DE202012100069U1

DE202012100069U1 - Anordnung zur Steuerung der Temperatur in einem Trinkwassererwärmer

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Publication number: DE202012100069U1
Application number: DE202012100069U
Authority: DE
Original assignee: Hans Sasserath GmbH and Co KG
Current assignee: Hans Sasserath GmbH and Co KG
Priority date: 2011-02-22
Filing date: 2012-01-10
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2022-01-11
Also published as: GB2488395A; GB2488395B; GB201120998D0; GB201200408D0

Abstract

Anordnung zur Steuerung der Temperatur in einem beheizbaren Kessel eines Trinkwassererwärmers, enthaltend: (a) einen Kaltwassereingang (12; 112); (b) einen an den Kessel anschließbaren Kaltwasserausgang (14; 114) zum Nachfüllen des Kessels mit kaltem Wasser; (c) einen Entlastungsablauf (46; 146) zum Auslassen von heißem Wasser aus dem Kessel; (d) eine Verbindung (16, 72, 62; 138, 162) zwischen dem Kaltwassereingang und dem Entlastungsablauf (46; 146); und (e) ein Steuerventil (64, 66, 76; 164, 166, 172) im Bereich der Verbindung zwischen dem Kaltwassereingang (12; 112) und dem Entlastungsablauf (46; 146) zur Steuerung des Zuflusses von kaltem Wasser in den Entlastungsablauf (46; 146) nach Maßgabe der in dem Kessel herrschenden Temperatur; dinen federbelasteten Kolben (64; 164) umfasst, der in einem zylindrischen Hohlraum (62, 72; 162) axialbeweglich geführt ist, wobei (g) der Kolben (64; 164) einerseits zur Steuerung des Heißwasserstroms aus dem...

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Steuerung der Temperatur in einem beheizbaren Kessel eines Trinkwassererwärmers, enthaltend:

(a) einen Kaltwassereingang;
(b) einen an den Kessel anschließbaren Kaltwasserausgang zum Nachfüllen des Kessels mit kaltem Wasser;
(c) einen Entlastungsablauf zum Auslassen von heißem Wasser aus dem Kessel;
(d) eine Verbindung zwischen dem Kaltwassereingang und dem Entlastungsablauf; und
(e) ein Steuerventil im Bereich der Verbindung zwischen dem Kaltwassereingang und dem Entlastungsablauf zur Steuerung des Zuflusses von kaltem Wasser in den Entlastungsablauf nach Maßgabe der in dem Kessel herrschenden Temperatur.

Trinkwassererwärmer dienen der Bereitstellung von Warmwasser in Gebäuden. Sie umfassen einen Behälter (Kessel), in dem eine den Bedürfnissen angepasste Menge an Trinkwasser erwärmt und für die Nutzung bereitgestellt wird. Wenn Warmwasser an einer Zapfstelle entnommen wird, wird dem Kessel wieder frisches, kaltes Trinkwasser zugeführt und dort erwärmt. Zur Sicherung der geschlossenen Behälter ist eine Druck- und Temperaturregelung vorgesehen. Wenn der Druck über einen vorgegebenen Schwellwert steigt, wird Wasser abgelassen. Dadurch sinkt der Druck.
Die Temperatur in einem solchen Kessel kann bis nahe der Verdampfungstemperatur bei 100°C steigen. Das ist aufgrund der Druckentwicklung gefährlich. Wenn die Temperatur über einen vorgegebenen Schwellwert steigt, wird heißes Wasser über einen Entlastungsablauf abgelassen und kaltes Wasser zugeführt. Durch die Zuführung des kalten Wassers sinkt die Temperatur.
In einigen Ländern werden Rohre aus nicht-temperaturbeständigem Kunststoff verwendet. Wenn heißes Wasser durch diese Rohre abgelassen wird, besteht die Gefahr, dass der Kunststoff schmilzt. Es ist daher wünschenswert, das heiße Wasser vor dem Ablassen zu kühlen. Im einfachsten Fall wird dem heißen Wasser kaltes Wasser beigemischt. Je nach Temperatur in dem Kessel ist mehr oder weniger kaltes Wasser zum Abkühlen des abgelassenen Wassers erforderlich. Die Steuerung kann über ein geeignetes, temperaturgesteuertes Ventil erfolgen.
Offenbarung der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die einfach aufgebaut ist und mit welcher eine hohe Zuverlässigkeit erreicht wird.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass

(f) das Steuerventil einen federbelasteten Kolben umfasst, der in einem zylindrischen Hohlraum axialbeweglich geführt ist, wobei
(g) der Kolben einerseits zur Steuerung des Heißwasserstroms aus dem Kessel mit einem ersten Ventilsitz zusammenwirkt, welcher zwischen dem zylindrischen Hohlraum und dem Kessel vorgesehen ist, und
(h) der Kolben andererseits zur Steuerung des Kaltwasserstroms mit einem zweiten Ventilsitz zusammenwirkt, welcher zwischen dem Kaltwassereingang und dem Entlastungsablauf vorgesehen ist.

Der mit dem Kolben zusammenwirkende Doppelsitz bewirkt, dass der Heißwasserstrom und der Kaltwasserstrom gleichzeitig, aber getrennt voneinander kontrolliert werden. Nur wenn Heißwasser durch das Steuerventil fließt, fließt auch Kaltwasser zu. Beide Teile des Steuerventils öffnen und schließen gleichzeitig mit der Kolbenbewegung in dem zylindrischen Hohlraum.
