DE102011081579A1

DE102011081579A1 - Vorrichtung zur Abgabe einer Flüssigkeitsmenge an einer Entnahmestation

Info

Publication number: DE102011081579A1
Application number: DE102011081579A
Authority: DE
Inventors: Günther Schless
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2011-08-25
Filing date: 2011-08-25
Publication date: 2013-02-28
Also published as: CN204026836U; ES2628832T3; PT2724084T; PL2724084T3; CA2846048A1; EP2724084A1; US20140205273A1; DK2724084T3; US9238905B2; EP2724084B1; RU147119U1; WO2013026622A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abgabe einer vorbestimmten, erwärmten Flüssigkeitsmenge an einer Entnahmestation (E), mit einem Flüssigkeitsvorratsbehälter (Z), einer Zuleitung (Z) von dem Flüssigkeitsvorratsbehälter (Z) zu der Entnahmestation (E) und einer Betätigungseinrichtung (B) zum Auslösen einer Flüssigkeitsentnahme, wobei die Zuleitung (Z) hinsichtlich ihres Innenvolumens an die vorbestimmte Flüssigkeitsmenge angepasst und die Zuleitung über ihre Länge mit einer Heizvorrichtung (H) ausgestattet ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Abgabe einer vorbestimmten, erwärmten Flüssigkeitsmenge an einer Entnahmestation, mit einem Flüssigkeitsvorratsbehälter, einer Zuleitung von dem Flüssigkeitsvorratsbehälter zu der Entnahmestation und einer Betätigungseinrichtung zum Auslösen einer Flüssigkeitsentnahme.
Beispielsweise im Sanitärbereich von Schienenfahrzeugen kommen solche Vorrichtungen zum Einsatz, wobei als Betätigungseinrichtung häufig ein Sensor eingesetzt wird, welcher beispielsweise an einem Waschbecken als Entnahmestation das Vorhandensein einer Person erfasst. Daraufhin wird eine vorbestimmte Flüssigkeitsmenge an der Entnahmestation abgegeben. Die Entnahmestation steht über eine Zuleitung in Verbindung mit einem entfernt angeordneten Flüssigkeitsvorratsbehälter.
Vorrichtungen der vorstehend genannten Art finden sich beispielsweise bei vielen verschiedenen Ausführungen von Hochgeschwindigkeitszügen, wie beispielsweise den Velaro RUS.
Bei Schienenfahrzeugen wird zum menschlichen Gebrauch bestimmtes Trink- und Frischwasser in dem Flüssigkeitsvorratsbehälter mitgeführt und bei Bedarf der Entnahmestation zugeführt. Der Vorratsbehälter wird in geeigneten Abständen von üblicher Weise einigen Tagen aus einem stationären Wassernetz befüllt. Die Temperatur des frisch zugeführten Wassers weist häufig eine Temperatur auf, die für die Benutzung des Wassers unangenehm kalt ist. Je nach Herkunft des Wassers, einer Leitungsführung, einer Jahreszeit kann dabei eine Wassertemperatur auch unter 10°C liegen. Zur Bereitstellung einer komfortablen Temperatur ist es daher wünschenswert, das Wasser an der Entnahmestation im Schienenfahrzeug, wie beispielsweise dem Handwaschbecken, bei einer höheren Temperatur bereit zu stellen.
Zu diesem Zweck ist es bekannt, den kompletten Wasservorrat im Flüssigkeitsvorratsbehälter auf eine gewünschte Temperatur vorzuwärmen. Dies hat jedoch den Nachteil, dass der gesamte Wasservorrat erwärmt werden muss, wobei sich ein Heizleistungsbedarf nach der Bevorratungsmenge richtet. Eine tatsächlich verbrauchte Wassermenge, die Verbrauchsintervalle und als die tatsächliche erforderliche Heizleistung werden bei der Auslegung nicht berücksichtigt. Zudem ist eine Lagerung von Trink- und Frischwasser bei erhöhten Temperaturen aus hygienischer Sicht problematisch. Die gewünschten Komforteigenschaften werden, abhängig vom bevorrateten Flüssigkeitsvolumen, erst nach erheblicher Vorlaufzeit oder mittels Überdimensionierung der Heizvorrichtung erreicht.
