DE102004038546A1

DE102004038546A1 - Anordnung zur Bereitstellung von warmem Brauchwasser und Wärmetauscher

Info

Publication number: DE102004038546A1
Application number: DE102004038546A
Authority: DE
Inventors: Kai Wendker; Helmut Dipl.-Ing. Jäger
Original assignee: Solvis GmbH and Co KG
Current assignee: Solvis GmbH and Co KG
Priority date: 2004-08-06
Filing date: 2004-08-06
Publication date: 2006-03-16

Abstract

Eine Anordnung zur Bereitstellung von warmem Brauchwasser besitzt einen Primärkreislauf (10) mit einem Fluid, einer warmes oder heißes Fluid bereitstellenden Einrichtung (11) und einer Fördereinrichtung (14) für das Fluid. Außerdem ist ein Sekundärkreislauf (20) für das zu erwärmende Brauchwasser vorgesehen. Ein Wärmetauscher (50) dient zur Übertragung von Wärme vom Fluid des Primärkreislaufs (10) auf das Brauchwasser im Sekundärkreislauf (20). Eine wärmeleitende Trennwand (51) zwischen Primärkreislauf (10) und Sekundärkreislauf (20) im Wärmetauscher (50) ist vorgesehen, außerdem eine Regelungseinrichtung für die Fördereinrichtung (14) und ein Temperaturfühler (57) im Primärkreislauf (10) oder Sekundärkreislauf (20). Eine Schaltung in der Regelungseinrichtung regelt bei Erreichen bestimmter Schwellwerte der Temperatur und/oder der Temperaturgradienten an dem Temperaturfühler (57) die Fördereinrichtung (14). Der Temperaturfühler (57) ist im Sekundärkreislauf (20) des Wärmetauschers (50) angebracht. Ein wirksamer Bereich (58) des Temperaturfühlers (57) ist in wärmeleitendem Kontakt zur Oberfläche der Trennwand (51) zum Primärkreislauf (10) angeordnet. Der wirksame Bereich (58) des Temperaturfühlers (57) ist direkt oder indirekt vom Brauchwasser im Sekundärkreislauf (20) im Inneren des Wärmetauschers (50) umspült angeordnet. Die Temperatur am Temperaturfühler (57) wird durch Regelung der Fördereinrichtung (14) auf diese Weise konstant gehalten.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Bereitstellung von warmem Brauchwasser mit einem Primärkreislauf mit einem Fluid, einer warmes oder heißes Fluid bereitstellenden Einrichtung und einer Fördereinrichtung für das Fluid, mit einem Sekundärkreislauf für das zu erwärmende Brauchwasser, mit einem Wärmetauscher zur Übertragung von Wärme vom Fluid des Primärkreislaufs auf das Brauchwasser im Sekundärkreislauf, mit einer Regelungseinrichtung für die Fördereinrichtung, mit einem Temperaturfühler im Primärkreislauf oder Sekundärkreislauf und mit einer Schaltung in der Regelungseinrichtung, die bei Erreichen bestimmter Schwellwerte der Temperatur und/oder der Temperaturgradienten an dem Temperaturfühler die Fördereinrichtung regelt. Die Erfindung betrifft ferner einen für eine solche Anordnung geeigneten Wärmetauscher.
Die Bereitstellung von warmem Brauchwasser erfolgt konventionell mittels einer Heizquelle in einem Brauchwasserspeicher, einem sogenannten Boiler, der dabei zugleich die Aufgabe der Energiezwischenspeicherung übernimmt.
Insbesondere in Solaranlagen werden Warmwasserbereitungen jedoch immer häufiger im Durchlaufprinzip ausgeführt. Dabei wird einem Wärmetauscher, zum Beispiel einem Plattenwärmeaustauscher, einerseits warmes Wasser aus einem Speicher zugeführt und dann anschließend im Wärmetauscher abgekühltes Wasser wieder in den Speicher zurückgeführt. Andererseits wird kaltes Brauch- oder Trinkwasser in den Wärmetauscher zugeführt und von dort erwärmtes Brauch- oder Trinkwasser an eine Zapfstelle zum Nutzer gefördert.
Bekannt sind derartige, gattungsgemäße Warmwasserbereitungen im Durchlaufprinzip beispielsweise aus der DE 196 19 566 C1 oder auch der EP 1 170 554 A2 . Bei diesen und auch allen anderen Warmwasserbereitungen ist es ein wichtiges Ziel, möglichst rasch nach der Anforderung an der Zapfstelle warmes Wasser bereitzustellen, um den Nutzer zufrieden zu stellen.
Ein weiteres Ziel ist es, andererseits nach der Beendigung des Zapfens möglichst rasch die Zufuhr des heißen Wassers zum Wärmetauscher zu stoppen. Das heiße Primärfluid wird dort in diesem Moment nicht mehr benötigt, um seine Wärme an das Sekundärfluid abzugeben, sodass eine weitere Förderung des Primärfluids einerseits ein unnötiger Aufwand ist und die entsprechende Pumpe unnötig lange betrieben werden muss, und andererseits auch energetisch deshalb wenig gewünscht wird, weil das heiße Primärfluid in der dieses heiße Fluid bereitstellenden Einrichtung wieder neu erzeugt beziehungsweise neu erwärmt werden muss.
