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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verschaltungseinrichtung, insbesondere eine Verschaltungseinrichtung, die die Fluidströme zwischen einer oder mehreren Wärmesenken und einer oder mehreren Wärmequellen steuert.
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Aus dem Stand der Technik gemäß der
DE 10 2009 012 318 A1 ist ein Wärmespeichersystem mit einer Mehrzahl von Speicherbehältnissen bekannt, in denen sich ein Latentwärmespeichermedium befindet. Dieses Latentwärmespeichersystem kann beispielsweise zum Betrieb einer Heizungsanlage oder beispielsweise auch zur Erwärmung von Brauchwasser genutzt werden.
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Aus dieser Druckschrift ist es des weiteren bekannt, dass die genannten Speicherbehältnisse beispielsweise mittels einer Solaranlage mit Wärme „beladen” werden können. So ist es beispielsweise möglich, in diesen Speicherbehältnissen in den Sommermonaten Energie zu speichern und diese in den Wintermonaten zu Heizungszwecken abzurufen.
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4 zeigt exemplarisch ein solches aus dem Stand der Technik bekanntes Wärmespeichersystem, bei dem mit dem Bezugszeichen 10. eine Mehrzahl der genannten Speicherbehältnisse gekennzeichnet ist, die mit einem Latentwärmespeichermedium, beispielsweise mit einem Salzhydrat oder dergleichen gefüllt sind. In diesen Speicherbehältnissen 10 befindet sich ein Wärmeübertrager 90, der von einem geeigneten Wärmeträgermedium, wie beispielsweise Wasser oder dergleichen durchströmt wird. Beim Durchströmen des Wärmeübertragers 90 kommt es – je nach Temperaturniveau – zu einem Energieeintrag in das Latentwärmespeichermedium, das sich in dem Speicherbehältnis 10 befindet, oder auch zu einem Wärmeübergang von dem Latentwärmespeichermedium in das Wärmeträgermedium, das den Wärmeübertrager 90 durchströmt.
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In 4 sind mit den Bezugszeichen 20 und 30 Ventilblöcke gekennzeichnet, die die Aufgabe haben, die hydraulische Verschaltung der Speicherbehältnisse 10 vorzunehmen.
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Das Bezugszeichen 40 kennzeichnet einen Plattenwärmetauscher, der zur Bereitstellung von Brauchwasser in dem Brauwassersystem 50 benötigt wird und das Bezugszeichen 60 symbolisiert einen Heizkreislauf eines Gebäudes.
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Mit dem Bezugszeichen 100 ist schließlich eine Steuereinheit gekennzeichnet, die Signale von Sensoren 70 erhält, die den Betriebszustand der einzelnen Speicherbehältnisse 10 bzw. der sogenannten Cluster 10 ermittelt. Bei dem Betriebszustand kann es sich beispielsweise um die Temperatur des Latentwärmespeichermediums, um dessen Phasenzustand (fest, flüssig) etc. handeln.
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Mit dem Bezugszeichen 80 ist schließlich eine Auslöseeinheit bzw. ein Auslösemechanismus gekennzeichnet, der vorzugsweise automatisch durch die Steuerung 100 aktiviert wird, wenn die vorzugsweise unterkühlte Salzschmelze in den Speicherbehältnissen 10 auskristallisieren soll, das heißt also wenn Wärmebedarf beispielsweise im Heizsystem 60 oder in dem Brauchwassersystem 50 besteht.
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Sollte die Wärmemenge eines der Speicher 10 nicht zur Abdeckung des Bedarfs an Wärmeenergie ausreichen, können mittels der Ventilanordnung 20 weitere Speicher 10 hinzugeschaltet werden. Sollten bezogen auf die sensitive Wärme aller Speicher 10 erschöpft sein, so lässt sich ein Mehrbedarf über die Freigabe der beim Kristallisationsvorgang frei werdende Schmelzwärme abdecken. Zur „Beladung” der Speicherbehältnisse 10 mit Wärme, werden diese über die dargestellte Leitungs- bzw. Ventilanordnung 20, 30 mit einer Wärmequelle, wie beispielsweise mit Solarkollektoren, verbunden. In diesem Fall erfolgt über die Wärmeübertrager 90 somit ein Wärmeeintrag in das Latentwärmespeichermedium, das zu einem Schmelzen des Latentwärmespeichermediums und gegebenenfalls zu einem darüber hinausgehenden Wärmeeintrag führen kann.
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Denkbar ist es, diesen „Beladevorgang” solange fortzusetzen bis der am oder im Cluster 10 befindliche Sensor 70 die vollständige Lösung des Wärmelatentwärmespeichermediums erkennt. Danach kann der Beladungsvorgang abgeschlossen werden oder wie ausgeführt weiter fortgesetzt werden, je nach dem wieviel Wärme zur Verfügung steht.
