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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Begrenzung der Temperatur in einem beheizbaren Kessel eines Trinkwassererwärmers, enthaltend:
- (a) einen Kaltwassereinlass;
- (b) einen an den Kessel anschließbaren Kaltwasserauslass zum Nachfüllen des Kessels mit kaltem Wasser;
- (c) einen Ablauf; und
- (d) ein zwischen einem Kesselauslass und dem Ablauf angeordnetes Steuerventil zur Steuerung des Abflusses von heißem Wasser aus dem Kessel über den Ablauf nach Maßgabe der in dem Kessel herrschenden Temperatur.
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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.
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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.
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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. Dies ist zu vermeiden. Bei bekannten Anordnungen 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.
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Anordnungen, mit welchen dem Überlaufwasser kaltes Wasser beigemischt wird, sind aus
DE 20 2012 100 069 U1 und
DE 20 2012 104 167 U1 bekannt. Bei diesen Anordnungen ist eine Verbindung zwischen dem Kaltwassereinlass und dem Entlastungsablauf vorgesehen und ein Steuerventil im Bereich der Verbindung zwischen dem Kaltwassereinlass und dem Entlastungsablauf steuert den Zufluss von kaltem Wasser in den Entlastungsablauf nach Maßgabe der in dem Kessel herrschenden Temperatur. Bei der bekannten Anordnung wird frisches Trinkwasser direkt in das Abwasser geleitet. Das ist Verschwendung von Trinkwasser. Außerdem bleibt die Wärmeenergie des abgelassenen, heißen Wassers ungenutzt.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Ressourcen-schonendere Anordnung der eingangs genannten Art zu schaffen.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass
- (e) die Kaltwasser-Strömung vom Kaltwassereinlass zum Kaltwasserauslass von dem durch das Steuerventil ausgelassenen heißen Wasser vollständig getrennt ist; und
- (f) die Kaltwasser-Strömung an dem Steuerventil und/oder der Heißwasser-Strömung durch das Gehäuse vorbei geführt wird, so dass Wärme von dem heißen Wasser, welches durch das Steuerventil abfließt, auf das Wasser in der Kaltwasser-Strömung übertragen wird,
- (g) wobei die Kaltwasser-Strömung zumindest abschnittsweise nur durch eine Wandung getrennt ist.
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Heißes Wasser, welches bei Überhitzung des Kessels zum Entlastungsablauf fließt, wird gekühlt, aber es fließt kein frisches und sauberes, kaltes Wasser direkt in das Abwasser. Das kalte Wasser wird vielmehr nach einem Wärmetausch in den Kessel eingespeist und dort weiter genutzt. Der Wärmetausch ist in der Weise ausgelegt, dass dem überlaufenden, heißen Wasser soviel Wärme entzogen wird, dass die Rohre nicht schmilzen. Die Wärme wird auf das kalte Wasser aus der Frischwasserversorgung übertragen und so dem System zurückgeführt.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Kaltwasser durch einen Ringkanal fließt, welcher um einen Zentralkanal oder Hohlraum herum angeordnet ist und von dieser durch die Wandung getrennt ist. Vorzugsweise ist die Wandung aus einem sehr gut wärmeleitenden Material. Eine solche Anordnung ist sehr kompakt und ermöglicht einen guten Wärmeübergang durch eine vergleichsweise große Kontaktfläche.
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Bei einer bevorzugten Variante der Erfindung umfasst das Steuerventil einen Ventilschließkörper, welcher mit einem gehäusefesten Ventilsitz zusammenwirkt, wobei der Ventilschließkörper von einem Fühler mit temperaturabhängiger Länge bewegbar ist. Das Steuerventil weist im installierten Zustand einen in das Innere des Kessels ragenden Fühler auf, bei dessen temperaturbedingter Längenänderung das Steuerventil öffnet oder schließt. Ein solcher Fühler kann beispielsweise von einem Wachsfühler gebildet sein. Das Ventil arbeitet ohne zusätzliche Elektronik und ist daher nur wenig fehleranfällig.