In der DE 196 19 566 C1 ebenso wie in der EP 1 170 554 A2 wird zur Förderung dieses Gedankens vorgeschlagen, einen Temperaturfühler im Sekundärkreislauf unmittelbar am Ausgang des Wärmetauschers zu platzieren. Aus der dabei durch den Temperaturfühler beobachteten Temperatur und aus ihrer Veränderung kann dann mittels weiter angegebener Steuereinrichtungen rasch auf einen Beginn oder eine Beendigung des Zapfvorganges geschlossen werden. Wird beispielsweise der Zapfvorgang beendet, so strömt das erwärmte Brauch- oder Trinkwasser natürlich nicht mehr am Temperaturfühler vorbei, da der Sekundärkreislauf steht. Aufgrund des noch strömenden Primärfluids wird jedoch im Wärmetauscher das Trink- beziehungsweise Brauchwasser noch weiter erwärmt und durch die Wärmeleitung innerhalb des stehenden Trink- beziehungsweise Brauchwassers steigt die Temperatur am Temperaturfühler noch an. Dieser Effekt kann von der Steuereinrichtung erkannt und dann ausgenutzt werden.
Es besteht jedoch unverändert der Wunsch nach energetisch noch günstigeren und andererseits für den Verbraucher noch angenehmeren Anordnungen zur Warmwasserbereitung.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Vorschlag für eine derartige Anordnung zu unterbreiten und einen dafür geeigneten Wärmetauscher vorzusehen.
Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Anordnung dadurch gelöst, dass der Temperaturfühler im Sekundärkreislauf des Wärmetauschers angebracht ist, dass ein wirksamer Bereich des Temperaturfühlers in wärmeleitendem Kontakt zur Oberfläche der Trennwand zum Primärkreislauf angeordnet ist, und dass der wirksame Bereich des Temperaturfühlers direkt oder indirekt vom Brauchwasser im Sekundärkreislauf im Inneren des Wärmetauschers umspült angeordnet ist.
Mit dieser Maßnahme wird die Reaktionszeit der Gesamtanordnung noch weiter verkürzt.
Bei einem Wärmetauscher wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass ein Temperaturfühler benachbart zur Trennwand zwischen Primärkreislauf und Sekundärkreislauf vorgesehen ist, dass ein wirksamer Bereich des Temperaturfühlers in wärmeleitendem Kontakt mit der Trennwand zum Primärkreislauf innerhalb des Sekundärkreislaufs angeordnet ist, und dass der Temperaturfühler ganz oder teilweise direkt oder indirekt über eine Tauchhülse vom Brauchwasser im Sekundärkreislauf umströmt wird.
Der wirksame Bereich des Temperaturfühlers ist derjenige, der für die unmittelbare Aufnahme der aktuellen Temperaturen verantwortlich zeichnet, gewissermaßen also der Messeingang des Temperaturfühlers. Der wirksame Bereich des Temperaturfühlers besteht aus ein oder mehreren Sensorelementen. Dieses oder diese Sensorelemente können von einer Fühlerhülse umgeben sein.
Die erfindungsgemäße Position des Temperaturfühlers im Inneren des Wärmetauschers mit seinem wirksamen Bereich benachbart zur Trennwand führt dazu, dass die Information über die Beendigung des Zapfvorganges durch Wärmeleitung noch bedeutend schneller zu dem Temperaturfühler gelangt.
Benachbart zur Trennwand im Sekundärkreislauf hat das Brauch- beziehungsweise Trinkwasser genau aktuell die Temperatur, die es nach vollständigem Wärmetausch vom Primärfluid übernommen hat. An dieser Position ist also unmittelbar für den Temperaturfühler ablesbar, ob die Temperatur steigt oder fällt oder konstant bleibt, ohne dass noch Wärmeleitung bis hin zum Temperaturfühler außerhalb des Ausganges des Wärmetauschers erfolgen muss. Stellt der Temperaturfühler eine Änderung der Temperatur so zeitnah fest, kann die Schaltung in der Regelungseinrichtung für die Fördereinrichtung auch entsprechend rasch reagieren. Sie regelt dann praktisch ohne Verzögerung die Fördereinrichtung. Dies kann durch Ein- und/oder Ausschaltung der Fördereinrichtung erfolgen, aber auch durch Regelung der Drehzahl einer Pumpe in der Fördereinrichtung oder in anderer Form.
Darüber hinaus führt die Anordnung unmittelbar benachbart zu der Tauscherfläche dazu, dass auch die Temperatur dieser Tauscherfläche selbst die Temperaturmessung beeinflusst. Das Sekundärfluid erhält seine Temperatur ja erst von der Tauscherfläche beziehungsweise über die Wärmetauscherfläche wird die Wärmeenergie vom Primärfluid an das Sekundärfluid abgegeben.