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Das in 4 ersichtliche Wärmespeichersystem mit den Speicherbehältnissen 10 kann somit hydraulisch einerseits beispielsweise mit einem Solarkreislauf oder mit einer sonstigen Wärmequelle verbunden werden und andererseits mit einem Heizkreis oder einer sonstigen Wärmesenke verbunden werden, die Wärme aus dem dargestellten System bzw. aus den Speicherbehältnisse 10 abführt. Denkbar ist es, diese beiden Kreisläufe, das heißt einerseits einen hydraulischen Kreislauf zum Eintrag von Wärme in die Speicherbehältnisse 10 und einen hydraulischen Kreislauf zur Abfuhr von Wärme aus den Speicherbehältnissen 10 hydraulisch voneinander zu trennen; in diesem Fall sind zwei Wärmetauschereinheiten 90 pro Speicherbehältnis 10 vorzusehen.
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Wie aus 4 ersichtlich, erfolgt die Freischaltung bzw. die Aktivierung über einzelne Ventilgruppen 20, 30, die von einer Steuerungseinrichtung 100 angesteuert werden. Diese erhält ihrerseits Signale z. B. von einer Sensorik 70 und schaltet in Abhängigkeit den empfangenen Signalen bzw. je nach Heizbedarf bzw. je nach Menge der zur Verfügung stehenden Wärme die Ventile 20, 30 so, dass die gewünschte Zufuhr in die Speicherbehältnisse 10 sowie die Wärmeabfuhr aus den Speicherbehältnissen 10 optimal erfolgen kann.
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Eine Einzelventilsteuerung, bei der jedem Wärmespeicherbehältnis 10 wenigstens eins, vorzugsweise mehrere Einzelventile zugeordnet sind, ist mit verschiedenen Nachteilen verbunden, beispielsweise mit dem Nachteil eines erhöhten Apparateaufwandes, mit dem Nachteil erhöhter Ausfallwahrscheinlichkeiten sowie mit dem Nachteil von Synchron- und Druckverlusten.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Verschaltungseinrichtung anzugeben, die einfach aufgebaut ist und mittels derer der apparative Aufwand gegenüber einer Einzelventilsteuerung wesentlich verringert werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch eine Verschaltungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Danach ist vorgesehen, dass die Verschaltungseinrichtung wenigstens eine Anschlusseinheit aufweist, die wenigstens einen ersten Anschluss aufweist, mittels dessen die Anschlusseinheit mit wenigstens einem Vorlauf von zumindest einer ersten Wärmesenke oder Wärmequelle in Fluidverbindung steht und die wenigstens einen zweiten Anschluss aufweist, mittels dessen die Anschlusseinheit mit wenigstens einem Rücklauf zu der zumindest einen ersten Wärmesenke oder Wärmequelle in Fluidverbindung steht. Des weiteren ist vorgesehen, dass die Anschlusseinheit wenigstens zwei Vorlaufanschlüsse und wenigstens zwei Rücklaufanschlüsse aufweist, wobei jeder der Vorlaufanschlüsse mit wenigstens einem Vorlauf zu einer von mehreren zweiten Wärmequellen/Wärmesenken in Verbindung steht und wobei jeder der Rücklaufanschlüsse mit wenigstens einem Rücklauf von jeweils einer von mehreren der zweiten Wärmequellen/Wärmesenken in Verbindung steht. Dabei kann jeder der Vorlaufanschlüsse und/oder jeder der Rücklaufanschlüsse genau einer zweiten Wärmequelle/Wärmesenke zugeordnet sein oder auch mehr als einer zweiten Wärmequelle/Wärmesenke.
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Die Verschaltungseinrichtung weist des weiteren wenigstens eine relativ zu der Anschlußeinheit in unterschiedliche Positionen verstellbare Verstelleinheit auf, die mit der Anschlusseinheit derart in Verbindung steht, dass je nach Position der Verstelleinheit relativ zu der Anschlußeinheit eine Fluidverbindung zwischen wenigstens zwei Ausschlüssen der Ausschlußeinheit herstellbar und/oder unterbindbar ist.
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Die Verstelleinheit hat somit die Aufgabe, Fluidverbindungen zwischen zwei oder mehr als zwei der Anschlüsse der Anschlußeinheit herzustellen oder zu verhindern bzw. abzusperren. Auf diese Weise ist es möglich, mittels einer Verschaltungseinrichtung beispielsweise mehrere Wärmequellen oder Wärmesenken hydraulisch in der gewünschten Weise zu verschalten, das heißt ist es nicht mehr erforderlich, für jede einzelne Wärmequelle oder Wärmesenke ein einzelnes Ventil oder eine einzelne Ventilgruppe bereitzustellen, da eine erfindungsgemäße Verschaltungseinrichtung zwei oder auch mehr als zwei Wärmequellen oder Wärmesenken hydraulisch in der gewünschten Weise gemeinsam verschalten kann.
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Diese Verschaltung erfolgt mittels der Verstelleinheit die relativ zu der Anschlußeinheit so bewegbar ist, dass Anschlüsse der Anschlußeinheit freigegeben oder blockiert werden bzw. Verbindungswege freigegeben oder blockiert werden, so dass unterschiedliche Betriebsarten der Wärmequellen oder Wärmesenken möglich sind.
