EP0393010A2 - Device for the temperature controlled flow of fluids and for preventing the thermally-caused circulation flow in standing, temperature layered fluid columns - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung für einen temperaturkontrollierten Durchfluß von Flüssigkeiten und zur Unterbindung einer thermisch bedingten Zirkulationsströmung in ruhenden, temperaturgeschichteten Flüssigkeitssäulen, insbesonders in Warmwasser-Versorgungssystemen mit Speicherbehältern, vorzugsweise Warmwasserbereitern, wobei diese Warmwasserbereiter mit Flüssigkeit einer Temperatur oberhalb der Umgebungstemperatur gefüllt sind.The invention relates to an arrangement for a temperature-controlled flow of liquids and to prevent a thermally induced circulation flow in stationary, temperature-stratified liquid columns, in particular in hot water supply systems with storage tanks, preferably water heaters, these water heaters being filled with liquid at a temperature above the ambient temperature.
Warmwasser-Versorgungsanlagen werden je nach Bedarf als zentrale und dezentrale Anlagen errichtet, und zwar entweder als druckfeste oder drucklose klagen. Bei all diesen klagen ist der Kaltwasserzufluß an der tiefsten Stelle des Behälters angeordnet und der Warmwasserabgang möglichst an der höchsten Stelle. Je nach Ladezustand des Warmwasserbereiters befindet sich immer im unteren Bereich eine Kaltwasserzone und eine Übergangszone mittlerer Temperatur, die sogenannte Mischwasserzone, und darüber die Warmwasserzone mit der gewünschten Warmwassertemperatur.Hot water supply systems are built as required as central and decentralized systems, either as pressure-resistant or pressure-free lawsuits. In all these complaints, the cold water inflow is located at the lowest point of the tank and the hot water outlet is at the highest point if possible. Depending on the state of charge of the water heater, there is always a cold water zone and a transition zone of medium temperature, the so-called mixed water zone, in the lower area, and above that the hot water zone with the desired hot water temperature.
In der Mischwasserzone wird das Wachstum von Mikroorganismen, vornehmlich der Spezies "Legionella", begünstigt, welche bei Wassertemperaturen von 35 °C bis 42 °C optimale Wachstumsbedingungen vorfinden. Bei den Legionellen handelt es sich um gramnegative, begeißelte Bakterien, welche die sogenannte "Legionellosis" - eine schwere Form von bakterieller Pneumonie mit zwei bis zehn Tagen Inkubationszeit - auslösen können.In the mixed water zone, the growth of microorganisms, primarily of the "Legionella" species, is favored, which find optimal growth conditions at water temperatures of 35 ° C to 42 ° C. Legionella is a gram-negative, flagellated bacteria that can trigger the so-called "legionellosis" - a severe form of bacterial pneumonia with an incubation period of two to ten days.
Bei Kaltwassertemperaturen kommt es praktisch zu keiner Vermehrung der Legionellen, bei Temperaturen ab 50 ° C bis 55 ° C ist ein Absterben dieser Keime festzustellen, wobei mit zunehmender Temperatur die Letalitätsrate der Bakterien zunimmt.At cold water temperatures, there is practically no increase in Legionella, at temperatures from 50 ° C to 55 ° C, these germs are found to die, and the lethality rate of the bacteria increases with increasing temperature.
Ist die jeweilige Warmwasserentnahme größer als das gespeicherte Warmwasservolumen, gelangt Wasser, welches mit Mikroorganismen kontaminiert sein kann, aus der Mischwasserzone und gegebenenfalls auch aus der Kaltwasserzone in das Leitungssystem bis hin zu den einzelnen Entnahmestellen.If the respective hot water withdrawal is larger than the stored hot water volume, water, which may be contaminated with microorganisms, flows from the mixed water zone and, if applicable, also from the cold water zone into the pipe system to the individual tapping points.