Ein wesentlicher praktischer Vorteil für die Lebensdauer und die Dauer von Wartungsintervallen für die gesamte Heiß- und Brauchwasserbereitungsanlage entsteht dadurch, dass die Verkalkung in den Leitungen und Anlagenteilen im Vergleich zum Stand weiter reduziert werden kann. Der Zulauf des heißen Primärwassers wird früher gestoppt, es findet kein an sich unnötiges Aufheizen des Brauchwassers mit anschließendem Abkühlen des Wassers mehr statt. Das bedeutet, dass die Gefahr und Wahrscheinlichkeit des Ausfallens von Kalkbestandteilen im Sekundärkreislauf drastisch reduziert beziehungsweise sogar ausgeschlossen wird.
Auch für den Benutzer der Anlage entsteht ein Vorteil, der seinen persönlichen Komfort verbessert: Bisher war durch den Nachlauf des Primärkreislaufes nach Ende des Zapfvorganges die nicht angeforderte, gleichwohl aber ge lieferte Wärmemenge teilweise noch über den Wärmetauscher auf das Fluid (also das Brauchwasser) im Sekundärkreislauf übertragen worden, das in der Leitung stand, aber nicht gezapft wurde. Diese relativ kleine Menge an Sekundärfluid wurde dadurch also wärmer bzw. heißer als an sich vom nächsten Benutzer zu erwarten.
Drehte herkömmlich also beispielsweise der zweite Benutzer einer Dusche morgens die Zufuhr an Brauchwasser auf, wurde er durch sofort ausströmendes heißes Wasser überrascht. Diese relativ kleine Menge an Brauchwasser, die noch durch das nachlaufende Primärfluid des Vorbenutzers der Dusche aufgeheizt beziehungsweise erwärmt war, war dann aber nach einem kurzen Moment verbraucht und wurde durch kühleres nachströmendes Brauchwasser abgelöst, bis dann der planmäßige Vorgang im Wärmetauscher den Zustrom an Brauchwasser mit der erwünschten Temperatur sicherstellte.
Dieser kurze, häufig als unangenehm weil nicht vorhergesehen empfundene "Zapfpeak zu Beginn des zweiten Duschens am morgen" führte häufig zu hektischen und auch nicht sinnvollen, sondern eher kontraproduktiven Bemühungen des Benutzers an der Temperaturregelung seiner Dusche. Diese Temperaturregelung hätte ja auch ohne das Zutun des Benutzers die gewünschte Benutzertemperatur eingestellt, wurde jetzt aber durch diese Fehleinschätzungen des Benutzers verstellt.
Die Erfindung reduziert nun drastisch den Nachlauf des Primärfluids und damit auch den Effekt des Aufbaus dieser kleinen zu heißen Brauchwassermenge im Sekundärkreislauf. Der "Zapfpeak beim Anfang des zweiten Duschens" fällt für den Benutzer damit weg.
Insgesamt erhöht sich für den Benutzer der Komfort der Warmwasserbereitung, da eine sehr konstante und gleichmäßige Zapftemperatur für das Brauchwasser entsteht.
Schließlich entsteht noch ein weiterer kostenmäßiger Vorteil durch die Erfindung: Durch das Vorsehen eines Temperaturfühlers im Inneren des Wärmetauschers ist es nicht mehr zwingend erforderlich, sowohl im Primärkreislauf als auch im Sekundärkreislauf einen Temperaturfühler anzuordnen. Der zweite Fühler fällt weg, was sowohl die Kosten für diesen Fühler als auch die Kosten für dessen Verbindung mit der Steuerung und Regelung reduziert.
Der Wärmetauscher kann in einer Ausführungsform so gestaltet werden, dass der Temperaturfühler mit oder ohne seine Fühlerhülse in eine Tauchhülse einschiebbar ist, die im Wärmetauscher ortsfest im Sekundärkreislauf vorgesehen ist, dass die Tauchhülse in wärmeleitendem Kontakt mit der Trennwand des Wärmetauschers steht, und dass sie vom Brauchwasser im Sekundärkreislauf umspült ist.
Dies verbessert die Möglichkeiten für einen Austausch und zu Prüfungs- und Kontrollzwecken bei Wartungsarbeiten. Dazu ist der Temperaturfühler vorzugsweise insgesamt oder gegebenenfalls auch in Teilen herausnehmbar aufgebaut.
Die Tauchhülse ist insbesondere dünnwandig mit einer Wandstärke von weniger als 2 mm, insbesondere vom weniger als 1 mm, ausgebildet.
Der wärmeleitende Kontakt zwischen dem wirksamen Bereich des Temperaturfühlers und der Fühlerhülse und/oder der Tauchhülse und/oder der Trennwand ist bevorzugt durch Wärmeleitpaste verbessert. Dadurch wird die Schnelligkeit der Weitergabe von Informationen über Temperaturänderungen noch weiter verbessert und so auch der erfindungsgemäße Effekt.