Die Temperatursteuerung des Steuerventils kann mittels eines Wachsfühlers erfolgen. Der Wachsfühler bildet einen langgestreckten Stab. Der Stab ragt tief in den Kessel. Wenn die Temperatur in dem Kessel steigt, dehnt sich der Wachsfühler aus. Der Wachsfühler ragt durch eine Öffnung im Kessel in die Anordnung. Dort ist er mit dem Kolben verbunden. Bei Ausdehnung des Wachsfühlers wird der Kolben entsprechend bewegt. An die Öffnung in dem Kessel wird die Heißwasserzufuhr der Anordnung angeschlossen. Der hierzu vorgesehene Heißwasserzufuhrkanal wird von dem Kolben abgeschlossen. Wenn der Kolben sich bewegt, öffnet er zum Entlastungsablauf. Heißes Wasser wird abgelassen. Gleichzeitig öffnet der Kolben den Kaltwassereingang. Dadurch wird dem heißen Wasser kaltes Wasser zugemischt.
Vorzugsweise ist ein Heißwasserzufuhrkanal zur Verbindung mit dem Kessel vorgesehen, wobei der Heißwasserzufuhrkanal mit dem zylindrischen Hohlraum fluchtet und einen geringeren Durchmesser aufweist, und wobei der zweite Ventilsitz von der dadurch entstehenden Schulter gebildet wird. Eine besonders kompakte Anordnung wird erreicht, wenn die Längsachse des Heißwasserzufuhrkanals und des damit fluchtenden zylindrischen Hohlraums senkrecht zur Längsachse eines durchgängigen Kaltwasserkanals zwischen Kaltwassereingang und Kaltwasserausgang verläuft.
Die Längsachse des Entlastungsablaufs kann senkrecht zur Längsachse des Heißwasserzufuhrkanals und parallel zur Längsachse des Kaltwasserkanals verlaufen.
Der Kolben weist vorzugsweise in den gegenüberliegenden Endbereichen jeweils eine Ringdichtung auf, zwischen denen der Kolben einen gegenüber dem zylindrischen Hohlraum reduzierten Durchmesser aufweist, so dass im Bereich des Entlastungsablaufs ein Ringraum um den Kolben gebildet ist, welcher bei geöffnetem Steuerventil eine Verbindung zwischen dem Kaltwassereingang und/oder dem zylindrischen Hohlraum und dem Entlastungsablauf herstellt.
Das Kaltwasser fließt bei geöffnetem Steuerventil an der kaltwasserseitigen Dichtung vorbei in den zylindrischen Hohlraum. Dort wird es mit dem heißen Wasser gemischt und fließt durch den Entlastungsablauf ab.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die für den Wasserdruck wirksamen Endflächen des Kolbens gleich. Die auf die Endflächen des Kolbens wirkende Kraft ist dann unabhängig vom Druck immer gleich und hängt nur von der Temperatur des Wassers in dem Kessel ab.
Vorzugsweise ist ein in Strömungsrichtung öffnender Rückflussverhinderer im Bereich des Kaltwassereingangs vorgesehen. Der Rückflussverhinderer vermeidet einen Rückfluss von Wasser aus dem Trinkwassererwärmer in die Trinkwasserversorgung.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein Anschluss für ein Druckausdehnungsgefäß vorgesehen, welcher mit dem zylindrischen Hohlraum in Verbindung steht. Bei Erhöhung der Temperatur kann Ausdehnungswasser zunächst vom Druckausdehnungsgefäß aufgenommen werden.
Vorzugsweise ist ein Druckminderer zur Steuerung des Eingangsdrucks am Kaltwassereingang vorgesehen. Mit dem Druckminderer kann ein gewünschter Druck des zugeführten Kaltwassers eingestellt und beibehalten werden. Der Druckminderer kann als Einsatz an einem hierfür vorgesehenen Stutzen angebracht werden. Dann kann die Anordnung entweder mit oder ohne Druckminderer eingesetzt werden ohne, dass das Gehäuse bei der Herstellung verändert wird.
Vorzugsweise ist ein Sicherheitsventil im Bereich des Kaltwasserausgangs vorgesehen, welches bei Überdruck eine Verbindung zwischen Kaltwasserausgang und Entlastungsablauf öffnet. Das Sicherheitsventil steuert den Druck im Kessel. Derartige Sicherheitsventile sind aus dem Stand der Technik bekannt. Wenn der Druck im Kessel über einen Sollwert steigt, öffnet das Ventil und Wasser wird über den Entlastungsablauf abgelassen, bis der Druck wieder unterhalb des Sollwertes liegt. Dabei kann insbesondere der gleiche Entlastungsablauf für das Sicherheitsventil und das Temperatur-Steuerventil vorgesehen sein.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ein Entlüftungsventil zum Entlüften des Kessels vorgesehen, über welches eine Verbindung zwischen dem Kessel und dem Entlastungsablauf herstellbar ist, wenn der Kolben in geschlossener Stellung ist. Das Entlüftungsventil kann von einer in einem Gehäusestutzen verschieblich geführten Ventilspindel mit einer Ventildichtung gebildet sein, die mit einem innen an den Gehäusestutzen angeformten Ventilsitz zusammenwirkt. Der Bereich oberhalb des Ventilsitzes weist einen Kanal auf, der mit dem Ringraum im Kolbenbereich in Verbindung steht. Der Gehäusestutzen ist so angeordnet, dass er mit dem Heißwasserzufuhrkanal verbunden ist. Wenn das Entlüftungsventil öffnet, kann Luft durch den Heißwasserzufuhrkanal durch das Entlüftungsventil und durch den Kanal zum Ringraum im Kolbenbereich entweichen. Der Ringraum steht mit dem Entlastungsablauf in Verbindung. Auf diese Weise kann auch dann Luft entweichen, wenn der Kolben die Kaltwasserzufuhr verschließt.
