DE102021005382A1

DE102021005382A1 - Vorrichtung zum Erwärmen von Raumluft und einer Flüssigkeit

Info

Publication number: DE102021005382A1
Application number: DE102021005382.6A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Stahl
Original assignee: Truma Geraetetechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Truma Geraetetechnik GmbH and Co KG
Priority date: 2021-10-29
Filing date: 2021-10-29
Publication date: 2023-05-04
Also published as: CN117795264A; WO2023072425A1; AU2022376881A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Erwärmen von Raumluft und einer Flüssigkeit. Über einen Lufteingang (1) und einen Luftausgang (2) gelangt Raumluft und über einen Flüssigkeitseingang (3) und einen Flüssigkeitsausgang (4) gelangt die Flüssigkeit hinein und heraus aus der Vorrichtung. Der Wärmeübertrager (6) überträgt von einer Energieeinheit (5) erzeugte thermische Energie in einem Wechselwirkungsbereich einer Mediumsleitung (8) auf die Flüssigkeit. Eine Fördervorrichtung (9) bewegt Flüssigkeit zwischen einem Mediumsbehälter (7) und der Mediumsleitung (8). Eine Steuereinheit (10) steuert die Fördervorrichtung (9) und/oder die Energieeinheit (5). In dem Fall, dass die Vorrichtung in einem Luft-Modus nur Raumluft erwärmen soll, steuert die Steuereinheit (10) in einem Vorbereitungsschritt die Fördervorrichtung (9) und/oder die Energieeinheit (5) so, dass bedingt durch die Erdanziehung Flüssigkeit aus der Mediumsleitung (8) ausläuft und/oder dass Flüssigkeit in der Mediumsleitung (8) bis zu einer Verdampfungstemperatur erwärmt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erwärmen von Raumluft 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, Raumluft und Flüssigkeit zu erwärmen.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Vorrichtung zum Erwärmen von Raumluft und einer Flüssigkeit vorzuschlagen, die eine Alternative zum Stand der Technik darstellt.
Die Erfindung löst die Aufgabe durch eine Vorrichtung zum Erwärmen von Raumluft und einer Flüssigkeit, mit einem Lufteingang, einem Luftausgang, einem Flüssigkeitseingang, einem Flüssigkeitsausgang, einer Energieeinheit, einem Wärmeübertrager, einem Mediumsbehälter, einer Mediumsleitung, einer Fördervorrichtung und einer Steuereinheit, wobei über den Lufteingang zu erwärmende Raumluft in die Vorrichtung gelangt, wobei über den Luftausgang erwärmte Raumluft 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 auf die Raumluft und/oder auf die Flüssigkeit überträgt, wobei der Mediumsbehälter dazu dient, die Flüssigkeit aufzunehmen, wobei die Mediumsleitung dazu dient, die Flüssigkeit zu führen, wobei der Wärmeübertrager und die Mediumsleitung so ausgestaltet und relativ zueinander angeordnet sind, dass der Wärmeübertrager thermische Energie auf in der Mediumsleitung befindliche Flüssigkeit überträgt, wobei die Fördervorrichtung dazu dient, Flüssigkeit von dem Mediumsbehälter zu der Mediumsleitung und von der Mediumsleitung zu dem Mediumsbehälter zu bewegen, wobei die Steuereinheit die Fördervorrichtung und/oder die Energieeinheit steuert, und wobei in dem Fall, dass die Vorrichtung in einem Luft-Modus nur Raumluft erwärmen soll, die Steuereinheit in einem Vorbereitungsschritt die Fördervorrichtung und/oder die Energieeinheit so steuert, dass bedingt durch die Erdanziehung Flüssigkeit aus der Mediumsleitung ausläuft und/oder dass Flüssigkeit in der Mediumsleitung bis zu einer Verdampfungstemperatur der Flüssigkeit erwärmt wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung verfügt über Ein- und Auslässe für die zu erwärmende Raumluft und eine zu erwärmende oder zu erhitzende Flüssigkeit, z. B. Brauchwasser. In einem Mediumsbehälter kann zumindest die Flüssigkeit gespeichert werden. Weiterhin kann die Flüssigkeit durch eine Mediumsleitung geführt werden, wofür eine Fördervorrichtung vorhanden ist. Ein Wärmeübertrager überträgt thermische Energie auf die