Ein weiteres Problem bei der Warmwasser-Bereitung betrifft vordergründig Energieverluste, als mögliche Folgeerscheinung jedoch wiederum die erhöhte Gefahr der Kontaminierung des Warmwassers mit Mikroorganismen. Es handelt sich hierbei um die Tatsache, daß im oberen Bereich, außerhalb des Warmwasserbereiters, in den Leitungen eine wesentlich raschere Abkühlung des Warmwassers eintritt als im Warmwasserbereiter. Dieser Umstand führt dazu, daß, je nach Art der Leitungsführung, infolge der Thermosyphonwirkung abgekühltes Warmwasser in den Warmwasserbereiter zurücksinkt und dessen Warmwasserverluste dadurch bis zu 30 % erhöht werden.Another problem with hot water preparation is primarily energy loss, but as a possible consequence, the increased risk of contaminating the hot water with microorganisms. It is the fact that in the upper area, outside the water heater, a much faster cooling of the hot water occurs in the pipes than in the water heater. This leads to the fact that, depending on the type of piping, hot water cooled down due to the thermosiphon effect sinks back into the water heater and its hot water losses are increased by up to 30%.
Durch dieses Zurücksinken des abgekühlten Warmwassers sinkt nicht nur - bis zur Wiederaufheizung - die Temperatur des Warmwassers im Warmwasserbereiter, es erfolgt auch eine Volumsvergrößerung der Mischwasserzone. Damit vergrößert sich auch jener Bereich, welcher Mikroorganismen eine gute Entwicklungsmöglichkeit bietet.This sinking of the cooled hot water not only lowers the temperature of the hot water in the water heater until it is reheated, it also increases the volume of the mixed water zone. This also increases the area that offers microorganisms a good opportunity for development.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Anordnung zu schaffen, mit welcher verhindert wird, daß an den Entnahmestellen von Warmwasser-Versorgungsanlagen mit Mikroorganismen kontaminiertes Wasser entnehmbar ist.The object of the invention is therefore to provide an arrangement with which it is prevented that water contaminated with microorganisms can be removed at the removal points of hot water supply systems.
Die Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst. Diese ist dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Entnahmestelle mindestens eine Vorrichtung vorgesehen ist, welche sowohl den Rückfluß der erwärmten Flüssigkeit aus der Entnahmeleitung in den Speicherbehälter als auch die Entnahme der erwärmten gespeicherten Flüssigkeit unterhalb einer bestimmten Temperatur verhindert.The object is achieved by the invention. This is characterized in that at least one device is provided in the area of the removal point, which device both the reflux of the heated liquid from the removal line into the storage container and the removal of the prevents heated stored liquid below a certain temperature.
Mit der erfindungsgemäßen Anordnung ist sichergestellt, daß Warmwasser nur dann aus dem Warmwasserbereiter in eine Warmwasser-Entnahmeleitung strömt, wenn die Wassertemperatur oberhalb eines bestimmten Wertes liegt. Damit wird verhindert, daß lebende Mikroorganismen, insbesonders die gefährlichen Legionellen, den Warmwasser-Entnahmestellen zugeführt werden.The arrangement according to the invention ensures that hot water only flows from the water heater into a hot water extraction line when the water temperature is above a certain value. This prevents live microorganisms, especially the dangerous Legionella, from being fed to the hot water tapping points.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die den Rückfluß der Flüssigkeit verhindernde Vorrichtung ein selbsttätiges, hilfsenergiefreies Absperrorgan, und die die Entnahme der Flüssigkeit unterhalb einer bestimmten Temperatur verhindernde Vorrichtung ein hilfsenergiefreies Regelorgan.In one embodiment of the invention, the device preventing the backflow of the liquid is an automatic shut-off device free of auxiliary energy, and the device preventing the removal of the liquid below a certain temperature is a closed-loop control device.
Auf diese Weise ist es möglich, unabhängig von Hilfsenergiequellen, eine mikroorganismenfreie Warmwasser-Versorgung zu gewährleisten.In this way, it is possible to ensure a microorganism-free hot water supply regardless of auxiliary energy sources.
