DE10344003B3

DE10344003B3 - Stratified charge storage device for water heating system has water regulating valve in form of electrically heated expansion element

Info

Publication number: DE10344003B3
Application number: DE10344003A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Kröll
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-09-23
Filing date: 2003-09-23
Publication date: 2005-03-24
Anticipated expiration: 2023-09-24

Abstract

The storage device includes a storage tank (10) and the charging circuit (14). The tank has a cold water outlet (16) and a hot water inlet (18) connected to a heat exchanger (13). The circuit includes a circulation pump (20) to supply water to the tank. This circuit also contains a water regulator (30) in the form of a valve (50) consisting of an electrically heated thermal expansion element (34).

Description

Die Erfindung betrifft eine Schichtladespeicheranordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a stratified charge storage arrangement according to the preamble of claim 1.

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.at the known Schichtladespeicheranordnungen the heating takes place and reheating the stratified storage in such a way that water is released taken from the bottom of the stratified storage tank via a cold water outlet and after heating in a heat exchanger in the top Area of the layer memory over a hot water supply is initiated. For charging the stratified storage tank a charging circuit is provided in which a charge pump is arranged, the upheaval realized the water between stratified storage tank and heat exchanger.

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.at known Schichtladespeicheranordnungen the water circulation amount in the charging circuit by fixed resistors (Piping, throttle, valves) determined. Deviations due Manufacturing tolerances at the charge pump delivery rate, the pipelines, Built-in (backflow preventer) or Change chokes the water circulation in the charging circuit and thus without readjustment Single-layer temperature in the stratified storage. This leads in the Practice for deviations from the desired hot water temperature and to a longer one Loading time of the layer memory. Basis for the design of the water circulation is the cold water temperature, the hot water temperature to be reached and the power of the heater. Increases For example, the cold water temperature, so increases as a result also the hot water temperature. To keep the amount of hot water constant then the device performance be reduced. This leads to, as mentioned, to a longer one Charging time. On the other hand, the system is with a fixed hot water end temperature designed. Will be a higher hot water end temperature desired does this too to long heating times.

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.Out DE 197 09 826 A1 a stratified charge storage arrangement is known in which a thermostatically controlled valve is installed in a supply line of the charging circuit of a stratified reservoir, which releases a larger flow cross-section with increasing temperature.

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.A stratified charge storage arrangement with a stratified storage tank, which is charged via a heat collector heated by a solar collector, is made of DE 195 39 880 A1 known. In this stratified charge storage arrangement, a temperature-dependent control valve is arranged in the line branch leading from below the stratified storage, which is controlled by an inlet temperature sensor in such a way that it closes when the temperature of the water supplied to the stratified storage tank falls below a lower limit. An arranged in a bypass branch further control valve releases a residual circuit when the control valve is closed.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

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. task the stratified charge storage arrangement according to the invention It is 1, the amount of circulating water with simple means of cold water temperature in the flow section and / or the hot water temperature in the hot water inlet adapt. This object is achieved according to the invention with a stratified charge storage arrangement solved with the features of claim 1. The hot water temperature can in the flow section or in the upper area of the storage tank. The use a power-controlled charge pump is eliminated.

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.The Water circulation is achieved by means of a thermal expansion element, arranged in the cold water inlet or in the return section is, controlled or regulated. This will be at a higher temperature the cold water inlet expand the expansion element and thus a larger cross-section in the inlet to the heat exchanger release. In an arrangement of the thermal expansion element in the hot water zulauf is the increase in the hot water temperature of the stratified storage on the heat exchangers supplied Amount of water also increased.

Die Wasserumlaufmenge im Ladekreis wird dabei so verändert, dass die Warmwassertemperatur im Wesentlichen konstant bleibt.The Water circulation in the charging circuit is changed so that the hot water temperature in Remains essentially constant.

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.there becomes the thermal expansion element with an electric heater acted upon, wherein at a high hot water temperature through the heater heats the expansion element and thereby the flow area is enlarged, so that is through the heat exchanger flowing Increased amount of water in the charging circuit.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Maßnahmen der Unteransprüche möglich.advantageous Further developments of the invention are possible by the measures of the subclaims.

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.to Realization of the described technical solutions are finally embodiments as Water flow regulator possible, at the temperature dependent Water flow control, the backflow preventer located in the charging circuit and the motorized valve, or parts thereof, to one Function unit are summarized.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.embodiments The invention are illustrated in the drawing and in the following description explained in more detail.

Es zeigenIt demonstrate

1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfinduugsgemäßen Schichtladespeicheranordnung, 1 A first embodiment of a Schichtladespeicheranordnung according to the invention,

2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schichtladespeicheranordnung, 2 A second embodiment of a stratified charge storage arrangement according to the invention,

3 eine erste Ausführungsform eines Wassermengenreglers, 3 a first embodiment of a water quantity regulator,

4 ein Ausführungsform eines beheizbaren thermischen Ausdehnungselements, 4 an embodiment of a heatable thermal expansion element,

5 eine zweite Ausführungsform eines Wassermengenreglers und 5 a second embodiment of a water flow regulator and

6 eine dritte Ausführungsform eines Wassermengenreglers. 6 a third embodiment of a water flow regulator.

Ausführungsbeispieleembodiments

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.The stratified charge storage arrangement according to the invention 1 and 2 has a storage tank 10 with a lower area 11 and an upper area 12 and a heat exchanger 13 on that over a charging circuit 14 hydraulically connected to each other. The charging circuit 14 has a return section 15 with a cold water outlet 16 and a lead section 17 with a hot water supply 18 on. The cold water outlet 16 flows into the lower area 11 of the storage container 10 , The hot water supply 18 leads the lead section 17 in the upper area 12 of the storage container 10 , Between cold water outlet 16 and heat exchangers 13 is a circulation pump 20 in the return section 15 of the charging circuit 14 looped.

