DE202021001529U1

DE202021001529U1 - Thermostatisch geregelter Zirkulationsstromteiler

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Publication number: DE202021001529U1
Application number: DE202021001529.9U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-04-26
Filing date: 2021-04-26
Publication date: 2022-08-02
Anticipated expiration: 2031-04-27

Abstract

Thermostatisch geregelter Zirkulationsstromteiler zur Verwendung im Warmwasserstrang einer häuslichen Kalt- und Warmwasserversorgungsanlage nahe einer Wasserentnahmestelle, dadurch gekennzeichnet, dass dieser mit einem Gehäuse (27) ausgeführt ist, welches mindestens einen Stromteiler (2), mindestens ein Thermostatventil (6), mindestens einen Warmwassereinlass (12), mindestens einen Warmwasserauslass (21) und mindestens einen weiteren Wasseranschluss (11, 20, 41, 42) aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen thermostatisch geregelten Zirkulationsstromteiler gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zur Verwendung im Warmwasserstrang einer häuslichen Kalt- und Warmwasserversorgungsanlage nahe einer Wasserentnahmestelle.
Bei einer Wasserentnahmestelle kann es sich beispielsweise um ein Waschbecken, ein Spülbecken in einer Küche, eine Brause, einen Waschmaschinenanschluss etc. handeln. Weitere Anschlüsse sind denkbar.
In einfachen Fällen erfolgt die Versorgung der Wasserentnahmestelle mit üblicherweise 60°C warmem Warmwasser, ausgehend von einem in der Regel in einem Kellergeschoss befindlichen Warmwasserbereiter mittels einer verzweigten und isolierten Warmwasserleitung.
Von Nachteil ist, dass sich bei fehlender Warmwasserentnahme das in der Warmwasserleitung befindliche warme Wasser abkühlt und zu Beginn einer erneuten Warmwasserentnahme somit zunächst nur kaltes Wasser ungenutzt ausfließt, bevor ausreichend warmes Wasser vom Warmwasserbereiter zugeströmt ist, woraus ein unnötiger Wasserverbrauch resultiert.
Moderne häusliche Kalt- und Warmwasserversorgungsanlagen weisen daher für die Versorgung der Wasserentnahmestellen häufig einen Warmwasserzirkulationskreislauf mit elektrisch angetriebener Pumpe auf, wodurch bereits zu Beginn einer Warmwasserentnahme warmes Wasser zur Verfügung steht und der ungenutzte Ausfluss von kaltem Wasser vermieden ist. Von Nachteil ist aber der erhöhte Energiebedarf, welcher aus Wärmeenergieverlusten der Warmwasserzirkulationsleitung und dem Strombedarf der elektrisch angetriebenen Pumpe resultiert. Weiterhin eignet sich wegen des erheblichen Aufwands ein Warmwasserzirkulationskreislauf nicht zur Nachrüstung an einer älteren häuslichen Kalt- und Warmwasserversorgungsanlage. Nachteilig ist weiterhin, dass sich bei z.B. zur Nachtzeit ausgeschalteter Pumpe wiederum die gleichen Nachteile wie bei Verwendung einer einfachen häuslichen Kalt- und Warmwasserversorgungsanlage ergeben.
Alternativ zu einem üblichen Warmwasserzirkulationskreislauf wird in DE 3916195A1 vorgeschlagen den Kaltwasserstrang und den Warmwasserstrang einer einfachen häuslichen Kalt- und Warmwasserversorgungsanlage wasserleitend miteinander zu verbinden und in die Verbindungsleitung ein thermostatisch geregeltes Absperrorgan einzubringen, welches eine Zirkulation des Wassers nur dann ermöglicht, wenn dieses in der Rohrleitung abgekühlt und nicht mehr ausreichend warm ist. Der unnötige Verbrauch von ungenutzt ausfließenden kaltes Wassers ist somit vermieden und diese Lösung eignet sich auch zur Nachrüstung an einer einfachen häuslichen Kalt- und Warmwasserversorgungsanlage, jedoch führt die Verwendung des nicht Wärme- isolierten Kaltwasserstrangs als Teil des Warmwasserzirkulationskreislaufs zu ständigen Wärmeenergieverlusten und weiterhin ist in der Regel eine elektrisch angetriebenen Pumpe am Warmwasserbereiter erforderlich.
Ergänzend zu einer einfachen häuslichen Kalt- und Warmwasserversorgungsanlage ohne Warmwasserzirkulationskreislauf wird in EP 3 241 950 A1 vorgeschlagen nahe der Wasserentnahmestelle den Kaltwasserstrang und den Warmwasserstrang wasserleitend miteinander zu verbinden und in die Verbindungsleitung eine elektrisch betriebene Pumpe einzubringen, welche für die Zirkulation des Warmwassers in den Kaltwasserstrang nur bei Bedarf eingeschaltet wird. Der unnötige Verbrauch von ungenutzt ausfließenden kaltes Wassers zu Beginn einer Warmwasserentnahme ist somit vermindert, jedoch ist der erforderliche Aufwand erheblich und weiterhin ist eine elektrische Steuerung erforderlich, weshalb sich diese Lösung nur bedingt für Nachrüstzwecke und Neuanlagen eignet.
