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Dokumentenidentifikation DE19830761C2 16.11.2000
Titel Warm- oder Heißwassererzeuger
Anmelder Helmut Bälz GmbH, 74076 Heilbronn, DE
Erfinder Hesselbacher, Hans, Dipl.-Ing., 74199 Untergruppenbach, DE
Vertreter Rüger und Kollegen, 73728 Esslingen
DE-Anmeldedatum 09.07.1998
DE-Aktenzeichen 19830761
Offenlegungstag 13.01.2000
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 16.11.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 16.11.2000
IPC-Hauptklasse F24D 3/00
IPC-Nebenklasse F24D 19/10   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Warm- oder Heißwassererzeuger, sowie eine warm- oder heißwassergespeiste Einrichtung mit Wassererwärmung durch direkte Dampfeinleitung.

Zum Transport von Prozesswärme über größere Distanzen wird wegen des hohen Energiegehalts meist Dampf verwendet, der unter relativ hohem Druck steht und eine Temperatur deutlich über 100°C aufweist. Für viele Anwendungszwecke sind Energiegehalt und Druck des Dampfs zu hoch. Insbesondere Heizungssysteme werden deshalb meist mit Warmwasser als Wärmeträger betrieben. Deshalb ist es erforderlich, die in dem Dampf enthaltene Wärmeenergie an einer geeigneten Schnittstelle auf das als Wärmeträger verwendete Wasser zu übertragen. Dazu ist es bekannt, Dampf in einen Primärwasserkreislauf einzuleiten. Der Primärwasserkreislauf wird mittels einer Pumpe aufrecht erhalten und beheizt einen Wärmetauscher an den ausgangsseitig ein Sekundärkreislauf mit Heizkörpern als Wärmeverbraucher angeschlossen ist.

Es zeigt sich, dass die Mischung von Dampf und Wasser wegen des großen Energieunterschieds zwischen Dampf und Wasser kritisch ist. Es können plötzliche Verdampfungs- oder Kondensationserscheinungen auftreten, die als Betriebsgeräusche in Erscheinung treten und die Akzeptanz von Anlagen mit direkter Einleitung von Dampf in Wasser vermindern.

Das Mischen von Dampf mit Wasser mittels einer Strahlpumpe geht aus der GB 222899 hervor. Die Strahlpumpe ist in eine eine Rückschlagklappe umgehende Bypassleitung einer Rohrleitung eingebaut. Ein vor der Rückschlagklappe liegender Abzweig führt zu dem Sauganschluss der Strahlpumpe, während deren Ausgang zu einem hinter der Rückschlagklappe liegenden Abzweig der Rohrleitung führt. Der Dampfanschluss der Strahlpumpe ist mit einem Regulierventil versehen, das von einem vor den Sauganschluss liegenden Thermometer betätigt wird. Kälter zufliessendes Wasser führt zu einem höheren Dampfzustrom.

Die Mischung von Dampf und Wasser kann dazu führen, dass Dampfblasen in die Wasserleitung eingetragen werden und dort Geräusche erzeugen.

Aus der DE 31 25 583 C2 ist die Heizung von Wärmeverbrauchern mittels Warmwasser bekannt, das mittels einer Strahlpumpe aus Rücklaufwasser erzeugt worden ist, das mittels Heißwassers oder Dampf in der Strahlpumpe erhitzt wird. Die Strahlpumpe ist mit einem Stellorgan versehen, über das der Dampfzutritt regulierbar ist.

Maßnahmen zur Reduzierung von Betriebsgeräuschen sind nicht ersichtlich.

Auch aus der DE 44 32 464 A1 ist die Erwärmung von Wasser mittels Dampf bekannt. Zur Einleitung des Dampfs in das Wasser dient ein sogenannter Injektor mit einem Strömungsteiler, der zur Zerteilung von Dampfbläschen dienen soll. Die Ausbildung des Injektors und des Strömungsteilers wird nicht weiter erläutert. Der Injektor ist in einem Wasserkreislauf angeordnet, der über eine elektrische Pumpe aufrecht erhalten wird. Die Regulierung der Dampfzufuhr erfolgt durch außentemperaturgeregeltes Auslassen von Wasser aus dem Wasserkreislauf.

