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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung in Verbindung mit einer Temperaturregeleinrichtung des Wassers in einem Wasserspeicherbehälter.
Bei üblichen Brauchwasserbereitern ist innen etwa in der unteren Hälfte eines z. B. zylindrischen, stehenden und mit entsprechender Wärmeisolierung versehenen Speicherbehälters ein Wärmetauscher angebracht, der mit dem Heizkreislauf - meistens einer Zentralheizungsanlage-beaufschlagt wird. Bei derartigen Anlagen gibt das z. B. vom Zentralheizungskessel kommende Heizmedium einen Teil der in ihm enthaltenen Wärmemenge an das im Speicherbehälter befindliche Wasser ab, welches sich, bedingt durch die Konvektion, gleichmässig erwärmt. Je höher aber dabei die Temperatur des Wassers im Behälter ansteigt, desto höher wird auch die Temperatur des vom Wärmetauscher zurückfliessenden Wassers. Das bedeutet aber, dass der Temperaturunterschied zwischen dem Inhalt des Speicherbehälters und dem z.
B. vom Heizkessel kommenden Wasser ("Vorlauf") geringer wird und demzufolge immer weniger Wärme in das Brauchwasser abgegeben wird ; die Leistung bzw. der Wirkungsgrad des Wärmetauschers sinken daher mit zunehmender Temperatur des Brauchwassers ab.
Bei einer Brauchwasserbereitung mittels Sonnenenergie ist die Anordnung im wesentlichen gleich der oben beschriebenen, wobei in diesem Fall der Wärmetauscher mit dem Heizkreislauf der Solaranlage verbunden ist.
Dieser oben beschriebene, bei zunehmender Temperatur des Brauchwassers sinkende Wirkungsgrad des Wärmetauschers führt bei Anwendung von Wärmepumpen zur Brauchwasserbereitung zu Problemen, weil die Wärmepumpe nur eine geringe Leistungsbreite hat und bei sinkender Leistungsabgabe abschaltet. Dies hat zur Folge, dass mit zunehmender Temperatur des Brauchwassers die Einschaltdauer der Pumpe abnimmt und diese intermittierend zu arbeiten beginnt.
Bedingt durch die notwendigen Abkühlzeiten bis zur Wiedereinschaltung der Wärmepumpe wird der Zeitraum bis zur kompletten Erwärmung des Brauchwasserbereiters entsprechend vergrössert bzw. die maximal mögliche Temperatur erreicht.
Gemäss einer nicht veröffentlichten Literaturstelle ist der Wärmetauscher ausserhalb des vorzugsweise zylindrischen Speicherbehälters angeordnet, wobei sein Sekundärkreislauf eine Ladepumpe und den Speicherbehälter umfasst und eine Temperaturregeleinrichtung vorgesehen ist. Der Primärkreislauf enthält vorzugsweise eine Wärmepumpe, wobei der Wärmetauscher in seiner Wärme- übertragungsleistung primärseitig mit der Wärmepumpe derart abgestimmt ist, dass die maximal abgegebene Wärmemenge mit höchster Temperatur auf das Brauchwasser übertragen wird.
Die Regelung dieses Systems erfolgt im wesentlichen über drei Thermostaten, wobei ein erster Thermostat das Kommando für den möglichen Beginn des Ladevorgangs gibt, ein zweiter Thermostat den Ladevorgang freigibt, und der dritte Thermostat die Ladung beendet.
Aufgabe der Erfindung ist es, dass der Wärmetauscher auch sekundärseitig in seiner Wärme- übertragungsleistung an das Speichervolumen bzw. an die Durchflussmenge des Wassers im Sekundärkreislauf abgestimmt ist.
Dies wird bei einer Anlage der oben erwähnten Art erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass im Sekundärkreislauf in Serie mit der Ladepumpe ein einstellbares Drosselventil vorgesehen ist, wobei die Durchflussmenge im Sekundärkreislauf in Abhängigkeit von der Wärmeübertragungsleistung des Wärmetauscher durch das Drosselventil so eingestellt bzw. reguliert ist, dass eine maximal mögliche Endtemperatur des zu erwärmenden Wassers bei der einmaligen Umwälzung gewährleistet ist.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend an Hand der Zeichnung erläutert, welche eine schematische Darstellung des Primär- und Sekundärkreislaufes mit den erfindungsgemäss verwendeten Elementen und der Regeleinrichtung zeigt.
