DE2947995A1

DE2947995A1 - Heizwasserspeicher

Info

Publication number: DE2947995A1
Application number: DE19792947995
Authority: DE
Inventors: Ing.(grad.) Dieter 3201 Diekholzen Rehder
Original assignee: VAMA VERTRIEB VON ANLAGEN und MASCHINEN GmbH and Co KG
Current assignee: VAMA VERTRIEB VON ANLAGEN und MASCHINEN GmbH and Co KG
Priority date: 1979-11-28
Filing date: 1979-11-28
Publication date: 1981-07-23

Description

Die Erfindung betrifft einen Heizwasserspeicher, insbesondere
für zumindest zum Teil mit Solarenergie betriebene Heizungsanlagen, bestehend aus einem isolierten Speicherbehälter mit Anschlüssen für den Heizungsvorlauf und Heizungsrücklauf sowie wenigstens einer zur Aufheizung des Speicherwassers dienenden Anordnung.
Im Zuge der ständigen Verteuerung und Verknappung fossiler Brennstoffe ist man bestrebt, zusätzliche Energiequellen, insbesondere Solarenergie und Erdwärme zu nutzen. Um eine wirtschaftliche Nutzung dieser Energiequellen zu gewährleisten, ist es erforderlich, die jeweiligen Systeme zu optimieren, d.h. nicht nur Kollektoren oder Wärmepumpen zu verbessern, sondern auch eine maximale Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Energie im Speicherbereich sicherzustellen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Heizwasserspeicher der eingangs definierten Art so auszubilden, daß einerseits optimale Bedingungen zur Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Energie geschaffen und andererseits die bereits im Speicherwasser enthaltene Energie in bestmöglicher Weise genutzt werden kann.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß dem Speicherbehälter zumindest ein sich im wesentlichen über die Behälterhöhe erstreckender, an den Heizungsrücklauf anschließbarer Kanal zugeordnet ist, dessen Innenraum über mehrere, in unterschiedlicher Höhe angeordnete Ventile mit dem Speicherraum verbindbar ist, und daß diese Ventile mittels temperaturempfindlicher Elemente derart gesteuert sind, daß jeweils nur diejenigen Ventile geöffnet sind, in deren Bereich die Speicherwassertemperatur im wesentlichen gleich der Rücklauftemperatur ist.
Aufgrund der gemäß der Erfindung getroffenen Maßnahmen ist es möglich, innerhalb des Speicherbehälters eine optimale Temperaturschichtung zu gewährleisten, was vor allem auch dazu führt, daß im Bereich der Solarenergiezuführung bzw.
im Wärmetauscherbereich maximale Temperaturdifferenzen erreicht werden, die die bestmögliche Ausnutzung der dargebotenen Energiemenge sicherstellen.
Vorzugsweise ist der dem Heizungsrücklauf zugeordnete Kanal seitlich am Speicherbehälter befestigt und über jeweils mit einem temperaturgesteuerten Ventil versehene Öffnungen mit dem Innenraum des Speicherbehälters verbindbar. Dabei ist zweckmäßigerweise jedem Ventil ein selbständig arbeitender Thermostat zugeordnet.
Durch diese auch in konstruktiver Hinsicht einfach zu realisierende Anordnung wird sichergestellt, daß das Heizungsrücklaufwasser stets in dem Bereich in den Speicherbehälter zurückgeleitet wird, in dem aufgrund der sich im Speicherbehälter stets ausbildenden Temperaturschichtung eine der Temperatur des Heizungsrücklaufwassers entsprechende Temperatur herrscht. Die äußerst unerwünschte Störung von Temperaturschichtungen wird auf diese Weise weitestgehend ausgeschlossen.
Da das untere Ende des dem Heizungsrücklauf zugeordneten Kanals im Bereich des mit einem Solarkreis verbundenen, im Speicherbehälter bodenseitig angeordneten Wärmetauschers gelegen ist, kann der sich jeweils darbietenden Temperaturschichtung im Speicherbehälter voll Rechnung getragen werden, und es wird dabei sichergestellt, daß eine Einleitung von Heizungsrücklaufwasser im Bereich des Wärmetauschers nur dann erfolgt, wenn die Temperatur dieses Heizungsrücklaufwassers so stark erniedrigt worden ist, daß zwischen der niedrigsten Temperatur im Speicher und der Temperatur des Heizungsrücklaufwassers praktisch kein Unterschied mehr besteht. Mit anderen Worten bedeutet dies aber auch, daß Heizungsrücklaufwasser mit noch erhöhter Temperatur vom Wärmetauscher abgehalten wird, so daß dieser im Bereich der größtmöglichen Temperaturdifferenz arbeiten und damit in bestmöglicher Weise wirksam sein kann.
