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Die Erfindung bezieht sich auf einen Wasserheizer gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Bei herkömmlichen Wasserheizern der eingangs erwähnten Art ist eine Regelung vorgesehen, bei der es bei der Ladung des Schichtenspeichers zu einer Überhitzung des zu erwärmenden Wassers im Wärmetauscher kommen kann.
Dies liegt darin begründet, dass die Wärmequelle bei einer Wärmeanforderung durch den Schichtenspeicher, das heisst, dass im Bereich des Wärmeanforderungsfühlers eine vorgegebene Temperatur unterschritten ist, in Betrieb gesetzt wird und erst mit dem Ende des Ladevorganges, das heisst, dass im Bereich des Ladungsfühlers eine bestimmte Temperatur überschritten ist, ausser Betrieb gesetzt wird Nur durch die Regelung der Wärmequelle wird bei Bedarf, zum Beispiel bei Überschreiten einer maximalen Wassertemperatur, die Wärmequelle, zum Beispiel ein Brenner, ausser Betrieb gesetzt. Da Speicher in der Regel mit verschiedenen Wärmequellen kombinierbar sind, ist ein Eingriff in die Regelung der Wärmequelle nicht möglich.
Gerade gegen Ende einer Aufheizung, wenn das in den Wärmetauscher strömende Kaltwasser bereits relativ warm ist, reicht die Fördermenge der Umwälzpumpe nicht aus, um die von der Wärmequelle angebotene Leistung bei geringer erforderlicher Temperaturerhöhung abzunehmen, was zu der erwähnten Überhitzung führt.
Aus der DE-PS 4 444 987 ist ein Verfahren zur Regelung der Brauchwasseraufheizung eines Speicher-Brauchwassererwärmers mittels eines Heizkessels beschrieben, wobei bei dem Speicher nicht an einen Schichtenspeicher gedacht ist und das Abschalten des Brenners des aufheizenden Heizkessels nicht erst bei Erreichen der Brauchwasser-Soll-Temperatur, sondem bereits bei einer niedriger liegenden Abschalttemperatur erfolgt. Hierbei soll während der üblichen Nachlaufzeit der Speicherladepumpe bewirken, dass eine weitere Energieübertragung vom Heiss- und Kesselwasser an das Brauchwasser erreicht wird.
Ziel der Erfindung ist es, den vorgenannten Nachteil zu vermeiden und einen Wasserheizer der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, bei der eine Überhitzung sicher vermieden ist.
Erfindungsgemäss wird dies bei einem Wasserheizer der eingangs erwähnten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 erreicht.
Durch die vorgeschlagenen Massnahmen ist sichergestellt, dass die Wärmequelle ausser Betrieb gesetzt wird, sobald die Temperatur des in den Speicher strömenden Wassers um eine vorgegebene Temperatur, zum Beispiel 5 K, den Soll-Wert, der auch für den Ladungsfühler vorgesehen ist, überschreitet Da beim Ladungsfühler die Soll-Temperatur noch nicht erreicht ist, besteht dabei noch immer eine Wärmeanforderung. Diese wird wieder freigegeben, wenn die Temperatur am Warmwasserfühler wieder abgesunken ist.
Durch die vorgeschlagenen Massnahmen wird eine nennenswerte Überhitzung des Warm- wassers im Wärmetauscher sicher vermieden.
Zur Festlegung der Einschaltung der Wärmequelle nach einer Stillsetzung aufgrund eines Überschreitens der maximal vorgesehenen Temperatur des Warmwassers ist es vorteilhaft, die Merkmale des Anspruches 3 vorzusehen.
Durch die Merkmale des Anspruches 2 ergibt sich ein sehr einfacher Aufbau der Steuerung
Durch die Merkmale des Anspruches 4 ergibt sich der Vorteil einer sehr exakten Ansteuerung des Flip-Flops und damit ein sehr gut reproduzierbarer Steuerungsablauf.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert.
