專利名稱:非飲用水加熱單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種非飲用水加熱單元。
背景技術(shù):
這種非飲用水加熱單元安裝在供暖設(shè)備中,用以加熱非飲用水,然后作為溫水提供給例如盥洗盆、淋浴、浴缸。這種加熱可以例如在非飲用水存儲器中或通過熱交換器進行。熱交換器具有兩個流路,一個用于加熱介質(zhì),即通常由鍋爐加熱并流經(jīng)加熱設(shè)備的水, 第二流路用于輸送待加熱的水。已知的熱交換器或者具有同向流動配置,其中用于非飲用水和加熱介質(zhì)的流路指向相同;或者具有逆向流動配置,其中用于加熱介質(zhì)和非飲用水的流動方向指向彼此相反。 同向流動配置的缺點在于,用于加熱介質(zhì)和非飲用水的輸出側(cè)位于熱交換器自身的端部上,從而使用于待加熱非飲用水的最大溫度最大可以等于來自熱交換器的已冷卻加熱介質(zhì)的出口溫度。該溫度在實踐中更低。也就是說,為了獲得非飲用水的較高的溫度,加熱介質(zhì)必須在熱交換器的輸入側(cè)具有極高的溫度。利用逆向流動配置可以使非飲用水達到更高的出口溫度,因為已加熱的非飲用水的出口和加熱介質(zhì)的入口位于熱交換器的同一側(cè)。即,在熱交換器中可以在輸出側(cè)附近通過流動的加熱介質(zhì),也就是還未冷卻的加熱介質(zhì)對非飲用水進行加熱。但是,這種配置仍然有缺點,特別是在非飲用水體積流很小的情況下,可能會導致非飲用水出現(xiàn)過高的出口溫度。除了燙傷風險之外,過高的非飲用水溫度的缺點還在于,將會在管道和接頭(Armaturen)中出現(xiàn)過高的鈣沉積。
發(fā)明內(nèi)容
鑒于這些問題,本發(fā)明的目的在于提供一種改進的非飲用水加熱單元,該加熱單元一方面可以確保非飲用水獲得足夠的溫度,另一方面還可以可靠地防止非飲用水的溫度過高。本發(fā)明的這一目的通過一種非飲用水加熱單元得以實現(xiàn),該非飲用水加熱單元被設(shè)計用于供熱設(shè)備中并具有至少一個熱交換器,該熱交換器具有用于加熱介質(zhì)的第一流路和用于待加熱非飲用水的第二流路,其中,兩個流路在第一部分中彼此相對地以彼此相對取向的流動方向處于逆向流動設(shè)置中,而在沿非飲用水流動方向的下流方向上的、隨后的第二部分中以相同取向的流動方向處于同向流動設(shè)置中。根據(jù)本發(fā)明的非飲用水加熱單元被設(shè)置用于供熱設(shè)備中,即特別是用于熱發(fā)生器或蓄熱器中。熱交換器例如可以安裝在鍋爐或用于已加熱的加熱介質(zhì)的存儲器中。這種非飲用水加熱單元可以具有非飲用水加熱所必需的所用主要部件,因此可以構(gòu)成預(yù)制結(jié)構(gòu)單元,該結(jié)構(gòu)單元可以較容易地集成在供熱設(shè)備或建筑物當中。在此,通過非飲用水加熱單元僅建立通往供熱設(shè)備以及必要時通往建筑物的管道的連接。這種非飲用水加熱單元特別包括具有所需接口的熱交換器以及用于向熱交換器輸送加熱介質(zhì)的循環(huán)泵。此外,還可以將傳感器、可能需要的閥門以及特定的用于控制非飲用水加熱的控制裝置集成在非飲用水加熱單元中,從而使該非飲用水加熱單元在理想情況下通過其管道接口僅須與外部管道以及能源供給(Stromversorgimg)相連接。管道接口特別包含用于加熱介質(zhì)的入口和出口、用于待加熱非飲用水的入口和出口,必要時還包含用于非飲用水循環(huán)管道的接口。非飲用水加熱單元具有至少一個熱交換器,其中設(shè)置有用于加熱介質(zhì)(例如水) 的第一流路以及用于待加熱非飲用水的第二流路。這兩個流路彼此液壓分離,但是另一方面可以在熱交換器中以公知的方式使得從第一流路到第二流路具有盡可能良好的導熱性, 以便通過熱的加熱介質(zhì)對第二流路中的非飲用水進行加熱。為了在這種非飲用水加熱單元中克服已知的熱交換器的缺點,根據(jù)本發(fā)明,以同向流動和逆向流動的組合彼此相對地設(shè)置流路。為此,兩個流路在沿非飲用水的流動方向上看的第一部分中為逆向流動配置。即在該部分中,第一流路中的加熱介質(zhì)和第二流路中的待加熱非飲用水沿相反方向流過熱交換器。也就是說,用于已冷卻的加熱介質(zhì)的出口位于冷的非飲用水(即待加熱的非飲用水)的輸入側(cè)。即,首先利用業(yè)已冷卻的加熱介質(zhì)對流入的冷非飲用水進行加熱,而后在其流動過程中通過熱交換器并由于逆向流動而進入熱交換器的較熱的區(qū)域,在該區(qū)域中沿相反方向流動的加熱介質(zhì)尚為較熱的。在沿非飲用水流動方向的下流方向上看的隨后的熱交換器的第二部分中,兩個流路的相對設(shè)置變化為彼此相對地從逆向流動設(shè)置到同向流動設(shè)置,即,液流通過流路前進并指向同向。也就是說,在接下來的在用于已加熱非飲用水的第二流路中的流動過程中,已加熱非飲用水首先進入所流入的加熱介質(zhì)的區(qū)域中,即加熱介質(zhì)的最高溫度的區(qū)域中,并然后與加熱介質(zhì)同向流動,從而使來自熱交換器的第二流路的出口位于第一流路中、與第一流路的入口間隔開的區(qū)域中,從而使得在運行中在該區(qū)域中獲得與加熱介質(zhì)的入口溫度相比較低的溫度。也就是說,用于非飲用水的出口不在熱交換器的最熱的區(qū)域內(nèi)。通過這種從逆向流動到同向流動反轉(zhuǎn)的流動引導,一方面可以實現(xiàn)比在同向流動原理下更高的非飲用水出口溫度,即,特別是可以使非飲用水的出口溫度高于加熱介質(zhì)的出口溫度。但是, 同時也可以防止流出的非飲用水的溫度過高,因為與純逆向流動原理不同,流出的非飲用水可以保持在明顯低于流入的加熱介質(zhì)的溫度水平的溫度水平上,其中,在朝向第二流路的出口端,其恰好不是直接地沿第一流路的入口端被引導。