EP1848931A1 - Brauchwasserheizgerät und verfahren zum erwärmen von brauchwasser - Google Patents

Brauchwasserheizgerät und verfahren zum erwärmen von brauchwasser

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Publication number
EP1848931A1
EP1848931A1 EP06722488A EP06722488A EP1848931A1 EP 1848931 A1 EP1848931 A1 EP 1848931A1 EP 06722488 A EP06722488 A EP 06722488A EP 06722488 A EP06722488 A EP 06722488A EP 1848931 A1 EP1848931 A1 EP 1848931A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fluid
hot water
heat exchanger
heat
domestic
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP06722488A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Werner Lissner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Webasto SE
Original Assignee
Webasto SE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Webasto SE filed Critical Webasto SE
Publication of EP1848931A1 publication Critical patent/EP1848931A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60N—SEATS SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLES; VEHICLE PASSENGER ACCOMMODATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60N3/00—Arrangements or adaptations of other passenger fittings, not otherwise provided for
    • B60N3/16—Arrangements or adaptations of other passenger fittings, not otherwise provided for of cooking or boiling devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00357—Air-conditioning arrangements specially adapted for particular vehicles
    • B60H1/00364—Air-conditioning arrangements specially adapted for particular vehicles for caravans or trailers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D3/00—Hot-water central heating systems
    • F24D3/08—Hot-water central heating systems in combination with systems for domestic hot-water supply
    • F24D3/082—Hot water storage tanks specially adapted therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
    • F24H1/0072—Special adaptations
    • F24H1/009—Special adaptations for vehicle systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
    • F24H1/10—Continuous-flow heaters, i.e. heaters in which heat is generated only while the water is flowing, e.g. with direct contact of the water with the heating medium
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H9/00—Details
    • F24H9/18—Arrangement or mounting of grates or heating means
    • F24H9/1809—Arrangement or mounting of grates or heating means for water heaters

Definitions

  • the invention relates to a domestic water heater for mobile applications, with a water heater. Furthermore, the invention relates to a method for heating process water in mobile applications.
  • Gas is relatively widespread as an energy source for heating process water.
  • the not always guaranteed availability of the gas as well as the danger of fire and explosion due to improper use and / or in the absence of regular maintenance have proven to be disadvantageous.
  • the gas storage bottles require not inconsiderable storage space and reduce the potential load capacity of the motorhome.
  • a domestic hot water heater for mobile applications which uses heated by a heating device heated air to heat the service water.
  • the already available for the vehicle heated air is also used to heat the service water.
  • a disadvantage is, inter alia, that when using the heated air exclusively for heating the service water with air, a medium having a relatively low specific heat capacity is used. This can have an adverse effect on the efficiency or on the size of the hot water heater.
  • the invention has the object of developing the generic hot water heaters so that they ensure a reliable independent of the energy sources gas or electricity heating of the service water in a simple and efficient manner.
  • the hot water heater according to the invention builds on the generic state of the art in that the hot water heater has a fluid / hot water heat exchanger, wherein the fluid heat energy by a Zu- rate heater can be supplied and the heat energy of the fluid through the heat exchanger is at least partially transferable to the hot water. It can be used in an advantageous manner to already existing components such as an auxiliary heater or an already used fluid. By using a fluid as a heat carrier for heating the process water, in particular a heat transfer medium with a high specific heat capacity can be used. Furthermore, the hot water heater according to the invention has the advantage that by means of the additional heater, the fluid can be brought within a selected frame to an arbitrary temperature and thus also for the service water a possibly desired high heating can be realized.
  • the fluid can absorb any waste heat that may be present in the engine of the motorhome and use it to heat the service water.
  • the hot water and the fluid can be separated from each other to take into account food concerns.
  • the fluid / hot water heat exchanger may be configured as a countercurrent heat exchanger to produce an efficient heat transfer.
  • other designs such as a heat exchanger according to the continuous flow heater principle are conceivable in which the process water is conducted in thermal contact with the fluid within it or a heat exchanger in which the fluid, conducted inside the process water, gives off this heat energy.
  • the fluid forms a heat transfer medium of a closed heat transfer medium circuit.
  • the heat transfer circuit may be, for example, a coolant circuit of a motorhome.
  • the domestic water heater can be integrated in an existing circuit.
  • the closed heat transfer medium circuit can be heated independently of the domestic water energy requirement by means of the auxiliary heater and additionally or exclusively used for heating the service water by means of the fluid / hot water heat exchanger.
  • the closed nature of the circuit allows a material separation of fluid and service water with simultaneous thermal contact.
  • the heat carrier circuit comprises solenoid valves.