Aus dem gleichen Grund werden möglichst schnell reagierende Temperaturfühler eingesetzt, also solche, die schnell ansprechende wirksame Bereiche, insbesondere also Sensorelemente besitzen, und solche, die auch eine rasche Weiterleitung der aufgenommenen Daten ermöglichen.
Statt des Vorsehens einer im Wärmetauscher verbleibenden Tauchhülse kann auch vorgesehen werden, den Temperaturfühler mit seinem wirksamen Bereich mit dem oder den Sensorelementen und mit seiner Fühlerhülse in eine insbesondere dazu vorbereitete Ausnehmung einzuführen und wieder herausnehmbar zu halten.
Im Wärmetauscher ist in einer alternativen Ausführungsform eine abdichtbare Durchführung für den Temperaturfühler vorgesehen. Die Durchführung ist in der Wandung des Wärmetauschers vorgesehen. Die Durchführung kann in einer anderen Ausführungsform aber auch in der Anschlussverschraubung am Ausgang des Sekundärkreises aus dem Wärmetauscher vorgesehen sein.
Der Temperaturfühler kann insbesondere bei einer Einführung über eine Verschraubung am Anschluss ins Innere des Wärmetauschers in gebogener Form ausgebildet werden.
Dem Temperaturfühler kann zur Kontaktverbesserung und/oder Montagesicherheit ein Federelement zugeordnet sein. Vorzugsweise bilden der Temperaturfühler und das Federelement eine Baueinheit.
Der abdichtbaren Durchführung kann ebenfalls ein Federelement zugeordnet sein.
Das Federelement enthält in einer Ausführungsform vorzugsweise ein Wellrohr.
Bei einem solchen Wärmetauscher mit einer Trennwand zwischen einem Primärkreislauf und einem Sekundärkreislauf ist der Temperaturfühler benachbart zur Trennwand zwischen Primärkreislauf und Sekundärkreislauf vorgesehen. Der wirksame Bereich des Temperaturfühlers ist in wärmeleitendem Kontakt mit der Trennwand zum Primärkreislauf innerhalb des Sekundärkreislaufs angeordnet. Der Temperaturfühler ist ganz oder teilweise direkt oder indirekt über eine Tauchhülse vom Brauchwasser im Sekundärkreislauf umströmt.
Der wirksame Bereich des Temperaturfühlers, also das eigentliche Sensorelement, ist vorzugsweise an dessen Spitze angeordnet.
Die Fühlerspitze des Temperaturfühlers befindet sich dann in wärmeleitendem Kontakt mit der Trennwand und damit zur Primärseite des Wärmetauschers. In der Praxis sitzt sie dann zwischen zwei Platten eines im Gegenstromprinzip betriebenen Plattenwärmetauschers.
Durch die Erfindung wird eine Anordnung und eine Regelung einer Warmwasserbereitung im Durchlaufprinzip geschaffen, die auch eine Zirkulationssteuerung beinhalten kann. Mit einfachen Mitteln wird dafür gesorgt, dass bei Bedarf schnell Wasser der gewünschten Temperatur an den Zapfstellen zur Verfügung steht, gleichwohl Temperaturverluste und Wasserverbrauch minimiert sind und durch eine intelligente Anordnung eines zuverlässigen sowie kostengünstigen Temperaturfühlers eine insbesondere betriebssichere, gleichwohl aber kostengünstige Lösung geschaffen wird.
Im Folgenden wird anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:
1 eine schematische Darstellung der Erfindung anhand eines Überblicks über eine Gesamtanordnung einer Anlage zur Brauch- und/oder Trinkwasserbereitung;
2 eine explodierte Darstellung einer Ausführungsform eines Wärmetauschers nach der Erfindung;
3 einen Schnitt durch einen Teil einer Ausführungsform eines Wärmetauschers; und
4 eine schematische vergrößerte Darstellung eines Temperaturfühlers in einem Wärmetauscher.
Die rein schematische, nur die wesentlichsten Teile der gesamten Anordnung wiedergebende Darstellung in 1 zeigt in der linken Hälfte einen Primärkreislauf 10, in der rechten Hälfte einen Sekundärkreislauf 20.
Der Primärkreislauf 10 beginnt links mit einer Einrichtung, die warmes oder heißes Fluid bereitstellt, hier einen Pufferspeicher 11. Von diesem Pufferspeicher 11 führt eine Leitung 12 zu einem Wärmetauscher 50. Nach dem Durchlaufen des Wärmetauschers 50 und der Abgabe der Wärmeenergie in dem selben läuft das Fluid in den Primärkreislauf 10 zurück über eine ausgangsseitige Leitung 13 zur Einrichtung 11, also dem Pufferspeicher.
In der ausgangsseitigen Leitung 13 ist eine Fördereinrichtung 14, insbesondere eine Pumpe vorgesehen. Diese Fördereinrichtung 14 ist relativ dicht am Ausgang des Wärmetauschers 50 angeordnet. Innerhalb des Wärmetauschers 50 ist hier zusätzlich noch ein Temperaturfühler 57 angeordnet, der also die Temperatur und/oder den Temperaturgradienten des Fluids im Primärkreis 10 noch innerhalb des Wärmetauschers 5 misst.