Eine Weiterführung der Erfindung besteht darin, daß das den Rückfluß der Flüssigkeit verhindernde Absperrorgan ein gewichtsbelastetes oder ein federbelastetes Ventil ist.A further development of the invention is that the shut-off device preventing the backflow of the liquid is a weight-loaded or a spring-loaded valve.
Daraus ergibt sich der Vorteil einer sehr genauen Einstellbarkeit bzw. einer Schließkraftverstärkung des rückflußverhindernden Absperrorgans.This results in the advantage of a very precise adjustability or a closing force increase of the check valve preventing backflow.
Ein besonderes Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die den Rückfluß der Flüssigkeit verhindernde Vorrichtung ein entsprechend geformter, vorzugsweise P- oder S-förmiger, bzw. entsprechend eines Labyrinths ausgebildeter Rohrbogen ist.A special feature of the invention is that the device preventing the backflow of the liquid is a correspondingly shaped, preferably P- or S-shaped, or formed according to a labyrinth pipe bend.
Dies ist dann vorteilhaft, wenn keine bewegten Teile gewünscht werden.This is advantageous if no moving parts are desired.
Eine erfindungsgemäße Weiterbildung sieht vor, daß das die Entnahme der Flüssigkeit unterhalb einer bestimmten Temperatur verhindernde Regelorgan ein bimetallbetätigtes Ventil ist.A further development according to the invention provides that the control element preventing the removal of the liquid below a certain temperature is a bimetallic valve.
Dies ist zweckmäßig, wenn das Regelorgan fremdenergiefrei betreibbar ein soll.This is useful if the control device is to be operated without external energy.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist das die Entnahme der Flüssigkeit unterhalb einer bestimmten Temperatur verhindernde Regelorgan ein thermohydraulisch betätigtes Ventil bzw. ein gasbetätigtes Thermopneumatik-Ventil.In one embodiment of the invention, the control element preventing the removal of the liquid below a certain temperature is a thermohydraulically actuated valve or a gas-actuated thermopneumatic valve.
Dieses Regelorgan nützt die thermische Flüssigkeitsausdehnung bzw. die thermische Gasausdehnung aus und ist wegen seiner Robustheit und Genauigkeit vorteilhaft.This control element makes use of the thermal liquid expansion or the thermal gas expansion and is advantageous because of its robustness and accuracy.
Eine spezielle Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß eine Sicherheitskombination in einem gemeinsamen Gehäuse vorgesehen ist, die einerseits den Rückfluß und anderseits die Entnahme von Flüssigkeit unterhalb einer bestimmten Temperatur verhindert.A special development of the invention is that a safety combination is provided in a common housing, which on the one hand prevents the backflow and on the other hand the removal of liquid below a certain temperature.
Eine solche Sicherheitskombination hat den Vorteil geringen Platzbedarfs und problemloser Montage.Such a safety combination has the advantage of taking up little space and being easy to install.
Als besondere Ausgestaltung der Erfindung sind die Sicherheitskombinationen mit Federverstärkung ausgerüstet.As a special embodiment of the invention, the safety combinations are equipped with spring reinforcement.
Auf diese Weise können auch umfangreiche Warmwasser-Versorgungsanlagen mit Warmwasser-Leitungen sehr großen Querschnitts genau eingestellt und geschützt werden.In this way, extensive hot water supply systems with hot water pipes of very large cross-section can be precisely set and protected.
Eine erfindungsgemäße Weiterführung besteht darin, daß mindestens eines dieser Organe jeweils mittels Hilfsenergie elektromagnetisch oder hydraulisch oder pneumatisch oder mechanisch betätigbar ist.A further development according to the invention consists in that at least one of these organs can be actuated electromagnetically or hydraulically or pneumatically or mechanically by means of auxiliary energy.