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Eine besonders kompakte Anordnung wird erreicht, wenn vorgesehen ist, dass
- (a) der Fühler langgestreckt ausgebildet ist;
- (b) die Längsachse des Fühlers sich in Bewegungsrichtung des Ventilschließkörpers erstreckt; und
- (c) die Längsachse des Fühlers sich quer zur Verbindungachse zwischen Kaltwassereinlass und Kaltwasserauslass erstreckt.
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Dabei können die Längsachse des Fühlers und die Verbindungsachse zwischen Kaltwassereinlass und Kaltwasserauslass versetzt zueinander angeordnet sein und müssen nicht zwingend in einer Ebene liegen.
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Eine Kombinationsarmatur sieht vor, dass ein Druckminderer im Strömungsweg vor dem Kaltwasserauslass angeordnet ist. Eine solche Anordnung hat eine geringere Baulänge, als bei Verwendung eines separat zu installierenden Druckminderers.
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Besonders bevorzugt ist, dass ein Sicherheitsventil vorgesehen ist, welches bei einer Druckerhöhung im Kessel über einen Schwellwert öffnet. Das Sicherheitsventil kann früher öffnen, als das Steuerventil.
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Eine besonders kompakte Anordnung sieht vor, dass das Sicherheitsventil in einem Stutzen angeordnet ist, der parallel zur Öffnungsrichtung des Steuerventils und quer zur Verbindungsachse zwischen Kaltwassereinlass und Kaltwasserauslass an das Gehäuse angeformt ist. Es versteht sich, dass das Gehäuse auch mehrteilig ausgebildet sein kann und der Stutzen nicht angeformt, sondern beispielsweise eingesteckt oder eingeschraubt ist.
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Vorzugsweise ist in dem Stutzen ein Zentralkanal mit einem Rückflussverhinderer vorgesehen. Wasser kann in dem Zentralkanal durch den Rückflussverhinderer zum Sicherheitsventil fließen und bei geöffnetem Sicherheitsventil durch einen darum herum liegenden Ringkanal oder einen anderen Kanal ablaufen.
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Insbesondere kann das Sicherheitsventil einen Ablauf aufweist, der an den gleichen Trichter angeschlossen ist, wie der Ablauf des Steuerventils. Dann ist nur ein Trichter und nur ein Anschluss, beispielsweise an das Abwasser, erforderlich.
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Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein Geruchsverschluss im Anschluss an das Abwasser vorgesehen. Der Geruchsverschluss kann von einem Ventil oder Siphon gebildet sein.
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Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Ausführungsbeispiele sind nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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- 1 ist eine perspektivische Darstellung einer Anordnung zur Steuerung von Druck und Temperatur im Kessel eines Trinkwassererwärmers mit einer Absperrung, einem integrierten Druckminderer und einem Sicherheitsventil.
- 2 zeigt die Anordnung aus 1 aus einer anderen Perspektive.
- 3 ist eine Seitenansicht der Anordnung aus 1.
- 4 ist eine Draufsicht auf die Anordnung aus 1.
- 5 ist ein Vertikalschnitt durch die Anordnung aus 1 entlang einer 4 illustrierten Schnittachse A-A.
- 6 ist ein Vertikalschnitt durch die Anordnung aus 1 entlang einer 4 illustrierten Schnittachse C-C.
- 7 ist ein Vertikalschnitt durch die Anordnung aus 1 entlang einer in 4 illustrierten Schnittachse E-E.
- 8 ist eine Vorderansicht der Anordnung aus 1.
- 9 ist ein Vertikalschnitt durch die Anordnung aus 1 entlang der in 8 illustrierten Schnittachse F-F.
- 10 ist ein Ausschnitt X aus dem Schnitt A-A in 5 mit dem Steuerventil im Detail.
- 11 ist ein Ausschnitt aus dem Schnitt E-E mit dem Sicherheitsventil in auseinandergezogener Form.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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Die Figuren zeigen eine allgemein mit 10 bezeichnete Anordnung zur Steuerung von Druck und Temperatur im Kessel eines Trinkwassererwärmers. Die Anordnung weist einen Kaltwassereinlass 14 für kaltes Trinkwasser auf. Der Kaltwassereinlass 14 wird über eine Zulaufrohrleitung mit einer Trinkwasserversorgung (nicht dargestellt) verbunden.