In der Zeichnung ist der druckfeste Speicherbehälter mit --1-- bezeichnet und hat vorzugsweise die Form eines stehenden Zylinders mit gewölbtem Boden --2-- und ebenso gewölbtem Deckel --3--.
In den Boden --2-- führt ein Kaltwasserzuführrohr --4--, dessen innerem Ende ein Prallblech - gegenüberliegt. Im Deckel --3-- befindet sich die Entnahmeleitung --6-- für das Brauchwasser. Auch im Oberteil des Speicherbehälters --1--, nahe dem Deckel --3--, befindet sich ein Verteilerblech --7--. Der Sekundärkreislauf ist durch die Rohrstücke --8a, 8b und 8c-- aufgebaut.
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Das Rohrstück-8a-kommt von dem allgemein mit --9-- bezeichneten Wärmetauscher und mündet in den Deckel --3--.
Das Rohrstück --8b-- geht vom Boden --2-- aus zu einer Ladepumpe
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-10--,verhinderer --12-- zum Wärmeaustauscher --9-- zurück. Für die Regelung sind im Sekundärkreis- lauf die Thermostate-Tl und T2-- vorgesehen, wobei der Thermostat --T1-- etwa mittig am Speicher --1-- und der Thermostat --T2-- beim Eintritt des Rohrstückes --8c-- in den Wärmeaus- tauscher --9-- angeordnet sind.
Der Primärkreislauf besteht aus einer Wärmepumpe --13--, einer Umwälzpumpe --14--, einem
Vorrangventil (elektromagnetisch betätigbares Dreiwegventil) --15--, welches im dargestellten
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Die Regelung dieser Anlage erfolgt auf folgende Art : Die Regeleinrichtung ist mit --17-bezeichnet und enthält ein Relais mit einer Spule --18-- und mit im Ruhezustand offenen Kontakten --19, 20a und 20b--. Die Spule --18-- liegt in Serie mit den Kontakten der ebenfalls in Serie liegenden Thermostaten-Tl und T2-- an einer Versorgungsspannung (z. B. Netzspannung). Ist die Temperatur des Brauchwassers im Speicher-l-genügend hoch, so ist der Kontakt des Thermostaten --T1-- offen.
Der Kontakt des Thermostaten --T2-- ist geschlossen, da kaltes Brauchwasser im Sekundärkreislauf von der Bodenseite des Speichers her ansteht. Wird warmes Brauchwasser über die Entnahmeleitung --6-- entnommen, so fliesst kaltes Wasser über das Zuführrohr - zu. Sobald die Temperatur an der Stelle des Thermostaten --T1-- einen vorbestimmten Wert unterschreitet, schliesst der Kontakt des Thermostaten --T1-- und schliesst damit den Stromkreis für die Spule-18-. so dass die Kontakte --19, 20a und 20b-- schliessen. Der Kontakt --19-- dient als Selbsthaltekontakt, d.
h. er überbrückt den Kontakt des Thermostaten --T1--. Durch die geschlossenen Kontakte --20a und 20b-- werden einerseits das elektromagnetisch betätigte Vorrangventil --15-- direkt und anderseits die Ladepumpe --10- über den Kontakt des Thermostaten --T3-- an die Versorgungsspannung gelegt. Der Kontakt des Thermostaten --T3-- ist unterhalb einer vorbestimmten Temperatur des Primärkreislaufmediums geöffnet, d. h. die Ladepumpe beginnt erst dann zu arbeiten, wenn beim Thermostat --T3-- die Vorlauftemperatur erreicht ist.