Hinter der Fördereinrichtung 14 ist im Primärkreis 10 ein Abzweigpunkt 18 für eine Zweigleitung 19 vorgesehen. Diese Zweigleitung 19 führt zurück innerhalb des Primärkreises 10 in den Bereich der Leitung 12 vom Pufferspeicher 11 zum Wärmetauscher 50. Sie mündet dort in einem Mischventil 15.
Dieses Mischventil 15 ist insbesondere ein Thermostatventil. Ihm werden einerseits durch die Zweigleitung 19 abgekühltes Fluid aus dem Wärmetauscher 50, andererseits aber auch durch die Leitung 12 heißes Fluid aus dem Pufferspeicher 11 zugeführt. Diese beiden abgesehen von der Temperatur identischen Fluide werden so gemischt, dass eine gewünschte vorbestimmte Temperatur von unterhalb 65 °C am Ausgang des Mischventils 15 entsteht. Durch den weiteren Verlauf der Leitung 12 wird dieses die gewünschte Temperatur besitzende Fluid dann dem Wärmetauscher 50 wiederum zugeführt.
Die Zweigleitung 19 mit Abzweigpunkt 18 und Mischventil 15 kann auch in einer anderen, nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung komplett entfallen. Durch die rasche Reaktion der Anordnung aufgrund der erfindungsgemäßen Anbringung des Temperaturfühlers 57 im Inneren des Wärmetauschers 50 kann nämlich die gewünschte Temperatur auch ohne das Vorsehen des Mischventils 15 nebst Zweigleitung 19 erzielt werden. Das Ziel der Temperatur von unterhalb 65 °C im Primärkreislauf ist ja das Vermeiden einer kurzzeitig zu hohen Temperatur im Sekundärkreis mit anschließendem Abkühlen und daraus folgendem Abscheiden von Kalk. Genau die wird aber auch erfindungsgemäß auch ohne Mischventil 15 und Zweigleitung 19 erreicht. Dies führt nicht nur dazu, dass die nicht unerheblichen Kosten für das Mischventil 15 entfallen können, sondern auch dazu, dass bei im Übrigen gleicher Leistung der Wärmetauscher 50 etwas kleiner und damit kostengünstiger dimensioniert werden kann.
Abgesehen von der Fluidführung in der Zweigleitung 19 läuft im Primärkreislauf 10 das Fluid aus dem oberen Bereich des Pufferspeichers 11 zum Wärmetauscher 50, von dort durch die Leitung 13 dann wieder in den unteren Bereich des Pufferspeichers 11, wo sie eingeschichtet oder sonst geeignet zurückgegeben wird.
Der Sekundärkreislauf 20 auf der rechten Seite der Darstellung der 1 beginnt mit einer Kaltwasserzuleitung 22, mit der kaltes Brauchwasser (Trinkwasser, Waschwasser, etc.) dem Wärmetauscher 50 zugeführt wird. In dem Wärmetauscher 50 wird die Wärmeenergie des im Gegenstrom laufenden Primärkreislaufs 10 aufgenommen. Nach Durchlaufen des Wärmetauschers 50 verlässt das Brauchwasser diesen wiederum und strömt durch eine ausgangsseitige Leitung 23 zum Warmwasserentnahmepunkt, der Zapfstelle. Die Förderung im Sekundärkreislauf kann grundsätzlich dadurch erfolgen, dass die Kaltwasserzufuhr unter Druck erfolgt und der Warmwasserentnahmepunkt durch einen Hahn diesen Druck ggf. sperrt.
In der Leitung 23, die das Warmwasser bzw. eigentliche Brauchwasser führt, befindet sich kein zusätzlicher Temperaturfühler, anders als im Stand der Technik. Der Temperaturfühler 57 innerhalb des Wärmetauschers 50 kann zugleich für die Temperaturwerte des Sekundärkreislaufes genutzt werden.
Zusätzlich ist im Sekundärkreislauf 20 noch eine Zirkulationsleitung 40 vorgesehen. Die Zirkulationsleitung 40 zweigt benachbart zur Zapfstelle 28 ab und führt zurück zur Kaltwasserzugangsleitung 22 unmittelbar vor dem Wärmetauscher 50. In der Zirkulationsleitung 40 ist eine weitere Zirkulationspumpe 44 vorgesehen. Angedeutet ist ferner ein Temperaturfühler 47, der die Temperatur in der Zirkulationsleitung 40 misst, insbesondere zwischen der Zirkulationspumpe 44 und dem Zuströmen in den Kaltwasserzulauf 22.
Wird nun an der Zapfstelle 28, also dem Warmwasserentnahmepunkt, der Hahn aufgedreht, so gibt entweder dieser Vorgang oder bevorzugt das Ausgangssignal des Temperaturfühlers 57 ein Signal für die Zirkulations pumpe 44, das sich in der Leitung 23 befindende Brauchwasser aus dem Bereich vor der Zapfstelle 28 abzuziehen und durch die Zirkulationsleitung 40 wieder vor den Wärmetauscher 50 zu fördern.
