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Wariwasser-Speicher
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Warmwasser-Speicher, bestehend
aus einem Kessel und aus wenigstens zwei von einem Wärme transportierenden Medium
(Wärmemittel) durchströmbaren Wärmetauschern, von denen sich einer im unteren Bereich
des Kessels befindet und die zur Bildung eines Wäremittelkreislaufes mit ihrem Einlaß
an den Vorlauf und mit ihrem Auslaß an den Rücklauf einer Quelle für das Wärme transportierende
Medium an;chließbar sind.
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Wa r;flwasser-Speicher sind an sich in zahlreichen Ausführungen bekannt,
wobei allerdings der Einsatz dieser bekannten Speicher vor allem bei Niedertemperatur-Heizungsanlagen,
d.h. bei Anlagen, die als Quelle für das Wärme transportierende Medium (Wasser bzw.
Heizungswasser) Niedertemperatur-Heizkessel oder Wärmepumpen verwenden, wegen der
relativ niedrigen Vorlauftemperatur des Wärme transportierenden Mediums bzw. Heizungswasser
(Vorlauftemperatur kleiner oder gleich etwa 550C) nicht zu vollständig zufriedenstellenden
Ergebnissen führt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Warmwasser-Speicher
aufzuzeigen, der in weit besserer Weise als bekannte Waimwasser-Speicher für den
Einsatz bei Niedertemperatur-Heizkesseln bzw. Heizungswärmepumpen geeignet ist und
der insbesondere eine direkte Ausnutzung der Vorlauftemperatur von etwa 550C des
Wärme transportierenden Mediums bzw. des Heizungswasservorlaufs im oberen Bereich
des Warmwasser-Speichers gestattet, so daß aus diesem oberen Bereich des Warmwasser-Speichers
Brauchwasser mit einer möglichst hohen Temperatur zur Verfügung steht und entnommen
werden kann.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Warmwasser-Speicher der eingangs
geschilderten Art so ausgebildet, daß der andere der beiden Wärmetauscher im oberen
Bereich des Kessels angeordnet i:;i und milLcis eines Ventils in Abhängigkeit von
der Differenz zuliuchcn dlr Temperatur im oberen Bereich des Speichers und der Vorlauftemperatur
des Wärme transportierenden Mediums und/oder
in Abhängigkeit der
Vorlauftemperatur des Wärme transportivisenden Mediums zu- und abschaltbar ist,
wobei im zugeschaltet@ Zustand die beiden Wärmetauscher in Serie liegen.
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Der erfindungsgemäße Warmwasser-Speicher ist insbesondere für den
Einsatz in solchen Systemen geeignet, bei denen die Quelle für das Wärme transportierende
Medium eine Vorlauftemperatur in der Größenordnung von etwa 550C aufweist, d.h.
der erfindunqsgemäße Warmwasser-Speicher eignet sich insbesondere für den Einsatz
bei Niedertemperatur-Heizungskesseln und/oder Heizungswärmepumpen.
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Durch die erfindungsgemäße Ausbildung wird eine direkte Ausnutzung
der Vorlauftemperatur des Wärme transportierenden Mediums im oberen Bereich des
Warmwasser-Speichers erreicht, wodurch eine ausreichende Menge an genügend warmem
Wasser zur Entnahme aus dem Warmwasser-Speicher zur Verfügung steht, da die Entnahme
an warmem Wasser in der Regel aus dem oberen Bereich des Speichers erfolgt.
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Durch das Zu- und Abschalten des im oberen Bereich des Warmwasser-Speichers
vorgesehenen zusätzlichen Wärmetauschers in Abhängigkeit von der Differenz zwischen
Temperatur in diesem oberen Bereich des Speichers und der Vorlauftemperatur des
Wärme transportierenden Mediums und/oder in Abhängigkeit von der Vorlauftemperatur
dieses Mediums wird weiterhin verhindert, daß über die Wärmetauscher und das diese
Tauscher durchfließende Wärme transportierende Medium Wärme aus dem oberen warmen
Bereich des Speichers in den unteren, älteren Bereich des Speichers verschleppt
wird, was dem angestrebten Ziel an sirh zuwider laufen würde.
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Die Steuerung ist dabei so getroffen, daß der im oberen Bereich des
Speichers vorgesehene Wärmetauscher immer dann abgeschíItet wird, wenn die Differenz
zwischen der Vorlauftemperatur des Wärme transportierenden Mediums (Temperatur des
Wärme transportierenden Mediums am Einlaß des im oberen Bereich des Speichers angeordneten
Wärmetauschers) und die Temperatur des Brauchwlssers im oberen Bereich des Speichers
einen bestimmten, vorceges
neun Wert unterschreitet, oder aber
wenn die Vorlauftemperatur des Wärme transportierenden Mediums unter einem vorgegebenen
Wert, z.B. unter 480C absinkt.
