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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spülvorrichtung, die zum Ablassen von Wasser an ein Wassersystem anschließbar ist und ein Spülventil aufweist. Als Wassersystem gemäß der vorliegenden Erfindung ist in der Regel ein Trink- und Brauchwassersystem mit einem Anschluss an das öffentliche Wasserversorgungsnetz verwirklicht, das zumindest eine zu einem Verbraucher führende Versorgungsleitung hat. Insbesondere kann das Spülventil zum Ablassen von Wasser aus dem Trink- und Brauchwassersystem dem Verbraucher in Strömungsrichtung nachgelagert angeordnet werden. Eine solche Spülvorrichtung ist aus den auf die Anmelderin zurückgehenden
DE 20 2008 002822U1 und
DE 2015 007 277 U1 bekannt.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Energieeffizienz der vorbekannten Spülvorrichtungen zu verbessern.
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Zur Lösung dieser Aufgabenstellung schlägt die vorliegende Erfindung eine Spülvorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 vor.
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Im Gegensatz zu den vorbekannten Spülvorrichtungen, die elektrische Energie lediglich verbrauchen, um eine Spülaktivität des Spülventils zu steuern oder zu kontrollieren, ist die erfindungsgemäße Spülvorrichtung auch in der Lage elektrische Energie selbst zu erzeugen. Hierfür weist die erfindungsgemäße Spülvorrichtung einen elektrischen Generator auf, der mit einem durch die Spülvorrichtung auslösbaren Wasserfluss antreibbar ist. Der elektrische Generator wandelt Bewegungsenergie des Wassers in elektrische Energie um. Diese ist besser speicherbar als Bewegungsenergie. Die vorliegende Erfindung trägt somit zu einem effizienten Energiehaushalt bei.
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Bevorzugt ist ein mit einer Antriebsachse des elektrischen Generators verbundener Rotationskörper im Strömungsweg des Wassers angeordnet. Der Rotationskörper ist somit von Wasser anströmbar und kann in Rotation versetzt werden, welches sich über die Antriebsachse auf einen Rotor des elektrischen Generators überträgt. Dem Rotor ist ein feststehender Stator zugeordnet. In der Regel ist der Rotor im Inneren eines feststehenden Stator-Gehäuses angeordnet. Der Rotationskörper ist meist eine Turbine. Diese kann in Strömungsrichtung vor oder nach dem Spülventil angeordnet sein. Die Umwandlung der mechanischen Energie in elektrische Energie mit Hilfe des elektrischen Generators erfolgt unter Ausnutzung der elektromagnetischen Induktion in bekannter Weise. So kann mit möglichst einfachen konstruktiven Mitteln die Bewegungsenergie des Wassers umgewandelt und speicherbar gemacht werden.
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Weiter bevorzugt hat die Spülvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung eine steuerungsmäßig mit dem Spülventil verbundene Steuerungseinheit und einen elektrischen Energiespeicher zur Versorgung der Steuerungseinheit mit elektrischer Energie, der mittels des elektrischen Generators aufladbar ist. Für gewöhnlich ist die Steuerungseinheit zur Steuerung der Spülaktivität des Spülventils sowie zur Überwachung der Spülaktivität des Spülventils angepasst ausgebildet. Insbesondere steuert die Steuerungseinheit das Öffnen und das Schließen des Spülventils, welches bevorzugt als Magnetventil ausgelegt ist, und überwacht den Zeitpunkt und die Dauer der Spülaktivität. Die für diese Steuerung und Überwachung notwendige Energie wird vorzugsweise ausschließlich von dem elektrischen Energiespeicher bereitgestellt und da die Steuerungseinheit mit jeder Spülaktivität auch einen Wasserfluss auslöst, der den Generator antreibt, ist die erfindungsgemäße Spülvorrichtung nach dieser bevorzugten Weiterbildung als ein selbsterhaltendes System ausgelegt. Üblicherweise ist der elektrische Energiespeicher ein Akkumulator, eine Batterie oder ein Kondensator. Der elektrische Energiespeicher kann in die Steuerungseinheit integriert sein oder als separates Modul vorgesehen sein.