Sinn dieser Maßnahme ist es, das nach gewisser Standzeit abgekühlte Wasser in der Leitung 23 nicht aus der Zapfstelle 28 strömen zu lassen, da der Verbraucher dort warmes Wasser wünscht und nicht abgekühltes Brauchwasser. Er würde dieses abgekühlte Brauchwasser vermutlich einfach nur aus der Leitung laufen lassen. Das nun aktuell aus dem Wärmetauscher 50 strömende Wasser dagegen ist warm, denn es hat Wärmeenergie aus dem Primärkreislauf 10 aufgenommen. Die Länge der Leitung 23 und das Strömungsverhalten sind bekannt, so dass sehr präzise die Zirkulationspumpe 44 so gesteuert werden kann, dass genau beim Erreichen wunschgemäss erwärmten Brauchwassers an der Zapfstelle 28 dieses dort auch ausströmen kann.
Die Details einer bevorzugten Ausführungsform des Wärmetauschers 50 aus der 1 sind in den 2 und 3 dargestellt.
2 ist eine Darstellung des Wärmetauschers 50 in einer auseinandergezogenen, explodierten Form, die gut erkennen lässt, dass der Wärmetauscher 50 aus einer Anzahl von im dargestellten Beispiel sieben Platten 52 besteht, von denen je eine die obere beziehungsweise untere Deckplatte bilden und die anderen fünf dazwischen parallel zueinander geschichtet sind. Die Strömungsrichtung 16 der Fluide im Primärkreislauf 10 ist durch weiße, umrahmte Pfeile, die Strömungsrichtung 26 der Fluide im Sekundärkreislauf 20 durch schwarze, ausgefüllte Pfeile eingezeichnet. Gut zu erkennen ist, dass der Wärmetauscher 50 im Gegenstromverfahren betrieben wird, das also der Primärkreislauf 10 und der Sekundärkreislauf 20 innerhalb des Wärmetauschers 50 praktisch mit antiparallelen Strömungsrichtungen 16, 26 verlaufen.
Zwischen den einzelnen Platten 52 strömt jeweils abwechselnd der Primärkreislauf 10 "nach unten" (in der 2) und der Sekundärkreislauf 20 "nach oben" (wiederum in der 2, der Verlauf im Einsatz hängt von der Anordnung des Wärmetauschers 50 ab).
Beide Fluide nehmen einen vielfach gewundenen Weg durch alle Platten, wie gut an den Pfeilen der Strömungsrichtungen 16, 26 zu erkennen ist. Die Platten 52 sind im tatsächlichen Einsatz natürlich eng benachbart zueinander und bilden so zwischen sich die Wege für die Fluide. Natürlich ist sichergestellt, dass der Primärkreislauf 10 und der Sekundärkreislauf 20 voneinander getrennt sind. Es handelt sich in der Praxis zwar in beiden Fällen meist um Wasser, jedoch befinden sich im Primärkreislauf häufig Zusätze (zum Beispiel Frostschutzmittel), da es sich ja um einen geschlossenen Kreislauf handelt.
Der Wärmetauscher 50 besitzt eine Trennwand 51. Diese hat eine sehr komplexe dreidimensionale Struktur. Sie trennt den Primärkreislauf 10 mechanisch beziehungsweise hydraulisch vollständig vom Sekundärkreislauf 20, ist aber sehr gut wärmeleitend. Die Temperatur des Fluids im Primärkreislauf 10 wird daher rasch an das Brauchwasser im Sekundärkreislauf 20 abgegeben. In der Praxis wird ein erheblicher Teil des Materials der Platten 52 des Wärmetauschers 50 diese Trennwand 51 bilden, da jede Fläche, die den Primärkreislauf 10 von dem Sekundärkreislauf 20 trennt, zugleich auch der Wärmeübertragung vom Primärfluid auf das Sekundärfluid dient.
3 zeigt eine Ausführungsform eines Wärmetauschers 50 teilweise im Schnitt. Dargestellt ist der Anschluss des Sekundärkreislaufes 20 auf der Ausgangsseite zur Leitung 23 (siehe 1) an den Wärmetauscher 50 in einer Ausführungsform der Erfindung.
Die Platten 52 mit ihrer gewellten Oberfläche bilden zwischen sich diverse Wege für das Primärfluid und das Sekundärfluid, die dabei aber hydraulisch und mechanisch streng durch die Trennwand 51 getrennt werden. Die gebildeten Wege sind dreidimensional und daher in einer Schnittdarstellung schlecht nachzuvollziehen. Zu Erleichterung sind die beiden Kreisläufe abwechselnd schraffiert und unschraffiert wiedergegeben.
Zu erkennen ist ein Temperaturfühler 57. Dieser besitzt einen wirksamen Bereich 58. Dort positioniert ist das eigentliche Sensorelement. Dieser wirksame Bereich 58 berührt die Trennwand 51.
Der Temperaturfühler 57 kann sich in einer Tauchhülse 60 befinden, die hier lediglich angedeutet ist.