Raumluft und/oder die Flüssigkeit. Erwärmt wird die Flüssigkeit, die durch die Mediumsleitung geführt wird und zumindest einen Wechselwirkungsbereich des Wärmeüberträgers passiert. Entsprechend sind der Wärmeübertrager und die Mediumsleitung relativ zueinander angeordnet. In entsprechender Weise wird die Raumluft an dem Wärmeübertrager vorbeigeführt. Wie die folgenden Ausgestaltungen zeigen, erlaubt es die Vorrichtung, dass beispielsweise zwischen den zu erwärmenden Medien: also Flüssigkeit und Raumluft gezielt gewechselt werden kann. Vor einem Luft-Modus, in dem die Vorrichtung nur Raumluft erwärmen soll, wird die Mediumsleitung in Bezug auf die Flüssigkeit entleert, indem sie infolge der Schwerkraft abgelassen oder verdampft wird. Dies geschieht, indem die Steuereinheit in einem Vorbereitungsschritt, also vor dem eigentlichen Luft-Modus, die Fördervorrichtung und/oder die Energieeinheit so steuert, dass die Flüssigkeit aus der Mediumsleitung bedingt durch die Erdanziehung ausläuft und/oder in der Mediumsleitung oberhalb ihrer Verdampfungstemperatur erwärmt wird. Relevant ist dabei jeweils der Teil der Mediumsleitung, der sich in einem Wirkungsbereich des Wärmeübertragers befindet. Somit wird vor allem die Flüssigkeit entfernt, welche durch den Wärmeübertrager thermische Energie aufnehmen könnte. Für das Auslaufen bedingt durch die Erdanziehung und somit unter Anwendung der Schwerkraft mündet der relevante Teil der Mediumsleitung beispielsweise oberhalb des Mediumsbehälters. Das Ansteuern der Fördervorrichtung besteht beispielsweise darin, dass keine Flüssigkeit gefördert wird oder dass sogar in Richtung einer Mündung des relevanten Teils der Mediumsleitung ein Unterdruck erzeugt wird. Das alternative oder ergänzende Verdampfen geschieht beispielsweise dadurch, dass die von der Energieeinheit erzeugt thermische Energie erhöht wird. Alternativ oder ergänzen wird die Förderung der Flüssigkeit solange unterbrochen, bis die Flüssigkeit lange genug in Wechselwirkung mit dem Wärmeübertrager stand und dabei ausreichend thermische Energie aufgenommen hat. Das Verdampfen im Gegensatz zum Ausnutzen der Schwerkraft hat den Vorteil, dass es für mehr geometrische Ausgestaltungen und Anordnungen der beteiligten Komponenten Anwendung finden kann. In einer Ausgestaltung läuft zuerst die Flüssigkeit aus und der verbleibende Rest wird verdampft.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Mediumsbehälter dazu dient, Flüssigkeit und Luft aufzunehmen, und dass sich in dem Mediumsbehälter ein Luftpolster befindet. Der Mediumsbehälter ist somit im Betrieb nicht vollständig durch die Flüssigkeit gefüllt, sondern es verbleibt ein Teil des Volumens, in dem sich ein Luftpolster ausbildet. Daher wird im Betrieb - und insbesondere bei der ersten Inbetriebnahme - das Befüllen und Entleeren des Mediumsbehälters entsprechend gesteuert, dass sich ein Luftpolster ausbildet. Das Luftpolster ermöglicht auch das Verdampfen der Flüssigkeit. Die Luft im Luftpolster ist dabei keine zu erwärmende Raumluft, die durch die Vorrichtung gezielt erwärmt wird, sondern ist eine Funktions- oder Arbeitsluft. Das Luftpolster ergibt sich dabei in einer Ausgestaltung durch eine zusätzliche Verbindung des Mediumsbehälters mit der Außenluft um die Vorrichtung herum.
Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass die Mediumsleitung dazu dient, Flüssigkeit und Luft zu führen, und dass die Fördervorrichtung dazu dient, Flüssigkeit und/oder Luft von dem Mediumsbehälter zu der Mediumsleitung und von der Mediumsleitung zu dem Mediumsbehälter zu bewegen. In dieser Ausgestaltung befindet sich in dem Flüssigkeitszweig der Vorrichtung auch Luft, die durch die Mediumsleitung gefördert wird. In dieser Ausgestaltung kann somit die Luft aus dem Luftpolster gezielt durch die Mediumsleitung gefördert werden. Dabei ist diese Luft nicht mit der zu erwärmenden Raumluft zu verwechseln.
