EP2309219A1

EP2309219A1 - Vorrichtung zur Beeinflussung der Temperatur eines flüssigen Mediums

Info

Publication number: EP2309219A1
Application number: EP09012510A
Authority: EP
Inventors: Hermann Isenmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-10-02
Filing date: 2009-10-02
Publication date: 2011-04-13

Abstract

Bei der Bereitung etwa von Warmwasser mithilfe eines Wärmetauschers ist es üblich, insbesondere bei plötzlich steigendem Bedarf an Warmwasser diesen über die kaskadenförmige Zuschaltung von zusätzlichen Wärmetauschern auszugleichen. Beim Zuschalten jedes weiteren Wärmetauschers besteht jedoch das Problem, dass Temperatur- und Druckschwankungen auftreten. Die Erfindung löst dieses Problem dadurch, dass lediglich ein Wärmetauscher vorgesehen ist, welcher eine Mehrzahl von Kanälen (12) aufweist, die durch ein verschiebliches Tauchrohr (9) nacheinander zugeschaltet oder abgeschaltet werden können. So wird ein einziger, größerer Wärmetauscher Stück für Stück zugeschaltet, bis die erforderliche Wärmeleistung erreicht wird. Durch eine gleichzeitige Isolierung der Zuführungen und eine Kommunikation über die Abführungen der einzelnen Kanäle werden Druck- und Temperaturschwankungen vermieden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Beeinflussung der Temperatur eines flüssigen Mediums, umfassend einen Wärmetauschbehälter, in welchem miteinander in wärmeleitendem Kontakt stehende, zu wenigstens zwei gegeneinander abgedichteten Kammern zusammengefasste Kanäle gebildet sind, wobei die Kanäle einer ersten Kammer mit dem Medium, und die Kanäle einer zweiten Kammer mit einem Hilfsmedium höherer oder niedrigerer Temperatur durchströmt sind, wobei zumindest eines der Medien über einen Sammelkanal in die zugehörigen Kanäle einströmt und/oder diese über einen Sammelkanal verlässt.
Eine derartige Vorrichtung ist aus dem Stand der Technik bereits mehrfach bekannt. Beispielsweise zeigt die japanische Schrift JP 5026588 A einen Plattenwärmetauscher mit zwei Sammelkanälen, die zuführseitig und abführseitig angeordnet sind. In dem zuführseitigen Sammelkanal ist ein Versorgungsrohr eingeschoben, das eine Vielzahl von Düsenöffnungen aufweist, durch welche das aufzuwärmende Medium hindurch in die Kanäle einfließen kann. Hierbei ist ein Teil des Rohres ausschiebbar, um die Anzahl der versorgten Kanäle bedarfsweise zu erhöhen. Auch dieses ausschiebbare Rohr weist eine Vielzahl von Düsenöffnungen auf, über welche das in das Rohr zulaufende Medium an die Kanäle abgegeben werden kann. Hierbei besteht jedoch das Problem, dass der ausschiebbare Teil des Rohres einen geringeren Durchmesser aufweisen muss, als dies im Hinblick auf den feststehenden Rohrteil erforderlich ist. Hierdurch wird sich das in dem ausgefahren Rohrteil gesammelte Medium in dem Bereich um das ausgefahrene Rohr sammeln und somit die durch das Ausfahren des Rohres hinzutretenden Kanäle praktisch mit einem Schlag gleichzeitig versorgen. Es handelt sich demgemäß bei der vorgestellten Anordnung um eine lediglich zweistufige Kaskadierung.
Grundsätzlich besteht bei dem Einsatz von Wärmetauschern, etwa zur Erwärmung von Brauchwasser, das Problem, dass die angeforderte Menge an erwärmtem Brauchwasser starken Schwankungen unterworfen ist. So kann beispielsweise zunächst eine eher moderate Menge an Warmwasser erfordert werden und anschließend die Menge um ein Vielfaches erhöht werden, wenn weitere Verbraucher hinzutreten. Üblicherweise wird dieses Problem durch eine Kaskadierung mehrerer Wärmetauscher gelöst, die parallel zueinander so geschaltet werden, dass die Kapazität der Anordnung sich schnell erhöhen kann. Allerdings besteht regelmäßig das Problem, dass beim Zuschalten eines zusätzlichen Wärmetauschers zu der Kaskade eine starke Temperaturschwankung eintritt, die zunächst wieder ausgeregelt werden muss. Zudem ergeben sich beim Zuschalten Druckschwankungen, die ebenfalls aufzufangen sind.
