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"Verfahren und Vorrichtung zur Regelung der Temperatur des Heizungsvorlaufs
bei Warm-V"lasser-Zentralheizungsanlagen" Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur
Regelung der Temperatur des Heizungsvorlaufs bei Warmwasser-Zentralheizungsanlagen
sowie zur Durchführung des Verfahrens bestimmte Vorrichtungen.
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Bei TJarmwasser-Zentralheizungsanlagen ist es 'bekannt, zur Regelung
der Heizleistung der angeschlossenen Heizkörper, sei es in Abhängigkeit von der
Innentemperatur der zu beheizenden Räume, sei es in Abhängigkeit von der Außentemperatur
oder der Witterung, Mischventile in form von Dreiwege-nischer oder Vierwege-Mischer
am Kesselvorlauf anzuordnen. Damit wird es ermöglicht, eine gewünschte Temperatur
des rieizungsvorlaufes durch Beimischung von abgekühltem HeizungsräcklaufwaSser
zum heißen Kesselwasser einzustellen.
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Die Bedienung dieser bisher bekannten Mischventile erfolgt entweder
durch riandst euerung oder durch einen eingebauten oder artgebauten Motor. :Bei
handgesteuerten Mischventilen ist eine häufige Regulierung nötig, die eine Überwachung
der verschiedenen Temperaturen nötig macht und darier im allgemeinen eine eigene
Bedienungsperson
erfordert. Die Motorsteuerung eines motorgetriebenen
Nischventiles kann von einem Zentralgerät aus erfolgen, jedoch sind derartige motorgetriebene
Mischventile sehr aufwendig und zum Teil störanfällig. Die Motorsteuerung erfordert
in jedem Fall Hilfsenergie in Form von Elektrizität und damit auch laufende Betriebskosten.
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Der Erfindung liegt die ,Aufgabe zugrunde, die Regelung der Temperatur
des Heizungsvorlaufes zu erleichtern und die dazu verwendeten Vorrichtungen zu vereinfachen.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei einem Verfahren zur Regelung
der Temperatur des Heizungsvorlaufes bei Warmwasser-Zentralheizungsanlagen erfindungsgemäß
ein in einem Mischventil angeordnetes temperaturabhängiges Steuerelement in Abhängigkeit
von der Kesselvorlauftemoeratur den Anteil des Kesselvorlaufs am Heizungsvorlauf
steuert.
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Bei den bisher bekannten Anlagen erfolgte die äteuerung entweder in
Abhängigkeit von der Temperatur des zu beheizenden Raumes durch Handverstellung
des Mischventiles oder in Abhängigkeit von der Temperatur des Heizungsvorlaufes
durch einen motorbetriebenen Drei- oder Vierweg-Mischer. Im Gegensatz dazu erfolgt
bei dem erfindungsgemäßem Verfahren die Regelung durch ein thermostatisches Arbeitselement
in Abhängigkeit von der Kesselvorlauftemperatur. Diese Arbeitselemente arbeiten
als sogenannte Regler ohne Hilfsenergie. Die zur Verstellung des Ventils benötigten
Kräfte werden durch Volumenänderung der Dehnstoff-füllung in Abhängigkeit der Temperatur
erzeugt. Der Heizkessel wird hierbei konstant beheizt, im allgemeinen auf ca. 7C0
C. Der Öffnungsbeginn des thermostatischen Arbeitselementes wird ca.
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0 C 'über der konstanten Kesseltemperatur eingestellt. In diesem Betriebszustand
erfolgt die Umwälzung des eigentlichen Heizkreislaufes ohne Beimischung von heißem
Kesselwasser. Erst 'nach weiterer :Erwärmung des Kesselwassers, welche durch Zuschaltung
des Brenners bei ölgefeuerten Kesseln erfolgt, öffnet das Mischventil kesselseitig.