Die beiden o.g. Vorschläge weisen weiterhin den Nachteil auf, dass der Aufwand eines nachträglichen Einbaus in eine bestehende einfache häuslichen Kalt- und Warmwasserversorgungsanlage derart erheblich ist, dass dieser lediglich vom Eigentümer des Hauses veranlasst werden kann, nicht jedoch von einzelnen Mietern in Mehrfamilienhäusern. Mietern ist somit eine Nachrüstung solcher energie- und wassersparenden Maßnahmen verwehrt.
Der im Schutzanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung, eine Vorrichtung oder ein Gerät zu schaffen, welche/es zu Beginn einer Warmwasserentnahme den Verbrauch ungenutzt ausfließenden kaltes Wassers minimiert, welche das Erreichen einer hohen Warmwassertemperatur an der Warmwasserentnahme in kurzer Zeit gewährleistet, welche keine elektrische Hilfsenergie benötigt, welche sich selbsttätig regelt, welche keine elektrische Steuerung benötigt, welche kompakt und aus möglichst wenigen Komponenten ausgeführt ist, welche keine Zirkulationspumpe am Warmwasserbereiter benötigt, welche ohne Eingriff in den Warmwasserbereiter auf einfache Weise nahe der Wasserentnahmestelle nachrüstbar ist, welche für häuslichen Kalt- und Warmwasserversorgungsanlagen mit und auch ohne Warmwasserzirkulationskreislauf geeignet ist, welche sich aufgrund vertretbarer Kosten, Wirtschaftlichkeit und einfachen Aufbaus zur Verwendung in Neu- Anlagen wie auch zu Nachrüstung an Alt- Anlagen eignet und welche sich außerdem in die Armaturen der Wasserentnahmestelle integrieren lässt.
Die technische Lösung ist gekennzeichnet durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein nahe der Warmwasserentnahmestelle befindlicher thermostatisch geregelter Zirkulationsstromteiler verwendet wird, welcher zu Beginn einer Warmwasserentnahme das zunächst abgekühlt aus dem Warmwasserstrang strömende Wasser in zwei Teilströme aufteilt, von welchen ein erster Teilstrom zum Warmwasseranschluss der Warmwasserentnahmestelle strömt und ein zweiter Teilstrom in den Kaltwasserstrang verdrängt wird.
Bei einem Stromteiler- Teilungsverhältnis von z.B. 1:1 wird der Warmwasserzulaufleitung zu Beginn einer Wasserentnahme somit die zweifache Warmwassermenge wie an der Wasserentnahmestelle benötigt entnommen, weshalb warmes Wasser aus dem weit entfernten Warmwasserbereiter vorteilhaft schneller in nur ca. der halben Zeit an der Warmwasserentnahmestelle zur Verfügung steht und in dieser ersten Phase der Warmwasserentnahme somit vorteilhaft auch nur ca. die Hälfte des zunächst noch kalten Wassers ungenutzt an der Warmwasserentnahmestelle ausströmt. Sobald das Warmwasser an der Wasserentnahmestelle ausreichend warm zu Verfügung steht, wird die Stromteiler- Funktion selbsttätig durch ein Thermostatventil deaktiviert, woraufhin die Versorgung der Wasserentnahmestelle mit Warm- und Kaltwasser wie herkömmlich ohne Zirkulation erfolgt.
Der Zirkulationsstromteiler weist einen mit strömendem Wasser betreibbaren Stromteilermotor und eine Stromteilerpumpe auf, welche mittels Welle verbunden sind. Die von der Stromteilerpumpe als zweiter Teilstrom vom Warmwasserstrang in den Kaltwasserstrang verdrängte Wassermenge ist niemals größer, als gleichzeitig dem Warmwasserbereiter als Warmwasser entnommen wird, weshalb der Wasserdruck im Warmwasserstrang und im Kaltwasserstrang nahezu gleich sind, für die Einspeisung somit lediglich geringe Rohrleitungs- Strömungsverluste zu kompensieren sind und die dafür erforderliche Antriebsleitung daher gering ist.
Die zur Verfügung stehende Antriebsleistung resultiert daraus, dass das als erster Teilstrom zur Wasserentnahmestelle strömende Wasser des Warmwasserstrangs den Stromteilermotor durchfließt, wodurch sich für diesen bei zufließendem Wasserdruck in Höhe von üblicherweise 3 bar und einem z.B. beim Händewaschen üblichen Wasserverbrauch von 6 Liter je Minute in Abhängigkeit vom Wirkungsgrad des Stromteilers eine auf die Welle übertragene Antriebsleistung von ca. 20 Watt ergibt.
