DE102021005194A1

DE102021005194A1 - Vorrichtung zum Erwärmen von Luft und einer Flüssigkeit

Info

Publication number: DE102021005194A1
Application number: DE102021005194.7A
Authority: DE
Inventors: Victor Weissenbach
Original assignee: Truma Geraetetechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Truma Geraetetechnik GmbH and Co KG
Priority date: 2021-10-19
Filing date: 2021-10-19
Publication date: 2023-04-20
Also published as: WO2023066509A1; AU2022368895A1; CN118140099A; EP4419849A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Erwärmen von Luft und einer Flüssigkeit. Eine Steuereinheit (11) steuert eine Luftfördervorrichtung (4) und eine Flüssigkeitsfördervorrichtung (8) dahingehend, ob die Vorrichtung in einem Luft-Modus nur Luft oder in einem anderen Modus Flüssigkeit erwärmt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erwärmen von Luft und einer Flüssigkeit.
Im Stand der Technik ist es bekannt, thermische Energie aus der Verbrennung von beispielsweise Propan, Butan oder in den gasförmigen Zustand überführten Dieselkraftstoff zu gewinnen und über mindestens einen Wärmetauscher auf eine Flüssigkeit, z. B. Brauchwasser oder Raumluft zu übertragen. Es ist auch bekannt, Luft und Flüssigkeit zu erwärmen.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Vorrichtung zum Erwärmen von Luft und einer Flüssigkeit vorzuschlagen, die eine Alternative zum Stand der Technik darstellt.
Die Erfindung löst die Aufgabe durch eine Vorrichtung zum Erwärmen von Luft und einer Flüssigkeit, mit einem Lufteingang, einem Luftausgang, einem Luftwechselwirkungsbereich, einer Luftfördervorrichtung, einem Flüssigkeitseingang, einem Flüssigkeitsausgang, einem Flüssigkeitswechselwirkungsbereich, einer Flüssigkeitsfördervorrichtung, einer Energieeinheit, einem Wärmeübertrager, und einer Steuereinheit, wobei über den Lufteingang zu erwärmende Luft in die Vorrichtung gelangt, wobei über den Luftausgang erwärmte Luft die Vorrichtung verlässt, wobei über den Flüssigkeitseingang zu erwärmende Flüssigkeit in die Vorrichtung gelangt, wobei über den Flüssigkeitsausgang erwärmte Flüssigkeit die Vorrichtung verlässt, wobei die Energieeinheit thermische Energie erzeugt, wobei der Wärmeübertrager die von der Energieeinheit erzeugte thermische Energie in dem Luftwechselwirkungsbereich auf die Luft und in dem Flüssigkeitswechselwirkungsbereich auf die Flüssigkeit überträgt, wobei die Luftfördervorrichtung die Luft in den Luftwechselwirkungsbereich befördert, wobei die Flüssigkeitsfördervorrichtung die Flüssigkeit in den Flüssigkeitswechselwirkungsbereich befördert, wobei die Steuereinheit die Luftfördervorrichtung und die Flüssigkeitsfördervorrichtung dahingehend steuert, ob die Vorrichtung in einem Luft-Modus nur Luft oder in einem anderen Modus Flüssigkeit erwärmt.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung gibt es zumindest zwei unterschiedliche Betriebs-modi: entweder wird nur Luft erwärmt oder es wird - zumindest auch - Flüssigkeit erwärmt.
Je nach Modus wird Luft oder Flüssigkeit durch die zwei zugehörigen Fördervorrichtungen zu den entsprechenden Wechselwirkungsbereichen befördert, in welchen sie von dem Wärmeübertrager thermische Energie erhalten. Die Flüssigkeitsfördervorrichtung ist beispielsweise eine Pumpe und die Luftfördervorrichtung ein Gebläse. Die Steuereinheit schaltet dabei zwischen den Modi umher. Die Luft ist vorzugsweise Raumluft in einem Raum und die Flüssigkeit ist beispielsweise Brauchwasser.