Die Zuschaltung des Ölbrenners erfolgt über einen gesonderten Thermostaten, welcher
vorzugsweise im Heizungsvorlauf angeordnet ist. Es wird also im Gegensatz zu dem
bisher üblichen Verfahren dem Heizungsrücklauf in Abhängigkeit der Kesselvorlauftemperatur
Kesselwasser beigemischte Die Beeinflussung der Kesselvorlauftemperatur geschieht
wie vorstehend geschildert wiederum in Abhängigkeit z.B. von der Heizungsvorlauftemperaturo
Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann auch eine an sich bekannte Vorrangschaltung
für Warmwasserbereitung in vorteilhafter greise durchgeführt werden. Beim Unterschreiten
einer eingestellten Warmwassertemperatur schließt das thermostatische Arbeitselement
den Kesselvorlauf zum Mischventil, so daß die Kesselanlage nur den Warmwasserbereiter
heizt und der Vorlauf zu den heizkbrrern kesselseitig gesperrt wird. Erst wenn die
tarmwassertemperatur den eingestellten «Wert am Mischventil wieder erreicht hat,
kann dem Heizkreislauf wieder Kesselwasser zugeführt iaerden, indem das Mischventil
auf die erforderliche Vorlauftemperatur regelt.
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Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des
vorstehend beschriebenen Verfahrens, wobei erfindungsgemäß im Mischventil ein thermostatisches
Arbeitselement mit temperaturabhängigem Ausdehnungsstoff und Arbeitskolben angeordnet
ist, dessen temperaturempfindlicher Teil zur Gänze im Kesselvorlauf liegt und dessen
Arbeitskolben
zwei Ventilverschlußelemente, z.B. Ventilteller verschiebt,@von
denen eines dem Heizungsrücklauf zugeordnet ist. . Bei einer bevorzugten Ausführungsform
ist dabei das zweite Ventilscnließelement dem Kesselvorlauf-Verschluß zugeordnet.
Besonders vorteilhaft ist es ferner, die Anordnung so zu-treffen, daß der Kesselvorlauf
achsial mit der Bewegungsrichtung des Arbeitskolbens einströmt.
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Da das Ärbeitselement sich bei dieser Ausführungsform hinter beiden
Ventilverschlußelementen befindet, wird vermieden, daß durch eventuelles Leckwasser
vom Heizungsrücklauf das Arbeitselement in unerwünschter Neise beeinflußt wird.
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Zur Rückstellung der Ventilverschlußelemente dient eines sich einerseits
gegen einen im Mischventil ortsfest angebrachten Steg und andererseits gegen ein
Ventilverschlußelement abstützende an sich bekannte Rückstellfeder.
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In vorteilhafter Weise ist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung
zwischen den beiden Ventilverschlußelementen eine Uberlauffeder vorgesehen, die
eine Weiterbewegung des Arbeitskolbens und des mit diesem fest verbundenen Ventilverschlußelementes
auch dann ermöglicht, wenn das zweite Ventilverschlußelement bereits in seiner Schließstellung
sich befindet.
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Eine fertizungs- und montagetechnisch besonders ?iünstige KonstrulL-tion
wird dann erhalten, wenn nach einer Weiterbildung der Erfindutl& düs thern:ostatische
Arbeitselement mit den, Arbeitskolben den beiden Ventilverschlußelementen, den Rückstell-
und Überlauffedern und dem
Raststeg zu einer in das Mischventilgehäuse
einsetzbaren Baueinheit zusammengefaßt sind. Dabei wird vorzugsweise der Raststeg
auf drei Streben gelagert und durch Abstandshülsen fixiert.
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Zur Notverstellung bei Ausfall des thermostatischen Arbeitselementes
dient eine Verstellschraube, deren Achse in vorteilhafter Weise senkrecht zur Bewegungsrichtung
des Arbeitskolbens verläuft und die mit ihrem vorzugsweise verjüngtem Ende auf das
den HeizungsrUcklaufanschluß zugeordnete Ventilverschlußelement wirkt. Diese Verstellschraube
kann im Sinne einer Öffnung des Kesselvorlaufanschlusses einwirken.
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Für ein schnelleres Ansprechen des thermostatischen Arbeitselementes
ist es vorteilhaft, einen zusätzlichen Anschluß für den Kesselrücklauf im Gehäuse
des rdischventils, in dem dauernd vom Kesselvorlauf beaufschlagten Teil des Mischventils-Inneren,
vorzusehen.