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Ausführungsbeispiele sind nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine perspektivische Außenansicht einer Anordnung zur Steuerung von Druck und Temperatur im Kessel eines Trinkwassererwärmers mit Druckminderer und zusätzlichem Kaltwasseranschluss.
2 ist eine Draufsicht auf die Anordnung aus 1.
3 ist ein Schnitt A-A entlang einer vertikalen Schnittebene durch die Anordnung aus 1.
4 ist ein Schnitt entlang der Schnittlinie F-F in 3.
5 ist ein Schnitt entlang der Schnittlinie D-D in 5.
6 ist eine vergrößerte Darstellung des Temperatur-Steuerventils.
7 ist ein Schnitt entlang der Schnittlinie B-B in 5.
8 ist ein Schnitt entlang der Schnittlinie E-E in 3.
9 zeigt den Kolben aus 6 im Detail bei geöffnetem Temperatur-Steuerventil.
10 ist eine perspektivische Außenansicht einer Anordnung zur Steuerung von Druck und Temperatur im Kessel eines Trinkwassererwärmers ohne Druckminderer und ohne zusätzlichem Kaltwasseranschluss.
11 ist ein Längsschnitt durch die Anordnung aus 10 entlang einer vertikalen Schnittebene.
12 ist ein Querschnitt durch die Anordnung aus 10 entlang einer horizontalen Schnittebene.
13 zeigt den Bereich um den Kolben aus 11 im Detail.
14 zeigt den Bereich um den Kolben aus 12 im Detail.
15 ist ein Querschnitt durch eine Anordnung entsprechend einem dritten Ausführungsbeispiel mit einer alternativen Entlüftungsanordnung.
16 zeigt die Entlüftungsanordnung aus 15 in geschlossenem Zustand im Detail.
17 zeigt die Entlüftungsanordnung aus 15 in geöffnetem Zustand im Detail.
18 ist eine geschnittene Darstellung der einzelnen Komponenten der Entlüftungsanordnung aus 15.
19 ist eine perspektivische Darstellung der einzelnen Komponenten der Entlüftungsansordnung aus 15.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1. Ausführungsbeispiel
1 und 2 zeigen eine allgemein mit 10 bezeichnete Anordnung zur Steuerung von Druck und Temperatur im Kessel eines Trinkwassererwärmers (nicht dargestellt). Die Anordnung weist einen Kaltwassereingang 12 für kaltes Trinkwasser auf. Der Kaltwassereingang 12 wird mit einer Trinkwasserversorgung (nicht dargestellt) verbunden.
Über einen Kaltwasserkanal 16 ist der Kaltwassereingang 12 mit einem Kaltwasserausgang 14 verbunden. Der Kaltwassereingang 12 fluchtet mit dem Kaltwasserausgang 14. Der Kaltwasserausgang 14 wird mit dem Kessel des Trinkwasserbehälters verbunden.
Die Anordnung 10 weist einen Druckminderer 18 und auf der gegenüberliegenden Seite der Anordnung ein damit fluchtendes Sicherheitsventil 20 auf. Zur Bereitstellung von kaltem Wasser ist ein zusätzlicher Niederdruck-Kaltwasseranschluss 22 vorgesehen. Ein Temperaturfühler 24 ragt durch eine Öffnung in dem Kessel in das Innere des Kessels. Fluchtend mit dem Temperaturfühler 24 ist auf der gegenüberliegenden Seite der Anordnung 10 ein Anschluss 26 für ein Druckausdehnungsgefäß vorgesehen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Anschluss 26 mit einem Stopfen 28 verschlossen.
3 ist ein Schnitt durch die Anordnung, in welchem der Druckminderer 18 und das Sicherheitsventil 20 gut zu erkennen sind. Die Anordnung 10 weist ein Gehäuse 30 auf. In einen Stutzen 34 des Gehäuses 30 ist ein Rohrstück 32 eingesteckt, welches den Kaltwassereingang 12 bildet. Das Trinkwasser gelangt in Richtung der Pfeile 42 von der Trinkwasserversorgung durch den Kaltwassereingang 12 in einen Ringraum 38 der Anordnung 10. Von links in 3 ist ein Druckminderer 18 in das Gehäuse 30 eingesteckt. Der Druckminderer 18 weist ein Druckmindererventil 36 auf. Wenn der Wasserdruck hinter dem Druckmindererventil 36 abfällt, öffnet das Druckmindererventil 36 und frisches Trinkwasser fließt vom Ringraum 38 durch das geöffnete Druckmindererventil 36 nach. Derartige Druckminderer sind allgemein bekannt und brauchen daher hier nicht näher beschrieben werden.
Hinter dem Druckmindererventil 36 ist ein Rückflussverhinderer 40 angeordnet, der einen Wasserfluss in Richtung des Druckminderers und damit in Richtung der Trinkwasserversorgung blockiert. Der Rückflussverhinderer 40 ist ein einfaches, federbeaufschlagtes Rückschlagventil, welches in Form einer Patrone in eine Bohrung in dem Gehäuse 30 eingesetzt wird. Mit dem Rückflussverhinderer 40 wird entsprechend vielfachen Vorschriften vermieden, dass Wasser aus dem Kessel zurück in die Trinkwasserversorgung fließen kann.
Fluchtend mit der Öffnungsrichtung des Druckmindererventils ist ein Sicherheitsventil 20 vorgesehen. Das Sicherheitsventil 20 wird als Ganzes in einen Gehäusestutzen 44 eingesetzt. Über den Kaltwasserkanal 16 und den Kaltwasserausgang 14 ist das Sicherheitsventil 20 mit dem Kessel des Trinkwassererwärmers verbunden. Wenn der Druck in dem Kessel über einen vorgegebenen Schwellwert ansteigt, öffnet das Sicherheitsventil 20. Dann wird Wasser in einen Entlastungsablauf 46 abgelassen. Der Entlastungsablauf 46 ist insbesondere im Schnitt E-E in 8 sehr gut zu erkennen. Auch Sicherheitsventile sind allgemein bekannt. Das vorliegend eingesetzte Sicherheitsventil 20 muss daher nicht weiter beschrieben werden. Mit dem Sicherheitsventil 20 wird der Druck innerhalb des Kessels auf einen gewünschten Wert begrenzt.
