AT527058B1 - heating device and heating method - Google Patents
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Abstract
Erfindungsgemäß ist eine Heizvorrichtung vorgesehen, umfassend einen Wasserspeicher (1), einen ersten Wärmetauscher (2), der ausgebildet ist, um Wärme von einer Heizflüssigkeit auf im Wasserspeicher (1) angeordnetes Wasser zu übertragen, eine Vorlaufleitung (3), die ausgebildet ist, um dem ersten Wärmetauscher (2) Heizflüssigkeit zuzuführen, eine Rücklaufleitung (4), die ausgebildet ist, um Heizflüssigkeit vom ersten Wärmetauscher (2) weg zu führen, eine Kaltwasserleitung (5), die ausgebildet ist, um dem Wasserspeicher (1) Wasser zuzuführen, und eine Warmwasserleitung (6), die ausgebildet ist, um Wasser vom Wasserspeicher (1) weg zu führen, bei welcher ein zweiter Wärmetauscher (7) sowie eine Zweigleitung (8), die die Vorlaufleitung (3) mit der Rücklaufleitung (4) verbindet, vorgesehen sind, wobei der zweite Wärmetauscher (7) ausgebildet ist, um Wärme von einer in der Zweigleitung (8) geführten Heizflüssigkeit auf in einer mit dem Wasserspeicher verbundenen Wasserleitung (5,6) geführtes Wasser zu übertragen.According to the invention, a heating device is provided, comprising a water reservoir (1), a first heat exchanger (2) which is designed to transfer heat from a heating fluid to water arranged in the water reservoir (1), a supply line (3) which is designed to supply heating fluid to the first heat exchanger (2), a return line (4) which is designed to guide heating fluid away from the first heat exchanger (2), a cold water line (5) which is designed to supply water to the water reservoir (1), and a hot water line (6) which is designed to guide water away from the water reservoir (1), in which a second heat exchanger (7) and a branch line (8) which connects the supply line (3) to the return line (4) are provided, wherein the second heat exchanger (7) is designed to transfer heat from a heating fluid guided in the branch line (8) to water guided in a water line (5, 6) connected to the water reservoir.
Description
[0001] Die Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung, umfassend einen Wasserspeicher, einen ersten Wärmetauscher, der ausgebildet ist, um Wärme von einer Heizflüssigkeit auf im Wasserspeicher angeordnetes Wasser zu übertragen, eine Vorlaufleitung, die ausgebildet ist, um dem ersten Wärmetauscher eine Heizflüssigkeit zuzuführen, eine Rücklaufleitung, die ausgebildet ist, um Heizflüssigkeit vom ersten Wärmetauscher weg zu führen, eine Kaltwasserleitung, die ausgebildet ist, um dem Wasserspeicher Wasser zuzuführen, und eine Warmwasserleitung, die ausgebildet ist, um Wasser vom Wasserspeicher weg zu führen. [0001] The invention relates to a heating device comprising a water reservoir, a first heat exchanger designed to transfer heat from a heating fluid to water arranged in the water reservoir, a supply line designed to supply a heating fluid to the first heat exchanger, a return line designed to guide heating fluid away from the first heat exchanger, a cold water line designed to supply water to the water reservoir, and a hot water line designed to guide water away from the water reservoir.
[0002] Die Erfindung betrifft weiters ein Heizverfahren, bei welchem über eine Vorlaufleitung einem ersten Wärmetauscher eine Heizflüssigkeit zugeführt wird, wodurch Wasser in einem Wasserspeicher erwärmt wird, und die Heizflüssigkeit über eine Rücklaufleitung vom ersten Wärmetauscher weggeführt wird, wobei dem Wasserspeicher wahlweise über eine Kaltwasserleitung Wasser zugeführt wird und über eine Warmwasserleitung wahlweise Wasser vom Wasserspeicher weggeführt wird. [0002] The invention further relates to a heating method in which a heating fluid is supplied to a first heat exchanger via a supply line, whereby water in a water tank is heated, and the heating fluid is led away from the first heat exchanger via a return line, wherein water is optionally supplied to the water tank via a cold water line and water is optionally led away from the water tank via a hot water line.
[0003] Aus dem Stand der Technik sind diverse Vorrichtungen sowie Verfahren zum Heizen, insbesondere von Wasser in einem Wasserspeicher, bspw. in einem Boiler, bekannt. Hierbei wird in einem Wasserspeicher befindliches Wasser mithilfe eines Wärmetauschers, der über einen Vorlauf mit einer über der Zieltemperatur liegenden Heizflüssigkeit versorgt wird, erwärmt, bis es eine gewünschte Temperatur erreicht hat. Die Heizflüssigkeit wird über einen Rücklauf wieder aus dem Wärmetauscher geführt. Das erwärmte Wasser im Wasserspeicher kann anschließend über eine Warmwasserleitung aus dem Wasserspeicher entnommen werden. Um den Wasserspeicher zu füllen und das entnommene Wasser aus dem Wasserspeicher zu ersetzen, ist der Wasserspeicher weiters mit einer Kaltwasserleitung verbunden, über die dem Wasserspeicher bei Bedarf (kaltes) Wasser zugeführt wird. Sobald im Wasserspeicher eine vordefinierte Temperatur unterschritten wird, bspw. im Zuge einer Warmwasserentnahme und einer entsprechenden Nachfüllung mit kaltem Wasser, wird das Wasser im Wasserspeicher mithilfe des Wärmetauschers wieder erwärmt. [0003] Various devices and methods for heating, in particular water in a water tank, for example in a boiler, are known from the prior art. In this case, water in a water tank is heated using a heat exchanger, which is supplied with a heating fluid above the target temperature via a flow line, until it has reached a desired temperature. The heating fluid is led out of the heat exchanger again via a return line. The heated water in the water tank can then be removed from the water tank via a hot water pipe. In order to fill the water tank and replace the water removed from the water tank, the water tank is also connected to a cold water pipe, via which (cold) water is supplied to the water tank as required. As soon as a predefined temperature is undershot in the water tank, for example during hot water extraction and a corresponding refill with cold water, the water in the water tank is heated again using the heat exchanger.
