DE19830761C2 - Warm- oder Heißwassererzeuger - Google Patents
Warm- oder HeißwassererzeugerInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Warm- oder Heißwasser
erzeuger, sowie eine warm- oder heißwassergespeiste Ein
richtung mit Wassererwärmung durch direkte Dampfeinlei
tung.
Zum Transport von Prozesswärme über größere Distan
zen wird wegen des hohen Energiegehalts meist Dampf ver
wendet, der unter relativ hohem Druck steht und eine Tem
peratur deutlich über 100°C aufweist. Für viele Anwen
dungszwecke sind Energiegehalt und Druck des Dampfs zu
hoch. Insbesondere Heizungssysteme werden deshalb meist
mit Warmwasser als Wärmeträger betrieben. Deshalb ist es
erforderlich, die in dem Dampf enthaltene Wärmeenergie an
einer geeigneten Schnittstelle auf das als Wärmeträger
verwendete Wasser zu übertragen. Dazu ist es bekannt,
Dampf in einen Primärwasserkreislauf einzuleiten. Der
Primärwasserkreislauf wird mittels einer Pumpe aufrecht
erhalten und beheizt einen Wärmetauscher an den ausgangs
seitig ein Sekundärkreislauf mit Heizkörpern als Wärme
verbraucher angeschlossen ist.
Es zeigt sich, dass die Mischung von Dampf und
Wasser wegen des großen Energieunterschieds zwischen
Dampf und Wasser kritisch ist. Es können plötzliche
Verdampfungs- oder Kondensationserscheinungen auftreten,
die als Betriebsgeräusche in Erscheinung treten und die
Akzeptanz von Anlagen mit direkter Einleitung von Dampf
in Wasser vermindern.
Das Mischen von Dampf mit Wasser mittels einer
Strahlpumpe geht aus der GB 222899 hervor. Die Strahlpum
pe ist in eine eine Rückschlagklappe umgehende Bypass
leitung einer Rohrleitung eingebaut. Ein vor der Rück
schlagklappe liegender Abzweig führt zu dem Sauganschluss
der Strahlpumpe, während deren Ausgang zu einem hinter
der Rückschlagklappe liegenden Abzweig der Rohrleitung
führt. Der Dampfanschluss der Strahlpumpe ist mit einem
Regulierventil versehen, das von einem vor den Saugan
schluss liegenden Thermometer betätigt wird. Kälter zu
fliessendes Wasser führt zu einem höheren Dampfzustrom.
Die Mischung von Dampf und Wasser kann dazu führen,
dass Dampfblasen in die Wasserleitung eingetragen werden
und dort Geräusche erzeugen.
Aus der DE 31 25 583 C2 ist die Heizung von Wärmever
brauchern mittels Warmwasser bekannt, das mittels einer
Strahlpumpe aus Rücklaufwasser erzeugt worden ist, das
mittels Heißwassers oder Dampf in der Strahlpumpe erhitzt
wird. Die Strahlpumpe ist mit einem Stellorgan versehen,
über das der Dampfzutritt regulierbar ist.
Maßnahmen zur Reduzierung von Betriebsgeräuschen
sind nicht ersichtlich.
Auch aus der DE 44 32 464 A1 ist die Erwärmung von
Wasser mittels Dampf bekannt. Zur Einleitung des Dampfs
in das Wasser dient ein sogenannter Injektor mit einem
Strömungsteiler, der zur Zerteilung von Dampfbläschen
dienen soll. Die Ausbildung des Injektors und des Strö
mungsteilers wird nicht weiter erläutert. Der Injektor
ist in einem Wasserkreislauf angeordnet, der über eine
elektrische Pumpe aufrecht erhalten wird. Die Regulierung
der Dampfzufuhr erfolgt durch außentemperaturgeregeltes
Auslassen von Wasser aus dem Wasserkreislauf.
Das Mengenverhältnis von Wasser und Dampf wird bei
der Mischung durch die Außentemperatur bestimmt.
Auch aus der DE 37 07 678 A1 ist die Erwärmung von
Wasser durch direkte Einleitung von Dampf in einem ge
eigneten Mischgefäß bekannt. Wie bei dem vorstehend dis
kutierten Stand der Technik erfolgt die Regulierung der
zuströmenden Dampfmenge durch gezieltes Auslassen von
Wasser aus dem das Mischgefäß enthaltenden Kreislauf. Das
Mengenverhältnis von Dampf und Wasser stellt sich anhand
der Außentemperatur sowie ggfs. weiterer gemessener Para
meter ein.
Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, einen
geräuscharm arbeitenden Warm- oder Heißwassererzeuger,
bzw. ein solches Warm- oder Heißwasser zu speisendes Sys
tem zu schaffen.
Diese Aufgabe wird mit dem Warm- oder Heißwasser
erzeuger mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. der
warm- oder heißwassergespeisten Einrichtung nach Anspruch
12 gelöst.
Der erfindungsgemäße Heißwassererzeuger bzw. die
erfindungsgemäße Einrichtung beinhaltet eine Mischein
richtung, mit der Dampf in zu erwärmendes Wasser einge
leitet wird, sowie ein Regelorgan und/oder eine Regel
einrichtung, mit der das Verhältnis von Dampfmenge zu
Wassermenge und/oder der Druck des entstehenden Gemischs
aus Dampf und Wasser regulierbar ist. Das erzeugte Warm
wasser kann sowohl zur Beheizung von Wärmeverbrauchern im
Kreislauf geführt als auch direkt oder indirekt genutzt
werden, wobei auch Wasserentnahme (zapfen) des Wassers
möglich sein kann.
Zur Erfassung und Überwachung des Zustands des Ge
mischs aus Dampf und Wasser dient eine Sensoreinrichtung
in oder an dem Mischausgang der Mischeinrichtung oder in
einem gewissen Abstand stromabwärts zu dieser. Das Ge
misch aus Dampf und Wasser enthält mehr oder weniger
große Dampfblasen, die in dem Wasser kondensieren. Durch
die Überwachung des Zustands des Gemischs kann das Ge
misch, in dem noch Dampfblasen existieren und in dem noch
kein ausreichender Energieausgleich stattgefunden hat,
auf einen eingrenzbaren vorbestimmten Bereich konzen
triert werden. Es kann, mit anderen Worten verhindert
werden, dass Dampfblasen in das Heizungssystem
verschleppt werden und dort durch plötzliche Implosionen
Dampfschläge verursachen. Erst recht wird das Vordringen
größerer Dampfmengen in das Heizungssystem verhindert,
die zu explosionsartigen Verdampfungen von Wasserresten
führen könnten.
Es wird dadurch nicht nur ein geräuscharmer oder
geräuschfreier Betrieb erreicht, sondern darüberhinaus
ein Betrieb, der Druckstöße von der Anlage fernhält. Dies
reduziert den Verschleiß der Anlage und hebt nicht nur
deren Akzeptanz, sondern auch deren technische Zuver
lässigkeit deutlich an.
Ein einfaches Verfahren zur Überwachung des Zustands
des Gemischs aus Dampf und Wasser ist die Überwachung der
elektrischen Leitfähigkeit des entstehenden Gemischs.
Dazu kann ein Leitfähigkeitssensor vorgesehen werden, der
seine Messung bspw. auf einen kleinen Ausschnitt des
vorhandenen Kanalquerschnitts, d. h. auf einen Probequer
schnitt beschränkt. Enthält das vorbeiströmende Gemisch
Dampfblasen und gelangen diese zu dem Leitfähigkeits
sensor, ändert sich die erfasste Leitfähigkeit abrupt.
Dampf hat eine wesentlich geringere elektrische Leitfä
higkeit als Wasser, was eine klare Unterscheidung gestat
tet.
Die Leitfähigkeit kann alternativ auch über einen
größeren Rohrquerschnitt oder eine längs zur Strömung
verlaufende Strecke gemessen werden. Sind in dem Dampf/-
Wasser-Gemisch größere Dampfblasen vorhanden, vermindert
dies die Leitfähigkeit, was als entsprechendes elektri
sches Signal erfassbar ist. Werden die Dampfblasen zu
groß, sinkt die Leitfähigkeit unter einen Grenzwert, was
ebenfalls auswertbar ist. Dazu dient vorzugsweise eine
Regel- und/oder Steuereinrichtung. Um die Bildung zu
großer Dampfblasen zu verhindern, kann bspw. der System
druck erhöht werden. Dies führt zu einer kürzeren Lebens
dauer von Dampfblasen und zu einer Verminderung von deren
Größe. Ergänzend oder alternativ kann das Mengenverhält
nis zwischen Dampf und Wasser geändert werden. Bspw. kann
die eingeleitete Dampfmenge reduziert werden, was die
Lebensdauer der Blasen ebenfalls verkürzt und deren Größe
vermindert.