Auf dem gegenüberliegenden, unteren Ende des Kaltwassereingangs 12 ist in dem Gehäuse 30 ein Rohrstück 48 eingesteckt. Das Rohrstück 48 bildet den Kaltwasserausgang 14. Man erkennt, dass der Druck am Kaltwasserausgang 48 und somit innerhalb des Kessels nach unten vom Druckminderer 18 und nach oben vom Sicherheitsventil 20 begrenzt wird.
In 4 ist die Anordnung 10 entlang der Schnittlinie F-F gezeigt. Dort ist zu erkennen, dass strömungsmäßig zwischen dem Druckminderer 18 und dem Rückflussverhinderer 40 ein Stutzen 50 an das Gehäuse 30 angeformt ist. Die Längsachse des Stutzens 50 erstreckt sich senkrecht zur Längsachse des Kaltwasserkanals 16 und senkrecht zur Öffnungsrichtung des Druckmindererventils. In den Stutzen 50 ist ein Rohrstück 52 eingesteckt. Das Rohrstück 52 bildet den Niederdruck-Kaltwasseranschluss 22, an welchem Kaltwasser mit geregeltem Druck zur Verfügung steht.
Parallel zur Längsachse des Niederdruck-Kaltwasseranschlusses 22 und rechts darunter in 4 ist der Anschluss 26 zu erkennen, der optional für ein Druckausdehnungsgefäß verwendet werden kann. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Stutzen verschlossen. Fluchtend mit dem Anschluss 26 ist ein allgemein mit 54 bezeichnetes Temperatur-Steuerventil angeordnet.
Das Temperatur-Steuerventil 54 ist in 5 bis 7 gut zu erkennen. Es umfasst einen Temperaturfühler 24. Der Temperaturfühler 24 ist im Wesentlichen ein langgestreckter Stab aus Wachs. Der Temperaturfühler 24 ist innerhalb eines Heißwasserzufuhrkanals 56 angeordnet. Der Heißwasserzufuhrkanal 56 wird von einem Aufsatz 58 gebildet, der auf einen Stutzen 60 des Gehäuses 30 aufgesetzt und mit Dichtungen abgedichtet ist. Der Heißwasserzufuhrkanal 56 mündet im Inneren des Kessels. Der Temperaturfühler 24 ragt in das Kesselinnere hinein. Mit steigender Wassertemperatur dehnt der Temperaturfühler 24 sich aus.
In einer koaxialen Bohrung 62 im Gehäuse 30 ist ein Kolben 64 verschieblich geführt. Der Kolben 64 ist in Richtung des Temperaturfühlers 24 mit der Federkraft einer Feder 70 beaufschlagt. Die Bohrung 62 ist mit dem Entlastungsablauf 46 verbunden. Der Kolben 64 ist in 6 noch einmal im Detail dargestellt. Der Kolben 64 hat einen im Wesentlichen H-förmigen Querschnitt. An dem dem Temperaturfühler 24 zugewandten Ende des Kolbens 64 ist eine Ringdichtung 66 in einer Umfangsnut vorgesehen. Damit wird das Innere der Bohrung 62 bzw. der Entlastungsablauf 46 gegenüber dem Heißwasserzufuhrkanal 56 abgedichtet.
Die Bohrung 62 hat einen etwas größeren Durchmesser als der Heißwasserzufuhrkanal 56. Dadurch wird eine Ringschulter 68 gebildet. Die Ringschulter 68 begrenzt die Kolbenbewegung des Kolbens 64 nach links in 5–7 und bildet einen ersten Ventilsitz.
Auf der dem Temperaturfühler 24 abgewandten Seite erweitert sich die Bohrung 62 zu einem zylindrischen Hohlraum 72 mit etwas größerem Durchmesser. Dadurch ist eine Ringschulter 78 gebildet. Die Ringschulter 78 ist mit einer ringförmigen, spitzen Kante 80 versehen, die in Richtung der Dichtung 76 vorspringt. In dem Hohlraum 72 ist die Feder 70 angeordnet. Die Feder 70 drückt auf das federseitige Ende des Kolbens 64. Der Kolben 64 schließt am federseitigen Ende mit einem Durchmesser ab, der größer ist, als der Durchmesser der Bohrung 62. Dadurch wird ein Ringvorsprung 74 gebildet. In eine an dem Ringvorsprung 74 angrenzende Ringnut ist eine Ringdichtung 76 mit rechteckigem Querschnitt eingefügt.
Die Feder 70 drückt den Kolben 64 mit der Dichtung 76 auf die Kante 80. Dadurch wird der Hohlraum 72 gegenüber der Bohrung 62 und dem Entlastungsablauf 46 abgeschlossen. Die Kante 80 ist ein zweiter Ventilsitz, der mit dem Kolben 64 an der Dichtung 76 den zweiten Teil des Temperatur-Steuerventils bildet.
Wenn der Temperaturfühler 24 sich ausdehnt, drückt er mit einem Zapfen 82 auf den Kolben 64 und schiebt diesen entgegen der Federkraft der Feder 70 in Öffnungsrichtung nach rechts in den Darstellungen. Dadurch wird die beiden Teile des Steuerventils geöffnet. Das dem Temperaturfühler zugewandte Ende des Kolbens 64 endet im Bereich des Entlastungsablaufs 46. Heißes Wasser aus dem Kessel kann dann durch den Heißwasserzufuhrkanal 56 in den Entlastungsablauf 46 fließen.