優(yōu)選至少一個熱交換器是板式熱交換器。在這種熱交換器中,各流路通過優(yōu)選由金屬制成的板彼此分開。因此,這種熱交換器構(gòu)造為彼此間隔開的板的堆(Stapel),其中, 第一和第二流路在板之間交替地設(shè)置。在這種熱交換器中,一方面可以在板上提供較大的熱傳遞面積,另一方面其成本低廉、結(jié)構(gòu)緊湊。另外,這種板式熱交換器構(gòu)成牢固的承載機構(gòu),該結(jié)構(gòu)適于安裝更多的部件,例如直接設(shè)置在板式熱交換器上的泵、分配器、管道和閥門,從而可以將其看作非飲用水加熱單元的中央支承單元。這些流路的第一部分,即其中為逆向流動設(shè)置的部分,優(yōu)選占用于非飲用水的第二流路長度的50%到80%之間,進一步優(yōu)選為65%到75%之間。第二流路的剩余部分分攤給設(shè)置有同向流動配置的部分以及可能的位于這兩部分之間的過渡區(qū)域。至少一個熱交換器的流路的第一和第二部分可以集成在一個熱交換器中。替代地還可以設(shè)置兩個分離的熱交換器,其中,每個熱交換器都具有第一流路和第二流路,并通過第一流路輸送加熱介質(zhì),通過第二流路輸送非飲用水。在此,將第一和第二熱交換器彼此連接,使得所述的逆向流動設(shè)置位于第一熱交換器中,而同向流動設(shè)置位于第二熱交換器中。也就是說,通過相應(yīng)的導流連接,在兩個熱交換器之間實現(xiàn)從逆向流動到同向流動的變化。 通過這種方式可以非常容易地利用市售部件組成根據(jù)本發(fā)明的熱交換器裝置。在至少一個熱交換器中,優(yōu)選在第一和第二部分之間構(gòu)造反轉(zhuǎn)部分 (Umkehrabschnitt),其中,使第一和/或第二流路延伸,從而得到相對于任意另一個流路從逆向流動到同向流動的方向反轉(zhuǎn)。這種反轉(zhuǎn)部分可以通過相應(yīng)的導流連接設(shè)置在兩個分開的熱交換器之間,或者在集成的熱交換器中設(shè)置在兩個部分之間。在使用板式熱交換器的情況下,這可以在板式熱交換器內(nèi)部通過改變位于兩個單獨的板之間的自由空間的連接來實現(xiàn)。接下來,優(yōu)選非飲用水加熱單元除了具有至少一個熱交換器之外,還具有用于加熱介質(zhì)的循環(huán)泵。在此,該循環(huán)泵輸送加熱介質(zhì)通過熱交換器。優(yōu)選使熱交換器連接在泵的壓力側(cè),以便將循環(huán)泵設(shè)置在熱交換器的加熱介質(zhì)入口的輸入側(cè)。但是,也可以考慮將循環(huán)泵設(shè)置在熱交換器的加熱介質(zhì)出口的輸出側(cè),以便使泵的吸入側(cè)面向熱交換器。特別優(yōu)選將循環(huán)泵固定在熱交換器上。尤其是在使用板式熱交換器的實施方案中,如上所述,板式熱交換器可以構(gòu)成承載機構(gòu)。在這種由熱交換器構(gòu)成的承載機構(gòu)中,循環(huán)泵還可以特別是直接通過使循環(huán)泵與熱交換器相連接的管件來保持。根據(jù)另一種優(yōu)選的實施方式,至少一個熱交換器在第一和/或第二流路的至少一個入口或出口上具有用于與連接管道相連接的連接接頭(Anschlussarmatur)。因此,該連接接頭構(gòu)成連接元件,其在熱交換器和通往位于供熱系統(tǒng)上的非飲用水加熱單元的接口的連接管線之間形成連接。為此,連接接頭在其內(nèi)部優(yōu)選具有至少一個流路或流動通道,其被設(shè)置為,一個端部與熱交換器的入口或出口相連接,而另一端部與連接管道相連接。為此可以在其端部上設(shè)置傳統(tǒng)的連接配置,例如插座連接、螺紋等等,必要時可具有所需要的密封。此外還優(yōu)選在連接接頭中設(shè)置溫度和/或流量傳感器。溫度和/或流量傳感器可以用于控制或調(diào)節(jié)非飲用水加熱單元。特別優(yōu)選在用于待加熱非飲用水的流路中,即在熱交換器的第二流路的輸入側(cè)或輸出側(cè)設(shè)置溫度和/或流量傳感器,用于檢測非飲用水要求或非飲用水需求。也就是說,溫度和/或流量傳感器檢測溫度變化或非飲用水在流路上的流動,這將通知設(shè)備控制器,需要已加熱的非飲用水,從而使控制器可以相應(yīng)地操縱和控制加熱介質(zhì)向熱交換器的流入,以加熱非飲用水。此外,還可以在第一流路中,即,在加熱介質(zhì)的流動中在位于熱交換器中的第一流路的輸入側(cè)或輸出側(cè)設(shè)置溫度傳感器,以便檢測特別是熱交換器輸出側(cè)的加熱介質(zhì)的溫度?;谠摐囟?,可以根據(jù)非飲用水加熱的熱量需求按需要調(diào)節(jié)加熱介質(zhì)的體積流量。因此,所述類型的連接接頭既可以設(shè)置用于與熱交換器中的第一流路相連接,也可以設(shè)置用于與熱交換器中的第二流路相連接。當然也可以使用組合的連接接頭,其在內(nèi)部具有兩個流動通道,一個用于非飲用水,一個用于加熱介質(zhì),從而可以利用連接接頭使熱交換器中的兩個流路與外部管道或組件相連接。優(yōu)選將如前所述的連接接頭與用于加熱介質(zhì)的循環(huán)泵相連接。也就是說,這種連接接頭可以在循環(huán)泵和熱交換器之間建立連接。在此,優(yōu)選連接接頭內(nèi)的一個流動通道構(gòu)成從循環(huán)泵到位于熱交換器內(nèi)部的第一流路的導流連接。此外,連接接頭還可以在熱交換器和循環(huán)泵之間建立機械連接,以便通過這種方式將循環(huán)泵固定在熱交換器上,從而使熱交換器作為承載元件支承循環(huán)泵。此外,前面所述的非飲用水加熱單元還優(yōu)選具有緊固件,用于將非飲用水加熱單元安裝在鍋爐或水存儲器上。非飲用水加熱單元因此可以作為整體表示為一個模塊,該模塊可以與鍋爐或熱發(fā)生器或水存儲器相連接。在此,可以通過緊固件提供機械連接。通過相應(yīng)的管道建立流體連接,其中,管道在需要時可以起到機械加固的作用。緊固件可以作為承載結(jié)構(gòu)直接設(shè)置在熱交換器上。例如,可以將緊固件構(gòu)造為支承架,其固定在熱交換器上,并可以在其側(cè)面例如通過螺絲或連接鉤(Haken-Verbindimg)與鍋爐或水存儲器相連接。此外,還可以將支承架構(gòu)造為,使其同時作為手柄,或者可以承載手柄,這可以在安裝時簡化對非飲用水加熱單元的操作。另外,這種支承架還可以附加地承載特別可以用于熱絕緣的殼體。