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Bezug nehmend auf das Wärmespeichersystem gemäß 4, das abgesehen von der Einzelventilsteuerung auch ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt bedeutet dies, dass beispielsweise die Einzelventile der Ventilgruppe 2 und 3 zumindest teilweise ersetzt werden können durch eine gemeinsame Verschaltungseinrichung der vorliegenden Erfindung, was den apparativen Aufwand sowie die Ausfallwahrscheinlichkeit verringert.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei der Anschlusseinheit um ein Gehäuse.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, dass es sich bei der Verstelleinheit um eine translatorisch und/oder rotatorisch bewegbare Einheit, vorzugweise um einen Schieber, einen Drehschieber oder einen Drehzylinder handelt.
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Wie eingangs ausgeführt, ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Verstelleinheit relativ zu der Anschlusseinheit bewegbar ausgebildet ist, wobei die Verstelleinheit oder die Anschlusseinheit ortsfest und die jeweils andere Einheit, das heißt also die Anschlusseinheit oder die Verstelleinheit bewegbar angeordnet ist. Es ist also nicht zwingend erforderlich, dass die Verstelleinheit bewegt wird, um unterschiedliche hydraulische Verschaltungen zu erzielen. Ebenso ist es denkbar und von der Erfindung mit umfasst, dass die Verstelleinheit ortsfest angeordnet ist und sich die Anschlußeinheit bewegt, wenngleich die erste der Alternativen, das heißt eine bewegbare Verstelleinheit die bevorzugte Variante darstellt.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verstelleinheit bewegbar, vorzugsweise drehbar in der Anschlusseinheit aufgenommen ist. So ist eine Ausführungsform denkbar, bei der die Verstelleinheit z. B. als Zylinder ausgeführt ist, der in einer zylindrischen Ausnehmung der Anschlusseinheit drehbar angeordnet ist. Je nach Drehposition der Verstelleinheit in der Anschlußeinheit werden unterschiedliche hydraulische Leitungen bzw. Verschaltungen freigegeben oder abgestellt, so dass eine gezielte Ansteuerung einer oder mehrerer Wärmequellen oder Wärmesenken mittels der erfindungsgemäßen Verschaltungseinrichtung möglich ist.
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Denkbar ist es beispielsweise, dass die Verstelleinheit wenigstens eine Vorlaufkammer aufweist, die in zumindest einer Stellung der Verstelleinheit in Fluidverbindung mit dem ersten Anschluss steht und dass die Verstelleinheit wenigstens eine Rücklaufkammer aufweist, die in zumindest einer Stellung der Verstelleinheit in Fluidverbindung mit dem zweiten Anschluss steht.
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Denkbar ist es, dass der erste Anschluß mit einem Heizungssystem in Verbindung steht, von dem das Wärmeträgermedium aus dem Heizungssystem in die Vorlaufkammer einströmt und dass der zweite Anschluß ebenfalls mit dem Heizungssystem in Verbindung steht, wobei das Heizungssystem mit einem Wärmeträgermedium versorgt wird, das aus der Rücklaufkammer abströmt.
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Die Vorlaufkammer und die Rücklaufkammer der Verstelleinheit können voneinander durch eine Wand oder dergleichen getrennt sein.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verstelleinheit derart ausgebildet ist, dass sie in wenigstens einer Stellung jeden der Vorlaufanschlüsse und/oder jeden der Rücklaufanschlüsse absperrt. Denkbar ist es somit beispielsweise, die Verschaltungseinrichtung so auszuführen, dass die Wärmesenken und/oder Wärmequellen nicht von einem Wärmeträgermedium durchströmt werden. Bezug nehmend auf das Ausführungsbeispiel gemäß 4 sind in diesem Fall alle Speichereinheiten hydraulisch abgeschaltet, das heißt nicht von einem Wärmeträgermedium durchströmt.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Verschaltungseinrichtung derart ausgeführt ist, dass deren Verstelleinheit in wenigstens einer Stellung wenigstens zwei der Vorlaufanschlüsse in Fluidverbindung mit dem ersten Anschluß verschaltet und/oder dass sie in wenigstens einer Stellung nur einen oder einzelne Vorlaufanschlüsse in Fluidverbindung mit dem ersten Anschluß verschaltet und/oder dass sie in wenigstens einer Stellung wenigstens einen Rücklaufanschluß in Fluidverbindung mit wenigstens einem Vorlaufanschluß verschaltet.
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So ist es beispielsweise denkbar, dass zwei Vorlaufanschlüsse parallel geschaltet werden und zwar dadurch, dass die Verstelleinheit den ersten Anschluß mit zumindest zwei der Vorlaufanschlüsse in Fluidverbindung schaltet. Ist jedem der Vorlaufanschlüsse genau eine oder wenigstens eine Wärmequelle oder Wärmesenke zugeordnet, führt diese Stellung der Verstelleinheit dazu, dass die Wärmequellen oder Wärmesenken parallel von einem Wärmeträgermedium durchströmt werden.