Mit einer Bewegung des Kolbens 64 in Öffnungsrichtung öffnet sich auch der zweite Teil des Steuerventils. Dabei wird eine Verbindung zwischen dem zylindrischen Hohlraum 72 und der Bohrung 62 hergestellt, die weiterhin mit dem Entlastungsablauf 46 verbunden ist. Wie in 7 zu erkennen ist, ist der Kaltwasserkanal 16 entlang des zylindrischen Hohlraums 72 geführt. Der zylindrische Hohlraum 72 ist also ständig mit kaltem Wasser gefüllt. Wenn das aus dem Ventilsitz 80 und dem Kolben mit der Dichtung 76 gebildete Ventil öffnet, fließt kaltes Wasser in den Bereich der Bohrung 62. Dies ist in 9 dargestellt. Der Kolben 64 hat im Bereich zwischen den Dichtungen 66 und 76 einen geringeren Durchmesser. Dadurch wird ein Ringraum 84 gebildet. Das Kaltwasser kann problemlos am Kolben 64 vorbei in den Entlastungsablauf 46 fließen. Dies ist durch Pfeile 90 illustriert. Dort kühlt es das heiße Wasser, welches aus dem Heizwasserzufuhrkanal 56 in den Entlastungsablauf 46 fließt. Dies ist durch Pfeile 92 illustriert.
8 illustriert, wie der Entlastungsablauf 46 sowohl für Ausdehnungswasser des Sicherheitsventils 20, als auch für das Heiß- und Kaltwasser zur Temperaturregelung verwendet wird.
Man erkennt in der Vergrößerung in 6, dass die Druck-wirksamen Endflächen des Kolbens 64 gleich sind. Auf die in 6 linke Endfläche wirkt der Kesseldruck über den Heißwasserzufuhrkanal 56. Auf die in 6 rechte Endfläche wirkt der Kesseldruck über den Kaltwasserkanal 16. Dadurch wird gewährleistet, dass unabhängig vom Kesseldruck immer eine Kompensation stattfindet und eine Bewegung des Kolbens ausschließlich bei Änderung der Temperatur, nicht aber bei Änderung des Kesseldrucks erfolgt.
2 Ausführungsbeispiel
10 bis 14 zeigen eine allgemein mit 110 bezeichnete Anordnung zur Steuerung von Druck und Temperatur im Kessel eines Trinkwassererwärmers (nicht dargestellt). Die Anordnung weist einen Kaltwassereingang 112 für kaltes Trinkwasser auf. Der Kaltwassereingang 112 wird mit einer Trinkwasserversorgung (nicht dargestellt) verbunden.
Über einen Kaltwasserkanal 116 ist der Kaltwassereingang 112 mit einem Kaltwasserausgang 114 verbunden. Der Kaltwassereingang 112 fluchtet mit dem Kaltwasserausgang 114. Der Kaltwasserausgang 114 wird mit dem Kessel des Trinkwasserbehälters verbunden.
Die Anordnung 110 weist ein Sicherheitsventil 120 auf. Ein mit der Längsachse des Sicherheitsventils 120 fluchtender Temperaturfühler 124 ragt durch eine Öffnung in dem Kessel in das Innere des Kessels. Nach unten erstreckt sich ein Entlastungsablauf 146 mit einem Ablauftrichter 122.
11 ist ein Schnitt durch die Anordnung, in welchem das Sicherheitsventil 120, der Entlastungsablauf 146 und der Temperaturfühler 124 gut zu erkennen ist. Die Anordnung 110 weist ein Gehäuse 130 auf. 12 ist ein horizontaler Schnitt durch die Anordnung, in welchem, der Kaltwassereingang 112, der Kaltwasserausgang 114, das Sicherheitsventil 120 und der Temperaturfühler 124 gut zu erkennen ist. In einen Stutzen 134 des Gehäuses 130 ist ein Rückflussverhinderer 140 angeordnet, der einen Wasserfluss in Richtung der Trinkwasserversorgung blockiert. Der Rückflussverhinderer 400 ist ein einfaches, federbeaufschlagtes Rückschlagventil, welches in Form einer Patrone in eine Bohrung in dem Stutzen 134 des Gehäuses 130 eingesetzt wird. Mit dem Rückflussverhinderer 140 wird entsprechend vielfachen Vorschriften vermieden, dass Wasser aus dem Kessel zurück in die Trinkwasserversorgung fließen kann.
Das Trinkwasser gelangt in Richtung der Pfeile 142 von der Trinkwasserversorgung durch den Kaltwassereingang 112 in einen Hohlraum 138 der Anordnung 110. An dem Hohlraum 138 ist das Sicherheitsventil 120 vorgesehen. Das Sicherheitsventil 120 wird als Ganzes in einen Gehäusestutzen 144 eingesetzt. Über den Kaltwasserkanal 116 und den Kaltwasserausgang 114 ist das Sicherheitsventil 120 mit dem Kessel des Trinkwassererwärmers verbunden. Wenn der Druck in dem Kessel über einen vorgegebenen Schwellwert ansteigt, öffnet das Sicherheitsventil 120. Dann wird Wasser in den Entlastungsablauf 146 abgelassen. Der Entlastungsablauf 146 ist insbesondere im Schnitt in 11 sehr gut zu erkennen. Auch Sicherheitsventile sind allgemein bekannt. Das vorliegend eingesetzte Sicherheitsventil 120 muss daher nicht weiter beschrieben werden. Mit dem Sicherheitsventil 120 wird der Druck innerhalb des Kessels auf einen gewünschten Wert begrenzt.