Um einen einwandfreien Betrieb bei geschlossenen Heizkörperventilen zu gewährleisten, ist im Bereich des unteren Endes des Kanals ein Uberströmventil angebracht, das bei geschlossenen Thermoventilen durch den anstehenden Heizungspumpendruck geöffnet wird.
Eine weitere, besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß als zur Aufheizung des Speicherwassers dienende Anordnung ein getrennt vom Speicherbehälter angeordneter, mit dem Speicherbehälter über eine Abzugs- und Rückführleitung verbundener und an einen Solarkreis anschließbarer Wärmetauscher verwendet ist, daß die Abzugs leitung behälterbodenseitig gelegen ist und die Rückführleitung in einen Verteilerkanal mündet, dessen Innenraum über mehrere, in unterschiedlicher Höhe angeordnete Ventile mit dem Speicherraum verbindbar ist, und daß diese Ventile mittels temperaturempfindlicher Elemente derart gesteuert sind, daß jeweils nur diejenigen Ventile geöffnet sind, in deren Bereich die Speicherwassertemperatur im wesentlichen gleich der Temperatur des dem Verteilerkanal zugeführten Wassers ist.
Diese Ausführungsvariante der Erfindung besitzt vor allem die Vorteile, daß das aufzuheizende Speicherwasser praktisch vom untersten und damit temperaturmäßig am niedrigsten liegenden Bereich des Speicherbehälters abgezogen, im vom Speicherbehälter getrennten Wärmetauscher mit größtmöglicher Temperaturdifferenz bezüglich des Solarkreises erwärmt und dann über den Verteilerkanal schichtenspezifisch in den Behälter eingeleitet werden kann, wodurch einerseits die Temperaturschichtung im Behälter nicht gestört und andererseits eine besonders schnelle Aufheizung des Wassers im Bereich des Heizungsvorlaufs sichergestellt wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; in der Zeichnung zeigt: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Heizwasserspeichers, Fig. 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsvariante mit getrennt vom Speicherbehälter angeordnetem Wärmetauscher, und Fig. 3 eine schematische Detailansicht einer Doppelventilanordnung zur Verwendung bei Heizwasserspeichern nach den Fig. 1 und 2.
Nach Fig. 1 umfaßt ein Heizwasserspeicher einen von einem Isoliermantel 2 umgebenen Speicherbehälter 1 mit einem deckenseitig wegführenden Anschluß 3 für den Heizungsvorlauf sowie einem Anschlag 4 für den Heizungsrücklauf.
Zwischen Vorlauf- und Rücklaufanschluß wird ein herkömmlicher Heizkreis, bestehend aus einer wählbaren Anzahl von Radiatoren 5, einer Umwälzpumpe 6 und einem Mischventil 7, angeschlossen.
Seitlich am Speicherbehälter 1 angebracht ist ein sich im wesentlichen über die gesamte Behälterhöhe erstreckender Kanal 8, an dessen oberem Ende der Heizungsrücklauf mündet. Der Innenraum 9 dieses Kanals 8 ist über eine Mehrzahl von über die Höhe des Kanals verteilten Öffnungen mit dem Innenraum des Speicherbehälters 1 verbunden, wobei jeder dieser Öffnungen ein temperaturgesteuertes Ventil 10 zugeordnet ist. Bevorzugt wird dabei ein selbständig arbeitender Thermostat mit Ventilsitzanordnung, z.B. in Balgausführung verwendet. Derartige Anordnungen sind bekannt und werden beispielsweise in entsprechender Form bei Autokühlern eingesetzt. Um eine Wartung und evtl. einen Austausch dieser Thermostate mit Ventilsitzanordnung zu ermöglichen, wird zweckmäßigerweise eine Zugangsmöglichkeit von außen über Stopfenanordnungen geschaffen.
Um bei geschlossenen Radiator-Ventilen den Betrieb der Anordnung zu gewährleisten, ist an der untersten Stelle des Kanals 8 zur Entlastung der Heizungs-Umwälzpumpe 6 ein Uberströmventil 12 vorgesehen.
Im Bereich des Behälterbodens befindet sich ein Wärmetauscher 11, der in einen Solar- oder Erdwärmekreis geschaltet werden kann. Um auch dann ausreichend Energie zur Verfügung zu haben, wenn über den Wärmetauscher 11 nicht genügend Grundenergie bereitgestellt werden kann, ist in der oberen Hälfte des Speicherbehälters 1 eine Zusatz-Heizungsanordnung vorgesehen, die beispielsweise aus einer Elektroheizung 13 und/ oder einem zusätzlichen Wärmetauscher 14 bestehen kann.
