DE69802845T2 - Boiler mit Einrichtung zum Abzapfen von heissem Wasser - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erwärmen von Wasser Vorrichtung zum Erwärmen von Wasser über den Siedepunkt, versehen mit:
• - einem geschlossenen Behälter, in dem zu erwärmendes Wasser enthalten ist,
• - Heizmitteln zum Erwärmen des Wassers in dem Behälter,
• - einer Zulaufverbindung mit einem Zulaufhahn zum Zuführen von kaltem Wasser in den Behälter,
• - Steuermitteln zum Steuern des Zulaufhahns derart, daß ein vorab festgelegter Wasserpegel in dem Behälter aufrechterhalten wird,
• - einer Ablaufverbindung mit einer Ablaufleitung zu einem Ablaufhahn zum Ablassen von heißem Wasser aus dem Behälter,
• - einem Wärmetauscher, von dem der Heißwasserkreislauf sich zwischen der Ablaufverbindung und dem Ablaufhahn erstreckt und der Kaltwasserkreislauf sich zwischen dem Zulaufhahn und der Zulaufverbindung erstreckt, so daß das heiße Wasser in dem Heißwasserkreislauf Wärme mit dem kaltem Wasser in dem Kaltwasserkreislauf austauschen kann.
• Eine Vorrichtung diesen Typs ist aus der US-4,601,263 bekannt. Sie wird unter anderem im Catering-Gewerbe zum Liefern von Dampf als auch heißem Wasser verwendet.
• Wenn heißes Wasser direkt aus einem Boiler abgezapft wird, wird dieses Wasser sofort nach dem Herauslassen zu kochen beginnen. Mit anderen Worten wird das heiße Wasser sprudeln und brodeln, wenn es aus dem Hahn fließt, was zu unerfreulichen Situationen führen kann. Diese Wirkung ist um so verstärkter, je höher der Druck im Boiler ist.
• Eine Lösung dieses Problems könnte darin bestehen, das aus dem Behälter fließende heiße Wasser mit kaltem Wasser zu vermischen, das, z. B. aus den Hauptwasserleitungen entnommen wird. In der Tat wird eine Mischung, die eine Temperatur aufweist, die niedriger als der Siedepunkt bei Atmosphärendruck ist, auf diese Weise geschaffen, aber ein Nachteil davon besteht darin, daß kaltes Wasser aus der Wasserversorgung verwendet wird, das noch nicht gekocht hat. Für die Zubereitung von gewissen Getränken, insbesondere für die Zubereitung von Tee, ist es jedoch erwünscht, daß das Wasser zumindest gekocht hat. Nach dem Kochen ist eine Zahl von Substanzen, wie z. B. Luft, Kalk, CO&sub2; und dergleichen größenteils aus dem Wasser verschwunden. Außerdem werden irgendwelche vorhandene Krankheitserreger durch Erwärmen des Wassers abgetötet. Wegen der unterschiedlichen Drücke, die in dem Boiler und in der Wasserversorgung herrschen, geht der Mischprozeß auch nicht immer ohne Probleme vonstatten.
• Zur Lösung des obengenannten Problems ist in der US-4,601,263 ein Wärmetauscher zwischen der Ablaufverbindung mit dem Behälter und dem Ablaufhahn installiert. Der Heißwasserkreislauf dieses Wärmetauschers erstreckt sich zwischen der Ablaufverbindung und dem Ablaufhahn und der Kaltwasserkreislauf erstreckt sich zwischen dem Zulaufhahn und der Zulaufverbindung, so daß das heiße Wasser in dem Heißwasserkreislauf Wärme mit dem kalten Wasser in dem Kaltwasserkreislauf austauschen kann.
• Wenn der Ablaufhahn dann geöffnet wird, wird das heiße Wasser durch den Wärmetauscher fließen, in letzterem heruntergekühlt und dann den Ablaufhahn erreichen, wobei es unter den Siedepunkt bei Atmosphärendruck heruntergekühlt ist. In der Tat kann der Wärmetauscher im Stand der Technik aus einer Zahl von Stufen bestehen, so daß jede Stufe Wasser mit einer speziellen Temperatur abgeben kann.
• In der Praxis hat sich die Vorrichtung gemäß der US-4,601,263 als recht voluminös herausgestellt und funktioniert sie nicht befriedigend.
• Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, dieses Problem zu lösen.
• Entsprechend der Erfindung ist die in dem ersten Absatz dieser Beschreibung definierte Vorrichtung nun dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung mit einer zweiten Ablaufverbindung mit einer zweiten Ablaufleitung zum Ablassen von kochendem heißem Wasser aus dem Behälter versehen ist, wobei die zweite Ablaufleitung mit der ersten Ablaufleitung zwischen dem Wärmetauscher und dem Ablaufhahn verbunden ist, so daß das kochende heiße Wasser aus dem Behälter mit dem gekühlten Wasser aus dem Wärmetauscher vermischt wird. Um sicher zu sein, daß unter allen praktischen Umständen genug gekühltes Wasser verfügbar ist, ist die Kapazität des Heißwasserkreislaufes des Wärmetauschers derart, daß die Menge des darin gekühlten Wassers ausreicht, um mit der maximalen Charge von kochendem heißem Wasser vermischt zu werden, das aus dem Behälter durch die zweite Ablaufleitung abzulassen ist.
