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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erwärmen einer Flüssigkeit. Die Flüssigkeit ist beispielsweise Brauchwasser.
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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 einen Wärmetauscher auf eine Flüssigkeit, z. B. Brauchwasser zu übertragen. Es ist auch bekannt, dass solche Vorrichtungen ergänzend als Luftheizungen dienen. Wird die erwärmte oder erhitzte Flüssigkeit in einem Mediumsbehälter eingebracht, um z. B. in der Art eines Boilers zu funktionieren, so ist eine Schichtung der Flüssigkeit zu beachten. Die Schichten beziehen sich dabei auf die unterschiedlich warmen Bestandteile der Flüssigkeit in dem Mediumsbehälter. Dies ist auch relevant für die Entnahme der Flüssigkeit aus dem Behälter.
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Die
DE 2 322 305 A1 beschreibt einen Warmwasserboiler mit einem Rohr zum Einbringen von Wasser. Das Rohr verfügt über Schlitze an der Seitenwand und kann stirnseitig mit einem Stopfen verschlossen sein. Das Rohr und die Schlitze sind dabei so orientiert, dass eine Vermischung von unterschiedlichen Temperaturschichten vermieden wird. Ähnlich ist auch die Ausgestaltung der
DE 10 2009 002 712 A1 .
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Vorrichtung zum Erwärmen einer Flüssigkeit vorzuschlagen, die sich durch eine möglichst optimale Schichtung der Flüssigkeit in einem Mediumsbehälter auszeichnet.
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Die Erfindung löst die Aufgabe durch eine Vorrichtung zum Erwärmen einer Flüssigkeit, mit einer Energieeinheit, einem Wärmeübertrager und einem Mediumsbehälter, wobei die Energieeinheit thermische Energie erzeugt, wobei der Wärmeübertrager die von der Energieeinheit erzeugte thermische Energie auf die Flüssigkeit überträgt, wobei der Mediumsbehälter die Flüssigkeit aufnimmt, wobei der Mediumsbehälter einen Mediumseingang und einen Mediumsausgang aufweist, wobei in dem Mediumsbehälter eine Verteilungsvorrichtung und eine Entnahmevorrichtung vorhanden sind, wobei die Verteilungsvorrichtung über den Mediumseingang in den Mediumsbehälter eindringende Flüssigkeit in einem Innenraum des Mediumsbehälters verteilt, wobei die Flüssigkeit über die Entnahmevorrichtung zu dem Mediumsausgang gelangt, wobei die Verteilungsvorrichtung und die Entnahmevorrichtung jeweils eine Mediumsleitung aufweisen, und wobei die Mediumsleitungen der Verteilungsvorrichtung und der Entnahmevorrichtung zumindest teilweise ineinander angeordnet sind, indem eine Mediumsleitung die andere Mediumsleitung zumindest teilweise umfasst.
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Die Mediumsleitungen können zumindest teilweise rohr- oder schlauchförmig, flexibel oder inflexibel sein und/oder zumindest teilweise aus einem Metall und/oder einem Kunststoff bestehen.
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Über eine Mediumsleitung wird das Medium durch den Mediumseingang hindurch in den Mediumsbehälter eingebracht und über eine Mediumsleitung wird das Medium durch den Mediumsausgang aus dem Mediumsbehälter hinausgebracht. Dabei befindet sich erfindungsgemäß eine der beiden Leitungen zumindest teilweise in der anderen Leitung und wird von dieser umfasst oder umgeben. Es ist also eine Art von Leitung-in-Leitung-System mit einer inneren und einer äußeren Leitung vorhanden. Dabei befindet sich je nach Ausgestaltung die Mediumsleitung der Verteilungsvorrichtung in der Mediumsleitung der Entnahmevorrichtung oder die Mediumsleitung der Entnahmevorrichtung befindet sich innen. Die Leitungen können sich dabei je nach Ausgestaltung konzentrisch umgeben oder die innere Leitung befindet sich in einem Bereich näher an der Innenwandung der äußeren Leitung. In einer Ausgestaltung sind auch Fixierungsstrukturen vorhanden, welche die innere Leitung in der äußeren Leitung fixieren. Innerhalb des Mediumsbehälters können die beiden Leitungen auf gleicher Höhe enden. In einer alternativen Ausgestaltung ragt die innere Leitung endseitig über die äußere Leitung hinaus oder die äußere Leitung überragt die innere Leitung. Es versteht sich in Bezug auf die Beschreibung, dass die Funktionen des Ein- bzw. Ausbringens der Flüssigkeit auch umkehrbar sind. Ist also im Folgenden eine Einheit als Entnahmevorrichtung beschrieben, so kann sie in der Anwendung auch als Verteilungsvorrichtung dienen. Für die Lesbarkeit wird jedoch die vereinfachte Beschreibung verwendet.
