DE3047559C2 - Nach dem Thermosiphonprinzip arbeitender Warmwasserbereiter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen nach dem Thermosiphonprinzip arbeitenden Warmwasserbereiter mit Durchlauferhitzer mit einem Warmwasser-Speicherbehälter und einer Umwälzleitung, von der ein Ende mit dem Boden des Speicherbehälters verbunden ist, und deren anderes Ende sich in einer oberen Position innerhalb des Speicherbehälters befindet, mit einem zwischen die beiden Enden der Umwälzleitung eingeschalteten Wärmetauscher, wobei das durch den Wärmetauscher erwärmte Warmwasser im Speicherbehälter, von seinem oberen Ende ausgehend, gespeichert wird, sowie mit einem dem Wärmetauscher nachgeschalteten Thermostatventil, welches bei ansteigender Warmwassertemperatur seinen Öffnungsquerschnitt vergrößert und umgekehrt, so daß die Temperatur des aus dem Wärmetauscher ausströmenden Wassers im wesentlichen konstant gehalten wird.

Ein derartiger Warmwasserspeicher ist aus dem DE-GM 71 15 699 bereits bekannt. In dem dort beschriebenen Warmwasserspeicher ist ein Zirkulationsthermostat beschrieben, welcher den Durchflußquerschnitt bis zu einer Mindestladetemperatur sperren soll und oberhalb dieser Temperatur den Durchflußquerschnitt in Abhängigkeit von der Temperatur mehr oder minder freigeben soll. Diesem Dokument sind jedoch keinerlei Hinweise bezüglich des Aufbaus und der näheren Wirkungsweise des Zirkulationsthermostats zu entnehmen.

Aus der DE-PS 2 75 152 ist ein selbstregelnder Heizkörperthermostat bekannt, in welchem der Durchfluß durch ein Ventil in Abhängigkeit von einem sich unter dem Einfluß der Temperatur des durchfließenden Mediums ausdehnenden oder zusammenziehenden flüssigkeitsgefüllten Körpers gesteuert wird. Es verläuft hier jedoch die Steuerung im Vergleich zur Erfindung gegenläufigen Sinne, d. h. der Ventildurchfluß nimmt mit zunehmender Strömungsmitteltemperatur ab und zudem wird die Einstellung des Durchflußquerschnitts ausschließlich von der durch die Temperatur des Heizmittels erzeugten Expansion bzw. Kontraktion des flüssigkeitsgefüllten Körpers bestimmt. Durch diese einzige Kraftkomponente ist die Schließ- oder Öffnungsbewegung des Ventils dieses Thermostaten nicht sehr stabil, d. h. es muß bei Temperaturvorgabe immer mit einer längeren Einschwingphase des Einstellens der Durchflußmenge gerechnet werden. Eine exakte Temperatureinstellung ist daher nur schwer möglich.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, einen Warmwasserbereiter zu schaffen, bei dem die Auslauftemperatur des Durchlauferhitzers problemlos geregelt werden kann, wobei die Temperaturverteilung des Warmwassers über dem gesamten Speicherbehälter gleich bleibt.

Die genannte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Thermostatventil eine verschiebbare Scheibe zur wahlweisen Vergrößerung bzw. Verkleinerung des Öffnungsquerschnitts für den Durchfluß des Warmwassers, einen Temperaturfühler, welcher fest mit der verschiebbaren Scheibe verbunden und mit einem sich in Abhängigkeit von der Temperatur des Warmwassers ausdehnenden und zusammenziehenden Thermalwachs dichtgefüllt ist und der mit einem Stift versehen ist, welcher entsprechend der Ausdehnung oder Zusammenziehung des Thermalwachses ausgefahren oder eingezogen wird, eine in der Durchflußöffnung des Warmwassers fest angebrachte Stift-Anschlagplatte zur Begrenzung der Ausfahrbewegung des Stiftes des Temperaturfühlers und eine Druckbeaufschlagungsvorrichtung (z. B. Feder), welche normalerweise die verschiebbare Scheibe in Richtung auf eine Verminderung des Öffnungsquerschnitts mit vorgegebenem Druck vorspannt, besitzt, wobei bei Ausdehnung des Thermalwachses im Temperaturfühler die verschiebbare Scheibe sich entgegen der Kraft der Druckbeaufschlagungsvorrichtung aufgrund der Wirkung des Ausfahrdrucks des Stiftes gegen die Stift-Anschlagplatte im Sinne einer Vergrößerung des Öffnungsquerschnitts bewegt und wobei beim Zusammenziehen des Thermalwachses die verschiebbare Scheibe sich aufgrund der Vorspannung der Druckbeaufschlagungsvorrichtung im Sinne einer Verkleinerung des Öffnungsquerschnitts bewegt.