Es besteht also im Stand der Technik der Bedarf, Temperaturschwankungen und Druckschwankungen möglichst gering zu halten und eine konstante Versorgung mit Warmwasser zu ermöglichen, möglichst unabhängig von der angeforderten Wassermenge. Hierauf nimmt die deutsche Offenlegungsschrift DE 3021246 A1 Bezug, indem sie einen Einsatz für die Sammelkanäle angibt, die abhängig von der Druckbeaufschlagung ein verändertes Strömungsverhalten und damit ein verändertes Verteilungsverhalten innerhalb des Wärmetauschers begünstigt. Bei größerem Druck werden damit die Platten gleichmäßiger ausgelastet und damit an dieser Stelle ein besseres Ergebnis erzielt.
Ein solches System entbehrt allerdings der Einflussnahme von außen, die idealerweise ermöglicht werden soll, um das Ergebnis der Regelung zu verbessern. Insoweit eignet sich die oben angesprochene japanische Schrift als Grundlage für eine Weiterentwicklung am ehesten, nachdem dort eine Einflussnahme direkt auf die Durchströmung des Wärmetauschers erfolgen kann.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zur Beeinflussung der Temperatur eines flüssigen Mediums anzugeben, deren Regelverhalten bei einer Erhöhung oder einer Absenkung der Entnahme gegenüber den im Stand der Technik bekannten Möglichkeiten verbessert ist.
Dies gelingt durch eine Vorrichtung zur Beeinflussung der Temperatur eines flüssigen Mediums gemäß den Merkmalen des Hauptanspruchs. Weitere sinnvolle Ausgestaltungen dieser Vorrichtung können den Unteransprüchen entnommen werden.
Als Grundlage für eine Regelung hat sich die Erkenntnis als ausschlaggebend erwiesen, dass sich mit dem im Entnahmesystem auftretenden Druckfluss linear die Übertragungsfläche im Wärmetauscher ändern sollte. Diese Erkenntnis setzt die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch um, dass sie einen Wärmetauschbehälter vorsieht, in dem eine Reihe von miteinander in Wärme leitendem Kontakt stehenden Kanälen enthalten sind. Diese Kanäle bilden zwei Kammern, nämlich eine Kammer mit dem zu erwärmenden Medium und eine Kammer mit dem für die Temperaturänderung erforderlichen Hilfsmedium. Eine mögliche, besonders anschauliche Verwendung ist hierbei die Verwendung einer solchen Anordnung als Frischwasserstation, in der Brauchwasser für den Haushaltsbedarf erwärmt wird.