  • the solenoid valves can be used to control the heat transfer from fluid to service water. For example, in the case of a high service water demand, the fluid flow through the fluid / service water heat exchanger may be increased, while possibly other energy consumers of the heat transfer circuit may also be allocated a smaller fluid flow or may possibly be completely decoupled. Alternatively, the. Fluids / hot water heat exchangers are completely removed from the heat transfer fluid circuit by appropriately switched valves, if no further hot water heating is desired.
  • a likewise preferred embodiment of the invention results from the fact that the additional heater is operable with a liquid fuel.
  • the additional heater is operable with a liquid fuel.
  • the fuel can be taken directly from the fuel tank of the motorhome be removed and so a simple supply of the auxiliary heater and thus the domestic water heater in stand mode as well as while driving the motorhome be achieved.
  • the heat exchanger is disposed within the hot water tank. This arrangement facilitates the contacting of a relatively large surface of the heat exchanger with the process water. For example, the service water, directly flow around areas or surfaces of the heat exchanger. If necessary, parts of the heat exchanger can protrude directly into the service water and thus enable a good heat transfer.
  • the heat exchanger forms a pipe section of the heat transfer medium circuit.
  • the pipe section can, for example, dive directly into the hot water tank and heat the hot water by means of the heat transfer fluid flowing through it.
  • the pipe section is helical.
  • the helical configuration enlarges the surface of the heat exchanger which is available for emitting the heat energy and thus improves the thermal contact between heat transfer fluid and service water.
  • the hot water tank has an insulation. This ensures a supply of hot domestic water for a longer time after switching off the hot water heater.
  • the hot water tank has a cylindrical tank. Such a shape allows a cost-effective production due to a small number of welds.
  • the invention further relates to a method for heating service water of mobile applications, comprising the following steps:
  • the invention is based on the knowledge to use an already existing in a motorhome auxiliary heater, such as a heater, for heating domestic hot water.
  • a coolant / hot water heat exchanger is incorporated into the coolant circuit connected to the auxiliary heater. This can for example be designed as a spiral or helical pipe section and in the service water tank hin- - -
  • a control of the energy delivered to the hot water can be done for example via solenoid valves, which supplies the heating power of the auxiliary heating of the domestic water heating, the heating of the interior or both.
  • FIG. 1 shows a hot water heater according to the invention
  • Figure 2 is a block diagram of a closed heat transfer circuit with a hot water heater according to the invention.
  • FIG. 3 shows a flowchart for explaining an embodiment of the method according to the invention
  • the hot water heater 10 has a hot water tank 12. This has a circular cylindrical basic shape and is arranged horizontally in the present embodiment. On its underside, the hot water tank 12 has a service water inlet pipe 60, on its upper side a service water outlet pipe 62. These are arranged in the vicinity of the opposite end faces of the circular cylinder and are thus diametrically opposite. Within the service water tank 12 is the service water 20 to be heated. This is opposite to the environment of the service water tank 12 by a ge suitable thermally insulating wall 32 protected against heat energy loss.
  • a flange connection counterpart 63 to which a flange connection piece 64 of the heat exchanger 14 is fastened by means of four flange screws 66.
  • the heat exchanger 16 has a heat exchanger inlet 68 and a heat exchanger outlet 70, which in the illustration cover two of the flange screws 66.
  • the heat exchanger inlet 68 and the heat exchanger outlet 70 are connected to the flange connection piece 64.
  • a coolant 16 At the hot water tank 12 side facing the Flanschan gleich Swisss 64, a pipe section 28 of the heat exchanger 14 connects. This extends substantially U-shaped within the hot water tank 12, wherein the heat exchanger outlet 70 associated leg is formed as a helix 30.
  • the heated coolant 16 flows via the pipe section 28 into the interior of the service water tank 12.
  • the coolant 16 flows through, inter alia, the coil 30.
  • the coil 30 is completely surrounded by service water 20 and is thus over the wall of the tube of the helix 30 in close thermal contact with the coolant 16. This can thus a part of its heat energy to the hot water 20th submit.
  • FIG. 2 shows a block diagram of a closed heat transfer circuit with a hot water heater according to the invention.
  • the illustrated block diagram shows the integration of the heat exchanger 14 in a closed coolant circuit.
  • This is formed by an auxiliary heater 18 and a vehicle engine 46 of the motorhome and corresponding lines.
  • the auxiliary heater 18 may be a heater operated during operation of the engine 46, a parking heater operated when the engine 46 is not in operation, and a hybrid heater / heater combination which can be operated both during operation of the internal combustion engine 46 and when the internal combustion engine 46 is not in operation.
  • the auxiliary heater 18 generates heat based on combustion.
  • a fuel 26 is burned, which is also used by the engine 46 for driving the motor vehicle.