Die beschriebene Lösung entbehrt vorteilhaft elektrischer Hilfsenergie und elektrischer Steuerung, diese erfordert lediglich wenige technisch bewährte Komponenten, welche bevorzugt kompakt und einbaufertig in ein gemeinsames oder auch geteiltes Gehäuse ohne interne Leitungsverbindungen eingebracht sind. Die einzelnen Komponenten können aber auch mit Leitungen verbunden werden oder aber auch vorteilhaft in die Armatur (z.B. eine Mischbatterie) der Wasserentnahmestelle integriert sein.
Aufgrund des zu Beginn einer Wasserentnahme schneller an der Wasserentnahmestelle anstehenden ausreichend warmen Wassers ist weiterhin vorteilhaft das Legionellen Problem vermindert.
Zusätzlich zur Reduzierung des allgemeinen Wasserverbrauchs ergibt sich weiterhin auch eine Wärmeenergieeinsparung, da das zum Beginn der Warmwasserentnahme noch mit zu niederer oder mittlerer Temperatur in die Kaltwasserleitung verdrängte Wasser von dort aus nach Öffnen der Kaltwasserarmatur der Wasserentnahmestelle als Kaltwasser zugeführt wird und dieses somit zu einer Temperatursteigerung des austretenden Mischwassers beiträgt.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Gegenstandes des Anspruchs 1 ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche sowie aus der Beschreibung.
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung als Schaltschemen oder als Prinzipdarstellung anhand der 1 bis 12 dargestellt und werden näher erläutert.
Es zeigen:

1 Schaltungsschema eines thermostatisch geregelten Zirkulationsstromteilers in der ersten Phase einer Warmwasserentnahme.
2 Schaltungsschema des thermostatisch geregelten Zirkulationsstromteilers gemäß der 1 in der zweiten Phase einer Warmwasserentnahme.
3 Schaltungsschema des thermostatisch geregelten Zirkulationsstromteilers gemäß der 1 in der dritten Phase einer Warmwasserentnahme.
4 Schaltungsschema des thermostatisch geregelten Zirkulationsstromteilers gemäß der 1 in der vierten Phase einer Warmwasserentnahme.
5 Schaltungsschema eines thermostatisch geregelten Zirkulationsstromteilers, gemäß der 1, Kaltwasserführung jedoch extern.
6 Schaltungsschema des thermostatisch geregelten Zirkulationsstromteilers, das Thermostatventil nun in Reihenschaltung zum Stromteiler platziert.
7 Schaltungsschema eines thermostatisch geregelten Zirkulationsstromteilers gemäß der 1, jedoch integriert in die Armatur einer Wasserentnahmestelle.
8 Schaltsymbol einer Pumpturbine.
9 Schaltungsschema eines thermostatisch geregelten Zirkulationsstromteilers ähnlich der 1, jedoch ausgeführt für eine Warmwasserzirkulationsleitung.
10 Schaltungsschema eines thermostatisch geregelten Zirkulationsstromteilers ähnlich der 6, das Thermostatventil als 3/2- Wege- Stetigventil ausgeführt.
11 Prinzip eines thermostatisch geregelten Zirkulationsstromteilers gemäß der 5 in der ersten Phase einer Warmwasserentnahme.
12 Prinzip des thermostatisch geregelten Zirkulationsstromteilers gemäß der 11 in der vierten Phase einer Warmwasserentnahme

1 zeigt das Schaltungsschema eines thermostatisch geregelten Zirkulationsstromteilers 1 in der ersten Phase einer Warmwasserentnahme, sowie dessen Anordnung zwischen der Wasserentnahmestelle 10 , der Warmwasserzulaufleitung 38 und der Kaltwasserzulaufleitung 40 einer einfachen häuslichen Wasserversorgung ohne Warmwasserzirkulationskreislauf.
In dieser ersten Phase ist das Wasser der Warmwasserzulaufleitung 38 noch kalt und weist ebenso wie das Wasser der Kaltwasserzulaufleitung 40 eine Temperatur von lediglich ca. 15° C auf.
Symbolisch dargestellte Thermometer 23 und Fließrichtungspfeile dienen dem Verständnis der jeweils vorhandenen Wassertemperaturen und der Strömungsrichtungen.
Das Kaltwasserabsperrventil 8 der Wasserentnahmestelle 10 ist geschlossen und das Warmwasserabsperrventil 9 ist geöffnet.
In dieser ersten Phase einer Warmwasserentnahme ist es das Bestreben des erfindungsgemäßen thermostatisch geregelten Zirkulationsstromteilers 1 die Menge an zunächst ungenutzt ausfließenden kalten Wassers zu minimieren und in kurzer Zeit ausreichend warmes Warmwasser vom Warmwasserbereiter zufließen zu lassen.