Alternativ zu der Erwärmung des kompletten Wasservorrats wird in anderen Ausführungsformen ein zusätzlicher Zwischenbehälter vorgesehen, der auf dem Weg zwischen Wasservorratsbehälter und Entnahmestation angeordnet ist. Bei einem solchen Zwischenbehälter ist das Verhältnis von Volumen zu beheizbarer Oberfläche schlecht, so dass mit hohen Temperaturdifferenzen zur Erwärmung gearbeitet werden muss. Daraus resultieren hohe Anforderungen an das Material für den Zwischenbehälter und die Heizvorrichtung sowie an das Verhalten im Falle eines Defektes. Außerdem werden in einem solchen Zwischenbehälter Bereiche mit geringen, teilweise ungleichmäßigen Fließgeschwindigkeiten und schlechter Spülung geschaffen, was aus hygienischer Sicht bedenklich ist. In der Zuleitung/Verrohrung werden Trennstellen notwendig, die ein zusätzliches Leckagerisiko darstellen. Der Vorratsbereich wird oft zur Desinfektion in Intervallen stark erhitzt. Zu diesem Zeitpunkt steht entweder nur Wasser mit viel zu hoher Temperatur zur Verfügung oder es muss Kaltwasser beigemischt werden. Hiervon können neben dem erhöhten Installationsaufwand im Fall von Fehlfunktionen auch Gefahren für den Benutzer ausgehen.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die eingangs beschriebene Vorrichtung derart weiterzuentwickeln, dass eine Erwärmung der Flüssigkeit energiesparender erfolgen kann und auch hygienischen Randbedingungen für die Auslegung der Vorrichtung Rechnung getragen wird.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Zuleitung hinsichtlich ihres Innenvolumens an die bestimmte Flüssigkeitsmenge angepasst und die Zuleitung über ihre Länge mit einer Heizvorrichtung ausgestattet ist.
Als zu erwärmenden Flüssigkeit kommt in erster Linie Trink-, Frisch- und Brauchwasser zur Nutzung im Sanitärbereich von Schienenfahrzeugen zum Einsatz. Die Vorrichtung kann jedoch prinzipiell auch an mobilen und stationären Anlagen angewandt werden, bei denen Flüssigkeiten auf dem Weg von einem Bevorratungsbereich zum Nutzungs- oder Verbrauchsbereich erwärmt werden sollen, einschließlich Betriebs- und Verfahrensflüssigkeiten.
Bei der Vorrichtung wird davon ausgegangen, dass eine Entnahme von beispielsweise Trink- und Frischwasser an der Entnahmestation nicht kontinuierlich und über einen längeren Zeitraum stattfindet. Vielmehr wird jeweils nur eine durch den Benutzer angeforderte vordefinierte Wassermenge entnommen. Dabei kann eine Anforderung auch mehrfach hintereinander erfolgen. Aktivierungszyklen für die Vorrichtung zur Entnahme von beispielsweise Frischwasser im Sanitärbereich eines Schienenfahrzeugs werden immer wieder durch Zeiten unterbrochen, in denen ein Benutzer den Raum betritt oder verlässt, das WC benutzt wird oder allgemein die Vorrichtung nicht genutzt wird. In diesen Nichtbenutzungsintervallen erfolgt eine Erwärmung der in der Zuleitung befindlichen Flüssigkeit.
Die Vorrichtung zeichnet sich im Hinblick auf ihren Betrieb dadurch aus, dass beherrschbare Randbedingungen aus Hygieneanforderungen vorliegen, zusätzliche Vorratsbehältnisse für eine Erwärmung der Flüssigkeit vermieden werden, Temperaturspitzen mit negativen Auswirkungen auf Hygiene und Materialien vermieden werden.
Von besonderer Bedeutung ist die Abstimmung des vorgewärmten Volumens auf einen an der Entnahmestation vorliegenden Durchschnittsbedarf. Diese Abstimmung erfolgt dadurch, dass ein Zuleitungsvolumen nach dem Bedarf bemessen ist.
Auch kann eine installierte Heizleistung auf den notwendigen Heizbedarf unter Berücksichtigung des Volumens und der verfügbaren Vorwärmzeit abgestimmt sein.
Darüber hinaus wird ein Temperaturniveau auf eine tatsächliche geforderte Komforttemperatur minimiert, während eine elektrische Anschlussleistung auf das zur Erfüllung der Anforderungen notwendige Mindestmaß beschränkt werden kann.
