DE19504694C1

DE19504694C1 - Wärmespeicher und Verfahren zum Betreiben des Wärmespeichers

Info

Publication number: DE19504694C1
Application number: DE19504694A
Authority: DE
Inventors: Karlheinz Foerster
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-02-13
Filing date: 1995-02-13
Publication date: 1996-08-01
Anticipated expiration: 2015-02-14

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmespeicher zur Versorgung von einem Heiz- oder mehreren Heizkreisen nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zum Betreiben des Wärmespeichers.

Solche Speicher werden als Puffer zwischen den Heizkessel (Öl-, Gas- oder Feststoffheizung) und den Heizkreis ge schaltet, um eine möglichst gleichmäßige Versorgung der selben zu gewährleisten. Dies ist insbesondere bei Feststoff heizungen erforderlich, da bei diesen eine mehr oder weniger ungleichmäßige Wärmeabgabe erfolgt.

Bekannte Speicher dieser Art bestehen aus einem aufrecht stehenden, isolierten Kessel mit bspw. 900-1500 Liter Volumen, der am oberen und am unteren Ende mit je zwei Flanschen versehen ist. Auf einer Seite erfolgt oben die Zufüh rung des vom Heizkessel auf bspw. 80°C aufgeheizten Wassers, der Rücklauf ist am unteren Flansch angeschlossen.

Auf der anderen Seite des Kessels, meist diametral gegenüber, befindet sich der Heizkreis, d. h. es erfolgt die Abnahme des Speichermittels (Wasser), wobei am oberen Flansch der Vorlauf des Heizkreises und am unteren dessen Rücklauf angeschlossen ist.

So konstruierte Speicher weisen verschiedene Nachteile auf. So wird beim Anheizen des Systems das vom Heizkessel kommende heiße Wasser oben in den Speicher gedrückt und vermischt sich hier mit dem noch relativ kalten Wasser, d. h. es tritt eine starke Vermischung von heißen und kalten Wasser im oberen Teil des Speichers ein, so daß für einen längeren Zeitraum nur mäßig heißes Wasser für den Vorlauf des Heizkreises zur Verfügung steht.

Aus der DE 42 08 958 C2 ist es bereits bekannt, den Vorlauf-Ein gang und den Vorlauf-Ausgang im oberen Bereich des Pufferspei cherbehälters anzuordnen und durch wenigstens ein Vorlaufrohr im Pufferspeicherbehälter miteinander zu verbinden, wobei dieses Vorlaufrohr verteilt Bohrungen als Durchströmöffnungen zum Pufferspeichervolumen aufweist.

Ein oberer Rücklauf-Ausgang und Rücklauf-Eingang liegen eben falls im oberen Bereich des Pufferspeicherbehälters, wobei zusätzlich ein unterer Rücklauf-Ausgang im unteren Bereich des Pufferspeicherbehälters vorgesehen ist.

Der obere Rücklauf-Ausgang und der Rücklauf-Eingang sind durch wenigstens ein Rücklaufrohr innerhalb des Pufferspeicherbe hälters miteinander verbunden, wobei dieses Rücklaufrohr ebenso wie das Vorlaufrohr verteilt Bohrungen als Durchström öffnungen zum Pufferspeichervolumen aufweist.

Der obere Rücklauf-Ausgang und der untere Rücklauf-Ausgang sind über ein steuerbares Umschaltventil miteinander verbunden, das weiter mit dem Rücklauf des Heizkessels verbunden ist, so daß wahlweise der obere oder untere Rücklauf-Ausgang mit dem Rück lauf des Heizkessels verbunden ist.

Auf diese Weise wird ein schnelles Aufheizen des Heizkreises erreicht, da beim Aufheizen des Systems der Heizkreisvor- sowie Rücklauf im wesentlichen direkt mit dem Vor- bzw. Rücklauf des Heizkessels verbunden sind, d. h. die Energiezufuhr zum Heiz kreis erfolgt durch den Pufferspeicher hindurch, ohne daß dieser eine nennenswerte Speicherfunktion ausübt.