Der thermostatisch geregelte Zirkulationsstromteiler 1 ist bevorzugt als einbaufertige Baugruppe mit Gehäuse ausgeführt, welches mindestens einen Stromteiler 2, ein Thermostatventil 6 und optional auch ein Rückschlagventil 22 beinhaltet. Weiterhin weist der thermostatisch geregelte Zirkulationsstromteiler 1 einen Kaltwassereinlass 11, einen Warmwassereinlass 12, einen Kaltwasserauslass 20 und einen Warmwasserauslass 21 auf.
Der Stromteiler 2 weist eine Stromteilerpumpe 3 und einen Stromteilermotor 4 auf, welche durch eine Welle 5 miteinander verbunden sind.
Kaltwasser der Kaltwasserzulaufleitung 40 wird durch den zwischen dem Kaltwassereinlass 11 und dem Kaltwasserauslass 20 befindlichen Kaltwasserkanal 35 geleitet, um von dort aus das in dieser ersten Phase noch geschlossene Kaltwasserabsperrventil 8 der Wasserentnahmestelle 10 zu versorgen.
Das Thermostatventil 6 ist als 2/2- Wege- Stetigventil in Parallelschaltung zum Stromteiler 2 platziert und kann zwischen der gesperrten Schaltstellung 16 und der geöffneten Schaltstellung 17 beliebig viele Zwischenstellungen mit nur teilweiser Öffnung einnehmen.
Alternativ zu einer gesperrten Grundstellung ist es auch denkbar das Thermostatventil 6 mit geöffneter Grundstellung auszuführen, wodurch dessen Funktion dann gegensinnig ist. Weiterhin ist es möglich das Thermostatventil 6 als thermostatisch geregeltes Schaltventil auszuführen, welches sprunghaft von einer geschlossenen Schaltstellung 16 in eine geöffnete Schaltstellung 17 schaltet.
Das Thermostatventil 6 ist dargestellt in einer bei kaltem Wasser durch Federkraft eingenommen gesperrten Grundstellung 16.
Das Thermostatventil 6 weist einen Temperaturfühler 19 auf, welcher die Temperatur im Warmwasserauslasskanal 33 erfasst und bei zunehmender Wassertemperatur das Thermostatventil 6 in eine geöffnete Schaltstellung 17 oder eine beliebige Zwischenstellung zu schalten vermag.
Der Temperaturfühler 19 wird bevorzugt als Dehnstoffelement 46 ausgeführt, dessen Dehnstoffelementinnenraum 30 mit Öl, Wachs, Paraffin oder Gas gefüllt ist und dessen Aktor 45 den Regelkolben 28 des Thermostatventils 6 unmittelbar betätigt.
Alternativ zu einem Dehnstoffelement 46 kann auch ein Bimetalldraht verwendet werden, welcher z.B. als schraubenförmige Feder gewickelt ist.
Die Warmwasserzulaufleitung 38 speist bei einem Stromteiler- Teilungsverhältnis von 1:1 über den Warmwassereinlass 12 das zunächst noch kalte Wasser in der zweifachen Wassermenge wie am Wasserauslass 10 benötigt in den Warmwassereinlasskanal 32 und den ersten Zirkulationsabschnitt 13 ein, wodurch Wasserdruck am Einlass des gesperrten Thermostatventils 6 und am Einlass des Stromteilermotors 4 ansteht. Die Hälfte des eingespeisten Wassers durchfließt als erster Teilstrom somit den Stromteilermotor 4, überträgt dabei aufgrund des Druckgefälles von z.B. 3 bar auf 1 bar Energie auf die Welle 5, welche somit die Stromteilerpumpe 3 in Rotation versetzt, um abschließend mit einem Druck von z.B. 1 bar durch den Warmwasserauslasskanal 33 und den Warmwasserauslass 21 zum Warmwasserabsperrventil 9 der Wasserentnahmestelle 10 zu strömen.
Die in Rotation versetzte Stromteilerpumpe 3 fördert den zweiten Teilstrom des Wassers vom ersten Zirkulationsabschnitt 13 in den zweiten Zirkulationsabschnitt 14, von wo das Wasser über den Kaltwasserkanal 35 und die Kaltwasserleitung 40 rückwärtig in die Kaltwasserleitung 11 und somit in den Warmwasserbereiter verdrängt wird.
Stromteilerpumpe 3 und Stromteilermotor 4 wegen bevorzugt nach dem Verdränger Prinzip ausgeführt, dies sind z.B. die Bauformen Zahnrad-, Gerotor-, Flügelzellen-, Kolben-, Impeller- und Schraubenspindelpumpen sowie deren Ausführungen als Motor, wobei in einem Stromteiler 2 zwei gleiche oder auch zwei unterschiedliche Bauformen verwendet sein können.
Weiterhin ist möglich statt einem klassischen Stromteiler 2 nach dem Verdrängerprinzip eine Pumpturbine 26 (siehe 8) nach dem Prinzip einer Strömungsmaschine zu verwenden, welche aus einer von Wasserfluss angetriebenen Turbine 24 und einer Kreiselpumpe 25 gebildet ist.