  • the fuel 26 may be, for example, diesel oil. to act the gas.
  • the fuel 26 is located in a fuel tank 48 and is supplied via the lines 80, 82 to the auxiliary heater 18 and the internal combustion engine 46.
  • the closed coolant circuit comprises a heat exchanger 40.
  • this is a fluid / air heat exchanger.
  • the heat energy present in the coolant 16 is transferred to air 42 to be heated.
  • the closed coolant circuit comprises pipe elements 50-58 and solenoid valves 22, 24.
  • the solenoid valves 22, 24 are in the connections between the fluid / hot water heat exchanger 14 and the fluid / air heat exchanger 40 and between the internal combustion engine 46 and the heater 48 integrated.
  • the illustrated arrangement can in particular be operated in two ways: In a first operating mode, the coolant 16 circulates between the elements auxiliary heater 18, fluid / hot water heat exchanger 14, fluid / air heat exchanger 40 and the internal combustion engine 46 the fuel tank 48 the fuel 26 via the pipe 80, burns the fuel 26 and thereby heats the coolant 16. This flows through the pipe 50 to the fluid / hot water heat exchanger 14 and transmits there, as described for Figure 1, a part its heat energy to the hot water 20 located in the hot water tank 12 via the pipe 52, the coolant 16 can flow to the fluid / air heat exchanger 40 and in turn to heat some of its heat energy to the Zende air 42 transmitted. This is used to heat the vehicle interior 44.
  • the coolant 16 passes via the pipe 54 to the engine 46 and is used there to heat the internal combustion engine 46 to its operating temperature. Via the pipe 56, it returns to the auxiliary heater 18.
  • the coolant 16 is used both for heating the service water 20, the air 42 for the interior 44 and for producing the suitable operating temperature of the internal combustion engine 46.
  • the coolant circuit can be reduced. It then includes only the auxiliary heater 18 and the fluid / hot water heat exchanger 14 and is closed via the pipe 58. In this case, the entire heat energy of the coolant 16 for heating the service water 20 via the fluid / hot water heat exchanger 14 can be used.
  • coolant circuit described above is merely illustrative of the inventive concept.
  • much more complicated circuits for example, with a larger number of solenoid valves are conceivable in which, for example, each heat source and / or each individual heat energy consumers can be switched on or exempted.
  • such a circuit may also include a greater or lesser number of heat energy consump- tion.
  • FIG. 3 shows a flow chart for explaining a method according to the invention.
  • step S1 the procedure started.
  • step S2 a coolant is heated via a heater, which can also be used to heat other parts of a vehicle.
  • step S3 the heated coolant flows through a cooling water / hot water heat exchanger.
  • step S4 the coolant releases at least a portion of its heat energy to the service water.
  • step S5 a controller checks whether the service water has reached its desired end temperature. If so, the process ends in step S6. Otherwise it starts again at step S2.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Brauchwasserheizgerät (10) für mobile Anwendungen, mit einem Brauchwasserspeicher (12) . Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass das Brauchwasserheizgerät (10) einen Fluid/Brauchwasser-Wärmetauscher (14) aufweist, wobei dem Fluid (16) Wärmeenergie durch ein Zusatzheizgerät zuführbar ist und die Wärmeenergie des Fluids (16) durch den Wärmetauscher (14) zumindest teilweise (20) übertragbar ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Erwärmen von Brauchwasser.

Description

Brauchwasserheizgerät und Verfahren zum Erwärmen von
Brauchwasser
Die Erfindung betrifft ein Brauchwasserheizgerät für mobile Anwendungen, mit einem Brauchwasserspeicher. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Erwärmen von Brauchwasser bei mobilen Anwendungen.
Die Erwärmung von Brauchwasser in Reisemobilen erfolgt derzeit zumeist über die Energiequellen Strom oder Gas. Im Standbetrieb stellt Strom dabei eine bequeme, schnelle und sichere Möglichkeit zur Erwärmung dar. Allerdings ist Strom in der Regel nur an entsprechenden Zapfstellen auf dafür eingerichteten Stellplätzen verfügbar und relativ teuer. Ein Betrieb der stromgebundenen Brauchwassererwärmung über das Bordnetz (in der Regel 12-Volt-Anlagen) bietet einen zu geringen Puffer auf längeren Strecken und erscheint nicht sehr wirtschaftlich.
Gas ist als Energiequelle zur Erwärmung von Brauchwasser relativ weit verbreitet. Als nachteilig haben sich dabei unter anderem die nicht immer gewährleistete Verfügbarkeit des Gases sowie die bei unsachgemäßer Verwendung und/oder bei fehlender regelmäßiger Wartung bestehende Brand- und Explosionsgefahr herausgestellt. Zudem benötigen die Gas- vorratsflaschen einen nicht unbeträchtlichen Stauraum und verringern die mögliche Zuladungskapazität des Reisemobils.
