DE4127822C2 - Vorrichtung zur Raumheizung und Warmwasserbereitung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Raumheizung und Warm­ wasserbereitung gemäß den im Oberbegriff des Anspruches 1 angege­ benen Merkmalen, insbesondere eine Gastherme mit einem gasbeheiz­ ten Primärwärmetauscher.

Gasthermen sind praktizierter Stand der Technik und werden bei­ spielsweise dort eingesetzt, wo auf engem Raum Heizungsanlage und Warmwasserbereiter installiert werden müssen. Solche Geräte werden insbesondere bei der Altbausanierung und in Wohnungen eingesetzt. Sie umfassen einen gasbeheizten Primärwärmetauscher der zwei Heizkreise, nämlich den für die Raumheizung und den für die Warm­ wasserbereitung speist, die parallel geschaltet sind und in denen das Wasser mittels einer Kreiselpumpe umgewälzt wird. Dabei ist der Primärwärmetauscher so geschaltet, daß er entweder den einen oder den anderen als Kreis speist. Bei den heutzutage üblicherweise einge­ setzten Gasthermen sind hierzu eine Vielzahl von Ventilen, Reglern, Sensoren und dergleichen erforderlich. Diese teils wasser- und/oder stromführenden Bauteile führen zu einem verhältnismäßig komplizier­ ten Aufbau der Gastherme bei entsprechend hohen Herstellungskos­ ten. Aufgrund der Vielzahl dieser an verschiedenen Stellen innerhalb der Gastherme vorgesehenen Bauteile ist deren Zugänglichkeit häufig schwierig, was die Wartung und Reparatur der Gastherme unnötig verteuert.

Man hat versucht, den Aufbau einer solchen Gastherme durch die Verwendung von zwei unabhängig voneinander arbeitenden Umwälz­ pumpen zu vereinfachen. Die erwarteten Einsparungen haben sich in der Praxis jedoch nicht erfüllt, denn beim Einsatz von zwei Um­ wälzpumpen muß dafür gesorgt werden, daß die für die Warmwasser­ bereitung verwendete Umwälzpumpe gegenüber derjenigen für den Heizungskreis vorrangig arbeitet, wozu eine verhältnismäßig auf­ wendige Schaltung und Verrohrung beider Pumpen erforderlich ist.

Des weiteren sind aus EP 0 394 140 A1 Pumpen bekannt, die zur Vereinfachung des Gasthermensystems führen sollen und mit einem Druckstutzen und zwei Saugstutzen ausgerüstet sind. Bei diesen Pumpen liegt zwischen dem Laufrad und dem Druckstutzen ein Steu­ erorgan, das je nach Drehrichtung des Laufrades den einen oder anderen Saugstutzen über Hebelmechanismen durch ein Schaltorgan ab sperrt, wodurch der Förderstrom durch den Raum- oder Brauch­ wasserheizkreis gelenkt werden soll.

Jedes auf der Saugseite der Pumpe liegende Schaltorgan verursacht Druckverluste, erhöht den NPSH-Wert und führt bei Heizungspumpen zur vermehrten Gefahr der Geräuschbildung, insbesondere aufgrund von Kavitation. Da bei dieser vorgeschlagenen Lösung in der abge­ sperrten Leitung ein Überdruck gegenüber dem Saugraum der Pumpe herrscht, am Schaltorgan also eine Druckdifferenz ansteht, die der Druckdifferenz zwischen dem Verzweigungspunkt der Heizkreise und dem Saugraum der Pumpe entspricht, sind das Flächenverhältnis zwischen Steuer- und Schaltorgan sowie das Längenverhältnis des zweiarmigen Hebels nicht mehr frei wählbar. Die konstruktive Lö­ sung ist kompliziert und die Schließkraft an dem gegen den Über­ druck arbeitenden Schaltorgan gering, so daß die Funktionssicherheit der Förderstromsteuerung bei den hier üblichen Pumpen kleiner Leistung nicht zuverlässig gewährleistet ist.

Ausgehend von einer Gastherme mit einer Pumpe, wie sie aus EP 0 349 140 A1 bekannt ist, liegt der Erfindung die Aufgabe zu­ grunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung so auszubilden, daß eine zuverlässige wartungsarme Förderstromsteuerung gewährleistet und die Gefahr einer Geräuschentwicklung vermindert wird. In weiterer Ausbildung der Erfindung soll eine kostengünstige Herstellung und Montage erreicht werden. Schließlich soll die hierzu erforderliche Pumpe geschaffen werden.