Das Rückschlagventil 14 wird nur optional benötigt, um bei ungünstigen Wasserdruckverhältnissen eine unerwünschte Kaltwassereinspeisung vom Kaltwasserstrangs in den Warmwasserstrang zu vermeiden.
Weiterhin ist es möglich einen unerwünschten Kurzschluss zwischen dem Kaltwasserstrang und dem Warmwasserstrang dadurch zu vermeiden, dass anstelle des Rückschlagventils 22 ein thermostatisch geregeltes Wegeventil verwendet wird, welches eine Sperrstellung aufweist und auch Bestandteil des Thermostatventils 6 sein kann.
Mit der aufgezeigten Lösung werden vorteilhaft zu Beginn einer Warmwasserentnahme der Verbrauch ungenutzt ausfließenden kalten Wassers minimiert, das schnelle Erreichen einer hohen Warmwassertemperatur an der Warmwasserentnahme ist optimiert, es wird keine elektrische Hilfsenergie und keine elektrische Steuerung benötigt, die Lösung ist kompakt und aus wenigen Komponenten ausgeführt, es wird keine Zirkulationspumpe am Warmwasserbereiter benötigt und auch ohne Eingriff in den Warmwasserbereiter ist die Lösung auf einfache Weise nahe einer Wasserentnahmestelle 10 nachrüstbar.
Aufgrund vertretbarer Kosten, Wirtschaftlichkeit und einfachem Aufbau ist die Lösung sowohl zur Verwendung in Neu- Anlagen, wie auch zur Nachrüstung an Alt- Anlagen geeignet.
Weiterhin lässt sich der thermostatisch geregelte Zirkulationsstromteiler 1 vorteilhaft in die Armaturen der Wasserentnahmestelle 10 integrieren.
Alternativ integriert in eine thermostatisch geregelte Mischbatterie können das Thermostat der Mischbatterie und das Thermostatventil 6 des thermostatisch geregelten Zirkulationsstromteilers 1 im Idealfall zu einer gemeinsamen Funktion zusammengeführt sein.
Alternativ zum Einbau des thermostatisch geregelten Zirkulationsstromteilers 1 nahe einer einzelnen Wasserentnahmestelle 10 kann dieser auch dezentral in den Warmwasser- Versorgungsstrang mehrerer Wasserentnahmestellen 10 eingebaut werden, wodurch in Mehrfamilienhäusern dann vorteilhaft z.B. lediglich ein einzelner thermostatisch geregelter Zirkulationsstromteiler 1 je Wohnung benötigt wird.
2 zeigt das Schaltungsschema des thermostatisch geregelten Zirkulationsstromteilers 1 gemäß der 1 in der zweiten Phase einer Warmwasserentnahme, in welcher das zufließende Wasser der Warmwasserzulaufleitung 38 bereits auf z.B. 25°C erwärmt ist.
Das Kaltwasserabsperrventil 8 ist nun teilweise geöffnet, wodurch ein Teil des von der Stromteilerpumpe 3 in den Kaltwasserkanal 35 gespeisten Warmwassers über das Kaltwasserabsperrventil 8 der Wasserentnahmestelle 10 zugeführt wird und somit nur noch ein verminderter Anteil des eingespeisten Warmwassers weiterhin über den Kaltwasserkanal 35 rückwärtig in die Kaltwasserleitung 11 und somit in den Warmwasserbereiter verdrängt wird.
3 zeigt das Schaltungsschema des thermostatisch geregelten Zirkulationsstromteilers 1 gemäß der 1 in der dritten Phase einer Warmwasserentnahme und das zufließende Wasser der Warmwasserzulaufleitung 38 ist nun bereits auf z.B. 35°C erwärmt und weist somit eine Temperatur auf, wie diese üblicherweise zum Duschen benötigt wird.
Das Thermostatventil 6 befindet sich nun in einer halb geöffneten Schaltstellung 18, speist somit einen Teil des warmen Wassers vom Warmwassereinlasskanal 32 in den Warmwasserkanalabschnitt 36 und von dort in den Warmwasserauslasskanal 33, wodurch der speisende Wasserstrom in den Stromteilermotor 4 vermindert ist, die Stromteilerpumpe 3 somit verminderte Drehzahl einnimmt, weniger Warmwasser in den Kaltwasserkanal 35 speist und somit auch kein Warmwasser mehr rückwärtig in die Kaltwasserleitung 11 und den Warmwasserbereiter verdrängt wird.
4 zeigt das Schaltungsschema des thermostatisch geregelten Zirkulationsstromteilers 1 gemäß der 1 in der vierten Phase einer Warmwasserentnahme und das zufließende Wasser der Warmwasserzulaufleitung 38 ist nun auf z.B. 60°C erwärmt und weist somit eine höhere Temperatur auf, als diese üblicherweise z.B. zum Duschen benötigt wird.
