<Desc/Clms Page number 1>
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schichtenspeicher-Anlage gemäss dem Oberbegriff des An- spruches 1.
Bei derartigen direkt beheizten Schichtenspeicher-Anordnungen ergibt sich stets das Problem, dass sich bei mit höheren Vorlauftemperaturen zu betreibenden Heizkörperanordnungen sehr hohe Speichertemperaturen ergeben, bei denen einerseits Verkalkungsprobleme auftreten und auch die Gefahr von Verbrühungen für den Benutzer gegeben ist.
Bei den meisten derartigen Anlagen, erstreckt sich der Heizwasser-Wärmetauscher über die gesamte Höhe des Schichtenspeichers.
Die US 4 420 032 A, DE 195 10 877 A1 und DE 197 05 040 A1 zeigen Wasserspeicher, aus denen Warme für eine Heizkörperanordnung ausgekoppelt werden können. Hiebei wird die Wärme aus dem oberen Bereich des Speichers abgezogen. Die DE 35 03 738 A1 zeigt einen ähnlichen Aufbau, bei dem der Heizungskreis vom Speicher über einen separaten Kreislauf getrennt ist. Auch die DE 28 04 456 A1 befasst sich mit der Wärmeauskopplung aus einem Speicher.
Bei allen diesen Erfindungen kann jedoch kein Heizungsvorlaufwasser, das heisser als die Speichertemperatur ist, angefordert werden. Für hohe Heizungsvorlauftemperaturen sind somit hohe Speichertemperaturen notwendig.
Ziel der Erfindung ist es, diesen Nachteil zu vermeiden und eine Schichtenspeicheranordnung der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, bei der mit relativ geringen Speichertemperaturen das Auslangen gefunden wird.
Erfindungsgemäss wird dies bei einer Schichtenspeicher-Anlage der eingangs erwähnten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 erreicht.
Durch die vorgeschlagenen Massnahmen ist sichergestellt, dass auch bei relativ niedrigen Speichertemperaturen hohe Heizungsvorlauftemperaturen erzielt werden können. Dies wird da- durch ermöglicht, dass Wasser aus einem Schichtenspeicher zunächst in einem Pnmärwärmeaus- tauscher aufgeheizt, anschliessend in einem Heizwasser-Wärmeaustauscher abgekühlt wird und letztendlich in den obersten Bereich des Schichtenspeichers wieder eingeleitet wird. Dies ermög- licht es auch, selbst bei höheren Vorlauftemperaturen mit unbedenklichen Speichertemperaturen das Auslangen zu finden.
Dabei können nach einem weiteren Merkmal der Erfindung die Merkmale des Anspruches 2 vorgesehen sein.
Durch diese Massnahmen ist sichergestellt, dass eine Aufheizung des Trinkwassers über die Solltemperatur des Speichers nur erforderlich ist, wenn die Vorlauftemperatur über der Speicher- Solltemperatur gewünscht wird. Damit wird besonders bei stark kalkhaltigem Trinkwasser das Verkalkungsrisiko im Primär-Wärmetauscher verringert. Dabei ist es durch die anti-parallele An- ordnung der Umwälzpumpen auch möglich, den Heizwasser-Wärmetauscher statt über den Pri- mär-Wärmetauscher bei in Betrieb befindlichem Brenner, bei stillstehendem Brenner von der obersten Schicht des Schichtenspeichers aus mit Brauchwasser zu beaufschlagen. Dabei kommt es zu einer Umkehr der Strömungsnchtung im Pnmar-Wärmetauscher.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung können bei einer solchen Schichtenspeicher- Anordnung die Merkmale des Anspruches 3 vorgesehen sein.