Das Mengenverhältnis von Wasser und Dampf wird bei der Mischung durch die Außentemperatur bestimmt.

Auch aus der DE 37 07 678 A1 ist die Erwärmung von Wasser durch direkte Einleitung von Dampf in einem geeigneten Mischgefäß bekannt. Wie bei dem vorstehend diskutierten Stand der Technik erfolgt die Regulierung der zuströmenden Dampfmenge durch gezieltes Auslassen von Wasser aus dem das Mischgefäß enthaltenden Kreislauf. Das Mengenverhältnis von Dampf und Wasser stellt sich anhand der Außentemperatur sowie ggfs. weiterer gemessener Parameter ein.

Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, einen geräuscharm arbeitenden Warm- oder Heißwassererzeuger, bzw. ein solches Warm- oder Heißwasser zu speisendes System zu schaffen.

Diese Aufgabe wird mit dem Warm- oder Heißwassererzeuger mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. der warm- oder heißwassergespeisten Einrichtung nach Anspruch 12 gelöst.

Der erfindungsgemäße Heißwassererzeuger bzw. die erfindungsgemäße Einrichtung beinhaltet eine Mischeinrichtung, mit der Dampf in zu erwärmendes Wasser eingeleitet wird, sowie ein Regelorgan und/oder eine Regeleinrichtung, mit der das Verhältnis von Dampfmenge zu Wassermenge und/oder der Druck des entstehenden Gemischs aus Dampf und Wasser regulierbar ist. Das erzeugte Warmwasser kann sowohl zur Beheizung von Wärmeverbrauchern im Kreislauf geführt als auch direkt oder indirekt genutzt werden, wobei auch Wasserentnahme (zapfen) des Wassers möglich sein kann.

Zur Erfassung und Überwachung des Zustands des Gemischs aus Dampf und Wasser dient eine Sensoreinrichtung in oder an dem Mischausgang der Mischeinrichtung oder in einem gewissen Abstand stromabwärts zu dieser. Das Gemisch aus Dampf und Wasser enthält mehr oder weniger große Dampfblasen, die in dem Wasser kondensieren. Durch die Überwachung des Zustands des Gemischs kann das Gemisch, in dem noch Dampfblasen existieren und in dem noch kein ausreichender Energieausgleich stattgefunden hat, auf einen eingrenzbaren vorbestimmten Bereich konzentriert werden. Es kann, mit anderen Worten verhindert werden, dass Dampfblasen in das Heizungssystem verschleppt werden und dort durch plötzliche Implosionen Dampfschläge verursachen. Erst recht wird das Vordringen größerer Dampfmengen in das Heizungssystem verhindert, die zu explosionsartigen Verdampfungen von Wasserresten führen könnten.

Es wird dadurch nicht nur ein geräuscharmer oder geräuschfreier Betrieb erreicht, sondern darüberhinaus ein Betrieb, der Druckstöße von der Anlage fernhält. Dies reduziert den Verschleiß der Anlage und hebt nicht nur deren Akzeptanz, sondern auch deren technische Zuverlässigkeit deutlich an.

Ein einfaches Verfahren zur Überwachung des Zustands des Gemischs aus Dampf und Wasser ist die Überwachung der elektrischen Leitfähigkeit des entstehenden Gemischs. Dazu kann ein Leitfähigkeitssensor vorgesehen werden, der seine Messung bspw. auf einen kleinen Ausschnitt des vorhandenen Kanalquerschnitts, d. h. auf einen Probequerschnitt beschränkt. Enthält das vorbeiströmende Gemisch Dampfblasen und gelangen diese zu dem Leitfähigkeitssensor, ändert sich die erfasste Leitfähigkeit abrupt. Dampf hat eine wesentlich geringere elektrische Leitfähigkeit als Wasser, was eine klare Unterscheidung gestattet.