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.In the return section 15 of the charging circuit 14 flows through a check valve 22 in the flow direction of the circulated water before the circulation pump 20 a cold water inlet 23 so that this too is in the lower range 11 of the storage container 10 leads. But it is also possible, the cold water inlet 23 as a separate pipeline in the lower area 11 of the storage container 10 to be ignited. From the upper area 12 of the storage container 10 leads a service water pipe 24 gone, to a tap 25 leads. In the return section 15 of the charging circuit 14 there is still another check valve 27 and a water regulator 30 , The heat exchanger 13 with a flow line 28 and a return line 29 connected to a heating circuit of a heater, not shown.

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.In the area below 11 of the storage container 10 is a first temperature sensor 41 and overlying a second temperature sensor 42 arranged. A third temperature sensor 43 is in the lead section 17 near the hot water inlet 18 , By means of the second temperature sensor 42 the commissioning of the hot water operation, for example by means of a priority circuit installed in the control unit of the heating circuit for dhw heating takes place. By means of the first temperature sensor 41 the Speicheraufheizbetrieb is terminated, wherein a circulation pump or Ladepumpennachlauf can be provided. Finally, by means of the third temperature sensor 43 the burner output is regulated for the hot water temperature.

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. 1 shows an arrangement for controlling the amount of circulating water with a mechanical control element 31 executed water flow regulator 30 , The mechanical control 31 That in the return section 15 is arranged, includes a flow restrictor 32 and a temperature-dependent water amount control element 33 , The flow limiter 32 Adopts the volume control, so that the preset amount of water is kept constant even with tolerances of charge pump and piping and thereby results in a temperature difference between cold water and hot water, for example, 50 K. The temperature-dependent water quantity control element 33 , which has the function of a charge controller with temperature compensation, is as a in 3 illustrated thermal expansion element 34 , z. B. wax expansion element executed. The expansion element 34 is according to 3 in a water pipe 35 used and is thus of the in the return line 15 flowing cold water flows around. The expansion element 34 is still over a valve stem with a valve plate 36 connected with a spring 37 preloaded and a valve seat 38 assigned. Due to the temperature of the expansion element 34 around flowing water, there is a change in an opening gap 39 between valve plate 36 and valve seat 38 so that over the opening gap 39 the amount of water recirculation based on the applied temperature of the cold water at the cold water inlet 15 is controlled.

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.In the embodiment in 2 is the water regulator 30 in the supply line 17 of the charging circuit 14 arranged. According to the embodiment 2 is as a water regulator 30 , as in 1 , a mechanical control 31 with flow limiter 32 and thermal expansion element 34 used, with increasing the hot water temperature in the flow section 17 the layer memory 10 over the heat exchangers 13 supplied amount of water is increased.

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.To realize a temperature-controlled regulation of the water circulation rate by means of in 1 and 2 illustrated water quantity control element 33 is the thermal expansion element 34 with an electric heater 40 according to 4 executed. Here, a setpoint for a desired hot water temperature is specified and on the basis of the temperature sensor 43 recorded hot water temperature in the flow section 17 over the heater 40 the opening gap 39 of the expansion element 34 influenced and thereby the water circulation rate is tracked to the setpoint of the hot water temperature. If the hot water temperature is too high, the electric heating will be used 40 the expansion element 34 heated, thereby the opening gap 39 extended and thus increases the water circulation.

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.In addition to the in 3 described embodiment of a water quantity regulator 30 is in 5 a combination of a thermal expansion element 34 with a mechanically controlled valve 51 shown as a fixed water flow regulator.

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.By means of the valve 51 the hot water temperature is set to a desired setpoint temperature by means of a setpoint control via the water circulation volume. The water flow control is done by means of a valve 51 belonging valve disc 52 , By means of the expansion element 34 In addition, consideration is given to the water temperature in the cold water inlet 15 , The temperature-dependent water quantity control takes place via an expansion element 34 adjustable opening gap 53 , This embodiment of a water flow regulator 30 is due to the consideration of the cold water temperature for installation in the flow section provided.

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.Another embodiment of a water flow regulator 30 comes from 6 out. There is in addition to the embodiment in 5 the water quantity regulator 30 with the backflow preventer 27 combined. The mode of action of the water quantity regulator 30 in 6 corresponds to the embodiment in FIG 5 ,

Claims

Schichtladespeicheranordnung with a storage tank and a charging circuit, which is connected to a cold water outlet and a hot water supply to the storage tank and to a heat exchanger, wherein in the charging circuit, a circulation pump is connected, which promotes a water circulation amount for charging the storage tank with hot water, and wherein in the charging circuit Water quantity control valve is arranged as a water flow regulator, which controls the amount of circulating water in the charging circuit so that the water circulation rate of the cold water temperature and / or the hot water temperature is adjusted, characterized in that the water flow control valve ( 50 ) as an electrically heatable thermal expansion element ( 34 ) is executed.

Schichtladespeicheranordnung according to claim 1, characterized in that the electrically heatable thermal expansion element ( 34 ) in one of a temperature sensor ( 43 ) guided loop is involved.

Laminated charge storage arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the electrically heatable thermal expansion element ( 34 ) with a mechanically controlled valve ( 51 ) is combined.

Layer charge storage arrangement according to claim 3, characterized in that the with the mechanically controlled valve ( 51 ) combined electrically heatable thermal expansion element ( 34 ) with a check valve ( 27 ) is coupled.