In dem im Folgenden ausgeführten Beispiel wird als Hilfsmedium, welches das Brauchwasser erwärmen soll, Heizwasser aus einer häuslichen Heizungsanlage verwendet, welches in einem separaten, mit dem Brauchwasserkreislauf in Wärme leitendem Kontakt stehenden Kreislauf zirkuliert. Hierzu sind innerhalb des Wärmetauschers zwei gegeneinander abgedichtete Kammern vorgesehen, die verhindern sollen, dass sich Brauchwasser und Heizungswasser miteinander vermischen und somit das Brauchwasser verunreinigt wird. Der Wärme leitende Kontakt zwischen den beiden Medien besteht insoweit in dem Wärmetauscher, wobei die im Wärmetauscher geführten, voneinander separierten Kanäle jeweils einer Kammer zumindest einseitig in einen Sammelkanal münden. Dieser Sammelkanal ist hierbei so gestaltet, dass in dem Sammelkanal ein Tauchrohr längsverschieblich angeordnet ist, das derart dichtend in den Sammelkanal eingreift, dass bei vorgeschobenem Tauchrohr die betroffenen Mündungen der Kanäle verschlossen werden. Hierzu ist es dienlich, wenn das Tauchrohr zumindest in etwa den gleichen Außendurchmesser aufweist, wie ihn der Sammelkanal als Innendurchmesser besitzt. Durch ein Verschieben des Tauchrohrs in dem Sammelkanal können damit einzelne Kanäle des Wärmetauschbehälters freigegeben oder versperrt werden, und so die Kapazität des Wärmetauschers als Ganzes durch ein Ab- und Zuschalten einzelner Wärmetauscherkanäle beeinflusst werden. Wird nunmehr über eine Regelung das Tauchrohr so verschoben, dass die Übertragungsfläche innerhalb des Wärmetauschers sich mit dem Druckfluss linear verändert, so entsteht hierdurch eine Regelung, die auch bei steigendem Bedarf etwa an erwärmtem Frischwasser dessen Druck und Temperatur konstant halten kann. Durch einen weiteren Sammelkanal auf dem gegenüberliegenden Ende der Kanäle, in den beispielsweise kein Tauchrohr eingeführt wird und der insoweit lediglich als breiter Abführkanal dient, können die hieran ebenfalls angeschlossenen und auf dieser Seite nicht versperrten, ungenutzten Kanäle zudem Druck aufnehmen.
Hierdurch entsteht somit ein exakt regelbarer Wärmetauscher, etwa in Form einer Frischwasserstation, der Druck-und Temperaturschwankungen wirkungsvoll vermeidet.
Grundsätzlich sind zwei Alternativen der Ausgestaltung einer derartigen Vorrichtung denkbar, nämlich eine öffnende und eine schließende Betätigung des Tauchrohrs. Eine schließende Betätigung des Tauchrohrs sieht vor, dass der Sammelkanal auf der einen Seite eine Anschlussöffnung aufweist, die in das Rohrsystem mündet. Dieser Anschlussöffnung gegenüber liegt im Sammelkanal das Tauchrohr, das entweder massiv oder abgedichtet ausgebildet ist, durchaus jedoch auch als nach innen offenes Rohr gebildet sein kann. Sofern eine massive Ausgestaltung des Tauchrohrs vorgesehen ist, sollte für einen Druckausgleich wenigstens eine Längsbohrung in dem Tauchrohr vorgesehen sein, so dass das Tauchrohr ohne Weiteres gegen den Widerstand des Mediums verschoben werden kann. Dieses Tauchrohr weist keine seitlichen Öffnungen auf und kann in Richtung der Anschlussöffnung verschoben werden, sodass mit einem zunehmenden Verschieben in Richtung der Anschlussöffnung zunehmend Kanalmündungen des Sammelkanals verschlossen werden und bei fortschreitendem Vorrücken des Tauchrohrs in Richtung der Anschlussöffnung somit immer weniger Kanäle für die Durchflutung bereitstehen.
Hierbei kann jedoch das Tauchrohr so modifiziert sein, dass dieses in einer ersten Anschlagsposition sämtliche Kanäle freigibt, in einer zweiten Anschlagsposition allerdings zumindest einen Kanal freigibt, so dass eine vollständige Sperrung der Vorrichtung nicht vorgesehen ist. Dies kann entweder dadurch erfolgen, dass der das Tauchrohr bewegende Stellantrieb seinen Anschlag an einer Position hat, in welcher das Tauchrohr nicht vollständig ausgefahren ist und dadurch die letzte Kanalmündung vor der Anschlussöffnung freilässt, oder aber das freie Ende des Tauchrohrs derart mit Öffnungen versehen ist, dass trotz eines Vorschiebens des Tauchrohrs vor den letzten Kanal dieser auf Grund der vorgesehenen Öffnungen durchströmt werden kann.
Die Alternative hierzu sieht ein Tauchrohr vor, das in der Anschlussöffnung derart aufgenommen ist, dass die Anschlussöffnung nach außen hin mit dem Rohr abgedichtet ist. Nach innen hin ist das Tauchrohr in dieser Ausgestaltungsform hohl, sodass das Medium durch das hohle Tauchrohr hindurchströmen kann. In diesem Fall wird das Tauchrohr ausgehend von einer vollständigen Offenposition, die ein zumindest nahezu vollständiges Zurückziehen des Tauchrohrs durch die Anschlussöffnung vorsieht, in Richtung der der Anschlussöffnung gegenüberliegenden Seite des Sammelkanals die Mündungen der Kanäle sukzessive verschließen, um die Kapazität des Wärmetauschbehälters zu verringern.