• Durch Vermischen von kochendem heißem Wasser mit einer vorab festgelegten Temperatur und gekühltem Wasser auch mit einer recht konstanten vorab festgelegten Temperatur wird Wasser mit einer gewünschten Temperatur erhalten. Ferner stammt das gesamte Wasser aus dem Behälter und hat es somit gekocht.
• Vorzugsweise werden Maßnahmen ergriffen, um den Kaltwasserzulauf hinsichtlich der Geschwindigkeit derart zu beschränken, daß während der relativ kurzen Periode, in der heißes Wasser durch den Ablaufhahn zugeführt wird, kein wesentlicher Kühlvorgang in dem Wärmetauscher erfolgt, während während einer relativ langen nachfolgenden Periode das dann in dem Heißwasserkreislauf vorhandene heiße Wasser von dem eintreffenden kalten Wasser heruntergekühlt wird.
• Um die Temperatur einstellen zu können, ist die Vorrichtung vorzugsweise mit einem durchsatzbegrenzenden Element in einer der Ablaufleitungen versehen. Vorzugsweise ist besagtes durchsatzbegrenzendes Element einstellbar.
• In diesem Zusammenhang wird bevorzugt, daß die Vorrichtung mit einem Sensor zur direkten oder indirekten Messung der Temperatur des Wassers in dem Behälter versehen ist und mit einer Steuereinheit zum Steuern des durchsatzbegrenzenden Elements als eine Funktion des Signals von dem Sensor versehen ist.
• Obwohl Temperatursensoren verwendet werden können, wird nichtsdestotrotz bevorzugt, daß der Sensor ein Drucksensor ist, mit dem der Druck in dem Behälter gemessen wird. Es besteht dann eine feste Beziehung zwischen der Temperatur in dem Behälter und dem Druck darin. Im allgemeinen wird bereits ein Drucksensor eingebaut sein und kann dieser nunmehr für eine doppelte Funktion verwendet werden.
• Zur Vermeidung von zu großen Temperaturvariationen auf der Auslaßseite des Wärmetauschers ist die Kapazität des Wärmetauschers vorzugsweise derart, daß die maximale in einer Charge über den Heißwasserkreislauf abzugebende Wassermenge auf eine niedrigste vorab festgelegte Temperatur heruntergekühlt werden kann.
• Weitere Ausführungsformen der Erfindung werden unten ausführlich unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erörtert.
• Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung, die in derselben Weise wie die aus der obengenannten US- 4,601,263 bekannte Vorrichtung funktioniert.
• Fig. 2 zeigt eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der Erfindung, in der gekühltes Wasser, über einen Wärmetauscher, mit direkt aus dem Behälter abgezapftem heißem Wasser vermischt wird.
• Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der Erfindung, in der ein einstellbares durchsatzbegrenzendes Element verwendet wird, das von einer Steuereinheit als eine Funktion der Temperatur des Wassers im Behälter gesteuert wird.
• Die Vorrichtung, die in Fig. 1 dargestellt ist, gehört in der Tat zum Stand der Technik. Diese bekannte Vorrichtung umfaßt einen Druckbehälter 10, in dem eine elektrische Heizschlange angeordnet ist. Der Druckbehälter enthält Wasser, das durch die Schlange 12 zum Kochen gebracht wird. Der obere Pegel des Wassers in dem Behälter wird mit Hilfe eines Füllstandsensors 14 gemessen. Eine Heißwasserablaufleitung 16 ist mit der Unterseite des Behälters 10 verbunden. Heißes Wasser kann über besagte Leitung aus dem Behälter 10 abgezapft werden, wobei das heiße Wasser durch einen Wärmetauscher 18 hindurch muß. Eine Kühlschlange 20, durch die ein Kühlmedium fließt, ist in dem Reservoir 18 angeordnet. Das gekühlte Wasser wird über die weitere Ablaufleitung 22 dem Ablaufhahn 24 zugeführt, wo es vom Benutzer abgezapft werden kann.
• Das Kühlmedium, das durch die Schlange 20 fließt, umfaßt kaltes Wasser, das aus dem Hauptwasserversorgungssystem stammt. Besagtes kaltes Wasser wird in dem Wärmetauscher 18 vorgewärmt und dann über die Leitung 26 der Oberseite des Behälters 10 zugefiührt. Ein Hahn 28 ist auf der Einlaßseite der Schlange 20 angeordnet, wobei der Hahn 28 von einer Steuereinheit 30 auf der Grundlage von Signalen gesteuert wird, die vom Füllstandsensor 14 stammen.