Die Leitfähigkeit kann alternativ auch über einen größeren Rohrquerschnitt oder eine längs zur Strömung verlaufende Strecke gemessen werden. Sind in dem Dampf/- Wasser-Gemisch größere Dampfblasen vorhanden, vermindert dies die Leitfähigkeit, was als entsprechendes elektrisches Signal erfassbar ist. Werden die Dampfblasen zu groß, sinkt die Leitfähigkeit unter einen Grenzwert, was ebenfalls auswertbar ist. Dazu dient vorzugsweise eine Regel- und/oder Steuereinrichtung. Um die Bildung zu großer Dampfblasen zu verhindern, kann bspw. der Systemdruck erhöht werden. Dies führt zu einer kürzeren Lebensdauer von Dampfblasen und zu einer Verminderung von deren Größe. Ergänzend oder alternativ kann das Mengenverhältnis zwischen Dampf und Wasser geändert werden. Bspw. kann die eingeleitete Dampfmenge reduziert werden, was die Lebensdauer der Blasen ebenfalls verkürzt und deren Größe vermindert.

Alternativ oder ergänzend zu dem Leitfähigkeitssensor kann an dem Ausgang der Mischeinrichtung oder an einer geeigneten anderen Stelle des Systems, an der möglichst keine Dampfblasen mehr auftreten sollen, ein Temperatursensor in Verbindung mit einem Drucksensor vorgesehen werden. In Verbindung mit einer Auswerteeinrichtung, die die Phasenzustandskurve von Wasser in Formel- oder Tabellenform enthält, kann die Annäherung an die Phasengrenzkurve zwischen Dampf und Wasser erfasst und rechtzeitig gegengesteuert werden. Hier ist ein schnelles Ansprechen des Temperatursensors erforderlich, der Dampfblasen anhand ihrer erhöhten Temperatur erkennt. Wird dann die Phasengrenzkurve in Richtung Dampf durchlaufen, wird erkannt, dass Dampf in das Heißwassersystem vorgedrungen ist und eine entsprechende Gegenmaßnahme eingeleitet. Dies kann auch für Fälle gelten, in denen lediglich eine Dampfblase den Temperatursensor passiert und die Phasengrenzkurve nur kurzzeitig durchquert wird. Anstelle des Leitfähigkeitssensors oder ergänzend zu diesem kann ein Schallaufnehmer, insbesondere ein Körperschallsensor vorgesehen werden, der vorzugsweise an dem Ausgang der Mischeinrichtung etwaige auftretende Implosionsgeräusche erfasst. Derartige Geräusche können als Vorboten einer Dampfblasenbildung angesehen werden und die Drosselung des Dampfzustroms veranlassen. Als Körperschallsensor kann ein Drucksensor dienen, wenn er entsprechend empfindlich anspricht.

Zur Mischung von Dampf und Wasser dient vorzugsweise eine regulierbare Strahlpumpe, bei der der Dampfzustrom einstellbar ist und die nicht nur als Mischer sondern auch als Pumpe wirkt. Die Regulierung kann bspw. mittels einer Reguliernadel in der Treibdüse und bspw. anhand einer konstant zu haltenden Vorlauftemperatur des Heizungssystems erfolgen. Unabhängig von dieser Regelschleife kann eine zweite Regelschleife vorgesehen sein, die das Vordringen von Dampfblasen in das Heizungssystem durch Drosselung des Wasserauslasses aus dem Wasserkreislauf bewirkt. Es sind somit zwei konkurrierende Regelschleifen vorhanden, bei denen die den Wasserauslass regulierende Regelschleife die Priorität hat und somit unabhängig von der Wärmeanforderung verhindert, dass Geräusche durch Dampfblasenimplosion entstehen.

Der Vorzug der Verwendung einer Strahlpumpe als Mischeinrichtung liegt zusätzlich darin, dass auf elektrische Pumpeinrichtungen vollständig verzichtet werden kann. Die Förderung des Heißwassers in dem Heißwasserkreislauf kann durch den vorhandenen Dampfdruck bewirkt werden.

Der Stellantrieb der Strahlpumpe ist vorzugsweise so ausgelegt, dass sowohl langsame Stellbewegungen als auch relativ schnelle Stellbewegungen erzielbar sind. Während zur Einregulierung bei eingeschwungenem (geräuscharmem oder geräuschlosem) Betrieb langsame Stellbewegungen angemessen sind, führt das Drosselorgan eine schnelle Schließbewegung durch, wenn Dampfblasen oder deren Vorboten (unruhiger, geräuschbehafteter Betrieb) erkannt werden. Die Schließbewegung führt vorzugsweise nicht zum vollständigen Schließen des Drosselorgans, sondern lediglich zu einer schnellen Verminderung des Dampfzutritts.