Alternativ oder ergänzend zu dem Leitfähigkeits
sensor kann an dem Ausgang der Mischeinrichtung oder an
einer geeigneten anderen Stelle des Systems, an der
möglichst keine Dampfblasen mehr auftreten sollen, ein
Temperatursensor in Verbindung mit einem Drucksensor
vorgesehen werden. In Verbindung mit einer Auswerteein
richtung, die die Phasenzustandskurve von Wasser in
Formel- oder Tabellenform enthält, kann die Annäherung an
die Phasengrenzkurve zwischen Dampf und Wasser erfasst
und rechtzeitig gegengesteuert werden. Hier ist ein
schnelles Ansprechen des Temperatursensors erforderlich,
der Dampfblasen anhand ihrer erhöhten Temperatur erkennt.
Wird dann die Phasengrenzkurve in Richtung Dampf durch
laufen, wird erkannt, dass Dampf in das Heißwassersystem
vorgedrungen ist und eine entsprechende Gegenmaßnahme
eingeleitet. Dies kann auch für Fälle gelten, in denen
lediglich eine Dampfblase den Temperatursensor passiert
und die Phasengrenzkurve nur kurzzeitig durchquert wird.
Anstelle des Leitfähigkeitssensors oder ergänzend zu
diesem kann ein Schallaufnehmer, insbesondere ein Körper
schallsensor vorgesehen werden, der vorzugsweise an dem
Ausgang der Mischeinrichtung etwaige auftretende Implo
sionsgeräusche erfasst. Derartige Geräusche können als
Vorboten einer Dampfblasenbildung angesehen werden und
die Drosselung des Dampfzustroms veranlassen. Als Körper
schallsensor kann ein Drucksensor dienen, wenn er ent
sprechend empfindlich anspricht.
Zur Mischung von Dampf und Wasser dient vorzugsweise
eine regulierbare Strahlpumpe, bei der der Dampfzustrom
einstellbar ist und die nicht nur als Mischer sondern
auch als Pumpe wirkt. Die Regulierung kann bspw. mittels
einer Reguliernadel in der Treibdüse und bspw. anhand
einer konstant zu haltenden Vorlauftemperatur des Hei
zungssystems erfolgen. Unabhängig von dieser Regelschlei
fe kann eine zweite Regelschleife vorgesehen sein, die
das Vordringen von Dampfblasen in das Heizungssystem
durch Drosselung des Wasserauslasses aus dem Wasserkreis
lauf bewirkt. Es sind somit zwei konkurrierende Regel
schleifen vorhanden, bei denen die den Wasserauslass
regulierende Regelschleife die Priorität hat und somit
unabhängig von der Wärmeanforderung verhindert, dass
Geräusche durch Dampfblasenimplosion entstehen.
Der Vorzug der Verwendung einer Strahlpumpe als
Mischeinrichtung liegt zusätzlich darin, dass auf elek
trische Pumpeinrichtungen vollständig verzichtet werden
kann. Die Förderung des Heißwassers in dem Heißwasser
kreislauf kann durch den vorhandenen Dampfdruck bewirkt
werden.
Der Stellantrieb der Strahlpumpe ist vorzugsweise so
ausgelegt, dass sowohl langsame Stellbewegungen als auch
relativ schnelle Stellbewegungen erzielbar sind. Während
zur Einregulierung bei eingeschwungenem (geräuscharmem
oder geräuschlosem) Betrieb langsame Stellbewegungen an
gemessen sind, führt das Drosselorgan eine schnelle
Schließbewegung durch, wenn Dampfblasen oder deren Vor
boten (unruhiger, geräuschbehafteter Betrieb) erkannt
werden. Die Schließbewegung führt vorzugsweise nicht zum
vollständigen Schließen des Drosselorgans, sondern le
diglich zu einer schnellen Verminderung des Dampf
zutritts.
Weitere Einzelheiten vorteilhafter Ausführungsformen
der Erfindung ergeben sich aus Unteransprüchen, der
Zeichnung und/oder der Beschreibung.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung veranschaulicht. Es zeigen:
Fig. 1 eine warm- oder heißwassergespeiste Einrich
tung mit einem Heißwassererzeuger, in schematisierter
Prinzipdarstellung,
Fig. 2 eine alternative Ausführungsform der warm-
oder heißwassergespeisten Einrichtung in einer aus
schnittsweisen Prinzipdarstellung, und
Fig. 3 einen Teil der Steuer- und Regeleinrichtung
der warm- oder heißwassergespeisten Einrichtung in einer
schematisierten Darstellung.