Gemäß einer Ausgestaltung ist die Steuereinheit derartig ausgestaltet, dass sie die Luftfördervorrichtung und die Flüssigkeitsfördervorrichtung dahingehend steuert, ob die Vorrichtung in einem Luft-Modus nur Luft oder in einem Flüssigkeits-Modus nur Flüssigkeit erwärmt. In dieser Ausgestaltung gibt es somit zwei Modi, in denen jeweils nur Luft oder nur die Flüssigkeit erwärmt wird. Beim Flüssigkeits-Modus wird dabei die geringe Menge an Raumluft, die durch die Bereitstellung der thermischen Energie gegebenenfalls erwärmt wird, als Nebenprodukt nicht beachtet.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Steuereinheit die Luftfördervorrichtung und die Flüssigkeitsfördervorrichtung dahingehend steuert, ob die Vorrichtung in einem Luft-Modus nur Luft, in einem Flüssigkeits-Modus nur Flüssigkeit oder in einem Misch-Modus Luft und Flüssigkeit erwärmt. In dieser Ausgestaltung gibt es drei Modi. Bei den unterschiedlichen Bedienungs-Modi wird entweder nur ein Medium (Luft oder Flüssigkeit) oder es werden beide Medien (Luft und Wasser) erwärmt. Je nach Modus wird nur ein Medium oder werden beide Medien durch die zwei zugehörigen Fördervorrichtungen zu den entsprechenden Wechselwirkungsbereichen befördert, in welchen sie von dem Wärmeübertrager thermische Energie erhalten.
Eine Ausgestaltung besteht darin, dass die Steuereinheit vor dem Luft-Modus die Flüssigkeitsfördervorrichtung so ansteuert, dass der Flüssigkeitswechselwirkungsbereich im Wesentlichen frei von der Flüssigkeit ist. In dieser Ausgestaltung wird vor dem Luft-Modus die Flüssigkeit aus dem Wechselwirkungsbereich der Flüssigkeit entfernt und insbesondere nicht nachgefüllt, sodass im Luft-Modus keine Flüssigkeit und damit nur Luft erwärmt wird.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Steuereinheit bei einem Wechsel von dem Luft-Modus zu dem anderen Modus (z. B. Flüssigkeits-Modus oder Misch-Modus, falls realisiert) die Flüssigkeitsfördervorrichtung so ansteuert, dass in den Flüssigkeitswechselwirkungsbereich die Flüssigkeit erst dann gelangt, wenn eine kritische Temperatur des Wärmeübertragers unterhalb eines vorgebbaren Startwerts liegt. In dieser Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Flüssigkeit erst dann erwärmt wird, wenn eine bestimmte Temperatur des Wärmeübertragers ausreichend gering und insbesondere kleiner als ein vorgebbarer Startwert ist. Dadurch werden beispielweise unerwünschte Geräusche oder Druckschläge vermieden. Der Startwert ist dabei der Temperaturwert, bei dem der Flüssigkeits-Modus oder der Misch-Modus (als Beispiele für den anderen Betriebsmodus, bei dem nur oder auch Flüssigkeit erwärmt wird) gestartet wird. Die kritische Temperatur bezieht sich dabei insbesondere auf einen Bereich des Wärmeübertragers, dessen Temperatur sich auf die Flüssigkeit auswirkt.
Eine Ausgestaltung besteht darin, dass die Vorrichtung ferner einen Temperatursensor aufweist, dass der Temperatursensor eine Temperatur des Wärmeübertragers erfasst, und dass die Steuereinheit die von dem Temperatursensor erfasste Temperatur im Hinblick auf die kritische Temperatur des Wärmeübertragers auswertet. In dieser Ausgestaltung stellt die Steuereinheit über die Messsignale eines Temperatursensors fest, ob der Wärmeübertrager ausreichend abgekühlt ist.
Eine alternative oder ergänzende Ausgestaltung sieht vor, dass die Steuereinheit bei einem Wechsel von dem Luft-Modus zu dem anderen Modus (beispielsweise Flüssigkeits-Modus oder Misch-Modus) die Flüssigkeitsfördervorrichtung so ansteuert, dass in den Flüssigkeitswechselwirkungsbereich die Flüssigkeit erst dann gelangt, wenn nach einem Ende des Luft-Modus mindestens eine vorgebbare Abkühlzeitdauer verstrichen ist. Die Abkühlzeitdauer ist die Zeit, die der Wärmeübertrager zum Abkühlen von einer Temperatur des Luft-Modus bis zu einer Temperatur unterhalb des Startwerts benötigt und kann aus dem Abkühlverhalten des Wärmeübertragers ermitteln werden.
Eine Ausgestaltung besteht darin, dass die Energieeinheit durch das Verbrennen eines Brennstoff-Luft-Gemischs und/oder durch die Umwandlung elektrischer Energie thermische Energie erzeugt. Die thermische Energie wird in dieser Ausgestaltung über das Verbrennen eines Brennstoffs, z. B. brennbares Gas oder in den gasförmigen Zustand überführter Dieselbrennstoff, oder über die Umwandlung von elektrischer Energie erzeugt.
Im Einzelnen gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten, die erfindungsgemäße Vorrichtung auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf die folgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:

1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung.

Die 1 zeigt schematisch den Aufbau einer Vorrichtung zum Erwärmen von Luft und einer Flüssigkeit.
Die Luft gelangt durch den Lufteingang 1 in die Vorrichtung und verlässt sie erwärmt durch den Luftausgang 2. Die Flüssigkeit, beispielsweise Wasser tritt über den Flüssigkeitseingang 5 in die Vorrichtung ein und verlässt sie erwärmt über den Flüssigkeitsausgang 6. In einer - hier nicht dargestellten - Variante ist ein Flüssigkeitsbehälter vorhanden, den die Flüssigkeit vom Flüssigkeitseingang 5 zum Flüssigkeitsausgang 6 passiert. Die thermische Energie für die Erwärmung wird von der Energieeinheit 9 in der dargestellten Variante durch die Verbrennung eines Brennstoff-Luft-Gemischs erzeugt. Diese thermische Energie überträgt der Wärmeübertrager 10 in der dargestellten Ausführung je nach Modus auf die Luft, auf die Flüssigkeit oder sowohl auf die Luft als auch auf die Flüssigkeit. Hierfür sind zwei Wechselwirkungsbereiche zum Übertragen der thermischen Energie vorhanden: ein Luftwechselwirkungsbereich 3 und ein Flüssigkeitswechselwirkungsbereich 7. Für die Erwärmung wird die Luft bzw. die Flüssigkeit von den zwei Fördervorrichtungen 4, 8 durch den jeweils zugeordneten Wechselwirkungsbereich 3, 7 befördert. Dies steuert die Steuereinheit 11, die zwischen den Betriebs-Modi wechselt. Hierfür ist ein Temperatursensor 12 vorhanden, der Temperaturwerte des Wärmeübertragers 10 erfasst. Die Messsignale werden von der Steuereinheit 11 im Hinblick auf eine für die Flüssigkeit kritische Temperatur ausgewertet. Erst dann, wenn der Wärmeübertrager 10 ausreicht abgekühlt ist, befördert die Flüssigkeitsfördervorrichtung 4 bei einem Wechsel von einem Luft-Modus auf einen anderen Modus die Flüssigkeit in den Flüssigkeitswechselwirkungsbereich 3.
Bezugszeichenliste

1: Lufteingang
2: Luftausgang
3: Luftwechselwirkungsbereich
4: Luftfördervorrichtung
5: Flüssigkeitseingang
6: Flüssigkeitsausgang
7: Flüssigkeitswechselwirkungsbereich
8: Flüssigkeitsfördervorrichtung
9: Energieeinheit
10: Wärmeübertrager
11: Steuereinheit
12: Temperatursensor