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Bei einer abgewandelten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist das thermostatische Arbeitselement in einer zentralen Kammer des Mischventiles
angeordnet, derart, daß der Kesselvorlauf im wesentlichen senkrecht zur Bewegungsachse
des Arbeitskolbens ein-.
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strömt. Auch hier läßt sich eine leichte Montage dadurch erzielen,
dab bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der zentrale Teil des Mischventils
durch einen Deckel zugänglich und die Ventilanordnung als Baueinheit einsetzbar
bzw. ausbaubar ist.
| Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand der
Zeich- |
| näher |
| nungen/erläutert. Dabei zeigt: |
Fig. 1 schematisch dargestellt eine vollständige Heizungsanlage
mit witterungsabhängiger Regelung, Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung und Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel.
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In Fig. 1 ist schematisch eine vollständige Warmwasser-Zentralheizungs.
anlage mit Warmwasserbereiter für Brauchwasser dargestellt. Dabei wird ein Kessel
1 mittels eines Ölbrenners 2 befeuert.. An den Kessel 1 ist ein Warmwasserbereiter
3 angescnlossen. Die Heizungsanlage ist schematisch durch ein, alle Radiatoren oder
dergleichen symbolisierendes Teil 4 dargestellt. Die Regelung der Anlage erfolgt
über ein an sich bekanntes Zentralgerät 5, an das ein litterungsfühler 6, ein Raumthermostat
7 oder ein Vorlauffühler 8 angeschlossen sind. Das Zentralgerät 5 steuert mit Hilfe
an sich bekannter Regeleinrichtungen den Ölbrenner 2. Beim Kessel 1 ist ein Kesseltemperaturwächter
9 vorgesehen und am Warmwasserbereiter 3 ein Boilerthermostat 10. Mit 11
ist die Frischwasserzufuhr und mit 12 die Brauchwasserleitung bezeichnet. Vom Warmwasserbereiter
3 geht eine Leitung 13 als Kesselrücklauf wieder zum Kessel 1. Eine Kesselvorlaufleitung
14 führt zum Mischventil 15. An diesem Mischventil 15 ist der Heizungsvorlauf
16" angeschlossen, in dessen weiteren Verlauf zweckmässig eine.Umwä1zpumpe 17 angeordnet
ist. Von den Heizkörpern 4 führt der tleizungsrüc$lauf 18 einerseits über eine Zeitung
19 zum Mischventil 15 und über eine Zeitung 20 zum Kessel 1 zurück.
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Im Mischventil 15 wird, gemäß einem Merkmal der Erfindung am Eingangsteil
des Kesselvorlaufes 14 noch ein zusätzlicher Kesselrucklauf 21 angeschlossen.
In
Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Mischventils 15 im Schnitt
dargestellt. Das Gehäuse 22 des Mischventils 15 ist mit Anschlußflanschen 141, 16'
und 191 für den Kesselvorlauf 14, den Heizungsvorlauf 16 und den Heizungsrücklauf
19 versehen. Anstelle der Flansche können auch Schraubverbindungen vorgesehen werden.
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Der Flansch 141 ist in Form eines Verbindungsstücks ausgebildet, das
mittels vier Zylinderschrauben 23 am Gehäuse 22 befestigt ist. Zwischen dem Teil
141 und dem Gehäuse 22 ist in an sich bekannter Weise ein Flachdichtring 24 vorgesehen.