Weitere Einzelheiten vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus Unteransprüchen, der Zeichnung und/oder der Beschreibung.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht. Es zeigen:

Fig. 1 eine warm- oder heißwassergespeiste Einrichtung mit einem Heißwassererzeuger, in schematisierter Prinzipdarstellung,

Fig. 2 eine alternative Ausführungsform der warm- oder heißwassergespeisten Einrichtung in einer ausschnittsweisen Prinzipdarstellung, und

Fig. 3 einen Teil der Steuer- und Regeleinrichtung der warm- oder heißwassergespeisten Einrichtung in einer schematisierten Darstellung.

In Fig. 1 ist eine warm- oder heißwassergespeiste Einrichtung 1 veranschaulicht, die über eine Vorlaufleitung 01 mit Dampf versorgt wird und an einer Rücklaufleitung 02 Kondensat abgibt. Diese Einrichtung 1 umfasst einen oder mehrere Heizkörper 2 und einen Warm- oder Heißwassererzeuger 4, wobei die Heizkörper 2 sowohl parallel als auch gruppenweise in Reihe angeordnet sein können. Die Heizkörper 2 sind in einem Wasserkreislauf 3 angeordnet, der von dem Heißwassererzeuger 4 mit einem Heißwasservorlauf 5 zu den Heizkörpern 2 und von diesen mit einem Wasserrücklauf 6 zu dem Heißwassererzeuger 4 zurückführt. Der Heißwasserkreislauf 3 kommt vollständig ohne elektrische Pumpe aus und wird von dem Heißwassererzeuger 4 gespeist. Die erforderliche Pumpenenergie wird dem über die Vorlaufleitung 01 herangeführten Dampf entnommen.

Der Heißwassererzeuger 4 weist einen Eingang 11 auf, der zu einem Sauganschluss 12 einer Strahlpumpe 14 führt. Die Strahlpumpe 14 weist einen weiteren Sauganschluss 15 auf, der über einen entsprechenden Kanal 16 an eine Abzweigstelle 17 des Wasserrücklaufs 6 angeschlossen ist. Die Strahlpumpe weist außerdem einen Ausgang 18 auf, der zu der Heißwasservorlaufleitung 5 führt.

Die Strahlpumpe 14 ist regulierbar ausgebildet. Sie weist eine nicht weiter veranschaulichte Treibdüse auf, die mit dem Eingang 12 in Verbindung steht. Der Treibdüse ist eine in den Fig. 1 und 2 symbolisch veranschaulichte Ventilspindel 19 zugeordnet, die über einen Stellantrieb 21 (Stelleinrichtung) verstellbar ist. Dadurch kann der wirksame Durchlassquerschnitt der Treibdüse einreguliert werden. Der Stellantrieb 21 kann ein Elektromotor oder eine anderweitige Antriebseinrichtung sein. Über eine Steuerleitung 22 ist der Stellantrieb 21 mit einem Ausgang einer Steuer- und Regeleinrichtung 23 verbunden. Der Stellantrieb 21 ist vorzugsweise für mehrere Stellgeschwindigkeiten ausgelegt, so dass die Steuer- und Regeleinrichtung sowohl eine schnelle als auch eine langsame Stellbewegung erzielen kann.

Zu dem Heißwassererzeuger 4 gehört außerdem ein als Drosseleinrichtung dienendes Regulierventil 25, über das der Heißwasserkreislauf 3 an die Rücklaufleitung 02 angeschlossen ist. Das Regulierventil 25 verbindet dabei die Abzweigstelle 17 mit der Rücklaufleitung 02. Ein Stellantrieb 26 dient der Betätigung des Regulierventils 25. Der Stellantrieb kann sowohl ein Motorantrieb sein, mit dem das Regulierventil 25 sowohl auf als auch zu, als auch in beliebige Zwischenstellungen verfahrbar ist. Alternativ kann das Regulierventil 25 ein Ventil sein, das aufgrund seiner Bauart und/oder aufgrund der Bauart des Stellantriebs 26 nur ganz auf oder ganz zu gesteuert werden kann.