Auch hier kann insoweit vorgesehen sein, dass das freie Ende des Tauchrohrs über zusätzliche Öffnungen im Seitenbereich derart verfügt, dass auch bei einer Anschlagsposition des Tauchrohrs vor dem letzten zu versorgenden Kanal durch diese Öffnungen eine Versorgung dieses letzten Kanals stattfinden kann, mithin der Wärmetauschbehälter nicht vollständig durch diese Anschlagsposition außer Betrieb genommen werden kann. Insbesondere bietet es sich dafür an, das freie Ende des Tauchrohrs geschlitzt auszuführen, nachdem eine derartige Ausführung fertigungstechnisch sehr einfach herzustellen ist.
Insbesondere wenn es sich bei dem Tauchrohr um ein Zuführrohr handelt, kann die Zuführung des Mediums zu dem Tauchrohr beispielsweise dadurch realisiert sein, dass gegenüber des Sammelkanals, jenseits der Anschlussöffnung, ein Druckbehälter vorgesehen ist, in welchen das Tauchrohr einragt. An dem in den Druckbehälter einragenden Ende des Tauchrohrs sind hierzu Öffnungen vorgesehen, durch welche das Medium in das Tauchrohr und von dort aus in den Sammelkanal bzw. die Kanäle des Wärmetauschers einströmen kann. Die Stirnseite des Tauchrohrs ist hierbei mit einer Schubstange verbunden, über die ein Stellantrieb die Lage des Tauchrohrs vorgibt.
In Weiterbildung dieser Ausgestaltung kann der Druckbehälter zweiteilig ausgeführt sein, indem mit der Schubstange eine Trennwand dichtend verbunden ist, welche den Druckbehälter in eine zuführseitige und eine abführseitige Teilkammer unterteilt. Die zuführseitige Teilkammer ist mit einer Medienzuführung verbunden, während die abführseitige Teilkammer zum Druckausgleich mit einem abführseitigen Sammelkanal verbunden ist. Der sich auf der zuführseitigen Teilkammer bildende Druck des Mediums kann dadurch ausgeglichen werden, dass ein Teil des Mediums beim Austritt aus dem Wärmetauscher abgezweigt und in die zweite Teilkammer geleitet wird, wo sie auf der gegenüberliegenden Seite der Trennwand einen Gegendruck aufbauen kann. Insbesondere erfolgt die Rückkopplung über eine Rückführungsleitung, die mit einem Dämpfungsventil versehen ist. Die Rückführungsleitung sorgt für den erforderlichen Druckausgleich der beiden Kammern, wodurch die Lage des Tauchrohrs nochmals im Sinne einer Lageregelung stabilisiert wird.
Dem Stellantrieb, oder allgemein der Schubstange, ist eine Feder zugeordnet, die den P-Bereich eines insoweit realisierten P-Reglers einstellt. Primärseitig ist eine mechanische Kopplung erforderlich. In dem genannten Fall kann eine Regelung ohne Hilfsenergie, also ohne zusätzlichen Stellmotor erfolgen.
Zur Konfiguration des Wärmetauschbehälters mit Sammelkanälen und Tauchrohren ist festzustellen, dass die bevorzugte Ausführung vorsieht, jeweils eine Zuführung bzw. Abführung jeder Kammer mit einem derartigen verschiebbaren Tauchrohr zu versehen, wobei diese idealerweise über einen gemeinsamen Stellantrieb parallel zueinander eingestellt werden. Dies stellt sicher, dass sowohl das Medium als auch das Hilfsmedium den Wärmetauscher in gleichem Maße durchströmen und somit die größte Effizienz entfalten. Möglich ist jedoch auch jede andere Konfiguration, wobei beispielsweise auch denkbar ist, sowohl die Zuführung als auch die Abführung beider Medien jeweils über ein Tauchrohr zu realisieren. Umgekehrt würde es auch ausreichen, lediglich beispielsweise die Zuführung des Mediums, nicht aber die des Hilfsmediums über ein Tauchrohr vorzusehen.
