<Desc/Clms Page number 1>
Die Erfindung betrifft einen Warmwasserbereiter mit einem stehenden, einen unteren Kaltwasserzu-und einen oberen Warmwasserablauf aufweisenden Speicherbehälter, der einen an einen Niedertemperaturheizkreislauf, insbesondere eine Wärmepumpe angeschlossenen Wärmetauscher aufnimmt.
Solche Warmwasserbereiter dienen gleichzeitig auch als Speicher für das Warmwasser, wobei das oben aus dem Behälter abgezogene erwärmte Wasser durch entsprechenden Kaltwasserzufluss im unteren Bereich ständig ergänzt wird. Der Wärmetauscher innerhalb des Behälters sorgt für die eigentliche Warmwasserbereitung, d. h. sorgt für die Aufheizung des kalten Wassers und für die immer wieder notwendige Nachheizung des Wassers, um die gewünschte Wassertemperatur, beispielsweise 50 C, möglichst konstant halten zu können.
Wird nun dieser Wärmetauscher mittels einer Wärmepumpenanlage oder eines andern Niedertemperaturheizkreislaufs betrieben, sind einige Schwierigkeiten zu meistern, die sich einerseits aus den im Vergleich zu den gewünschten Warmwassertemperaturen geringen Vorlauftemperaturen, beispielsweise 55 C, dieser Heizkreisläufe und anderseits durch die wie üblich fehlende Leistungsregelung von Wärmepumpenanlagen u. dgl. mit der Notwendigkeit, auch bei der Warmwasserbereitung allein ohne Unterstützung anderer Beheizungsaufgaben die volle Heizleistung abführen können zu müssen, ergeben.
Um diesen Verhältnissen gerecht zu werden, ist bisher ein beträchtlicher Bauaufwand in Kauf zu nehmen, da Wärmetauscher mit sehr grossen Wärmetauscherflächen im Speicher unterzubringen sind, um das Leistungsangebot verarbeiten und die gewünschte Warmwassertemperatur erreichen zu können. Bedingt durch den, abgesehen vom Wärmeübergangskoeffizienten und andern materialabhängigen Faktoren, für die mit einem Wärmetauscher übertragbare Wärmemenge massgebenden Zusammenhang von Temperaturdifferenz zwischen Heizmedium und zu erwärmendem Medium und vorhandener Grösse der Wärmeübertragungsfläche, ergibt sich dieser Mehraufwand zwangsweise, da zumindest im Endstadium der Wasserbereitung die Temperaturdifferenz sehr klein wird und daher zur Abfuhr der Heizleistung eben eine sehr grosse Wärmetauscherfläche zur Verfügung stehen muss.
Soll ein so überdimensionierter Wärmetauscher innerhalb des Speicherbehälters vermieden werden, bleibt bisher kein anderer Weg, als ausserhalb des Behälters zusätzliche, vom Heizmedium beaufschlagte Wärmetauscher als sogenannte Umformer zu installieren, über die das Brauchwasser mittels eigener Pumpe ständig umgewälzt werden muss, was aber keinesfalls rationeller ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese Mängel zu beseitigen und einen Warmwasserbereiter der eingangs geschilderten Art zu schaffen, der auf relativ einfache und aufwandsarme Weise eine rasche Warmwasserbereitung ermöglicht und das Halten hoher Warmwassertemperaturen gewährleistet.
Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass der Wärmetauscher wenigstens zwei der Höhe nach hintereinandergereihte Wärmetauscherabschnitte umfasst, von denen der obere direkt in den Vor- und Rücklauf des Heizkreislaufs eingebunden und der untere dem oberen über ein in Abhängigkeit von der Vorlauftemperatur steuerbares Absperrorgan zuschaltbar ist.
Durch diese Teilung des Wärmetauschers entstehen zwei voneinander getrennte, übereinanderliegende Wärmeübertragungsflächen, die für das kältere Wasser im Bereich des unteren Abschnitts als Vorwärmer und für das bereits warme Wasser im Bereich des oberen Abschnitts als Nachwärmer dienen, wobei der Vorwärmer nur bei zu geringer Wärmeabfuhr durch den Nachwärmer aktiviert wird, so dass mit kleinstem Flächenaufwand für die Wärmetauscher das Auslangen gefunden werden kann und dennoch die gewünschte Warmwassertemperatur erreichbar ist.