[0004] Aus der EP 0332606 A?2 ist eine derartige Heizvorrichtung bekannt. Zusätzlich ist ein zweiter Wärmetauscher vorgesehen, der ausgebildet ist, um Wärme von der in der Rücklaufleitung geführten Heizflüssigkeit auf in der Kaltwasserleitung geführtes kaltes Wasser zu übertragen. Dies ermöglicht es, dass das kalte Wasser etwas erwärmt wird, bevor es in den Wasserspeicher gelangt, wodurch das Wasser im Wasserspeicher weniger abgekühlt wird und ein geringerer Bedarf an Wärme besteht, um die gewünschte Temperatur im Wasserspeicher zu erzielen bzw. zu halten. [0004] Such a heating device is known from EP 0332606 A2. In addition, a second heat exchanger is provided which is designed to transfer heat from the heating fluid in the return line to cold water in the cold water line. This allows the cold water to be heated slightly before it reaches the water tank, whereby the water in the water tank is cooled less and there is a lower need for heat in order to achieve or maintain the desired temperature in the water tank.
[0005] Aus der AT 285114 B ist ein Wasserspeicher bekannt, dessen Vorlaufleitung über mehrere Heizkörper geführt wird. Mithilfe einer Schaltung wird bewirkt, dass Heizflüssigkeit aus der Vorlaufleitung direkt einem im Wasserspeicher angeordneten Wärmetauscher zugeführt werden kann, falls der Wasserspeicher Wärmebedarf aufweist. [0005] AT 285114 B discloses a water storage tank whose supply line is routed over several radiators. A circuit ensures that heating fluid from the supply line can be fed directly to a heat exchanger arranged in the water storage tank if the water storage tank requires heat.
[0006] Aus der EP 4141334 A1 ist ein Verfahren zum Betrieb einer Heizanlage bekannt, bei der Heizwasser in einer Brennkammer erhitzt wird und anschließend einem Heizkreis, umfassend mehrere Heizkörper, zugeführt wird. Weiters ist eine Zweigleitung von der Vorlaufleitung des Heizkreises zur Rücklaufleitung des Heizkreise vorgesehen, die einen Wärmetauscher umfasst, sodass kaltes Brauchwasser durch diesen Wärmetauscher geführt werden kann, um erwärmt zu werden. Ein Wasserspeicher für das Brauchwasser ist hierbei nicht vorgesehen. [0006] EP 4141334 A1 discloses a method for operating a heating system in which heating water is heated in a combustion chamber and then fed to a heating circuit comprising several radiators. Furthermore, a branch line is provided from the flow line of the heating circuit to the return line of the heating circuit, which includes a heat exchanger so that cold domestic water can be fed through this heat exchanger in order to be heated. A water reservoir for the domestic water is not provided here.
[0007] Nachteilig bei den bekannten Lösungen ist insbesondere die Trägheit der Heizvorrichtung nach der Entnahme einer Warmwassermenge. Aufgrund der temperaturabhängigen Steuerung der Zufuhr der Heizflüssigkeit wird relativ viel Zeit benötigt, um die Temperatur im Wasserspeicher bzw. durch die Warmwasserleitung ausgegebenes Wasser nach einer größeren Entnahme wieder auf die gewünschte Temperatur zu bringen, weil die Reaktionszeit, bis die Zufuhr der Heizflüssigkeit beginnt, relativ lange ist. Hierbei kann es vorkommen, dass die Temperatur des ausgegebenen Warmwassers in bestimmten Situationen, insbesondere bei größerer Entnahme, auf-[0007] A particular disadvantage of the known solutions is the inertia of the heating device after a quantity of hot water has been drawn off. Due to the temperature-dependent control of the supply of heating fluid, a relatively long time is required to bring the temperature in the water tank or the water dispensed through the hot water pipe back to the desired temperature after a large amount of water has been drawn off, because the reaction time until the supply of heating fluid begins is relatively long. In this case, it can happen that the temperature of the hot water dispensed drops in certain situations, particularly when a large amount of water has been drawn off.
grund verzögerter Nachheizung, nicht die gewünschte Temperatur aufweist. due to delayed reheating, does not reach the desired temperature.
[0008] Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, die es ermöglichen, die Temperatur des durch die Warmwasserleitung ausgegebenen Warmwassers auch nach größeren Entnahmen auf der gewünschten Temperatur zu halten. Bevorzugt soll insbesondere eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren geschaffen werden, welche eine höhere Flexibilität des Heizvorganges ermöglichen. [0008] It is therefore an object of the invention to provide a device and a method which make it possible to keep the temperature of the hot water dispensed through the hot water pipe at the desired temperature even after large withdrawals. Preferably, in particular, a device or a method should be created which enable greater flexibility in the heating process.
