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Die
Erfindung betrifft eine Schichtladespeicheranordnung nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Bei
den bekannten Schichtladespeicheranordnungen erfolgt die Aufheizung
und Nachheizung des Schichtenspeichers in der Weise, dass Wasser aus
dem untersten Bereich des Schichtenspeichers über einen Kaltwasserabzug entnommen
und nach der Aufheizung in einen Wärmetauscher in den obersten
Bereich des Schichtenspeichers über
einen Warmwasserzulauf eingeleitet wird. Zur Aufladung des Schichtenspeichers
ist ein Ladekreis vorgesehen, in dem eine Ladepumpe angeordnet ist,
die die Umwälzung
des Wassers zwischen Schichtenspeicher und Wärmetauscher realisiert.
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Bei
bekannten Schichtladespeicheranordnungen wird die Wasserumlaufmenge
im Ladekreis durch feste Widerstände
(Rohrleitungen, Drossel, Ventile) bestimmt. Abweichungen infolge
Fertigungstoleranzen bei der Ladepumpen-Förderleistung, den Rohrleitungen,
Einbauten (Rückflussverhinderer) oder
Drosseln verändern
die Wasserumlaufmenge im Ladekreis und damit ohne Nachregelung die
Einschichttemperatur in den Schichtenspeicher. Dies führt in der
Praxis zu Abweichungen von der gewünschten Warmwassertemperatur
und zu einer längeren
Ladezeit des Schichtenspeichers. Grundlage für die Auslegung der Wasserumlaufmenge
ist dabei die Kaltwassertemperatur, die zu erreichende Warmwassertemperatur
und die Leistung des Heizgerätes. Steigt
beispielsweise die Kaltwassertemperatur an, so steigt infolge dessen
auch die Warmwassertemperatur. Zur Konstanthaltung der Warmwassermenge muss
dann die Geräteleistung
reduziert werden. Dies führt,
wie erwähnt,
zu einer längeren
Ladezeit. Andererseits ist das System mit einer festgelegten Warmwasserendtemperatur
ausgelegt. Wird eine höhere Warmwasserendtemperatur
gewünscht,
führt dies ebenfalls
zu langen Aufheizzeiten.
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Aus
DE 197 09 826 A1 ist
eine Schichtladespeicheranordnung bekannt, bei der in eine Vorlaufleitung
des Ladekreises eines Schichtenspeichers ein thermostatisch gesteuertes
Ventil eingebaut ist, das mit steigender Temperatur einen größeren Strömungsquerschnitt
freigibt.
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Eine
Schichtladespeicheranordnung mit einem Schichtenspeicher, der über einen
mit einem Solarkollektor beheizten Wärmetauscher geladen wird, ist
aus
DE 195 39 880
A1 bekannt. Bei dieser Schichtladespeicheranordnung ist
in dem unten aus dem Schichtenspeicher führenden Leitungszweig ein temperaturabhängig gesteuerte
Stellventil angeordnet, das von einem Zulauf-Temperaturfühler in
der Weise gesteuert wird, dass es schließt, wenn die Temperatur des
dem Schichtenspeicher zugeführten Wassers
einen unteren Grenzwert unterschreitet. Ein in einem Bypasszweig
angeordnetes weiteres Stellventil gibt einen Restkreislauf frei,
wenn das Stellventil geschlossen ist.
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Vorteile der Erfindung
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Aufgabe
der erfindungsgemäßen Schichtladespeicheranordnung
1 ist es, die Wasserumlaufmenge mit einfachen Mitteln der Kaltwassertemperatur
im Vorlaufabschnitt und/oder der Warmwassertemperatur im Warmwasserzulauf
anzupassen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Schichtladespeicheranordnung
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Warmwassertemperatur
kann im Vorlaufäbschnitt
oder im oberen Bereich des Speicherbehälters erfasst werden. Der Einsatz
einer leistungsgeregelten Ladepumpe entfällt.
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Die
Wasserumlaufmenge wird mittels eines thermischen Ausdehnungselements,
das im Kaltwasserzulauf oder im Rücklaufabschnitt angeordnet
ist, gesteuert oder geregelt. Dabei wird sich bei einer höheren Temperatur
des Kaltwasserzulaufs das Ausdehnungselement ausdehnen und damit
einen größeren Querschnitt
im Zulauf zum Wärmetauscher freigeben.
Bei einer Anordnung des thermischen Ausdehnungselements im Warmwasserzulauft
wird bei Ansteigen der Warmwassertemperatur die dem Schichtenspeicher über den
Wärmetauscher
zugeführte
Wassermenge ebenfalls vergrößert.
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Die
Wasserumlaufmenge im Ladekreis wird dabei so verändert, dass die Warmwassertemperatur im
Wesentlichen konstant bleibt.