Der Stellantrieb 26 ist über eine Steuerleitung 27 mit einem Ausgang der Steuer- und Regeleinrichtung 23 verbunden.

Die Heißwassererzeugungseinrichtung 4 weist außerdem einen Dampfsensor 31 auf, der an einem von der Strahlpumpe 14 zu dem Heißwasservorlauf 5 führenden Kanal angeordnet ist. An seinem Ausgang 32 gibt der Dampfsensor 31 ein Signal ab, das über eine entsprechende Leitung 33 zu einem Eingang der Steuer- und Regeleinrichtung 23 geführt ist und den Zustand des in dem Kanal vorhandenen Gemischs aus Dampf und Wasser kennzeichnet. Der Dampfsensor 31 kann bspw. ein Leitfähigkeitssensor sein, der ein die Leitfähigkeit des Wasser/Dampfgemischs kennzeichnendes Signal abgibt.

Zusätzlich kann an der Heißwasservorlaufleitung 5 ein Temperatursensor 34 vorgesehen sein, der an seinem Ausgang 35 ein die Wassertemperatur kennzeichnendes Signal abgibt, das über ein Leitung 36 zu einem entsprechenden Eingang der Steuer- und Regeleinrichtung 23 geführt ist.

Die Steuer- und Regeleinrichtung 23 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei unabhängig voneinander arbeitende Regler auf. Bspw. ist der Temperatursensor 34 mit einem Regler 41 verbunden, dessen Ausgang den Stellantrieb 21 steuert und der dazu dient, die gewünschte Vorlauftemperatur einzustellen. Der Dampfsensor 31 kann mit einem weiteren Regler 42 verbunden sein, dessen Ausgang mit dem Stellantrieb 26 verbunden ist und der dazu dient, ungeachtet dessen, ob die gewünschte Vorlauftemperatur erreicht ist oder nicht, den Wasserauslass aus dem Heißwasserkreislauf 3 zu drosseln, wenn zu viel Dampf in den Kreislauf eingedrungen ist.

Das insoweit beschriebene Heißwasserheizungssystem arbeitet wie folgt:

Es wird angenommen, dass der Heißwasserkreislauf 3 vollständig mit Wasser gefüllt ist. In der Vorlaufleitung 5 hat das Wasser eine Temperatur, die niedriger ist als die gewünschte Vorlauftemperatur. Dies stellt der Regler 41 fest und öffnet über den Stellantrieb 21 die Strahlpumpe 14. Diese erhält somit Dampf von der Vorlaufleitung 01, der durch die Treibdüse dringt und über den Sauganschluss 15 und den Kanal 16 relativ kaltes Wasser aus der Rücklaufleitung 6 saugt. Das sich vor der Treibdüse bildende Gemisch aus Dampf und Wasser durchläuft die Strahlpumpe 14, wobei der Dampf kondensiert und das Wasser erhitzt. Der kondensierende Dampf vergrößert die Menge des vorhandenen Wassers, wobei die überschüssige Wassermenge über das Regulierventil 25 in den Rücklauf 02 abfließt. Ist die gewünschte Solltemperatur erreicht, drosselt der Regler 41 den Dampfzustrom. Unter Aufrechterhaltung der Pumpwirkung wird nun weniger Dampf und somit weniger Wärmeenergie in den Wasserkreislauf 3 eingeführt.

Werden an dem Heizkörper 2 durch Änderung einer Ventileinstellung Parameter geändert, die die Wärmeabnahme beeinflussen, kann dies von der Regeleinrichtung ausgeglichen werden. Wird bspw. ein zusätzlicher Heizkörper geöffnet, nimmt der Strömungswiderstand des Wasserkreislaufs 3 ab und die Strahlpumpe 14 fördert bei gleicher Dampfmenge zunächst mehr Wasser. Die Regeleinrichtung 41 sorgt über den Temperatursensor 34 und die den Stellantrieb 21 dafür, dass die zuströmende Dampfmenge erhöht wird, falls dies zur Aufrechterhaltung der Vorlauftemperatur erforderlich ist.