Wesentlich für die Funktionsweise des beschriebenen Heizwasserspeichers ist, daß die Ventile 10 so gesteuert sind, daß eine Öffnung nur dann erfolgt, wenn beiderseits, d.h.
im jeweiligen Speicher- und Kanalbereich zumindest im wesentlichten die gleiche Temperatur herrscht. Auf diese Weise wird erreicht, daß das Heizungsrücklaufwasser immer in einen im wesentlichen gleiche Temperatur aufweisenden Speicherbereich eingeleitet und folglich eine Störung der Temperaturschichtung innerhalb des Speicherbehälters 1 weitgehend verhindert wird. Damit beschränkt sich die Zirkulation auf den temperaturmäßig jeweils optimalen Bereich des Speicherbehälters 1, und der Wärmetauscher 11 findet die jeweils günstigste Temperaturdifferenz vor, so daß die vom Solarkreis dargebotene Energie bestmöqlich ausgenutzt werden kann.
Die Ausführungsvariante gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von dem Heizwasserspeicher nach Fig. 1 dadurch, daß der Wärmetauscher nicht mehr im Speicherbehälter 1, sondern außerhalb des Spe; herbehälters als separate Wärmetauschereinheit 15 angeordiiet ist. Diese mit einem Solarkreis 19 in Verbindung stehende Wärmetauscheranordnung 15 ist über eine vom Bodenbereich des Behälters 1 wegführende Abzugsleitung 16 mit Speicherwasser niedrigster Temperatur beschickt, und das in der Wärmetauschereinheit 15 erwärmte Speicherwasser wird und übcr eine Pumpe 18, eine Rückführleitung 17 wieder in den Speicherbehälter zurückgeleitet, und zwar über einen Verteilerkanal 20, der in entsprechender Weise wie der dem Heizungsücklauf zugeordnete Kanal 8 ausgebildet ist und sich ebenfalls zumindest im wesentlichen über die gesamte Höhe des Speicherbehälters 1 erstreckt. Die Rückführleitung 17 mündet in den Innenraum 21 des Kanals 20, und zwar im Bereich des unteren Endes. Da die Ventile 10 dieses Kanals wiederum nur in solchen Bereichen öffnen, in denen Temperaturgleichheit zwischen dem sich im Kanal befindenden Wasser und dem sich im Speicherbehälter befindenden Wasser besteht, ist sichergestellt, daß das erwärmte Wasser stets in diejenige Schicht des Speicherwasservorrats eingeleitet wird, die etwa gleiche Temperatur wie das von der Wärmetauscheranordnung 15 erwärmte Wasser besitzt, so daß Schichtstörungen und den Wirkungsgrad der Gesamtanordnung störende Strömungen zumindest weitestgehend ausgeschaltet werden.
Das erfindungsgemäße Prinzip der schichtenspezifischen Einleitung von Rücklaufwasser und/oder durch eine externe Energiequelle erwärmtem Wasser kann mit einer unterschiedlichen Anzahl von über die Behälterhöhe verteilten Öffnungen zwischen Kanälen und Behälter und auch mit unterschiedlich ausgestalteten Ventil- und Thermostatanordnungen realisiert werden.
Ein Beispiel einer verwendbaren Ventil- und Thermostatanordnung ist schematisch in Fig. 3 gezeigt.
Dabei ist in die Trennwand zwischen Behälterinnenraum 1 und Rücklaufkanal 9 eine Muffe 32 eingesetzt, in die ein rohrförmiges Verbindungsteil 33 geschraubt und in einer vorgegebenen Lage fixiert ist. Dieses Verbindungsteil 33 ist an seinen beiden Enden mit kegelförmigen Ventilsitzen 22, 23 versehen.
Diesen Ventilsitzen 22, 23 sind von Balgthermostaten 26, 27 getragene Ventilkegel 28, 29 zugeordnet. Die Balgthermostate 26, 27 sind jeweils in Bügelkäfigen 24, 25 gehaltert und bezüglich ihrer Ansprechcharakteristiken so ausgelegt, daß der über das Verbindungsteil 33 verlaufende Strömungsweg zwischen Rücklaufkanal 9 und Speicherinnenraum 1 nur dann geöffnet bzw.
freigegeben wird, wenn im Bereich dieser Doppelventilanordnung 10 beiderseits der Rücklaufkanal und Behälterinnenraum trennenden Wandung zumindest im wesentlichen gleiche Temperatur herrscht.
Die Doppelventilanordnung ist von außen zugänglich, und zwar über einen Schraubstopfen 30, der unter Zwischenschaltung einer Dichtung in eine Muffe 31 geschraubt ist, die axial mit der Doppelventilanordnung ausgerichtet und in ihren Abmessungen so gewählt ist, daß diese Doppelvenftilanordnung 10 über die Muffe 31 erforderlichenfalls ausgewechselt werden kann.
Leerseite