Diesem Zweck dient auch offensichtlich das oder die Schicht bleche im oberen Bereich des bekannten Speichers, die eine Ver mischung des oberen sich erwärmenden Speicherwassers mit dem darunterliegenden kälteren Wasser vermeiden sollen. Erst nach erfolgter Aufheizung des Heizkreises wird über das Umschalt ventil auf den unteren Bereich des Speichers geschaltet, so daß sich auch dieser erwärmt.

Der bekannte Wärmespeicher erlaubt zwar ein sehr rasches Auf heizen des Heizkreises, eine statische Schichtung des Speicher mediums wird jedoch durch das dauernde Einleiten von Rücklauf wasser unterschiedlicher Temperatur in den oberen Bereich des Speichers und durch die Schichtbleche gestört.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Pufferspeicher zu schaffen, dessen Rück läufe sowohl vom Heizkessel als auch von dem bzw. den Heiz kreisen so geführt und gesteuert werden, daß sie den durch Konvektion entstehenden natürlichen Schichtaufbau des Speichers möglichst nicht stören.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs.

Die Erfindung wird anhand des in der Figur dargestellten Aus führungsbeispiels erläutert. Dabei ist jeweils nur ein einziger Heizkesselkreis und ein Heizkreis dargestellt. Es versteht sich von selbst, daß jeweils mehr als ein solcher Kreis verwendet werden können.

Der Kessel 1 ist in bekannter Weise mit einer Isolierung 2 ummantelt. Auf der rechten Seite ist der Vor- und Rücklauf 3 und 4 des Heizkessels und links der Vor- und Rücklauf 5 und 6 des Heizkreises dargestellt. Die Leitungen beider Kreise sind in bekannter Weise als einfache Linien für die Vorläufe und als gestrichelte Linien für die Rückläufe gezeichnet. Der obere Flansch 7 für den Vorlauf 3 des Heizkessels und der gegenüber liegende Flansch 8 für den Vorlauf 5 des Heizkreises sind in bekannter Weise durch ein sich durch den Speicher erstreckendes Rohr 9 verbunden. Dieses Rohr weist an seiner Oberseite eine Anzahl von Öffnungen 9′ auf.

Im mittleren Bereich des Speichers 1 ist zwischen Flanschen 10 und 11 ein weiteres Lochrohr 12 vorgesehen, das beidseitig seitlich angebrachte Öffnungen 12′ aufweist.

Ein weiteres Lochrohr 13 befindet sich zwischen den Flanschen 14 und 15 im unteren Bereich des Speichers. Dieses Rohr ist mit Öffnungen 13′ an seiner Unterseite versehen.

Die Flansche 10 und 14 sind miteinander über ein Dreiwegeventil 16 verbunden, das seinerseits über ein Rohr 17 mit einem Drei wege-Thermoventil 18 verbunden ist. Vorlauf 3 und Rücklauf 4 des Heizkesselkreises münden im Dreiwege-Thermoventil 18, das in bekannter Weise der Rücklaufanhebung dient.

Das Dreiwegeventil 16 wird durch einem im Kessel 1 etwa in Höhe des Rohres 12 angeordneten Thermofühler 19 gesteuert.

Auf der Heizkreisseite des Kessels ist der Vorlauf 5 über einen Dreiwegemischer 20 mit dem Flansch 8 des Rohres 9 verbunden.

Der Rücklauf 6 ist sowohl an das Ventil 20 als auch an den Flansch 11 des Rohres 12 und an den Flansch 15 des Rohres 13 angeschlos sen. Im Rohrstück 21 zwischen den Flanschen 11 und 15 ist ein Thermoventil 22 angeordnet.

23 bzw. 24 bezeichnen die Umwälzpumpen des Heizkesselkreises bzw. des Heizkreises.

25, 26 und 27 bezeichnen Rückschlagventile im Rücklauf des Heizkreises, die Fehlzirkulationen im Speicher verhindern.