[0009] Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bereitgestellt, bei welcher ein zweiter Wärmetauscher sowie eine Zweigleitung, die die Vorlaufleitung mit der Rücklaufleitung verbindet, vorgesehen sind, wobei der zweite Wärmetauscher ausgebildet ist, um Wärme von einer in der Zweigleitung geführten Heizflüssigkeit auf in einer mit dem Wasserspeicher verbundenen Wasserleitung geführtes Wasser zu übertragen. Die Zweigleitung (Bypassleitung) ist ausgebildet, um Heizflüssigkeit von der Vorlaufleitung zur Rücklaufleitung zu führen, ohne dass die durch die Zweigleitung geführte Heizflüssigkeit in den ersten Wärmetauscher gelangt. Die Zweigleitung ist also parallel zum ersten Wärmetauscher angeordnet und verläuft durch den zweiten Wärmetauscher. Mithilfe der Zweigleitung kann Heizflüssigkeit verwendet werden, um bspw. aus dem Wasserspeicher durch die Warmwasserleitung geführtes Wasser und/oder kaltes Wasser in der Kaltwasserleitung außerhalb des Wasserspeichers zu erwärmen. Dies erhöht die Flexibilität der Heizvorrichtung deutlich und ermöglicht es, das durch die Warmwasserleitung ausgegebene Wasser mithilfe des zweiten Wärmetauschers auf die gewünschte Temperatur zu bringen, auch wenn die Temperatur im Wasserspeicher, bspw. aufgrund einer größeren Entnahme, geringer, also unterhalb der gewünschten Temperatur, ist oder erlaubt die Vorwärmung des dem Wasserspeicher zugeführten Kaltwassers, wodurch die Wassertemperatur durch das Nachfüllen von Kaltwasser weniger stark sinkt. Auch eine Kombination oder eine andere Nutzung des zweiten Wärmetauschers sind möglich. [0009] According to the invention, a device of the type mentioned at the outset is provided, in which a second heat exchanger and a branch line that connects the supply line to the return line are provided, wherein the second heat exchanger is designed to transfer heat from a heating fluid guided in the branch line to water guided in a water line connected to the water tank. The branch line (bypass line) is designed to guide heating fluid from the supply line to the return line without the heating fluid guided through the branch line reaching the first heat exchanger. The branch line is therefore arranged parallel to the first heat exchanger and runs through the second heat exchanger. With the help of the branch line, heating fluid can be used, for example, to heat water guided from the water tank through the hot water line and/or cold water in the cold water line outside the water tank. This significantly increases the flexibility of the heating device and allows the water supplied through the hot water pipe to be brought to the desired temperature using the second heat exchanger, even if the temperature in the water tank is lower, i.e. below the desired temperature, for example due to a larger withdrawal, or allows the cold water supplied to the water tank to be preheated, so that the water temperature drops less when cold water is added. A combination or other use of the second heat exchanger is also possible.
[0010] Die Kaltwasserleitung und die Warmwasserleitung sind jeweils Wasserleitungen und mit dem Wasserspeicher verbunden. Bevorzugt weist die Kaltwasserleitung einen Einlass im unteren Bereich des Wasserspeichers auf, um Wasser in den Wasserspeicher durch den Einlass zu führen. Die Warmwasserleitung ist ausgebildet, um dem Wasserspeicher Wasser zu entnehmen und weist bevorzugt einen Auslass im oberen Bereich des Wasserspeichers auf, sodass Wasser durch den Auslass aus dem Wasserspeicher entnommen werden kann. [0010] The cold water pipe and the hot water pipe are each water pipes and are connected to the water tank. Preferably, the cold water pipe has an inlet in the lower region of the water tank in order to guide water into the water tank through the inlet. The hot water pipe is designed to remove water from the water tank and preferably has an outlet in the upper region of the water tank so that water can be removed from the water tank through the outlet.
[0011] Bevorzugt ist vorgesehen, dass der zweite Wärmetauscher ausgebildet ist, um Wärme von einer in der Zweigleitung geführten Heizflüssigkeit auf in der Warmwasserleitung oder in der Kaltwasserleitung geführtes Wasser zu übertragen. [0011] Preferably, the second heat exchanger is designed to transfer heat from a heating fluid conducted in the branch line to water conducted in the hot water line or in the cold water line.
[0012] Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Zweigleitung ein Zweigventil aufweist, um den Durchfluss durch die Zweigleitung zu steuern. Besonders bevorzugt ist das Zweigventil ausgebildet, um basierend auf durch einen Differenzdruckregler ermittelten Messwerten angesteuert zu werden, wobei der Differenzdruckregler ausgebildet ist, um den Differenzdruck des in der Kaltwasserleitung geführten Wassers zwischen dem an einem ersten Messpunkt gemessenen ersten Wasserdruck und dem an einem stromabwärts des ersten Messpunktes angeordneten zweiten Messpunkt gemessenen zweiten Wasserdruck zu ermitteln. Durch den Differenzdruckregler wird also der Differenzdruck des in der Kaltwasserleitung befindlichen Wassers zwischen zwei voneinander beabstandeten Stellen entlang der Kaltwasserleitung, den Messpunkten, ermittelt. Diese Anordnung erhöht die Reaktionszeit der Heizvorrichtung, verglichen mit rein temperaturbasierten Messsystemen, insbesondere auf größere Entnahmen deutlich. Die Durchflussmenge der Heizflüssigkeit durch die Zweigleitung und den zweiten Wärmetauscher wird hierbei auf Basis der Druckdifferenz in der Kaltwasserleitung geregelt, die sich wesentlich schneller verändert als bspw. die Temperatur im Wasserspeicher. Falls also eine größere Entnahme erfolgt und damit Kaltwasser durch die Kaltwasserleitung fließt, wird das Zweigventil zeitnahe aufgrund der Druckdifferenz in der Kaltwasserleitung angesteuert und bspw. geöffnet. Das Zweigventil ist bspw. ein Drei-WegeVentil. Weiters ist das Zweigventil bevorzugt stromabwärts des zweiten Wärmetauschers angeordnet. [0012] It is preferably provided that the branch line has a branch valve in order to control the flow through the branch line. The branch valve is particularly preferably designed to be controlled based on measured values determined by a differential pressure regulator, wherein the differential pressure regulator is designed to determine the differential pressure of the water conducted in the cold water line between the first water pressure measured at a first measuring point and the second water pressure measured at a second measuring point arranged downstream of the first measuring point. The differential pressure regulator thus determines the differential pressure of the water in the cold water line between two spaced-apart points along the cold water line, the measuring points. This arrangement significantly increases the reaction time of the heating device, in particular to larger withdrawals, compared to purely temperature-based measuring systems. The flow rate of the heating fluid through the branch line and the second heat exchanger is regulated based on the pressure difference in the cold water line, which changes much more quickly than, for example, the temperature in the water tank. If a larger amount is withdrawn and cold water flows through the cold water pipe, the branch valve is promptly activated and opened based on the pressure difference in the cold water pipe. The branch valve is a three-way valve, for example. Furthermore, the branch valve is preferably located downstream of the second heat exchanger.
[0013] Um einen unerwünschten Rückfluss durch die Kaltwasserleitung in Richtung vom Was-[0013] To prevent unwanted backflow through the cold water pipe in the direction of the water
serspeicher weg zu verhindern, ist bevorzugt vorgesehen, dass zwischen dem ersten Messpunkt und dem zweiten Messpunkt ein Rückschlagventil in der Kaltwasserleitung angeordnet ist. In order to prevent the water reservoir from leaking away, it is preferably provided that a check valve is arranged in the cold water pipe between the first measuring point and the second measuring point.
