DE3021444A1

DE3021444A1 - Heat pump in hot water supply system - uses heat exchanger and water pump in parallel with storage tank for supply control

Info

Publication number: DE3021444A1
Application number: DE19803021444
Authority: DE
Inventors: Jürgen 4500 Osnabrück Vonhoff
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-06-06
Filing date: 1980-06-06
Publication date: 1981-12-24

Abstract

The maintaining of hot water supply uses a heat exchanger (2) in a water circulating line in parallel with the hot water storage tank (3). Water in the top part (a) of the tank is kept at a temperature of 50 deg.C and that at the bottom (C) is at 10 deg. The heat exchanger consists of a water filled vessel containing a heat exchanger coil, and is connected to a heat pump (1). Cold water is fed to the heat exchanger, and when a temperature of about 50 deg. is sensed by an element (6) inside the tank, a control unit (5) operates a pump (4) in the line. As the temperature rises, the pumping rate is increased until the temperature falls again. Flow to the tank is continuous, but rises and falls in dependence on the load. An alternative design includes a control valve in series with the pump.

Description

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Brauchwasserbereitung mittels Wärmetauscher.Domestic hot water preparation by means of a heat exchanger.

Beschreibung.Description.

Bei den bisher bekannten Anordnungen,Brauchwasser mittels einer Wärmepumpe zu erzeugen, tri-mach Entnahme einer größeren Warmwassermenge bei der Zuführung und AufheizungYein Mischeffekt des im Speicherbehälter befindlichen Wassers auf.deshalb kann weiteres Wasser mit Solltemperatur z.B.5o°C nicht mehr entnommen werden.Es muß der ganze Wasservorrat in mehreren Stunden wieder auf die Solltemperatur aufgeheizt werden.In the previously known arrangements, domestic water means to generate a heat pump tri-mach the extraction of a larger one Amount of hot water during supply and heating up A mixing effect of the water in the storage tank no more water with a target temperature, e.g. 50 ° C, can be drawn off. The entire water supply must be restored within several hours be heated to the target temperature.

Die Erfindung soll diesen Mangel beseitigen,nämlich den Mischeffekt verhindern,sodaß ständig Warmwasser der Solltemperatur entnommen werden kann.
•Folgende Anordnungen sind bekannt:The invention is intended to eliminate this deficiency, namely to prevent the mixing effect, so that hot water at the set temperature can be continuously removed.
• The following arrangements are known:

1.1m unteren Teil des Speicherbehälters ist der Wärmetauscher einer Wärmepumpe vorgesehen.Dadurch entsteht eine Zirkulation, die den gesamten Wasserinhalt vermischt. 2.Parallel zum Speicherbehälter ist eine Wärmpumpe geschaltet. Diese beaufschlagt das durchlaufende Wasser im integrierten Wärmetauscher jeweils um einige G-rad G.Zur Erreichung der erforderlichen Solltemperatur sind mehrere Durchläufe erforderlich.Hach kurzer Laufzeit ist der Inhalt des Speicherbehälters, wenn vorher Warmwasser entnommen wurde,durchmischt, In beiden Fällen ist nach einer ersten Warmwasserentnahme über die Laufzeit der Wärmepumpe(4-6Stunden)keine weitere Entnahme von Brauchwasser zu Solltemperatur möglich. Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst,daß dem Speicherbehälter über den Wärmetauscher und eine Pumpe,die parallel zum Speicherbehälter angeordnet sind,nur mH dtM Solltemperatur aufgeheizte Wasser kontinuierlich in kleinen Mengen oder intermittierend in JSMRMB Einzelmengen^zugeführt wird.Der Zufluß in den Speicherbehälter erfolgt oben. Die Durchflußmenge'Über einen Temperaturfühler,eineSteuer/Rege!einrichtung undVMengenregelorgan von der Temperatur am Ausgang des Tauschers so gesteuert,daß die Durchflußmenge bo groß ist,da/feder Wärmetauscher seine Energie an das Wasser überträgt und die Solltemperatur erreicht wird.Wird mehr Wasser in der Zeiteinheit durchgepumpt,so sinkt die Ausgangstemperatur,1.1 In the lower part of the storage tank, the heat exchanger of a heat pump is provided, creating a circulation that mixes the entire water content. 2. A heat pump is connected in parallel to the storage tank. This pressurizes the flowing water in the integrated heat exchanger by a few degrees G. In order to achieve the required target temperature, several passes are required Hot water withdrawal over the runtime of the heat pump (4-6 hours) no further withdrawal of hot water at the target temperature is possible. The object of the invention is achieved in that the storage tank via the heat exchanger and a pump, which are arranged parallel to the storage tank, only mH dtM target temperature heated water is continuously supplied in small quantities or intermittently in JSMRMB individual quantities ^. The flow into the storage tank takes place above. The flow rate is controlled by a temperature sensor, a control device and volume control device by the temperature at the exchanger outlet so that the flow rate bo is large because the heat exchanger transfers its energy to the water and the setpoint temperature is reached pumped through the unit of time, the output temperature drops,