Es ist zudem bekannt, das Brauchwasser über die Abwärme des
Verbrennungsmotors des Reisemobils zu erwärmen. Bei den heute eingesetzten verbrauchsoptimierten Motoren fällt al- lerdings nur noch in geringem Umfang Abwärme an, die zur Erwärmung des Brauchwassers verwendet werden könnte. Es muss demzufolge eine weitere zusätzliche Wärmequelle zur Verfügung gestellt werden, mit der das Brauchwasser auf die gewünschte Temperatur erwärmt werden kann.
Des Weiteren ist ein Brauchwasserheizgerät für mobile Anwendungen bekannt, das mittels einer HeizVorrichtung erhitzte Luft zur Erwärmung des Brauchwassers einsetzt. Dabei wird die bereits für das Fahrzeug zur Verfügung stehende erwärmte Luft auch zur Erwärmung des Brauchwassers verwendet. Nachteilig dabei ist unter anderem, dass bei einer Verwendung der erhitzten Luft ausschließlich zur Erwärmung des Brauchwassers mit Luft ein Medium mit einer relativ geringen spezifischen Wärmekapazität eingesetzt wird. Dies kann sich nachteilig auf den Wirkungsgrad beziehungsweise auf die Baugröße des Brauchwasserheizgerätes auswirken.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäßen Brauchwasserheizgeräte derart weiterzubilden, dass sie eine von den Energiequellen Gas oder Strom unabhängige Erwärmung des Brauchwassers auf einfache und effiziente Weise gewährleisten .
Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Das erfindungsgemäße Brauchwasserheizgerät baut auf dem gattungsgemäßen Stand der Technik dadurch auf, dass das Brauchwasserheizgerät einen Fluid/Brauchwasser-Wärmetau- scher aufweist, wobei dem Fluid Wärmeenergie durch ein Zu- satzheizgerät zuführbar ist und die Wärmeenergie des Fluids durch den Wärmetauscher zumindest teilweise auf das Brauchwasser übertragbar ist. Dabei kann in vorteilhafter Weise auf bereits vorhandene Komponenten wie ein Zusatzheizgerät oder ein bereits eingesetztes Fluid zurückgegriffen werden. Durch den Einsatz eines Fluids als Wärmeträger für die Erwärmung des Brauchwassers kann insbesondere ein Wärmeträger mit einer hohen spezifischen Wärmekapazität eingesetzt werden. Des Weiteren bietet das erfindungsgemäße Brauchwasser- heizgerät den Vorteil, dass mittels des Zusatzheizgerätes das Fluid innerhalb eines gewählten Rahmens auf eine beliebige Temperatur gebracht werden kann und so auch für das Brauchwasser eine eventuell gewünschte hohe Erwärmung realisiert werden kann. Gleichzeitig kann das Fluid als Wärme- träger eine eventuell vorhandene Abwärme des Motors des Reisemobils aufnehmen und zur Erwärmung des Brauchwassers einsetzen. Bei einer entsprechenden baulichen Gestaltung des Fluid/Brauchwasser-Wärmetauschers können das Brauchwasser und das Fluid voneinander getrennt geführt werden, um lebensmittelrechtlichen Belangen Rechnung zu tragen. Beispielsweise kann der Fluid/Brauchwasserwärmetauscher als Gegenstromwärmetauscher ausgebildet sein, um eine effiziente Wärmeübertragung herzustellen. Es sind aber auch andere Bauformen wie etwa ein Wärmetauscher nach dem Durchlaufer- hitzerprinzip denkbar, bei dem das Brauchwasser unter thermischem Kontakt mit dem Fluid innerhalb desselben geführt wird oder ein Wärmetauscher, bei dem das Fluid, innerhalb des Brauchwassers geführt, an dieses Wärmeenergie abgibt.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Fluid einen Wärmeträger eines geschlossenen Wärmeträgerkreislaufs bildet. Der Wärmeträgerkreislauf kann beispielsweise ein Kühlmittelkreislauf eines Reisemobils sein. Auf diese Weise kann das Brauchwasserheizgerät in einem bereits vorhandenen Kreislauf integriert werden. Der geschlossene Wärmeträgerkreislauf kann unabhängig von dem Brauchwasserenergiebedarf mittels des Zusatzheizgerätes er- wärmt werden und dabei zusätzlich oder ausschließlich für die Erwärmung des Brauchwassers mittels des Fluid/Brauch- wasser-Wärmetauschers eingesetzt werden. Die Geschlossenheit des Kreislaufes ermöglicht eine stoffliche Trennung von Fluid und Brauchwasser bei einem gleichzeitigem thermi- sehen Kontakt.