[0014] Bevorzugt ist weiters vorgesehen, dass stromaufwärts des ersten Messpunktes ein Druckminderer in der Kaltwasserleitung angeordnet ist. Diese Anordnung erlaubt es, den Druck, der bspw. durch einen Hauswasseranschluss bereitgestellt wird, auf einen für die Heizvorrichtung gewünschten Druck zu reduzieren. [0014] Preferably, it is further provided that a pressure reducer is arranged in the cold water pipe upstream of the first measuring point. This arrangement allows the pressure, which is provided, for example, by a domestic water connection, to be reduced to a pressure desired for the heating device.
[0015] Weiters ist bevorzugt vorgesehen, dass zwischen dem ersten Messpunkt und dem zweiten Messpunkt ein Sicherheitsventil (Überdruckventil) in der Kaltwasserleitung angeordnet ist. Dieses Sicherheitsventil ist ausgebildet, um einen zu hohen Druck in der Kaltwasserleitung zu verhindern und ggf. den Druck zu reduzieren, indem Wasser aus der Kaltwasserleitung entfernt wird. Das Sicherheitsventil kann bspw. auf einen Maximaldruck von sieben Bar eingestellt sein. [0015] Furthermore, it is preferably provided that a safety valve (pressure relief valve) is arranged in the cold water pipe between the first measuring point and the second measuring point. This safety valve is designed to prevent excessive pressure in the cold water pipe and, if necessary, to reduce the pressure by removing water from the cold water pipe. The safety valve can, for example, be set to a maximum pressure of seven bar.
[0016] Um dem in der Warmwasserleitung geführten Wasser ggf. Wasser aus der Kaltwasserleitung zumischen zu können, sind die Kaltwasserleitung und die Warmwasserleitung bevorzugt über eine Mischleitung miteinander verbunden. Bevorzugt ist die Warmwasserleitung mithilfe eines Mischventils mit der Mischleitung verbunden. Das Mischventil ist bspw. ein thermostatisches Mischventil, welches bevorzugt als Drei- Wege-Ventil ausgebildet ist. Das thermostatische Mischventil weist einen Eingang für die Warmwasserleitung, einen Eingang für die Kaltwasserleitung sowie einen Ausgang für die Mischleitung auf. Bei Bedarf, bspw. wenn eine voreingestellte Temperatur (bspw. 51°C) überschritten wird, kann mithilfe des Mischventils kaltes Wasser dem in der Warmwasserleitung geführten warmen Wasser zugemischt werden, um eine gewünschte Temperatur in der Mischleitung und damit des durch die Mischleitung ausgegebenen Wassers zu erzielen. [0016] In order to be able to mix water from the cold water pipe with the water in the hot water pipe, the cold water pipe and the hot water pipe are preferably connected to one another via a mixing pipe. The hot water pipe is preferably connected to the mixing pipe using a mixing valve. The mixing valve is, for example, a thermostatic mixing valve, which is preferably designed as a three-way valve. The thermostatic mixing valve has an inlet for the hot water pipe, an inlet for the cold water pipe and an outlet for the mixing pipe. If necessary, for example if a preset temperature (for example 51°C) is exceeded, cold water can be mixed with the warm water in the hot water pipe using the mixing valve in order to achieve a desired temperature in the mixing pipe and thus of the water output through the mixing pipe.
[0017] Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass der Differenzdruckregler über eine erste Messleitung mit dem ersten Messpunkt und über eine zweite Messleitung mit dem zweiten Messpunkt verbunden ist. Hierbei wird der Wasserdruck am ersten Messpunkt über die erste Messleitung zum Differenzdruckregler übertragen und der Wasserdruck am zweiten Messpunkt wird über die zweite Messleitung zum Differenzdruckregler übertragen. Die Messleitungen sind bevorzugt Kapillarleitungen. Im Differenzdruckregler wird anschließend der Differenzdruck ermittelt und darauf basierend das Zweigventil angesteuert. Dies ermöglicht eine hilfsenergielose Ausgestaltung des Zweigventils. [0017] It is particularly preferred that the differential pressure regulator is connected to the first measuring point via a first measuring line and to the second measuring point via a second measuring line. The water pressure at the first measuring point is transmitted to the differential pressure regulator via the first measuring line and the water pressure at the second measuring point is transmitted to the differential pressure regulator via the second measuring line. The measuring lines are preferably capillary lines. The differential pressure is then determined in the differential pressure regulator and the branch valve is controlled based on this. This enables the branch valve to be designed without auxiliary energy.
[0018] Die Menge der durch die Zweigleitung und den zweiten Wärmetauscher bzw. durch den ersten Wärmetauscher geführten Flüssigkeit kann durch geeignet angeordnete Ventile je nach Bedarf eingestellt werden. Bevorzugt weist die Rücklaufleitung zwischen dem ersten Wärmetauscher und dem stromabwärts des ersten Wärmetauschers angeordneten Verbindungspunkt mit der Zweigleitung ein Speicherventil auf, das mit einem Temperatursensor verbunden ist. Das Speicherventil ist ausgebildet, um auf Basis der durch den Temperatursensor ermittelten Messwerte angesteuert zu werden. Bevorzugt ist also vorgesehen, dass die Zweigleitung stromabwärts eines in der Rücklaufleitung angeordneten Speicherventils mit der Rücklaufleitung verbunden ist. Der Temperatursensor ist bevorzugt ausgebildet, um die Temperatur des Wassers im Wasserspeicher zu ermitteln. Auf Basis der ermittelten Wassertemperatur kann das Speicherventil entsprechend angesteuert werden, um das durchfließende Volumen der Heizflüssigkeit entsprechend anzupassen. Da mehr bzw. weniger Heizflüssigkeit durch die Zweigleitung geführt wird, je nachdem, in welcher Lage sich das Speicherventil befindet, wird hierdurch auch der Durchfluss durch die Zweigleitung und damit durch den zweiten Wärmetauscher geregelt. Das Speicherventil ist bspw. ein Volumenstrombegrenzungsventil. [0018] The amount of liquid guided through the branch line and the second heat exchanger or through the first heat exchanger can be adjusted as required by suitably arranged valves. Preferably, the return line between the first heat exchanger and the connection point with the branch line arranged downstream of the first heat exchanger has a storage valve that is connected to a temperature sensor. The storage valve is designed to be controlled on the basis of the measured values determined by the temperature sensor. It is therefore preferably provided that the branch line is connected to the return line downstream of a storage valve arranged in the return line. The temperature sensor is preferably designed to determine the temperature of the water in the water tank. Based on the determined water temperature, the storage valve can be controlled accordingly in order to adjust the volume of the heating fluid flowing through accordingly. Since more or less heating fluid is guided through the branch line, depending on the position of the storage valve, this also regulates the flow through the branch line and thus through the second heat exchanger. The storage valve, for example, is a volume flow limiting valve.
