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Die Erfindung bezieht sich auf eine Wasserheizanlage gemäss dem Oberbegriff des unabhän- gigen Anspruches.
Aus der DE 33 01 254 A1 sind wendelförmige Wärmetauscher innerhalb von Warmwasser- speichern bekannt. Der wendelförmige Wärmetauscher wird dabei vom heizenden Medium durch- strömt.
Die DE 195 11 270 A1 zeigt einen Schichtenspeicher mit Kaltwasserzulauf in den unteren Be- reich und Warmwasserabzug aus dem oberen Bereich des Speichers sowie einen Wärmeaustau- scher ausserhalb des Speichers zum Erhitzen von umgewälztem Wasser aus dem Speicher. Eine derartige Vorrichtung ist auch aus DE 198 20 193 A1 bekannt. In beiden Fällen wird das umge- wälzte Wasser stets aus dem untersten Bereich des Speichers entnommen.
Es ist möglich, zwei Vorrichtungen zur Erhitzung in einer Wasserheizanlage zu kombinieren.
Bei einer solchen Wasserheizanlage ist es möglich, die Energie einer weiteren Wärmequelle, z. B. einer Solaranlage oder einer Brennstoffzelle, zur Aufheizung des Speichers zu nutzen und jederzeit die Möglichkeit zu haben, im Bedarfsfall den Inhalt des Speichers über den Primär- Wärmetauscher aufzuheizen.
Bei bekannten derartigen Lösungen sind beide Wärmetauscher innerhalb des Speichers ange- ordnet. Dadurch, dass das Wärmeangebot der Solaranlage oder Brennstoffzelle mit der Anforde- rung von Warmwasser zeitlich nicht übereinstimmt, ergeben sich als Nachteil Einschränkungen beim Warmwasserkomfort oder bei der Energieausnutzung der weiteren Wärmequelle.
Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und eine Wasserheizanlage der ein- gangs erwähnten Art vorzuschlagen, die sich durch einen einfachen Aufbau auszeichnet.
Erfindungsgemäss wird dies bei einer Anlage der eingangs erwähnten Art durch die kennzeich- nenden Merkmale des unabhängigen Anspruches erreicht.
Durch die vorgeschlagenen Massnahmen kann die weitere Wärmequelle sehr einfach zur Er- wärmung des untersten Bereiches des Speichers herangezogen werden. Lediglich wenn die durch diese Wärmequelle, z. B. eine Solaranlage oder eine Brennstoffzellenanordnung, zur Verfügung gestellte Wärme nicht ausreicht, kann der obere Bereich des Speichers zusätzlich über den Pri- mär-Wärmetauscher und den Sekundär-Wärmetauscher aufgeheizt werden.
Durch die Merkmale des Anspruches 2 ergibt sich der Vorteil, dass die Zufuhr von Wärme in die obere Hälfte des Speichers sehr einfach moduliert werden kann, wobei durch die Anordnung des einen Temperaturfühlers zumindest auf der Höhe des Kaltwasserabzugs die Regelung des Bren- ners und bzw. oder der Umwälzpumpe sehr einfach gestaltet.
Um dabei ein Überregeln zu vermeiden, können die Merkmale des Anspruches 3 vorgesehen sein. Durch die vorgeschlagenen Massnahmen ist es auch möglich, die Einhaltung einer vorgege- benen Temperatur im Bereich des Warmwasserzulaufs durch gleichzeitige Modulation der Leistung des Brenners wie auch durch Variation der Drehzahl der Umwälzpumpe zu erreichen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert, die schematisch eine erfindungsgemässe Wasserheizanlage zeigt.
In einem Speicher 1 ist in dessen unterstem Bereich 50 ein Wärmetauscher 6 angeordnet, wo- bei in diesem Bereich ein Kaltwasserzulauf 2 mündet, in dem ein Ventil 40, eine Rückströmsperre 41 und ein Überdruckventil 42 angeordnet sind.
Aus dem mittleren Bereich 51 des Speichers 1 führt ein Kaltwasserabzug 3 weg, in dem eine Umwälzpumpe 7 angeordnet ist und welcher zu einem Sekundärteil 43 eines Sekundär- Wärmetauschers 9 führt. Von diesem Sekundärteil 43 führt ein Warmwasserzulauf 5 weg, der in den obersten Bereich 52 des Speichers 1 mündet. Aus dem obersten Bereich des Speichers 1 führt weiters eine Brauchwarmwasserleitung 4 weg.
Ein Primärteil 44 des Sekundär-Wärmetauschers 9, der im Kreis eines Wärmeerzeugers 14 liegt, ist über eine Vorlaufleitung 45 und eine Rücklaufleitung 46, in der eine Umwälzpumpe 16 angeordnet ist, mit einem Primär-Wärmetauscher 18 verbunden, der von einem Brenner 19 beauf- schlagt ist, der ebenfalls Teil des Wärmeerzeugers 14 ist.
Dieser Brenner ist über eine Gasarmatur 17 und eine Gasleitung 47 mit Gas versorgt.
Der Wärmetauscher 6 ist über eine Vorlaufleitung 48 und eine Rücklaufleitung 49, in der eine Umwälzpumpe 16' angeordnet ist, mit einer weiteren Wärmequelle 15, z. B. einer Solaranlage oder einer Brennstoffzelle, verbunden und koppelt die von dieser zur Verfügung gestellten Wärme in den Schichtenspeicher 1 ein.
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Im Bereich des Warmwasserzulaufs 5 ist ein Temperaturfühler 10 angeordnet, der über eine Signalleitung 31 mit einer Steuerung 8 verbunden ist.