Insbesondere kann in einer Ausführungsform vorgesehen sein, dass der Wärmeträgerkreislauf Magnetventile aufweist. Mittels der Magnetventile kann eine Steuerung des Wärmeüber- gangs von Fluid zu Brauchwasser erfolgen. Beispielsweise kann bei einem hohen Brauchwasserenergiebedarf der Flu- idstrom durch den Fluid/Brauchwasser-Wärmetauscher erhöht werden, während eventuell zusätzlich andere Energieverbraucher des Wärmeträgerkreislaufs einen geringeren Fluidstrom zugeteilt bekommen beziehungsweise gegebenenfalls vollständig ausgekoppelbar sind. Alternativ könnte der . Flu- id/Brauchwasser-Wärmetauscher vollständig aus dem Wärmeträgerkreislauf durch entsprechend geschaltete Ventile herausgenommen werden, falls keine weitere Brauchwassererwär- mung erwünscht ist.
Eine ebenfalls bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich dadurch, dass das Zusatzheizgerät mit einem flüssigem Brennstoff betreibbar ist. Dies ermöglicht insbeson- dere bei Verwendung der gleichen Brennstoffart, mit der das Reisemobil betrieben wird, eine einfache Versorgung des Zusatzheizgerätes mit dem entsprechenden Brennstoff. Beispielsweise kann der Brennstoff direkt aus dem Brennstoff- tank des Reisemobils entnommen werden und so eine einfache Versorgung des Zusatzheizgerätes und damit des Brauchwasserheizgerätes im Standbetrieb als auch während der Fahrt des Reisemobils erreicht werden. .
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brauchwasserheizgerätes ist vorgesehen, dass der Wärmetauscher innerhalb des Brauchwasserspeichers angeordnet ist. Diese Anordnung erleichtert das Inkontaktbringen einer re- lativ großen Oberfläche des Wärmetauschers mit dem Brauchwasser. Beispielsweise kann das Brauchwasser, direkt Bereiche beziehungsweise Oberflächen des Wärmetauschers umströmen. Gegebenfalls können Teile des Wärmetauschers direkt in das Brauchwasser ragen und so einen guten Wärmeübergang er- möglichen.
In diesem Zusammenhang kann in vorteilhafter Weise weiterhin vorgesehen sein, dass der Wärmetauscher einen Rohrabschnitt des Wärmeträgerkreislaufs bildet. Dies stellt eine einfache und effiziente Ausführungsform eines Wärmetauschers dar. Der Rohrabschnitt kann beispielsweise direkt in den Brauchwasserspeicher tauchen und mittels des ihn durchströmenden Wärmeträgerfluids das Brauchwasser erwärmen.
Insbesondere kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Rohrabschnitt wendeiförmig ist. Die wendeiförmige Ausgestaltung vergrößert die zur Abgabe der Wärmeenergie zur Verfügung stehende Oberfläche des Wärmetauschers und verbessert so den thermischen Kontakt zwischen Wärmeträgerfluid und Brauchwasser.
Des Weiteren kann in einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass der Brauchwasserspeicher eine Isolierung aufweist. Dies gewährleistet eine Versorgung mit warmen Brauchwasser für eine längere Zeit nach einem Abschalten des Brauchwasserheizgeräts.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Brauchwasserspeicher einen zylinderförmigen Tank aufweist. Eine derartige Form ermöglicht aufgrund einer geringen Anzahl an Schweißnähten eine kostengünstige Herstellung.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Erwärmen von Brauchwasser von mobilen Anwendungen, das folgende Schritte umfasst :
- Erwärmen eines Wärmeträgerfluids in einem Wärmeträgerkreislauf mittels eines Zusatzheizgeräts; Durchströmen des Wärmeträgerfluids durch einen FIu- id/Fluid-Wärmetauscher; Übertragen zumindest eines Teils der Wärmenergie des Wärmeträgerfluids auf das Brauchwasser mittels des Fluid/Fluid-Wärmetauschers .
Auf diese Weise werden die Vorteile der Erfindung auch im Rahmen eines Verfahrens realisiert.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, ein bereits in einem Reisemobil vorhandenes Zusatzheizgerät, beispielsweise eine Standheizung, zum Erwärmen von Brauchwasser einzusetzen. Dabei wird erfindungsgemäß in den mit dem Zusatz- heizgerät verbundenen Kühlmittelkreislauf ein Kühlmittel/Brauchwasser-Wärmetauscher eingebunden. Dieser kann beispielsweise als spiral- oder wendeiförmiger Rohrabschnitt ausgebildet sein und in den Brauchwassertank hin- - -
einragen. Eine Steuerung der an das Brauchwasser abgegebenen Energie kann beispielsweise über Magnetventile erfolgen, die die Heizleistung der Standheizung der Brauchwassererwärmung, der Heizung des Innenraumes oder beidem zu- führt .