Gemäß der Erfindung wird dies dadurch gelöst, daß das Schaltorgan auf der Vorlaufseite des Primärwärmetauschers in der Leitungsfüh­ rung zu den Heizkreisen liegt.

Die erfindungsgemäße Lösung hat den Vorteil, daß durch die Anord­ nung des Schaltorgans auf der Vorlaufseite (warmen Seite) des Pri­ märwärmetauschers die Gefahr der Geräuschentwicklung erheblich vermindert ist. Die erfindungsgemäße Lösung vermeidet die vor­ genannten Nachteile und ermöglicht bei einfachem und somit kosten­ günstigen Aufbau der Vorrichtung ein zuverlässiges Schalten zwi­ schen den beiden Heizkreisläufen. Da die an der Welle des Schalt­ organs anliegende Druckdifferenz erheblich geringer ist als die bei einem vergleichbaren Schaltorgan nach dem gattungsbildenden Stand der Technik, kann auf eine besondere Abdichtung der Welle in der Regel verzichtet werden. Hierdurch sind die Reibungsverluste beim Schalten des Schaltorgans erheblich geringer, was die Schaltkräfte herabsetzt und somit die Schaltzuverlässigkeit erhöht. Somit wird die erfindungsgemäße Lösung auch für Pumpenaggregate im Leistungs­ bereich unter 100 Watt funktionssicher.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den weiteren Ansprüchen zu entnehmen.

Bevorzugt ist die Ausbildung der Vorrichtung der Gestalt, daß ein Teil der von der Pumpe erzeugten Druckdifferenz am Schaltorgan als Schließkraft wirkt. Eine solche Ausbildung kann durch entsprechende Wahl des Schaltorgans erfolgen, in dem beispielsweise als Schalt­ organ statt eines Schieberventils ein Klappen- oder Sitzventil einge­ setzt wird. Eine solche Ausbildung erhöht die Schaltzuverlässigkeit, da die jeweilige Schaltstellung fluidisch unterstützt wird.

Eine besonders vorteilhafte Bauform ergibt sich, wenn der Schaltkör­ per des Schaltorgans in einer Kammer des Pumpengehäuses angeord­ net ist, die von dem unmittelbar durch die Pumpe fließenden Förder­ strom getrennt ist. Hierunter ist zu verstehen, daß der momentan durch die Pumpe fließende Förderstrom von dem momentan durch die Kammer fließenden Strom getrennt ist, auch wenn es sich letztlich um denselben Fluidstrom handelt. Eine solche Ausführung stellt praktisch eine Baueinheit aus Pumpe und Ventil dar, wobei das Ventil durch die Strömungskräfte der Pumpe gesteuert ist.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Schaltorgan einen Schließkör­ per aufweist, der mit einer durch eine Wand des Pumpengehäuses geführte Welle verbunden ist, mit der das Steuerorgan drehfest ver­ bunden ist. Diese Wand trennt dann den unmittelbar durch die Pumpe fließenden Förderstrom von dem durch die Kammer fließenden För­ derstrom. Die Wellendurchführung durch die Wand gewährt auch ohne Abdichtung wegen der verhältnismäßig geringen Druckdifferenz nur geringe Überströmverluste. Durch Wahl von Form und Größe des Schließkörpers bzw. des Steuerorgans sowie ggf. der Hebel, mit denen sie auf der Welle sitzen, können die Bauteile zum Erhalt der erforderlichen Schaltkräfte entsprechend angepaßt werden.

Konstruktiv von Vorteil ist es, wenn das Steuerorgan und der Schließkörper des Schaltorgans mit der Welle ein Bauelement bilden, das zusammen mit einer von der Welle durchsetzten Zwischenwand des Pumpengehäuses und einem Rohrabschnitt der Saugseite der Pumpe eine Montageeinheit bildet, die druckfest und dicht in das Pumpengehäuse eingegliedert ist. Eine solche Montageeinheit kann günstig gefertigt und vormontiert und sodann in das Pumpengehäuse eingesetzt werden. Im Falle von Wartungs- und Reparaturarbeiten können die Bauteile mit geringem Aufwand demontiert werden.