In Fig. 1 ist eine warm- oder heißwassergespeiste
Einrichtung 1 veranschaulicht, die über eine Vorlauflei
tung 01 mit Dampf versorgt wird und an einer Rücklauflei
tung 02 Kondensat abgibt. Diese Einrichtung 1 umfasst
einen oder mehrere Heizkörper 2 und einen Warm- oder
Heißwassererzeuger 4, wobei die Heizkörper 2 sowohl par
allel als auch gruppenweise in Reihe angeordnet sein kön
nen. Die Heizkörper 2 sind in einem Wasserkreislauf 3
angeordnet, der von dem Heißwassererzeuger 4 mit einem
Heißwasservorlauf 5 zu den Heizkörpern 2 und von diesen
mit einem Wasserrücklauf 6 zu dem Heißwassererzeuger 4
zurückführt. Der Heißwasserkreislauf 3 kommt vollständig
ohne elektrische Pumpe aus und wird von dem Heißwasser
erzeuger 4 gespeist. Die erforderliche Pumpenenergie wird
dem über die Vorlaufleitung 01 herangeführten Dampf
entnommen.
Der Heißwassererzeuger 4 weist einen Eingang 11 auf,
der zu einem Sauganschluss 12 einer Strahlpumpe 14 führt.
Die Strahlpumpe 14 weist einen weiteren Sauganschluss 15
auf, der über einen entsprechenden Kanal 16 an eine Ab
zweigstelle 17 des Wasserrücklaufs 6 angeschlossen ist.
Die Strahlpumpe weist außerdem einen Ausgang 18 auf, der
zu der Heißwasservorlaufleitung 5 führt.
Die Strahlpumpe 14 ist regulierbar ausgebildet. Sie
weist eine nicht weiter veranschaulichte Treibdüse auf,
die mit dem Eingang 12 in Verbindung steht. Der Treibdüse
ist eine in den Fig. 1 und 2 symbolisch veranschau
lichte Ventilspindel 19 zugeordnet, die über einen Stell
antrieb 21 (Stelleinrichtung) verstellbar ist. Dadurch
kann der wirksame Durchlassquerschnitt der Treibdüse
einreguliert werden. Der Stellantrieb 21 kann ein Elek
tromotor oder eine anderweitige Antriebseinrichtung sein.
Über eine Steuerleitung 22 ist der Stellantrieb 21 mit
einem Ausgang einer Steuer- und Regeleinrichtung 23
verbunden. Der Stellantrieb 21 ist vorzugsweise für
mehrere Stellgeschwindigkeiten ausgelegt, so dass die
Steuer- und Regeleinrichtung sowohl eine schnelle als
auch eine langsame Stellbewegung erzielen kann.
Zu dem Heißwassererzeuger 4 gehört außerdem ein als
Drosseleinrichtung dienendes Regulierventil 25, über das
der Heißwasserkreislauf 3 an die Rücklaufleitung 02
angeschlossen ist. Das Regulierventil 25 verbindet dabei
die Abzweigstelle 17 mit der Rücklaufleitung 02. Ein
Stellantrieb 26 dient der Betätigung des Regulierventils
25. Der Stellantrieb kann sowohl ein Motorantrieb sein,
mit dem das Regulierventil 25 sowohl auf als auch zu, als
auch in beliebige Zwischenstellungen verfahrbar ist.
Alternativ kann das Regulierventil 25 ein Ventil sein,
das aufgrund seiner Bauart und/oder aufgrund der Bauart
des Stellantriebs 26 nur ganz auf oder ganz zu gesteuert
werden kann.
Der Stellantrieb 26 ist über eine Steuerleitung 27
mit einem Ausgang der Steuer- und Regeleinrichtung 23
verbunden.
Die Heißwassererzeugungseinrichtung 4 weist außerdem
einen Dampfsensor 31 auf, der an einem von der Strahl
pumpe 14 zu dem Heißwasservorlauf 5 führenden Kanal an
geordnet ist. An seinem Ausgang 32 gibt der Dampfsensor
31 ein Signal ab, das über eine entsprechende Leitung 33
zu einem Eingang der Steuer- und Regeleinrichtung 23
geführt ist und den Zustand des in dem Kanal vorhandenen
Gemischs aus Dampf und Wasser kennzeichnet. Der Dampf
sensor 31 kann bspw. ein Leitfähigkeitssensor sein, der
ein die Leitfähigkeit des Wasser/Dampfgemischs kennzeich
nendes Signal abgibt.
Zusätzlich kann an der Heißwasservorlaufleitung 5
ein Temperatursensor 34 vorgesehen sein, der an seinem
Ausgang 35 ein die Wassertemperatur kennzeichnendes
Signal abgibt, das über ein Leitung 36 zu einem entspre
chenden Eingang der Steuer- und Regeleinrichtung 23
geführt ist.