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft erläutert.
Dabei zeigen:
Figur 1 ein erfindungsgemäßes Brauchwasserheizgerät;
Figur 2 ein Blockschaltbild eines geschlossenen Wärmeträgerkreislaufs mit einem erfindungsgemäßen Brauchwasserheizgerät ;
Figur 3 ein Flussdiagramm zur Erläuterung einer Ausfüh- rungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Brauchwasserheizgerät 10. Das Brauchwasserheizgerät 10 weist einen Brauchwassertank 12 auf. Dieser besitzt eine kreiszylinderförmige Grundform und ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel liegend angeordnet. An seiner Unterseite weist der Brauchwassertank 12 einen Brauchwassereinlassstutzen 60, an seiner Oberseite einen Brauchwasserauslassstutzen 62 auf. Diese sind in der Nähe der sich gegenüberliegenden Stirnflächen des Kreiszylinders angeordnet und liegen sich damit diametral gegenüber. Innerhalb des Brauchwassertanks 12 befindet sich das zu erwärmende Brauchwasser 20. Dieses ist gegenüber der Umgebung des Brauchwassertanks 12 durch eine ge- eignete thermisch isolierende Wandung 32 gegen Wärmeenergieverlust geschützt. An der dem Brauchwasserauslassstutzen 62 benachbarten Stirnfläche des Brauchwassertanks 12 befindet sich mittig ein Flanschanschlussgegenstück 63, an das ein Flanschanschlussstück 64 des Wärmetauschers 14 mittels vier Flanschschrauben 66 befestigt ist. Der Wärmetauscher 16 weist einen Wärmetauschereintritt 68 sowie einen Wärmetauscheraustritt 70 auf, die in der Darstellung zwei der Flanschschrauben 66 verdecken. Der Wärmetauschereintritt 68 und der Wärmetauscheraustritt 70 sind mit dem Flanschanschlussstück 64 verbunden. Im Inneren der Rohrleitungen 68, 70, 28 des Wärmetauschers 14 befindet sich als Wärmeträger ein Kühlmittel 16. An der dem Brauchwassertank 12 zugewandten Seite des Flanschanschlussstücks 64 schließt sich ein Rohrabschnitt 28 des Wärmetauschers 14 an. Dieser erstreckt sich im Wesentlichen U-förmig innerhalb des Brauchwassertanks 12, wobei der dem Wärmetauscheraustritt 70 zugeordnete Schenkel als Wendel 30 ausgebildet ist.
Die erfindungsgemäße Einbindung des Wärmetauschers 14 und des Brauchwassertanks 12 in einen Kühlmittelkreislauf ist in Figur 2 dargestellt und in Figur 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen.
Über den Wärmtauschereintritt 68 strömt das erwärmte Kühlmittel 16 über den Rohrabschnitt 28 in das Innere des Brauchwassertanks 12. Auf dem Weg vom Wärmetauschereintritt 68 zum Wärmetauscheraustritt 70 durchströmt das Kühlmittel 16 dabei unter anderem die Wendel 30. Die Wendel 30 ist vollständig von Brauchwasser 20 umgeben und befindet sich somit über die Wandung des Rohres der Wendel 30 in engem thermischen Kontakt mit dem Kühlmittel 16. Dieses kann somit einen Teil seiner Wärmeenergie an das Brauchwasser 20 abgeben. Durch die U- beziehungsweise wendeiförmige Anordnung des Rohrabschnitts 28 innerhalb des Brauchwassertanks 12 erfolgt eine gleichmäßige Aufwärmung des Brauchwassers 20. Dabei ergibt sich ein Temperaturgefälle des Brauchwas- sers : Die Anteile des Brauchwassers 20, die sich im Bereich des Brauchwassersaustrittstutzens 62 befinden, weisen eine höhere Temperatur auf als Anteile, die sich im unteren Bereich des Brauchwassertanks 12 in der Umgebung des Brauchwassereinlassstutzens 60 befinden. Über den Brauchwasser- auslassstutzen 62 kann somit erwärmtes Brauchwasser 20 entnommen werden, während gleichzeitig über den Brauchwassereinlassstutzen 62 kaltes Wasser dem Brauchwassertank 12 zugeführt werden kann.