Bevorzugt ist eine Ausführung, bei der die Montageeinheit als in das Pumpengehäuse einschiebbare Patrone ausgebildet ist. Eine solche, im wesentlichen als Zylinderkörper ausgebildete Patrone kann mit einfachen Mitteln innerhalb des Pumpengehäuses abgedichtet werden und aufgrund der runden Außenkontur kostengünstig bearbeitet wer­ den.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist bevorzugt zum Einsatz als Gastherme geeignet, sie kann jedoch auch Anwendung in anderen Heizanlagen, in Solarwärmeanlagen und dergleichen finden. Auch ist ein Einsatz denkbar, bei dem das Schaltorgan einen vom Förderstrom der Pumpe völlig unabhängigen und davon getrennten Fluidstrom steuert.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung den Aufbau einer Gasther­ me,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein Pumpenaggregat mit inte­ griertem Schaltorgan der Gastherme nach Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt längs der Schnittlinie III-III in Fig. 2,

Fig. 4 einen Schnitt längs der Schnittlinie IV-IV in Fig. 2,

Fig. 5 in vergrößerter Darstellung eine perspektivische Ansicht einer Montageeinheit des Pumpenaggregats nach Fig. 2,

Fig. 6 eine perspektivische Darstellung der Montageeinheit nach Fig. 5 in rückwärtiger Ansicht und

Fig. 7 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführung des Pumpenaggregats in Darstellung nach Fig. 2.

Die in Fig. 1 dargestellte Gastherme 1 weist einen Gasbrenner 2, einen davon beheizbaren Primärwärmetauscher 3 und eine Kreisel­ pumpe 4 auf. Die Kreiselpumpe 4 ist auf der Rücklaufseite (kalten Seite) des Primärwärmetauschers 3 installiert, sie drückt den Förder­ strom durch die Leitung 5 in den Primärwärmetauscher.

Das im Primärwärmetauscher 3 erwärmte Wasser strömt dann durch eine Leitung 6 zu einem mit der Pumpe 4 zu einer Baueinheit ver­ einigten Schaltorgan 7. Das Schaltorgan 7 verbindet die Leitung 6 mit einem von zwei Heizkreisen.

Der Brauchwasserheizkreis ist in ausgezogenen Linien dargestellt und mit 8 gekennzeichnet. Diesem Heizkreis 8 ist ein Sekundärwärmetau­ scher 9 eingegliedert, in dem das zu erwärmende Brauchwasser erwärmt und über die Leitung 10 einer Entnahmestelle 11 zugeführt wird. Dieser Heizkreis 8 ist über eine Leitung 12 mit einem der Pumpe 4 vorgeschalteten Schmutzfänger 13 sowie einem zwischen Schmutzfänger und Pumpe eingegliederten Luftabscheider 14 ver­ bunden. Das den Sekundärwärmetauscher 9 verlassende Wasser wird also über die Leitung 12 zum Saugstutzen der Pumpe 4 und durch diese erneut zum Primärwärmetauscher 3 und dann wieder erwärmt durch die Leitung 6 dem Heizkreis 8 zugeführt.

Durch Drehrichtungswechsel der Kreiselpumpe 4 wird das Schalt­ organ 7 umgeschaltet, so daß der Eingang des Heizkreises 8 abge­ sperrt und die vom Primärwärmetauscher 3 kommende Leitung 6 mit dem in unterbrochener Linie dargestellten weiteren Heizkreis 15 verbunden ist. Dieser Heizkreis 15 weist eine oder mehrere Sekun­ därwärmetauscher 16 in Form von Heizkörpern auf, denen ein ther­ mostatgesteuertes Ventil 17 vorgeschaltet ist, wie dies heutzutage bei Raumheizungsanlagen üblich ist. Der Heizkreis 15 mündet in die Leitung 12, die diesen über den Schmutzfänger 13, den Luftabschei­ der 14 und der Pumpe 4 der zum Primärwärmetauscher 3 führenden Leitung 5 und danach erwärmt der Leitung 6 und somit erneut die­ sem Heizkreis 15 zuführt. Das Ventil 17 ist in an sich bekannter Weise über eine Bypaßleitung 45 unter Umgehung des Sekundärwär­ metauschers 16 mit dem Ausgang des Heizkreis 15 verbunden, so daß auch bei geschlossenem Ventil 17 der Heizkreis 15 nicht unter­ brochen ist.