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Die Anordnung 10 weist ferner einen Kaltwasserauslass 18 auf. Der Kaltwassereinlass 14 fluchtet im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit dem Kaltwasserauslass 18. Es versteht sich, dass auch andere Geometrien verwendet werden können. Der Kaltwasserauslass 18 wird über eine Verbindungsleitung mit einem Kaltwasserzulaufanschluss im unteren Bereich des Kessels verbunden. Mit dem am Kaltwasserauslass 18 austretenden Wasser kann der Kessel gefüllt und nachgefüllt werden. Heißes Wasser kann in üblicher Weise über einen Heißwasserabgang im oberen Bereich aus dem Trinkwassererwärmer entnommen werden.
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In der Anordnung 10 ist ein nachstehend detailliert erläuterter Druckminderer 16 integriert. Dieser ist in 5 gut erkennbar. Mit dem Druckminderer 16 wird der Druck auf einen konstanten Wert geregelt. Des Weiteren weist die Anordnung 10 eine Absperrung 20 und ein Sicherheitsventil 12 auf. Ein Temperaturfühler, der hier als Wachsfühler 34 ausgebildet ist, ist mit einem nachstehend näher beschriebenen Steuerventil 32 verbunden. Das Steuerventil 32 ist in 6 im Detail dargestellt. Über das Steuerventil 32 wird bei Überschreitung eines Temperatur-Schwellwerts Wasser abgelassen. Hierzu ist ein Ablauftrichter 22 vorgesehen, über den auch Wasser ablaufen kann, welches aus dem Sicherheitsventil 12 austritt.
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Alle Funktionalitäten der Anordnung 10 sind in einem gemeinsamen Gehäuse 26 verwirklicht. An dem Gehäuse 26 sind der Kaltwassereinlass 14 und Kaltwasserauslass 18 in Form von seitlichen Stutzen angeformt. Das Gehäuse 26 erstreckt sich im wesentlichen zylindrisch um eine horizontale Verbindungsachse zwischen Kaltwassereinlass 14 und Kaltwasserauslass 18. Das Gehäuse 26 ist aus einem kostengünstigen Material, im vorliegenden Ausführungsbeispiel Kunststoff, gefertigt. Ein außen um das Gehäuse vorgesehener Kranz aus metallischen Verstärkungsrippen 24, die sich parallel zur Verbindungsachse zwischen Kaltwassereinlass 14 und Kaltwasserauslass 18 erstrecken, dient zur Stabilisierung des Gehäuses 26.
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Grundsätzlich ist jedes Steuerventil 32 an dieser Stelle geeignet, welches Wasser in Abhängigkeit von der Temperatur auslässt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein Steuerventil 32 mit einem Wachsfühler 34 verwendet. Der Wachsfühler 34 erstreckt sich in das in dem Kessel befindliche heiße Wasser. Die Länge des Wachsfühlers ist temperaturabhängig. Bei hohen Temperaturen dehnt sich das Wachs aus. Dann drückt der Wachsfühler 34 auf der dem Kessel abgewandten Seite über eine Spindel 30 auf einen federbeaufschlagten Ventilschließkörper 36. Dies ist in 6 gut zu erkennen. Der mit einer Federkraft beaufschlagte Ventilschließkörper 36 wirkt mit einem gehäusefesten Ventilsitz 38 zusammen. Ein Stellgriff 48 dient zum Anlüften der Anordnung.
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Der Wachsfühler 34 ist derart dimensioniert und von dem Ventilschließkörper 36 beabstandet, dass er bei einem Temperaturschwellwert gerade die Spindel 30 berührt. Steigt die Wassertemperatur im Kessel weiter an, wird mit der Spindel 30 das von Ventilschließkörper 36 und Ventilsitz 38 gebildete Steuerventil 32 durch den Druck des Wachsfühlers 34 in Richtung des Stellgriffs 48 geöffnet. Heißes Wasser kann durch den Anschlussstutzen 40 an dem Wachsfühler 34 vorbei durch das geöffnete Steuerventil 32 fließen. Bei Überdruck öffnet das Ventil 32 ebenfalls.