• Im stationären Zustand wird der Behälter 10 mit kochendem Wasser bis zum Pegel gefüllt, der vom Füllstandsensor 14 bestimmt wird. Die Temperatur- bzw. Drucksteuereinheit, mittels derer die Heizschlange 12 gesteuert wird, ist in dieser Figur nicht gezeigt, da sie für die Erfindung nicht wichtig ist. Wenn der Hahn 24 geöffnet wird, um eine Menge von heißem Wasser abzuzapfen, wird heißes Wasser dann beginnen, durch die Leitung 16, die Kühlschlange 20 und die weitere Leitung 22 zum Hahn 24 zu fließen. Das Wasser wird aus dem Boiler 10 in die Leitung 16 auf einer Temperatur treten, die deutlich höher als 100ºC sein kann. Bei einem Druck von 1¹/&sub2; Bar wird die Temperatur des Wassers in dem Behälter 10 näherungswesie 127,4ºC betragen. Dieses Wasser, das für den Benutzer zu heiß ist, wird nun durch das Reservoir 18 geführt, wo es mit der relativ kalten Schlange 20 in Kontakt gerät. Das gekühlte Wasser wird dann durch die Leitung 22 fließen und über den Hahn 24 abgegeben. Der Pegel im Behälter 10 wird fallen, sobald die Abgabe von heißem Wasser beginnt. Dieser Abfall wird von dem Füllstandsensor 14 detektiert, der ein Signal an die Steuereinheit 30 ausgibt. Besagte Steuereinheit steuert, wiederum, den Hahn 28, so daß kaltes Wasser aus dem Hauptwasserleitungssystem beginnt, durch die Schlange 20 zu fließen. Besagtes kaltes Wasser weist die gewünschte Kühlwirkung auf das heiße Wasser in dem Reservoir 18 auf und wird, nachdem es etwas aufgewärmt ist, über die Leitung 26 in den Behälter 10 geführt, um das an der Unterseite abgelassene heiße Wasser zu ersetzen.
• In Abhängigkeit von der Dimensionierung des Wärmetauschers 18 und von der Durchsatzrate durch das Leitungssystem wird das heiße Wasser aus der Ablaufleitung 16 in einem größeren oder geringeren Ausmaß gekühlt. Um zu verhindern, daß die Temperatur des abgegebenen Wassers wesentlich variiert, wird die Kapazität des Reservoirs 18 vorzugsweise derart dimensioniert, daß es eine Wassermenge aufnehmen kann, die der maximalen Menge von zu irgendeinem Zeitpunkt über den Hahn 24 abzuzapfendem heißem Wasser entspricht. Die Wirkung davon besteht darin, daß bei Abzapfen von heißem Wasser das gesamte Wasser sich auf ein einheitliches Niveau in dem Wärmetauscher 18 abkühlt.
• In vielen Fällen wird dieses Abkühlen zu groß sein und wird somit Wasser erhalten werden, das sich auf einer zu geringen Temperatur befindet. Um diesen Nachteil zu korrigieren, ist es möglich, gemäß der Ausführungsform in Fig. 2, gekühltes Wasser mit einer gewissen Menge von ungekühltem heißem Wasser zu vermischen, das direkt aus dem Boiler stammt.
• In Fig. 2 sind diejenigen Komponenten, die bereits in Fig. 1 beschrieben worden sind, durch dieselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Zusätzlich zu den bereits beschriebenen Komponenten ist in Fig. 2 ein Steigrohr 32 zu sehen, wobei das Steigrohr in den Boiler eingebaut ist und dazu dienen soll, heißes Wasser von einem Punkt, der sich auf einem niedrigen Pegel aufwärts vom Boiler 10 befindet, zu einer Leitung 34 zu führen, die über eine T-Kupplung mit der Ablaufleitung 22 verbunden ist. Während des Betriebs wird einerseits nun heißes kochendes Wasser über das Steigrohr 32 zur weiteren Ablaufleitung 34 abgelassen. Andererseits wird gekühltes Wasser aus dem Reservoir 18 über die Leitung 22 abgelassen und in dem T-Stück 36 mit dem heißen kochendem Wasser aus dem Behälter vermischt.
• Das gekühlte Wasser in dem Reservoir 18 weist eine vorab festgelegte Temperatur auf und die Wassermenge in dem Reservoir 18 reicht aus, um mit der maximalen Charge von kochendem heißem Wasser vermischt zu werden, das über die zweite Ablaufleitung 34 aus dem Behälter 10 abzulassen ist. Das Ergebnis wird Wasser mit einer vorab festgelegten Temperatur unterhalb des Siedepunktes sein, das aus dem Hahn 24 fließt.
• Die Dimensionierung der Vorrichtung ist vorzugsweise derart, daß eine recht kurze Zeit benötigt wird, um eine Charge mit heißem, aber nicht kochendem Wasser über den Ablaufhahn 24 zu liefern. Die Dimensionierung der Vorrichtung wird vorzugsweise ferner derart sein, daß die Geschwindigkeit des kalten Wassers, das über das Ventil 28 eingespeist wird, recht niedrig ist. Somit ist die Kühlwirkung in dem Wärmetauscher 18, 20 zumindest während der Periode, in der eine Charge mit heißem Wasser geliefert wird, vernachlässigbar.