Im Inneren des Gehäuses 22 ist d.ls einsetzbare Baueinheit eine Ventilanordnung
mit Hilfe der Schrauben 25 befestigt. Diese Baueinheit besteht aus einem Tragteil
26, in dem das therfostatische Arbeitselement 27 befestigt ist. Dieses thermostatische
Arbeitselement 27 besitzt ein Gehäuse, in dem ein unter Wärmeeinwirkung ausdehnungsfähiger
Stoff enthalten ist. Dieser Stoff wirkt auf einen Arbeitskolben 28, der auf einer
Justierschraube 29 im Ventilverschlußelement 31 aufsitzt. Die beiden @entilverschlußelemente
31 und 32 sind durch die Stange 30 miüeinander verbunden, wobei sich das
Ventilverschlußelement 32 durch die -überlauffeder 38 auf das Ventilverschlußelement
31 abstützt. Diese Einheit ist in der Stützanordnung 34 gelagert, die durch 3 Stehbolzen
33 mit dem Teil 26 verbunden ist. Zur Abstandshaltung dieser Stützanordnung 34 sind
die Abstandshülsen 35 vorgesehen, die einerseits die Stützanordnung 34 auf die Absätze
der Stehbolzen 33 drückenp andererseits den Ventilsitz 48 in entsprechendem Abstand
halten. Eine Rückstellfeder 36 lagert mit ihrem einen-Ende am Abstützteil 34, mit
ihrem anderen Ende am Verschlußelement 31. Sie bezweckt, daß aas Ventilverschlußelement
31 im Ruhezustand das Gehäuseinnere gegen das Kesselwasser abschließt.
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Die bereits erwähnte Überlauffeder 38 ermöglicht, daß sich der Arbeitskolben
28
und mit ihm das Ventilverschlußelement 31 noch weiter nach rechts bewegen kann,
auch dann, wenn das Ventilverschlußelement 32 bereits auf dem Ventilsitz 48 aufgelaufen
ist und den Heizungsrücklauf gegen das Gehäuseinnere abgeschlossen hat.
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Hie Ventileinheit ist gegen das Gehäuse 22 mit einem Rundschnurring
39 bei geschlossenem Heizungsrücklauf gegen das Gehäuseinnere abgedichtet.
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Zweckmässig wird noch ein Dichtungsbalg 40 zwischen dem Gehäuse 27
des thermostatischen Arbeitselementes und einer am Arbeitskolben 28 angeordneten
Hülse 41 angebracht, wodurch ein Zutritt des unter Umständen aggressiven Kesselwassers
zu dem Fußteil des Arbeitskolbens 28 vermieden wird.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung arbeitet dabei in der Weise, daß
bei Erreichen einer bestimmten Temperatur des Kesselvorlaufes der Arbeitskolben
28 des Arbeitselementes 27 nach rechts verschoben wird und dabei die Ventilverschlußelemente
31 und 32 mitnimmt. Je nach dem Verschiebeweg des Arbeitskolbens 28 wird die Beimischung
des Heizungsrücklaufes zum Heizungsvorlauf und des Kesselvorlaufes zum Heizungsvorlauf
gesteuert. Bei besonders großem Wärmebedarf der Heizungsanlage öffnet das Ventilverschlußelement
31 vollständig, während durch das Ventilverschlußelement 32 der Heizungsrücklauf
zur Gänze abgesperrt wird.
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Um ein sicheres Öffnen des Kesselvorlauf-Anschlusses bei einer bestimmten
gewählten Temperatur zu gewährleisten, ist es zweckmässig, in dem st;i.ndig vom
Kesselvorlauf beaufschlagten Raum des VerbindungsstUcks 14' noch einen zusätzlichen
Anschluß 21' für einen Kesselrücklauf
vorzusehen. Durch die ständige
Zirkulation des Kesselwassers um den temperaturempfindlichen Teil des thermostatischen
Arbeitselementes 27 wird sichergestellt, daß keine Wärmestauungen oder dergleichen
auftreten können, die zu einer fehlerhaften Schaltung führen könnten.
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Für eine eventuell notwendig werdende Notverstellung ist ein Gewindestift
42 in der stand des Gehäuses 22 verstellbar angeordnet, der an seinem vorderen nde
konisch ausgebildet ist. Dabei liegt ,im Öffnungszustand des Ventilverschlußelementes
32 die konusförmige Spitze 43 an der Rückseite des Elementes 32. Sollte aus
irgendwelchen Gründen das Ventilverschlußelement 31 trotz ausreichender Temperatur
des Kesselvorlaufs nicht öffnen, kann durch Einschrauben des Gewindestiftes 42 eine
Verschiebung des Ventilverschlußelementes 32 nach rechts erzielt werden, wodurch
zwangsläufig auch das Ventilverschlußelement 31 von seinem Sitz abgehoben wird.