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Exemplarisch Bezug nehmend auf das Ausführungsbeispiel gemäß 4 würden in diesem Fall zwei oder mehr der Speicherbehältnisse 10 parallel zueinander mit Wärme „beladen” werden oder es würde aus den Speicherbehältnissen parallel Wärme abgezogen wird.
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Auch ist es denkbar, dass in wenigstens einer Stellung der Verstelleinheit nur einer oder einzelne Vorlaufanschlüsse in Fluidverbindung mit dem ersten Anschluß stehen, so dass es beispielsweise denkbar ist, dass nur einer oder einzelne oder alle Speicherbehältnisse bzw. zweite Wärmequellen oder Wärmesenken jeweils für sich hydraulisch mit dem ersten Anschluß verschaltet werden. Beispielsweise kann es erforderlich sein, dass nur eines oder einige der Speicherbehältnisse mit Wärme beladen werden sollen oder nur aus einem oder einigen der Speicherbehältnisse Wärme abgezogen werden soll. In diesem Fall ist es nicht erforderlich, alle Speicherbehältnisse hydraulisch zu verschalten, wenngleich dies von der Erfindung mitumfasst ist. Grundsätzlich können die Speicherbehältnisse parallel, in Reihe oder gemischt, d. h. teils parallel, teils in Reihe verschaltet bzw. betrieben werden.
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Eine entsprechend Verschaltungsmöglichkeit ergibt sich für den Rücklauf, d. h. dass der zweite Anschluß mit nur einem Rücklauf, mehreren oder allen der zweiten Wärmequellen oder Wärmesenken verbunden wird.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verstelleinheit in wenigstens einer Position wenigstens einen Rücklaufanschluß in Fluidverbindung mit wenigstens einem Vorlaufanschluß verschaltet. Dadurch ist eine Serienschaltung mehrerer der zweiten Wärmequellen oder Wärmesenken denkbar. Exemplarisch Bezug nehmend auf das Ausführungsbeispiel gemäß 4 kann es somit beispielsweise denkbar sein, den Rücklauf eines ersten Speicherbehältnisses mit dem Vorlauf eines weiteren, nachgeschalteten Speicherbehältnisses zu verschalten, was zur Folge hat, dass ein Wärmeträgermedium, in dem ersten Speicherbehältnis um einen ersten Temperaturbetrag erwärmt wird und in einem weiteren Speicherbehältnis weiter erwärmt wird, so dass gegebenenfalls eine für ein Heizsystem hinreichend hohe Vorlauftemperatur erreicht wird.
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Auch ist es denkbar, den Rücklauf eines Speicherbehältnisses oder einer Wärmequelle oder Wärmesenke mit dem Vorlauf mehrerer weiterer Wärmequellen oder Wärmesenken zu verschalten.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Anschluss und/oder der zweite Anschluss und/oder der oder die Vorlaufanschlüsse und/oder der oder die Rücklaufanschlüsse als Öffnungen ausgebildet sind oder mit Öffnungen in Verbindung stehen, die sich durch die Wandung der Anschlusseinheit erstrecken.
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Des weiteren kann die Verstelleinheit einen oder mehrere Kanäle aufweisen, mittels derer Fluidverbindungen zwischen den Anschlüssen der Anschlusseinheit herstellbar oder absperrbar sind, um die gewünschten hydraulischen Verschaltungen zu realisieren.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kanäle der Verstelleinheit zu einer Wandung, vorzugsweise zu einer Außenwandung der Verstelleinheit hin offen ausgebildet sind. Bei dieser Außenwandung kann es sich um die Wandung handeln, die mit einer Innenwandung der Anschlußeinheit in Verbindung steht bzw. relativ zu dieser bewegbar ausgeführt ist. Die Kanäle ermöglichen somit die Verbindung oder das Absperren der Anschlüsse der Anschlußeinheit, und zwar je nach Relativposition zwischen Verstelleinheit und Anschlußeinheit.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist wenigstens eine Antriebseinheit, vorzugsweise wenigstens ein Motor vorgesehen, mittels derer eine Relativbewegung zwischen Verstelleinheit und Anschlusseinheit bewirkbar ist. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass wenigstens eine Ermittlungseinrichtung, insbesondere wenigstens ein Sensor vorgesehen ist, mittels dessen die Stellung bzw. die Position von Verstelleinheit und Anschlusseinheit relativ zueinander ermittelbar ist.
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Bezug nehmend auf das Ausführungsbeispiel gemäß 4 ist es somit denkbar, dass die Steuereinheit 100 an die Antriebseinheit ein Signal zur Verstellung der Verschaltungseinheit abgibt und dass mittels des Sensors bestimmt wird, dass die gewünschte Endposition erreicht ist und somit die gewünschte hydraulische Verschaltung realisiert ist.