Es ist vorteilhaft, für die Brauchwasserbereitung in Ver bindung mit dem erfindungsgemäßen Speicher einen Platten tauscher zu verwenden, da das Aufheizen eines Boilers die Funktion des Speichers kompliziert.

Ein solcher Plattentauscher 28 ist in der Figur parallel zum Heizkreis angeordnet. Dessen Vorlauf 29 ist über ein Dreiwege-Thermoventil 30 mit dem Vorlauf 5 des Heizkreises verbunden.

31 bezeichnet die Umwälzpumpe des Brauchwasserbereiters, dessen Rücklauf 32 über das Rückschlagventil 25 mit dem Rücklauf 6 des Heizkreises in Verbindung steht.

33 ist ein Überdruckventil für den Kessel 1.

Im folgenden soll die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Anordnung beschrieben werden.

Der im Speicher 1 etwa in Höhe des Rohres 12 angebrachte Thermo fühler 19 betätigt das Dreiwegeventil 16 so, daß der Rücklauf bei einer Temperatur von bspw. <65° am Fühler 19 dem unteren Teil des Speichers über das Rohr 13 entnommen wird, während bei Temperaturen von bspw. <65° an der Stelle des Fühlers 19 die Entnahme über das Rohr 12 aus dem mittleren Bereich des Kessels erfolgt.

Demgemäß wird - im Gegensatz zum Stand der Technik - dem Heizkessel kreis gemäß der Erfindung bei bereits warmen Speicher 1 heißes Wasser aus dessen Mittelbereich mit bspw. 65°C zugeführt. Eine Entnahme von kalten Wasser aus dem unteren Bereich findet dann nicht mehr statt, was eine Energieeinsparung ergibt.

Das Thermoventil 22 im Rücklauf 6 des Heizkreises ist so einge stellt, daß es bei bspw. T₂₂ = 45°C schließt. Rücklaufwasser im Heizkreis mit <45°C wird also im unteren kalten Bereich des Speichers austreten, so daß hier keine Speichermedien mit stark unterschiedlichen Temperaturen aufeinandertreffen.

Nach dem Aufheizen des Heizkreises wird in bekannter Weise ent weder die Pumpe 24 abgeschaltet oder eine motorische Regelung des Mischers 20 einsetzen. In beiden Fällen wird dem durch das Rohr 9 strömenden Wasser ein Widerstand entgegengesetzt, der bewirkt, daß nunmehr das heiße Wasser aus den Löchern 9′ des Roh res 9 austritt und damit die Aufheizung des Wärmespeichers be ginnt. Da das warme Wasser immer nach oben steigt, ist es vorteil haft, die Löcher 9′ im oberen Teil des Rohres 9 vorzusehen, wie in der Figur dargestellt.

Bei warmem Heizkreis wird vermehrt Wasser höherer Temperatur durch den Rücklauf 6 zurückströmen und das Thermoventil 22 wird bei bspw. 45°C schließen und der Rücklauf wird durch die Öff nungen 12′ des Rohres 12 austreten. An dieser Stelle weist auch der Speicher im aufgeheizten Zustand eine ähnliche Temperatur auf. Auf diese Weise werden beide Kreisläufe optimiert und der untere Teil des Speichers verbleibt bei relativ niedrigen Temperaturen. Vergleicht man die Temperaturverteilung in einem Speicher gemäß der Erfindung mit der in einem Speicher nach eingangs genannten Stand der Technik, so ergibt sich in Höhe der in der Figur eingezeichneten Rohre 13, 12 und 9 etwa folgender Temperaturgradient:

Zusammenfassend kann festgestellt werden, daß es sich bei dem Pufferspeicher gemäß Erfindung um einen echten Wärmeschicht speicher handelt, der eine rasche Aufheizung des Heizkreises erlaubt, ohne daß der gesamte Speicher eine erhöhte Temperatur erreicht haben muß. Gleichzeitig wird die thermische Schichtung im Speicher nicht unnötig gestört bzw. verwirbelt, da dem Speicher vom Heizkreis immer Rücklaufwasser mit etwa der Tem peratur zugeführt wird, die der Temperatur der jeweiligen Schicht des Speichers entspricht. Ebenso wird der Heizkesselkreis mit Rücklaufwasser höherer Temperatur versorgt, wenn der Speicher in seinem Mittelbereich eine bestimmte Temperatur erreicht hat.