Auf dem gegenüberliegenden Ende des Kaltwassereingangs 112 ist an dem Gehäuse 130 ein Stutzen 148 angeformt. Der Stutzen 148 bildet den Kaltwasserausgang 114. Man erkennt, dass der Druck am Kaltwasserausgang 148 und somit innerhalb des Kessels vom Sicherheitsventil 120 begrenzt wird.
Fluchtend mit der Längsachse des Sicherheitsventils 120 ist ein allgemein mit 154 bezeichnetes Temperatur-Steuerventil angeordnet.
Das Temperatur-Steuerventil 154 ist in 13 und 14 noch einmal im Detail dargestellt. Es umfasst einen Temperaturfühler 124. Der Temperaturfühler 124 ist im Wesentlichen ein langgestreckter Stab aus Wachs. Der Temperaturfühler 124 ist innerhalb eines Heißwasserzufuhrkanals 156 angeordnet. Der Heißwasserzufuhrkanal 156 mündet in einem Aufsatz 158, der auf einen Stutzen 160 des Gehäuses 130 aufgesetzt und mit Dichtungen abgedichtet ist. Der Heißwasserzufuhrkanal 156 mündet auf der Außenseite im Inneren des Kessels. Der Temperaturfühler 124 ragt in das Kesselinnere hinein. Mit steigender Wassertemperatur dehnt der Temperaturfühler 124 sich aus.
In einer koaxialen Bohrung 162 im Gehäuse 130 ist ein Kolben 164 verschieblich geführt. Der Kolben 164 ist in Richtung des Temperaturfühlers 124 mit der Federkraft einer Feder 170 beaufschlagt. Die Bohrung 162 ist mit dem Entlastungsablauf 146 verbunden. Dies ist in 14 dargestellt. Der Kolben 164 hat einen im Wesentlichen zylindrischen Querschnitt. An dem dem Temperaturfühler 124 zugewandten Ende des Kolbens 164 ist eine Ringdichtung 166 in einer Umfangsnut vorgesehen. Damit wird das Innere der Bohrung 162 bzw. der Entlastungsablauf 146 gegenüber dem Heißwasserzufuhrkanal 156 abgedichtet.
Die Bohrung 162 hat auf der Seite des Hohlraums 138 eine Ringschulter 168. Der Kolben 164 weist dort einen Ringvorsprung 169 auf. Die Ringschulter 168 begrenzt so die Kolbenbewegung des Kolbens 164 nach links in 13. Hinter dem Ringvorsprung 169 ist eine Ringnut mit einer Dichtung 172 vorgesehen. Im Bereich zwischen den Dichtungen 166 und 172 ist die Bohrung 162 etwas aufgeweitet, so dass ein Ringraum 176 um den Kolben 164 gebildet ist. Der Ringraum 176 steht mit dem Entlastungsablauf 146 in Verbindung. Dies ist in 14 zu erkennen. Die Dichtungen 166 und 172 bilden jeweils einen Ventilsitz, der mit der Innenwandung der Bohrung 162 zusammenwirkt.
Der Kolben 164 bildet einen nach rechts in 13 offenen Hohlraum 173. In dem Hohlraum 173 ist eine Feder 170 angeordnet. Die Feder 170 drückt auf die Innenseite der Endfläche 171 des Kolbens 164. Auf der anderen Seite drückt die Feder 170 gegen ein tellerförmiges Federwiderlager 180. Das Federwiderlager 180 ist gehäusefest. Das Federwiderlager 180 ist über Stege 183 mit einem Ventilsitzteil 181 verbunden. Das Ventilsitzteil 181 ist ein Einsatzteil, welches den Ventilsitz des Sicherheitsventils 120 bildet. Es kann von rechts in 13 in den für das Sicherheitsventil 120 vorgesehenen Stutzen 185 an dem Gehäuse 130 eingeschoben werden.
Die Feder 170 drückt den Kolben 164 mit dem Ringvorsprung 169 gegen die Ringschulter. Dadurch wird der Hohlraum 138 gegenüber der Bohrung 162 und dem Entlastungsablauf 146 abgeschlossen. Der Heißwasserzufuhrkanal 156 wird ebenfalls gegenüber der Bohrung 162 und dem Entlastungsablauf 146 abgeschlossen.
Wenn der Temperaturfühler 124 sich ausdehnt, drückt er mit einem Zapfen 182 auf den Kolben 164 und schiebt diesen entgegen der Federkraft der Feder 170 in Öffnungsrichtung nach rechts in den Darstellungen. Dadurch werden die beiden Teile des Steuerventils geöffnet. Das dem Temperaturfühler zugewandte Ende des Kolbens 164 endet im Bereich des Entlastungsablaufs 146. Heißes Wasser aus dem Kessel kann dann durch den Heißwasserzufuhrkanal 156 in den Entlastungsablauf 146 fließen.
Mit einer Bewegung des Kolbens 164 in Öffnungsrichtung öffnet sich auch der zweite Teil des Steuerventils. Dabei wird eine Verbindung zwischen dem Hohlraum 138 und der Bohrung 162 hergestellt, die weiterhin über den Ringraum 176 mit dem Entlastungsablauf 146 verbunden ist. Wie in 12 zu erkennen ist, ist der Kaltwasserkanal 116 entlang durch den Hohlraum 138 geführt. Der Hohlraum 138 ist also ständig mit kaltem Wasser gefüllt. Wenn das aus dem Kolben mit der Dichtung 172 gebildete Ventil öffnet, fließt kaltes Wasser in den Bereich der Bohrung 162. Die Bohrung 162 hat im Bereich zwischen den Dichtungen 166 und 172 einen größeren Durchmesser. Dadurch wird der Ringraum 176 gebildet. Das Kaltwasser kann problemlos am Kolben 164 vorbei in den Entlastungsablauf 146 fließen. Dort kühlt es das heiße Wasser, welches aus dem Heizwasserzufuhrkanal 156 bei gleicher, geöffneter Kolbenstellung an der Dichtung 166 vorbei in den Entlastungsablauf 146 fließt.