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der Temperaturfühler meldet dies dem Regelorgan,welches den Durchfluß pro Zeiteinheit verringert Ms wieder die Solltemperatur erreicht ist.Wird zu wenig Wasser durchgepumpt,so meldet der Temperaturfühler zu hohe Temperatur und das Regelorgan sorgt für einen schnelleren Wasserdurchsatz,bis wiäer die Solltemperatur eingestellt ist.the temperature sensor reports this to the control unit, which the The flow rate per unit of time decreases Ms the target temperature is reached again. If too little water is pumped through, the reports Temperature sensor too high temperature and the control element ensures a faster water throughput until the target temperature is reached is set.

Statt eines der bekannten Wasserdurchflußmengenregler zusätzlich zu der Pumpe zu verwenden,ist ein besonderes Merkmal der Erfindung, die Pumpe selbst als Massermengenregelorgan zu verwenden.Das wird dadurch erreicht,daß die Leistung der KSÖiSäXXXX Warmwasserpumpe elektonisch durch Phasenanschnitt geregelt wird. Soll das Warmwasser intermittierend,also in zeitlichen Interwallen,die so groß sind wie die Zeit,welche zur Aufheizung eines größeren Tauscherinhaltes notwendig ist/so sind 2 Temperaturfühler vorzusehen.Einer befindet sich im unteren Teil des Tauschergefäßes und der andere im oberen Teil.Die Pumpe schaltet χ±χ?χκχ ein,wenn beide Fühler die Solltemperatur anzeigen und sie schaltet ab,wenn der obere Temperaturfühler die Solltemperatur unterschreitet.Instead of using one of the known water flow regulators in addition to the pump, a special feature of the invention is to use the pump itself as a mass flow control device is achieved by the fact that the KSÖiSäXXXX The hot water pump is electronically controlled by phase control. Should the hot water be intermittent, i.e. at time intervals, the are as long as the time required to heat up a larger exchanger content / so are 2 temperature sensors One is located in the lower part of the exchanger vessel and the other in the upper part. The pump switches χ ± χ? χκχ on when both sensors show the target temperature and it switches off when the upper temperature sensor reaches the target temperature falls below.