Das Thermostatventil 6 befindet sich nun in einer geöffneter Schaltstellung 17, wodurch die vollständige an der Wasserentnahmestelle 10 benötigte Warmwassermenge durch das Thermostatventil 6 strömend dem Warmwasserabsperrventil 9 zugeführt wird.
Durch das vollständige Öffnen des Thermostatventils 6 liegt nun am Einlass des Stromteilermotors 4 wie auch an dessen Auslass der gleiche Wasserdruck an, weshalb dieser selbsttätig die Rotation beendet und die Stromteilerpumpe 3 somit kein Warmwasser mehr in den Kaltwasserkanal 35 fördert.
An der Wasserentnahmestelle 10 sind nun das Warmwasserabsperrventil 9 wie auch das Kaltwasserabsperrventil 8 geöffnet, weshalb aus dem Kaltwasserstrang das zuvor in den Warmwasserentnahmephasen zwei und drei dort mit zumindest mäßiger Temperatur eingespeiste Warmwasser nun der Wasserentnahmestelle 10 zugeführt wird, was vorteilhaft zu einer Wärmeenergieeinsparung beiträgt.
5 zeigt das Schaltungsschema eines thermostatisch geregelten Zirkulationsstromteilers 1 ähnlich der 1, jedoch weist das Gehäuse 27 bei gleicher Funktion anstelle des internen Kaltwasserkanals 35 nun einen Zirkulationsauslass 41 auf, welcher wasserleitend an die externe Kaltwasserleitung 40 angeschlossen ist.
Von Vorteil ist die kleinere Bauart des Gehäuses 27 und weiterhin wird das vom Warmwasser durchströmte Gehäuse 27 nicht vom Kaltwasser gekühlt.
6 zeigt das Schaltungsschema eines thermostatisch geregelten Zirkulationsstromteilers 1 ähnlich der 1, jedoch ist das Thermostatventil 6 nun in Reihenschaltung zum Stromteiler 2 platziert, weshalb der Stromteiler 2 in jeder Phase einer Warmwasserentnahme von Warmwasser durchströmend rotiert und somit die Gefahr einer Verschmutzung vorteilhaft vermindert ist.
7 zeigt das Schaltungsschema des thermostatisch geregelten Zirkulationsstromteilers 1 gemäß der 1, jedoch sind nun die Armaturen 8/9 der Wasserentnahmestelle 10 in dessen Baugruppe integriert. Von Vorteil ist die kompakte einbaufertige Ausführung.
Weiterhin kann im Idealfall das Thermostat einer integrierten thermostatisch geregelten Mischbatterie und das Thermostat 6 des Zirkulationsstromteilers 1 zu einer gemeinsamen Funktion zusammengeführt werden.
8 zeigt eine Pumpturbine 26, welche alternativ zu einem Stromteiler 2 verwendet werden kann.
Pumpturbinen bestehen aus einer von strömendem Wasser angetriebenen Turbine 24, welche die vom Wasser eingespeiste Energie über eine Welle 5 auf eine Kreiselpumpe 25 überträgt. Pumpturbinen haben den Vorteil der Einfachheit, der kompakten Bauform und weiterhin sind diese schmutzunempfindlich.
9 zeigt das Schaltungsschema eines thermostatisch geregelten Zirkulationsstromteilers 1 ähnlich der 1, jedoch ist dieser nun nahe einer Wasserentnahmestelle 10 in die Warmwasserzirkulationsleitung 43 einer modernen häuslichen Wasserversorgung eingebunden. Ein zusätzliches Zirkulations- Rückschlagventil 34 verhindert den ungewollten Rückfluss, wenn die Stromteilerpumpe 3 zunächst noch kaltes Wasser in den sekundären Zirkulationskanal 44 speist.
Warmwasser- Zirkulationskreisläufe weisen z.B. bei in Nachtzeiten ausgeschalteter Zirkulationspumpe des Warmwasserbereiters die gleichen Nachteile auf wie eine einfache häuslichen Wasserversorgung, weshalb auch hier der Einbau des erfindungsgemäßen thermostatisch geregelten Zirkulationsstromteilers 1 ebenso von Vorteil ist, wie in der 1 beschrieben.
10 zeigt das Schaltungsschema eines thermostatisch geregelten Zirkulationsstromteilers 1 ähnlich der 6 in Reihenschaltung zum Stromteiler 2 platziert, jedoch ist das Thermostatventil 6 nun als 3/2- Wege- Stetigventil ausgeführt, welches vom aus der Stromteilerpumpe 3 ausströmenden Wasser durchflossen wird. In Abhängigkeit der Warmwassertemperatur im Warmwasserauslasskanal 33 wird das Thermostatventil 6 derart geschaltet, dass das von der Stromteilerpumpe 3 ausströmenden Wasser bei kalter Temperatur in den Kaltwasserkanal 35 verdrängt wird und bei warmem Wasser über den Warmwasserauslasskanal 33 der Wasserentnahmestelle 10 zugeführt wird. Weiterhin trennt das Thermostatventil 6 aufgrund gesperrter Anschlüsse bei warmem Wasser zuverlässig den Warmwasserstrang vom Kaltwasserstrang, womit vorteilhaft ein hydraulischer Kurzschluss derselben in beide Richtungen verhindert ist.