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Der Einsatz der erfindungsgemäßen Verschaltungseinrichtung ist selbstverständlich nicht auf das in 4 schematisch dargestellte Wärmespeichersystem beschränkt. Ebenso ist es denkbar, mehrere Solarkollektoren oder andere Wärmequellen oder auch Wärmesenken ebenfalls in geeigneter Weise zu verschalten. Mittels der erfindungsgemäßen Verschaltungseinrichtung ist es beispielsweise möglich, einzelne Solarkollektoren hydraulisch zu verschalten bzw. von einem Hydrauliksystem abzusperren, mehrere Solarkollektoren parallel von einem Wärmeträgermedium durchströmen zu lassen und/oder auch in Reihe, etc.
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Des weiteren wird darauf hingewiesen, dass die Verschaltungseinheit nicht nur einen einzigen ersten Anschluß aufweisen muss, mittels dessen sie mit wenigstens einem Vorlauf in Verbindung steht, sondern auch mehrere erste Anschlüsse aufweisen kann, mittels derer sie mit dem Vorlauf von einer oder mehreren Wärmesenke oder Wärmequelle in Verbindung steht. Entsprechendes gilt für die zweiten Anschlüsse. Denkbar ist es, nur einen zweiten Anschluß oder mehrere zweite Anschlüsse vorzusehen, mittels derer die Anschlußeinheit mit einem oder mehreren Rückläufen zu den Wärmesenken oder Wärmequellen in Verbindung steht.
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Die vorliegende Erfindung betrifft des weiteren ein System umfassend wenigstens eine Wärmequelle und wenigstens eine Wärmesenke sowie wenigstens eine Verschaltungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, mittels derer die Wärmequelle und die Wärmesenke derart verschaltbar sind, dass sie in Fluidverbindung stehen, wobei vorzugsweise wenigstens eine Steuer- oder Regelungseinrichtung vorgesehen ist, mittels derer die Verschaltungseinrichtung ansteuerbar oder regelbar ist. Denkbar ist es, dass das System nur eine einzige Verschaltungseinrichtung aufweist, mittels derer eine oder mehrere Wärmequellen und/oder eine oder mehrere Wärmesenken hydraulisch verschaltbar sind.
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Von der Erfindung ist jedoch auch der Fall umfasst, dass mehrere Verschaltungseinrichtungen vorgesehen sind, beispielsweise eine um die in 4 dargestellten Speicherbehältnisse hydraulisch zu verschalten und eine weitere, um ein nicht näher dargestelltes Solarkollektorsystem oder ein sonstiges System von Wärmequellen oder Wärmesenken in geeigneter Weise hydraulisch zu verschalten, wobei das Solarkollektorsystem und das Wärmespeichersystem miteinander in Verbindung stehen können bzw. nach Position der Verschaltungseinrichtungen miteinander in hydraulischer Verbindung stehen.
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Bei der Wärmesenke und/oder bei der Wärmequelle kann es sich um einen oder mehrere Wärmespeicher, vorzugsweise um einen oder mehrere Latentwärmespeicher und/oder um einen oder mehrere Solarkollektoren und/oder um ein oder mehrere Heizungssysteme und/oder um ein oder mehrere Brauchwassersystem handeln.
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Die vorliegende Erfindung betrifft des weiteren ein Gebäude oder eine mobile Einheit, wie einen Wohnwagen, ein KFZ oder dergleichen mit wenigstens einem System nach Anspruch 13 oder 14 oder mit wenigstens einer Verschaltungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
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1: eine perspektivische Ansicht eines Drehzylinders der Verschaltungseinrichtung,
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2: eine perspektivische Ansicht der Anschlußeinheit der Verschaltungseinrichtung,
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3: eine perspektivische Längsschnittansicht der Verschaltungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung und
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4: ein Wärmespeichersystem mit einer Mehrzahl von Latentwärmespeicherbehältnissen gemäß dem Stand der Technik.
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In 1 ist mit dem Bezugszeichen 1 ein Drehzylinder gekennzeichnet, der innen teilweise oder vollständig hohl ausgeführt ist und eine horizontale Trennwand aufweist, die den Hohlraum in zwei Kammern unterteilt. Von diesen Kammern ist mit dem Bezugszeichen 3 die Vorlaufkammer und mit dem Bezugszeichen 5 die nicht im einzelnen in 1 erkennbare Rücklaufkammer gekennzeichnet. Mit dem Bezugszeichen 4 sind eine Mehrzahl von Kanälen bzw. Codierungskanälen gekennzeichnet, die sich durch die Wandung des Drehzylinders 1 erstrecken bzw. in der Wandung des Drehzylinder 1 angeordnet sind.
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Der Drehzylinder 1 bildet in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel die erfindungsgemäße Verstelleinheit und ist im Betriebszustand der erfindungsgemäßen Verschaltungseinrichtung in einen zumindest partiell zylindrisch ausgeführten Hohlraum des Gehäuses 10 eingeführt, das in 2 dargestellt ist.
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In 2 ist das Gehäuse 10 in einer perspektivischen Ansicht dargestellt. Es bildet in diesem Ausführungsbeispiel die Anschlußeinheit.