下面將參照附圖對本發(fā)明的非飲用水加熱單元做示例性說明。圖1示出了設(shè)置在蓄熱器上的非飲用水加熱單元的整體視圖,圖2示出了如圖1所示的非飲用水加熱單元的整體透視圖,圖3示出了具有連接接頭的熱交換器的透視圖,圖4示出了如圖2所示的非飲用水加熱單元的截面圖,圖5和圖6示出了如圖1、圖2和圖4所示的沒有非飲用水循環(huán)模塊的非飲用水加熱單元,圖7示出了具有非飲用水循環(huán)模塊的非飲用水加熱單元的透視分解圖,圖8示出了具有已安裝非飲用水循環(huán)模塊的非飲用水加熱單元的透視圖,圖9示意性示出了如圖3所示的熱交換器內(nèi)的流路,圖10示出了在熱交換器內(nèi)關(guān)于流路的溫度變化,圖11示出了非飲用水加熱單元的液壓電路圖,圖12示出了溫度傳感器在非飲用水加熱單元的冷水入口中檢測到的溫度變化,圖13示意性示出了從傳感器到控制裝置的數(shù)據(jù)傳輸,圖14示出了多個非飲用水加熱單元2在級聯(lián)配置中的布置,圖15示意性示出了如圖14所示的多個非飲用水加熱單元的控制,圖16示意性示出了用于調(diào)節(jié)非飲用水加熱單元的調(diào)節(jié)回路。
具體實施例方式作為實施例示出的熱交換器裝置是非飲用水加熱單元2,并設(shè)置用于加熱設(shè)備中。 在此所示出的實施例(圖1)中,非飲用水加熱單元2安裝在蓄熱器4上,例如安裝在存儲被太陽能加熱的熱水的水存儲器上。由蓄熱器4向非飲用水加熱單元2的熱交換器6輸送用于加熱非飲用水的加熱介質(zhì)。在圖1中開放地示出了圍繞非飲用水加熱單元2的殼體, 也就是前蓋被移除。在其它的圖中示出了沒有環(huán)繞殼體的非飲用水加熱單元2。熱交換器裝置或非飲用水加熱單元2的中央構(gòu)件是板式熱交換器形式的熱交換器6。通過熱交換器6對待加熱的非飲用水進行加熱,并作為已加熱的非飲用水送出,以便例如在房屋中向位于盥洗盆、淋浴、浴缸等上面的水龍頭7供應(yīng)熱水。為了加熱非飲用水,需要向熱交換器供應(yīng)加熱介質(zhì)。如圖9所示,熱交換器在其內(nèi)部具有兩個流路。第一流路 10用于輸送加熱介質(zhì)通過熱交換器。第二流路12用于輸送非飲用水通過熱交換器。兩個流路以公知的方式通過板彼此間隔開,通過流路可以實現(xiàn)從加熱介質(zhì)到非飲用水的熱傳遞。板堆棧的兩個外部板13構(gòu)成熱交換器6的兩個彼此相對的側(cè)表面。在這些側(cè)表面上設(shè)置熱交換器6的流體接口 14-20,并固定連接接頭,這將在下面進行說明。加熱介質(zhì)通過入口 14流入熱交換器6,并通過出口 16再次流出。待加熱的非飲用水在入口 18流入熱交換器6,并在出口 20再次由從熱交換器流出。如圖9所示,熱交換器分為A、B、C三個部分。在通過第二流路12的非飲用水的流動方向上,由A部分構(gòu)成第一部分,其中,第一流路10和第二流路12以逆向流動彼此導向伸展。也就是說,待加熱的非飲用水和加熱介質(zhì)沿相反的方向在將它們分開的熱交換器的板上流過。其結(jié)果是,使經(jīng)過入口進入熱交換器6的冷非飲用水首先通過業(yè)已冷卻的從出口 16流出的加熱介質(zhì)進行加熱, 然后沿流動方向到達一直更熱的加熱介質(zhì)附近。熱交換器6具有第二部分B,其中,第一流路10和第二流路12不再彼此相對地形成逆向流動配置,而是以形成同向流動配置,S卩,在第一流路10和第二流路12上的液流彼此在同一方向上沿使其分離的板或其他將其分離的導熱分離元件指向同向地前進。反轉(zhuǎn)部分C設(shè)置在第一部分A和第二部分B之間,其中,在流路上彼此相對地實現(xiàn)流動方向的相關(guān)的反轉(zhuǎn)。在此示出的實施例中,熱交換器的部分A、B和C集成在一個熱交換器中。但是需要指出的是,A部分和B部分也可以設(shè)置在獨立的熱交換器中,并且在C部分中,彼此相對的流動的方向反轉(zhuǎn)可以通過相應(yīng)的兩個熱交換器的套管(Verrohrimg)實現(xiàn)。通過朝向同向流動的反轉(zhuǎn)可以防止非飲用水過熱,因為在出口 20流出的熱的非飲用水在其流路12的最后部分并不是由從入口 14流入的熱的加熱介質(zhì)直接加熱,而是通過大約業(yè)已冷卻的加熱介質(zhì)。由此使所能達到的最大非飲用水溫度受到限制。這在圖10 中可以看到。在如圖10所示的圖表中,加熱介質(zhì)的溫度T的曲線22位于坐標軸s的上方, 而非飲用水的溫度T的曲線24也位于坐標軸S的上方??梢钥闯?,非飲用水的出口并不位于所流入加熱介質(zhì)的最高溫度區(qū)域內(nèi),盡管如此仍然能夠達到最大溫度,該最大溫度在由熱交換器流出的非飲用水的出口 20的區(qū)域內(nèi)位于加熱介質(zhì)的溫度水平之上。在板式熱交換器6上,將用于加熱介質(zhì)的入口 14和出口 16以及用于待加熱非飲用水的入口 18和出口 20作為流體接口,其上安裝連接其他組件和管道的連接接頭。 