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Dabei
wird das thermische Ausdehnungselement mit einer elektrischen Heizung
beaufschlagt, wobei bei einer zu hohen Warmwassertemperatur durch
die Heizung das Ausdehnungselement erwärmt und dadurch der Durchflussquerschnitt
vergrößert wird,
so dass sich die durch den Wärmetauscher
fließende
Wassermenge im Ladekreis erhöht.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Maßnahmen der Unteransprüche möglich.
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Zur
Realisierung der beschriebenen technischen Lösungen sind schließlich Ausführungsformen als
Wassermengenregler möglich,
bei der der temperaturabhängige
Wassermengenregelung, der im Ladekreis befindliche Rückflussverhinderer
und das motorisch gesteuerte Ventil, oder Teile davon, zu einer
Funktionseinheit zusammengefasst sind.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert.
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Es
zeigen
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1 ein erstes Ausführungsbeispiel
einer erfinduugsgemäßen Schichtladespeicheranordnung,
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2 ein zweites Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Schichtladespeicheranordnung,
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3 eine erste Ausführungsform
eines Wassermengenreglers,
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4 ein Ausführungsform
eines beheizbaren thermischen Ausdehnungselements,
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5 eine zweite Ausführungsform
eines Wassermengenreglers und
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6 eine dritte Ausführungsform
eines Wassermengenreglers.
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Ausführungsbeispiele
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Die
erfindungsgemäße Schichtladespeicheranordnung
gemäß 1 und 2 weist einen Speicherbehälter 10 mit
einem unteren Bereich 11 und einem oberen Bereich 12 und
einen Wärmetauscher 13 auf, die über einen
Ladekreis 14 hydraulisch miteinander verbunden sind. Der
Ladekreis 14 weist einen Rücklaufabschnitt 15 mit
einem Kaltwasserabzug 16 und einen Vorlaufabschnitt 17 mit
einer Warmwasserzuführung 18 auf.
Der Kaltwasserabzug 16 mündet in den unteren Bereich 11 des
Speicherbehälters 10. Der
Warmwasserzulauf 18 führt
den Vorlaufabschnitt 17 in den oberen Bereich 12 des
Speicherbehälters 10.
Zwischen Kaltwasserabzug 16 und Wärmetauscher 13 ist
eine Umwälzpumpe 20 in
den Rücklaufabschnitt 15 des
Ladekreises 14 eingeschleift.
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In
den Rücklaufabschnitt 15 des
Ladekreises 14 mündet über ein
Rückschlagventil 22 in
Strömungsrichtung
des umgewälzten
Wassers vor der Umwälzpumpe 20 ein
Kaltwasserzulauf 23, so dass dieser ebenfalls in den unteren
Bereich 11 des Speicherbehälters 10 führt. Es
ist aber auch möglich, den
Kaltwasserzulauf 23 als separate Rohrleitung in den unteren
Bereich 11 des Speicherbehälters 10 münden zu
lassen. Aus dem oberen Bereich 12 des Speicherbehälters 10 führt eine
Brauchwasserleitung 24 weg, die zu einer Zapfstelle 25 führt. Im
Rücklaufabschnitt 15 des
Ladekreises 14 befindet sich weiterhin ein weiteres Rückschlagventil 27 sowie
ein Wassermengenregler 30. Der Wärmetauscher 13 mit
einer Vorlaufleitung 28 und einer Rücklaufleitung 29 an einen
Heizkreis eines nicht dargestellten Heizgerätes angeschlossen.
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Im
unteren Bereich 11 des Speicherbehälters 10 ist ein erster
Temperaturfühler 41 und
darüberliegend
ein zweiter Temperaturfühler 42 angeordnet.
Ein dritter Temperaturfühler 43 befindet
sich im Vorlaufabschnitt 17 in der Nähe des Warmwasserzulaufs 18.
Mittels des zweiten Temperaturfühlers 42 erfolgt
die Inbetriebnahme des Warmwasserbetriebes, beispielsweise mittels
einer im Steuergerät
des Heizkreises installierten Vorrangschaltung zur Brauchwasserbereitung.
Mittels des ersten Temperaturfühlers 41 wird
der Speicheraufheizbetrieb beendet, wobei ein Umwälzpumpen-
bzw. Ladepumpennachlauf vorgesehen sein kann. Schließlich wird
mittels des dritten Temperaturfühlers 43 die
Brennerleistung für die
Warmwassertemperatur geregelt.
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1 zeigt eine Anordnung für eine Steuerung
der Wasserumlaufmenge mit einem als mechanisches Steuerelement 31 ausgeführten Wassermengenregler 30.