Figur 2 zeigt ein Blockschaltbild eines geschlossenen Wärmeträgerkreislaufs mit einem erfindungsgemäßen Brauchwasserheizgerät. Das dargestellte Blockschaltbild zeigt die Integration des Wärmetauschers 14 in einen geschlossenen Kühlmittelkreislauf. Dieser wird durch ein Zusatzheizgerät 18 sowie einen Fahrzeugmotor 46 des Reisemobils und entsprechende Leitungen gebildet. Bei dem Zusatzheizgerät 18 kann es sich um einen Zuheizer, der während des Betriebs des Verbrennungsmotors 46 betrieben wird, um eine Standheizung, die betrieben wird, wenn der Motor 46 nicht in Be- trieb ist, als auch um eine Mischform aus Zuheizer und Standheizung handeln, die sowohl während des Betriebs des Verbrennungsmotors 46 als auch dann, wenn der Verbrennungsmotor 46 nicht in Betrieb ist, betrieben werden kann. Das Zusatzheizgerät 18 erzeugt Wärme auf der Grundlage einer Verbrennung. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird ein Brennstoff 26 verbrannt, der auch durch den Verbrennungsmotor 46 für den Antrieb des Kraftfahrzeugs genutzt wird. Bei dem Brennstoff 26 kann es sich beispielsweise um Diesel o- der Benzin handeln. Der Brennstoff 26 befindet sich in einem Brennstofftank 48 und wird über die Leitungen 80, 82 dem Zusatzheizgerät 18 beziehungsweise dem Verbrennungsmotor 46 zugeführt. Neben dem Verbrennungsmotor 46, der Standheizung 18 und dem Wärmetauscher 14 umfasst der geschlossene Kühlmittelkreislauf einen Wärmetauscher 40. Hierbei handelt es sich im Unterschied zum Fluid/Brauchwas- serwärmetauscher 14 um einen Fluid/Luft-Wärmetauscher. In diesem wird die im Kühlmittel 16 vorhandene Wärmeenergie auf zu erwärmende Luft 42 übertragen. Mittels der Luft 42 wird der Fahrzeuginnenraum 44 im Stand oder während der Fahrt erwärmt, um für komfortable Innenraumtemperaturen zu sorgen. Zusätzlich zu den genannten Elementen umfasst der geschlossene Kühlmittelkreislauf Rohrelemente 50-58 sowie Magnetventile 22, 24. Die Magnetventile 22, 24 sind in die Verbindungen zwischen dem Fluid/Brauchwasser-Wärmetauscher 14 und dem Fluid/Luft-Wärmetauscher 40 sowie zwischen dem Verbrennungsmotor 46 und der Standheizung 48 integriert.
Die dargestellte Anordnung kann insbesondere auf zwei Arten betrieben werden: In einer ersten Betriebsart zirkuliert das Kühlmittel 16 zwischen den Elementen Standheizung 18, Fluid/Brauchwasser-Wärmetauscher 14, Fluid/Luft-Wärmetau- scher 40 sowie dem Verbrennungsmotor 46. Dabei entnimmt die Standheizung 18 dem Brennstofftank 48 den Brennstoff 26 ü- ber die Rohrleitung 80, verbrennt den Brennstoff 26 und erwärmt dadurch das Kühlmittel 16. Dieses strömt über die Rohrleitung 50 zu dem Fluid/Brauchwasser-Wärmetauscher 14 und überträgt dort, wie zur Figur 1 beschrieben, einen Teil seiner Wärmeenergie auf das im Brauchwassertank 12 befindliche Brauchwasser 20. Über die Rohrleitung 52 kann das Kühlmittel 16 zum Fluid/Luft-Wärmetauscher 40 strömen und wiederum einen Teil seiner Wärmeenergie auf die zu erhit- zende Luft 42 übertragen. Diese wird zur Beheizung des Fahrzeuginnenraums 44 eingesetzt. Danach gelangt das Kühlmittel 16 über die Rohrleitung 54 zum Verbrennungsmotor 46 und wird dort zur Erwärmung des Verbrennungsmotors 46 auf dessen Betriebstemperatur eingesetzt. Über die Rohrleitung 56 gelangt es zurück zur Standheizung 18. In dieser Betriebsart wird das Kühlmittel 16 sowohl zum Erwärmen des Brauchwassers 20, der Luft 42 für den Innenraums 44 als auch zum Herstellen der geeigneten Betriebstemperatur des Verbrennungsmotors 46 eingesetzt. Möglicherweise ist aber unter bestimmten Fahrbedingungen, wie etwa einer ausreichend hohen Außentemperatur, lediglich eine Erwärmung des Brauchwassers 20 erwünscht. In diesem Fall kann in einer zweiten Betriebsart mittels der Magnetventile 22, 24 der Kühlmittelkreislauf verkleinert werden. Er umfasst dann lediglich die Standheizung 18 sowie den Fluid/Brauchwasser- Wärmetauscher 14 und wird über die Rohrleitung 58 geschlossen. In diesem Fall kann die gesamte Wärmeenergie des Kühlmittels 16 zur Erwärmung des Brauchwassers 20 über den Flu- id/Brauchwasser-Wärmetauscher 14 eingesetzt werden.