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Der Weg des aus dem Kessel abgelassenen, heißen Wassers ist durch Pfeile 42 in 6 illustriert. Der Anschlussstutzen 40 ist mit einer Dichtung auf das Gehäuse 26 aufgesteckt. Der Wachsfühler 34 ist durch einen Anschlussstutzen 40 in das Gehäuse 26 geführt. Dabei bildet das Gehäuse 26 eine Führung in Form von Rippen 44. Ein Ring 46 ist außen an den Wachsfühler 34 angeformt, der sich im zusammengebauten Zustand auf der dem Steuerventil 32 zugewandten Seite der Rippen 44 befindet. Der Ring 46 verhindert, dass der Wachsfühler 34 aus dem Gehäuse 26 bewegt werden kann.
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Das im Gehäuse 26 befindliche Ende 52 des Wachsfühlers 34 drückt auf ein Ende der Spindel 30. Das Gehäuse 26 bildet eine Spindelführung in Form von Führungsrippen 56. Ein Ring 54 ist auf der dem Steuerventil 32 zugewandten Seite der Führungsrippen 56 außen an die Spindel 30 angeformt. Der Ring 54 verhindert, dass die Spindel 30 aus dem Gehäuse 26 bewegt werden kann.
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Das Gehäuse 26 bildet um den Wachsfühler 34 und die Spindel 30 herum einen breiten Hohlraum 50, der sich vom Anschlussstutzen 40 über den Zwischenraum der Rippen 40 und der Führungsrippen 56 bis zu dem Bereich vor dem Steuerventil 32 erstreckt. In diesem Hohlraum 50 sammelt sich heißes Wasser. Wenn die Temperatur im Kessel steigt, dehnt sich der Wachsfühler 34 aus. Dann öffnet das Steuerventil 32. Das Wasser aus dem Hohlraum 50 kann über eine Gehäusebohrung 58 durch einen Ablaufstutzen 60 und den Ablauftrichter 22 nach unten ablaufen. Dies ist durch einen Pfeil 62 illustriert.
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Neben dem heißen Wasser aus dem Kessel fließt auch kaltes Wasser vom Kaltwassereinlass 14 zum Kaltwasserauslass 18 durch das Gehäuse 26. Der Weg des kalten Wassers ist durch Pfeile 64 im Schnitt A-A in 5 illustriert. Hinter dem Kaltwassereinlass 14 ist eine Absperrung 20 in Form eines handbetätigten Kugelhahns angeordnet. Hinter der Absperrung 20 sitzt das Steuerventil 32 und der Wachsfühler 34. In 1 ist gut zu erkennen, dass sich die Längsachse des Wachsfühlers 34 und die Öffnungsrichtung des Steuerventils 32 senkrecht zur Verbindungsachse zwischen Kaltwassereinlass 14 und Kaltwasserauslass 18 des Gehäuses 26 erstrecken.
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Die entlang der Verbindungsachse geführte Strömung ist durch einen Durchgangskanal 66 unterhalb der Spindel 30 geführt. Der Durchgangskanal 66 ist mit einem Ringkanal 68 verbunden. Der Ringkanal 68 ist in 5 und 6 gut zu erkennen. Der Ringkanal 68 erstreckt sich um den Hohlraum 50 herum und ist durch eine Wandung 70 von diesem getrennt. Die Wandung 70 besteht aus einem gut wärmeleitendem Material. Es erfolgt ein Wärmeübergang zwischen dem zunächst heißen Wasser im Hohlraum 50 und dem kalten Wasser im Ringkanal 68. Das bedeutet, dass das heiße Wasser im Hohlraum 50 durch das Wasser im Ringkanal 68 gekühlt wird.
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Wenn das Steuerventil 32 öffnet und heißes Wasser abfließt, fließt zunächst Wasser aus dem Hohlraum 50 ab, dessen Temperatur bereits durch diese Kühlung deutlich niedriger ist, als das Wasser, welches direkt aus dem Kessel kommt. Dadurch wird erreicht, dass Wasser mit niedrigeren Temperaturen durch den Ablauftrichter 22 fließt und der Kunststoff nicht schmilzt. Das gekühlte Wasser kann durch das Steuerventil 32 abfließen, ohne dass kaltes Wasser zugemischt werden muss.