Der untere Teil des Speichers verbleibt somit immer bei relativ niedrigen Temperaturen, so daß eine erhebliche Energieeinsparung erfolgt.

Claims

1. Wärmespeicher mit Anschlüssen für mindestens einen Heiz kesselkreis und mindestens einen Heizkreis, wobei die An schlüsse für die jeweiligen Vorläufe im oberen Teil des Speichers angeordnet sind und wobei zwischen dem Anschluß des Vorlaufs des Heizkesselkreises und dem Anschluß des Vorlaufs des Heizkreises ein sich durch den Speicher er streckendes Rohr mit mehreren Öffnungen vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet,
daß in mittlerer Höhe des Speichers (1) ein sich durch den Speicher erstreckendes zweites Rohr (12) mit Öffnungen (12′) vorgesehen ist,
daß im unteren Bereich des Speichers (1) ein sich durch den Speicher erstreckendes drittes Rohr (13) mit Öffnungen (13′) vorgesehen ist,
daß die heizkesselseitigen Anschlüsse (10, 14) der genannten Rohre (12, 13) über ein Dreiwegeventil (16) miteinander und mit dem Rücklauf (3) des Heizkessels verbunden sind,
daß im Speicher (1) in Höhe des mittleren Rohres (12) ein Thermofühler (19) für die Steuerung der Rücklaufentnahme für den Heizkessel vorgesehen ist,
daß die heizungsseitigen Anschlüsse (11, 15) der Rohre (12, 13) über ein Thermoventil (22) miteinander und der mittlere Anschluß (11) direkt mit dem Rücklauf (6) des Heizkreises verbunden sind.

2. Wärmespeicher gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Öffnungen (9′) im Vorlaufrohr (9) am oberen Teil des Rohres (9),
die Öffnungen (12′) im mittleren Rohr (12) seitlich und die Öffnungen (13′) im unteren Rohr (13) an dessen Unterseite vorgesehen sind.

3. Wärmespeicher gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im heizkesselseitigen Rücklauf (4) zwischen Vorlauf (3) und Rücklauf (4) ein Thermoventil (18) zur Rücklaufanhebung angeordnet ist.

4. Wärmespeicher gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Rücklauf (6) des Heizkreises Rückschlagventile (25, 26, 27) angeordnet sind.

5. Wärmespeicher gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Brauchwasserbereitung ein Plattentauscher (28) vorgesehen ist, dessen Vorlauf (29) über ein Dreiwege- Thermoventil (39) parallel zum Vorlauf (5) des Heiz kreises und dessen Rücklauf (32) über ein Rückschlagventil (25) parallel zum Rücklauf (6) des Heizkreises geschaltet ist.

6. Verfahren zum Betreiben eines Wärmespeichers gemäß den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von der Temperatur T_x in Höhe des mittleren Rohres (12) und gesteuert durch eine am Thermofühler (19) gemessenen Temperatur T₁₉ der Heizkesselrücklauf bei Tempe raturen T₁₉ < T_x über das untere Rohr (13) und bei Tempera turen T₁₉ < T_x über das mittlere Rohr erfolgt, und daß in Abhängigkeit von der Temperatur T_R des Heizkreisrücklaufes (6) und gesteuert durch ein Thermostatventil (22) mit einge stellter Temperatur T₂₂ der Heizkreisrücklauf (6) bei Temperaturen T_R < T₂₂ über das untere Rohr (13) und bei Temperaturen T_R < T₂₂ über das mittlere Rohr (12) erfolgt.