AT400894B

AT400894B - Warmwasserbereitungsanlage

Info

Publication number: AT400894B
Application number: AT0250492A
Authority: AT
Original assignee: Austria Email Waermetech Gmbh
Priority date: 1992-12-17
Filing date: 1992-12-17
Publication date: 1996-04-25
Also published as: ATA250492A; DE4342742A1

Description

AT 400 894 B

Die Erfindung betrifft eine Warmwasserbereitungsanlage, umfassend einen Pufferspeicher, dem das zu erwärmende Wasser unten entnommen und erwärmt oben wieder rückgeführt wird, einen mit dem Pufferspeicher verbundenen externen Wärmetauscher, der auch mit einer Quelle für ein Wärmeträgerfluid, vorzugsweise Warnwasser, verbunden ist, zwei Umwälzpumpen, eine für das Wärmeträgerfluid und eine weitere im Kreislauf zwischen Wärmetauscher und Pufferspeicher.

Eine Warmwasserbereitungsanlage der eingangs angegebenen Art und eine dazugehörige Regelvorrichtung ist bereits in der EP- 38 318 A2 beschrieben. Dabei wird durch eine besondere, den Ladevorgang steuernde Thermostatenanordnung eine einfache Regelvorrichtung geschaffen, mit welcher eine konstante Schichtung im Speicher und ein maximaler Wärmeübergang im Wärmetauscher mittels einer Durchflußregelung erzielt wird. Die Durchflußregeleinrichtung besteht gemäß der genannten Offenlegungsschrift aus einem Thermostaten, einem von diesen gesteuerten Magnetventil sowie Drosselventilen zur Festlegung der maximalen bzw. minimalen Durchflußmenge.

Die EP- 120 493 A2 hat eine Anordnung zur Warmwasser-Bereitung mittels eines durch einen Gegenstrom-Wärmetauscher geführten, von einem Fernwärme-Erzeuger angelieferten Fernwärme-Mediums zum Gegenstand. Die der bekannten Anordnung zugrundeliegende Idee berücksichtigt in keiner Weise einen einfachen, störungssicheren und mit weniger Bauteilen auskommenden Aufbau der Anlage. Das Ziel, das das Brauchwasser erwärmende Medium mit möglichst geringer Temperatur zurückzu liefern, d.h. eine möglichst hohe Temperaturdifferenz zu erreichen, wird hiebei dadurch erreicht, daß die Durchflußmenge des zu erwärmenden Brauchwassers aus dem Speicherbehälter durch den Wärmetauscher in Abhängigkeit von der Temperatur des erwärmten Brauchwassers am Ausgang des genannten Wärmetauschers geregelt wird. Zu diesem Zweck ist die Umwälzpumpe des Brauchwasserkreislaufs bezüglich ihrer Geschwindigkeit durch eine externe Regeleinrichtung, die mit einem Thermofühler am Wärmetauscherausgang verbunden ist, ansteuerbar. Zusätzlich kann zwischen dem Ausgang des Wärmetauschers und dem Speicherbehälter eine Durchflußregeleinrichtung vorgesehen sein. Die Öffnungscharakteristik dieser Durchflußregeleinrichtung ist so vorgesehen, daß die von der allgemeinen Regeleinrichtung des Systems ansteuerbare Durchflußregeleinrichtung (Ventil, Schieber, etc.) offensichtlich hilfsenergiebetätigt bei sinkender Temperatur am Ausgang des Wärmetauschers öffnet und bei ansteigender Temperatur schließt. Überdies ist bei der bekannten Anlage die Betätigung der Durchflußregeleinrichtung über eine externe Regeleinrichtung vorgesehen.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung war daher eine Warmwasserbereitungsanlage der eingangs angegebenen Art, welche mit weniger und gegen Störungen weniger anfälligen Bauteilen eine hohe Temperaturdifferenz des Wärmeträgerfluids vor und nach dem Wärmetauscher und damit eine über den gesamten Aufheizvorgang konstante Leistungsabnahme sowie eine unter dem Taupunkt liegende Temperatur des Wärmeträgerfluids am Ausgang des Wärmetauschers gewährleistet. Die erfindungsgemäße Aniage soll dabei sowohl zum Laden des Pufferspeichers als auch zur dauernden Brauchwassererwärmung im Durchlauferhitzerprinzip geeignet sein, wobei unter Verwendung einiger einfacher Bauelemente eine ständig zur Verfügung stehende Mindestwarmwassertemperatur garantiert sein soll.