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Um auch bei kalter Speicher eine Vorlauftemperatur von 5 50C sicherzustellen,
kann es zweckmäßig sein, im Vorlauf ein thelmostatisches Ventil vorzusehen, welches
durch Drosselung des Stres des Wärme transportierenden Mediums bzu. des Heizungswassers
verhindert, daß bei kaltem Speicher die Vorlauftemperatur an der Quelle für das
Wärme transportierende Medium (Niedertemperatur-Heizungskessel oder Heizungswärmepumpe)
unter 550C sinkt.
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Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren an einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 in schematischer Darstellung und im Schnitt einen
Warmwasser-Speicher gemäß der Erfindung zusammen mit einer als Quelle für das Wärme
transportierende Medium (z.B. Wasser) dienenden Wärmepumpe; Fiq. 2 in schematischer
Detaildarstellung ein "thermostatisches Ventil" zur Verwendung bei dem Warmwasser-Speicher
gemäß Fig. 1.
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Der in der Fig. 1 dargestellte Warmwasser-Speicher besteht aus einem
kreiszylinderförmigen, aufrechtstehenden (d.h. mit seiner Achse S in vertikaler
Richtung stehend angeordneten) Kessel 1, dessen zur Aufnahme von Warmwasser (zB.
Brauchwasser) dienender Innenraum 2 an der Unterseite des Kessels durch einen aufgeschweißen
Boden 3 und an der Oberseite des Kessels durch einen abnehmbaren Deckel 4 verschlossen
ist. In der Nähe des Bodens 3 ist im Innenraum 2 des Kessels 1 ein von einer Rohrschlange
gebildeter Wärmetauscher 5 angeordnet, dessen einlaß 6 (Vorlauf)
und
dessen Auslaß 7 (Rücklauf) durch einen Deckel 8 abgediXc"iet herausgeführt sind,
der auf einem Rohrflansch 9 an der Umfangswand des Kessels 1 ebenfalls abgedichtet
gehalten ist.
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Im oberen Bereich des Kessels 1 ist ein weiterer Wärmetausciler 10
vorgesehen, welcher bei der dargestellten Ausführungsform von einem die Uni UmPang!;wad
des Kessels 1. umschließenden und konzentrisch zur Achse S liegenden Ringkanal gebildet
ist. Dieser als Wärmetauscher 10 dienende Ringkanal ist dadurch erzeugt, daß unterhalb
des Flansches 11 zur Befestigung des Deckels 4 konzentrisch zur Umfangswand des
Kessels 1 und im Abstand von dieser Umfangswand eine in sich vollständig geschlossene
ringförmige Wand 12 vorgesehen ist, die mit ihrer oberen Kante abgedichtet mit dem
Flansch 11 verbunden bzw. verschweißt ist.
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An der Unterseite ist der den Wärmetauscher 10 bildende Rinkanal dadurch
nach außen hin abgeschlossen, daß die Wand 12 an ihrer unteren Kante abgedichtet
mit einem Rinq 13 und dieser wiederum abgedichtet mit der Umfangswand des Kessels
1 (z.B.
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durch Schweißuno) verbunden ist.
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Der Wärmetauscher 10 besitzt einen Einlaß 14, der in den oberen Bereich
des diesen Wärmetauscher bildenden Ringkanal mündet, sowie einen Auslaß 15 (Rücklauf),
der in den unteren Teil des Ringkanals mündet und über eine Leitung 16 mit dem Einlaß
6 des Wärmetauschers 5 verbunden ist. Der Einlaß 14 des Wärmetauschers 10 steht
mit dem einen Ausgang eines Zwei-Wege-Ventils 17 in Verbindung. An den anderen Ausgang
dieses Ventils ist eine Leitung 18 angeschlossen, die ebenfalls mit dem Auslaß 15
iri Verbindung steht. Der Eingang des Ventiles 17 steht über eiii thermostatisches
Ventil 19 und eine Umwälzpumpe 2'J mit dem Vorlauf 21 einer Wärmepumpe 22 in Verbindung,
an deren Rücklauf 23 der Auslaß 7 des Wärmetauschers 5 angeschlossen ist. Die Wärmepumpe
22 bildet bei der dargestellten Ausführungsform die Quelle für das Wärme transportierende
Medium (Wasser). Als solche Quelle kann anstelle einer Wärmepumpe 22 auch der leizungswasserrohr-
bzw. Rücklauf dienen.