在用于已加熱非飲用水的出口 20上安裝第一連接接頭26。該連接接頭具有基礎(chǔ)元件 (Basiselement)28,在同一實施方案中,該基礎(chǔ)元件在第二連接接頭30中僅轉(zhuǎn)動180°即可安裝在構(gòu)成出口 16和入口 18的熱交換器6的流體接口上。其優(yōu)點在于,同樣的基礎(chǔ)元件28可以作為第一連接接頭和第二連接接頭使用,并可以減少各種零件。在基礎(chǔ)元件28中設(shè)置兩個彼此分開的流動通道32和34。流動通道32構(gòu)造為T 形的,并通向三個連接口 36、38和40 (見圖4截面圖)。當使用基礎(chǔ)元件28作為第一連接接頭26時,連接口 36閑置,并利用熱交換器6的壁將其封閉,其中,在基礎(chǔ)元件28和熱交換器6之間,在連接口 38上設(shè)置密封件42加以密封。連接口 38構(gòu)成與供應(yīng)管道44相連接的接口,該供應(yīng)管道與用于供應(yīng)熱加熱介質(zhì)的蓄熱器4相連接。在流動通道32的相對的連接口 40上,根據(jù)在第一連接接頭26中的使用,在基礎(chǔ)元件28上設(shè)置第一循環(huán)泵46,該循環(huán)泵向熱交換器6的入口 14輸送加熱介質(zhì)。為此,在入口 14上設(shè)置第三連接接頭48,在同一實施方案中,該第三連接接頭僅轉(zhuǎn)動180°即可設(shè)置在熱交換器6的相對的側(cè)面上,作為如下所述的第四連接接頭50。也就是說,第三連接接頭48和第四連接接頭50至少由相同的基礎(chǔ)元件構(gòu)成。在第三連接接頭48中構(gòu)成流動通道52,其通過熱交換器6的入口 14與循環(huán)泵46 的壓力套管相連接。正如在該截面圖中由第二連接接頭30所看到的那樣,位于基礎(chǔ)元件28中的第二流動通道34同樣被構(gòu)造為T形的,并具有三個連接口 54、56和58。在第一連接接頭26中, 例如,第二流動通道34的連接口 58被所插入的堵頭封閉。連接口 54與熱交換器6的出口 20相連接,在此,同樣在連接接頭26和熱交換器6之間設(shè)置密封件42。在第二流動通道34 的連接口 56上,將連接件60安裝在第一連接接頭26中,連接口 58通過在連接件60內(nèi)部構(gòu)成的流動通道與管道接口 62相連接。管道接口 62用于連接熱水管道,已加熱的非飲用水通過該熱水管道排出。在構(gòu)成非飲用水加熱單元的承載結(jié)構(gòu)的板式熱交換器6的相對的側(cè)面上安裝基礎(chǔ)元件28,作為第二連接接頭30。用于加熱介質(zhì)的出口 16以及用于冷飲用水的入口 18通過第二連接接頭30與外部安裝設(shè)備相連接。根據(jù)基礎(chǔ)元件28的這種轉(zhuǎn)動180°的設(shè)置,將第二流動通道34的連接口 54連接在熱交換器的出口 16上。第二流動通道34連接管道接口或連接口 58,該管道接口或連接口構(gòu)成已冷卻加熱介質(zhì)的出口。將加熱介質(zhì)輸送回蓄熱器4中的管道可以連接在連接口 58上。在如圖2所示的實施方式中,如下所述,其中同時設(shè)置非飲用水的循環(huán),在連接口 58上連接通向換向閥66的管道64,該換向閥可選地建立管道64去往接口 68和70的連接。接口 68和70用于連接蓄熱器4,在此,這些接口例如可以在不同的垂直位置上建立去往蓄熱器4內(nèi)部的連接,從而可以根據(jù)由熱交換器6流出的加熱介質(zhì)的溫度,通過在不同的垂直位置上轉(zhuǎn)換換向閥66,將加熱介質(zhì)回送到蓄熱器4中,以便保持存在于那里的加熱介質(zhì)的層化(Schichtimg)。正如下面所描述的那樣,如果設(shè)置非飲用水循環(huán)模塊74,轉(zhuǎn)換功能是特別有利的。循環(huán)非飲用水的加熱要求更小的熱量需求,因此可以使加熱介質(zhì)以更高的溫度回流到蓄熱器4中。位于基礎(chǔ)元件內(nèi)部的流路32在第二連接接頭30中借助于連接口 36與入口 18相連接。用于輸送冷非飲用水的冷水管道42連接在連接口 38上。冷水通過該冷水管道流入熱交換器的入口 18。在此示出的非飲用水加熱單元能夠以兩種不同的實施方式加以應(yīng)用,S卩,一種具有非飲用水循環(huán)模塊74,另一種沒有非飲用水循環(huán)模塊74。在圖1、圖2、圖4、圖7和圖8 中,非飲用水循環(huán)模塊74設(shè)置在熱交換器6上。圖5和圖6示出了沒有非飲用水循環(huán)模塊 74的設(shè)置。如果不設(shè)置非飲用水循環(huán)模塊74,就不需要第四連接接頭50,并且利用堵頭將第二連接接頭30的基礎(chǔ)元件28的連接口或管道接口 40封閉。在這種情況下,流動通道34 的連接口 56也通過堵頭加以封閉。非飲用水循環(huán)模塊4由第二循環(huán)泵76組成,該循環(huán)泵用于非飲用水在建筑物的熱水輸送系統(tǒng)中的循環(huán)。為了連接第二循環(huán)泵76,設(shè)置連接件78和管80。為了使泵76保持在熱交換器6上,圍繞側(cè)面端部設(shè)置第四連接接頭50,其與第三連接接頭48是相同的,或者具有同樣的基礎(chǔ)元件。但是,如果使用第四連接接頭50,就不會使用流動通道52。在第三和第四連接接頭的基礎(chǔ)元件上設(shè)置插口(Aufnahme)Sl,在其中插入連接元件82,其與循環(huán)泵76的壓力套管相連接。連接元件82在其內(nèi)部具有流動通道,并由此建立去往管80的連接。管80利用其背對連接元件82的端部與第二連接接頭30中的流動通道32的連接口 40 相連接,在此,連接口 40沒有被堵頭封閉。