines sogenannten Spalttopfes angeordnet, die den primärkreisseitige Gehäuseabschnitt 35 vom sekundärkreisseitigen Gehäuseabschnitt 36 flüssigkeitsdicht trennt. Dadurch ist eine Entkopplung des Heizkreises 12 vom Sekundärkreis 24 möglich, so dass keine flüssigkeitsdichte Lagerung für die Hohlwelle 39 und/oder die weitere Welle 39 erforderlich ist. Die Kraftübertragung vom primärkreisseitigen Turbinenrad 33 auf das sekundärkreisseitige Pumpenrad 34 erfolgt mittels einer Magnetkupplung 41, wobei auf der Hohlwelle 38 beispielsweise eine erste Magnetanordnung 42 angeordnet ist, der eine mit der Welle 39 drehfest verbundene weitere Magnetanordnung 43 zugeordnet ist. Die Magnetanordnungen 42, 43 sind jeweils als Magnetringe ausgeführt, die eine entsprechende Polarität aufweisen, so dass das durch die Abtrennung 40 reichende Magnetfeld eine Übertragung der Rotation der Hohlwelle 38 auf die weitere Welle 39 ermöglicht.
Ein zweites Ausführungsbeispiel eines Hydroaggregates mit Turbinenrad 33 und Pumpenrad 34 geht aus 3 hervor, wobei das Hydroaggregat hierbei in einem Rohr- in Rohr-System ausgebildet ist. Das Rohr- in Rohr-System ist dabei beispielsweise Teil eines Rohr- in Rohr-Wärmeübertragers, der den Sekundärwärmeübertager 21 bildet. Der Hydroantrieb 33 ist dabei einem inneren Rohr 51 und die Hydropumpe 34 einem äußeren Rohr 52 zugeordnet. Das Innere Rohr 51 ist Teil des Heizkreises 12. Das äußere Rohr 52 ist an den Sekundärkreis 24 angeschlossen. Innerhalb des inneren Rohres 51 befindet sich auf einer Welle 53 das primärkreisseitige Turbinenrad 33 zusammen mit Magnetringen 54. Um das innere Rohr 51 ist eine Hohlwelle 55 gelagert, mit der ein äußerer Magnetring 56 zusammen mit dem sekundärkreisseitigen Pumpenrad 34 drehfest verbunden ist. Die Magnetringe 54, 46 bilden eine Magnetkupplung 51 zwischen Hydroantrieb 331 und Hydropumpe 32. Das von der nicht sichtbaren Umwälzpumpe umgewälzte Heizwasser im Heizkreises 12 treibt das im inneren Rohr 51 angeordnete Turbinerad 33 an. Mittels der von den Magnetringen 54, 56 gebildeten Magnetkupplung 51 wird die Rotation des Turbinenrades 33 auf das sekundärkreisseitige Pumpenrade 34 übertragen, wobei die mittels des Pumpenrades 34 erzeugte Strömung das Wasser im Sekundärkreis 24 zirkulieren lässt.
Bei dem mittels der Magnetkupplungen 41, 51 beschriebenen Ausführungsbeispielen wird das Drehmoment vom primärkreisseitigen Turbinenrad 33 auf das sekundärkreisseitige Pumpenrad 34 berührungslos übertragen. Die Magnetanordnungen bzw. die Magnetringe 42, 43, 54, 56 sind durch eine Ummantelung zur Vermeidung von Korrosion vor dem durchströmenden Medium geschützt. Die Auslegung der Magnetanordnungen bzw. -ringe muss dabei aufeinander abgestimmt sein, so dass eine problemlose Übertragung des Drehmoments möglich ist. Außerdem ist es sinnvoll, zwischen der Umkapselung 40 beziehungsweise dem inneren Rohr 51 und den Magnetanordnungen bzw. -ringen 42, 43, 54, 56 einen Spalt auszubilden, der vom Medium des Heizkreises 12 und des Sekundärkreises 24 durchströmt wird, so dass die durch Wirbelströme induzierte Wärme abgeführt werden kann.
Die Magnetkupplung 41, 51 mit Permanentmagneten funktioniert ohne Schlupf das heißt, Turbinenrad 33 und Pimpenrad 34 bewegen sich mit gleicher Drehzahl, wobei sich lediglich bei einem erhöhten Drehmoment eine leichte Phasenverschiebung einstellt. Bei Überlastung überdreht die Kupplung ruckartig, bis das Drehmoment wieder übertragen werden kann.