Der vorstehend beschriebene Kühlmittelkreislauf soll lediglich den Erfindungsgedanken veranschaulichen. Selbstverständlich sind wesentlich kompliziertere Kreisläufe bei- spielsweise mit einer größeren Anzahl an Magnetventilen denkbar, bei denen beispielsweise jede Wärmequelle und/oder jeder einzelne Wärmeenergieverbraucher zugeschaltet oder ausgenommen werden kann. Des Weiteren kann ein derartiger Kreislauf auch eine größere oder kleinere Anzahl an Wärme- energieverbrauchen beinhalten.
Figur 3 zeigt ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Mit Schritt Sl wird das Verfah- ren gestartet. Bei Schritt S2 wird ein Kühlmittel über eine Standheizung, die auch zur Erwärmung anderer Teile eines Fahrzeugs eingesetzt werden kann, erwärmt. In Schritt S3 durchströmt das erwärmte Kühlmittel einen Kühlwas- ser/Brauchwasser-Wärmetauscher. In Schritt S4 gibt das Kühlmittel zumindest einen Teil seiner Wärmeenergie an das Brauchwasser ab. Mit Schritt S5 überprüft eine Steuerung, ob das Brauchwasser seine gewünschte Endtemperatur erreicht hat. Wenn dem so ist, endet das Verfahren in Schritt S6. Andernfalls setzt es wiederum bei Schritt S2 ein.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
Bezugszeichenliste ι
10 Brauchwasserheizgerät
12 Brauchwasserspeicher
14 Fluid/Brauchwasser-Wärmetauscher
16 Fluid
18 Zusatzheizgerät 20 Brauchwasser 22,24 Magnetventile
26 Brennstoff
28 Rohrabschnitt
30 Wendel 32 Isolierung
40 Fluid/Luft-Wärmetauscher 42 Luft
44 Fahrzeuginnenraum
46 Verbrennungsmotor 48 Brennstofftank 50-58 Rohrleitung
60 Brauchwassereinlassstutzen
62 Brauchwasserauslassstutzen
63 Flanschanschlussgegenstück 64 Flanschanschlussstück
66 Flanschschraube
68 Wärmetauschereintritt
70 Wärmetauscheraustritt 80, 82 Brennstoffleitung

Claims

ANSPRÜCHE
1. Brauchwasserheizgerät für mobile Anwendungen, mit ei- nein Brauchwasserspeicher (12) , dadurch gekennzeichnet, dass das Brauchwasserheizgerät (10) einen Fluid/Brauchwasser- Wärmetauseher (14) aufweist, wobei dem Fluid (16) Wärmeenergie durch ein Zusatzheizgerät (18) zuführbar ist und die Wärmeenergie des Fluids (16) durch den Wärmetauscher zumindest teilweise auf das Brauchwasser (20) übertragbar ist .
2. Brauchwasserheizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid (16) einen Wärmeträger eines ge- schlossenen Wärmeträgerkreislaufs bildet.
3. Brauchwasserheizgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeträgerkreislauf Magnetventile (22, 24) aufweist.
4. Brauchwasserheizgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzheizgerät
(18) mit einem flüssigem Brennstoff (26) betreibbar ist.
5. Brauσhwasserheizgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher innerhalb des Brauchwasserspeichers (12) angeordnet ist.
6. Brauchwasserheizgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher einen Rohrabschnitt (28) des Wärmeträgerkreislaufs bildet.
7. Brauchwasserheizgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrabschnitt (28) wendeiförmig ist.
8. Brauchwasserheizgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Brauchwasserspeicher (12) eine Isolierung (32) aufweist.
9. Brauchwasserheizgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Brauchwasser- Speicher (12) einen zylinderförmigen Tank aufweist.
10. Verfahren zum Erwärmen von Brauchwasser bei mobilen Anwendungen, das folgende Schritte umfasst:
- Erwärmen eines Wärmeträgerfluids in einem Wärmeträgerkreislauf mittels eines Zusatzheizgeräts;
Durchströmen des Wärmeträgerfluids durch einen Flu- id/Fuid-Wärmetauscher;
Übertragen zumindest eines Teils der Wärmenergie des Wärmeträgerfluids auf das Brauchwasser mittels des Fluid/Fluid-Wärmetauschers .
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