充當環(huán)流泵(Zirkulationspumpe)的循環(huán)泵46 可以通過這種方式將一部分已加熱的非飲用水送回到第二連接接頭30的流動通道32中, 并通過其連接口 36送回到熱交換器的入口 18。也就是說,所輸送的冷非飲用水通過連接口 38以及通過環(huán)流泵76回供的非飲用水通過連接口 40 —起流入第二連接接頭的流動通道32中。連接件48安放在第二連接接頭30的基礎(chǔ)元件28上,使其與封閉的管接件84 — 起與第二流動通道34的連接口 56相銜接,并由此關(guān)閉連接口 56,從而為了關(guān)閉第二連接接頭30而不再需要附加的堵頭。此外,將連接件78構(gòu)造為管狀的,并與位于相對端部上的兩個連接口 86和88相連接。管接件84對于位于管道接口或連接口 86和88之間的連接不具有導流連接。連接口 86與第二循環(huán)泵76的吸入管接件相連接,并由連接口 88構(gòu)成接口,其上連接有循環(huán)管道90。因此,通過使用連接件78和第四連接接頭50 (第四連接接頭具有與第三連接接頭48同樣的基礎(chǔ)元件),利用很少的附加部件同樣可以將被描述為環(huán)流泵的第二循環(huán)泵76固定在作為承載結(jié)構(gòu)的熱交換器6上,并且循環(huán)管道通過循環(huán)泵46直接與熱交換器內(nèi)部的第二流路12導流連接。在第一和第二連接接頭26和30的基礎(chǔ)元件28中,在流動通道32中設(shè)置傳感器插口 92,該插口可用于接收傳感器。當使用基礎(chǔ)元件28作為第二連接接頭30時,如果沒有安裝非飲用水循環(huán)模塊74,則關(guān)閉傳感器插口 92。在第一連接接頭26中,將溫度傳感器94 安裝在傳感器插口 92中,該溫度傳感器用于檢測輸送到熱交換器6的加熱介質(zhì)的溫度。當使用非飲用水循環(huán)模塊74時,還在第二連接接頭30的基礎(chǔ)元件28的傳感器插口 92中安裝溫度傳感器96,該溫度傳感器用于檢測非飲用水需求,其功能在下面將做進一步的說明。 此外,連接件60也具有傳感器插口,其中安裝有傳感器98。傳感器98是一種組合的溫度和流量傳感器,用于檢測從熱交換器6的出口 20流出,經(jīng)由流路34進入第一連接接頭26的已加熱非飲用水的溫度和流量。需要說明的是,前面所述的溫度傳感器94、96也可以在必要時作為組合的溫度和流量傳感器使用。通過傳感器98,一方面可以檢測所流出的非飲用水的溫度,并基于該溫度以及由溫度傳感器94檢測得到的加熱介質(zhì)的溫度,以確定所需加熱介質(zhì)的體積流量,并相應(yīng)地驅(qū)動第一循環(huán)泵46。為此所需要的用于循環(huán)泵46的控制器或調(diào)節(jié)器優(yōu)選作為調(diào)節(jié)或控制電子器件集成在循環(huán)泵46中。傳感器94、96和98通過電氣線路99與構(gòu)成數(shù)據(jù)采集模塊的傳感器箱100相連接。 傳感器箱100采集由傳感器94、96和98所提供的數(shù)據(jù)。如圖13所示,傳感器箱100將采集到的數(shù)據(jù)提供給控制單元101使用,在該實施例中,控制單元101集成在泵機組46的控制電子器件中。為此,在傳感器箱100中設(shè)置輸出接口 102,并在控制單元101中設(shè)置相匹配的輸入接口 104。輸出接口 102和輸入接口 104在此作為功能接口,其允許從傳感器箱 100到位于泵機組46中的控制單元101進行無線信號傳輸。這可以使泵機組46以及傳感器94、96和98的連接非常簡單,因為這樣就不必與泵機組46直接連接。因此,可以不依賴于循環(huán)泵46而與傳感器94、96和98相連接并布線,循環(huán)泵46在需要時也可以很容易地進行更換,而不會妨礙傳感器的電纜連接。優(yōu)選循環(huán)泵46中的控制單元101不僅控制或調(diào)節(jié)循環(huán)泵46,而且還控制或調(diào)節(jié)循環(huán)泵76,為此,循環(huán)泵46中的控制單元101優(yōu)選同樣可以通過無線電(Fimk)與循環(huán)泵76或其控制裝置進行無線通訊。因此,兩個循環(huán)泵46和76 都非常容易連接,因為僅僅需要用于電源供應(yīng)的電氣連接。用于控制的全部通訊都是無線進行的。在數(shù)據(jù)采集模塊100或傳感器盒100中,還可以對由傳感器94、96和98所提供的信號進行信號處理,以便以預(yù)先確定的格式將所需要的數(shù)據(jù)提供給控制裝置101使用??刂茊卧?01通過輸入接口 104優(yōu)選只讀取來自輸出接口 102的控制所需的最新數(shù)據(jù),從而可以將數(shù)據(jù)通訊限制在最低程度上??刂茊卧?01優(yōu)選還承擔對在使用非飲用水循環(huán)模塊74時由循環(huán)泵76所引起的循環(huán)的控制當溫度傳感器94對由蓄熱器4所供應(yīng)的加熱介質(zhì)的溫度進行檢測所測得的溫度低于預(yù)設(shè)的邊界值時,用于循環(huán)的循環(huán)泵76被停機。通過這種方式可以防止由于非飲用水循環(huán)而使蓄熱器4過分冷卻,而且當對蓄熱器4的供熱例如由于在太陽能模塊上缺乏日射而過低時,這種循環(huán)可以被中斷??刂茊卧?01這樣控制循環(huán)泵46的運行當給出用于非飲用水加熱的熱量需求時,首先接通循環(huán)泵46,以便將加熱介質(zhì)從蓄熱器4輸送到熱交換器6。如果不設(shè)置非飲用水循環(huán)模塊74,這種非飲用水的熱量需求將通過組合溫度流量傳感器98進行檢測。