Ein erfindungsgemässer Wasserheizer nach der Fig. weist einen Schichtenspeicher 1 auf, aus dessen unterstem Bereich ein Kaltwasserabzug 2 nach oben wegführt und zu einer Umwälzpumpe 3 führt, die über eine Anschlussleitung 4 mit einem Sekundärkreis 5 eines Wärmetauschers 6 verbunden ist
An den Sekundärkreis 4 ist eine Warmwasserleitung 7 angeschlossen, die im obersten Bereich des Schichtenspeichers 1 in diesen mündet. Dabei ist in der Warmwasserleitung ein Warmwasserfühler 8 angeordnet
Der Primärkreis 9 des Wärmetauschers 6 ist über eine Vorlauf- und eine Rücklaufleitung 10, 11 mit einer Wärmequelle 12 verbunden.
Im mittleren Bereich des Schichtenspeichers 1 ist ein Wärmeanforderungsfühler 13 und im untersten Bereich des Schichtenspeichers 1, in den ein Kaltwasserzulauf 14 mündet, ist ein Ladungsfühler 15 angeordnet.
Für den Wasserheizer ist eine Steuerung vorgesehen. Diese weist einen eine vorgegebene Hysterese aufweisenden Vergleicher 16, einen Addierer 17, ein mit einem negierenden Eingang versehenes UND-Gatter 18, ein Flip-Flop 19, einen Impulsgeber 20, einen weiteren Vergleicher 21, ein ODER- Gatter 22 und ein UND-Gatter 23 auf, wobei ein Soll-Wert-Geber 24 vorgesehen ist.
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Dieser legt den Temperaturwert fest, bei dem die Ladung des Schichtenspeichers 1 beendet wird, sobald dieser im Bereich des Ladungsfühlers 15 erreicht ist.
Der Soll-Wert-Geber 24 ist über die Leitung 25 mit einem Soll-Wert-Eingang des Vergleichers 21 und über die an die Leitung 25 angeschlossene Leitung 26 mit dem Addierer 17 verbunden, der den eingangsseitigen Wert um einen festen Betrag, zum Beispiel 5 K, erhöht. Der Ausgang des Addierers 17 ist über eine Anschlussleitung 27 mit dem Soll-Wert-Eingang des Vergleichers 16 verbunden
Der Warmwasserfühler 8, der die Temperatur des in den Schichtenspeicher 1 einströmenden Wassers erfasst, ist über die Leitung 28 mit dem zweiten Eingang des Vergleichers 21 und über die an diese Leitung 28 angeschlossene Leitung 29 mit dem zweiten Eingang des Vergleichers 16 verbunden.
Der Wärmeanforderungsfühler 13, der bei Unterschreitung einer vorgegebenen Temperatur ein Signal abgibt, ist über eine Leitung 30 mit einem Setzeingang des Flip-Flops 19 verbunden, dessen Rücksetzeingang mit dem Ladungsfühler 15, der bei Überschreitung eines vorgegebenen Soll- Wertes ein Signal abgibt, über eine Leitung 31 verbunden ist.
Der Ausgang des Vergleichers 16 ist über eine Leitung 32 mit dem negierenden Eingang des UND-Gatters 18 verbunden, dessen zweiter Eingang über eine Leitung 33 mit dem Ausgang des Flip-Flops 19 über eine weitere Leitung 34 verbunden ist, die den Ausgang des Flip-Flops 19 mit einem Eingang des UND-Gatters 23 verbindet.
An die Leitung 34 ist weiters eine Leitung 35 angeschlossen, die eine Verbindung zwischen dem Ausgang des Flip-Flops 19 mit einem Eingang des Impulsgebers 20 herstellt.
Das UND-Gatter 18 ist uber eine Steuerleitung 36 mit der Wärmequelle 12 verbunden.
Der Impulsgeber 20 ist über eine Leitung 37 mit einem ODER-Gatter 22 verbunden, dessen zweiter Eingang über eine Leitung 38 mit dem Ausgang des Vergleichers 21 verbunden ist.
Der Ausgang des ODER-Gatters 22 ist über eine Verbindungsleitung 39 mit dem zweiten Eingang des UND-Gatters 23 verbunden Der Ausgang des UND-Gatters 23 ist über eine Steuerleitung 40 mit der Umwälzpumpe 3 verbunden.