Damit ist es möglich, sowohl auf die spezifischen Erfordernisse der jeweiligen Warmwasser-Versorgungsanlage einzugehen als auch allenfalls zur Verfügung stehende Hilfsenergiequellen zu benützen.This makes it possible to both address the specific requirements of the respective hot water supply system and to use any auxiliary energy sources that may be available.
In einer Ausgestaltung der Erfindung sind diese Vorrichtungen in einem isolierten Gehäuse angeordnet.In one embodiment of the invention, these devices are arranged in an insulated housing.
Dies ist vorteilhaft, wenn die Temperaturverluste minimiert werden sollen.This is advantageous if the temperature losses are to be minimized.
Ein besonderes Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die die Entnahme von Flüssigkeit unterhalb einer bestimmten Temperatur verhindernde Vorrichtung ein Regelorgan im Kaltwasserzulauf des Warmwasserbereiters ist, welches durch einen an einer Warmwasser-Entnahmestelle angeordneten Temperaturfühler steuerbar ist.A special feature of the invention is that the device preventing the removal of liquid below a certain temperature is a control element in the cold water inlet of the water heater, which can be controlled by a temperature sensor arranged at a hot water extraction point.
Dieses Merkmal bietet die Möglichkeit, das Regelorgan präzise auf die Warmwasser-Temperatur direkt an der Entnahmestelle einzustellen sowie Sonderbauformen von Warmwasserbereitern und Warmwasser-Versorgungsanlagen, die kein Absperrorgan in der Warmwasser-Entnahmeleitung besitzen, zu berücksichtigen und voll zu schützen.This feature enables the controller to be precisely set to the hot water temperature directly at the point of use and to take into account and fully protect special designs of water heaters and hot water supply systems that do not have a shut-off device in the hot water supply line.
In einer Weiterführung der Erfindung erfolgt die Betätigung des im Kaltwasserzulauf angeordneten Regelorgans hilfsenergiefrei thermohydraulisch oder gasbetätigt.In a further development of the invention, the control element arranged in the cold water inlet is operated thermo-hydraulically or gas-operated without auxiliary energy.
Die Betätigung des Regelorgans erfolgt hierbei hydraulisch zufolge thermischer Flüssigkeitsausdehnung oder gasbetätigt zufolge thermischer Gasausdehnung. Dieses Regelorgan hat den Vorteil, robust und genau zu sein.The control element is actuated hydraulically as a result of thermal liquid expansion or gas operated due to thermal gas expansion. This regulator has the advantage of being robust and precise.
Eine erfindungsgemäße Ausgestaltung sieht vor, daß das im Kaltwasserzulauf angeordnete Regelorgan mit Hilfsenergie elektromagnetisch, hydraulisch, mechanisch oder pneumatisch betätigbar ist.An embodiment of the invention provides that the control element arranged in the cold water inlet can be actuated electromagnetically, hydraulically, mechanically or pneumatically with auxiliary energy.
Damit ist es möglich, bereits auf sehr kleine Temperaturschwankungen des an der Entnahmestelle abgenommenen Warmwassers zu reagieren.This makes it possible to react to very small temperature fluctuations in the hot water drawn off at the point of use.
An Hand eines Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher erläutert werden. Dabei zeigen Fig. 1 bzw. Fig. 2 in Schnittdarstellung eine Sicherheitskombination von Absperr- und Regelorgan, und zwar in kompakter bzw. in einfacher Bauform. Fig. 3 veranschaulicht die Anwendung der Erfindung in einer Warmwasser-Versorgungsanlage.The invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment. 1 and FIG. 2 show a sectional view of a safety combination of the shut-off and control element, in a compact or simple design. Fig. 3 illustrates the application of the invention in a hot water supply system.