Die Steuer- und Regeleinrichtung 23 weist im vor
liegenden Ausführungsbeispiel zwei unabhängig voneinander
arbeitende Regler auf. Bspw. ist der Temperatursensor 34
mit einem Regler 41 verbunden, dessen Ausgang den Stell
antrieb 21 steuert und der dazu dient, die gewünschte
Vorlauftemperatur einzustellen. Der Dampfsensor 31 kann
mit einem weiteren Regler 42 verbunden sein, dessen
Ausgang mit dem Stellantrieb 26 verbunden ist und der
dazu dient, ungeachtet dessen, ob die gewünschte Vor
lauftemperatur erreicht ist oder nicht, den Wasserauslass
aus dem Heißwasserkreislauf 3 zu drosseln, wenn zu viel
Dampf in den Kreislauf eingedrungen ist.
Das insoweit beschriebene Heißwasserheizungssystem
arbeitet wie folgt:
Es wird angenommen, dass der Heißwasserkreislauf 3
vollständig mit Wasser gefüllt ist. In der Vorlaufleitung
5 hat das Wasser eine Temperatur, die niedriger ist als
die gewünschte Vorlauftemperatur. Dies stellt der Regler
41 fest und öffnet über den Stellantrieb 21 die Strahl
pumpe 14. Diese erhält somit Dampf von der Vorlaufleitung
01, der durch die Treibdüse dringt und über den Saugan
schluss 15 und den Kanal 16 relativ kaltes Wasser aus der
Rücklaufleitung 6 saugt. Das sich vor der Treibdüse bil
dende Gemisch aus Dampf und Wasser durchläuft die Strahl
pumpe 14, wobei der Dampf kondensiert und das Wasser er
hitzt. Der kondensierende Dampf vergrößert die Menge des
vorhandenen Wassers, wobei die überschüssige Wassermenge
über das Regulierventil 25 in den Rücklauf 02 abfließt.
Ist die gewünschte Solltemperatur erreicht, drosselt der
Regler 41 den Dampfzustrom. Unter Aufrechterhaltung der
Pumpwirkung wird nun weniger Dampf und somit weniger Wär
meenergie in den Wasserkreislauf 3 eingeführt.
Werden an dem Heizkörper 2 durch Änderung einer
Ventileinstellung Parameter geändert, die die Wärmeabnah
me beeinflussen, kann dies von der Regeleinrichtung
ausgeglichen werden. Wird bspw. ein zusätzlicher Heizkör
per geöffnet, nimmt der Strömungswiderstand des Wasser
kreislaufs 3 ab und die Strahlpumpe 14 fördert bei glei
cher Dampfmenge zunächst mehr Wasser. Die Regeleinrich
tung 41 sorgt über den Temperatursensor 34 und die den
Stellantrieb 21 dafür, dass die zuströmende Dampfmenge
erhöht wird, falls dies zur Aufrechterhaltung der Vor
lauftemperatur erforderlich ist.
Wird bspw. durch starke Wärmeanforderung oder durch
Änderung eines Betriebszustands, bspw. durch plötzliches
Auf- oder Zudrehen ein oder mehrerer Heizkörper oder
durch eine hohe Rücklauftemperatur ein Arbeitspunkt
erreicht, bei dem sich relativ große Dampfblasen bilden
und/oder bei dem Dampfblasen in den Kanal 18 vordringen,
besteht Gefahr das diese heftig implodieren und Geräusche
verursachen. Dies wird jedoch durch den Regler 42 verhin
dert. Gibt die Strahlpumpe 14 an ihrem Ausgang ein Dampf-
Wassergemisch ab, das größere Dampfblasen enthält, sinkt
die von dem Dampfsensor 31 erkannte Leitfähigkeit. Ist
die Leitfähigkeit geringer als ein vorgegebener Grenz
wert, schliesst der Regler 42 das Regulierventil 25
relativ schnell ganz oder teilweise, wodurch der Druck in
dem Wasserkreislauf 3 zunimmt. Durch den erhöhten Gegen
druck strömt weniger Dampf aus der Vorlaufleitung 01 in
die Strahlpumpe 14 und somit in den Wasserkreislauf 3.
Durch den zunehmenden Druck erfolgt außerdem die Kon
densation früher und ggfs. gleichmäßiger. Unter Umständen
kann das teilweise oder vollständige (vorübergehende)
Absperren des Regulierventils 25 dazu führen, dass die
gewünschte Solltemperatur an dem Sensor 34 später er
reicht wird als es bei nicht überwachtem Betrieb möglich
wäre. Jedoch wird auf die vorgestellte Weise ein in allen
Betriebslagen geräuschfreier oder geräuscharmer Betrieb
der Heißwasserheizungsanlage 1 erreicht.