Fällt im Betrieb des Wasserheizers die Temperatur im Bereich des Wärmeanforderungsfühlers 13 die Temperatur unter einen bestimmten Wert, so gibt der Wärmeanforderungsfühler 13 ein Signal an das Flip-Flop 19 ab Dadurch gibt dieses an seinem Ausgang ein Signal ab, das einerseits am Impulsgeber 20 anliegt, der an seinem Ausgang einen Impulszug abgibt. Weiters liegt das Ausgangssignal des Flip-Flops 19 an je einem Eingang der UND-Gatter 33 und 23 an.
Bei einem Stillstand der Wärmequelle 12 liegt die Temperatur im Bereich des Warmwasser- fühlers 8 unterhalb des um zum Beispiel 5 K erhöhten Soll-Wertes des Soll-Wert-Gebers 24.
Dadurch ist sichergestellt, dass der Vergleicher 16 an seinem Ausgang kein Signal abgibt.
Aufgrund des negierten Einganges des UND-Gatters 18 und des an dessen zweitem Eingang anliegenden Ausgangssignales des Flip-Flops 19 gibt das UND-Gatter 18 ein Signal an seinem Ausgang ab, das der Wärmequelle 12 zugeführt wird und diese startet.
Da die Temperatur im Bereich des Warmwasserfühlers 8 unter dem Soll-Wert liegt, gibt der Vergleicher 21 kein Signal an seinem Ausgang ab. Das diesem nachgeschaltete ODER- Gatter 22 gibt daher im Rhythmus des Impulszuges des Impulsgebers 20 ein Signal an das UND-Gatter 23 ab, an dessen zweitem Eingang das Ausgangssignal des Flip-Flops 19 anliegt. Das UND-Gatter 23 gibt daher im Rhythmus des Impulszuges des Impulsgebers 20 ein Signal an die Umwälzpumpe 3 ab, so dass diese getaktet läuft.
Dadurch wird kaltes Wasser aus dem untersten Bereich des Schichtenspeichers 1 abgezogen, über den Wärmetauscher 6, beziehungsweise dessen Sekundärkreis 5 geführt und in den obersten Bereich des Schichtenspeichers 1 zurückgeführt.
Mit fortschreitender Ladung des Schichtenspeichers 1 beginnt die Temperatur im Bereich des Warmwasserfühlers 8 zu steigen. Überschreitet die Temperatur des Wassers im Bereich des Warmwasserfühlers 8 den vorgegebenen Soll-Wert, so gibt der Vergleicher 21 an seinem Ausgang ein Signal ab, wodurch an dem ODER- Gatter 22 ein ständiges Signal anliegt und dieses daher ein konstantes Signal abgibt. Da das Flip-Flop 19 so fange ein Signal abgibt, solange nicht im Bereich des Ladungsfühlers 15 eine vorgegebene Temperatur überschritten ist und diese ein Signal an den Rücksetzeingang des Flip-Flops 19 abgibt, gibt nun das UND-Gatter 23 ein konstantes Signal an die Umwälzpumpe 3 ab, so dass diese konstant läuft und daher eine grössere Menge fördert.
Dadurch kann die Wärme der Wärmequelle 12 trotz des gegen Ende der Ladung geringen Temperaturunterschiedes zwischen dem Wasser aus dem untersten Bereich des
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Schichtenspeichers 1 und der vorgesehenen maximalen Temperatur des Warmwassers abgeführt werden.
Steigt nun die vom Warmwasserfühler 8 erfasste Temperatur des Warmwassers auf einen Wert, der beim dargestellten Ausführungsbeispiel um 5 K über dem Soll-Wert liegt, so gibt der Vergleicher 16 ein Signal an seinem Ausgang ab, das an den negierenden Eingang des UND- Gatters 18 anliegt, wodurch das UND-Gatter an die Wärmequelle 12 kein Signal mehr abgibt und stillgesetzt wird
Da die Umwälzpumpe 3 weiter in Betrieb bleibt, wird das Wasser weiter aus dem untersten Bereich des Schichtenspeichers 1 entnommen und über den Wärmetauscher 6 in den obersten Bereich des Schichtenspeichers 1 geführt Da dem Wärmetauscher 6 aufgrund der stillgesetzten Wärmequelle 12 keine weitere Wärme zugeführt wird, sinkt die Temperatur des Warmwassers im Bereich des Warmwasserfühlers 8 ab.