[0019] Weiters ist bevorzugt vorgesehen, dass der zweite Wärmetauscher ein Plattenwärmetauscher ist. Plattenwärmetauscher (Plattenwärmeübertrager) weisen einen hohen Wirkungsgrad auf und sind flexibel einsetzbar, wodurch sie für die gegenständliche Anwendung gut geeignet sind. Alternativ oder zusätzlich kann der zweite Wärmetauscher auch eine andere Ausführung aufweisen, bspw. können die Leitung eine gemeinsame Begrenzung aufweisen oder so nahe beieinander angeordnet sein, dass eine Wärmeübertragung ermöglicht wird. [0019] Furthermore, it is preferably provided that the second heat exchanger is a plate heat exchanger. Plate heat exchangers (plate heat exchangers) have a high degree of efficiency and can be used flexibly, which makes them well suited for the application in question. Alternatively or additionally, the second heat exchanger can also have a different design, for example the lines can have a common boundary or be arranged so close to one another that heat transfer is possible.
[0020] Der erste Wärmetauscher ist bspw. innerhalb des Wasserspeichers angeordnet und wird im Betrieb bevorzugt vom Wasser umgeben. Durch den ersten Wärmetauscher wird Wärme von der im ersten Wärmetauscher befindlichen Heizflüssigkeit auf das im Wasserspeicher befindliche Wasser übertragen. Hierzu ist der erste Wärmetauscher mit der Vorlaufleitung und der Rücklaufleitung entsprechend verbunden. Der erste Wärmetauscher umfasst bzw. ist bspw. eine Heizwendel. [0020] The first heat exchanger is arranged, for example, within the water tank and is preferably surrounded by water during operation. The first heat exchanger transfers heat from the heating fluid in the first heat exchanger to the water in the water tank. For this purpose, the first heat exchanger is connected to the flow line and the return line accordingly. The first heat exchanger comprises or is, for example, a heating coil.
[0021] Weiters ist bevorzugt vorgesehen, dass die Zweigleitung stromabwärts mit einem ersten Eingang eines Drei-Wege-Ventils verbunden ist und die Rücklaufleitung mit einem zweiten Eingang des Drei-Wege-Ventils verbunden ist. Hierbei sind die Zweigleitung und die Rücklaufleitung mithilfe eines Drei-Wege-Ventils miteinander verbunden, sodass Heizflüssigkeit aus der Zweigleitung in die Rücklaufleitung gelangen kann. Besonders bevorzugt ist das Drei-Wege-Ventil als Zweigventil ausgebildet und ist weiter bevorzugt ausgebildet, um über den Differenzdruck in der Kaltwasserleitung geregelt zu werden. Dies hat den Vorteil, dass die Relation der Heizflüssigkeitsmenge, die durch die Rücklaufleitung bzw. die Zweigleitung geführt wird, auf einfache Art und Weise gesteuert werden kann. Die Rücklaufleitung wird durch einen Eingang des Drei-WegeVentils und aus dem Ausgang des Drei-Wege-Ventils geführt. Im Drei-Wege-Ventil kann Heizflüssigkeit aus der Zweigleitung der Rücklaufleitung zugeführt werden. [0021] Furthermore, it is preferably provided that the branch line is connected downstream to a first inlet of a three-way valve and the return line is connected to a second inlet of the three-way valve. In this case, the branch line and the return line are connected to one another using a three-way valve, so that heating fluid from the branch line can pass into the return line. The three-way valve is particularly preferably designed as a branch valve and is further preferably designed to be regulated via the differential pressure in the cold water line. This has the advantage that the ratio of the amount of heating fluid that is fed through the return line or the branch line can be controlled in a simple manner. The return line is led through an inlet of the three-way valve and out of the outlet of the three-way valve. Heating fluid from the branch line can be fed to the return line in the three-way valve.
[0022] Alternativ ist die Zweigleitung direkt mit der Rücklaufleitung verbunden. Das Zweigventil befindet sich in diesem Fall stromaufwärts der Mündung der Zweigleitung in die Rücklaufleitung. Das Zweigventil ist hierbei als Zwei-Wege-Ventil, bevorzugt mit umgekehrtem Wirksinn, ausgebildet. [0022] Alternatively, the branch line is connected directly to the return line. In this case, the branch valve is located upstream of the mouth of the branch line into the return line. The branch valve is designed as a two-way valve, preferably with the opposite direction of action.
[0023] Die jeweiligen Leitungen sowie Ventile zur Führung des Wassers bzw. des Heizmittels sind jeweils entsprechend ausgeführt und weisen demnach die entsprechenden Aufbauten und Dimensionen auf. [0023] The respective pipes and valves for conducting the water or the heating medium are each designed accordingly and therefore have the corresponding structures and dimensions.
[0024] Der Wasserspeicher weist bevorzugt eine Dämmung auf, um die Abkühlung des Wassers im Wasserspeicher im Austausch mit der Umgebung(sluft) zu hindern bzw. zu reduzieren. Der Wasserspeicher ist bspw. als Boiler ausgebildet. [0024] The water tank preferably has insulation to prevent or reduce the cooling of the water in the water tank when it is exchanged with the ambient air. The water tank is designed as a boiler, for example.