In der Steuer- und Regeleinrichtung 23 kann festge
legt sein, dass Betätigungen der Ventilspindel 19 immer
langsam erfolgen, es sei denn, es treten Dampfblasen auf
bzw. drohende Dampfblasenbildung wird durch Druckschwan
kungen angezeigt. Dann kann in ein Betriebsregime umge
schaltet werden, das eine schnelles Drosseln des Dampf
zustroms ermöglicht. Dieses wird verlassen, sobald oder
wenn die Mischeinrichtung 14 wieder ruhig arbeitet. Nimmt
die Steuer- und Regeleinrichtung ihr schnelles Betriebs
regime ein, kann die Regelung zeitweilig außer Kraft
gesetz werden und das Drosselorgan um einen festgelegten
Betrag oder einen Betrag, dessen Größe von dem mit dem
Sensor 31 erfassten Wert abhängt, geschlossen werden. Die
Regelung wird dabei ausgesetzt und es wird kurzzeitig zu
einer Steuerung übergegangen.
Bei einer in Fig. 2 veranschaulichten alternativen
Ausführungsform ist zusätzlich oder alternativ zu dem
Leitfähigkeitssensor eine Sensoranordnung 51 vorgesehen,
zu der ein Temperatursensor 52 und ein Drucksensor 53
gehören. Der Temperatursensor 52 der Sensoranordnung 51
kann den Temperatursensor 34 ersetzen. Er ist dann an den
Regler 41 angeschlossen. Zusätzlich sind beide Sensoren
52, 53 an eine Überwachungseinheit 54 angeschlossen, die
die erfassten Druck- und Temperaturwerte daraufhin unter
sucht, welcher Aggregatzustand Wasser bei diesen Tempera
tur- und Druckverhältnissen zugeordnet ist. Der Tempera
tursensor 52 ist vorzugsweise besonders trägheitsarm
ausgelegt, so dass auch relativ kleine vorbeikommende
heiße Dampfblasen als kurzzeitige Temperaturerhöhung
erfasst werden. Aufgrund der jedoch nie ganz zu vermei
denden thermischen Trägheit werden sehr kleine Dampf
blasen ignoriert. Größere Dampfblasen werden als Tempera
turerhöhungen bei vorhandenem Druck erkannt. Die Aus
werteeinrichtung 54 enthält dazu wie in Fig. 3 symbo
lisch veranschaulicht, eine von einem Mikrocontroller
abzuarbeitenden Programmabschnitt oder eine entsprechende
Hardware, der bzw. die einen interessierenden Ausschnitt
aus dem Zustandsdiagramm von Wasser wiedergibt. Die
vorhandenen und gemessenen Temperatur- und Druckwerte
sind in Fig. 3 beispielhaft durch einen Arbeitspunkt A
veranschaulicht. Dieser liegt in einem relativ großen
Temperaturabstand B zu einer bekannten Phasengrenzkurve
K. Kommt nun eine Dampfblase an den Temperatursensor 52
vorbei, wird der Arbeitspunkt A kurzzeitig, bspw. auf den
Punkt A1 verschoben. Dies ist ein Indiz für vorhandenen
Dampf. Die Auswerteeinrichtung 54 gibt in diesem Fall an
ihrem Ausgang Z ein entsprechendes Signal an die Regel
einrichtung 42 ab. Diese kann als Gegenmaßnahme das
Regulierventil 25 kurzzeitig ganz oder teilweise schlies
sen.
Die Auswerteeinrichtung 54 kann außer der Phasen
grenzkurve K eine weitere Kurve S als Sicherheitsgrenze
enthalten. Diese Kurve 5 liegt in einem Bereich für die
Temperatur T und den Druck P, in dem das Wasser mit
Sicherheit noch flüssig ist. Die Sicherheitskurve ver
läuft in einem Abstand zu der Kurve K. Wird die Sicher
heitskurve S durchquert, kann an dem Ausgang ein Signal Z
abgegeben werden, um den Wasserauslass an dem Regulier
ventil 25 zu reduzieren. Dies erhöht die Sicherheit gegen
das Vorhandensein von Dampfblasen.
Alternativ kann auch ein mechanischer Dampfsensor
vorgesehen werden, der bspw. auf dem Auftrieb oder dem
Strömungswiderstand beruht.