Erfindungsgemäß werden die angegebenen Ziele durch einen hilfsenergielosen Durchflußregler, dessen Öffnungsquerschnitt ausgehend von seiner Nenntemperatur mit steigender Warmwassertemperatur steigt, erreicht.

Damit ist einerseits ein einfacher Aufbau der Anlage bei gleichzeitiger Erfüllung aller genannten Anforderungen bei minimaler Störanfälligkeit gegeben.

Vorteilhafterweise ist der hilfsenergielose Durchflußregler ein Dehnstoffventil. Damit wird auf einfachste Weise eine hilfsenergielose Regelung der sekundären Durchflußmenge erzielt.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung sperrt der Durchflußregler unterhalb seiner Nenntemperatur den Durchfluß vollständig. Dies garantiert, daß das erwärmte Wasser für den Speicher den Wärmetauscher erst mit mindestens der Nenntemperatur verlassen und in den Speicher gelangen kann, wodurch eine konstante maximale Warnwassertemperatur im Speicher und für die Entnahme gewährleistet ist.

Die Nenntemperatur des Durchflußreglers ist vorzugsweise gleich der Mindest-Ladetemperatur des Pufferspeichers und dieser ist frei von weiteren zusätzlichen Heizeinrichtungen. Damit ist mit einfachem Aufbau der Warmwasserbereitungsanlage die konstante Warmwassertemperatur gesichert, ohne zusätzliche Bauteilgruppen zur Anhebung der Temperatur des Wassers im Pufferspeicher vorsehen zu müssen.

Eine zuverlässige Verhinderung des Unterschreitens einer vorgewählten Mindestwarmwassertemperatur am Ausgang des Pufferspeichers ist gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung dadurch möglich, daß am Warmwasserausgang des Pufferspeichers ein vorzugsweise einstellbares Mengenbegrenzungsventil angeordnet ist. Dieses sorgt für eine maximal mögliche Zapfmenge, die an die Wärmetauschleistung des Plattenwärmetauschers bzw. der Heizanlage für das Wärmeträgerfluid anpaßbar ist.

Die konstante Schichtung im Pufferspeicher und damit das Zurverfügungstellen des jeweils am stärksten aufgeheizten Brauchwassers zur Entnahme aus dem Pufferspeicher ist dadurch möglich, daß in 2

AT 400 894 B an sich bekannter Weise ein erster Temperaturfühler im oberen Bereich und ein zweiter Temperaturfühler im unteren Bereich des Pufferspeichers vorgesehen sind, wobei der erste Temperaturfühler die Umwälzpumpen, allenfalls auch die Heizanlage, bei Unterschreiten einer ersten Grenztemperatur einschaltet und der zweite Temperaturfühler die Umwälzpumpen, allenfalls auch die Heizanlage, bei Überschreiten einer zweiten Grenztemperatur ausschaltet.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Warmwasserbereitungsanlage soll in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung, welche schematisch die Anlage in der bevorzugten Ausführungsform darstellt, näher erläutert werden.