Fig. 1 zeigt eine Ausführung in Form einer kompakten Sicherheitskombination (1). Dabei ist ein rohrförmiges Gehäuse (2) innen so abgesetzt, daß ein Distanzkörper (3) mit der dem Warmwasserbereiter zugewandten Seite fest aufliegt. Auf der der Entnahmestelle zugewandten Seite wird der Distanzkörper (3) mittels eines Einschraubnippels (4) fixiert. Die Abdichtung zwischen Einschraubnippel (4) und Gehäuse (2) - welches mit einer Wärmeisolation (5) ummantelt ist - erfolgt durch einen Dichtring (6).Fig. 1 shows an embodiment in the form of a compact safety combination (1). A tubular housing (2) is offset on the inside in such a way that a spacer (3) with the side facing the water heater rests firmly. The spacer body (3) is fixed on the side facing the removal point by means of a screw-in nipple (4). The seal between the screw-in nipple (4) and the housing (2) - which is covered with thermal insulation (5) - is provided by a sealing ring (6).
In dieser Ausführung ist zwischen dem rohrförmigen Gehäuse (2) und dem Distanzkörper (3) bzw. dem Einschraubnippel (4) ein temperaturabhängiges Regelorgan (7) und ein Rückfluß-Absperrorgan (8) angeordnet. Ein Pfeil (9) zeigt die Durchflußrichtung des Wassers an.In this embodiment, a temperature-dependent control element (7) and a non-return valve (8) are arranged between the tubular housing (2) and the spacer body (3) or the screw-in nipple (4). An arrow (9) indicates the direction of flow of the water.
Fig. 2 zeigt eine einfachere Ausführung einer Sicherheitskombination (16). Hier ist innerhalb eines mit einer Wärmeisolation (10) ummantelten Rohres (11) mittels Distanzkörpers (12) und Seegerringen (13) bin temperaturabhängiges Regelorgan (14) und ein Rückfluß-Absperrorgan (15) angeordnet.Fig. 2 shows a simpler version of a safety combination (16). A temperature-dependent control element (14) and a non-return valve (15) are arranged here in a pipe (11) covered with heat insulation (10) by means of spacers (12) and circlips (13).
Ein im Inneren des temperaturabhängigen Regelorgans (7, 14) konzentrisch angeordneter Thermostatzylinder dehnt sich bei Berührung mit Warmwasser aus, wodurch der Ventilkegel vom Ventilsitz abhebt und den Durchflußweg freigibt.A thermostatic cylinder arranged concentrically inside the temperature-dependent control element (7, 14) expands when it comes into contact with hot water, as a result of which the valve cone lifts off the valve seat and opens the flow path.
Sinkt die Temperatur des Warmwassers, so bewirkt dies eine Abkühlung und somit eine Verkürzung des Thermostatzylinders. Dadurch schließt, wenn das Warmwasser eine bestimmte Mindesttemperatur erreicht hat, der Ventilkegel, indem er gegen den Ventilsitz gepresst wird, das temperaturabhängige Regelorgan (7,14). Die zum Schließen erforderliche Gegenkraft wird im vorliegenden Fall mit einer Feder erzeugt.If the temperature of the hot water drops, this causes cooling and thus a shortening of the thermostat cylinder. As a result, when the hot water has reached a certain minimum temperature, the valve cone, by pressing it against the valve seat, closes the temperature-dependent control element (7, 14). The counterforce required to close is generated in the present case with a spring.
Beim Rückfluß-Absperrorgan (8, 15) strömt das Warmwasser aus dem Warmwasserbereiter, wenn mindestens eine Warmwasser-Entnahmestelle geöffnet ist. Dies geschieht, indem das Warmwasser gegen den Ventilkörper drückt, damit die Federkraft überwindet und somit durch den Ventilsitz strömen kann.With the non-return valve (8, 15), the hot water flows out of the water heater if at least one hot water tapping point is open. This is done by pressing the hot water against the valve body so that the spring force is overcome and can therefore flow through the valve seat.