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Mit dem Bezugszeichen 6 ist der erfindungsgemäße erste Anschluß gekennzeichnet, der den Vorlauf der Verschaltungseinheit bildet und der je nach Drehposition des Drehzylinders oder auch unabhängig von der Position des Drehzylinders 1 in die Vorlaufkammer 3 des Drehzylinders 1 mündet.
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Mit dem Bezugszeichen 7 ist ein Anschluß, das heißt der erfindungsgemäße zweite Anschluß der Verschaltungseinheit gekennzeichnet. Dieser zweite Anschluß steht stets oder in Abhängigkeit der Position des Drehzylinders 1 mit der Rücklaufkammer 5 des Drehzylinders 1 in Verbindung.
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Der Vorlaufanschluß 6 kann beispielsweise mit einer Leitung in Verbindung stehen, die von einem Heizsystem stammt und durch die ein Wärmeträgermedium von dem Heizsystem oder eine sonstige Wärmesenke zu der Verschaltungseinheit geführt wird. Die Erwärmung des Wärmeträgermediums für das Heizsystem kann beispielsweise mittels eines oder mehrerer Latentwärmespeichermedien durchgeführt werden, wie sie exemplarisch in 4 dargestellt sind.
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Der Anschluß 6 kann beispielsweise auch mit einer Wärmequelle in Verbindung stehen, wie beispielsweise mit einem oder mehreren Solarkollektoren, mittels dessen vergleichsweise warmes Wärmeträgermedium der Verschaltungseinheit zugeführt wird. Dieses vergleichsweise warme Wärmeträgermedium kann dazu dienen, beispielsweise Wärme in einen oder mehrere Latentwärmespeicher einzubringen, wie sie beispielsweise in 4 dargestellt sind.
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Der Rücklauf 7 kann beispielsweise mit einer Leitung in Verbindung stehen, die zurück zu diesem Heizungssystem führt und durch die ein erwärmtes und zum Betrieb des Heizungssystems geeignetes Wärmeträgermedium strömt. Der Rücklauf 7 kann beispielsweise jedoch auch mit einer Leitung in Verbindung stehen, die zu einer Wärmequelle zurückführt und durch die zu erwärmendes Wärmeträgermedium strömt.
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Der erste Anschluß 6 sowie der zweite Anschluß 7 stehen somit mit einer beliebigen ersten Wärmequelle, wie beispielsweise einem oder mehreren Solarkollektoren, oder mit einer beliebigen ersten Wärmesenke, wie beispielsweise einer Heizung bzw. einem Heizungssystem oder einem Brauchwassersystem in Fluidverbindung.
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Wie dies aus 2 weiter hervorgeht, weist die Anschlußeinheit bzw. das Gehäuse 10 weitere Vorlaufanschlüsse 8 und weitere Rücklaufanschlüsse 9 auf. Diese Vorlaufanschlüsse 8 stehen mit einem oder mehreren zweiten Wärmequellen oder Wärmesenken, beispielsweise mit den Wärmespeicherbehältnissen 10 gemäß 4 in Verbindung, wobei es denkbar ist, dass jedem dieser Vorlaufanschlüsse 8 genau eine Wärmequelle oder eine Wärmesenke, beispielsweise also genau ein Wärmespeicherbehältnis 10 zugeordnet ist. Denkbar ist auch eine andere Verschaltung, etwa eine Verschaltung, bei der ein Vorlaufanschluß 8 mit mehreren Wärmequellen oder Wärmesenken in Verbindung steht.
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Das Bezugszeichen 9 kennzeichnet die entsprechenden Rücklaufanschlüsse, mittels derer das Wärmeträgermedium von den genannten zweiten Wärmequellen oder Wärmesenken, beispielsweise also von den Wärmespeichern gemäß 4 wieder zurück zu der Verschaltungseinheit strömt. Wie bei auch im Falle der Vorlaufanschlüsse kann jeweils ein Rücklaufanschluss 9 genau einer zweiten Wärmequelle oder Wärmesenke zugeordnet sein oder mehreren von diesen.
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3 zeigt nun in einer Querschnittsansicht die erfindungsgemäße Verschaltungseinheit. Hier ist mit dem Bezugszeichen 6 der Vorlauf bzw. dessen Anschluß gekennzeichnet, der beispielsweise mit einem Heizungssystem in Verbindung steht. Von dem Vorlauf gelangt das Wärmeträgermedium in die Vorlaufkammer 3 des Drehzylinders 1 und sodann über einen Anschluß 8 in den Vorlauf beispielsweise eines der Wärmespeicherbehältnisse 10 gemäß 4. Dieses Behältnis ist in 3 mit dem Begriff „Einheit 1n” gekennzeichnet. In der in 3 dargestellten Verschaltung gelangt der Rücklauf mittels des Anschlusses 9 von dieser Einheit 1n, das heißt beispielsweise von dem ersten oder einem anderen Speicherbehältnis 10 nicht gleich in den Rücklaufanschluß 7 des Heizungssystems, sondern bildet einen mit dem Bezugszeichen 8' gekennzeichneten Vorlauf für eine weitere Einheit, die in 3 mit dem Begriff „Einheit 2n” gekennzeichnet ist. Dabei kann es sich um ein weiteres der dargestellten Speicherbehältnisse 10 handeln. Von dort gelangt das Wärmeträgermedium über den Rücklauf bzw. Anschluß 9' in die Rücklaufkammer 5 und von dort aus über den zweiten Anschluß 7 zurück zum Heizungssystem.