Der erfindungsgemäßen Warmwasserbereitungsanlage wird über einen Heizungsvorlauf 1 von einer Umwälzpumpe 2 Warmwasser als Wärmeträgerfluid zugeführt und durch einen Wärmetauscher 3 über einen Heizungsrücklauf 4 wieder der Wärmequelle, meist einer Heizungsanlage beliebiger Art, rückgeführt. Ober eine Leitung 5 wird dem Wärmetauscher 3 aus einem Pufferspeicher 6 Wasser aus dem Kaltwasserbereich des Pufferspeichers 6 zugeführt und über einen sekundärseitigen Ausgang des Wärmetauschers 3 durch eine Leitung 7 über eine Umwälzpumpe 8 wieder dem Pufferspeicher 6, und zwar in dessen Warmwasserbereich rückgeführt. Die Zufuhr von Kaltwasser erfolgt über eine Leitung 9, entweder in den unten liegenden Kaltwasserbereich des Pufferspeichers 6 oder direkt zum Wärmetauscher 3, während die Entnahme von erwärmtem Brauchwasser aus dem Pufferspeicher 6 aus dessen oben liegendem Warmwasserbereich über eine Leitung 10 erfolgt.

In der Leitung 7 ist vorzugsweise nach der Umwälzpumpe 8 ein hilfsenergieloser Regler des Durchflusses vorgesehen, welcher vorzugsweise als Dehnstoffventil 11 ausgeführt ist. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform sperrt dieses Dehnstoffventil unterhalb seiner Nenntemperatur vollständig den Durchfluß.

Zur Regelung der Ladung des Speichers 6 sind zwei Thermostate 12 und 13 vorgesehen, von welchem das erste Thermostat 12 im oberen Warm wasserbereich des Pufferspeichers 6 und das zweite Thermostat 13 im unteren Kaltwasserbereich des Speichers 6 angeordnet sind. Bei Unterschreiten einer ersten Grenztemperatur am Thermostat 12 startet dieses den Ladevorgang des Pufferspeichers 6. während der Ladevorgang durch das zweite Thermostat 13 bei Überschreiten einer zweiten Grenztemperatur wieder gestoppt wird.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Anlage in ihrer bevorzugten Ausführungsform soll nun anhand zweier Betriebsfälle erklärt werden.

Betriebsfall 1:

Ausgangspunkt ist ein Zustand, bei dem der Brauchwasserinhalt des Speichers 6 kalt ist und keine Warm Wasserentnahme über die Leitung 10 erfolgt (Ladevorgang).

Die Forderung des obenliegenden Thermostates 12 bringt die primär- und sekundärseitige Ladepumpe 2 und 8 sowie die Heizanlage zum Anlaufen. Da das primärseitige Heizmedium im Regelfall kalt ist, würde ein sekundärseitiges Durchströmen (Brauchwasser) des Wärmetauschers 3 Warmwasser mit zu geringer Temperatur in den Speicher 6 pumpen. Dies verhindert ein am sekundärseitigen Wärmetauscherausgang liegendes Dehnstoffventil (DSV) 11. Dieser garantiert, daß Brauchwasser erst mit mindestens der Dehnstoffventilnenntemperatur (vorzugsweise 60 *C) den Wärmetauscher 3 verlassen, bzw. in den Speicher 6 gelangen kann. Während des gesamten Ladevorganges wird fortwährend Kaltwasser an der Speicherunterseite entnommen, im Wärmetauscher 3 erwärmt und dieses erwärmte Brauchwasser an der Oberseite in den Speicher 6 rückgeführt. Der Ladevorgang wird solange fortgesetzt, bis der untenliegende Thermostat 13 die Forderung beendet.

Bei kleineren Warmwasserentnahmen wird das oben im Speicher 6 befindliche Warmwasser entnommen, bis der Speicher 6 zu zwei Drittel mit Kaltwasser gefüllt ist und der im oberen Drittel liegende Thermostat 12 neuerlich fordert.

Betriebsfall 2:

Dieser Betriebsfall betrifft größere Brauchwassermengenentnahmen als das Speichervolumen oder Brauchwasserentnahmen von längerer Dauer.