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Stromabwärts zum Steuerventil 32 ist der Druckminderer 16 im Strömungsweg hinter dem Durchgangskanal 66 angeordnet. Dies ist in 5 und 7 gut zu erkennen. Das Wasser fließt durch Zwischenräume zwischen Rippen 72 zum Druckmindererventil 74. Wenn der Druck am Kaltwasserauslass 18 unter den eingestellten Schwellwert abfällt, öffnet das Druckmindererventil 74 und Wasser fließt in Richtung der Pfeile 76 zum Kaltwasserauslass 18. Mit dem aus dem Stand der Technik im Übrigen bekannten Druckminderer 16 wird der Ausgangsdruck auf einen konstanten Wert geregelt.
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Das Sicherheitsventil 12 ist in einem Stutzen 78 angeordnet, der parallel zur Öffnungsrichtung des Steuerventils 32 und quer zur Verbindungsachse zwischen Kaltwassereinlass 14 und Kaltwasserauslass 18 an das Gehäuse 26 angeformt ist. Der Stutzen 78 ist in 5 und 7 gut zu erkennen. In dem Stutzen 78 ist ein Zentralkanal 80 vorgesehen. Um den Zentralkanal 80 herum ist ein Ringkanal 82 angeordnet. Der Ringkanal 82 ist von dem Zentralkanal 80 durch eine Wandung 84 getrennt.
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In dem Zentralkanal 80 ist ein Rückflussverhinderer 86 angeordnet. Der Rückflussverhinderer 86 öffnet in horizontaler Richtung des freien Endes des Stutzens 78. In der Verlängerung des Rückflussverhinderers 86 sitzt das Sicherheitsventil 12. Dies ist in 7 gut zu erkennen. Wenn der Druck im Kessel und somit im Kaltwasserauslass 18 ansteigt, öffnet das Sicherheitsventil 12. Wasser kann über eine Ablaufleitung 88 nach unten zum Trichter 22 abfließen, bis der Druck im Kessel wieder einen gewünschten Wert erreicht. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Ablaufleitung 88 an den gleichen Trichter 22 angeschlossen, wie die Ablaufleitung am Ablaufstutzen 58 des Steuerventils 32. Es versteht sich, dass auch ein eigener Trichter vorgesehen sein kann.
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Die beschriebene Anordnung arbeitet wie folgt:
- Solange die Temperatur des Wassers im Kessel unterhalb eines Schwellwertes bleibt, ist das Steuerventil 32 geschlossen. Es fließt kein Wasser nach unten in den Ablauf 58. Wenn die Temperatur des Wassers im Kessel sich über den Schwellwert erhitzt, öffnet das Steuerventil und Wasser fließt durch das Steuerventil 32. Das heiße Wasser fließt in den Ablauftrichter 22. Dieser ist über einen an sich bekannten Geruchsverschluss mit dem Abwasser verbunden.
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Kaltes Wasser fließt durch den Kaltwassereinlass 14 in das Innere des Gehäuses 26. Auf diesem Strömungsweg umspült das kalte Wasser den Bereich um das Steuerventil. Dabei gibt das heiße Wasser einen Teil seiner Wärme an das kalte Wasser ab. Die Anordnung 10 bildet auf diese Weise einen Wärmetauscher, der dem heißen Wasser vor dem Eintritt die Abflussrohre Wärme entzieht und dem Kaltwasser zuführt.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wurden konkrete Komponenten und Strömungswege beschrieben. Es versteht sich, dass auch jeder andere Wärmetauscher geeignet sein kann und der Schutzumfang des vorliegenden Schutzrechts nicht durch die Beschreibung des konkreten Wärmetauschers in diesem Ausführungsbeispiel beschränkt ist. Der Schutzumfang wird durch den Gegenstand der beigefügten Ansprüche definiert. Die fachkundige Person kennt geeignete Wärmetauscher, welche den hier aufgeführten Zweck ebenfalls erfüllen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202012100069 U1 [0005]
- DE 202012104167 U1 [0005]