Die Funktionsweise der vorbeschriebenen Gastherme ist wie folgt:
Im üblichen Raumheizungsbetrieb ist der Heizkreis 15 über das Schaltorgan 7 mit dem Primärwärmetauscher 3 in Reihe geschaltet, die Umwälzung des Wärmeübertragungsmediums erfolgt mittels der Pumpe 4. Das Schaltorgan 7 sperrt den Heizkreis 8 an dieser Stelle ab. Im Falle der Wasserentnahme an der Entnahmestelle 11 fällt der Druck innerhalb der mit dem Versorgungsnetz 18 über den Sekundär­ wärmetauscher 9 verbundenen Leitung 10 ab. Innerhalb der Leitung 10 sitzt ein Sensor 19 mit Schalteinrichtung, der diesen plötzlichen Druckabfall erkennt und daraufhin die Pumpe 4 zur Drehrichtungs­ umkehr ansteuert. Diese Steuerfunktion ist in Fig. 1 mit 20 gekenn­ zeichnet. Durch die Drehrichtungsumkehr der Pumpe 4 wird das Schaltorgan 7 umgesteuert, so daß dann die Leitung 6 mit dem Heiz­ kreis 8 verbunden ist und der Heizkreis 15 am Schaltorgan 7 abge­ sperrt ist. Dann wird die Anlage in der Regel mit erhöhter Leistung gefahren, da für die Brauchwassererwärmung eine hohe Wärmelei­ stung benötigt wird. Sobald der Entnahmevorgang beendet ist, wird dies wiederum vom Sensor 19 registriert, die Schalteinrichtung schal­ tet um, so daß die Pumpe 4 abermals drehrichtungsumkehrend ange­ steuert wird und das Schaltorgan 7 in seinen ursprünglichen Schaltzu­ stand zurückfällt, in dem der Heizkreis 15 mit dem Primärwärmetau­ scher 3 in Reihe geschaltet ist.

Das Schaltorgan 7 kann auch so ausgebildet sein, daß die Schaltfunk­ tion nicht bei einer Drehrichtungsumkehr sondern bei einer Drehzahl­ änderung erfolgt, wobei die Schaltfunktion dann so gewählt ist, daß bei höherer Drehzahl der Brauchwasserheizkreis 8 öffnend angesteu­ ert wird.

Fig. 2 zeigt das aus der Pumpe 4 und dem Schaltorgan 7 bestehende Pumpenaggregat im Schnitt, bestehend aus einem Gehäuse 21, in dem ein Elektromotor 22 angeordnet ist, dessen Welle 23 ein Kreiselrad 24 antreibt. Der Saugstutzen 25 der Pumpe 4 ist koaxial zur Welle 23 angeordnet und durch das Schaltorgan 7 mittels eines Rohrab­ schnittes 26 hindurchgeführt. Der Druckstutzen ist in Fig. 2 mit 27 bezeichnet, er liegt radial zum Kreiselrad 24. Innerhalb des Druck­ stutzens 27 ist ein Steuerorgan 28 angeordnet, das durch einen in­ nerhalb des Strömungsweges liegenden Flügel gebildet ist, der je nach Drehrichtung des Kreiselrads 24 eine unterschiedliche Stellung einnimmt. Das Steuerorgan 28 ist über einen Hebel 29 mit einer Welle 30 verbunden, die durch eine Wand 31 des Pumpengehäuses drehbar hindurchgeführt ist und an deren anderen, innerhalb des Schaltorgans 7 befindlichen Ende ein Hebel 32 befestigt ist. Am freien Ende des Hebels 32 ist ein Schließkörper 33 angeordnet, der den Eingang 34 des Schaltorgans 7 (siehe Fig. 4) mit dem einen oder anderen Ausgang 35, 36 des Schaltorgans 7 verbindet bzw. den einen oder anderen Ausgang des Schaltorgans sperrt.

Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen sind der Rohrabschnitt 26 und die Zwischenwand 31 einstückig ausgebildet und in das Pumpengehäuse eingesetzt, und zwar als Montageeinheit zusammen mit einem aus Steuerorgan 28, Welle 30 und Schließkörper 33 mit den zugehörigen Hebeln 29 und 32 gebildete Baueinheit.