[0025] Die Ventile und die Sensoren sind bevorzugt rein mechanisch ausgebildet und benötigen im Betrieb keine Hilfsenergie wie z.B. eine Stromversorgung. Die benötigte Energie zum Messen sowie Öffnen und Schließen der Ventile wird bei dieser Ausführung durch das Wasser bzw. die Heizflüssigkeit im System zur Verfügung gestellt. Dies ermöglicht einen autarken Betrieb sowie eine höhere Flexibilität bei der Montage und im Betrieb der Vorrichtung. [0025] The valves and sensors are preferably purely mechanical and do not require any auxiliary energy such as a power supply during operation. In this design, the energy required for measuring and opening and closing the valves is provided by the water or heating fluid in the system. This enables self-sufficient operation and greater flexibility in the assembly and operation of the device.
[0026] Die über die Vorlaufleitung dem ersten Wärmetauscher zugeführte Heizflüssigkeit kann bspw. über eine Gasheizung, eine Wärmepumpe oder Fernwärme erwärmt werden. Die über die Rücklaufleitung weggeführte Heizflüssigkeit wird bevorzugt erneut erwärmt und über die Vorlaufleitung wieder zur Erwärmung des Wassers im Wasserspeicher genutzt. [0026] The heating fluid supplied to the first heat exchanger via the flow line can be heated, for example, by a gas heater, a heat pump or district heating. The heating fluid carried away via the return line is preferably heated again and used again via the flow line to heat the water in the water tank.
[0027] Weiters ist erfindungsgemäß ein Heizverfahren der eingangs genannten Art vorgesehen, wobei wahlweise Heizflüssigkeit über eine Zweigleitung von der Vorlaufleitung zur Rücklaufleitung über einen zweiten Wärmetauscher geführt wird, wobei im zweiten Wärmetauscher Wärme von der in der Zweigleitung geführten Heizflüssigkeit auf in einer mit dem Wasserspeicher verbundenen Wasserleitung geführtes Wasser übertragen wird. [0027] Furthermore, according to the invention, a heating method of the type mentioned at the outset is provided, wherein heating fluid is optionally guided via a branch line from the flow line to the return line via a second heat exchanger, wherein in the second heat exchanger heat is transferred from the heating fluid guided in the branch line to water guided in a water line connected to the water reservoir.
[0028] Bevorzugt ist vorgesehen, dass im zweiten Wärmetauscher Wärme von der in der Zweigleitung geführten Heizflüssigkeit auf in der Warmwasserleitung und/oder in der Kaltwasserleitung geführtes Wasser übertragen wird. [0028] It is preferably provided that in the second heat exchanger heat is transferred from the heating fluid conducted in the branch line to water conducted in the hot water line and/or in the cold water line.
[0029] Weiters ist bevorzugt vorgesehen, dass ein in der Zweigleitung angeordnetes Zweigventil basierend auf durch einen Differenzdruckregler ermittelten Messwerten angesteuert wird, wobei der Differenzdruckregler den Differenzdruck des in der Kaltwasserleitung geführten Wassers zwischen dem an einem ersten Messpunkt gemessenen ersten Wasserdruck und dem an einem stromabwärts des ersten Messpunktes angeordneten zweiten Messpunkt gemessenen zweiten Wasserdruck ermittelt. Das Zweigventil ist bevorzugt stromabwärts des zweiten Wärmetauschers angeordnet. [0029] Furthermore, it is preferably provided that a branch valve arranged in the branch line is controlled based on measured values determined by a differential pressure regulator, wherein the differential pressure regulator determines the differential pressure of the water guided in the cold water line between the first water pressure measured at a first measuring point and the second water pressure measured at a second measuring point arranged downstream of the first measuring point. The branch valve is preferably arranged downstream of the second heat exchanger.
[0030] Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In dieser zeigt Fig. 1 eine erste erfindungsgemäße Heizvorrichtung, Fig. 2 eine zweite erfindungsgemäße Heizvorrichtung und Fig. 3 eine dritte erfindungsgemäße Heizvorrichtung. [0030] The invention is explained in more detail below using an embodiment shown schematically in the drawing. In this, Fig. 1 shows a first heating device according to the invention, Fig. 2 shows a second heating device according to the invention and Fig. 3 shows a third heating device according to the invention.
[0031] In Fig. 1 ist eine erste Ausführung einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung dargestellt. Die Pfeile geben die jeweilige Strömungsrichtung innerhalb der Leitungen während des Betriebes an. Die Heizvorrichtung umfasst einen Wasserspeicher 1, einen ersten Wärmetauscher 2, der ausgebildet ist, um im Wasserspeicher 1 angeordnetes Wasser zu erwärmen, eine Vorlaufleitung 3, die ausgebildet ist, um dem ersten Wärmetauscher 2 eine Heizflüssigkeit zuzuführen, eine Rücklaufleitung 4, die ausgebildet ist, um Heizflüssigkeit vom ersten Wärmetauscher 2 weg zu führen, eine Kaltwasserleitung 5, die mit dem Wasserspeicher 1 verbunden und ausgebildet ist, um dem Wasserspeicher 1 Wasser zuzuführen, und eine Warmwasserleitung 6, die mit dem Wasserspeicher 1 verbunden und ausgebildet ist, um Wasser vom Wasserspeicher 1 weg zu führen. Weiters ist ein zweiter Wärmetauscher 7 vorgesehen, der einerseits Teil der Warmwasserleitung 6 und andererseits Teil einer Zweigleitung 8, die die Vorlaufleitung 3 mit der Rücklaufleitung 4 verbindet, ist. Dies ermöglicht es, dass im Betrieb der zweite Wärmetauscher von Wasser in der Warmwasserleitung 6 und von Heizflüssigkeit in der Zweigleitung 8 durchströmt wird, sodass Wärme von in der Zweigleitung 8 geführten Heizflüssigkeit auf in der Warmwasserleitung 6 geführtes Wasser übertragen wird. Die Zweigleitung 8 ist bei dieser Ausführung mithilfe eines als Drei-Wege-Ventil ausgebildeten Zweigventils 9 mit der Rücklaufleitung 4 und mithilfe einer einfachen Abzweigung mit der Vorlaufleitung 3 verbunden. Das