Durch diese Massnahmen kann der die Heizkörperanordnung aufweisende Heizkreis auch un- abhängig vom Speicherinhalt mit Wärme versorgt werden. Dazu ist es lediglich erforderlich, den Warmwasserzulauf über die Bypassleitung und dem Dreiwege-Ventil mit dem Kaltwasserabzug hydraulisch zu verbinden und das Brauchwasser über den Primär-Wärmetauscher und den Heiz- wasser-Wärmetauscher im Kreis zu führen. Dabei kann Wärme über den Heizwasser-Warme- tauscher dem Heizkreis zugeführt werden, ohne dass es dabei zu einer weiteren Aufheizung des
Inhaltes des Schichtenspeichers kommt.
Nach einer weiteren Variante können die Merkmale des Anspruches 4 vorgesehen sein.
Durch diese Merkmale ist es möglich, mit einer einzigen Pumpe das Auslangen finden zu kön- nen und trotzdem die Möglichkeit zu haben, Wärme für den Heizkreis zur Verfügung stellen zu konnen, ohne gleichzeitig den Inhalt des Schichtenspeichers weiter aufheizen zu müssen. Dabei kann bei fehlender Wärmeanforderung des Schichtenspeichers, d. h. bei fehlender Zapfung von
Brauchwasser, und einem nur geringen Wärmebedarf des Heizkreises der Brenner auch getaktet betrieben werden, wobei in den Pausen des Brennerbetnebes die Wärme für den Heizkreis aus- schliesslich aus dem Schichtenspeicher ausgekoppelt wird. Dabei kommt es jedoch zu keiner
<Desc/Clms Page number 2>
Umkehr der Strömungsrichtung im Pnmär-Wärmetauscher.
Bei einer Auskopplung von Wärme aus dem Schichtenspeicher bei stillstehendem Brenner wird über den Warmwasserzulauf der obersten Schicht des Schichtenspeichers warmes Wasser entnommen, über die Bypassleitung und das erste Dreiwege-Ventil, die Umwälzpumpe, den Primär-Wärmetauscher, den Heizwasser-Wärmetau- scher, das zweite Dreiwege-Ventil und die zweite Bypassleitung dem Kaltwasserabzug zugeführt und über diesen in den untersten Bereich des Schichtenspeichers eingeleitet.
Ein ähnlicher Betrieb ist durch die Merkmale des Anspruches 5 möglich.
Dabei ist es sowohl möglich, den Heizkreis über den Primär-Wärmetauscher mit Wärme zu versorgen, ohne dass dadurch auch der Schichtenspeicher aufgeheizt wird, als auch den Heizkreis ausschliesslich durch Auskopplung von Wärme aus dem Schichtenspeicher mit Wärme versorgt werden kann. Dabei bleibt die Strömungsrichtung im Primär-Wärmetauscher immer gleich, wo- durch ein Abplatzen von allfälligen Ablagerungen vermieden wird.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen die Fig 1 bis 5 schematisch verschiedene Ausführungsformen einer erfindungsgemässen Schichtenspeicher-Anla- ge.
Eine erfindungsgemässe Schichtenspeicher-Anlage weist einen mit einer Isolierung 8 versehe- nen Schichtenspeicher 1 auf, der mit einem Kaltwasserzulauf 2, der in den untersten Teil des Speichers 1 mündet, und einer aus dem obersten Bereich des Speichers 1 wegführenden Brauch- wasserleitung 3 versehen ist. Weiters ist ein aus dem untersten Bereich des Schichtenspeichers 1 wegführender Kaltwasserabzug 4 und ein in den obersten Bereich des Speichers 1 mündender Warmwasserzulauf 30 vorgesehen.
Dabei ist in dem Kaltwasserabzug 4, der zu einem von einem Brenner 6 beaufschlagten Primär-Wärmetauscher 7 führt, mindestens eine Umwälzpumpe 5 ange- ordnet
Der Brenner 6 ist über eine Gasleitung 31 und ein Gasventil 32 mit Gas versorgbar
Weiters ist ein Heizkreis vorgesehen, der eine Heizkörperanordnung 19 aufweist, die über eine Vorlaufleitung 33 und eine Rücklaufleitung 34, in der eine Umwälzpumpe 18 angeordnet ist, mit einem Heizwasser-Wärmetauscher verbunden ist.