Das mechanische Steuerelement 31, das im Rücklaufabschnitt 15 angeordnet
ist, umfasst ein Durchflussbegrenzer 32 und ein temperaturabhängiges Wassermengensteuerelement 33.
Der Durchflussbegrenzer 32 übernimmt die Mengenregelung,
so dass die voreingestellte Wassermenge auch bei Toleranzen von
Ladepumpe und Rohrleitungen konstant gehalten wird und sich dadurch
eine Temperaturdifferenz zwischen Kaltwasser und Warmwasser von
beispielsweise 50 K ergibt. Das temperaturabhängige Wassermengensteuerelement 33,
das die Funktion eines Ladereglers mit Temperaturkompensation besitzt,
ist als ein in 3 dargestelltes
thermisches Ausdehnungselement 34, z. B. Wachsausdehnungselement,
ausgeführt.
Das Ausdehnungselement 34 ist gemäß 3 in ein Wasserführungsrohr 35 eingesetzt
und wird somit von dem in der Rücklaufleitung 15 strömenden Kaltwasser
umströmt.
Das Ausdehnungselement 34 ist weiterhin über eine
Ventilstange mit einem Ventilteller 36 verbunden, der mit
einer Feder 37 vorgespannt und einem Ventilsitz 38 zugeordnet
ist. Auf Grund der Temperatur des das Ausdehnungselement 34 umströmenden Wassers,
erfolgt eine Veränderung
eines Öffnungsspaltes 39 zwischen
Ventilteller 36 und Ventilsitz 38, so dass über den Öffnungsspalt 39 die
Wasserumlaufmenge anhand der anliegenden Temperatur des Kaltwassers
am Kaltwasserzulauf 15 gesteuert wird.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
in 2 ist der Wassermengenregler 30 in
der Vorlaufleitung 17 des Ladekreises 14 angeordnet.
Beim Ausführungsbeispiel
gemäß 2 ist als Wassermengenregler 30, wie
in 1, ein mechanisches
Steuerelement 31 mit Durchflussbegrenzer 32 und
thermischen Ausdehnungselement 34 eingesetzt, wobei bei
Ansteigen der Warmwassertemperatur im Vorlaufabschnitt 17 die
dem Schichtenspeicher 10 über den Wärmetauscher 13 zugeführte Wassermenge
vergrößert wird.
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Zur
Realisierung einer temperaturgeführte Regelung
der Wasserumlaufmenge mittels des in 1 und 2 dargestellten Wassermengensteuerelements 33 ist
das thermische Ausdehnungselement 34 mit einer elektrischen
Heizung 40 gemäß 4 ausgeführt. Dabei wird ein Sollwert
für eine
gewünschte
Warmwassertemperatur vorgegeben und anhand der vom Temperaturfühler 43 aufgenommenen
Warmwassertemperatur im Vorlaufabschnitt 17 über die
Heizung 40 der Öffnungsspalt 39 des
Ausdehnungselements 34 beeinflusst und dadurch die Wasserumlaufmenge
dem Sollwert der Warmwassertemperatur nachgeführt wird. Bei zu hoher Warmwassertemperatur
wird mittels der elektrischen Heizung 40 das Ausdehnungselement 34 erwärmt, dadurch
der Öffnungsspalt 39 erweitert
und damit die Wasserumlaufmenge vergrößert.
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Neben
der in 3 beschriebenen
Ausführungsform
für einen
Wassermengenregler 30 ist in 5 eine
Kombination eines thermischen Ausdehnungselements 34 mit
einem mechanisch gesteuerten Ventil 51 als fest eingestelltem
Wassermengenregler dargestellt.
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Mittels
des Ventils 51 wird anhand einer Sollwertregelung über die
Wasserumlaufmenge die Warmwassertemperatur auf eine gewünschte Solltemperatur
eingestellt. Dabei erfolgt die Wassermengenregelung mittels eines
zum Ventil 51 gehörenden Ventiltellers 52.
Mittels des Ausdehnungselements 34 erfolgt zusätzlich eine
Berücksichtigung
der Wassertemperatur im Kaltwasserzulauf 15. Die temperaturabhängige Wassermengensteuerung
erfolgt über einen
vom Ausdehnungselement 34 einstellbaren Öffnungsspalt 53.
Diese Ausführungsform
eines Wassermengenreglers 30 ist wegen der Berücksichtigung
der Kaltwassertemperatur für
den Einbau im Vorlaufabschnitt vorgesehen.
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Ein
weiteres Ausführungsbeispiel
eines Wassermengenreglers 30 geht aus 6 hervor. Dort ist zusätzlich zu
der Ausführungsform
in 5 der Wassermengenregler 30 mit
dem Rückflussverhinderer 27 kombiniert.
Die Wirkungsweise des Wassermengenreglers 30 in 6 entspricht der Ausführungsform
in 5.