Es ist als vorteilhaft anzusehen, dass eine Steuervorrichtung für die Heizvorrichtung derart ausgebildet ist, dass eine Heizleistung zur Erwärmung der Flüssigkeit von einer Vorratstemperatur auf eine Komforttemperatur innerhalb eines Heizintervalls aufgrund von Randbedingungen festgelegt ist, die aus der Gruppe ausgewählt sind, welche ein Benutzungsintervall für die Entnahmestation, eine Anzahl von Aktivierungswiederholungen der Entnahmestation pro Benutzungsintervall, pro Aktivierung der Entnahmestation entnommenes Flüssigkeitsvolumen, Volumen des Flüssigkeitsvorratsbehälters und tägliche Einsatzzeit umfasst. In dieser Weise ist die Heizleistung auf ein erforderliches Mindestmaß begrenzt.
Aus Gründen der Energieersparnis kann die Zuleitung nach außen wärmeisoliert sein.
Die Heizvorrichtung für die Zuleitung kann derart gesteuert sein, dass die Flüssigkeit in der Zuleitung aufgeheizt wird, wenn keine Flüssigkeitsentnahme stattfindet. Daraus ergibt sich eine ggf. unregelmäßige Intervallaufheizung der Flüssigkeit in der Zuleitung.
Ein Verlauf der Zuleitung von dem Flüssigkeitsvorratsbehälter zu der Entnahmestation kann vorgegeben sein, wobei dann eine Größe des Innenvolumens über einen freien inneren Querschnitt der Zuleitung bestimmt ist. Beispielsweise die Zuleitung für eine Sanitärzelle eines Schienenfahrzeugs hat einen vorbestimmten Weg von einem Flüssigkeitsvorratsbehälter zu der Entnahmestation in der Sanitärzelle. Die sich daraus ergebende Länge der Zuleitung wird als vorgegeben festgehalten. Ein freier innerer Querschnitt der Zuleitung bestimmt sich dann nach dem typischen Verbrauch an der Entnahmestation. Ein solcher typischer Verbrauch kann beispielsweise eine im Mittel zweifache Betätigung der Vorrichtung zur Abgabe der vorbestimmten Flüssigkeitsmenge sein.
Bevorzugt ist der freie Querschnitt der Zuleitung über die gesamte Länge der Zuleitung gleichbleibend, kann aber auch unstetig sein.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung noch näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Blockdiagrammdarstellung einer Vorrichtung zur Abgabe einer erwärmten Flüssigkeitsmenge an eine Entnahmestation und
2 eine kombinierte graphische Darstellung eines jeweiligen zeitlichen Verlaufs einer Zuleitungstemperatur, einer Wassertemperatur und einer Heizleistung über mehrere Heizintervalle.
Aus 1 geht der allgemeine Aufbau der Vorrichtung zur Abgabe einer vorbestimmten, erwärmten Flüssigkeitsmenge hervor. In einem Flüssigkeitsvorratsbehälter V befindet sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel Frischwasser, das über eine rohrförmige Zuleitung Z und eine Betätigungsvorrichtung B einer Entnahmestation E, hier ein Wasserhahn, zugeführt wird.
Die Betätigungsvorrichtung B wird entweder direkt betätigt, oder berührungsfrei z.B. mittels eines Infrarot- oder Radarsensors S1 ausgelöst. Dabei wird erfasst, wann sich eine Person im räumlichen Bereich der Entnahmestation E befindet. In diesem Fall löst die Betätigungsvorrichtung B eine Abgabe von Frischwasser an der Entnahmestation E aus.
Die Zuleitung Z ist über ihre gesamte Länge mit einer Heizvorrichtung H ausgestattet, so dass ein gesamtes Innenvolumen der Zuleitung Z zum Aufwärmen von Frischwasser nutzbar ist. Ersatzweise kann die Zuleitung Z auch nur abschnittweise beheizt werden. Die Heizvorrichtung H wird gesteuert von einer Steuervorrichtung S2, welche über geeignete elektrische Zuleitungen die Heizvorrichtung H mit Strom versorgt und außerdem die zugeführte elektrische Leistung abhängig von der gemessenen Temperatur schaltet oder regelt.
Ein Innenquerschnitt der Zuleitung Z ist zylinderförmig ausgebildet und über eine gesamte Länge der Zuleitung Z gleichbleibend. Wenn ein Montageweg für die Zuleitung Z von dem Vorratsbehälter V zu der Entnahmestation E festgelegt ist, wird bei der Auslegung der Vorrichtung ein Innendurchmesser der Zuleitung Z derart bemessen, dass in der Zuleitung Z ein geeignetes Flüssigkeitsvolumen, hier Frischwasservolumen, aufheizbar ist. Abhängig von der zu überbrückenden Entfernung, dem verfügbaren Bauraum und dem erforderlichen Volumen können auch Querschnittänderungen vorgesehen werden.