Im mittleren Bereich des Speichers 1 ist ein Temperaturfühler 12 angeordnet, der mit einer Steuerung 10 verbunden ist Weiters ist auch im Warmwasserzulauf 30 ein Temperaturfühler 11 angeordnet, der ebenso wie ein im untersten Bereich des Speichers 1 angeordneter Temperatur- fühler 13 mit der Steuerung 10 verbunden ist.
Bei der Ausführungsform nach der Fig. 1 ist der Heizwasser-Wärmetauscher 16, bzw. dessen Primärkreis 35 im Warmwasserzulauf 30 angeordnet. Damit wird der Primärkreis 35 des Heizwas- ser-Wärmetauschers 16 mit dem wärmsten Brauchwasser beaufschlagt
Die Ausführungsform nach der Fig. 2 unterscheidet sich von jener nach der Fig. 1 dadurch, dass statt einer Umwälzpumpe 5 in dem Kaltwasserabzug 4 eine weitere Umwälzpumpe 5', die mit der ersten Pumpe 5 anti-parallel geschaltet ist, vorgesehen ist.
Dadurch ist es möglich bei im wesentlichen voll aufgeheiztem Speicher 1 die Wärme fur den
Heizkreis allein aus dem Speicher 1 bereitzustellen und den Brenner 6 ausser Betrieb zu lassen
Dabei wird die Pumpe 5' in Betrieb genommen und Wasser aus dem obersten Bereich des
Speichers 1 über den Warmwasserzulauf 30 abgezogen und über den Pnmärkreis 35 des Heiz- wasser-Wärmetauschers 16 und den Primär-Wärmetauscher 7 dem Kaltwasserzulauf zuzuführen, über den es, durch den Heizwasser-Wärmetauscher 16 abgekühlt, entgegen der üblichen Stro- mungsrichtung in den untersten Bereich des Speichers 1 gelangt.
Wahrend der Aufheizung des Speichers 1 ist die Pumpe 5 in Betrieb und die Durchströmung des Primar-Warmetauschers 7 erfolgt in der anhand der Fig. 1 beschriebenen Weise. Dabei kann auch, wie bereits beschrieben, Wärme für den Heizkreis über den Heizwasser-Wärmetauscher 1 ausgekoppelt werden.
Die Ausführungsform nach der Fig. 3 unterscheidet sich von jener nach der Fig. 1 dadurch, dass eine Bypassleitung 37 vorgesehen ist, die an den Warmwasserzulauf 30 direkt angeschlossen ist und über ein Dreiwege-Ventil 22 mit dem Kaltwasserabzug 4 verbunden ist.
Bei dieser Ausführungsform ist es möglich, bei fehlender Wärmeanforderung des Speichers 1 mittels des Brenners 6 Wärme für den Heizkreis bereitzustellen, ohne dass der Speicher 1 weiter aufgeheizt wird. Dabei wird das Wasser über den Primär-Wärmetauscher 7, den Heizwasser- Warmetauscher 16 und die Bypassleitung 37 im Kreis gefuhrt, wobei der Heizwasser-Wärme-
<Desc/Clms Page number 3>
tauscher 16 dem System Wärme für den Heizkreis entnimmt
Bei gleichzeitiger Wärmeanforderung des Heizkreises und des Speichers 1 bleibt der Weg über die Bypassleitung 37 gesperrt und die Aufheizung erfolgt in der anhand der Fig. 1 beschriebenen Weise.