如果該傳感器檢測到在流路中通過連接件60的流動,即非飲用水流,這意味著,用于熱的非飲用水的水龍頭被打開,從而使冷的非飲用水通過連接口 38流入,并給出用于非飲用水加熱的熱量需求。因此在這種情況下,控制單元101可以使循環(huán)泵46投入運行。如果設(shè)置非飲用水循環(huán)模塊74,可以不對非飲用水需求進行檢測,因為當非飲用水的水龍頭沒有打開時,傳感器98也可以根據(jù)由第二循環(huán)泵76引起的循環(huán)檢測流動。在這種情況下,傳感器98可以只檢測由熱交換器6流出的非飲用水的溫度,當該溫度低于預(yù)設(shè)的邊界值時,接通循環(huán)泵46,將加熱介質(zhì)輸送給熱交換器6并因此使循環(huán)的非飲用水被加熱,以平衡由于循環(huán)造成的熱量流失。為了在這種情況下檢測由于水龍頭7打開所造成的非飲用水需求,使用溫度傳感器96。如圖11所示,該溫度傳感器并沒有精確地圍繞位于基礎(chǔ)元件28中的流動通道32的節(jié)點設(shè)置,而是從該節(jié)點開始朝連接口 38移動,其中,來自連接口 36和38以及40的流動通道部分會聚于該節(jié)點上。也就是說,溫度傳感器96位于用于輸送冷的非飲用水的流動通道部分中。如果用于已加熱非飲用水的水龍頭被打開,這將導致冷的非飲用水在該管道部分中流動,從而正如由圖12中的下面的曲線所看到的那樣,溫度傳感器96在向連接口 38 伸展的第一流動通道32的部分中檢測到溫度下降。根據(jù)對這種溫度下降的檢測,控制單元 101接通循環(huán)泵46,以輸送加熱介質(zhì)。在圖12中示出了多個連續(xù)的非飲用水要求,每一次要求都重復導致溫度下降,在完成對已加熱的非飲用水的要求時,會再次造成溫度下降,這是因為存在于設(shè)置溫度傳感器96的管道部分中的水被重新加熱。溫度傳感器96在第二連接接頭30中稍高地設(shè)置于節(jié)點的上方,流路或流動通道 32的部分從連接口 36、38和40集中在該節(jié)點上。通過這種方式將確保,當用于非飲用水的水龍頭被關(guān)閉并因此而不存在流動時,再次利用由循環(huán)泵46造成的從連接口 40向入口 16 流動的循環(huán)的非飲用水,通過熱傳遞對在設(shè)置有傳感器96的管道部分中的水緩慢加熱。如上所述,熱交換器6構(gòu)成非飲用水加熱單元2的承載元件,連接接頭26、30、48,也許還有50,與泵46,也許還有76以及傳感器箱100 —起固定在熱交換器6上。由此使非飲用水加熱單元2形成集成模塊,該集成模塊可以作為預(yù)制單元安裝在加熱設(shè)備或加熱系統(tǒng)中。將循環(huán)泵46和76與熱交換器6相關(guān)地設(shè)置為,使其轉(zhuǎn)動軸線平行于板的表面延伸, 特別是平行于外板13的表面延伸。為了能夠?qū)⑵渖习惭b有部件的熱交換器6以其側(cè)面固定在蓄熱器4上,或者固定在加熱設(shè)備的其他元件上,在熱交換器6上安裝蹬狀的止動裝置 106。蹬106 —方面構(gòu)成固定裝置,用于在蓄熱器4上固定;此外還構(gòu)成把手件108,整個非飲用水加熱單元2都可以抓在該把手件上,由此能夠使整個裝置的操作在安裝過程中非常簡單。圖14示出非飲用水加熱單元2的一種特殊設(shè)置。在這種設(shè)置中,為了能夠滿足更大的非飲用水需求,級聯(lián)狀地并聯(lián)接通四個如上所述的非飲用水加熱單元2。在該實施例中示出了四個非飲用水加熱單元2。但是需要指出的是,根據(jù)最大的非飲用水需求,也可以以相應(yīng)的方式設(shè)置或多或少的非飲用水加熱單元2。在所示出的實施例中,所有的非飲用水加熱單元2都由共有的蓄熱器4供給加熱介質(zhì)。非飲用水加熱單元2的設(shè)計完全相同。根據(jù)如圖1、圖2、圖4、圖7、圖8和圖11所示的實施方式設(shè)置圖14中與蓄熱器4相鄰的第一非飲用水加熱單元2,即,該非飲用水加熱單元2具有非飲用水循環(huán)模塊74。具有第二循環(huán)泵 46的非飲用水循環(huán)模塊74與循環(huán)管道90相連接。循環(huán)管道90連接在位于最遠端的水龍頭7上,而水龍頭7位于用于已加熱非飲用水的管道DHW上。通過這種方式可以使已加熱的非飲用水通過整個向水龍頭7供給已加熱非飲用水的管道系統(tǒng)進行循環(huán)。這種具有非飲用水循環(huán)模塊74的非飲用水加熱單元2的功能基本上與上面的描述一樣。其余三個非飲用水加熱單元2被構(gòu)造為,沒有非飲用水循環(huán)模塊74,如圖5所示。如圖14所示,每個非飲用水加熱單元2都具有集成在循環(huán)泵46中的控制單元101 以及單獨的傳感器箱100。多個非飲用水循環(huán)模塊2的各自的控制單元101通過無線接口 (FunkschnittstellerOlliK見圖13)相互通訊。在第一非飲用水加熱單元2中,無線接口 110也可用于與第二循環(huán)泵76,必要時還有轉(zhuǎn)向閥66進行通訊。當然也可以通過傳感器箱 100控制轉(zhuǎn)向閥66,為此使轉(zhuǎn)向閥66通過電氣連接導線與傳感器箱100相連接。所有的非飲用水加熱單元2的控制單元101都構(gòu)造為相同的,并共同執(zhí)行對級聯(lián)配置的控制,現(xiàn)在參照圖15對其做更詳細地描述。在圖15中示出了四個非飲用水加熱單元2,分別為M1、M2、M3和M4。在設(shè)置在下方的小方塊中,利用數(shù)字1至4表示非飲用水加熱單元2的啟動序列。在啟動序列中排在位置1上的非飲用水加熱單元2 (在第一步中為M2)起到領(lǐng)導作用,即,這個起到領(lǐng)導作用的非飲用水加熱單元2,或者說其控制單元101,還策動其他的非飲用水加熱單元2的接通和斷開。