Ist die Temperatur unter den durch die Schalthysterese des Vergleichers 16 gegebenen Wert, zum Beispiel 2 K, abgesunken, so schaltet der Vergleicher 16 sein Ausgangssignal ab, und die Wärmequelle 12 wird durch das Ausgangssignal des UND- Gatters 18 wieder gestartet, an dessen nicht-negierenden Eingang nach wie vor das Signal des Flip-Flops 19 anliegt
Die Ladung wird daher getaktet fortgesetzt, bis der Ladungsfuhler 15 anspricht und ein Signal an den Rücksetzeingang des Flip-Flops 19 abgibt und daher dessen Ausgangssignal verschwindet Dadurch liegt an den einen Eingängen der UND-Gatter 18 und 23 kein Signal mehr an, so dass die Wärmequelle 12 und auch die Umwälzpumpe 3 stillgesetzt werden.
Der Wasserheizer nach der Fig 2 unterscheidet sich von jener nach der Fig. 1 im wesentlichen nur dadurch, dass den Eingängen des Flip-Flop 19 Vergleicher 42 beziehungsweise 47 vorgeschaltet sind. An den Eingängen des Vergleichers 42 ist die Signalleitung 31, an der der Ladungsfühler 15 angeschlossen ist, und eine mit der Leitung 25, an der der Soll-Wert-Geber 24 angeschlossen ist, verbundene Signalleitung 41 angeschlossen.
Der eine Eingang des Vergleichers 47 ist über die Signalleitung 30 mit Wärmeanforderungs- fühler 13 verbunden. Der zweite Eingang dieses Vergleichers 47 steht über eine Anschlussleitung 46 und einen Subtrahierer 45 sowie eine Signalleitung 44 mit dem Soll-Wert-Geber 24 in Verbindung.
Die Ausgänge der beiden Vergleicher 42 und 47 sind uber Anschlussleitungen 43 bezie- hungsweise 48 mit den Eingängen des Flip-Flops 19 verbunden.
Der Rücksetzeingang R1 des Flip-Flops 19 wird daher erst dann beaufschlagt, wenn der Ladungsfühler 15 eine über der vom Soll-Wert-Geber 24 vorgegebenen Soll-Temperatur liegende Temperatur erfasst.
Der Vergleicher 47 gibt bereits dann ein Signal an den Setzeingang S des Flip-Flops 19 ab, wenn der Wärmeanforderungsfühler 13 eine um weniger als 5K unter dem vom Soll-Wert-Geber 24 vorgegebenen Temperaturwert liegende Temperatur erfasst.
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The invention relates to a water heater according to the preamble of claim 1.
In conventional water heaters of the type mentioned at the outset, a regulation is provided in which the water to be heated in the heat exchanger can overheat when the stratified storage tank is charged.
This is due to the fact that the heat source is put into operation when there is a heat request from the stratified storage, i.e. that the temperature in the area of the heat request sensor falls below a predetermined level, and only at the end of the charging process, that is, in the area of the charge sensor certain temperature is exceeded, is put out of operation Only by regulating the heat source, if necessary, for example when a maximum water temperature is exceeded, the heat source, for example a burner, is put out of operation. Since storage tanks can generally be combined with different heat sources, intervention in the control of the heat source is not possible.
Especially towards the end of heating, when the cold water flowing into the heat exchanger is already relatively warm, the flow rate of the circulating pump is not sufficient to decrease the power offered by the heat source with a small increase in temperature, which leads to the overheating mentioned.
From DE-PS 4 444 987 a method for controlling the hot water heating of a storage hot water heater by means of a heating boiler is described, wherein the storage is not intended for a stratified storage tank and the burner of the heating heating boiler is not switched off only when the hot water target is reached -Temperature, but already at a lower cut-off temperature. During the usual run-on time, the storage tank charging pump is intended to ensure that further energy transfer from the hot and boiler water to the process water is achieved.