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Vorzugsweise ist die Steuerungseinheit energetisch autark, d.h. sie kommt ohne externe Energieversorgung aus. Ein Anschluss an das Stromnetz kann jedoch vorgesehen sein, falls der elektrische Energiespeicher ausfällt und kein Ersatz vorrätig ist. Überdies wird bevorzugt, dass die Steuerungseinheit derart eingerichtet ist, dass eine Spülaktivität ausgelöst wird, wenn der elektrische Energiespeicher auf ein kritisches Speicherniveau absinkt. Dadurch wird sichergestellt, dass der elektrische Energiespeicher geladen wird, bevor die Steuerungseinheit nicht mehr in der Lage ist weitere Spülungen zu initiieren. Als Spülaktivität wird für gewöhnlich das Öffnen und das anschließende Schließen des Spülventils verstanden. Als kritisches Speicherniveau ist in der Regel ein Niveau von 5%, bevorzugt 10%, weiter bevorzugt 15% und sehr bevorzugt 20% des vollen Speicherniveaus anzusehen.
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Nach einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung weist die Spülvorrichtung einen elektrothermischen Energiewandler auf, mittels welchem der elektrische Energiespeicher aufladbar ist. Der elektrothermische Energiewandler kann insbesondere im Falle eines kritischen Speicherniveaus dazu beitragen, dass der elektrische Energiespeicher wieder auf ein unkritisches Speicherniveau angehoben wird. Bei ausreichenden Spülaktivitäten kann auf den elektrothermische Energiewandler verzichtet bzw. dieser abgeschaltet werden. Der elektrothermische Energiewandler nutzt den Seebeck-Effekt, der es ermöglicht mit einer Temperaturdifferenz zwischen den beiden Seiten eines Peltier-Elements elektrischen Strom zu erzeugen. Die eine Seite des Peltier-Elements kann mit einer Kaltwasser- oder Warmwasserleitung des Wassersystems thermisch verbunden sein und die andere Seite des Peltier-Elements kann dementsprechend mit einer Warmwasser- oder Kaltwasserleitung des oder eines anderen Wassersystems thermisch verbunden sein. So kann auch die thermische Energie des Wassers nutzbar gemacht werden.
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Nach einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung hat die Spülvorrichtung eine Recheneinheit, die dazu eingerichtet ist, anhand einer gemessenen Rotationsgeschwindigkeit des Rotationskörpers einen Volumendurchfluss des aus dem Wassersystem über das Spülventil abgelassenen Wassers zu berechnen. Die Rotationsgeschwindigkeit des Rotationskörpers ist üblicherweise proportional zu der Strömungsgeschwindigkeit des Wassers. Zur Durchflussmessung kann der Rotationskörper nach Art eines Flügelradzählers oder Woltmannzählers ausgebildet sein. Weiter bevorzugt ist die Recheneinheit zur Berechnung der aus dem Wassersystem über das Spülventil abgelassenen Wassermenge eingerichtet. Die Wassermenge ergibt sich dabei unmittelbar aus dem über die Zeit einer Spülaktivität gemessenen Volumendurchflusses. So kann der Rotationskörper abgesehen von der Funktion der elektrischen Energieerzeugung zusätzlich zur Überprüfung der Spülaktivitäten des Spülventils genutzt werden. Unter Verwendung der berechneten Daten kann die Steuerungseinheit zur verbrauchsabhängigen Steuerung von Spülaktivitäten angepasst ausgebildet sein. So kann die Steuerungseinheit eine Spülaktivität auslösen, wenn in einem vorgegebenen Zeitraum keine oder nur eine ungenügende Menge verbraucht und/oder gespült worden ist.
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Nach einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sind die von der Recheneinheit berechneten Werte auf der Recheneinheit und/oder der Steuerungseinheit speicherbar. Insbesondere kann die Recheneinheit in die Steuerungseinheit integriert sein. Durch Speicherung der Werte sind die Charakteristika der Spülaktivitäten (Zeitpunkt, Dauer, Menge, Volumenstrom) auch im Nachhinein einsichtbar.
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Bevorzugt ist dem Spülventil in Strömungsrichtung ein Temperatursensor vorgelagert, der dazu eingerichtet ist, eine gemessene Wassertemperatur an die Steuerungseinheit zu senden. Die Steuerungseinheit ist dabei zur Ausführung einer temperaturgesteuerten Spülaktivität angepasst eingerichtet. Dabei wird in der Regel eine Spülaktivität gestartet, das heißt das Spülventil geöffnet, wenn die gemessene Wassertemperatur im Wassersystem eine vorgegebene Grenztemperatur überschreitet und gestoppt, das heißt das Spülventil geschlossen, wenn eine Solltemperatur unterschritten wird. Meist ist die Solltemperatur geringer als die Grenztemperatur. Die Solltemperatur ist höchstens gleich der Grenztemperatur. Somit kann einer Entwicklung von Bakterien, die mit zunehmender Temperatur begünstigt wird, entgegengewirkt werden. Die erfindungsgemäße Spülvorrichtung kann auch in einem Warmwassersystem eingesetzt werden. Eine Abnahme der Temperatur des Warmwassers deutet dabei auf eine Stagnation im Warmwassersystem hin, sodass bei Unterschreiten einer Grenztemperatur eine Spülaktivität auszulösen ist. Die Solltemperatur beim Stoppen der Spülaktivität ist dann höher als die Grenztemperatur oder mindestens gleich der Grenztemperatur.