如果出現(xiàn)對非飲用水的請求,即水龍頭7被打開時,上述起到領(lǐng)導作用的非飲用水加熱單元2通過組合溫度-流量傳感器98進行檢測。根據(jù)利用M2至M4所表示的非飲用水加熱單元2,在圖14中所示出的非飲用水加熱單元2沒有非飲用水循環(huán)模塊74。具有非飲用水循環(huán)模塊74的非飲用水加熱單元2是在圖15中表示為Ml的模塊。該模塊起到領(lǐng)導作用。如果現(xiàn)在該領(lǐng)導模塊在步驟A中探測到非飲用水要求,則該非飲用水加熱單元 2首先投入運行,即,循環(huán)泵46將加熱介質(zhì)輸送到對應(yīng)的熱交換器6中。如果現(xiàn)在從步驟B 到步驟C中斷開非飲用水要求,該起領(lǐng)導作用的非飲用水加熱單元2在步驟C中繼續(xù)被加熱。如果現(xiàn)在從步驟C到步驟D中,通過打開水龍頭7而重新出現(xiàn)非飲用水要求,由此可使起領(lǐng)導作用的非飲用水加熱單元2 (M2)再次投入運行。如果現(xiàn)在由于打開例如其他的水龍頭7而使非飲用水要求增加,在步驟E中啟動下一個非飲用水加熱單元2,其中,起領(lǐng)導作用的非飲用水加熱單元2 (M2)的控制單元101向處于啟動序列的第二位置(在此為M3)的非飲用水加熱單元2發(fā)送開始運行的信號。然后,其控制單元101相應(yīng)地使下一個非飲用水加熱單元2(M3)的循環(huán)泵46投入運行,以便向熱交換器6供給加熱介質(zhì)。如果現(xiàn)在從步驟E到步驟F再次停止非飲用水要求,那么非飲用水加熱單元2關(guān)閉,并且各個非飲用水加熱單元2的控制單元101新確定彼此之間的啟動序列。這是按照以下方式發(fā)生的按照啟動序列,現(xiàn)在使最后被接通的非飲用水加熱單元2占據(jù)第一的位置,并將首先被接通的非飲用水加熱單元2,也就是迄今為止起領(lǐng)導作用的非飲用水加熱單元2回到最后的位置上(在此為M2)。也可以將領(lǐng)導作用相應(yīng)地交換給在啟動序列中現(xiàn)在處于第一位置(M2)上的非飲用水加熱單元2。通過這種方式將確保均勻有規(guī)律地利用非飲用水加熱單元2,并同時實現(xiàn),使首先投入運行的非飲用水加熱單元2優(yōu)選是仍然具有余熱的非飲用水加熱單元2。具有非飲用水循環(huán)模塊74的非飲用水加熱單元2始終保持在啟動序列的最后位置,即,其只在最大負荷時接通,并只用于對循環(huán)的非飲用水加熱。如果非飲用水加熱單元2損壞或脫落,那么其將完全從啟動序列中刪除,即根本不再投入運行。這將全部通過相同的控制單元101相互之間的通訊實現(xiàn),從而可以省去中央控制器。當沒有非飲用水需要加熱時,為了關(guān)閉非飲用水加熱單元2,附加地在每個非飲用水加熱單元2的用于冷的非飲用水DCW的輸入管道中設(shè)置在上述圖1至圖13中未示出的閥門112。通過控制單元101的傳感器箱100對閥門112進行控制。閥門112優(yōu)選通過電氣連接線與傳感器箱100相連接,而控制單元101通過位于傳感器箱100上的輸入接口 104 和輸出接口 102傳送信號,以打開和關(guān)閉閥門112。當閥門112關(guān)閉時,將實現(xiàn)沒有非飲用水流過任意的熱交換器6,從而防止冷的非飲用水通過未使用的非飲用水加熱單元2的熱交換器6流入用于已加熱的非飲用水DHW的輸出管道中。現(xiàn)在參照圖16對在上述非飲用水加熱單元2中的已加熱非飲用水DHW的溫度調(diào)節(jié)進行說明。在控制單元101中設(shè)置調(diào)節(jié)器114,并預(yù)先給定已加熱非飲用水DHW的設(shè)定溫度T,ef。該設(shè)定溫度例如在循環(huán)泵46中的控制單元101上是可調(diào)的。為此,可以在循環(huán)泵 46上設(shè)置控制元件。替代地也可以通過無線接口,例如紅外線或無線電,借助于遠程控制或設(shè)備自動化進行調(diào)節(jié)。用設(shè)定溫度減去由傳感器98所測得的已加熱非飲用水DHW的實際溫度TDHW。所得到的差作為調(diào)節(jié)差值(Regeldifferenz) Δ T輸送給調(diào)節(jié)器14。由該調(diào)節(jié)器給出循環(huán)泵76的設(shè)定轉(zhuǎn)速ω&,由此實現(xiàn)對循環(huán)泵46的控制,從而使循環(huán)泵76向熱交換器6輸送體積流量為Qai的加熱介質(zhì)。然后在熱交換器6中對流入的冷非飲用水DCW進行加熱,從而在熱交換器6的輸出側(cè)獲得出口溫度TDHff。然后,正如所描述的那樣,利用傳感器 98檢測該實際值Tdhw,并再次輸送到調(diào)節(jié)器。也就是說,根據(jù)本發(fā)明,循環(huán)泵46的轉(zhuǎn)速以及加熱介質(zhì)的體積流量Qai依據(jù)熱的非飲用水的出口溫度進行調(diào)節(jié)。此外,為了實現(xiàn)快速響應(yīng),在該實施例中,在調(diào)節(jié)器14中設(shè)置擾動前饋。為此還通過傳感器98檢測非飲用水的體積流量,并將該非飲用水體積流量Qdhw作為擾動前饋給調(diào)節(jié)器114。此外,通過溫度傳感器94檢測由循環(huán)泵46輸送給熱交換器6的加熱介質(zhì)的溫度 Tcffln,并將其作為擾動前饋給調(diào)節(jié)器114。考慮到該干擾,對循環(huán)泵46的設(shè)定轉(zhuǎn)速進