Zweigventil 9 weist neben dem Eingang der Zweigleitung 8 einen Eingang der vom ersten Wärmetauscher 2 kommenden Rücklaufleitung 4 sowie als Ausgang die Rücklaufleitung 4 auf. Das Zweigventil 9 ist mit einem Differenzdruckregler 10 verbunden, sodass die Stellung des Zweigventils 9 basierend auf dem ermittelten Differenzdruck im Differenzdruckregler 10 geregelt werden kann. Der Differenzdruckregler 10 weist einen ersten Messpunkt 11 und einen zweiten Messpunkt 12 auf, wobei beide Messpunkte 11,12 in der Kaltwasserleitung 5 angeordnet sind. Der zweite Messpunkt 11 befindet sich stromabwärts vom ersten Messpunkt 12. Mithilfe des Differenzdruckreglers 10 kann die Druckdifferenz des in der Kaltwasserleitung 5 geführten Wassers zwischen dem ersten Messpunkt 11 und dem zweiten Messpunkt 12 erfasst und damit je nach Bedarf das Zweigventil 9 angesteuert bzw. geregelt werden. Der erste Messpunkt 11 ist über eine erste Messleitung 13 mit dem Differenzdruckregler 10 verbunden und der zweite Messpunkt 12 ist über eine zweite Messleitung 14 mit dem Differenzdruckregler 10 verbunden. Die Messleitungen 13,14 sind strichliert dargestellt und bspw. als Kapillarleitungen ausgebildet. Die Kaltwasserleitung 5 weist weiters ein stromabwärts des ersten Messpunktes 11 angeordnetes Rückschlagventil 15 auf. Um dem in der Warmwasserleitung 6 geführten Wasser ggf. Wasser aus der Kaltwasserleitung 5 zumischen zu können, sind die Kaltwasserleitung 5 und die Warmwasserleitung 6 mithilfe eines thermostatischen Mischventils 16 und einer Mischleitung miteinander verbunden. Zusätzlich weist die Kaltwasserleitung 5 stromaufwärts des ersten Messpunktes 11 einen Druckminderer 17 auf, wodurch der Druck in der Kaltwasserleitung 5 bei Bedarf auf einen gewünschten Druck reduziert werden kann. Zwischen dem ersten Messpunkt 11 und dem zweiten Messpunkt 12 kann sich, um Schäden durch zu hohen Druck zu vermeiden, ein Sicherheitsventil (nicht dargestellt) befinden. Weiters weist die Rücklaufleitung 4 stromabwärts des ersten Wärmetauschers 2 ein Volumenstrombegrenzungsventil 18 auf, das mit einem Thermostatkopf, der ausgebildet ist, um die Temperatur im Wasserspeicher 1 zu ermitteln, verbunden ist. Das Volumenstrombegrenzungsventil 18 kann basierend auf der im Wasserspeicher 1 gemessenen Temperatur angesteuert bzw. geregelt werden. [0031] Fig. 1 shows a first embodiment of a heating device according to the invention. The arrows indicate the respective flow direction within the lines during operation. The heating device comprises a water tank 1, a first heat exchanger 2, which is designed to heat water arranged in the water tank 1, a supply line 3, which is designed to supply a heating fluid to the first heat exchanger 2, a return line 4, which is designed to guide heating fluid away from the first heat exchanger 2, a cold water line 5, which is connected to the water tank 1 and designed to supply water to the water tank 1, and a hot water line 6, which is connected to the water tank 1 and designed to guide water away from the water tank 1. Furthermore, a second heat exchanger 7 is provided, which is on the one hand part of the hot water line 6 and on the other hand part of a branch line 8, which connects the supply line 3 to the return line 4. This enables water in the hot water line 6 and heating fluid in the branch line 8 to flow through the second heat exchanger during operation, so that heat is transferred from the heating fluid in the branch line 8 to the water in the hot water line 6. In this design, the branch line 8 is connected to the return line 4 by means of a branch valve 9 designed as a three-way valve and to the flow line 3 by means of a simple branch. In addition to the inlet of the branch line 8, the branch valve 9 has an inlet of the return line 4 coming from the first heat exchanger 2 and the return line 4 as an outlet. The branch valve 9 is connected to a differential pressure regulator 10 so that the position of the branch valve 9 can be regulated based on the determined differential pressure in the differential pressure regulator 10. The differential pressure regulator 10 has a first measuring point 11 and a second measuring point 12, with both measuring points 11, 12 being arranged in the cold water line 5. The second measuring point 11 is located downstream of the first measuring point 12. With the help of the differential pressure regulator 10, the pressure difference of the water in the cold water line 5 between the first measuring point 11 and the second measuring point 12 can be recorded and the branch valve 9 can be controlled or regulated as required. The first measuring point 11 is connected to the differential pressure regulator 10 via a first measuring line 13 and the second measuring point 12 is connected to the differential pressure regulator 10 via a second measuring line 14. The measuring lines 13, 14 are shown in dashed lines and are designed, for example, as capillary lines. The cold water line 5 also has a check valve 15 arranged downstream of the first measuring point 11. In order to be able to mix water from the cold water line 5 with the water in the hot water line 6 if necessary, the cold water line 5 and the hot water line 6 are connected to one another using a thermostatic mixing valve 16 and a mixing line. In addition, the cold water line 5 has a pressure reducer 17 upstream of the first measuring point 11, whereby the pressure in the cold water line 5 can be reduced to a desired pressure if necessary. A safety valve (not shown) can be located between the first measuring point 11 and the second measuring point 12 in order to avoid damage caused by excessive pressure. Furthermore, the return line 4 has a volume flow limiting valve 18 downstream of the first heat exchanger 2, which is connected to a thermostat head that is designed to determine the temperature in the water tank 1. The volume flow limiting valve 18 can be controlled or regulated based on the temperature measured in the water tank 1.