Werden größere Brauchwassermengen, als im Speicher 6 vorhanden, benötigt, oder dauert die Warmwasserentnahme über einen längeren Zeitraum, wird Thermostat 12 den Ladevorgang einleiten. Das restliche Warmwasser (ca. ein Drittel des Speicherinhaltes) wird bei nicht unterbrochener Warmwasserentnahme benötigt, um die Zeit bis zum Erwärmen des Primärkreislaufes zu überbrücken und somit eine ununterbrochene Warmwasserentnahme sicherzustellen. 3

Claims

AT 400 894 B Bevor das gesamte Warmwasser aus dem Speicher 6 entnommen wird, öffnet sich das fremdenergieunabhängige Dehnstoffventil (DSV) 11, das im Wärmetauscher 3 erwärmte Brauchwasser wird nun direkt über die Leitung 10 der Entnahmestelle zugeleitet solange eine Warmwasserzapfung vorgenommen wird. Nach beendigter Warmwasserzapfung wird der Ladevorgang bis zum Abschalten durch Thermostat 13 fortgesetzt. Bei Warmwasserzapfmengen die größer als die Wärmetauschleistung des Wärmetauschers 3 bzw. der Heizanlage ist, sorgt ein einstellbares Mengenbegrenzungsventil 14 am Warmwasserabgang 10 für eine maximal mögliche Zapfmenge. Diese Mengenbegrenzung stellt eine variable Temperatur (sinnvollerweise über 40° C liegend) bis zur Nenntemperatur des DSV 11 sicher und verhindert zuverlässig ein Unterschreiten der vorgewählten Warmwassertemperatur. Da bei herkömmlichen Warmwasserbereitern, nach Verbrauch des Warmwasserinhaltes, die Aufheizung kontinuierlich erfolgt, ist für diese Zeitspanne keine Brauchwasserentnahme mit akzeptabler Temperatur vorhanden. Im Gegensatz dazu wird bei diesem Patentvorschlag Warmwasser in ausreichender Menge und Temperatur unmittelbar nach der Forderung als auch im Dauerbetrieb bereitgestellt. Patentansprüche 1. Warmwasserbereitungsanlage, umfassend einen Pufferspeicher (6), dem das zu erwärmende Wasser unten entnommen und erwärmt oben wieder rückgeführt wird, einen mit dem Pufferspeicher (6) verbundenen externen Wärmetauscher (3), der auch mit einer Quelle für ein Wärmeträgerfluid, vorzugsweise Warmwasser, verbunden ist, zwei Umwälzpumpen (2, 8), eine für das Wärmeträgerfluid und eine weitere im Kreislauf zwischen Wärmetauscher (3) und Pufferspeicher (6), sowie einer Durchflußregeleinrichtung (11) zwischen dem sekundärseitigen Ausgang des Wärmetauschers (3) und dem Pufferspeicher (6), gekennzeichnet durch einen hilfsenergielosen Durchflußregler (11), dessen Öffnungsquerschnitt ausgehend von seiner Nenntemperatur mit steigender Warmwassertemperatur steigt.
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchflußregler (11) ein Dehnstoffventil ist.
3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchflußregler (11) unterhalb seiner Nenntemperatur den Durchfluß vollständig sperrt.
4. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nenntemperatur des Durchflußreglers (11) gleich der Mindest-Ladetemperatur des Pufferspeichers (6) und dieser frei von weiteren zusätzlichen Heizeinrichtungen ist.
5. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß am Warnwasserausgang (10) des Pufferspeichers (6) ein vorzugsweise einstellbares Mengenbegrenzungsventil (14) angeordnet ist.
6. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise ein erster Temperaturfühler (12) im oberen Bereich und ein zweiter Temperaturfühler (13) im unteren Bereich des Pufferspeichers (6) vorgesehen sind, wobei der erste Temperaturfühler (12) die Umwälzpumpen (2, 8), allenfalls auch die Heizanlage, bei Unterschreiten einer ersten Grenztemperatur einschaltet und der zweite Temperaturfühler (13) die Umwälzpumpen (2, 8), allenfalls auch die Heizeinrichtung, bei Überschreiten einer zweiten Grenztemperatur ausschaltet. Hiezu 1 Blatt Zeichnungen 4