Die Wärmeübertragungsleistung des Wärmetauschers --9-- und die mittels Drosselventil - -11-- eingestellte Fördermenge des Sekundärkreislaufes gewährleisten nun eine Temperaturerhöhung des an der tiefstmöglichen Stelle entnommen kalten Brauchwassers und eine Temperaturerhöhung auf die maximal mögliche Endtemperratur bei höchstens einmaligem Durchlauf des zu erwärmenden
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und der Thermostat --T2-- den Stromkreis für die Spule-18-unterbricht, so dass die Kontakte --19, 20a und 20b-- unterbrechen und somit das Vorrangventil --15-- wieder auf Heizbetrieb umgestellt wird.
Ist die Heizung --16-- nicht in Betrieb, dann schaltet ausser den oben beschriebenen Schaltvorgängen der Thermostat --T1-- zusätzlich die Wärmepumpe --13-- ein, und den Primärkreislauf zu. Nach Erreichung der maximalen Vorlauftemperatur schaltet der Thermostat --T3-- wieder die
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Höhe des Speicherbehälters angeordnet sein ; bestimmend für seine Lage ist normalerweise der gewünschte Entladungszustand des Speichers bis zum Einsetzen des Aufheizvorgangs.
Selbstverständlich sind auch andere Ausführungsformen möglich, z. B. kann die Wärmepumpe nur zur Brauchwasserbereitung eingesetzt sein oder kann der Primärkreislauf von einem Zwischenmedium oder Kühlmittel durchströmt sein. Auch bei der Regelung sind andere Elemente gleicher Wirkung möglich ; so kann z. B. der Thermostat --T3-- durch ein Zeitrelais ersetzt werden, d. h. die Ladepumpe wird nach dem Schliessen der Kontakte --20a, 20b-- um ein vorbestimmtes Zeitintervall verzögert eingeschaltet. Selbstverständlich kann statt einer Wärmepumpe zur Energiezufuhr z. B. auch ein Zentralheizungskessel oder eine Solaranlage eingesetzt werden.
Auch bei
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dieser Heizanlage gewährleistet die während des ganzen Ladevorgangs konstante Wärmeübertragungsleistung einen gleichbleibend hohen Wirkungsgrad der Anlage.
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The invention relates to a device in connection with a temperature control device of the water in a water storage container.
In conventional water heaters is inside about in the lower half of a z. B. cylindrical, standing and with appropriate heat insulation storage tank attached a heat exchanger, which is acted upon with the heating circuit - usually a central heating system. In such systems, there are z. B. from the central heating boiler coming from a part of the amount of heat contained in it from the water in the storage tank, which, due to convection, heats evenly. However, the higher the temperature of the water in the tank rises, the higher the temperature of the water flowing back from the heat exchanger. But this means that the temperature difference between the contents of the storage container and the z.
B. coming from the boiler water ("flow") is lower and consequently less and less heat is released into the domestic water; the performance and the efficiency of the heat exchanger therefore decrease as the temperature of the domestic water increases.
In the case of hot water preparation using solar energy, the arrangement is essentially the same as that described above, in which case the heat exchanger is connected to the heating circuit of the solar system.
This above-described efficiency of the heat exchanger, which decreases as the temperature of the hot water increases, leads to problems when using heat pumps for hot water preparation because the heat pump has only a small power range and switches off when the power output drops. As a result, the duty cycle of the pump decreases with increasing temperature of the domestic water and the pump starts to work intermittently.
Due to the necessary cooling times before the heat pump is switched on again, the time until the water heater is completely heated is increased accordingly or the maximum possible temperature is reached.
According to an unpublished literature reference, the heat exchanger is arranged outside the preferably cylindrical storage tank, its secondary circuit comprising a charging pump and the storage tank and a temperature control device being provided. The primary circuit preferably contains a heat pump, the heat transfer capacity of the heat exchanger being coordinated on the primary side with the heat pump in such a way that the maximum amount of heat given off is transferred to the process water at the highest temperature.
This system is essentially controlled by three thermostats, a first thermostat giving the command for the possible start of the charging process, a second thermostat enabling the charging process, and the third thermostat terminating the charging.
The object of the invention is that the heat exchanger's heat transfer capacity on the secondary side is also matched to the storage volume or the flow rate of the water in the secondary circuit.