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Eine Ausgestaltung besteht darin, dass die Vorrichtung ferner eine Pumpvorrichtung aufweist, und dass die Pumpvorrichtung Flüssigkeit aus dem Mediumsbehälter fördert. Dabei wird vorzugsweise über den Mediumsausgang die Flüssigkeit aus dem Mediumsbehälter entnommen.
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Gemäß einer Ausgestaltung fallen Mediumseingang und Mediumsausgang zusammen. Es gibt somit für die beiden Mediumsleitungen nur eine Öffnung in dem Mediumsbehälter, mit dem sie jeweils - über ein festes Ende - kontaktiert sind.
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Eine Ausgestaltung besteht darin, dass diejenige Mediumsleitung der Mediumsleitungen der Verteilungsvorrichtung und der Entnahmevorrichtung, welche die andere Mediumsleitung umfasst, in einem Seitenmantel Aussparungen aufweist. Das Medium tritt somit seitlich aus der Mediumsleitung heraus bzw. gelangt über die Seite in die Mediumsleitung hinein.
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Eine Ausgestaltung besteht darin, dass diejenige Mediumsleitung, welche die andere Mediumsleitung umfasst, in einer T-Form mündet. Die äußere Mediumsleitung hat somit zwei Quergänge, die sich an einen Längsgang anschließen. In einer Ausgestaltung erstreckt sich die innere Mediumsleitung in einen der beiden Quergänge hinein. In einer Ausgestaltung sind die Mediumsleitungen teilweise oder vollständig im Wesentlichen zylindrisch und vorzugsweise kreiszylindrisch ausgestaltet.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass diejenige Mediumsleitung, welche die andere Mediumsleitung umfasst, eine Mündung der anderen Mediumsleitung überragt. In dieser Ausgestaltung mündet die innere Mediumsleitung in der äußeren Mediumsleitung und insbesondere vor deren Stirnseite.
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Eine Ausgestaltung besteht darin, dass mindestens eine Mediumsleitung ein Blindende aufweist. Ein Blindenende wird beispielweise dadurch erzeugt, dass die Leitung mit einem Stopfen verschlossen wird. Mit dieser Ausgestaltung geht beispielsweise eine derartige Variante einher, dass die Leitung auf ihrem Seitenmantel mindestens eine Aussparung aufweist, über welche die Flüssigkeit in die Leitung hinein- und/oder aus ihr hinaustreten kann.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass mindestens eine Mediumsleitung auf eine Innenwand des Mediumsbehälters mündet. In dieser Ausgestaltung schließt eine Mediumsleitung mit der Innenwand ab, sodass über diese Stirnseite der Mediumsleitung insbesondere keine Flüssigkeit austreten bzw. in die Mediumsleitung eindringen kann. Diese Ausgestaltung ist somit ähnlich der Variante mit dem Blindende. Entsprechend ist vorzugweise mindestens eine Aussparung auf dem Seitenmantel der Mediumsleitung vorgesehen.
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Eine Ausgestaltung besteht darin, dass diejenige Mediumsleitung, welche die andere Mediumsleitung umfasst, in einem Seitenmantel mindestens eine Aussparung aufweist, und dass in Bezug auf eine Position die mindestens eine Aussparung gegenüber einer Mündung der anderen Mediumsleitung zurückgesetzt ist. In einer Ausgestaltung sind alle Aussparungen der äußeren Mediumsleitung gegenüber der Mündung der inneren Mediumsleitung zurückgesetzt. Ist die innere Mediumsleitung in dem Mediumsbehälter in Richtung einer Oberseite des Mediumsbehälters orientiert, so mündet die innere Mediumsleitung in Richtung der Oberseite höher als die Aussparungen der äußeren Mediumsleitung.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass wenigstens eine Mediumsleitung der Mediumsleitungen der Verteilungsvorrichtung und der Entnahmevorrichtung in Richtung einer Oberseite des Mediumsbehälters mündet. Die Oberseite des Mediumsbehälter ist dabei die Seite, die entgegen der Richtung der Schwerkraft die oberste Seite des Innenraums begrenzt. Die Flüssigkeit wird somit entgegen der Schwerkraft in einer Ausgestaltung nach oben gelenkt. In einer Ausgestaltung weist dabei mindestens eine Mediumsleitung eine Umlenkung von im Wesentlichen 90° auf.