Es ist aber genauso denkbar, eine starre Übertragung über eine Welle zu realisieren, wobei dann das primärkreisseitige Turbinenrad 33 und das sekundärkreisseitige Pumpenrad 34 auf einer gemeinsamen Welle befestigt sind. Die gemeinsame Welle muss jedoch dann durch eine Gehäusetrennung zwischen der Primärkreisseite und der Sekundärkreisseite flüssigkeitsdicht hindurch geführt werden.
Die Erfindung lässt sich ferner überall dort einsetzen, wo eine Trennung eines Primärkreises von einem Sekundärkreis erforderlich ist, der Sekundärkreis geschlossen ist und eine Umwälzung erfordert, wie beispielsweise bei Fußbodenheizungen mit Systemtrennung, Fernwärmenetzen, Sole/Wasser-Wärmepumpen, Säurekreisläufen in der chemischen Industrie u. ä..

Claims

Heizeinrichtung, insbesondere Wasserheizeinrichtung, mit einem Primärwärmeübertrager (11), der an einen Heizkreis (12) angeschlossen ist, und mit einem Sekundärwärmeübertrager (21), an dessen Primärseite der Heizkreis (12) und an dessen Sekundärseite ein Sekundärkreis (24) mit einem zu erwärmenden Fluid angeschlossen ist, wobei im Heizkreis (12) ein von einer Umwälzpumpe angetriebenes und vom Primärwärmeübertrager (11) erwärmtes Fluid zirkuliert, dadurch gekennzeichnet, dass dem Heizkreis (12) ein Antrieb (31) zugeordnet ist, der von dem im Heizkreis (12) zirkulierenden Fluid angetrieben wird, und dass der Antrieb (31) eine dem Sekundärkreis (24) zugeordnete Pumpe (32) antreibt, die das zu erwärmende Fluid im Sekundärkreis (24) umwälzt.
Heizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (31) ein Hydroantrieb ist und ein Turbinenrad (33) sowie die Pumpe (32) eine Pumpenrad (34) aufweist, dass das Turbinenrad (33) dem im Heizkreis (12) zirkulierenden Fluid ausgesetzt ist, und dass das Pumpenrad (34) das im Sekundärkreis (24) befindliche zu erwärmende Fluid umwälzt.
Heizeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Turbinenrad (33) und das Pumpenrad (34) durch eine dichte Abtrennung (40) voneinander getrennt sind, so dass sich auf der einen Seite der Abtrennung (40) das im Heizkreis (12) zirkulierende Fluid und auf der anderen Seite der Abtrennung (40) das im Sekundärkreis (24) zu erwärmende Fluid befindet.
Heizeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtrennung (40) als eine topfförmige Kapselung, insbesondere in Form eines Spalttopfes ausgeführt ist.
Heizeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Turbinenrad (33) oder das Pumpenrad (34) mittels einer Hohlwelle (38) außerhalb der topfförmigen Kapselung drehbar gelagert ist.
Heizeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rohr- in Rohr System mit einem inneren Rohr (51) und einem äußeren Rohr (52) vorgesehen ist, das im inneren Rohr (51) das Turbinenrad (33) des Hydroantriebs (31) und im äußeren Rohr (52) das Pumpenrad (34) der Hydropumpe (32) gelagert sind.
Heizeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpenrad (34) auf einer Hohlwelle befestigt ist, die um das innere Rohr (51) drehbar gelagert ist.
Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftübertragung vom Hydroantrieb (31) auf die Pumpe (32) mittels einer Magnetkupplung (4l, 51) erfolgt.
Heizeinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetkupplung (41, 51) Magnetanordnungen (42, 43, 54, 56) aufweist, die jeweils dem Turbinenrad (33) und dem Pumpenrad (34) zugeordnet sind.
Heizeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Magnetanordnungen (42, 43, 54, 56) ein Spalt ausgebildet ist, durch den das Fluid des Heizkreises (12) und das zu erwärmende Fluid des Sekundärkreises (24) zu strömen vermögen.
Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Heizkreis (12) Heizwasser zirkuliert und dass der Sekundärkreis (24) ein Brauchwasserladekreis für einen Trinkwasserspeicher (25) ist.