This is achieved according to the invention in a system of the type mentioned above in that an adjustable throttle valve is provided in series with the charge pump, the flow rate in the secondary circuit being set or regulated as a function of the heat transfer capacity of the heat exchanger through the throttle valve in such a way that a maximum possible end temperature of the water to be heated is guaranteed during the one-time circulation.
Further details of the invention are explained below with reference to the drawing, which shows a schematic representation of the primary and secondary circuit with the elements used according to the invention and the control device.
In the drawing, the pressure-resistant storage tank is designated with --1-- and preferably has the shape of a standing cylinder with a curved bottom --2-- and also a curved lid --3--.
A cold water supply pipe --4-- leads into the ground --2--, the inner end of which is a baffle plate - opposite. In the cover --3-- there is the extraction line --6-- for the domestic water. There is also a distributor plate --7-- in the upper part of the storage tank --1--, near the lid --3--. The secondary circuit is made up of pipe sections --8a, 8b and 8c--.
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The pipe section-8a-comes from the heat exchanger generally designated --9-- and opens into the cover --3--.
The pipe section --8b-- goes from the floor --2-- to a charge pump
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-10 -, preventer --12-- back to the heat exchanger --9--. The thermostats Tl and T2-- are provided for control in the secondary circuit, with the thermostat --T1-- approximately in the middle of the storage tank --1-- and the thermostat --T2-- when the pipe section --8c enters - are arranged in the heat exchanger --9--.
The primary circuit consists of a heat pump --13--, a circulation pump --14--, one
Priority valve (electromagnetic three-way valve) --15--, which is shown in the
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This system is controlled in the following way: The control device is labeled --17 and contains a relay with a coil --18-- and with contacts open in the idle state --19, 20a and 20b--. The coil --18-- is in series with the contacts of the thermostats Tl and T2-- which are also in series - on a supply voltage (e.g. mains voltage). If the temperature of the hot water in the storage tank l is high enough, the contact of the thermostat --T1-- is open.
The contact of the thermostat --T2-- is closed because cold process water is present in the secondary circuit from the bottom of the storage tank. If hot service water is drawn off via the extraction line --6--, cold water flows through the feed pipe. As soon as the temperature at the point of the thermostat --T1-- falls below a predetermined value, the contact of the thermostat --T1-- closes and thus closes the circuit for the coil-18-. so that contacts --19, 20a and 20b-- close. Contact --19-- serves as a hold contact, i.e.
H. it bridges the contact of the thermostat --T1--. The closed contacts --20a and 20b-- connect the electromagnetically operated priority valve --15-- directly and the charging pump --10- to the supply voltage via the thermostat contact --T3--. The contact of the thermostat --T3-- is open below a predetermined temperature of the primary circuit medium, i.e. H. the charge pump only starts to work when the flow temperature of the thermostat --T3-- has been reached.
The heat transfer capacity of the heat exchanger --9-- and the flow rate of the secondary circuit set by means of a throttle valve - -11-- now guarantee a temperature increase of the cold service water taken from the lowest possible point and a temperature increase to the maximum possible final temperature with a maximum of one pass through the one to be heated
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and the thermostat --T2-- interrupts the circuit for the coil-18, so that the contacts --19, 20a and 20b-- open and thus the priority valve --15-- is switched back to heating mode.
If the heating --16-- is not in operation, the thermostat --T1-- also switches on the heat pump --13-- and the primary circuit in addition to the switching processes described above. After reaching the maximum flow temperature, the thermostat --T3-- switches on again
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Height of the storage container may be arranged; The desired discharge state of the storage device is usually decisive for its position until the heating process begins.
Of course, other embodiments are also possible, e.g. B. the heat pump can only be used for domestic water preparation or the primary circuit can be flowed through by an intermediate medium or coolant. Other elements with the same effect are also possible in the regulation; so z. B. the thermostat --T3-- can be replaced by a timing relay, d. H. the charge pump is switched on after the contacts --20a, 20b-- are closed after a predetermined time interval. Of course, instead of a heat pump for energy supply z. B. also a central heating boiler or a solar system can be used.
Also at
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This heating system ensures that the heat transfer capacity remains constant throughout the entire charging process, ensuring that the system remains highly efficient.