11 illustriert, wie der Entlastungsablauf 146 sowohl für Ausdehnungswasser des Sicherheitsventils 120, als auch für das Heiß- und Kaltwasser zur Temperaturregelung verwendet wird. Hierzu ist ein Ringkanal 196 vorgesehen, welcher eine Verbindung zwischen dem Sicherheitsventil 120 und dem Entlastungsablauf 146 herstellt.
Man erkennt in der Vergrößerung in 13 und 14, dass die Druck-wirksamen Endflächen des Kolbens 164 gleich sind. Auf die in den Darstellungen linke Endfläche wirkt der Kesseldruck über den Heißwasserzufuhrkanal 156. Auf die rechte Endfläche wirkt der Kesseldruck über den Kaltwasserkanal 116. Dadurch wird gewährleistet, dass unabhängig vom Kesseldruck immer eine Kompensation stattfindet und eine Bewegung des Kolbens ausschließlich bei Änderung der Temperatur, nicht aber bei Änderung des Kesseldrucks erfolgt.
Bei einigen Anwendungen ist es vorgesehen, dass der Doppelkolben entsprechend der Norm entlüftet wird. Dies ist insbesondere sinnvoll, wenn statt eines Ausdehnungsgefäßes ein Luftpolster im Kessel verwendet wird. Für die Entlüftung ist ein handbetätigter Griff 195 vorgesehen, welcher über eine Spindel 197 mit einem Hebel 199 verbunden ist. Der Hebel hat eine Excentermitnahme. Bei Drehung des Griffs um etwa 90° verschiebt der Hebel den Kolben 164 nach rechts in der Darstellung und öffnet so den Kolben.
3. Ausführungsbeispiel
Dieses Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem 2. Ausführungsbeispiel und braucht daher hier nicht erneut detailliert beschrieben werden. Die Entlüftung ist jedoch anders als bei dem 2. Ausführungsbeispiel ausgebildet. Bei der Entlüftung mittels Excentermitnahme wird der Kolben bewegt und sowohl die Kaltwasserseite, als auch die Heißwasserseite werden geöffnet. Es läuft immer zumindest Wasser von der Kaltwasserseite ab. Es ist daher nicht zu erkennen, wann der Entlüftungsvorgang beendet ist. Mit der Ausgestaltung der Erfindung gemäß 3. Ausführungsbeispiel wird nur die Heißwasserseite geöffnet. Dies ist in den 15 bis 19 dargestellt.
Die allgemein mit 210 bezeichnete Entlüftungsanordnung sitzt in einem Stutzen 212, der an das Gehäuse 214 der Anordnung angeformt ist. Der Stutzen 212 sitzt oberhalb des Temperaturfühlers 216 und des Kolbens 218. Der Innenraum des Stutzens 212 ist mit dem Heißwasserzufuhrkanal 220 und der Bohrung 222 verbunden, in welcher der Kolben 218 verschieblich geführt ist.
16 und 17 zeigen die Entlüftungsanordnung 210 noch einmal im Detail. In dem Stutzen 212 ist eine Ventilspindel 224 angeordnet. Die Form der Ventilspindel 224 ist in 19 gut zu erkennen. Die Ventilspindel 224 ist am oberen Ende mit einem Griff 226 verbunden. Hierzu ist ein Pin 228 vorgesehen. Der Pin 228 bildet eine Drehachse, um welche der Griff 226 gedreht werden kann. Dabei wird die Ventilspindel 224 nach oben bzw. unten bewegt.
Die Ventilspindel 224 ist in einem gehäusefesten Führungskörper 230 geführt. Der Führungskörper 230 ist mit einer Dichtung 232 in den Stutzen 212 eingeschraubt. Der Führungskörper 230 ist mit einem nach unten offenen Ringraum 234 versehen. In dem Ringraum 234 sitzt eine Feder 236. Der Führungskörper 230 bildet am oberen, geschlossenen Ende des Ringraums 234 ein Federwiderlager für die Feder 236. Die Feder 236 drückt mit dem unteren Ende von oben auf einen Ringvorsprung 238, der im unteren Bereich an die Ventilspindel 224 angeformt ist. Auf diese Weise drückt die Feder die Ventilspindel 224 nach unten.
Die Ventilspindel 224 weist eine Ventildichtung 240 auf, die unterhalb des Ringvorsprungs 238 um die Ventilspindel herum angeordnet ist. Die Ventildichtung 224 bildet mit einem Ventilsitz 242 das Entlüftungsventil. Der Ventilsitz 242 ist innerhalb des Gehäusestutzens 212 an das Gehäuse angeformt. Über das Entlüftungsventil wird eine Verbindung zwischen dem Heißwasserkanal 220 und dem Entlastungsablauf 246 hergestellt. Dabei öffnet das Entlüftungsventil die Verbindung zwischen dem Heißwasserkanal 220 und einem Durchgang 244, der mit dem Hohlraum 248 um den Kolben in Verbindung steht. Mit anderen Worten: wenn das Entlüftungsventil geöffnet ist, entweicht Luft und/oder Wasser über den Heißwasserkanal 220 durch das Entlüftungsventil in den Kanal 244. Von dort aus gelangt es in den Hohlraum 248 und anschließend in den Entlastungsablauf 246. Der Kolben 218 wird dabei nicht bewegt. Die Verbindung zwischen Kaltwassereinlass und Entlastungsablauf 246 bleibt geschlossen.