Das Thermostatventil 6 kann alternativ auch als 4/2- Wege- Stetigventil, einer geeigneten anderen Symbolik oder auch zweiteilig ausgeführt werden.
Die Ausführung des Thermostatventils 6 als 3/2- Wegeventil oder 4/2- Wegeventil ist sinngemäß ausgeführt auch für die Schaltschemen der 1 bis 10 denkbar und zur Vermeidung hydraulischer Kurzschlüsse von Vorteil.
11 zeigt das Prinzip des thermostatisch geregelten Zirkulationsstromteilers 1 in der ersten Phase einer Warmwasserentnahme gemäß der 5 bei zunächst nur ca. 15° C Warmwassertemperatur, im Wesentlichen bestehend aus dem Gehäuse 27 mit Warmwassereinlass 12, einem Warmwasserauslass 21 , einem Zirkulationsauslass 41, sowie im Gehäuse befindlich einen aus einer Stromteilerpumpe 3, einem Stromteilermotor 4 und einer Welle 5 bestehendem Stromteiler 2, einem Thermostatventil 6 mit als Dehnstoffelement 46 ausgeführtem Temperaturfühler 19 und einem Temperatureinstellrad 31.
Das Dehnstoffelement 46 ist als Wellrohr ausgeführt, dessen Dehnstoffelementinnenraum 30 mit Öl, Wachs, Paraffin oder Gas gefüllt ist und dessen Aktor 45 den Regelkolben 28 des Thermostatventils 6 unmittelbar betätigt.
Das Wellrohr des Dehnstoffelements 46 wird vom zum Warmwasserauslass 21 strömenden Wasser umspült, wodurch die Wassertemperatur in den Dehnstoffelementinnenraum 30 übertragen wird, das Volumen der Füllung und die Länge des Dehnstoffelements 46 somit variiert und somit der Aktor 45 den Regelkolben 28 in Abhängigkeit von der Warmassertemperatur betätigt.
In dieser ersten Phase weist das vom Warmwasserstrang über den Warmwassereinlass 12 in den Warmwassereinlasskanal 32 eingespeiste Wasser eine noch kalte Temperatur von lediglich ca. 15° C auf. Der Regelkolben 28 des Thermostatventils 6 ist geschlossen, weshalb ein unmittelbares Fließen des Wassers zum Warmwasserauslass 21 verwehrt ist.
Ein erster Teilstrom des eingespeisten Wassers durchfließt somit den Stromteilermotor 4, überträgt dabei aufgrund des Druckgefälles von z.B. 3 bar auf 1 bar Energie auf die Welle 5, welche somit die Stromteilerpumpe 3 in Rotation versetzt, um abschließend mit einem Restdruck von z.B. 1 bar durch den Sekundärbypasskanalabschnitt 15 und den Warmwasserauslasskanal 33 zum Warmwasserauslass 21 zu strömen.
Die in Rotation versetzte Stromteilerpumpe 3 fördert den zweiten Teilstrom des Wassers vom Warmwassereinlasskanal 32 zum Kaltwasserauslass 20, von wo aus das Wasser in den Kaltwasserstrang verdrängt wird.
Die Vorteile der Ausführung sind wie zur 5 beschrieben.
Bei einem Stromteiler- Teilungsverhältnis von 1:1 wird die am Warmwassereinlasskanal 32 eingespeiste Wassermenge in zwei gleich große Teilströme aufgeteilt, in Abhängigkeit vom zur Verfügung stehenden Hauswasserdruck und dem Wirkungsgrad der verwendeten Komponenten sind aber auch andere Teilungsverhältnisse möglich, womit die Einsparung von ungenutzt kalt ausfließendem Wasser und der Wärmeenergiebedarf noch weiter minimiert werden kann.
12 zeigt das Prinzip des thermostatisch geregelten Zirkulationsstromteilers 1 gemäß der 11 in der vierten Phase einer Warmwasserentnahme. Das vom Warmwasserstrang über den Warmwassereinlass 12 in den Warmwassereinlasskanal 32 eingespeiste Wasser ist nun auf z.B. 60°C erwärmt und weist somit eine höhere Temperatur auf, wie diese üblicherweise z.B. zum Duschen benötigt wird.
Der erwärmte Dehnstoff in Dehnstoffelementinnenraum 30 ist aufgrund seiner Erwärmung expandiert, weshalb das Dehnstoffelement 46 nun länger ist, der Aktor 45 den Regelkolben 28 des Thermostatventils 6 in eine geöffneten Schaltstellung stellte, und somit ein unmittelbares Fließen des warmen Wassers zum Warmwasserauslass 21 ermöglicht ist.