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Sei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist das thermostatische Arbeitselement
27 mit den Ventilverschlußelementen 31 und 32 in einer zentralen Kammer 44 des 1Vlischventilgehäuses
45 angeordnet, Auch das Gehäuse 45 weist wieder Anschlußflansche 1411, 16" und 19"
für den Kesselvorlauf, den Heizungsvorlauf und den Heizungsrücklauf auf.
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Die Ausführungsform nach Fig. 3 unterscheidet sich von der Ausführungsform
nach Fig. 2 unter anderem dadurch, daß hier der Arbeitekolben 28 in der Kammer 44
bzw. im Gehäuse 45 befestigt ist. Dabei wird das temperaturempfindliche Arbeitselement
27 gemeinsam mit dem Ventilverschlußelementen 31 und 32 gegen die Wirkung einer
Rü.ekstell-
Feder 46 verschoben. Ein weiterer Unterschied-besteht
darin, daß der Kesselvorlauf radial zur Bewegungsrichtung des Arbeitskolbens bzwo
Arbeitselementes angeordnet ist. Im übrigen entspricht die Wirkungsweise dem des
Ausführungsbeispieles nach Fig. 2. Auch bei der abgewandelten Ausführungsform ist
die Ventileinheit als Baueinheit ausgebildet und kann nach Abnahme eines Deckels
47 als Ganzes in die Kammer 44 des Gehäuseoberteiles 45 eingesetzt bzwo aus
dieser ausgebaut werden. .
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Die erfindungsgemäße Anordnung eines thermostatischen Arbeitselementes
mit Ausdehnungsstoff ergibt den wesentlichen Vorteil, daß sämtliche Elemente zur
Verstellung des Mischventiles im Mischventilgehäuse selbst untergebracht sind. Ferner
entfällt die Notwendigkeit einer Bedienungsperson, da die erfindungsgemäße Vorrichtung
völlig selbsttätig arbeitet. Auch ist dazu kein aufwendiger Antriebsmotor mit rotierenden
Teilen und elektrischen Anschlüssen no-iwendigo Dadurch, daß die Regelung der Vorlaufbeimischung
in Abhängigkeit von der Kesselvorlauftemperatur erfolgt, kann der Kessel praktisch
mit seiner optimalen Temperatur betrieben werden, so daß die sonst auftretenden
Korrosionsschäden vermieden werden, weil die-Temperatur der Kesselheizflächen ständig
über dem Taupunkt der bei Ölfeuerung auftretenden schädlichen Säuren gehalten werden
kann.
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Da bei einer Warmwasserbereitung für die gebräuchlichen Boiler oder
Durchflußbatterien eine möglichst konstante Heizwassertemperatur von mindestens
70o C gefordert wird, im Gegensatz dazu jedoch die Heizungsanlage mit gleitender
Heizungsvorlauftemperatur beheizt werden muß, damit in den einzelnen Räumen trotz
sich ändernder Witterungsverhältnissetgleicbbleibende,
eingestellte
Temperaturen herrschen, ist es erforderlich, die Heizleistung des Kessels zunächst
dahingehend auszunützen, daß das Brauchwasser die gewünschte Temperatur von 70o
C erreicht und beibehält. Erst oberhalb dieser Temperatur kann das Kesselwasser
zur Heizung der Räume benutzt werden. Zweckmäßig wird daher die Öffnungstemperatur
des thermostatiscren Arbeiuselementes zwischen 70 und 90o C eingestellt. Ein weiterer
Vorteil ergibt sich dadurch, daß bei geregelten Heizungsanlagen mit Schnellaufheizung
nach Nachtbetrieb eine schnellere Erwärmung des Kesselwassers dadurch erreicht wird,
daß das Kesselwasser erst nach Aufheizung auf die vorbestimmte Temperatur dem Heizungsvorlauf
zugeführt wird.
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Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Merkmale
beschränkt. Sie betrifft auch vorteilhafte Unter- oder Teilkombinationen dieser
Merkmale. Die konstruktive Ausbildung des Mischventiles kann ohne weiteres von den
in der Zeichnung dargestellten Raumformen abweiehen, ohne den Bereich der Erfindung
zu verlassen.