Beim Schließen der Warmwasser-Entnahmestelle wird der Strömungsdruck unterbrochen, der Druck von der dem Warmwasserbereiter zugewandten Seite auf die Feder ist nicht mehr vorhanden und diese presst jetzt den Ventilkegel gegen den Ventilsitz. Der Durchgang zwischen Warmseite und Entnahmeseite ist damit unterbrochen; ein Rückfluß des Wassers in den Warmwasserbereiter ist nicht mehr möglich.When the hot water tapping point is closed, the flow pressure is interrupted, the pressure from the side facing the water heater on the spring is no longer present and this now presses the valve cone against the valve seat. The passage between the hot side and the removal side is thus interrupted; a return flow of the water into the water heater is no longer possible.
In Fig. 3 ist der prinzipielle Aufbau einer Hochdruck-Warmwasser-Versorgungsanlage mit eingebauter erfindungsgemäßer Anordnung dargestellt.3 shows the basic structure of a high-pressure hot water supply system with a built-in arrangement according to the invention.
Eine Kaltwasserleitung (17) speist über ein Absperrventil (18), ein nicht absperrbares Rückschlagventil (19) und ein federbelastetes Sicherheitsventil (20) einen Warmwasserbereiter (21) in Standausführung an.A cold water line (17) feeds a standing water heater (21) via a shut-off valve (18), a non-shut-off check valve (19) and a spring-loaded safety valve (20).
Die Erwärmung des Warmwasserbereiters (21) erfolgt durch ein im unteren Bereich angeordnetes Heizregister (22). Eine im oberen Bereich des Warmwasserbereiters (21) angeschlossene Warmwasserleitung (23) führt über eine Sicherheitskombination (24) zu den Warmwasser-Entnahmestellen.The water heater (21) is heated by a heating register (22) arranged in the lower region. A hot water pipe (23) connected in the upper area of the water heater (21) leads via a safety combination (24) to the hot water tapping points.
Erfindungsgemäß können das temperaturabhängige Regelorgan und das Rückfluß Absperrorgan auch anders ausgeführt werden. So kann beispielsweise das temperaturabhängige Regelorgan auch ein bimetallbetätigtes, ein thermohydraulisch betätigtes oder ein gasbetätigtes Ventil sein. Es können auch mittels Hilfsenergie betätigte temperaturabhängige Regelorgane, wie beispielsweise elektromagnetisch, hydraulisch, pneumatisch oder mechanisch angetriebene Ventile verwendet werden. Ferner kann auch erfindungsgemäß das Rückfluß-Absperrventil beispielsweise gewichtsbelastet betätigt oder auch mittels Hilfsenergie angetrieben werden. Abhängig von der Wahl des temperaturabhängigen Regelorgans und des Rückfluß-Absperrorgans können auch entsprechende Meßfühler angeordnet werden.According to the invention, the temperature-dependent control element and the reflux shut-off element can also be designed differently. For example, the temperature-dependent control element can also be a bimetal-operated, a thermohydraulically-operated or a gas-operated valve. Temperature-dependent control elements, such as, for example, electromagnetically, hydraulically, pneumatically or mechanically driven valves, can also be used by means of auxiliary energy. Furthermore, according to the invention, the check valve can also be operated, for example, under weight, or can also be driven by means of auxiliary energy. Depending on the choice of the temperature-dependent control element and the non-return valve, appropriate sensors can also be arranged.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung besteht in einem im Warmwasserabgang angeordneten Rückfluß-Absperrorgan und im Kaltwasserzulauf angeordneten temperaturabhängigen Regelorgan, wobei in dieser Ausführungsform ein Fühler im Warmwasserabgang zur Betätigung des Regelorgans angeordnet sein muß.A further embodiment of the invention consists in a reflux shut-off element arranged in the hot water outlet and temperature-dependent control element arranged in the cold water inlet, in which Embodiment a sensor must be arranged in the hot water outlet for actuating the control element.
Ferner kann auch zur Verhinderung der Thermosyphonwirkung statt eines Rückfluß-Absperrorganes ein vorzugsweise P- oder S-förmiger Rohrbogen verwendet werden.Furthermore, a P-shaped or S-shaped pipe bend can also be used to prevent the thermosiphon effect instead of a non-return valve.
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