Wenn beispielsweise empirisch vorab ermittelt worden ist, dass beim Hände waschen an der Entnahmestation E typischerweise die Betätigungsvorrichtung B zwei Mal ausgelöst wird, wird das Innenvolumen der Zuleitung Z so bemessen sein, dass die vorbestimmte Flüssigkeitsmenge dem doppelten desjenigen entspricht, was an der Entnahmestation E bei einzelner Betätigung der Betätigungsvorrichtung B abgegeben wird. In dieser Weise steht in der Zuleitung Z für den Regel-Verbrauchsfall genügend erwärmtes Frischwasser zur Verfügung.
2 zeigt den Heizleistungs- und Temperaturverlauf über mehrere Heizintervalle. Die Heizvorrichtung H wird dann betrieben, wenn das Temperaturniveau der oder in der Zuleitung Z unter einen Sollwert abgesunken ist. In 2 zeigt die gestrichelt gezeichnete Linie den Verlauf der elektrischen Heizleistung, der, allgemein ausgedrückt, in den drei dargestellten Heizintervallen jeweils stark ansteigt, dann etwa exponentiell abfällt und so dann einen Wert nahe 0 annimmt. Die obere der beiden jeweils durchgezogenen Temperaturkurven bezieht sich auf eine Rohrtemperatur, während die untere Kurve die Wassertemperatur innerhalb der Zuleitung Z wiedergibt. Es ist ersichtlich, dass die Rohrtemperatur durch die Einwirkung der Heizvorrichtung H zunächst bis auf ein Maximum ansteigt, wonach sich dann die Temperaturen des Rohres und des Frischwassers einander annähern.
Die vorliegende Erfindung ist anhand eines Beispiels erläutert worden, das sich auf die Abgabe vorgegebener Frischwassermengen im Sanitärbereich eines Schienenfahrzeugs bezieht. Eine angepasste Benutzung der Erfindung kann jedoch auch bei anderen Flüssigkeiten, wie Brauchwasser, Trinkwasser, Betriebs- und Verfahrensflüssigkeiten benutzt werden.
Es ist hervorzuheben, dass die dargestellte Vorrichtung in ihrer Betriebsweise auch eine Frostschutzwirkung für die Zuleitung Z sowie die Betätigungsvorrichtung B mit sich bringt.

Claims

Vorrichtung zur Abgabe einer vorbestimmten, erwärmten Flüssigkeitsmenge an einer Entnahmestation (E), mit einem Flüssigkeitsvorratsbehälter (Z), einer Zuleitung (Z) von dem Flüssigkeitsvorratsbehälter (Z) zu der Entnahmestation (E) und einer Betätigungseinrichtung (B) zum Auslösen einer Flüssigkeitsentnahme, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitung (Z) hinsichtlich ihres Innenvolumens an die vorbestimmte Flüssigkeitsmenge angepasst und die Zuleitung über ihre Länge oder auch sektionsweise mit einer Heizvorrichtung (H) ausgestattet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuervorrichtung (S2) für die Heizvorrichtung (H) derart ausgebildet ist, dass eine Heizleistung zur Erwärmung der Flüssigkeit von einer Vorratstemperatur auf eine Komforttemperatur innerhalb eines Heizintervalls aufgrund von Randbedingungen festgelegt ist, die aus der Gruppe ausgewählt sind, welche ein Benutzungsintervall für die Entnahmestation (E), eine Anzahl von Aktivierungswiederholungen der Entnahmestation (E) pro Benutzungsintervall, pro Aktivierung der Entnahmestation (E) entnommenes Flüssigkeitsvolumen, Volumen des Flüssigkeitsvorratsbehälters (V) und tägliche Einsatzzeit umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitung (Z) nach außen wärmeisoliert ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung (H) für die Zuleitung (Z) derart gesteuert ist, dass die Flüssigkeit in der Zuleitung aufgeheizt wird, wenn keine Flüssigkeitsentnahme stattfindet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung (H) für die Zuleitung (Z) derart gesteuert ist, dass die Flüssigkeit in der Zuleitung aufgeheizt wird, wenn Flüssigkeitsentnahme stattfindet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verlauf der Zuleitung (Z) von dem Flüssigkeitsvorratsbehälter (V) zu der Entnahmestation (E) vorgegeben ist und eine Größe des Innenvolumens über einen freien inneren Querschnitt der Zuleitung (Z) bestimmt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der freie Querschnitt der Zuleitung (Z) über die gesamte Länge der Zuleitung (Z) gleichbleibend ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der freie Querschnitt der Zuleitung (Z) unstetig ist.