Nachfolgend soll die Erfindung an Beispielen beschrieben werden. In den Abbildungen^werden gleiche Ziffern für gleiche Teile verwendet.In der Abbildung 1 sind die Wärmepumpe mit 1,der Wärmetauscher mit 2,der Speicherbehälter mit 3,die Umwälzpumpe mit 4,das Steuergerät mit 5 und der Temperaturfühler mit 6 bezeichnet.Der Fühler 6,hier ein NTC-Widerstand,ist am Wasservorlauf des Verflüssigers angeordnet.Für ein gutes Arbeiten der Anordnung ist der Wasserinhalt des Wärmetauschers 2 und die Trägheit des Temperaturfühlers 6 (NTG Widerstand),so auf einander abzustimmen,daß über das Steuergerät 5 die Pumpe 4 nur Wasser der Solltemperatur dem Speicherbehälter von oben zuführt.Der Wärmetauscher besteht in diesem Falle aus 18SiX einem Gefäß als Aussenhülle und einer Innenrohrschlange,durch welche das Kältemittel des Verflüssigers der Wärmepumpe 1 getrieben wird.Aus Korrosionsschutzgründen - ¹SBBSBaSSi besteht der Aussenbehälter aus nicht roststenden Stahl oder Kupfer.Es kann auch die Anbringung einer Opferannode fallweise vorgesehen werden.The invention is to be described below using examples. In the figures ^ the same numbers are used for the same parts.In Figure 1, the heat pump is labeled with 1, the heat exchanger with 2, the storage tank with 3, the circulation pump with 4, the control unit with 5 and the temperature sensor with 6. The sensor 6, here an NTC resistor, is arranged at the water inlet of the condenser. For the arrangement to work properly, the water content of the heat exchanger 2 and the inertia of the temperature sensor 6 (NTG resistor) must be coordinated so that the pump is controlled via the control unit 5 4 only supplies water of the set temperature to the storage tank from above. In this case, the heat exchanger consists of a vessel as an outer shell and an inner pipe coil through which the refrigerant of the condenser of heat pump 1 is driven. For reasons of corrosion protection - ¹ SBBSBaSSi , the outer tank consists of rustproof ones Steel or copper. A sacrificial anode can also be provided on a case-by-case basis.

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Eine gleichmäßige Verteilung der Kältemittelrohre ist die übliche Ausführung.Sinnvoll ist es aber die Kältemittelrohre im Tauschergefäß so anzuordnen,daß im unteren Teil eine leichte Temperaturerhöhung des durchfliegenden Wassers erfolgt.Oder anders ausgedrückt,daß im unteren Teil eine etwas größere Wärmeenergie übertragen wird als im oberen. Die Anordnung nach Abbildung 1 arbeitet folgendermaßen: Der Wärmetauscher 2 ist parallel zum Speicherbehälter 3 angeordnet.Er entzieht diesem Kaltwasser von unten und heizt es aui die Solltemperatur auf.Wenn diese Temperatur zB 5o C am NTC-Widerstand 6 erreicht ist,läßt die elektrische Phasenanschnittssteuerung 5 die Brauchwasserpumpe 4 anlaufen. Erhöht sich die Temperatur weiter,zB über 5o°C,läßt die Steuerung die Pumpe 4 schneller laufen bis die Temperatur zu sinken beginnt,was ein langsameres Laufen bewirkt.Sinkt die Temperatur unter Sollwert 5o°C so läuft die Pumpe 4 so langsam,daß die Wassertemperatur sich wieder auf den Sollwert einpegelt.Die Brauchwasserpumpe 4 entnimmt dem Wärmetauscher somit nur Brauchwasser der Solltemperatur,welches oben in den Warmwasser Auslaufstutzen 7 des Speicherbehälters 3 zugeführt wird.Die nach einer Wasserentnahme entstandene Mischzone im Speicherbehälter 3,SXSXgXSKgSSgSSIX, zwischen Warmwasser 5o°c und Kaltwasserzulauf ca 1o°C wird während der Laufzeit der Pumpe langsam nach unten verlagert.Die nach einer Entnahme verbliebene äSüBIIBäSif Warmwassermenge wird nicht verwirbelt.Sie bleibt oben im Speicherbehälter für eine weitere Entnahme erhalten.Frisch aufgeheiztes WasserAn even distribution of the refrigerant pipes is the usual design, but it is sensible to arrange the refrigerant pipes in the exchanger vessel in such a way that the temperature of the water flowing through is slightly increased in the lower part, or, in other words, that a slightly greater heat energy is transferred in the lower part than in the upper part . The arrangement according to Figure 1 works as follows: The heat exchanger 2 is arranged parallel to the storage tank 3. It extracts cold water from this from below and heats it up to the set temperature. When this temperature is reached, e.g. 5o C at the NTC resistor 6, the electrical phase control allows 5 start the domestic water pump 4. If the temperature increases further, e.g. above 50 ° C, the control lets pump 4 run faster until the temperature begins to drop, which causes slower running. If the temperature falls below setpoint 50 ° C, pump 4 runs so slowly that the water temperature back to the target value einpegelt.Die water pump 4 thus draws the heat exchanger only hot water of the target temperature, which wird.Die fed to the top of the hot water outlet spigot 7 of the storage container 3, after a water withdrawal resulting mixing zone in the storage container 3, SXSXgXSKgSSgSSIX, between hot water 5o ° c and cold water supply approx. 10 ° C is slowly shifted downwards during the running time of the pump. The äSüBIIBäSif amount of hot water remaining after a withdrawal is not swirled around. It remains at the top of the storage tank for further withdrawal. Freshly heated water