Beispielsweise kann es sich bei dem Wärmetauscher um einen Plattenwärmetauscher handeln, dessen Platten einen Plattenstapel ausbilden, zwischen dem die einzelnen Kanäle gebildet sind. Hierbei sind jeweils benachbarte Zwischenräume unterschiedlichen Kammern zugeordnet, also derart voneinander isoliert, dass die in den jeweiligen benachbarten Kammern fließenden Medien einander nicht durchmischen können. Zur besseren Abgabe der Wärme von einem zu dem anderen Medium weisen die einzelnen Platten eine Struktur auf; insbesondere hat sich hierfür die Wellenform der Platten als besonders hilfreich erwiesen.
Die vorstehend beschriebene Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen

Figur 1: eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem nicht durchströmten Tauchrohr in einer seitlichen Querschnittsdarstellung,
Figur 2: einen Plattenstapel innerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit den Zuführungen und Abführungen eines Medien- und eines Hilfsmedien-Kreislaufs in einer perspektivischen Darstellung, sowie
Figur 3: eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem durchströmten Tauchrohr in einer seitlichen Querschnittsdarstellung.

Fig. 1 zeigt einen Wärmetauschbehälter 1, in dem ein Plattenstapel 12 angeordnet ist. Die Platten des Plattenstapels 12 bilden innerhalb des Wärmetauschbehälters 1 Kanäle 2, die einander alternierend so zu zwei Kammern zusammengefasst sind, dass die Kanäle einer ersten Kammer 3 mit den Kanälen einer zweiten Kammer 4 nicht kommunizieren können. Jedoch stehen die Kanäle der ersten Kammer 3 mit den Kanälen der zweiten Kammer 4 in Wärme leitendem Kontakt. Die erste Kammer 3 wird von Brauchwasser durchströmt, das mithilfe des Wärmetauschers erwärmt werden soll. Die zweite Kammer 4 hingegen wird von Heizungswasser durchströmt, das auf Grund seiner hohen Temperatur dazu geeignet ist, als Hilfsmedium das Medium Brauchwasser mithilfe des Wärmetauschers zu erwärmen. Um eine Verunreinigung des Brauchwassers zu verhindern, ist die Abdichtung der ersten Kammer 3 gegenüber der zweiten Kammer 4 unerlässlich, so dass die erste Kammer 3 eine von der zweiten Kammer 4 getrennte Zuführung und eine getrennte Abführung besitzt. In der Fig. 1 ist, wie später auch in der Fig. 3, der Brauchwasserzyklus gezeigt, wobei der Heizwasserzyklus vollständig analog funktioniert.
Beiderseits des Wärmetauschbehälters 1 münden die Kanäle 2 in Sammelkanäle 5 und 6, wobei ein erster Sammelkanal 5 über eine erste Anschlussöffnung 7 mit der Brauchwasserzuführung verbunden ist, während ein zweiter Sammelkanal 6 über eine zweite Anschlussöffnung 8 mit der Brauchwasserabführung kommuniziert. Das Brauchwasser wird also in kaltem Zustand durch die erste Anschlussöffnung 7 in den ersten Sammelkanal 5 geleitet, von dort über die Kanäle 2, die in Wärme leitendem Kontakt mit der zweiten Kammer 4 stehen und bei deren Durchströmen das Brauchwasser somit erwärmt wird, in den zweiten Sammelkanal 6 gefördert und von dort aus als Warmwasser über die zweite Anschlussöffnung 8 bereitgestellt. Bei einem lediglich geringen Bedarf an Warmwasser genügt insoweit auch auf Grund des geringen Druckflusses die Verwendung weniger Kanäle der ersten Kammer 3, so dass es sinnvoll erscheint, die übrigen Kanäle außer Betrieb zu nehmen. Hierzu ist in dem ersten Sammelkanal 5 ein Tauchrohr 9 vorgesehen, das in dem ersten Sammelkanal 5 derart verschieblich gelagert ist, dass das Tauchrohr 9 die Mündungen der Kanäle, die mit dem ersten Sammelkanal 5 verbunden sind, nacheinander verdecken kann. Durch ein Verschieben des Tauchrohrs 9 in Richtung der ersten Anschlussöffnung 7 wird somit die Anzahl der mit dem Brauchwasser beaufschlagten Kanäle 2 reduziert, umgekehrt wird die Anzahl vergrößert, wenn das Tauchrohr 9, von der ersten Anschlussöffnung 7 weg, zurückgezogen wird. Die Bewegung des Tauchrohrs 9 erfolgt über eine Schubstange 10 mit einem Linearmotor 11. Es sind jedoch an dieser Stelle auch andere Stellantriebe denkbar, so kann beispielsweise ein Drehmotor verwendet werden, der eine Gewindestange betätigt. Das in diesem Beispiel massiv ausgeführte Tauchrohr 9 weist Längsbohrungen 28 auf, welche für einen geringeren Widerstand des Tauchrohrs 9 gegenüber dem Medium sorgt und so einen Druckausgleich zulässt.