Wird bspw. durch starke Wärmeanforderung oder durch Änderung eines Betriebszustands, bspw. durch plötzliches Auf- oder Zudrehen ein oder mehrerer Heizkörper oder durch eine hohe Rücklauftemperatur ein Arbeitspunkt erreicht, bei dem sich relativ große Dampfblasen bilden und/oder bei dem Dampfblasen in den Kanal 18 vordringen, besteht Gefahr das diese heftig implodieren und Geräusche verursachen. Dies wird jedoch durch den Regler 42 verhindert. Gibt die Strahlpumpe 14 an ihrem Ausgang ein Dampf- Wassergemisch ab, das größere Dampfblasen enthält, sinkt die von dem Dampfsensor 31 erkannte Leitfähigkeit. Ist die Leitfähigkeit geringer als ein vorgegebener Grenzwert, schliesst der Regler 42 das Regulierventil 25 relativ schnell ganz oder teilweise, wodurch der Druck in dem Wasserkreislauf 3 zunimmt. Durch den erhöhten Gegendruck strömt weniger Dampf aus der Vorlaufleitung 01 in die Strahlpumpe 14 und somit in den Wasserkreislauf 3. Durch den zunehmenden Druck erfolgt außerdem die Kondensation früher und ggfs. gleichmäßiger. Unter Umständen kann das teilweise oder vollständige (vorübergehende) Absperren des Regulierventils 25 dazu führen, dass die gewünschte Solltemperatur an dem Sensor 34 später erreicht wird als es bei nicht überwachtem Betrieb möglich wäre. Jedoch wird auf die vorgestellte Weise ein in allen Betriebslagen geräuschfreier oder geräuscharmer Betrieb der Heißwasserheizungsanlage 1 erreicht.

In der Steuer- und Regeleinrichtung 23 kann festgelegt sein, dass Betätigungen der Ventilspindel 19 immer langsam erfolgen, es sei denn, es treten Dampfblasen auf bzw. drohende Dampfblasenbildung wird durch Druckschwankungen angezeigt. Dann kann in ein Betriebsregime umgeschaltet werden, das eine schnelles Drosseln des Dampfzustroms ermöglicht. Dieses wird verlassen, sobald oder wenn die Mischeinrichtung 14 wieder ruhig arbeitet. Nimmt die Steuer- und Regeleinrichtung ihr schnelles Betriebsregime ein, kann die Regelung zeitweilig außer Kraft gesetz werden und das Drosselorgan um einen festgelegten Betrag oder einen Betrag, dessen Größe von dem mit dem Sensor 31 erfassten Wert abhängt, geschlossen werden. Die Regelung wird dabei ausgesetzt und es wird kurzzeitig zu einer Steuerung übergegangen.

Bei einer in Fig. 2 veranschaulichten alternativen Ausführungsform ist zusätzlich oder alternativ zu dem Leitfähigkeitssensor eine Sensoranordnung 51 vorgesehen, zu der ein Temperatursensor 52 und ein Drucksensor 53 gehören. Der Temperatursensor 52 der Sensoranordnung 51 kann den Temperatursensor 34 ersetzen. Er ist dann an den Regler 41 angeschlossen. Zusätzlich sind beide Sensoren 52, 53 an eine Überwachungseinheit 54 angeschlossen, die die erfassten Druck- und Temperaturwerte daraufhin untersucht, welcher Aggregatzustand Wasser bei diesen Temperatur- und Druckverhältnissen zugeordnet ist. Der Temperatursensor 52 ist vorzugsweise besonders trägheitsarm ausgelegt, so dass auch relativ kleine vorbeikommende heiße Dampfblasen als kurzzeitige Temperaturerhöhung erfasst werden. Aufgrund der jedoch nie ganz zu vermeidenden thermischen Trägheit werden sehr kleine Dampfblasen ignoriert. Größere Dampfblasen werden als Temperaturerhöhungen bei vorhandenem Druck erkannt. Die Auswerteeinrichtung 54 enthält dazu wie in Fig. 3 symbolisch veranschaulicht, eine von einem Mikrocontroller abzuarbeitenden Programmabschnitt oder eine entsprechende Hardware, der bzw. die einen interessierenden Ausschnitt aus dem Zustandsdiagramm von Wasser wiedergibt. Die vorhandenen und gemessenen Temperatur- und Druckwerte sind in Fig. 3 beispielhaft durch einen Arbeitspunkt A veranschaulicht. Dieser liegt in einem relativ großen Temperaturabstand B zu einer bekannten Phasengrenzkurve K. Kommt nun eine Dampfblase an den Temperatursensor 52 vorbei, wird der Arbeitspunkt A kurzzeitig, bspw. auf den Punkt A1 verschoben. Dies ist ein Indiz für vorhandenen Dampf. Die Auswerteeinrichtung 54 gibt in diesem Fall an ihrem Ausgang Z ein entsprechendes Signal an die Regeleinrichtung 42 ab. Diese kann als Gegenmaßnahme das Regulierventil 25 kurzzeitig ganz oder teilweise schliessen.