(ft'VJ lagert immer im Brauchwasservorlauf des Speicherbehälters. (ft'VJ is always stored in the service water flow of the storage tank.

Sinkt die Temperatur des Speicherbehälterwassers durch Abstrahlung unter den Wert des Boilerthermostaten 6,so heizt die Wärmepumpe 1 den gesamten Torrat erneut auf Solltemperatur auf.Weil in diesem Fall eine Beaufschlagung um nur ca. 5°'C erfolgt,ist bei gleicher Leistung der Wärmepumpe die Durchlaufende Wassermenge entsprechend vielfach,in diesem Ausführungsbeispiel etwa 8 fach.Phasenanschnittsteuerung und Brauchwasserpumpe 4 müssen in diesem Fall auf ein Lei-If the temperature of the storage tank water drops due to radiation below the value of the boiler thermostat 6, the heat pump 1 heats the entire torrent again to the target temperature Because in this case an admission of only approx. 5 ° C takes place, with the same output of the heat pump the The amount of water flowing through is correspondingly multiple, in this exemplary embodiment about 8 times and domestic water pump 4 must in this case be on a line

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stungsverhältnis von etwa 1: 1o ausgelegt werden.Der Temperaturfühler 8 schaltet die Wärmepumpe in bekannter Weise«£**i u- output ratio of about 1: 1o. The temperature sensor 8 switches the heat pump in a known manner «£ ** i u-

In Abbildung 2 wird der intermittierende Vorgang erklärt. Das bedeutet,daß Warmwasser der Solltemperatur portionsweise über die Pumpe 4,die eine Ein/Ausschaltsteuerung 5 hat, in Zeitlichen Abständen zugeführt wird.Der Unterschied zur Abbildung 1 besteht darin,daß Pumpe 4 auf die elektonische Phasenanschneidung verzichtet und dafür nach Bedarf ein und ausgeschaltet wird.Dies wird von dem KSK Fühler 6 und dem Fühler 9 über das Steuergerät 5 bewirkt.Die Pumpe wird erst eingeschaltet,wenn beide Fühler Solltemperatur anzeigen und schaltet erst wieder ab,wenn auch der Fühler 6 Temperatur unter Soll meldet.Dieser Vorgang wiederholt sich intermittierend. Lediglich ist das Gefaßt des Wärmetauschers gegenüber 2 der Abbildungi hier ein größeres Gefäß 2The intermittent process is explained in Figure 2. This means that hot water of the setpoint temperature is supplied in portions via the pump 4, which has an on / off control 5, at intervals. The difference to Figure 1 is that pump 4 dispenses with the electronic phase cutting and instead switches it on and off as required This is effected by the KSK sensor 6 and sensor 9 via the control unit 5. The pump is only switched on when both sensors display the target temperature and only switches off again when the sensor 6 reports temperature below target. This process is repeated intermittently. Only the vessel of the heat exchanger is a larger vessel 2 compared to 2 in the figure

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Das Gefäß 2 hat einen Wasserinhalt von 1:1o bis 1:1oo des ^Maximalen Wasserinhaltes^Bpeicherbehälters 3. Um wenig Temperaturverluste zu haben,muß eine gute Wärmeisolierung des Speicherbehälters 3,des Wärmetauschers 2£ der Pumpe 4 und der Warmwaserleitungen erfolgen.Um die Warmwasserleitungen kurz zu halten ist eine Kompaktbauweise von Speicherbehälter 3 und Wärme-tauscher 2/2 zweckmäßig.t
The vessel 2 has a water content of from 1: 1o to 1: 1oo of ^ maximum water content ^ Bpeicherbehälters 3. In order to have little temperature loss, a good heat insulation of the storage container 3, the heat exchanger 2 £ must the pump 4 and the domestic hot water pipes erfolgen.Um the To keep hot water pipes short, a compact design of storage tank 3 and heat exchanger 2/2 is advisable.