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Mit dem Bezugszeichen 11 ist ein Stellmotor gekennzeichnet und mit dem Bezugszeichen 12 ein Drehwinkelsensor. Der Stellmotor 11 wird beispielsweise über eine geeignete Steuer- oder Regeleinheit betrieben, und bewirkt, dass der Drehzylinder 1 in dem Innenraum des Gehäuses 10 bewegt wird, das heißt also dass eine Relativbewegung zwischen Drehzylinder 1 und Gehäuse 10 stattfindet. Diese Drehbewegung führt nun dazu, dass unterschiedliche Anschlüsse der Anschlußeinheit 10 hydraulisch miteinander gekoppelt werden oder versperrt werden.
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Wie in 3 dargestellt, wird in der dargestellten Ausführungsform der Rücklauf (Anschluß 9) einer Wärmequelle bzw. einer Wärmesenke mit dem Vorlauf (Anschluß 8') einer weiteren Wärmequelle oder Wärmesenke verbunden, was durch einen entsprechenden Kanal 4 des Drehzylinders 1 ermöglicht wird, der in diesem Fall weder mit der Vorlaufkammer 3 noch mit der Rücklaufkammer 5 in Verbindung steht.
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Wie oben ausgeführt, ist der Einsatz der erfindungsgemäßen Verschaltungseinrichtung nicht auf die Be- oder Entladung von Speicherbehältnissen beschränkt. Ebenso ist es denkbar, mehrere Solarkollektoren oder sonstige Wärmequellen in geeigneter Weise miteinander zu verschalten. In diesem Fall sind die Einheiten 1n, 2n, etc. einzelne Solarkollektoren, die mittels der erfindungsgemäßen Verschaltungseinrichtung in geeigneter Weise hydraulisch verschaltet werden können.
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Dies kann beispielsweise erforderlich sein, wenn die in einem Solarkollektor zur Verfügung stehende Energie aufgrund vergleichsweise geringer Sonneneinstrahlung nicht ausreichend ist um ein hinreichend warmes Wärmeträgermedium bereitzustellen, dass gegebenenfalls für Heizzwecke oder auch zur Beladung von Wärmespeicherbehältnissen benötigt wird. In diesem Fall kann es vorgesehen sein, mittels der erfindungsgemäßen Verschaltungseinrichtung zwei oder mehr als zwei der Solarkollektoren in Reihe zu schalten. Auch eine Kombination von Reihen- und Parallelschaltung ist selbstverständlich denkbar und von der Erfindung mit umfasst.
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In einem Ausführungsbeispiel betrifft die Erfindung ein Clusterspeichersystem, wie es prinzipiell aus 4 ersichtlich ist, jedoch mit einer abweichenden, nämlich der Ventilanordnung in Form einer oder mehrerer Verschaltungseinrichtungen. Das System kann aus einer beliebigen Anzahl von Clusterlatentwärmespeichern bestehen.
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Denkbar ist es, dass die hydraulische Verschaltung zwei unabhängige und getrennte Hydraulikkreisläufe vorsieht.
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Der erfindungsgemäße 1/n Drehdekodierschieber, das heißt die erfindungsgemäße Verschaltungseinrichtung ist – wie ausgeführt – einer konventionellen Einzelventilsteuerung in einigen Punkten überlegen.
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Wie aus 3 ersichtlich, bilden in dem Ausführungsbeispiel der 1/n Drehdekodierschieber, das heißt die Verstelleinheit 1 die Drehmitte der 1/n Dekodierungseinrichtung, das heißt der erfindungsgemäßen Verschaltungseinrichtung.
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Dieser Drehdekodierschieber 1 ist gleitgelagert, ausreichend stabil ausgeführt mit n-Vorlauf- und n-Rücklaufanschlüssen 8 und 9 der Anschlußeinheit 10 verbindbar. Angetrieben wird der Schieber bzw. der Drehzylinder 1 mittels eines Motors 11, wobei ein Drehwinkelsensor 12 für die exakte Positionierung des Drehzylinders 1 relativ zu dem Gehäuse 10 dient.
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Die Dekodierung, das heißt die Zuordnung bzw. hydraulische Verschaltung erfolgt in dem dargestellten Ausführungsbeispiel über Kanäle 4 im Drehzylinder 1. Durch Verdrehen des Drehzylinders wird eine 1/n-Dekodierung möglich.
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Ein so ausgeführter Drehkodierschieber bzw. eine so ausgeführte Verschaltungseinheit ist eine gute Grundlage für eine Konstruktion von variabler Verschaltung einer beliebigen Anzahl von Speichern bzw. Wärmequellen und Wärmesenken.