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Nach einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung weist die Spülvorrichtung einen dem Spülventil in Strömungsrichtung nachgelagerten Durchflussbegrenzer auf. Mit Hilfe des Durchflussbegrenzers kann sichergestellt werden, dass keine zu starken Druckabfälle im Wassersystem auftreten.
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Bevorzugt ist zu Wartungszwecken der Spülvorrichtung ein Absperrventil einem Anschluss der Spülvorrichtung an das Wassersystem zugeordnet.
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Weiter bevorzugt weist die Spülvorrichtung einen freien Ablauf auf. Der freie Ablauf zeichnet sich dadurch aus, dass das Wasser eine Fallstrecke im Schwerefeld der Erde zurücklegt, die entweder unmittelbar in der Umgebungsatmosphäre verläuft oder mit dieser in Verbindung steht. So kann sicher vermieden werden, dass verunreinigtes Wasser im Falle eines Unterdrucks in dem Wassersystem zurück in das Wassersystem gesogen wird. Insbesondere genügt die Spülvorrichtung damit den Erfordernissen nach DIN EN 1717 zur Trennung von Trinkwasser der Kategorie 1 von Wasser der Kategorie 5.
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Nach einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist an dem freien Ablauf ein Strahlregler angebracht. Durch den Strahlregler kann die Austrittserscheinung des Wassers reguliert werden und ein Plätschern und/oder Spritzen verhindert werden. Dem Strahlregler ist meist ein Waschtisch oder dergleichen zugeordnet. Alternativ entwässert der freie Ablauf in eine Abwasserleitung, wobei der Abwasserleitung eine Überlaufüberwachung zugeordnet ist. Die Überlaufüberwachung kommuniziert in der Regel mit dem Durchflussbegrenzer, sodass ein Überlauf aus der Abwasserleitung über die Fallstrecke vermieden werden kann. Denn der Durchflussbegrenzer reguliert bei einem drohenden Überlauf das Durchflussvolumen. Alternativ oder zusätzlich kommuniziert der Durchflussbegrenzer mit der Steuerungseinheit, sodass diese die Spülaktivität regulieren kann, um einen Überlauf zu verhindern.
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In einem nebengeordneten Aspekt gibt die vorliegende Erfindung ein Trink- und Brauchwassersystem mit einem Anschluss an das öffentliche Wasserversorgungsnetz, zumindest einer zu mindestens einem Verbraucher führenden Versorgungsleitung, einem dem Verbraucher in Strömungsrichtung nachgelagerten Spülventil zum Ablassen von Wasser aus dem Trink- und Brauchwassersystem und einer steuerungsmäßig mit dem Spülventil verbundenen Steuerungseinheit an. Das erfindungsgemäße Trink- und Brauchwassersystem zeichnet sich dadurch aus, dass der Steuerungseinheit ein elektrischer Energiespeicher zur Versorgung der Steuerungseinheit mit elektrischer Energie zugeordnet ist und das der elektrische Energiespeicher über einen elektrischen Generator aufladbar ist, der durch einen Wasserfluss im Trink- und Brauchwassersystem antreibbar ist. In der Regel ist der elektrische Generator derart angeordnet, dass er durch einen Wasserfluss antreibbar ist, der durch ein Öffnen des Spülventils auslösbar ist. Denkbar ist aber auch eine Anordnung des elektrischen Generators derart, dass auch jeder durch eine Zapfaktivität des Verbrauchers ausgelöste Wasserfluss den elektrischen Generator antreibt. Das erfindungsgemäße Trink- und Brauchwassersystem ist vorzugsweise nach einem oder mehreren der voranstehend diskutierten Weiterbildungen ausgebildet. Insbesondere kann das erfindungsgemäße Trink- und Brauchwassersystem einen Waschtisch oder dergleichen aufweisen, der einem Strahlregler am freien Ablauf zugeordnet ist.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung, in der 1 eine schematische Prinzipskizze eines Ausführungsbeispiels nach der vorliegenden Erfindung zeigt.