Eine Ausgestaltung besteht darin, dass in dem Fall, dass die Vorrichtung entweder nur Flüssigkeit oder Flüssigkeit und Raumluft erwärmen soll, die Steuereinheit so die Fördervorrichtung steuert, dass Flüssigkeit aus dem Mediumsbehälter zu der Mediumsleitung und von der Mediumsleitung zu dem Mediumsbehälter gelangt. Bei dieser Passage der Flüssigkeit durch die Mediumsleitung hindurch überträgt der Wärmeübertrager thermische Energie auf die Flüssigkeit.
Eine Ausgestaltung besteht darin, dass die Vorrichtung ferner ein Gebläse zum Fördern der Raumluft von dem Lufteingang zu dem Luftausgang aufweist. Damit geht eine Ausgestaltung einher, dass in dem Fall, dass die Vorrichtung entweder nur Raumluft oder Flüssigkeit und Raumluft erwärmen soll, die Steuereinheit das Gebläse so steuert, dass Raumluft von dem Lufteingang über den Wärmeübertrager zu dem Luftausgang gelangt. Das Gebläse befördert Raumluft so, dass der Wärmeübertrager thermische Energie auf die Raumluft überträgt und sie dadurch erwärmt.
Eine Ausgestaltung besteht darin, dass die Energieeinheit durch das Verbrennen eines Brennstoff-Luft-Gemischs und/oder durch die Umwandlung elektrischer Energie thermische 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 Raumluft und einer Flüssigkeit.
Die Raumluft gelangt durch den Lufteingang 1 in die Vorrichtung und verlässt sie erwärmt durch den Luftausgang 2. Die Flüssigkeit, beispielsweise Wasser tritt über den Flüssigkeitseingang 3 in die Vorrichtung ein und verlässt sie erwärmt (oder erhitzt) über den Flüssigkeitsausgang 4. Die thermische Energie für die Erwärmung wird von der Energieeinheit 5 in der dargestellten Variante durch das Verbrennen eines Brennstoff-Luft-Gemischs erzeugt. Die thermische Energie überträgt der Wärmeübertrager 6 je nach Modus auf die Raumluft oder auf die Flüssigkeit oder beispielsweise sowohl auf die Raumluft als auch auf die Flüssigkeit. Hierfür wird die Raumluft von dem Lufteingang 1 durch ein Gebläse 12 entlang oder vorbei an dem Wärmeübertrager 6 zu dem Luftausgang 2 geführt. Für die Flüssigkeit ist ein Mediumsbehälter 7 vorgesehen, der mit dem Flüssigkeitseingang 3 und dem Flüssigkeitsausgang 4 und einer Mediumsleitung 8 verbunden ist. Der Mediumsbehälter 7 nimmt nicht nur die Flüssigkeit, sondern auch Luft in einem Luftpolster 11 auf. Diese Luft ist dabei nicht die Raumluft, die durch die Vorrichtung erwärmt werden soll, sondern dient dem Funktionieren der Vorrichtung und dem Zusammenwirken der einzelnen Komponenten. Die Flüssigkeit, die die Mediumsleitung 8 passiert, kann von dem Wärmeübertrager 6 thermische Energie aufnehmen. Der Fluss der Flüssigkeit wird von der Fördervorrichtung 9 bewirkt, die beispielsweise mindestens eine Pumpe umfasst. Gesteuert wird die Fördervorrichtung 9 durch die Steuereinheit 10, die in dieser Ausgestaltung auch ausgehend von Einstellung eines Benutzers zwischen den unterschiedlichen Betriebsmodi wechselt.
Angedeutet ist, dass sich die Mediumsleitung 8, die sich in Kontakt mit dem Wärmeübertrager 6 befindet, oberhalb des Mediumsbehälters 7 befindet. Damit soll verdeutlicht werden, dass in dem Fall, dass keine Flüssigkeit durch die Mediumsleitung 8 gefördert wird, die Flüssigkeit durch die Erdanziehung aus dem relevanten Abschnitt der Mediumsleitung 8 und somit nach unten in Richtung der Erdanziehung herausfließen kann. Bedingt durch die Geometrie der Mediumsleitung 8 kann dabei ein gewisser Rest an Flüssigkeit im Wechselwirkungsbereich von Mediumsleitung 8 und Wärmeübertrager 6 verbleiben.