Das Heizmedium des Niedertemperaturheizkreislaufs tritt nämlich mit etwa konstanter, von der Wärmepumpe od. dgl. abhängiger Temperatur in den oberen Wärmetauscherabschnitt ein und gibt auf Grund seiner bestehenden Übertragungsfläche und der vorhandenen Temperaturdiferenz zum Brauchwasser Wärme an das Brauchwasser ab. Ist diese Wärmeabfuhr im Hinblick auf die von der Wärmepumpe od. dgl. gelieferte Heizleistung ausreichend gross, bleibt das Absperrorgan geschlossen, so dass das Heizmedium aus dem oberen Wärmetauscherabschnitt direkt in den Rücklauf strömt.
Solange die volle Heizleistung auch bei vergleichsweise geringer Wärmetauscherfläche auf Grund der bestehenden grösseren Temperaturdifferenz beim Aufwärmvorgang vom oberen Abschnitt des Wärmetauschers abgeführt werden kann, ändert sich auch die Vorlauftemperatur nicht und das Absperrorgan lässt den unteren Abschnitt ausser Funktion. Ist dann durch den oberen Wärmetauscherabschnitt das Brauchwasser im Bereich
<Desc/Clms Page number 2>
dieses Abschnitts bereits so weit aufgewärmt, dass die Temperaturdifferenz zu gering wird, um allein mit dem oberen Abschnitt das Leistungsangebot der Wärmepumpe vollständig abarbeiten zu können, erhöht sich die Vorlauftemperatur wegen dieses Wärmestaues im Heizkreislauf, auf welchen Temperaturanstieg das Absperrorgan reagiert und nun den unteren Wärmetauscherabschnitt zuschaltet.
Das Heizmedium fliesst nun durch den oberen Abschnitt in den unteren Abschnitt und erst von da in den Rücklauf, so dass wieder eine ausreichende Wärmeabfuhr sichergestellt ist.
Der untere Wärmetauscherabschnitt liegt ja noch im Bereich kühleren Wassers, so dass auch hier mit vergleichsweise geringen Übertragungsflächen noch eine grosse Wärmemenge abgeführt werden kann. In diesem Stadium wirkt nun der untere Abschnitt als Vorwärmer für das kühlere Wasser im unteren Bereich des Behälters bzw. das nachfliessende Kaltwasser und der obere Wärmetauscherabschnitt wirkt für das sich erwärmende und aufsteigende Wasser als Nachwärmer, da ja das Heizmedium immer noch durch den oberen Wärmetauscherabschnitt strömt und sozusagen im Gegenstrom zum Brauchwasser dieses bis auf die gewünschte Temperatur aufheizt.
Die auf Grund der geringen Temperaturdifferenz zwischen Heizmedium und Warmwasser im Bereich des oberen Abschnitts nicht abführbare Wärmemenge wird anschliessend an den oberen Abschnitt im unteren Abschnitt bei der Vorwärmung des Brauchwassers bei entsprechend grösserer Temperaturdifferenz abgearbeitet.
Ist das Brauchwasser im oberen Behälterbereich entsprechend aufgeheizt und besteht auch im unteren Bereich des Behälters keine genügende Temperaturdifferenz für die notwendige Wärmeabfuhr im unteren Abschnitt mehr, ist das Warmwasser im ganzen Speicherbehälter voll aufbereitet und der Heizvorgang kann unterbrochen werden, was durch einen üblichen Temperaturschalter od. dgl. erfolgt. Durch diese erfindungsgemässe Serienschaltung der Wärmetauscherabschnitte kann auf rationelle Weise die Temperaturschichtung des Warmwassers im Speicherbehälter zum Aufrechterhalten vergleichsweise grosser Temperaturdifferenzen zwischen Heizmedium und aufzuwärmendem Wasser ausgenutzt werden, was die Möglichkeit mit sich bringt, Wärmetauscher geringster Grösse und einfachster Bauweise einzusetzen.
Dabei lassen sich zur Anspassung des Warmwasserbereitungsvorgangs an die Verhältnisse des Heizkreislaufs auch mehrere hintereinandergeschaltete Wärmetauscherabschnitte mit ihnen zugeordneten Absperrorganen vorgesehen oder es kann dazu auf zweckmässige Weise bei nur zwei Wärmetauscherabschnitten als Absperrorgan ein Dosierventil od. dgl. dienen, mit dessen Hilfe der untere Abschnitt sozusagen kontinuierlich je nach erforderlicher Wärmeabfuhr zuschaltbar ist, indem die Durchströmmenge des Heizmediums durch den unteren Abschnitt in Abhängigkeit von der Vorlauftemperatur von Null bis zur vollen Grösse dosiert wird.