Steigt nunmehr der Druckfluss in der Zuführleitung an, so wird eine Regelung das Tauchrohr 9 derart zurückziehen und dadurch weitere Kanäle freigeben, dass die Zunahme des Druckflusses linear mit der zur Verfügung stehenden Wandfläche der mit dem Heizungswasser in Wärme leitendem Kontakt stehenden Kanäle ansteigt. Eventuelle Druckschwankungen können zudem dadurch aufgenommen werden, dass die vom Tauchrohr 9 verdeckten und somit unbenutzten Kanäle mit dem zweiten Sammelkanal 6 kommunizieren und zumindest insoweit zur Verfügung stehen.
Figur 2 zeigt einen Plattenstapel 12, wie er in dem Wärmetauschbehälter 1 vorgesehen sein könnte. Durch die gewählte perspektivische Darstellung ist erkennbar, dass insgesamt vier Zuführungen bzw. Abführungen vorhanden sind, nämlich eine Brauchwasserzuführung 13, eine Brauchwasserabführung 14, eine Heizungswasserzuführung 15 und eine Heizungswasserabführung 16. Hierbei kommunizieren jeweils lediglich die Brauchwasserzuführung 13 und die Brauchwasserabführung 14 sowie die Heizungswasserzuführung 15 und die Heizungswasserabführung 16 miteinander, so dass die insoweit innerhalb des Plattenstapels 12 gebildeten Kammern voneinander getrennt gehalten werden. Auch ist erkennbar, dass es in diesem Beispiel sinnvoll erscheint, jeder der beiden Kammern ein Tauchrohr 9 zuzuweisen, das idealerweise in direkter Nachbarschaft zueinander aufgestellt sein kann, so dass die beiden Tauchrohre gemeinsam miteinander in korrespondierende Lagen verfahren werden können. Insoweit bietet es sich an, der Brauchwasserzuführung 13 und der Heizungswasserabführung 16 je ein Tauchrohr 9 zuzuordnen, um beide Kreise in gleicher Weise zu regeln und bedarfsweise sogar die Tauchrohre 9 mit einem gemeinsamen Antrieb zu verschieben.