Ein Heißwasserheizungssystem 1 weist eine Dampf-
Wasser-Mischeinrichtung 14 auf, die dazu dient, einem
Dampfnetz entnommenen Dampf mit einem Wasserstrom eines
Wasserkreislaufs 3 zu mischen, um diesen zu erwärmen. Der
Wasserkreislauf 3 dient der Beheizung von Wärmeverbrau
chern 2. Ein Dampfsensor 31 (51) ist in der Nähe des Aus
gangs der Mischeinrichtung 14 angeordnet und gibt an sei
nem Ausgang 32 ein Signal ab, das den vorherrschenden
Aggregatzustand des Dampf/Wassergemischs kennzeichnet.
Sind mehrere oder größere Dampfblasen vorhanden, wird
dies von einer entsprechenden Steuer- und Regeleinrich
tung 23 erkannt, die den Dampfzustrom und/oder den Was
serauslass drosselt.
Claims (19)
1. Warm- oder Heißwassererzeuger (4), insbesondere
zur Gebäudeheizung,
mit einer Mischeinrichtung (14), die mit einem Dampfeinlasskanal (12), einem Wasserkanal (16), der von einem Wasserauslasskanal (6) abzweigt, und einem Heiß wasserausgangskanal (18) verbunden ist, und
mit einer Dampfsensoreinrichtung (31), die in dem Heißwasserauslasskanal (18) angeordnet ist.
mit einer Mischeinrichtung (14), die mit einem Dampfeinlasskanal (12), einem Wasserkanal (16), der von einem Wasserauslasskanal (6) abzweigt, und einem Heiß wasserausgangskanal (18) verbunden ist, und
mit einer Dampfsensoreinrichtung (31), die in dem Heißwasserauslasskanal (18) angeordnet ist.
2. Warm- oder Heißwassererzeuger nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass in dem Dampfeinlasskanal
(12) oder in dem Wasserauslasskanal (6) ein Drosselorgan
(19, 25) angeordnet ist, über das der Dampfzustrom
und/oder der Druck in dem an die Mischeinrichtung (14)
angeschlossenen System (3) steuerbar ist.
3. Warm- oder Heißwassererzeuger nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselorgan (19, 25) mit
einer Steuer- und Regeleinrichtung (23) verbunden ist,
die mit der Dampfsensoreinrichtung (31) und vorzugsweise
zusätzlich mit einer Temperatursensoreinrichtung (34)
verbunden ist.
4. Warm- oder Heißwassererzeuger nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Dampfsensoreinrichtung
(31) dazu eingerichtet ist, ein Signal abzugeben, das den
Aggregatzustand des an der Dampfsensoreinrichtung (31)
vorhandenen Wassers kennzeichnet.
5. Warm- oder Heißwassererzeuger nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Regelein
richtung (23) dazu eingerichtet ist, das Drosselorgan
(19, 25) zur Drosselung des Dampfstroms zu verstellen,
wenn das von der Dampfsensoreinrichtung (31) abgegebene
Signal anzeigt, dass an der
Dampfsensoreinrichtung (31) wenigstens kurzzeitig Dampf
blasen vorhanden sind.
6. Warm- oder Heißwassererzeuger nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselorgan mit einem
Stellantrieb (21) verbunden ist, der unterschiedliche
Stellgeschwindigkeiten ermöglicht.
7. Warm- oder Heißwassererzeuger nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Dampfsensoreinrichtung
(31) ein Leitfähigkeitssensor ist, der vorzugsweise in
einem Abstand stromabwärts zu dem Drosselorgan (19) an
geordnet ist.
8. Warm- oder Heißwassererzeuger nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Drosselorgan
(19) und der Dampfsensoreinrichtung (31) eine Ausgleichs
strecke angeordnet ist, deren Länge der zu erwartenden
Strömungsgeschwindigkeit und der Kondensationsgeschwin
digkeit entsprechend bemessen ist.
9. Warm- oder Heißwassererzeuger nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Dampfsensoreinrichtung
(31) einen Temperatursensor (52) und einen Drucksensor
(53) aufweist, wobei die Steuereinrichtung (23) dazu ein
gerichtet ist, anhand eines abgegebenen Temperatursignals
und eines abgegebenen Drucksignals auf Grund des Zu
standsdiagramms von Wasser auf dessen Aggregatzustand zu
schließen und den Dampfzustrom oder den Strom ausgelasse
nen Wassers zu drosseln, sobald eine zu große Annäherung
an die Phasengrenzlinie (K) im Zustandsdiagramm erreicht
ist.