The aim of the invention is to avoid the aforementioned disadvantage and to propose a water heater of the type mentioned at the outset in which overheating is reliably avoided.
According to the invention this is achieved in a water heater of the type mentioned by the characterizing features of claim 1.
The proposed measures ensure that the heat source is put out of operation as soon as the temperature of the water flowing into the storage tank exceeds the target value, which is also provided for the charge sensor, by a predetermined temperature, for example 5 K Charge sensor has not yet reached the target temperature, there is still a heat request. This is released again when the temperature at the hot water sensor has dropped again.
The proposed measures reliably avoid any significant overheating of the hot water in the heat exchanger.
To determine the activation of the heat source after a shutdown due to the maximum temperature of the hot water being exceeded, it is advantageous to provide the features of claim 3.
The features of claim 2 result in a very simple construction of the control
The features of claim 4 result in the advantage of a very precise control of the flip-flop and thus a very reproducible control sequence.
The invention will now be explained in more detail with reference to the drawing.
A water heater according to the invention according to FIG. 1 has a stratified storage tank 1, from the bottom area of which a cold water discharge 2 leads upwards and leads to a circulation pump 3, which is connected via a connecting line 4 to a secondary circuit 5 of a heat exchanger 6
A hot water pipe 7 is connected to the secondary circuit 4 and opens into the uppermost region of the stratified storage tank 1. A hot water sensor 8 is arranged in the hot water pipe
The primary circuit 9 of the heat exchanger 6 is connected to a heat source 12 via a flow and a return line 10, 11.
In the middle area of the stratified storage tank 1 there is a heat request sensor 13 and in the lowest area of the stratified storage tank 1, into which a cold water inlet 14 opens, a charge sensor 15 is arranged.
A controller is provided for the water heater. This has a comparator 16 having a predetermined hysteresis, an adder 17, an AND gate 18 provided with a negating input, a flip-flop 19, a pulse generator 20, a further comparator 21, an OR gate 22 and an AND gate 23, a target value transmitter 24 being provided.
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This determines the temperature value at which the charge of the stratified storage device 1 is ended as soon as it is reached in the area of the charge sensor 15.
The setpoint value transmitter 24 is connected via line 25 to a setpoint value input of comparator 21 and via line 26 connected to line 25 to adder 17, which advances the input-side value by a fixed amount, for example 5 K, increased. The output of the adder 17 is connected via a connecting line 27 to the target value input of the comparator 16
The hot water sensor 8, which detects the temperature of the water flowing into the stratified storage tank 1, is connected via line 28 to the second input of comparator 21 and via line 29 connected to this line 28 to the second input of comparator 16.
The heat request sensor 13, which emits a signal when the temperature falls below a predetermined value, is connected via a line 30 to a set input of the flip-flop 19, the reset input of which is connected to the charge sensor 15, which emits a signal when a predetermined desired value is exceeded, via a Line 31 is connected.
The output of the comparator 16 is connected via a line 32 to the negating input of the AND gate 18, the second input of which is connected via a line 33 to the output of the flip-flop 19 via a further line 34 which connects the output of the flip-flop. Flops 19 connects to an input of the AND gate 23.
A line 35 is also connected to line 34, which establishes a connection between the output of flip-flop 19 and an input of pulse generator 20.
The AND gate 18 is connected to the heat source 12 via a control line 36.
The pulse generator 20 is connected via a line 37 to an OR gate 22, the second input of which is connected via a line 38 to the output of the comparator 21.
The output of the OR gate 22 is connected via a connecting line 39 to the second input of the AND gate 23. The output of the AND gate 23 is connected to the circulation pump 3 via a control line 40.
If, in the operation of the water heater, the temperature in the area of the heat request sensor 13 drops below a certain value, the heat request sensor 13 sends a signal to the flip-flop 19, which emits a signal at its output, which on the one hand is applied to the pulse generator 20, which emits a pulse train at its output. Furthermore, the output signal of the flip-flop 19 is present at an input of the AND gates 33 and 23.