• Wenn der Pegel des kochenden Wassers im Behälter 10 abnimmt, wird der Füllstandsensor ein Signal liefern, das, eventuell nach einer Verzögerung, das Kaltwassereinlaßventil 28 öffnet. Das eintretende kalte Wasser wird mit dem Kühlen des sehr heißen Wassers beginnen, das nun in dem Reservoir 18 vorhanden ist. Wenn der stationäre Zustand erreicht ist, ist wiederum der Wasserpegel im Behälter der Pegel des Sensors 14, ist das Reservoir 18 mit einer Menge von gekühltem Wasser mit vorab festgelegter Temperatur gefüllt und ist das System zum Liefern einer weiteren Charge mit heißem, aber nicht kochendem Wasser bereit.
• Es wird darauf hingewiesen, daß das gesamte Wasser, das aus dem Hahn 24 in dieser Weise austritt, im Behälter gekocht hat und somit frei von Krankheitserregern und frei von Luft, Kalk, CO&sub2; und dergleichen ist.
• Um eine geeignete Temperatur des gemischten Wassers zu erhalten, können Maßnahmen ergriffen werden, um die Durchsatzraten in den zwei Ablaufleitungen 34 und 22 aneinander anzupassen. Für diesen Zweck kann, z. B., ein durchsatzbegrenzendes Element 38 in die Leitung 22 eingebaut werden. Der Grad der Begrenzung, der vom Element 38 bereitgestellt wird, kann experimentell bestimmt und derart ausgewählt werden, daß Wasser mit einer gewünschten Temperatur, z. B. im Bereich zwischen 95 und 98ºC, aus dem Hahn 24 fließt.
• Wenn der Benutzer ein flexiblere und auch genauere Einrichtung zum Einstellen der Temperatur des abzuzapfenden Wassers möchte, wird die Ausführungsform in Fig. 3 bevorzugt. In dieser Ausführungsform sind die Komponenten, die insofern bereits beschrieben worden sind, wiederum durch dieselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Anstelle eines unverstellbaren Durchflußbegrenzers 38 ist ein variables Steuerventil 40, nicht in die Ablaufleitung 22, sondern in die vorangehende Ablaufleitung 16 eingebaut. Es wird klar sein, daß die Wirkung eines Begrenzers dieselbe ist, unabhängig davon, ob letzterer sich in der Leitung 16 oder in der Leitung 22 befindet. Das Begrenzungsventil 40 wird von einer modifizierten Steuereinheit 30a gesteuert, die andererseits Signale vom Füllstandsensor 14' empfängt, aber auch Signale von einem Drucksensor 42 empfängt, der über eine Leitung 44 mit der Oberseite des Behälters 10 verbunden ist. Der Druck in dem Behälter 10, der über den Drucksensor 42 gemessen wird, steht mit der Temperatur des Wassers im Boiler in Beziehung. Es ist somit eine temperaturabhängige Steuerung auf der Grundlage der Signale möglich, die der Drucksensor 42 liefert. Die Steuereinheit 30a wird das durchsatzbegrenzende Ventil 40 auf der Grundlage der Signale vom Sensor 42 in der Weise einstellen, daß die Durchsatzrate durch den Ablaufkreislauf 40, 16, 18, 22 derart ist, daß in dem T-Stück 36 gerade ausreichendes gekühltes Wasser über die Leitung 22 mit dem heißen Wasser vermischt wird, das über die Leitung 34 zugeführt wird, um Wasser auf der gewünschten Temperatur aus dem Hahn 24 zu erhalten.
• Die Steuereinheit 30a steuert auch das Öffnen und Schließen des Kaltwasserhahns 28, teilweise auf der Grundlage der Signale vom Füllstandsensor 14. Es wird bevorzugt, daß unter allen Umständen die Temperatur des Wassers im Boiler gut über dem Siedepunkt gehalten wird, so daß zu jedem Zeitpunkt die Vorrichtung betriebsbereit ist. In Verbindung damit wird bevorzugt, daß die Einströmgeschwindigkeit von kaltem Wasser durch den Wärmetauscher 18 in den Boiler begrenzt wird. Somit wird im allgemeinen die Ausströmgeschwindigkeit von heißem Wasser aus dem Boiler größer als die Einströmgeschwindigkeit von kaltem Wasser in dem Boiler sein. Das Einströmen kann vom Temperatur- bzw. Drucksensor 42 gesteuert werden, so daß die Temperatur des Boilerwassers nicht unter eine vorab festgelegte Grenze fallen wird.
• Es wird darauf hingewiesen, daß im allgemeinen ein Drucksensor 42 bereits zum Steuern der Heizschlange 12 vorhanden sein wird, so daß ein Einbau besagten Sensors in der Tat keine zusätzliche Investition mit sich bringen wird.