Die Anordnung,das Verfahren und die Schaltung nach der Erfindung ist zwar für Wärmepumpen gedacht,deren Leistung von der Aussentemperatur abhängig und daher unterschiedlich ist, aber sie hat grundsätzliche Bedeutung bei allen Wärmetauschern, deren Eingangsenergie nicht konstant ist,an dessen Ausgang man aber eine konstanteTemperatur benötigt.Deshalb fallen Anwendungen für andere Zwecke auch unter diese Erfindung.The arrangement, the method and the circuit according to the invention is intended for heat pumps whose performance depends on the outside temperature and is therefore different, but it is of fundamental importance for all heat exchangers, the input energy of which is not constant, at its output but a constant temperature is required. This is why applications are not applicable for other purposes also under this invention.

Ss ist noch nachzutragen,daß in den Abbildungen das Kaltwasser vom Netz unter Druck über Leitung 11 zugeführt wird. Das Warmwasser wird über Leitung 12 entnommen.Ss must be added that in the pictures the cold water is supplied from the network under pressure via line 11. The hot water is withdrawn via line 12.

In Abb.3 ist ein Wassermengenregelventil(io) eingebaut,welches zusammen mit dem *egelsteuergerät(5) und einer konstant laufenden Pumpe(4) den gleichen Zweck erfüllt wie der Phasenanschnitt der Pumpe(4) in Abb.1.In Fig.3 a water volume control valve (io) is installed, which together with the control unit (5) and a constantly running Pump (4) fulfills the same purpose as the phase control of the pump (4) in Figure 1.

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Claims

3 G ? 1 L L L 3 G? 1 LLL

Claims. ^ υ ^ ι t -t t

· / Arrangement for the production of domestic water, "consisting of a storage tank with a water line lying parallel to it, in which a water pump and a heat exchanger lifen, characterized in that the over the heat exchanger (2/2) flowing water volume through a temperature-dependent control (6/9 and 5) and a water volume control element ^ // ^) is controlled.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the The heat pump (4) works as a water volume control element.

3. Arrangement according to claim 1-2, characterized in that the pump (4) is controlled with phase control.

4. Arrangement according to claims 1-3 characterized in that the amount of water per unit of time can fluctuate, but continuously the storage container is supplied.

5. Arrangement according to claim 1-4, characterized in that the heat sensor (6) is attached in the upper part of the heat accumulator (2).

6. Arrangement according to claim 1, characterized in that in the parallel circuit with pump (4) a controllable V / water volume control valve (io) is arranged.

7. Arrangement nash claim 1 + 6, characterized in that Two temperature sensors are installed in the heat exchanger, one in the upper part (6) and one in the lower part (9).

8. Arrangement according to claim 1 and 6-7, characterized in that the pump 4 operates intermittently.

9. Arrangement according to claim 1,6-8, characterized in that

the supply of hot water in portions with the target temperature

he follows.
1o.Anordnung according to claims 1-5, characterized in that the pump (4) conveys more water as the temperature rises

and less as the temperature drops. 11.Anordnung according to claim 1 and 6-9 characterized in that the ^w asserinhalt of the heat exchanger in a ratio of 1: 1oo to 1: 1o to the water content of the storage container (3)

is chosen.
12.Anordnungnaeh claim 1-11, characterized in that the ^ rush memory (3), heat exchanger ^), water quantity regulating organ (io) and pump (4) with hot water pipe (12) form a compact wärmi * ¹ ZZ insulated unit.

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