When the heat source 12 is at a standstill, the temperature in the area of the hot water sensor 8 is below the desired value of the desired value transmitter 24, which is increased by, for example, 5 K.
This ensures that the comparator 16 does not emit a signal at its output.
Due to the negated input of the AND gate 18 and the output signal of the flip-flop 19 present at its second input, the AND gate 18 emits a signal at its output which is fed to the heat source 12 and starts it.
Since the temperature in the area of the hot water sensor 8 is below the target value, the comparator 21 does not emit a signal at its output. The OR gate 22 connected downstream of this therefore outputs a signal to the AND gate 23 at the rhythm of the pulse train of the pulse generator 20, at whose second input the output signal of the flip-flop 19 is present. The AND gate 23 therefore emits a signal to the circulating pump 3 in rhythm with the pulse train of the pulse generator 20, so that it runs in a clocked manner.
As a result, cold water is drawn off from the lowermost area of the stratified storage tank 1, passed over the heat exchanger 6, or its secondary circuit 5, and returned to the uppermost area of the stratified storage tank 1.
As the stratified storage device 1 continues to charge, the temperature in the area of the hot water sensor 8 begins to rise. If the temperature of the water in the area of the warm water sensor 8 exceeds the predetermined target value, the comparator 21 emits a signal at its output, as a result of which a constant signal is present at the OR gate 22 and this therefore emits a constant signal. Since the flip-flop 19 emits a signal as long as a predetermined temperature has not been exceeded in the area of the charge sensor 15 and this emits a signal to the reset input of the flip-flop 19, the AND gate 23 now outputs a constant signal to the Circulation pump 3, so that it runs constantly and therefore promotes a larger amount.
This allows the heat of the heat source 12 despite the small temperature difference between the water from the bottom of the charge towards the end of the charge
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Stratified storage tank 1 and the intended maximum temperature of the hot water are discharged.
If the temperature of the hot water detected by the hot water sensor 8 now rises to a value which is 5 K above the target value in the exemplary embodiment shown, the comparator 16 emits a signal at its output which is sent to the negating input of the AND gate 18 is present, whereby the AND gate to the heat source 12 no longer emits a signal and is stopped
Since the circulating pump 3 remains in operation, the water is further removed from the lowest area of the stratified storage tank 1 and conducted via the heat exchanger 6 into the uppermost area of the stratified storage tank 1. Because the heat exchanger 6 is no longer supplied with heat due to the shutdown of the heat source 12, the water drops the temperature of the hot water in the area of the hot water sensor 8.
If the temperature has dropped below the value given by the switching hysteresis of the comparator 16, for example 2 K, the comparator 16 switches off its output signal and the heat source 12 is started again by the output signal of the AND gate 18, at the non- negating input as before the signal of the flip-flop 19 is present
The charging is therefore continued in a clocked manner until the charge sensor 15 responds and emits a signal to the reset input of the flip-flop 19 and therefore its output signal disappears Heat source 12 and the circulation pump 3 are stopped.
The water heater according to FIG. 2 differs from that according to FIG. 1 essentially only in that comparators 42 and 47 are connected upstream of the inputs of the flip-flop 19. The signal line 31, to which the charge sensor 15 is connected, and a signal line 41, which is connected to the line 25, to which the desired value transmitter 24 is connected, are connected to the inputs of the comparator 42.
One input of the comparator 47 is connected to the heat request sensor 13 via the signal line 30. The second input of this comparator 47 is connected to the setpoint value transmitter 24 via a connecting line 46 and a subtractor 45 and a signal line 44.
The outputs of the two comparators 42 and 47 are connected to the inputs of the flip-flop 19 via connecting lines 43 or 48.
The reset input R1 of the flip-flop 19 is therefore only acted upon when the charge sensor 15 detects a temperature which is above the target temperature specified by the target value transmitter 24.
The comparator 47 already emits a signal to the set input S of the flip-flop 19 when the heat request sensor 13 detects a temperature which is less than 5K below the temperature value specified by the setpoint value transmitter 24.
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