Diese Montageeinheit ist in den Fig. 5 und 6 perspektivisch dargestellt. Die Hebel 29 und 32 sind ringförmig ausgebildet, wobei die innere Ausnehmung elliptisch geformt ist, um den Rohrabschnitt 26 in beiden Schaltstellungen berührungsfrei zu umgeben.

Der Schließkörper 33 ist so innerhalb des Strömungsweges der Heiz­ kreise der Gastherme 1 angeordnet, daß die Schaltstellungen durch die Strömungen kraftunterstützt sind, so daß die über das Steuerorgan 28 strömungsdynamisch aufzubringenden Haltekräfte vergleichsweise gering sein können.

Fig. 7 zeigt eine andere Ausführungsform, bei der an Stelle des Schließkörpers 33 ein Schieber 37 angeordnet ist, der auf einer Welle 38 sitzt, an deren anderem Ende ein Steuerorgan 39 angeordnet ist. Die Welle 38 ist innerhalb einer Zwischenwand 40 gelagert, die in einer entsprechenden Ausnehmung des Pumpengehäuses 21 sitzt. Wie sich aus der Darstellung ergibt, ist der Ausgang 35 des in Fig. 7 dargestellten Schaltorgans parallel zum Saugstutzen der Pumpe 4 angeordnet. Auch bei dieser Ausführung bilden Schieber 37, Welle 38 und Steuerorgan 39 eine Baueinheit, die zusammen mit der Wand 40 sowie einem Gehäuseteil 41, das den Stutzen für den Ausgang 35 aufweist, als Montageeinheit in Form einer in das Gehäuse 21 ein­ schiebbaren Patrone ausgebildet ist. Die Wand 40 und das Gehäuse­ teil 41 sind miteinander verbunden und bilden einen etwa zylindri­ schen Körper, dessen äußerer Flansch 42 über (nicht dargestellte) Schrauben mit dem Gehäuse 21 verbunden ist. Eine solche patronen­ förmige Montageeinheit ist besonders günstig herzustellen und einfach zu montieren, insbesondere ergeben sich aufgrund der zylindrischen Ausbildung praktisch keine Dichtungsprobleme.

In Fig. 7 ist nur der Ausgang 35 dargestellt, der zweite Ausgang des Schaltorgans liegt parallel zum Ausgang 35, so daß der Schieber 37 bei Drehung der Welle 38 um ihre Längsachse entweder den Aus­ gang 35 oder den anderen (nicht dargestellten) Ausgang verschließt. Bei dieser Ausführung sind die Schaltstellungen des Schaltorgans im wesentlichen strömungskraftfrei.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Raumheizung und Warmwasserbereitung mit einem Primärwärmetauscher (3) und zwei parallel liegenden Heiz­ kreisen (8, 15) und mit einer elektromotorisch angetriebenen, auf der Rücklaufseite des Primärwärmetauschers (3) angeordneten Kreisel­ pumpe (4), die ein druckseitig angeordnetes, drehzahl- oder drehrich­ tungsgesteuertes Steuerorgan (28) zur Betätigung eines mit dem Pum­ pengehäuse (21) verbundenen Schaltorganes (7) aufweist, welches den einen oder anderen Heizkreis (8 oder 15) mit dem Primärwärmetau­ scher (3) in Reihe schaltet, dadurch gekennzeichnet, daß das Schalt­ organ (7) auf der Vorlaufseite des Primärwärmetauschers (3) in der Leitungsführung (6) zu den Heizkreisen (8, 15) liegt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der von der Pumpe (4) erzeugten Druckdifferenz am Schalt­ organ (7) als Schließkraft wirkt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltorgan (7) einen Schließkörper (33) aufweist, der mit einer durch eine Wand (31) des Pumpengehäuses (21) geführten Welle (30) verbunden ist, mit der das Steuerorgan (28) drehfest verbunden ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das Steuerorgan (28) und der Schließkör­ per (33) des Schaltorganes (7) mit der Welle (30) ein Bauelement bilden, das zusammen mit einer von der Welle (30) durchsetzten Zwischenwand (31) des Pumpengehäuses (21) und einem Rohrab­ schnitt (26) der Saugseite der Pumpe (4) eine Montageeinheit bildet, die druckfest und dichtend in das Pumpengehäuse (21) eingegliedert ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Montageeinheit als in das Pumpenge­ häuse (21) einschiebbare Patrone ausgebildet ist.