Claims (5)

1. Vorrichtung zum Erwärmen von Wasser über den Siedepunkt, versehen mit:

- einem geschlossenen Behälter (10), in dem zu erwärmendes Wasser enthalten ist,

- Heizmitteln (12) zum Erwärmen des Wassers in dem Behälter,

- einer Zulaufverbindung (26) mit einem Zulaufhahn zum Zuführen von kaltem Wasser in den Behälter,

- Steuermitteln (30) zum Steuern des Zulaufhahns derart, daß ein vorab festgelegter Wasserpegel in dem Behälter aufrechterhalten wird,

- einer Ablaufverbindung mit einer Ablaufleitung (22) zu einem Ablaufhahn zum Ablassen von heißem Wasser aus dem Behälter,

- einem Wärmetauscher (18); von dem der Heißwasserkreislauf sich zwischen der Ablaufverbindung und dem Ablaufhahn erstreckt und der Kaltwasserkreislauf sich zwischen dem Zulaufhahn und der Zulaufverbindung erstreckt, so daß das heiße Wasser in dem Heißwasserkreislauf Wärme mit dem kaltem Wasser in dem Kaltwasserkreislauf austauschen kann,

dadurch gekennzeichnet, daß

die Vorrichtung mit einer zweiten Ablaufverbindung (34) mit einer zweiten Ablaufleitung zum Ablassen von kochendem heißem Wasser aus dem Behälter versehen ist, wobei die zweite Ablaufleitung mit der ersten Ablaufleitung zwischen dem Wärmetauscher und dem Ablaufhahn verbunden ist, so daß das kochende heiße Wasser aus dem Behälter mit dem gekühlten Wasser aus dem Wärmetauscher vermischt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung mit einem durchsatzbegrenzenden Element (38; 40) in einer der Ablaufleitungen versehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das durchsatzbegrenzende Element ein einstellbares Element (40) ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung mit einem Sensor (44) zur direkten oder indirekten Messung der Temperatur des Wassers in dem Behälter (10) versehen ist und mit einer Steuereinheit (42) zum Steuern des durchsatzbegrenzenden Elements (40) als eine Funktion des Signals von dem Sensor (44) versehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor ein Drucksensor ist, mit dem der Druck in dem Behälter gemessen wird.