Diese Steuerung 8 ist über eine Signalleitung 33 mit einem in der Vorlaufleitung 45 des Primär- Wärmetauschers 18 angeordneten Temperaturfühler 13 verbunden. Weiters ist die Steuerung 8 über Signalleitungen 36 und 35 mit der Umwälzpumpe 16, bzw. der Gasarmatur 17 verbunden.
Desgleichen ist die Steuerung 8 über Signalleitungen 34' und 34 mit Motoren der Umwälzpumpen 7 bzw. 16' verbunden. Ausserdem ist die Steuerung 8 über eine Signalleitung 33' mit der weiteren Wärmequelle 15 sowie über eine Signalleitung 32 mit einem Temperaturfühler 11 verbunden, der in der Höhe der Einmündung des Kaltwasserabzugs 3 oder geringfügig höher als dieser im mittle- ren Höhenbereich 51 des Speichers 1 angeordnet ist.
Die Steuerung 8 umfasst einen Sollwertgeber 21 für die Einstellung der Speichersolltemperatur, die auch die Wärmeanforderung an die weitere Wärmequelle 15 bestimmt. Weiters ist ein Sollwert- geber 22 vorgesehen, der zur Einstellung der Mindesttemperatur dient, bei deren Unterschreiten der Wärmeerzeuger 14 aktiviert wird. Weiters ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel ein Soll- wertgeber 25 vorgesehen, der die Heizleistung in Abhängigkeit von der vom Temperaturfühler 11 erfassten Einlauf-Temperatur des erwärmten Wassers vorgibt. Die Steuerung 8 weist noch einen weiteren Sollwertgeber 27 auf, der die Solltemperatur des einströmenden Warmwassers festlegt.
Ausserdem ist noch eine Schaltuhr 24 vorgesehen, mit der die Sollwerte zeitabhängig umgeschaltet werden können, um über den Tages-/Nachtverlauf Absenkungen oder Erhöhungen vornehmen zu können.
Über den Wärmetauscher 6 wird dem Speicher 1 Wärme zugeführt, die von der weiteren Wär- mequelle 15, z. B. einem Sonnenkollektor oder einer Brennstoffzelle bereitgestellt wird. Dabei kann die Wärmezufuhr durch Variation der Drehzahl des Motors der Umwälzpumpe 16 gesteuert wer- den.
Handelt es sich bei der weiteren Wärmequelle 15 um eine Brennstoffzelle, so kann diese bei Unterschreiten einer Solltemperatur, z. B. 60 , im Bereich des Fühlers 11 in Betrieb gesetzt werden, bzw. von Heizungsversorgung auf den Wärmetauscher 6 umgeschaltet werden. Über diesen Wärmetauscher 6 kann der gesamte Inhalt des Speichers 1 wie bei einem üblichen Speicher aufgeheizt werden, da das an dem Wärmetauscher 6 erwärmte Wasser durch die geringere Dichte nach oben steigt.
Wenn durch Entnahme von Warmwasser über die Brauchwasserleitung 4 die Speichertempe- ratur stark abnimmt, kann eine Aufheizung des oberen Teilvolumens über den Wärmeerzeuger 14 erfolgen. Unterschreitet die Speichertemperatur im Bereich des Fühlers 11 z.B. 45 C, so wird der Wärmeerzeuger 14 gestartet und die Umwälzpumpen 16 und 7 werden in Betrieb gesetzt.
Dabei durchströmt im Primär-Wärmetauscher 18 erwärmtes Wasser den Primärteil 44 des Sekundär-Wärmetauschers 9, wobei das den Sekundärteil 43 des Sekundär-Wärmetauschers 9 durchströmende Wasser erwärmt wird, das aus dem mittleren Bereich des Speichers über den Kaltwasserabzug 3 abgezogen wurde. Das im Sekundär-Wärmetauscher erwärmte Wasser strömt in den obersten Bereich des Speichers 1 über den Warmwasserzulauf 5 ein. Dadurch wandert die Grenzschicht zwischen warmem und kälterem Wasser innerhalb des oberen Teilvolumens zwi- schen dem Behälterdeckel und der Einströmöffnung des Kaltwasserabzuges 3 nach unten.
Die Drehzahl des Motors der Umwälzpumpe 7 bzw. die Leistung des Brenners 19 wird dabei in Abhängigkeit von der vom Fühler 10 erfassten Temperatur gesteuert, um die Temperatur des Warmwasserzulaufs 5 auf der vorgegebenen Solltemperatur zu halten.
Der Aufheizvorgang wird beendet, wenn das Teilvolumen auf Solltemperatur aufgeheizt ist. Bei entsprechender Anordnung, d. h. der Fühler 11 ist auf der Höhe der Einströmöffnung des Kaltwas- serabzugs 3 oder etwas höher angeordnet, kann dies über den Fühler 11erfasst werden.
Weiters kann ein weiterer Fühler z. B. zwischen der Umwälzpumpe 7 und dem Sekundär- Wärmetauscher 9 angeordnet sein, oder im Bereich des Fühlers 10 eine allfällige Überhitzung erfasst werden. Letzteres kann z. B. durch eine entsprechende Auswerteschaltung erfolgen.
Die Solltemperatur für die Aufheizung des oberen Teilvolumens soll zweckmässig auf einem für eine Brauchwassernutzung sinnvollem Niveau, z. B. auf 50 bis 55 C, liegen und dabei niedriger als die Speicher-Solltemperatur, die z.B. 60 C betragen kann, sein, damit über den Wärmetauscher 6 und die angeschlossene Wärmequelle 15 möglichst viel Wärme in den Speicher gebracht werden kann.