Soll in einem Luft-Modus nur Raumluft erwärmt werden, so befreit die Steuereinheit 10 in einem Vorbereitungsschritt die Mediumsleitung 8 von der ggf. verbleibenden Flüssigkeit, indem die Flüssigkeit über ihre Verdampfungstemperatur erwärmt wird. Dafür wirkt hier die Steuereinheit 10 sowohl auf die Fördervorrichtung 9 als auch auf die Energieeinheit 5 ein. Das Verdampfen geschieht in einer Variante dadurch, dass für eine ausreichend lange Zeit keine Flüssigkeit durch die Mediumsleitung 8 gefördert wird und dadurch nur die verbliebene Flüssigkeit thermische Energie von dem Wärmeübertrager 6 erhält. Alternativ wird die Energieeinheit 5 so angesteuert, dass sie mehr thermische Energie liefert. Weiterhin wirkt alternativ oder ergänzend die Fördervorrichtung 9 als Gebläse, das die bereits verdampfte Flüssigkeit aus der Mediumsleitung 8 abführt.
Bezugszeichenliste

1: Lufteingang
2: Luftausgang
3: Flüssigkeitseingang
4: Flüssigkeitsausgang
5: Energieeinheit
6: Wärmeübertrager
7: Mediumsbehälter
8: Mediumsleitung
9: Fördervorrichtung
10: Steuereinheit
11: Luftpolster
12: Gebläse

Claims

Vorrichtung zum Erwärmen von Raumluft und einer Flüssigkeit, mit einem Lufteingang (1), einem Luftausgang (2), einem Flüssigkeitseingang (3), einem Flüssigkeitsausgang (4), einer Energieeinheit (5), einem Wärmeübertrager (6), einem Mediumsbehälter (7), einer Mediumsleitung (8), einer Fördervorrichtung (9) und einer Steuereinheit (10), wobei über den Lufteingang (1) zu erwärmende Raumluft in die Vorrichtung gelangt, wobei über den Luftausgang (2) erwärmte Raumluft die Vorrichtung verlässt, wobei über den Flüssigkeitseingang (3) zu erwärmende Flüssigkeit in die Vorrichtung gelangt, wobei über den Flüssigkeitsausgang (4) erwärmte Flüssigkeit die Vorrichtung verlässt, wobei die Energieeinheit (5) thermische Energie erzeugt, wobei der Wärmeübertrager (6) die von der Energieeinheit (5) erzeugte thermische Energie auf die Raumluft und/oder auf die Flüssigkeit überträgt, wobei der Mediumsbehälter (7) dazu dient, die Flüssigkeit aufzunehmen, wobei die Mediumsleitung (8) dazu dient, die Flüssigkeit zu führen, wobei der Wärmeübertrager (6) und die Mediumsleitung (8) so ausgestaltet und relativ zueinander angeordnet sind, dass der Wärmeübertrager (6) thermische Energie auf in der Mediumsleitung (8) befindliche Flüssigkeit überträgt, wobei die Fördervorrichtung (9) dazu dient, Flüssigkeit von dem Mediumsbehälter (7) zu der Mediumsleitung (8) und von der Mediumsleitung (8) zu dem Mediumsbehälter (7) zu bewegen, wobei die Steuereinheit (10) die Fördervorrichtung (9) und/oder die Energieeinheit (5) steuert, und wobei in dem Fall, dass die Vorrichtung in einem Luft-Modus nur Raumluft erwärmen soll, die Steuereinheit (10) in einem Vorbereitungsschritt die Fördervorrichtung (9) und/oder die Energieeinheit (5) so steuert, dass bedingt durch die Erdanziehung Flüssigkeit aus der Mediumsleitung (8) ausläuft und/oder dass Flüssigkeit in der Mediumsleitung (8) bis zu einer Verdampfungstemperatur der Flüssigkeit erwärmt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Mediumsbehälter (7) dazu dient, Flüssigkeit und Luft aufzunehmen, und wobei sich in dem Mediumsbehälter (7) ein Luftpolster (11) befindet.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Mediumsleitung (8) dazu dient, Flüssigkeit und Luft zu führen, und wobei die Fördervorrichtung (9) dazu dient, Flüssigkeit und/oder Luft von dem Mediumsbehälter (7) zu der Mediumsleitung (8) und von der Mediumsleitung (8) zu dem Mediumsbehälter (7) zu bewegen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei in dem Fall, dass die Vorrichtung entweder nur Flüssigkeit oder Flüssigkeit und Raumluft erwärmen soll, die Steuereinheit (10) so die Fördervorrichtung (9) steuert, dass Flüssigkeit aus dem Mediumsbehälter (7) zu der Mediumsleitung (8) und von der Mediumsleitung (8) zu dem Mediumsbehälter (7) gelangt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Vorrichtung ferner ein Gebläse (12) zum Fördern der Raumluft von dem Lufteingang (1) zu dem Luftausgang (2) aufweist.