Die Auswerteeinrichtung 54 kann außer der Phasengrenzkurve K eine weitere Kurve S als Sicherheitsgrenze enthalten. Diese Kurve 5 liegt in einem Bereich für die Temperatur T und den Druck P, in dem das Wasser mit Sicherheit noch flüssig ist. Die Sicherheitskurve verläuft in einem Abstand zu der Kurve K. Wird die Sicherheitskurve S durchquert, kann an dem Ausgang ein Signal Z abgegeben werden, um den Wasserauslass an dem Regulierventil 25 zu reduzieren. Dies erhöht die Sicherheit gegen das Vorhandensein von Dampfblasen.

Alternativ kann auch ein mechanischer Dampfsensor vorgesehen werden, der bspw. auf dem Auftrieb oder dem Strömungswiderstand beruht.

Ein Heißwasserheizungssystem 1 weist eine Dampf- Wasser-Mischeinrichtung 14 auf, die dazu dient, einem Dampfnetz entnommenen Dampf mit einem Wasserstrom eines Wasserkreislaufs 3 zu mischen, um diesen zu erwärmen. Der Wasserkreislauf 3 dient der Beheizung von Wärmeverbrauchern 2. Ein Dampfsensor 31 (51) ist in der Nähe des Ausgangs der Mischeinrichtung 14 angeordnet und gibt an seinem Ausgang 32 ein Signal ab, das den vorherrschenden Aggregatzustand des Dampf/Wassergemischs kennzeichnet.

Sind mehrere oder größere Dampfblasen vorhanden, wird dies von einer entsprechenden Steuer- und Regeleinrichtung 23 erkannt, die den Dampfzustrom und/oder den Wasserauslass drosselt.


Anspruch[de]
  1. 1. Warm- oder Heißwassererzeuger (4), insbesondere zur Gebäudeheizung,

    mit einer Mischeinrichtung (14), die mit einem Dampfeinlasskanal (12), einem Wasserkanal (16), der von einem Wasserauslasskanal (6) abzweigt, und einem Heißwasserausgangskanal (18) verbunden ist, und