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Gemäß einer Ausgestaltung sind die Mediumsleitungen so ausgestaltet und relativ zueinander angeordnet, dass ein Flüssigkeitspfad von der Verteilungsvorrichtung zu der Entnahmevorrichtung kürzer als ein Flüssigkeitspfad von dem Mediumsbehälter zu der Entnahmevorrichtung ist. Wird bei dieser Ausgestaltung Flüssigkeit in den Mediumsbehälter eingebracht und gleichzeitig entnommen, so handelt es sich bei der entnommenen Flüssigkeit vor allem um die frisch eingebrachte Flüssigkeit. Ist beispielweise die Pumpleistung der Entnahme größer als die Einbringleistung, so wird Flüssigkeit aus dem Mediumsbehälter gewonnen. Sind die Leistungen jedoch gleich oder ist die Pumpleistung für das Einbringen größer als die Entnahmeleistung, so wird aufgrund des kürzeren Flüssigkeitspfads die frisch eingebrachte Flüssigkeit entnommen.
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Eine Ausgestaltung besteht darin, dass die Flüssigkeit Brauchwasser ist. Die einzelnen Komponenten und deren Verbindungen sind somit in dieser Ausgestaltung trinkwassergeeignet.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Energieeinheit durch das Verbrennen eines Brennstoff-Luft-Gemischs und/oder durch die Umwandlung elektrischer Energie thermische Energie erzeugt. Die thermische Energie wird also über das Verbrennen eines Brennstoffs, z. B. brennbares Gas oder in den gasförmigen Zustand überführter Dieselbrennstoff, oder über die Umwandlung von elektrischer Energie erzeugt.
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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 zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung gemäß einer ersten Variante,
- 2 eine schematische Darstellung des Mediumsbehälters als Teil der Vorrichtung gemäß einer erfindungsgemäßen zweiten Variante,
- 3 eine ähnliche Darstellung wie die der 2 einer erfindungsgemäßen dritten Variante,
- 4 eine schematische Darstellung einer vierten Variante,
- 5 eine schematische Darstellung einer fünften Variante,
- 6 eine schematische Darstellung einer sechsten Variante und
- 7 eine schematische Darstellung einer siebten Variante.
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Die 1 zeigt schematisch den Aufbau einer Vorrichtung zum Erwärmen mindestens einer Flüssigkeit. In einer Variante erwärmt die Vorrichtung auch Luft. Die thermische Energie für die Erwärmung wird von der Energieeinheit 1 durch die Verbrennung eines Brennstoff-Luft-Gemischs erzeugt und von dem Wärmeübertrager 2 auf die Flüssigkeit übertragen. Die erwärmte Flüssigkeit wird in einem Mediumsbehälter 3 gespeichert. Eine Pumpvorrichtung 4 dient dazu, die Flüssigkeit aus dem Mediumsbehälter 3 zu entnehmen. Der Mediumsbehälter 3 verfügt über einen Mediumseingang 30 und einen Mediumsausgang 31. Eine Verteilungsvorrichtung 32 und eine Entnahmevorrichtung 33 ragen in den Mediumsbehälter 3 hinein; beide sind als Mediumsleitungen ausgeführt. Sie dienen dem Einbringen sowie der Entnahme der Flüssigkeit. Ihre Ausführungen und Anordnungen zueinander verfolgen den Zweck, dass eine Temperaturschichtung der Flüssigkeit in dem Mediumsbehälter 3 erzeugt wird. In der dargestellten Ausgestaltung liegt der Mediumseingang 30 entlang der Richtung der Erdanziehung oberhalb des Mediumsausgangs 31. Somit gelangt oben erwärmte Flüssigkeit hinein und unten heraus.
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Die 2 zeigt für die Übersichtlichkeit nur den Mediumsbehälter 3. Bei dieser Variante fallen der Mediumseingang 30 und der Mediumsausgang 31 zusammen. Die Verteilungsvorrichtung 32 und die Entnahmevorrichtung 33 sind jeweils als rohrförmige Mediumsleitungen ausgestaltet. Die beiden Rohre (diese können auch teilweise oder vollständig als Schlauch ausgebildet sein) sind ineinander angeordnet, sodass die Entnahmevorrichtung 33 in der Verteilungsvorrichtung 32 befindlich ist. Somit umspült in der Anwendung die eindringende Flüssigkeit die Mediumsleitung 33 mit der Flüssigkeit, die den Mediumsbehälter 3 verlässt. Die äußere Mediumsleitung der Verteilungsvorrichtung 32 verfügt über eine Aussparung 34 in ihrem Seitenmantel. Die Pumpvorrichtung 4 wirkt entsprechend auf die Entnahmevorrichtung 33 ein. Zu erkennen ist, dass die beiden Mediumsleitungen 32, 33 im Inneren des Mediumsbehälters 3 nicht bündig abschließen, sondern dass die Mediumsleitung der Entnahmevorrichtung 33 das stirnseitige Ende der Mediumsleitung der Verteilungsvorrichtung 32 überragt.