[0032] Im Betrieb wird dem Wasserspeicher 1 über die Kaltwasserleitung 5 (in Pfeilrichtung) im unteren Bereich Wasser zugeführt, bis der Wasserspeicher 1 gefüllt wird. Das Wasser im Wasserspeicher 1 wird durch die mithilfe der Vorlaufleitung 3 in Pfeilrichtung zugeführten Heizflüssigkeit mithilfe des ersten Wärmetauschers 2 erwärmt, bis die gewünschte Temperatur erreicht ist und das Volumenstrombegrenzungsventil 18 schließt, sodass keine Heizflüssigkeit durch die Vorlaufleitung 3 und die Rücklaufleitung 4 über den ersten Wärmetauscher 2 geführt wird. Bei Bedarf wird, bspw. mithilfe eines nicht dargestellten Hahns, Warmwasser über die Warmwasserleitung 6 (in Pfeilrichtung) aus dem Wasserspeicher 1 entnommen und der Wasserspeicher 1 über die [0032] During operation, water is supplied to the water tank 1 via the cold water pipe 5 (in the direction of the arrow) in the lower area until the water tank 1 is filled. The water in the water tank 1 is heated by the heating fluid supplied in the direction of the arrow using the flow line 3 with the aid of the first heat exchanger 2 until the desired temperature is reached and the volume flow limiting valve 18 closes so that no heating fluid is fed through the flow line 3 and the return line 4 via the first heat exchanger 2. If required, for example using a tap (not shown), hot water is taken from the water tank 1 via the hot water pipe 6 (in the direction of the arrow) and the water tank 1 is heated via the
Kaltwasserleitung 5 wieder nachgefüllt. Über den Differenzdruckregler 10 wird das Volumen des nachgefüllten Wassers erfasst und bei Bedarf, insbesondere wenn eine große Menge Wasser nachgefüllt wird, das Zweigventil 9 angesteuert, sodass Heizflüssigkeit durch die Zweigleitung 8 und den zweiten Wärmetauscher 7 fließt. Die Heizflüssigkeit kann sowohl über den ersten Wärmetauscher 2 als auch den zweiten Wärmetauscher 7 geführt werden oder lediglich über den zweiten Wärmetauscher 7. Hierdurch wird das durch die Warmwasserleitung 6 aus dem Wasserspeicher 1 entnommene Wasser zusätzlich aufgewärmt, um es auf die gewünschte Temperatur zu bringen. Hierbei wird es durch die Aufwärmung des Wassers in der Warmwasserleitung 6 durch den zweiten Wärmetauscher 7 ermöglicht, warmes Wasser durch die Warmwasserleitung 6 bereitzustellen, auch wenn die Temperatur im Wasserspeicher 1 geringer ist. Nach der Entnahme wird durch den Differenzdruckregler 10 ein Ende der Nachfüllung durch die Kaltwasserleitung 5 festgestellt und das Zweigventil 9 angesteuert, sodass die gesamte Heizflüssigkeit wieder durch den ersten Wärmetauscher 2 geführt wird, um das Wasser im Wasserspeicher 1 zu erwärmen. Cold water line 5 is refilled. The volume of the refilled water is recorded via the differential pressure regulator 10 and, if necessary, particularly when a large amount of water is refilled, the branch valve 9 is controlled so that heating fluid flows through the branch line 8 and the second heat exchanger 7. The heating fluid can be passed through both the first heat exchanger 2 and the second heat exchanger 7, or just through the second heat exchanger 7. This additionally heats up the water taken from the water tank 1 via the hot water line 6 in order to bring it to the desired temperature. By heating the water in the hot water line 6 by the second heat exchanger 7, it is possible to provide hot water through the hot water line 6, even if the temperature in the water tank 1 is lower. After removal, the differential pressure regulator 10 detects the end of the refilling through the cold water pipe 5 and controls the branch valve 9 so that the entire heating fluid is led back through the first heat exchanger 2 in order to heat the water in the water tank 1.
[0033] In Fig. 2 ist eine zweite Ausführung einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung dargestellt. Diese Ausbildung unterscheidet sich von der Ausbildung gemäß Fig. 1 dadurch, dass das Zweigventil 9 nicht als Drei-Wege-Ventil ausgebildet ist, sondern als Zwei-Wege-Ventil, das vor der Einmündung der Zweigleitung 8 in die Rücklaufleitung 4 in der Zweigleitung 8 angeordnet ist. Bei dieser Ausführung wird mithilfe des Differenzdruckreglers 10 und des Zweigventils 9 der Durchfluss durch die Zweigleitung 8 geregelt. [0033] Fig. 2 shows a second embodiment of a heating device according to the invention. This embodiment differs from the embodiment according to Fig. 1 in that the branch valve 9 is not designed as a three-way valve, but as a two-way valve, which is arranged in the branch line 8 before the branch line 8 joins the return line 4. In this embodiment, the flow through the branch line 8 is regulated with the help of the differential pressure regulator 10 and the branch valve 9.
[0034] In Fig. 3 ist eine dritte Ausführung einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung dargestellt. Diese Ausbildung unterscheidet sich von der Ausbildung gemäß Fig. 1 dadurch, dass das die Kaltwasserleitung 5 durch den zweiten Wärmetauscher 7 geführt ist und nicht die Warmwasserleitung 6. Bei dieser Ausführung wird nicht das durch die Warmwasserleitung 6 auszugebende Warmwasser erneut erwärmt, sondern das in der Kaltwasserleitung 5 geführte Wasser wird vor dem Einbringen in den Wasserspeicher 1 erwärmt, sodass das Wasser im Wasserspeicher 1 durch das neu eingebrachte Wasser weniger stark abgekühlt wird. [0034] Fig. 3 shows a third embodiment of a heating device according to the invention. This embodiment differs from the embodiment according to Fig. 1 in that the cold water pipe 5 is guided through the second heat exchanger 7 and not the hot water pipe 6. In this embodiment, the hot water to be dispensed through the hot water pipe 6 is not reheated, but the water guided in the cold water pipe 5 is heated before being introduced into the water tank 1, so that the water in the water tank 1 is cooled less by the newly introduced water.
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| HA | Change or addition of new inventor |
Inventor name: MARCELLO PRESULLI, AT Effective date: 20241126 |