17 zeigt das Entlüftungsventil in geöffnetem Zustand. Man erkennt, dass das in 17 rechte Ende des Griffs 226 nach oben gezogen ist. Dabei rotiert der Griff um den Pin 228 und zieht die Ventilspindel 224 gegen die Federkraft der Feder 236 nach oben. Das Entlüftungsventil öffnet.
In der Ventilspindel 224 ist in Längsrichtung eine Steuerbohrung 250 vorgesehen. Die Steuerbohrung 250 verbindet den Heißwasserkanal 220 mit einer Querbohrung 252. Die Querbohrung 252 ist oberhalb zwischen Ringdichtungen 254 und 256 zwischen Ventilspindel 224 und Führungskörper 230 vorgesehen. Oberhalb der Ringdichtung 256 herrscht somit Kesseldruck. Die Ringdichtung 256 hat den gleichen druckwirksamen Querschnitt, wie die Ventildichtung 240 des Entlüftungsventils. Auf die Ventildichtung 240 wirkt der Kesseldruck von unten. Da die druckwirksamen Querschnitte gleich sind, wird der auf die Ventilspindel 224 wirkende Kesseldruck vollständig kompensiert. Effektiv wirken nur die Federkraft und ggf. die Hebelkraft des Griffs 226. Die Anordnung arbeitet daher druckunabhängig und kann auch bei hohen Drücken eingesetzt werden.

Claims

Anordnung zur Steuerung der Temperatur in einem beheizbaren Kessel eines Trinkwassererwärmers, enthaltend: (a) einen Kaltwassereingang (12; 112); (b) einen an den Kessel anschließbaren Kaltwasserausgang (14; 114) zum Nachfüllen des Kessels mit kaltem Wasser; (c) einen Entlastungsablauf (46; 146) zum Auslassen von heißem Wasser aus dem Kessel; (d) eine Verbindung (16, 72, 62; 138, 162) zwischen dem Kaltwassereingang und dem Entlastungsablauf (46; 146); und (e) ein Steuerventil (64, 66, 76; 164, 166, 172) im Bereich der Verbindung zwischen dem Kaltwassereingang (12; 112) und dem Entlastungsablauf (46; 146) zur Steuerung des Zuflusses von kaltem Wasser in den Entlastungsablauf (46; 146) nach Maßgabe der in dem Kessel herrschenden Temperatur; dadurch gekennzeichnet, dass (f) das Steuerventil einen federbelasteten Kolben (64; 164) umfasst, der in einem zylindrischen Hohlraum (62, 72; 162) axialbeweglich geführt ist, wobei (g) der Kolben (64; 164) einerseits zur Steuerung des Heißwasserstroms aus dem Kessel mit einem ersten Ventilsitz (66; 166) zusammenwirkt, welcher zwischen dem zylindrischen Hohlraum (62; 162) und dem Kessel vorgesehen ist, und (h) der Kolben (64; 164) andererseits zur Steuerung des Kaltwasserstroms mit einem zweiten Ventilsitz (80; 172) zusammenwirkt, welcher zwischen dem Kaltwassereingang (12; 112) und dem Entlastungsablauf (46; 146) vorgesehen ist.
Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Heißwasserzufuhrkanal (56) zur Verbindung mit dem Kessel, wobei der Heißwasserzufuhrkanal (56) mit dem zylindrischen Hohlraum (62, 72) fluchtet und einen geringeren Durchmesser aufweist, und wobei der zweite Ventilsitz von einer dadurch entstehenden Schulter (78) gebildet wird.
Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse des Heißwasserzufuhrkanals (56) und des damit fluchtenden zylindrischen Hohlraums (62, 72) senkrecht zur Längsachse eines durchgängigen Kaltwasserkanals (16) zwischen Kaltwassereingang (12) und Kaltwasserausgang (14) verläuft.
Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse des Entlastungsablaufs (46) senkrecht zur Längsachse des Heißwasserzufuhrkanals (56) und parallel zur Längsachse des Kaltwasserkanals (16) verläuft.
Anordnung nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (64; 164) in den gegenüberliegenden Endbereichen jeweils eine Ringdichtung (66, 76; 166, 172) aufweist, zwischen denen ein Ringraum (84; 176) um den Kolben gebildet ist, welcher bei geöffnetem Steuerventil eine Verbindung zwischen dem Kaltwassereingang (12, 16; 112, 116) und/oder dem zylindrischen Hohlraum (62, 72; 162) und dem Entlastungsablauf (46; 146) herstellt.
Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die für den Wasserdruck wirksamen Endflächen des Kolbens (64; 164) gleich sind.
Anordnung nach einem der vorgehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen in Strömungsrichtung öffnenden Rückflussverhinderer (40; 140) im Bereich des Kaltwassereingangs (12; 112).
Anordnung nach einem der vorgehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Anschluss (26) für ein Druckausdehnungsgefäß, welcher mit dem zylindrischen Hohlraum (62, 72) in Verbindung steht.
Anordnung nach einem der vorgehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Druckminderer (18) zur Steuerung des Eingangsdrucks am Kaltwassereingang.
Anordnung nach einem der vorgehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Sicherheitsventil (20; 120) im Bereich des Kaltwasserausgangs, welches bei Überdruck eine Verbindung zwischen Kaltwasserausgang (14; 114) und Entlastungsablauf (46; 146) öffnet.
Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Entlüftungsventil zum Entlüften des Kessels vorgesehen ist, über welches eine Verbindung zwischen dem Kessel und dem Entlastungsablauf herstellbar ist, wenn der Kolben in geschlossener Stellung ist.