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In der Ausgestaltung der 3 münden die beiden Mediumsleitungen der Verteilungsvorrichtung 32 und der Entnahmevorrichtung 33 bündig und in Richtung der Oberseite 35 des Mediumsbehälters 3. Hier ist wieder eine Öffnung im Mediumsbehälter 3 vorhanden, die eine Kombination aus Mediumseingang 30 und Mediumsausgang 31 ist. Für das Führen der Flüssigkeit von dieser Öffnung fort sowie zu ihr hin weisen beide Mediumsleitungen 32, 33 eine Umlenkung oder einen Bogen mit 90° nach oben auf. Zu erkennen ist, dass sich hier die Mediumsleitung der Verteilungsvorrichtung 32 koaxial in der Mediumsleitung der Entnahmevorrichtung 33 befindet.
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In der Variante der 4 ragt die Verteilungsvorrichtung 32 über die Mündung der Entnahmevorrichtung 33 hinaus. Wird somit über die Entnahmevorrichtung 33 Flüssigkeit aus dem Mediumsbehälter 3 entnommen, so handelt es sich dabei zunächst um die Flüssigkeit, die sich in der Verteilungsvorrichtung 32 befindet. Durch die horizontale Anordnung von Verteilungsvorrichtung 32 und Entnahmevorrichtung 33 in dem Mediumsbehälter 3 gelangt Flüssigkeit primär nur in eine Flüssigkeitsschicht bzw. wird Flüssigkeit zunächst nur aus einer Flüssigkeitsschicht entnommen. Damit wird einer Vermischung der unterschiedlichen Temperaturschichten entgegengewirkt.
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In der Variante der 5 mündet die Verteilungsvorrichtung 32 an der Innenwand des Mediumsbehälters 3. Die Innenwand gehört in dieser Ausgestaltung auch zu der Oberseite 35 des Mediumsbehälters 3. Die Flüssigkeit tritt somit nicht - wie bei den anderen vorgenannten Ausgestaltungen - über die offene Stirnfläche, sondern über die Aussparungen 34 im Seitenmantel aus. Innerhalb der L-förmigen Verteilungsvorrichtung 32 befindet sich die ebenfalls L-förmige Entnahmevorrichtung 33, die auch in Richtung der Oberseite 35 geneigt ist.
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Ähnlich zur Variante der 5 ist die Variante der 6, in welcher die Verteilungsvorrichtung 32 über ein Blindende 36 verfügt. Bei beiden Varianten tritt somit die Flüssigkeit nicht über das in dem Innenraum des Mediumsbehälters 3 befindliche freie Ende der Mediumsleitung aus, sondern über Aussparungen 34 im Seitenmantel. In der Variante der 6 ist die Entnahmevorrichtung 33 - wie in der 5 - L-förmig ausgestaltet und kann über ihre Endfläche Flüssigkeit abführen. Dabei befinden sich die Aussparungen 34 der Verteilungsvorrichtung 32 unterhalb der Mündung der Entnahmevorrichtung 33. Die Aussparungen 34 sind somit zurückgesetzt und befinden sich unterhalb der Mündung bzw. weiter von der Oberseite 35 des Mediumsbehälters 3 entfernt.
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In der Variante der 7 endet die Verteilungsvorrichtung 32 mit einer T-Form. Es gibt also zwei Querzweige, die einmal nach oben in Richtung der Oberseite 35 des Mediumsbehälters 3 und einmal nach oben gerichtet sind. Der obere Querzweig stößt an der Innenwand an, sodass darüber keine Flüssigkeit austreten kann. Der untere Querzweig mündet mit einer Öffnung für das Austreten der Flüssigkeit. Beide Querzweige verfügen über jeweils einen Seitenmantel, in dem sich Aussparungen 34 befinden. Die Entnahmevorrichtung 33 ist L-förmig ausgeführt und mündet in Richtung der Oberseite 35. Dabei ist das sich oben befindliche Ende der Mediumsleitung der Entnahmevorrichtung 33 offen, um die Flüssigkeit aufzunehmen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Energieeinheit
- 2
- Wärmeübertrager
- 3
- Mediumsbehälter
- 4
- Pumpvorrichtung
- 30
- Mediumseingang
- 31
- Mediumsausgang
- 32
- Verteilungsvorrichtung
- 33
- Entnahmevorrichtung
- 34
- Aussparung
- 35
- Oberseite
- 36
- Blindende
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2322305 A1 [0003]
- DE 102009002712 A1 [0003]