Claims

Vorrichtung zum Erwärmen von Luft und einer Flüssigkeit, mit einem Lufteingang (1), einem Luftausgang (2), einem Luftwechselwirkungsbereich (3), einer Luftfördervorrichtung (4), einem Flüssigkeitseingang (5), einem Flüssigkeitsausgang (6), einem Flüssigkeitswechselwirkungsbereich (7), einer Flüssigkeitsfördervorrichtung (8), einer Energieeinheit (9), einem Wärmeübertrager (10), und einer Steuereinheit (11), wobei über den Lufteingang (1) zu erwärmende Luft in die Vorrichtung gelangt, wobei über den Luftausgang (2) erwärmte Luft die Vorrichtung verlässt, wobei über den Flüssigkeitseingang (5) zu erwärmende Flüssigkeit in die Vorrichtung gelangt, wobei über den Flüssigkeitsausgang (6) erwärmte Flüssigkeit die Vorrichtung verlässt, wobei die Energieeinheit (9) thermische Energie erzeugt, wobei der Wärmeübertrager (10) die von der Energieeinheit (9) erzeugte thermische Energie in dem Luftwechselwirkungsbereich (3) auf die Luft und in dem Flüssigkeitswechselwirkungsbereich (7) auf die Flüssigkeit überträgt, wobei die Luftfördervorrichtung (4) die Luft in den Luftwechselwirkungsbereich (3) befördert, wobei die Flüssigkeitsfördervorrichtung (8) die Flüssigkeit in den Flüssigkeitswechselwirkungsbereich (7) befördert, wobei die Steuereinheit (11) die Luftfördervorrichtung (4) und die Flüssigkeitsfördervorrichtung (8) dahingehend steuert, ob die Vorrichtung in einem Luft-Modus nur Luft oder in einem anderen Modus Flüssigkeit erwärmt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit (11) die Luftfördervorrichtung (4) und die Flüssigkeitsfördervorrichtung (8) dahingehend steuert, ob die Vorrichtung in einem Luft-Modus nur Luft oder in einem Flüssigkeits-Modus nur Flüssigkeit erwärmt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuereinheit (11) die Luftfördervorrichtung (4) und die Flüssigkeitsfördervorrichtung (8) dahingehend steuert, ob die Vorrichtung in einem Luft-Modus nur Luft, in einem Flüssigkeits-Modus nur Flüssigkeit oder in einem Misch-Modus Luft und Flüssigkeit erwärmt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuereinheit (11) vor dem Luft-Modus die Flüssigkeitsfördervorrichtung (8) so ansteuert, dass der Flüssigkeitswechselwirkungsbereich (7) im Wesentlichen frei von der Flüssigkeit ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Steuereinheit (11) bei einem Wechsel von dem Luft-Modus zu dem anderen Modus die Flüssigkeitsfördervorrichtung (8) so ansteuert, dass in den Flüssigkeitswechselwirkungsbereich (7) die Flüssigkeit erst dann gelangt, wenn eine kritische Temperatur des Wärmeübertragers (10) unterhalb eines vorgebbaren Startwerts liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Vorrichtung ferner einen Temperatursensor (12) aufweist, wobei der Temperatursensor (12) eine Temperatur des Wärmeübertragers (10) erfasst, und wobei die Steuereinheit (11) die von dem Temperatursensor (12) erfasste Temperatur im Hinblick auf die kritische Temperatur des Wärmeübertragers (6) auswertet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Steuereinheit (11) bei einem Wechsel von dem Luft-Modus zu dem anderen Modus die Flüssigkeitsfördervorrichtung (8) so ansteuert, dass in den Flüssigkeitswechselwirkungsbereich (7) die Flüssigkeit erst dann gelangt, wenn nach einem Ende des Luft-Modus mindestens eine vorgebbare Abkühlzeitdauer verstrichen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Energieeinheit (5) durch das Verbrennen eines Brennstoff-Luft-Gemischs und/oder durch die Umwandlung elektrischer Energie thermische Energie erzeugt.