Gemäss der GB-PS Nr. 1, 270, 568 gibt es zwar bereits Warmwasserbereiter mit einem aus wenigstens zwei übereinander angeordneten Abschnitten bestehenden Wärmetauscher, doch sollen diese parallelgeschaltet in einen Hochtemperaturheizkreislauf einzubindenden Wärmetauscherabschnitte lediglich ein Zusammensetzen verschieden grosser Warmwasserbereiter aus vorgefertigten Bauteilen ermöglichen und werden keinesfalls zur Angleichung der Wärmeübertragungsflächen des Wärmetauschers an die jeweilige Temperaturdifferenz zwischen Heizmedium und Brauchwasser verwendet.
Eine konstruktiv vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscherabschnitte ineinander übergehen, wobei von der Übergangsstelle eine Zweigleitung zum an den unteren Wärmetauscherabschnitt angeschlossenen Rücklauf führt und in diesen über das als Dreiwegeventil ausgebildete Absperrorgan einmündet. Hier kann praktisch durch einfache Wahl des Zweigleitungsanschlusses an eine der Höhe nach im Speicherbehälter verlaufende Heizschlange od. dgl. die Trennung des Wärmetauschers in einen oberen und einen unteren Wärmetauscherabschnitt erreicht werden, wobei die Serienschaltung der Abschnitte und die Anordnung bzw. Ausgestaltung des Absperrorgans geringsten Aufwand erfordern.
In der Zeichnung ist ein erfindungsgemässer Warmwasserbereiter rein schematisch in einem Ausführungsbeispiel dargestellt.
Ein stehender Speicherbehälter-l-mit einem unteren Kaltwasserzulauf --2-- und einem oberen Warmwasserablauf --3-- nimmt einen Wärmetauscher --4-- auf, der an den Vorlauf --5-und den Rücklauf --6-- eines nicht weiter dargestellten Niedertemperaturheizkreislaufs, beispielsweise einer Wärmepumpenanlage, angeschlossen ist. Dieser Wärmetauscher --4-- ist der Höhe nach in zwei hintereinandergereihte Wärmetauscherabschnitte --4a, 4b-- unterteilt, wobei eine Zweigleitung --7-- von der Übergangsstelle zwischen diesen Abschnitten --4a, 4b-- abzweigt und unter
<Desc/Clms Page number 3>
Umgehung des unteren Abschnitts --4b-- über ein Dreiwegeventil --8-- in den Rücklauf --6-- führt.
Das Dreiwegeventil --8-- ist in Abhängigkeit von der über einen Regelfühler --9-- ge- messenen Vorlauftemperatur steuerbar, so dass durch Zu- oder Abschalten des unteren Wärme- tauscherabschnitts --4b-- für eine etwa konstante Vorlauftemperatur während des Aufheizvorgangs gesorgt wird.
Die der Höhe nach geordnete Serienschaltung der Wärmetauscherabschnitte --4a, 4b-- ermög- licht es, zusammen mit dem vorlauftemperaturgesteuerten Dreiwegeventil --8-- einen beispielsweise wärmepumpenbeheizten Warmwasserbereiter hinsichtlich seiner Wärmetauscherflächen zu optimieren und mit geringstem Aufwand die gewünschte Warmwassertemperatur zu erreichen. Da bei gegebener Wärmetauscherausbildung und-anordnung sowie konstanten Heizkreislaufverhältnissen die durch den Wärmetauscher abzuführende Wärmemenge praktisch nur mehr von der Temperaturdifferenz zwischen Heizmedium und zu erwärmendem Medium abhängt, kann durch die erfindungsgemässe Wärme-
EMI3.1
sozusagen von oben nach unten bereichsweise erwärmt, wodurch für jeden Bereich jeweils eine entsprechend hohe Temperaturdifferenz sicherzustellen ist.
Die von den einzelnen Bereichen abgeführten Wärmemengen werden dabei in Richtung steigender Temperaturdifferenzen, also ebenfalls von oben nach unten solange summiert, bis die vom Heizkreislauf gelieferte Heizleistung voll abgeführt werden kann, was nicht nur die notwendige Wärmeabfuhr, sondern auch das Erreichen der gewünschten Warmwasserendtemperatur gewährleistet.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Warmwasserbereiter mit einem stehenden, einen unteren Kaltwasserzu- und einen oberen Warmwasserablauf aufweisenden Speicherbehälter, der einen an einen Niedertemperaturheizkreislauf, insbesondere eine Wärmepumpe angeschlossenen Wärmetauscher aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (4) in an sich bekannter Weise wenigstens zwei übereinander angeordnete Wärmetauscherabschnitte (4a, 4b) umfasst, von welchen in Serie hintereinander gereihten Wärmetauscherabschnitten der obere (4a) direkt in den Vor- und Rücklauf (5,6) des Heizkreislaufs eingebunden und der untere (4b) dem oberen über ein in Abhängigkeit von der Vorlauftemperatur steuerbares Absperrorgan (8) zuschaltbar ist.