12行相應(yīng)地調(diào)整,從而可以例如根據(jù)更冷的加熱介質(zhì)和/或更大的非飲用水體積流量均勻地提高循環(huán)泵46的轉(zhuǎn)速,以便更快地達到待加熱非飲用水所需要的設(shè)定溫度Tref。另一個影響非飲用水溫度Tdhw的干擾或參數(shù)是所流入的冷的非飲用水DCW的溫度TDCT。但是在所示出的實施例中,并不將該參數(shù)作為干擾前饋給調(diào)節(jié)器114,因為該冷水溫度一般基本上是恒定的。但是也可以考慮,當冷水溫度波動很大時,將Tdct作為擾動前饋給調(diào)節(jié)器114。附圖標記列表
2非飲用水加熱單元
4蓄熱器
6熱交換器
7水龍頭
8殼體
10用于加熱介質(zhì)的第一流路
12用于非飲用水的第二流路
13外部板
14入口
16出口
18入口
20出口
22加熱介質(zhì)的溫度曲線
24非飲用水的溫度曲線
26第一連接接頭
28基礎(chǔ)元件
30第二連接接頭
32,34流動通道
36,38,40連接口或管道接口
42密封件
44供應(yīng)管道
46第一循環(huán)泵
48第三連接接頭
50第四連接接頭
52流動通道
54,56,58連接口或管道接口
60連接件
62管道接口
64管道
66換向閥
68,70 接口
72冷水管道
74非飲用水循環(huán)模塊
76第二循環(huán)泵78連接件80 管81 插口82連接元件84管接件86,88 連接口90循環(huán)管道92傳感器插口94,96溫度傳感器97 節(jié)點98傳感器99 導線100傳感器箱101控制單元或控制和調(diào)節(jié)電子器件102 輸出接口104 輸入接口106 蹬108 手柄110 無線接口112 閥門DCW冷的非飲用水DHW熱的非飲用水CHO熱加熱介質(zhì),加熱介質(zhì)輸送CHR冷加熱介質(zhì),加熱介質(zhì)回流TrefS定溫度Tdhw已加熱非飲用水的溫度Tdct冷的非飲用水的溫度Tcsin加熱介質(zhì)的溫度Qdhw非飲用水體積流量Qqi加熱介質(zhì)體積流量Δ T調(diào)節(jié)差(Oref設(shè)定轉(zhuǎn)速
1權(quán)利要求
1.一種設(shè)計用于供熱設(shè)備中的非飲用水加熱單元(2),其具有至少一個熱交換器(6), 所述熱交換器具有用于加熱介質(zhì)的第一流路(10)和用于待加熱非飲用水的第二流路 (12),其特征在于,所述兩個流路(10,12)在第一部分(A)中彼此相對地以彼此相對取向的流動方向處于逆向流動設(shè)置中,而在沿非飲用水流動方向的下流方向上的、隨后的第二部分(B)中以相同取向的流動方向處于同向流動設(shè)置中。
2.如權(quán)利要求1所述的非飲用水加熱單元(2),其特征在于,所述至少一個熱交換器 (6)是板式熱交換器。
3.如權(quán)利要求1或2所述的非飲用水加熱單元(2),其特征在于,所述第一部分(A)占所述第二流路的長度的50%到80%,優(yōu)選為65%到75%。
4.如前面任一項權(quán)利要求所述的非飲用水加熱單元(2),其特征在于,該加熱單元具有至少兩個彼此連接的熱交換器,其中,在一個熱交換器中構(gòu)造所述流路(10,12)的第一部分(A),在另一個熱交換器中構(gòu)造所述流路(10,12)的第二部分(B)。
5.如前面任一項權(quán)利要求所述的非飲用水加熱單元(2),其特征在于,在所述熱交換器(6)的第一部分(A)和第二部分(B)之間設(shè)置反轉(zhuǎn)部分(C),所述第一流路(10)和/或所述第二流路(12)在該部分中這樣延伸使得相對于另一流路(10,12)發(fā)生從逆向流動到同向流動的方向反轉(zhuǎn)。
6.如前面任一項權(quán)利要求所述的非飲用水加熱單元(2),其特征在于,設(shè)有用于加熱介質(zhì)的循環(huán)泵(46)。
7.如權(quán)利要求6所述的非飲用水加熱單元(2),其特征在于,所述循環(huán)泵(46)固定在所述熱交換器(6)上。
8.如前面任一項權(quán)利要求所述的非飲用水加熱單元(2),其特征在于,所述熱交換器 (6)在所述第一流路(10)和/或所述第二流路(12)的至少一個入口或出口(20)上具有用于與連接管道相連接的連接接頭(26)。
9.如權(quán)利要求8所述的非飲用水加熱單元(2),其特征在于,在所述連接接頭(26)中設(shè)置溫度和/或流量傳感器(98)。
10.如權(quán)利要求8或9所述的非飲用水加熱單元(2),其特征在于,所述連接接頭(26) 與所述用于加熱介質(zhì)的循環(huán)泵(46)相連接。
11.如前面任一項權(quán)利要求所述的非飲用水加熱單元(2),其特征在于,設(shè)有緊固件 (106),該緊固件用于將所述非飲用水加熱單元(2)安裝在鍋爐或水存儲器(4)上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種非飲用水加熱單元(2),該非飲用水加熱單元設(shè)計用于供熱設(shè)備中并具有至少一個熱交換器(6),該熱交換器具有用于加熱介質(zhì)的第一流路(10)以及用于待加熱的非飲用水的第二流路(12),其中,該兩個流路(10,12)在第一部分(A)中相對于彼此以彼此相對取向的流動方向處于逆向流動設(shè)置中,而在沿非飲用水流動方向的下流方向上的、隨后的第二部分(B)中以相同取向的流動方向處于同向流動設(shè)置中。
文檔編號F24H9/12GK102345927SQ20111022375
公開日2012年2月8日 申請日期2011年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月30日
發(fā)明者奧拉夫·延森, 本特·多辛 申請人:格倫德福斯管理聯(lián)合股份公司