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Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass beliebige Verschaltungskombinationen von Parallel-, Reihen- und Parallelreihenverschaltungen von Wärmequellen und/oder Wärmesenken möglich sind.
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Durch eine Verdrehung des Drehzylinders 1 werden die Kanäle 4 mit den entsprechenden Anschlüssen 6 bis 9 im Gehäuse 10 bzw. in der Anschlußeinheit 10 verbunden. Im Ergebnis werden die Einheiten in so miteinander verbunden, dass in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung beliebige Kombinationen möglich sind. So ist es beispielsweise denkbar, dass alle Einheiten, das heißt beispielsweise alle Wärmequellen oder Wärmesenken abgeschaltet sind, dass eine Einheit 1n einzeln im Vor- und Rücklauf betrieben wird, dass eine andere Einheit 2n einzeln oder weitere Einheiten 3n ... Nn einzeln angesteuert werden. Auch ist es denkbar, dass eine Einheit 1n in Reihe mit Einheit 2n verschaltet wird, wie dies aus 3 hervorgeht. In diesem Fall ist der Vorlauf bzw. der erste Anschluß 6 mit dem Vorlaufanschluß 8 der ersten Einheit 1n und deren Rücklauf über den Anschluß 9 mit dem Vorlauf einer weiteren Einheit 2n bzw. mit deren Vorlaufanschluß 8' verknüpft. Der Rücklauf der weiteren Einheit 2n bzw. deren Rücklaufanschluß 9' kann dann mit dem zweiten Anschluß 7 verschaltet werden, von dem aus dann ein Wärmeträgermedium oder dergleichen beispielsweise zu einer Heizung, etc. geführt wird.
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Auch ist es denkbar, eine beliebige andere Einheit, z. B. einer 2n mit einer beliebigen weiteren Einheit, beispielsweise mit Einheit 3n in Reihe zu schalten.
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Grundsätzlich ist also eine Reihenschaltung der Einheit nn-1 mit der Einheit nn-2 möglich.
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Auch eine Kombination aus Reihen- und Parallelschaltungen ist denkbar.
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Die 1/n Drehdekodierung ermöglicht eine beliebige hydraulische Verschaltung von Wärmequellen oder Wärmesenken. Dabei können Leistungen zu- oder abgeschaltet werden. Im Einzelbetrieb ergeben sich unter Umständen Leistungsbeschränkungen durch die eingesetzten Wärmetauscher. Es ist weiterhin möglich, bei teilentladenen Clustern, das heißt bei teilentladenen Speicherbehältnissen 10 höhere Vorlauftemperaturen durch Reihenverschaltung zu erreichen.
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Auf diese Weise ist es möglich, beispielsweise ein Heizungssystem auch dann zu betreiben, wenn jeder der Cluster bzw. der Speicherbehältnisse 10 bereits teilentladen ist.
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Vorzugsweise befindet sich in den Speicherbehältnissen 10 ein Salzhydrat oder ein sonstiges Latentwärmespeichermedium.
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Beispielsweise beträgt die maximale Endtemperatur nach der Kristallisation von Natriumtrihydrat, das vorzugsweise eingesetzt wird, 58°C, die im Laufe des Entnahmezyklusses dann abfällt. Eine sinnvolle Einspeisung eines Wärmeträgermediums in Heizungssysteme erfordert jedoch eine Vorlauftemperatur von wenigstens 50°C, das heißt bezogen auf die Verschaltungseinrichtung muss an dem Rücklaufanschluß 7 mindestens eine Temperatur von 50°C herrschen. Durch Reihenschaltung mehrerer Latentwärmespeicher 10 lassen sich diese Vorlauftemperaturen sicher erreichen. Erhöhte Leistungsentnahmen lassen sich durch Parallelschaltung mehrerer Wärmespeicher 10 erreichen.
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Auch Kombinationen aus Parallel- und Reihenschaltung sind möglich.
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Mit der erfindungsgemäßen Lösung lässt sich auf einfache Weise eine bedarfsgerechte und leistungsoptimierte Versorgung in Heizsystemen realisieren. Der Aufwand für die Verrohrung des Gesamtsystems wird erheblich gesenkt.
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Wie oben ausgeführt, stellt ein weiteres Einsatzgebiet die flexible Verschaltung von Solarkollektoren dar.
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Mit dem Stand der Technik müssen für den Sommer- und Winterbetrieb bei der Verschaltung von Kollektoren nachteilige Kompromisse eingegangen werden. Mit dem Einsatz eines 1/n-Drehkodierschiebers, das heißt mit dem Einsatz wenigstens einer Verschaltungseinheit können im Winter beispielsweise alle oder mehrere Solarkollektoren in Reihe geschaltet werden. Auf diese Weise ist es möglich, solare Erträge zu generieren, wo mit dem heutigen Stand der Technik die Regler eine solche Einspeisung verhindern. Die Ursache liegt darin, dass aufgrund der Temperaturdifferenz Solarspeicher – Solarkollektor die Einschalttemperatur nicht überschritten werden kann.
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Diese Nachteile werden durch die Erfindung behoben.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009012318 A1 [0002]