Die Ausführungsform nach der Fig. 4 unterscheidet sich von jener nach der Fig. 3 dadurch, dass eine weitere Bypassleitung 38 vorgesehen ist. Diese weitere Bypassleitung 38 ist über ein weiteres Dreiwege-Ventil 23 vorgesehen das mit zwei seiner Anschlüsse in den Warmwasserzulauf 30 eingeschaltet ist und mit seinem dritten Anschluss an die weitere Bypassleitung 38 angeschlossen ist. Diese weitere Bypassleitung ist weiters mit dem Kaltwasserabzug 4 verbunden, wobei die By- passleitung 38 zwischen der im Speicherinneren befindlichen Öffnung des Kaltwasserabzugs 4 und dem Dreiwege-Ventil 22 in den Kaltwasserabzug 4 mündet.
Im Betrieb ist es dabei moglich bei einer ausschliesslichen Wärmeanforderung des Speichers 1 Wasser über den Kaltwasserabzug 4 vom Punkt H, den Anschluss C des Dreiwege-Ventiles 22 dessen Anschluss A, den Primär-Wärmetauscher 7, den Heizwasser-Wärmetauscher 16, bzw. des- sen Primärkreis 35, zum Anschluss D des Dreiwege-Ventils 23 und über dessen Anschluss E zur Mündung G des Warmwasserzulaufs 30 und daher in den obersten Bereich des Speichers 1 zu fördern, wobei der Anschluss B des Dreiwege-Ventiles 22 gesperrt ist.
Bei einer Wärmeanforderung der Heizkörperanordnung 19 bei voll aufgeladenem Speicher 1 kann das Wasser über den Anschluss B des Dreiwege-Ventiles 22, dessen Anschluss A, den Pri- mär-Wärmetauscher 7, den Heizwasser-Wärmetauscher 16 und die Anschlüsse D und E des Dreiwege-Ventiles 23 und die Bypassleitung 37 im Kreis geführt werden. Dabei kann der Heizkör- peranordnung 19 Wärme zugeführt werden, ohne dass es zu einer weiteren Aufheizung des Spei- chers 1 kommt
Bei einem geringen Wärmebedarf der Heizkörperanordnung 19 wobei die Vorlauftemperatur kleiner als die Speichertemperatur ist, wird Wasser aus dem obersten Bereich des Speichers 1 über die Mündung G des Warmwasserzulaufs 30 angesaugt und über den Anschluss B des Drei- wege-Ventiles 22 und dessen Anschluss A, dem Primär-Wärmetauscher zugeführt.
Das erwärmte Wasser gelangt über den Heizwasser-Wärmetauscher 16, den Warmwasserzulauf 30, den An- schluss D des Dreiwege-Ventiles 23, dessen Anschluss F und die weitere Bypassleitung 38 zum Kaltwasserabzug 4 und strömt über dessen Öffnung H in den untersten Bereich des Speichers 1 ein.
Bei vorliegendem Wärmebedarf der Heizkörperanordnung 19 und des Speichers 1 wird Was- ser über den Kaltwasserabzug 4 abgesaugt, durchströmt das Dreiwege-Ventil 22 von dessen An- schluss C zum Anschluss A, den Primär-Wärmetauscher 7 und den Heizwasserspeicher 16, wonach es das Dreiwege-Ventil 23 von dessen Anschluss D zu dessen Anschluss E und mundet über die Bypassleitung 37 bei G in den obersten Bereich des Speichers 1.
Die Ausführungsform nach der Fig. 5 unterscheidet sich von jener nach der Fig. 4 dadurch, dass der Kaltwasserabzug 4 und der Warmwasserzulauf 30 über ein Vierwege-Ventil 24 mit einander verbindbar sind. Dabei ist der Kaltwasserabzug 4 mit den Anschlussen C und A und der Warm- wasserzulauf 30 mit den Anschlüssen D und B des Vierwege-Ventiles 23 verbunden.