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In der 1 ist eine Spülvorrichtung 2 dargestellt, die an ein Wassersystem angeschlossen ist. Das Wassersystem hat eine Versorgungsleitung 4, die einen Verbraucher 6 mit frischem Wasser versorgt. Die Versorgungsleitung 4 wird über einen Anschluss 8 an das öffentliche Wasserversorgungsnetz gespeist. Die Strömungsrichtung des Wassers im Wassersystem ist in der 1 mit einem Pfeil hervorgehoben. In Strömungsrichtung S ist dem Verbraucher 6 ein Wartungsventil 10 der Spülvorrichtung nachgelagert. Durch Schließen des Wartungsventils 10 kann die Spülvorrichtung zu Wartungszwecken von dem Wassersystem fluidisch getrennt werden. Dem Wartungsventil 10 in Strömungsrichtung nachgelagert ist ein Spülventil 12, welches steuerungsmäßig mit einer Steuerungseinheit 14 verbunden ist. Die Steuerungseinheit 14 wird energetisch über einen elektrischen Energiespeicher 16 versorgt. Der elektrische Energiespeicher 16 ist über einen elektrischen Generator 18 aufladbar. Ein Rotor 22 des Generators ist in einem gegenüber dem Rotor feststehenden Stator-Gehäuse 20 angeordnet und über eine Antriebsachse 24 mit einer Turbine 26, welche im Strömungsweg des Wassers zwischen Wartungsventil 10 und Spülventil 12 angeordnet ist, fest verbunden.
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Wird das Spülventil 12 von der Steuerungseinheit 14 geöffnet, fließt Wasser aus dem Wassersystem ab und treibt dabei die Turbine 26 des Generators 18 an, sodass der elektrische Energiespeicher 16 über den Generator 18 aufgeladen wird. Die Steuerungseinheit 14 kann zeitgesteuert eine Spülaktivität ausführen, das heißt, das Spülventil 12 öffnen und anschließend wieder schließen. Die Spülvorrichtung 14 kann aber auch anhand gemessener Parameter des Wassers Spülaktivitäten ausführen. In 1 ist beispielsweise eine Kommunikation zwischen der Turbine 26 und der Steuerungseinheit 14 angedeutet, sodass der Steuerungseinheit 14 die Rotationsgeschwindigkeit der Turbine 26 übermittelt wird. Über eine in der Steuerungseinheit 14 integrierte Recheneinheit kann so der Volumendurchfluss des Wassers und die über das Spülventil abgelassene Wassermenge berechnet werden. Zusätzlich kann die Steuerungseinheit 14 mit einem in der Figur nicht dargestellten Temperatursensor kommunizieren, der in Strömungsrichtung dem Spülventil 12 vorgelagert ist.
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Der dem Spülventil 12 in Strömungsrichtung nachgelagerte Auslass ist als freier Ablauf 28 ausgebildet. Das über das Spülventil 12 abgelassene Wasser muss dabei eine Fallstrecke H in der Umgebungsluft zurücklegen. Der freie Ablauf 28 ist über einen Anschluss 30 an eine Abwasserleitung angeschlossen. Unterhalb der Fallstrecke H ist eine Überlaufüberwachung 32 vorgesehen, welche ein Signal an die Steuerungseinheit 14 sendet, wenn ein Überlauf an der freien Fallstrecke H droht. Ein Durchflussmengenbegrenzer 34 ist zwischen dem Spülventil 12 und dem freien Ablauf 28 angeordnet. Der Durchflussmengenbegrenzer 34 reguliert die Durchflussmenge und verhindert starke Druckabfälle im Wassersystem.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Spülvorrichtung
- 4
- Versorgungsleitung
- 6
- Verbraucher
- 8
- Anschluss an das öffentliche Wasserversorgungsnetz
- 10
- Wartungsventil
- 12
- Spülventil
- 14
- Steuerungseinheit
- 16
- elektrischer Energiespeicher
- 18
- Generator
- 20
- Rotor
- 22
- Stator-Gehäuse
- 24
- Antriebsachse
- 26
- Turbine
- 28
- freier Ablauf
- 30
- Anschluss an eine Abwasserleitung
- 32
- Überlaufüberwachung
- 34
- Durchflussmengenbegrenzer
- S
- Strömungsrichtung
- H
- Fallstrecke
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202008002822 U1 [0001]
- DE 2015007277 U1 [0001]