10. Warm- oder Heißwassererzeuger nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Regelein
richtung (23) Mittel zur Filterung eines von der
Sensoreinrichtung (23) abgegebenen Signal in oder vor der
Steuer- und Regeleinrichtung (23) aufweist, wobei dazu
vorzugsweise ein Filter vorgesehen ist, das wenigstens
bereichsweise mittelwertbildend wirkt.
11. Warm- oder Heißwassererzeuger nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Mischeinrichtung (14)
eine Strahlpumpe ist, die vorzugsweise das Drosselorgan
(19) zur Regulierung des Dampfzustroms enthält.
12. Warm- oder heißwassergespeiste Einrichtung
mit einem Heißwassererzeuger (4) nach Anspruch 1,
dessen Mischeinrichtung (14) als Strahlpumpe ausgebildet
ist, deren Dampfanschluss (12) an eine Dampfzuleitung
(01), deren Sauganschluss (15) an eine Wasser führende
Leitung und deren Ausgang (18) an eine Vorlaufleitung (5)
angeschlossen ist, wobei die Vorlaufleitung (5) zu wenig
stens einem Wärmeverbraucher (2) führt.
13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekenn
zeichnet, dass die Wasser führende Leitung eine Rücklauf
leitung (6) ist und dass der Wärmeverbraucher (2) ein
Heizkörper ist, der ausgangsseitig an die Rücklaufleitung
(6) angeschlossen ist, so dass ein Heizungskreislauf aus
gebildet ist.
14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekenn
zeichnet, dass in der Rücklaufleitung (6) eine verstell
bare Drosseleinrichtung (25) angeordnet ist.
15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekenn
zeichnet, dass die Steuer- und Regeleinrichtung (23) an
die in der Rücklaufleitung (6) angeordnete Drosselein
richtung (25) angeschlossen ist, um die aus der warm-
oder heißwassergespeisten Einrichtung (1) ausgelassene
Wassermenge zu regulieren.
16. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekenn
zeichnet, dass das Drosselorgan (19) der Mischeinrichtung
(14) der Regulierung des Drucks in der warm- oder heiß
wassergespeisten Einrichtung (1) dient, während die
Drosseleinrichtung (25) zur Regulierung des Durchsatzes
dient.
17. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekenn
zeichnet, dass die Dampfsensoreinrichtung (31) über die
Steuer- und Regeleinrichtung (23) an die Drosseleinrich
tung (25) angeschlossen ist.
18. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekenn
zeichnet, dass in oder an der Vorlaufleitung (5) ein
Temperatursensor (34) zur temperaturabhängigen Steuerung
und/oder Regelung des Drosselorgans (19) vorgesehen
ist, während die Dampfsensoreinrichtung (31) zur aggre
gatzustandsabhängigen Steuerung und/oder Regelung der
Drosseleinrichtung (25) vorgesehen ist.
19. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekenn
zeichnet, dass die Drosseleinrichtung (25) stromabwärts
zu einer Abzweigstelle (17) der Rücklaufleitung (6) an
geordnet ist, die zu dem Anschluss (15) der Mischeinrich
tung (14) führt.
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DE19830761A DE19830761C2 (de) | 1998-07-09 | 1998-07-09 | Warm- oder Heißwassererzeuger |
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DE19830761A DE19830761C2 (de) | 1998-07-09 | 1998-07-09 | Warm- oder Heißwassererzeuger |
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---|---|---|---|---|
DE10042510A1 (de) * | 2000-08-30 | 2001-12-13 | Bosch Gmbh Robert | Umlaufwasser-Heizungsanlage |
Citations (4)
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---|---|---|---|---|
GB222899A (en) * | 1923-04-12 | 1924-10-13 | Arthur Pope | Improved circulator for hot-water systems for heating buildings or the like |
DE3707678A1 (de) * | 1987-03-10 | 1988-09-22 | Franz Dr Ing Maly | Apparatur fuer dampfentnahme und entwaesserung von dampf-fernleitungen mit gleichzeitiger waermeuebergabe an waermeverbraucher vorzugsweise als hausstation von dampf-fernheizungen |
DE3125583C2 (de) * | 1981-06-30 | 1989-01-19 | Baelz, Helmut, 7100 Heilbronn, De | |
DE4432464C2 (de) * | 1994-09-12 | 1996-08-08 | Ecf En Consulting Gmbh | Verfahren und Anlage zum Erhitzen von Wasser mittels Dampf aus dem Dampfnetz einer Fernheizung |
-
1998
- 1998-07-09 DE DE19830761A patent/DE19830761C2/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
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