Fig. 3 zeigt eine alternative Ausgestaltung des bereits aus Fig. 1 bekannten Tauchrohrs 9, welches im Gegensatz zu dem zuvor gezeigten Tauchrohr 9 gleichzeitig als Brauchwasserzuführung dient. Das Tauchrohr 9 mündet jenseits der ersten Anschlussöffnung 7 in einen Druckbehälter 17, in den eine Brauchwasserzuführung 13 mündet. Das Brauchwasser wird also in diesem Fall über die Brauchwasserzuführung 13 in den Druckbehälter 17 einfließen, von dort aus über Öffnungen 22 des Tauchrohrs 9 in dieses einströmen, das Tauchrohr 9 im gezeigten Beispiel über ein geschlitztes, freies Tauchrohrende 21 verlassen und in die erste Kammer 3 eintreten, dort erwärmt werden und über den zweiten Sammelkanal 6, die zweite Anschlussöffnung 8 und schließlich die Brauchwasserabführung 14 dem Verbraucher zur Verfügung gestellt werden. Bei einer Druckerhöhung wird das Tauchrohr 9 aus dem ersten Sammelkanal 5 herausgezogen, so dass weitere Kanäle der ersten Kammer 3 frei werden und damit die zur Verfügung stehende Wärmetauschfläche innerhalb des Wärmetauschbehälters 1 vergrößert wird. Um in diesem Beispiel eine Lageregelung des Tauchrohrs 9 zu realisieren, ist dieses neben einer Feder 25, die das Tauchrohr 9 mithilfe einer Schubstange 24 bewegt, auch über die Schubstange 24 mit einer verschieblich gelagerten Kammerwand 20 verbunden, welche den Druckbehälter 17 in eine zuführseitige Teilkammer 18 und eine abführseitige Teilkammer 19 unterteilt. Die abführseitige Teilkammer 19 des Druckbehälters 17 ist über eine Rückführungsleitung 26 mit der Brauchwasserabführung 14 verbunden, so dass das erwärmte Brauchwasser zumindest teilweise in den Druckbehälter 17 einfließen kann. In der abführseitigen Teilkammer 19 entsteht somit ein Gegendruck gegen den sich in der zuführseitigen Teilkammer 18 bildenden, steigenden Druckfluss. Um eine Dämpfung des Zuflusses oder Abflusses des als Gegendruckmittel verwendeten Brauchwassers zu erreichen und somit die Regelung zu verbessern, ist die Rückführungsleitung 26 mit einem Ventil 27 versehen, das als Teil der Lageregelung des Tauchrohrs 9 funktioniert. So entsteht eine Regelung ohne Hilfsenergie.
Vorstehend beschrieben ist somit eine Vorrichtung zur Beeinflussung der Temperatur eines flüssigen Mediums, die dadurch eine bessere Regelbarkeit erfährt, dass bei dem Zuschalten oder Abschalten einzelner Kammerbereiche eines Wärmetauscherbehälters Druck- und Temperaturschwankungen minimiert werden. Dies gelingt dadurch, dass die Kanäle innerhalb des Wärmetauschers über einen Sammelkanal miteinander verbunden sind, wobei ein Tauchrohr diesen Sammelkanal teilweise so verschließen kann, dass die einzelnen Kanäle, gegebenenfalls auch in Gruppen, verschließbar und damit außer Betrieb setzbar sind. Das Tauchrohr wird hierbei im Endeffekt so verschoben, dass die Übertragungsfläche innerhalb des Wärmetauschers sich mit dem Druckfluss linear verändert.

BEZUGSZEICHENLISTE

1: Wärmetauschbehälter
2: Kanal
3: erste Kammer
4: zweite Kammer
5: erster Sammelkanal
6: zweiter Sammelkanal
7: erste Anschlussöffnung
8: zweite Anschlussöffnung
9: Tauchrohr
10: Schubstange
11: Linearmotor
12: Plattenstapel
13: Brauchwasserzuführung
14: Brauchwasserabführung
15: Heizungswasserzuführung
16: Heizungswasserabführung
17: Druckbehälter
18: zuführseitige Teilkammer
19: abführseitige Teilkammer
20: Kammerwand
21: freies Tauchrohrende
22: Öffnungen
23: Stirnseite
24: Schubstange
25: Feder
26: Rückführungsleitung
27: Ventil
28: Längsbohrung

Claims

Vorrichtung zur Beeinflussung der Temperatur eines flüssigen Mediums, umfassend einen Wärmetauschbehälter (1), in welchem miteinander in wärmeleitendem Kontakt stehende, zu wenigstens zwei gegeneinander abgedichteten Kammern (3,4) zusammengefasste Kanäle (2) gebildet sind, wobei die Kanäle (2) einer ersten Kammer (3) mit dem Medium, und die Kanäle (2) einer zweiten Kammer (4) mit einem Hilfsmedium höherer oder niedrigerer Temperatur durchströmt sind, wobei zumindest eines der Medien über einen Sammelkanal (5) in die zugehörigen Kanäle einströmt und/oder diese über einen Sammelkanal (6) verlässt,