    mit einer Dampfsensoreinrichtung (31), die in dem Heißwasserauslasskanal (18) angeordnet ist.
  2. 2. Warm- oder Heißwassererzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Dampfeinlasskanal (12) oder in dem Wasserauslasskanal (6) ein Drosselorgan (19, 25) angeordnet ist, über das der Dampfzustrom und/oder der Druck in dem an die Mischeinrichtung (14) angeschlossenen System (3) steuerbar ist.
  3. 3. Warm- oder Heißwassererzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselorgan (19, 25) mit einer Steuer- und Regeleinrichtung (23) verbunden ist, die mit der Dampfsensoreinrichtung (31) und vorzugsweise zusätzlich mit einer Temperatursensoreinrichtung (34) verbunden ist.
  4. 4. Warm- oder Heißwassererzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dampfsensoreinrichtung (31) dazu eingerichtet ist, ein Signal abzugeben, das den Aggregatzustand des an der Dampfsensoreinrichtung (31) vorhandenen Wassers kennzeichnet.
  5. 5. Warm- oder Heißwassererzeuger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Regeleinrichtung (23) dazu eingerichtet ist, das Drosselorgan (19, 25) zur Drosselung des Dampfstroms zu verstellen, wenn das von der Dampfsensoreinrichtung (31) abgegebene Signal anzeigt, dass an der Dampfsensoreinrichtung (31) wenigstens kurzzeitig Dampfblasen vorhanden sind.
  6. 6. Warm- oder Heißwassererzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselorgan mit einem Stellantrieb (21) verbunden ist, der unterschiedliche Stellgeschwindigkeiten ermöglicht.
  7. 7. Warm- oder Heißwassererzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dampfsensoreinrichtung (31) ein Leitfähigkeitssensor ist, der vorzugsweise in einem Abstand stromabwärts zu dem Drosselorgan (19) angeordnet ist.
  8. 8. Warm- oder Heißwassererzeuger nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Drosselorgan (19) und der Dampfsensoreinrichtung (31) eine Ausgleichsstrecke angeordnet ist, deren Länge der zu erwartenden Strömungsgeschwindigkeit und der Kondensationsgeschwindigkeit entsprechend bemessen ist.
  9. 9. Warm- oder Heißwassererzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dampfsensoreinrichtung (31) einen Temperatursensor (52) und einen Drucksensor (53) aufweist, wobei die Steuereinrichtung (23) dazu eingerichtet ist, anhand eines abgegebenen Temperatursignals und eines abgegebenen Drucksignals auf Grund des Zustandsdiagramms von Wasser auf dessen Aggregatzustand zu schließen und den Dampfzustrom oder den Strom ausgelassenen Wassers zu drosseln, sobald eine zu große Annäherung an die Phasengrenzlinie (K) im Zustandsdiagramm erreicht ist.
  10. 10. Warm- oder Heißwassererzeuger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Regeleinrichtung (23) Mittel zur Filterung eines von der Sensoreinrichtung (23) abgegebenen Signal in oder vor der Steuer- und Regeleinrichtung (23) aufweist, wobei dazu vorzugsweise ein Filter vorgesehen ist, das wenigstens bereichsweise mittelwertbildend wirkt.
  11. 11. Warm- oder Heißwassererzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischeinrichtung (14) eine Strahlpumpe ist, die vorzugsweise das Drosselorgan (19) zur Regulierung des Dampfzustroms enthält.
  12. 12. Warm- oder heißwassergespeiste Einrichtung mit einem Heißwassererzeuger (4) nach Anspruch 1, dessen Mischeinrichtung (14) als Strahlpumpe ausgebildet ist, deren Dampfanschluss (12) an eine Dampfzuleitung (01), deren Sauganschluss (15) an eine Wasser führende Leitung und deren Ausgang (18) an eine Vorlaufleitung (5) angeschlossen ist, wobei die Vorlaufleitung (5) zu wenigstens einem Wärmeverbraucher (2) führt.
  13. 13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasser führende Leitung eine Rücklaufleitung (6) ist und dass der Wärmeverbraucher (2) ein Heizkörper ist, der ausgangsseitig an die Rücklaufleitung (6) angeschlossen ist, so dass ein Heizungskreislauf ausgebildet ist.
  14. 14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rücklaufleitung (6) eine verstellbare Drosseleinrichtung (25) angeordnet ist.
  15. 15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Regeleinrichtung (23) an die in der Rücklaufleitung (6) angeordnete Drosseleinrichtung (25) angeschlossen ist, um die aus der warm- oder heißwassergespeisten Einrichtung (1) ausgelassene Wassermenge zu regulieren.
  16. 16. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselorgan (19) der Mischeinrichtung (14) der Regulierung des Drucks in der warm- oder heißwassergespeisten Einrichtung (1) dient, während die Drosseleinrichtung (25) zur Regulierung des Durchsatzes dient.
  17. 17. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Dampfsensoreinrichtung (31) über die Steuer- und Regeleinrichtung (23) an die Drosseleinrichtung (25) angeschlossen ist.
  18. 18. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in oder an der Vorlaufleitung (5) ein Temperatursensor (34) zur temperaturabhängigen Steuerung und/oder Regelung des Drosselorgans (19) vorgesehen ist, während die Dampfsensoreinrichtung (31) zur aggregatzustandsabhängigen Steuerung und/oder Regelung der Drosseleinrichtung (25) vorgesehen ist.
  19. 19. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosseleinrichtung (25) stromabwärts zu einer Abzweigstelle (17) der Rücklaufleitung (6) angeordnet ist, die zu dem Anschluss (15) der Mischeinrichtung (14) führt.






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