Der Fühler 57 ist zusätzlich so eingezeichnet, dass offen bleibt, ob er in der 3 in gebogener Form durch den Anschluss zur Leitung 23 eingeführt wird oder ob er durch eine Durchführung 70 etwa von links (in der 3) in das Innere des Wärmetauschers 50 geführt ist.
Bei einem Einsetzen des Temperaturfühlers 57 durch die Durchführung 70 kann ein Federelement 71 vorgesehen werden; zur verbesserten Wärmeleitung ist auch der Einsatz einer Wärmeleitpaste 72 möglich. Beide sind in ähnlicher Form aufgebaut, wie dies in Zusammenhang mit einer anderen Ausführungsform in der folgenden Beschreibung der 4 erörtert wird.
4 zeigt schematisch die Einzelheiten eines Temperaturfühlers 57 in seiner Umgebung. Auf der linken Seite der 4 ist noch ein kleiner Abschnitt der Trennwand 51 im Wärmetauscher 50 angedeutet. Gegen die Trennwand 51 stößt unmittelbar eine Tauchhülse 60, die fest in den Wärmetauscher 50 integriert ist. Die innere Oberfläche der Tauchhülse 60 ist mit einer Wärmeleitpaste 64 bestrichen. Innerhalb der Tauchhülse 60 ist der Temperaturfühler 57 eingeschoben. Die äußerste Spitze des Temperaturfühlers 57 wird von dem wirksamen Bereich 58 des Temperaturfühlers 57 gebildet. Insbesondere zwischen diesem wirksamen Bereich 58 des Temperaturfühlers 57 und der inneren Oberfläche der Tauchhülse 60 befindet sich die Wärmeleitpaste 64 und verbessert und beschleunigt die Wärmeleitung.
Dadurch kann die Wärme aus der Trennwand 51 und aus dem Sekundärfluid in dem Sekundärkreis 20 um die Tauchhülse 60 herum direkt zum wirksamen Bereich 58 des Temperaturfühlers 57 weitergegeben und dort erkannt und weiter verarbeitet werden.
Insbesondere bei Wärmetauschern 50 mit einer größeren Abmessung kann es sinnvoll sein, zusätzlich ein Federelement 63 einzusetzen, um den Temperaturfühler 57 mit seinem wirksamen Bereich 58 gegen das äußere Ende der Tauchhülse 60 benachbart zur Trennwand 51 des Wärmetauschers 50 vorzuspannen.

10: Primärkreis
11: Einrichtung zur Bereitstellung eines warmen oder heißen Fluides
12: Leitung
13: Leitung
14: Fördereinrichtung
15: Mischventil
16: Strömungsrichtung des Primärfluids
18: Abzweigpunkt
19: Zweigleitung
20: Sekundärkreis
22: Kaltwasserzuleitung
23: Leitung
26: Strömungsrichtung des Sekundärfluids
28: Zapfstelle
40: Zirkulationskreis
44: Zirkulationspumpe
47: Temperaturfühler
50: Wärmetauscher
51: Trennwand im Wärmetauscher
52: Platten des Wärmetauschers
57: Temperaturfühler im Wärmetauscher
58: wirksamer Bereich des Temperaturfühlers
60: Tauchhülse
63: Federelement
64: Wärmeleitpaste
70 Durchführung: 71 Federelement
72 Wärmeleitpaste

Claims

Anordnung zur Bereitstellung von warmem Brauchwasser – mit einem Primärkreislauf (10) mit einem Fluid, einer warmes oder heißes Fluid bereitstellenden Einrichtung (11) und einer Fördereinrichtung (14) für das Fluid, – mit einem Sekundärkreislauf (20) für das zu erwärmende Brauchwasser, – mit einem Wärmetauscher (50) zur Übertragung von Wärme vom Fluid des Primärkreislaufs (10) auf das Brauchwasser im Sekundärkreislauf (20), – mit einer wärmeleitenden Trennwand (51) zwischen Primärkreislauf (10) und Sekundärkreislauf (20) im Wärmetauscher (50), – mit einer Regelungseinrichtung für die Fördereinrichtung (14), – mit einem Temperaturfühler (57) im Primärkreislauf (10) oder Sekundärkreislauf (20) und – mit einer Schaltung in der Regelungseinrichtung, die bei Erreichen bestimmter Schwellwerte der Temperatur und/oder der Temperaturgradienten an dem Temperaturfühler (57) die Fördereinrichtung (14) regelt und/oder ein- und ausschaltet, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturfühler (57) im Sekundärkreislauf (20) des Wärmetauschers (50) angebracht ist, dass ein wirksamer Bereich (58) des Temperaturfühlers (57) in wärmeleitendem Kontakt zur Oberfläche der Trennwand (51) zum Primärkreislauf (10) angeordnet ist, und dass der wirksame Bereich (58) des Temperaturfühlers (57) direkt oder indirekt vom Brauchwasser im Sekundärkreislauf (20) im Inneren des Wärmetauschers (50) umspült angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturfühler (57) im Sekundärkreislauf (20) des Wärmetauschers (50) in einem Bereich angeordnet ist, der dem Austritt des Sekundärkreislaufes (20) strömungstechnisch näher ist als dem Eingang.
Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturfühler (57) im strömungstechnisch dem Austritt des Sekundärkreislaufs (20) aus dem Wärmetauscher (50) um den Faktor 10 näheren Bereich angeordnet ist.
Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturfühler (57) in eine Tauchhülse (60) einschiebbar ist, die im Wärmetauscher (50) ortsfest im Sekundärkreislauf (20) vorgesehen ist, dass die Tauchhülse (60) in wärmeleitendem Kontakt mit der Trennwand (51) des Wärmetauschers (50) steht, und dass sie vom Brauchwasser im Sekundärkreislauf (20) umspült ist.
Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Tauchhülse (60) dünnwandig mit einer Wandstärke von weniger als 2 mm ausgebildet ist.
Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturfühler (57) mit einer Fühlerhülse ausgerüstet ist, und dass der Temperaturfühler (57) mit seiner Fühlerhülse in eine Ausnehmung des Wärmetauschers (50) einschiebbar und herausnehmbar ist.
Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wärmeleitende Kontakt zwischen dem wirksamen Bereich (58) des Temperaturfühlers (57) und der Tauchhülse (60) und oder der Fühlerhülse und/oder der Trennwand (51) durch Wärmeleitpaste verbessert ist.
Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Wärmetauscher (50) eine abdichtbare Durchführung (70) für den Temperaturfühler (57) vorgesehen ist.
Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchführung (70) in der Wandung des Wärmetauschers (50) vorgesehen ist.
Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchführung (70) in dem Anschluss, beispielsweise der Anschlussverschraubung am Ausgang des Sekundärkreises (20) aus dem Wärmetauscher (50) vorgesehen ist.
Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Temperaturfühler (57) zur Kontaktverbesserung ein Federelement (63) zugeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturfühler (57) und das Federelement (63) eine Baueinheit bilden.
Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der abdichtbaren Durchführung (70) ein Federelement (71) zugeordnet ist.
Anordnung nach einem der Patentansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (63, 71) ein Wellrohr enthält.
Wärmetauscher (50) mit einer wärmeleitenden Trennwand (51) zwischen einem Primärkreislauf (10) und einem Sekundärkreislauf (20), dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperaturfühler (57) benachbart zur Trennwand (51) zwischen Primärkreislauf (10) und Sekundärkreislauf (20) vorgesehen ist, dass ein wirksamer Bereich (58) des Temperaturfühlers (57) in wärmeleitendem Kontakt mit der Trennwand (51) zum Primärkreislauf (10) innerhalb des Sekundärkreislaufs (20) angeordnet ist, und dass der wirksame Bereich (58) des Temperaturfühlers (57) direkt oder indirekt vom Brauchwasser im Sekundärkreislauf (20) umströmt angeordnet ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturfühler (57) im Sekundärkreislauf (20) des Wärmetauschers (50) in einem Bereich angeordnet ist, der dem Austritt des Sekundärkreislaufes (20) strömungstechnisch näher ist als dem Eingang.
Wärmetauscher nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturfühler (57) im strömungstechnisch dem Austritt des Sekundärkreislaufs (20) aus dem Wärmetauscher (50) um den Faktor 10 näheren Bereich angeordnet ist.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der wirksame Bereich (58) des Temperaturfühlers (57) an dessen Spitze angeordnet ist.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitfähigkeit durch ein oder mehrere Federelemente (63, 71) oder durch Wärmeleitpaste begünstigt wird.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturfühler (57) in eine Tauchhülse (60) einschiebbar ist, die im Wärmetauscher (50) ortsfest im Sekundärkreislauf (20) vorgesehen ist, dass die Tauchhülse (60) in wärmeleitendem Kontakt mit der Trennwand (51) des Wärmetauschers (50) steht, und dass sie vom Brauchwasser im Sekundärkreislauf (20) umspült ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Tauchhülse (60) dünnwandig mit einer Wandstärke von weniger als 2 mm ausgebildet ist.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturfühler (57) mit einer Fühlerhülse ausgerüstet ist, die mit dem Temperaturfühler (57) in eine dafür vorbereitete Ausnehmung des Wärmetauschers (50) einschiebbar und herausnehmbar ist.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 15 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass im Wärmetauscher (50) eine abdichtbare Durchführung (70) für den Temperaturfühler (57) vorgesehen ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchführung (70) in der Wandung des Wärmetauschers (50) vorgesehen ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchführung (70) in dem Anschluss, beispielsweise der Anschlussverschraubung am Ausgang des Sekundärkreises (20) aus dem Wärmetauscher (50) vorgesehen ist.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 15 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass dem Temperaturfühler (57) zur Kontaktverbesserung ein Federelement (63) zugeordnet ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturfühler (57) und das Federelement (63) eine Baueinheit bilden.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass der abdichtbaren Durchführung (70) ein Federelement (71) zugeordnet ist.
Wärmetauscher nach einem der Patentansprüche 26 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (63; 71) ein Wellrohr enthält.