Liegt lediglich vom Speicher 1 eine Warmeanforderung vor, so ergibt sich eine Strömung vom Kaltwasserabzug 4 über die Anschlüsse C und A des Vierwege-Ventiles 24, den Primär-Wärme- tauscher 7, den Heizwasser-Wärmetauscher 16 und die Anschlüsse B und D des Vierwegeventiles 24 in den obersten Bereich des Speichers 1.
Bei Vorliegen einer Wärmeanforderung der Heizkörperanordnung 19 bei voll aufgeladenem Speicher 1, ist es möglich, Wasser über die Anschlüsse B und A des Vierwege-Ventiles 24 im Kreis zu führen, so dass Wärme lediglich an die Heizkörperanordnung 19 abgegeben wird.
Bei einem geringen Heizwarmebedarf, d h wenn die Vorlauftemperatur unter der Speicher- temperatur liegen soll, so wird das Wasser über die Anschlüsse D und A des Vierwege-Ventiles 24 zur Pumpe 5 und dem Primär-Wärmetauscher 7 geführt, wobei das erwärmte Wasser weiter die Heizwasser-Wärmetauscher 16 durchstromt und über die Anschlüsse B und C zum Kaltwasserab- zug 4 gelangt und in den untersten Bereich des Speichers 1 einströmt.
Bei allen Ausführungsformen kann eine Speichervorrangschaltung vorgesehen sein, um einen ausreichenden Warmwasser-Komfort sicherzustellen. Bei Unterschreiten einer Mindesttemperatur von z.B. 45 C am Fühler 12 im mittleren Bereich des Speichers 1 wird eine Wärmeanforderung der
<Desc/Clms Page number 4>
Heizkörperanordnung 19 blockiert. Die Umwälzpumpe 18 im Heizkreis ist dabei nicht in Betrieb.
Bei allen Ausführungsformen können gegebenenfalls Ladepumpe und Brenner 6 auch dann weiter in Betrieb gehalten werden, wenn am Ausschalttemperaturfühler 13, bzw. 13', die im unters- ten Bereich des Speichers 1 angeordnet sind, die Ausschalttemperatur erreicht ist. Bedingung dafür ist, dass die Soll-Vorlauftemperatur höher als die Speicher-Solltemperatur ist und eine Wär- meanforderung der Heizkörperanordnung 19 vorliegt. Dann wird Wasser auf die Speicher-Solltem- peratur über den Kaltwasserabzug 4 abgezogen und im Primar-Wärmetauscher 7 weiter aufgeheizt und im Heizwassser-Wärmetauscher 16 wieder auf die Speicher-Solltemperatur abgekühlt und dem Speicher 1 über den Warmwasserzulauf 30 wieder zugeführt.
Es ergibt sich der Vorteil, dass hohe Temperaturen des gespeicherten Trinkwassers auch bei hohen Vorlauftemperaturen vermieden werden können, in besonderem Ausmass. Dadurch wird die Verbrühungsgefahr des Nutzers ausgeschlossen, bzw. kann auf Schutzmassnahmen, wie z. B. ein Thermovarventil im Warmwasser-Abgang verzichtet werden.
PATENTANSPRÜCHE:
1. Schichtenspeicher-Anlage zur Bereitung von Brauchwasser mit einem Primar-Wärmetau- scher (7), der mit einem aus dem untersten Bereich des Schichtenspeichers (1) wegfüh- renden Kaltwasserabzug (4) und einem in den obersten Bereich mündenden Warmwas- serzulauf (30) verbunden ist, einen in den untersten Bereich mündenden Kaltwasserzulauf (2) und eine aus dem obersten Bereich wegführende Brauchwasserleitung (3) aufweist, wobei ein mit einer Heizkörperanordnung (19) über eine Vorlauf- und eine Rücklaufleitung (33,34) verbundener Heizwasser-Wärmetauscher (16), der mit Brauchwasser beauf- schlagbar ist, vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Primärseite (35) des
Heizwasser-Wärmetauschers (16) in den Warmwasserzulauf (30) eingeschaltet ist.