Claims

Heizwasserspeicher Patentansprüche b Heizwasserspeicher, insbesondere für zumindest zum Teil mit Solarenergie betriebene Heizungsanlagen, bestehend aus einem isolierten Speicherbehälter mit Anschlüssen für den Heizungsvorlauf und Heizungs~ücklauf sowie wenigstens einer zur Aufheizung des Speicherwassers dienenden Anordnung, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß dem Speicherbehälter (1) zumindest ein sich im wesentlichen über die Behälterhöhe erstreckender, an den Heizungsrücklauf (4) anschließbarer Kanal (8) zugeordnet ist, dessen Innenraum über mehrere, in unter schiedlicher Höhe angeordnete Ventile (10) mit dem Speicherraum verbindbar ist, und daß diese Ventile mittels temperaturempfindlicher Elemente derart gesteuert sind, daß jeweils nur diejenigen Ventile geöffnet sind, in deren Bereich die Speicherwassertemperatur im wesentlichen gleich der Rücklauftemperatur ist.
2. Speicher nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der dem Heizungsrücklauf (4) zugeordnete Kanal (8) seitlich am Speicherbehälter (1) befestigt und über jeweils mit einem temperaturgesteuerten Ventil (10) versehene Öffnungen mit dem Innenraum des Speicherbehälters (1) in Verbindung steht.
3. Speicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß jedem Ventil (10) ein selbständig arbeitender Thermostat zugeordnet ist.
4. Speicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das untere Ende des dem Heizungsrücklauf (4) zugeordneten Kanals (8) im Bereich eines mit einem Solarkreis verbundenen, im Speicherbehälter (1) bodenseitig angeordneten Wärmetauschers (11) gelegen ist.
5. Speicher nach Anspruch 4, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß im;Bereich des unteren Endes des Kanals (8) ein Uberströmventil (12) angebracht ist.
6. Heizwasserspeicher, insbesondere nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß als zur Aufheizung des Speicherwassers dienende Anordnung ein getrennt vom Speicherbehälter (1) angeordneter, mit dem Speicherbehälter über eine Abzugs- und Rückführleitung (16, 17) verbundener und an einen Solarkreis (19) anschließbarer Wärmetauscher (15) verwendet ist, daß die Abzugsleitung (16) behälterbodenseitig gelegen ist und die Rückführleitung (17) in einen Verteilerkanal (20) mündet, dessen Innenraum über mehrere, in unterschiedlicher Höhe angeordnete Ventile (10) mit dem Speicherraum verbindbar ist, und daß diese Ventile mittels temperaturempfindlicher Elemente derart gesteuert sind, daß jeweils nur diejenigen Ventile geöffnet sind, in deren Bereich die Speicherwassertemperatur im wesentlichen gleich der Temperatur des dem Verteilerkanal (20) zugeführten Wassers ist.
7. Heizwasserspeicher nach Anspruch 6, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Rückführleitung (17) im unteren Bereich des Verteilerkanals (20) angeschlossen ist.
8. Heizwasserspeicher nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß Verteilerkanal (20) und Rücklaufkanal (8) einander im wesentlichen diametral gegenüberliegend an der Außenwand des Speicherbehälters (1) angebracht sind.
9. Heizwasserspeicher nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß in der oberen Hälfte des Speicherbehälters (1) wenigstens eine Zusatz-Heizvorrichtung (13, 14) vorgesehen ist.
10. Heizwasserspeicher nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß jedes Ventil (10) aus einer einerseits im Rücklaufkanal (9) und andererseits im Speicherbehälter (1) angeordneten Doppelventilanordnung (33, 26, 27) mit gleicher Temperaturfühlung besteht.
11. Heizwasserspeicher nach Anspruch 10, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Doppelventilanordnung zwei einander gegenUberliegend angeordnete, Ventilkegel (28, 29) tragende Balgthermostaten (26, 27) aufweist, und daß den Ventilkegeln Ventilsitze (22, 23) zugeordnet sind, die an den beiden Enden eines in die Trennwand zwischen Behälterinnenraum (1) und Rücklaufkanal (9) eingesetzten Verbindungsteiles (33) ausgebildet sind.
12. Heizwasserspeicher nach Anspruch 10 oder 11, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Balgthermostaten (26, 27) in Bügelkäfigen (24, 25) gehaltert sind.