Durch das Öffnen des Regelkolbens 28 fließt das Warmwasser nun vom Warmwassereinlasskanal 32 aus zwischen Regelkolben 28 und Ventilsitz 29 hindurch in den Warmwasserauslasskanal 33 und von dort aus zum Warmwasserauslass 21, weshalb am Einlass des Stromteilermotors 4 wie auch an dessen Auslass der gleiche Wasserdruck in Höhe von z.B. 3 bar ansteht, weshalb der Stromteilermotor 4 seine Rotation beendet und die Stromteilerpumpe 3 kein Wasser mehr vom Warmwassereinlasskanal 32 zum Zirkulationsauslass 41 fördert.
Bezugszeichenliste

1: Thermostatisch geregelter Zirkulationsstromteiler
2: Stromteiler
3: Stromteilerpumpe
4: Stromteilermotor
5: Welle
6: Thermostatventil
7: Brause
8: Kaltwasserabsperrventil
9: Warmwasserabsperrventil
10: Wasserentnahmestelle
11: Kaltwassereinlass
12: Warmwassereinlass
13: Erster Zirkulationskanalabschnitt
14: Zweiter Zirkulationskanalabschnitt
15: Sekundärbypasskanalabschnitt
16: Gesperrte Schaltstellung
17: Geöffnete Schaltstellung
18: Halb geöffnete Schaltstellung
19: Temperaturfühler
20: Kaltwasserauslass
21: Warmwasserauslass
22: Rückschlagventil
23: Thermometer
24: Turbine
25: Kreiselpumpe
26: Pumpturbine
27: Gehäuse
28: Regelkolben
29: Ventilsitz
30: Dehnstoffelementinnenraum
31: Temperatureinstellrad
32: Warmwassereinlasskanal
33: Warmwasserauslasskanal
34: Zirkulationsrückschlagventil
35: Kaltwasserkanal
36: Warmwasserkanalabschnitt
37: Auslassarmarmatur
38: Warmwasserzulaufleitung
39: Warmwasserrücklaufleitung
40: Kaltwasserleitung
41: Zirkulationsauslaß
42: Zirkulationseinlaß
43: Warmwasserzirkulationsleitung
44: Sekundärer Zirkulationskanal
45: Aktor
46: Dehnstoffelementinnenraum

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3916195 A1 [0006]
EP 3241950 A1 [0007]

Claims

Thermostatisch geregelter Zirkulationsstromteiler zur Verwendung im Warmwasserstrang einer häuslichen Kalt- und Warmwasserversorgungsanlage nahe einer Wasserentnahmestelle, dadurch gekennzeichnet, dass dieser mit einem Gehäuse (27) ausgeführt ist, welches mindestens einen Stromteiler (2), mindestens ein Thermostatventil (6), mindestens einen Warmwassereinlass (12), mindestens einen Warmwasserauslass (21) und mindestens einen weiteren Wasseranschluss (11, 20, 41, 42) aufweist.
Thermostatisch geregelter Zirkulationsstromteiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (27) mehrteilig ausgeführt ist und einzelne Gehäuseteile zumindest überwiegend ohne die Verwendung von Rohr- oder Schlauchleitungen mechanisch wie auch wasserleitend miteinander verbindbar sind.
Thermostatisch geregelter Zirkulationsstromteiler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieser ohne gemeinsames Gehäuse (27) aller verwendeten Bauteile ausgeführt ist und die verwendeten einzelnen Komponenten zumindest teilweise mittels Rohr- oder Schlauchleitungen wasserleitend miteinander verbunden sind.
Thermostatisch geregelter Zirkulationsstromteiler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromteiler (2) mindestens ein Zweifach- Stromteiler ist.
Thermostatisch geregelter Zirkulationsstromteiler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromteiler (2) nach dem Verdränger Prinzip ausgeführt ist.
Thermostatisch geregelter Zirkulationsstromteiler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromteiler (2) als Pumpturbine (26) nach dem Prinzip einer Strömungsmaschine ausgeführt ist.
Thermostatisch geregelter Zirkulationsstromteiler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Stromteiler (2) verschiedene Bauform - Prinzipien verwendet sind.
Thermostatisch geregelter Zirkulationsstromteiler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Stromteilerpumpe (3) und Stromteilermotor (4) als einzelne Bauteile verwendet und mittels einer ein- oder mehrteiligen Welle (5) miteinander verbunden sind.
Thermostatisch geregelter Zirkulationsstromteiler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dehnstoffelement (46) verwendet ist.
Thermostatisch geregelter Zirkulationsstromteiler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Thermostatventil (6) als 2/2- Wege-, als 3/2- Wege- oder als 4/2- Wege-Stetigventil ausgeführt ist.
Thermostatisch geregelter Zirkulationsstromteiler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Thermostatventil (6) als Schaltventil ausgeführt ist.
Thermostatisch geregelter Zirkulationsstromteiler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Thermostatventil (6) geregelt oder auch gesteuert verwendete ist.