dadurch gekennzeichnet, dass diese Kanäle (2) direkt in den Sammelkanal (5,6) münden und die Mündungen der Kanäle (2) mittels eines im Sammelkanal (5,6) längsverschieblich angeordneten Tauchrohrs (9) nacheinander einzeln dichtend verschließbar sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammelkanal (5) mit einer Anschlussöffnung (7) zur Zuführung oder Abführung des Mediums bzw. des Hilfsmediums kommuniziert, wobei das Tauchrohr (9) von dem der Anschlussöffnung (7) gegenüberliegenden Ende des Sammelkanals (5) aus auf die Anschlussöffnung (7) zu verschieblich ist, wobei das Tauchrohr (9) vorzugsweise massiv, jedoch mit wenigstens einer Längsbohrung (28) zum Druckausgleich versehen, ausgeführt ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verschieben des Tauchrohrs (9) auf die Anschlussöffnung (7) zu lediglich so weit möglich ist, dass noch die Mündung zumindest eines Kanals frei bleibt.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammelkanal (5) mit einer Anschlussöffnung (7) zur Zuführung oder Abführung des Mediums bzw. des Hilfsmediums kommuniziert, wobei das Tauchrohr (9) in der Anschlussöffnung (7), diese abdichtend, derart in Richtung auf das der Anschlussöffnung (7) gegenüberliegende Ende des Sammelkanals (5) längsverschieblich aufgenommen ist, dass das in den Sammelkanal (5) einströmende Medium bzw. Hilfsmedium durch das Tauchrohr (9) hindurchströmt.
Vorrichtung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Tauchrohr (9) im Bereich seines freien Endes (21) derart geschlitzt ist, dass ein Verschließen auch der Mündung des am weitesten von der Anschlussöffnung (7) entfernt liegenden Kanals vermieden ist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussöffnung (7) den Sammelkanal (5) mit einem Druckbehälter (17) verbindet, über welchen das Medium bzw. das Hilfsmedium zugeführt wird, wobei der Druckbehälter (17) von einer verschieblichen Kammerwand (20) begrenzt ist, welche von einer das Tauchrohr (9) betätigenden Schubstange (24) dichtend durchgriffen wird und den Druckbehälter (17) in eine zuführseitige und eine abführseitige Teilkammer (18,19) unterteilt.
Vorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Tauchrohr (9) an seinem mit der Schubstange (24) verbundenen Ende Öffnungen (22) zum Einströmen des Mediums in das Tauchrohr (9) aufweist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die abführseitige Teilkammer (19) zum Druckausgleich mit einem abführseitigen Sammelkanal (6) verbunden ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen abführseitiger Teilkammer (19) und abführseitigem Sammelkanal (6) über eine Rückführungsleitung (26) erfolgt.
Vorrichtung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rückführungsleitung ein Ventil (27) zur Dämpfung der Stellbewegung vorgesehen ist.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lageregelung des Tauchrohrs (9) derart realisiert ist, dass die eingesetzte, für den Wärmetausch zur Verfügung stehende Wandfläche der Kanäle (2) sich linear mit dem Druckfluss des einströmenden Mediums oder Hilfsmediums ändert.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Sammelkanal (5,6) mit längsverschieblichem Tauchrohr (9) entweder zur Zuführung oder zur Abführung des Mediums und des Hilfsmediums vorgesehen ist.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Tauchrohr (9) mittels eines Stellantriebs (25), etwa eines Linear- oder eines eine Gewindestange antreibenden Drehmotors, vorzugsweise unterstützt durch einen Federmechanismus, in seiner Lage einstellbar ist.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Wärmetauschbehälter (1) um einen Plattenwärmetauscher handelt, dessen Kanäle (12) durch jeweils zwei einander gegenüberliegende, vorzugsweise gewellt oder anders strukturierte, wärmeleitende Platten gebildet sind.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Medium um Brauchwasser, bei dem Hilfsmedium um Heizungswasser handelt.