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Das thermostatische Ventil ist in schematischer Darstellung in F i%.
2 gezeigt. cs besteht im wesentlichen au; einem Ventilgehause 24 mit einem Einlaß
25 und einem Auslaß 26. Der Innenraum des Ventilgehäuses 24 ist durch eine Wand
27 in zwei Kammern unterteilt, von denen Die eine den Einlaß 25 und die andere den
Auslaß 26 aufweist. In der Wand 27 sind eine Nebenströmöffnung 26 sowie eine Ventilöffnung
29 vorgesehen, weich letztere durch einem von einer Feder 30 vorgespannten Ventil--örper
31 verschließbar ist. Durch einen Thermostaten 32 wird bei Übersteigen einer vorgegebenen
Temperatur des Wärme transportierenden Mediums die Ventilöffnung 29 mit steigender
Temperatur) zunehmend geöffnet.
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Die Steuerung des Zwei-Wege-Ventils 17 erfolge mit Hilfe eines Motors
oder Stel lgliedes entweder in Abhängigkeit von der Temperatur-Differenz zwischen
der Vorlauftemperatur des Wärme transportierenden Mediums (z.B. am Vorlauf 21 oder
am Eingang des Ventiles 17) und der Temperatur im oberen Bereich des Warmwasser-Speichers,
oder aber ausschließlich in Abhängigkeit von der Temperatur des Wärme transportierenden
Mediums im Vorlauf 21. Bei Verwendung einer Wärmepumpe bzw. eines Niedertemperatur-Kessels,
an die bzw. an den auch der Heizungskreislauf angeschlossen ist, ist die Temperatur
des Wärme transportierenden Mediums (Heizungswasser) kleiner oder höchstens gleich
etwa 550 C.
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lurch den Wärmetauscher 10 erfolgt eine direkte Ausnutzung der Temperatur
von etwa 550C des über die Pumpe und das Ventil 19 zugeführten Heizungswassers im
oberen Bereich des Warmwasser-Speichers, wofür am Ventil 17 eine Verbindung zum
Einlaß 14 hergestellt und die Verbindung zur Leitung 18 unterbrochen wird.
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Der Wärmetauscher 10 ist somit dem zwischen dem Vorlauf 21 und eem
Rücklauf 23 gebildeten Kreis des Wärme transportierenden Mediums zugeschaltet und
liegt in Serie mit dem Wärmetauscher 5, d.h. entsprechend den Pfeilen der Fig. 1
fließt das Wärme transportierende Medium von Vorlauf 21 über die Pumpe 20, über
das Ventil 19, üeer das Ventil 17, über den kärmetauscher 1 anwie über den Wärmetauscher
5 an den Rücklauf 23.
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Wird das Ventil 17 nur in Abhängigkeit von der Teperatur Vorlauf 21
oder am Eingang dieses Ventils gesteuert, so schaltet das Ventil 17 den Wärmetauscher
10 aus dem -Kreis des Wärme transportierenden Mediums erst dann ab, wenn eine bestimmte
vorgegebene Temperatur, beispielsweise 480C unterschritten wird.
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In diesem Fall steht dann der Eingang des Ventiles 17 mit der Leitung
18 in Verbindung, während die Verbindung zum Einlaß 14 hin unterbrochen ist. Das
Wärme transportierende Medium fließt über die Leitung 18 an dem Wärmetauscher 10
vorbei.
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Bei einer Steuerung des Ventiles 17 in Abhängigkeit von der Temperatur-Differenz
zwischen der Temperatur des Wärme transportierenden Mediums (Heizungswasser) am
Vorlauf und der Temperatur im oberen Bereich des Warmwasser-Speichers wird der Wärmetauscher
lü dann aus dem Kreislauf des Wärme transportierenden Mediums abgeschaltet, wenn
diese Temperatur-Differenz einen vorgegebenen Wert unterschreitet.
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Durch die beschriebene Steuerung des Ventiles 17 wird vermieden, daß
über das Wärme transportierende Medium aus dem oberen, wärmeren Bereich des Warmwasser-Speichers
Wärmeenergie an den unteren, kälteren Bereich verschleppt wird. Durch das Ventil
19 wird der Heizungswasser-Strom derart gedrosselt, daß auch hei kaltem Speicher
eine Vorlauftemperatur von etwa 550C sichergestellt ist.