Dieses Gleichgewicht der beiden gegeneinander wirkenden Kräfte reagiert sehr empfindlich und schnell auf jede Temperaturänderung und ermöglicht daher eine schnelle und stabile Einstellung des Durchflusses, wobei zudem eine genaue Temperaturkontrolle von tiefen bis hohen Temperaturen gewährleistet ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische lotrechte Schnittansicht eines Warmwasserspeichers und -spenders mit Merkmalen nach der Erfindung,

Fig. 2 einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen lotrechten Teilschnitt durch ein Wärme- oder Thermoventil in seinem Schließzustand,

Fig. 3 eine Fig. 2 ähnelnde Darstellung des Thermoventils in seinem Offenzustand.

Die Strömungsgeschwindigkeit des einen Umwälzdurchgangs A aus der ersten Umwälzleitung 4, den Wärmetauscher 5 und eine zweite Umwälzleitung 7 durchströmende Kalt- oder Warmwasser ist proportional der Thermosiphonkraft. Dies bedeutet, daß die Thermosiphonkraft am höchsten ist, wenn der Vorratsbehälter nur mit Kaltwasser gefüllt ist, gleichzeitig aber der Brenner 6 in Betrieb ist und erstes heißes Wasser in die zweite Umwälzleitung liefert, da in diesem Fall die Höhe zwischen mittlerer Position des Wärmetauschers 5 und der Grenzfläche Warm- /Kaltwasser maximal ist. Mit zunehmender Ansammlung von Heißwasser im oberen Teil des Vorratsbehälters nimmt die Höhe H ab, während sich die Dichtedifferenz des Wassers in erster und zweiter Umwälzleitung nur geringfügig ändert. Dies hat zur Folge, daß mit zunehmendem Füllgrad die Thermosiphonkraft immer geringer und damit die Strömungsgeschwindigkeit in der ersten und zweiten Umwälzleitung immer langsamer wird.

Daraus ergibt sich dementsprechend der Nachteil, daß bei hoher Thermosiphonkraft d. h. bei hoher Strömungsgeschwindigkeit (beginnende Aufheizung des Kessels) das Wasser nur unzureichend erwärmt den Wärmetauscher 5 bzw. die zweite Umwälzleitung 7 verläßt und dadurch eine uneffektive Aufheizung erfährt.

Diese von der Thermosiphonkraft abhängige Strömungsgeschwindigkeit des Wassers durch die erste bzw. zweite Umwälzleitung sowie das Wärmetauschers 5 wirkt sich zusätzlich in Form von Temperaturschwankungen ungünstig bei der Entnahme von Warmwasser aus dem Vorratsbehälter 3 durch den Anschluß 2 aus.

Um eine für jede Thermosiphonkraft konstante Temperatur des die zweite Umwälzleitung 7 verlassenden erwärmten Wassers zu gewährleisten, wäre es möglich, den Brenner derart auszulegen, daß er auch für die maximale auftretende Thermosiphonkraft die Austrittstemperatur jeweils gewährleistet. Ein größerer Brenner reduziert jedoch die Wirtschaftlichkeit bzw. die Energieausnutzung einer derartigen Vorrichtung.

Der Warmwasserspeicher gemäß Fig. 1 umfaßt einen Wassereinlaß 1, einen Warmwasser-Speiseanschluß 2, einen Warmwasser-Speicherbehälter 3, eine erste Umwälzleitung 4, einen Wärmetauscher 5, einen Brenner 6 und eine zweite Umwälzleitung 7.

Das Thermoventil 8 arbeitet in der Weise, daß sich bei Zunahme der Warmwassertemperatur sein Öffnungsquerschnitt vergrößert und umgekehrt.

Gemäß Fig. 2 weist das Thermoventil 8 eine an der Innenwandfläche der zweiten Umwälzleitung 7 in der Nähe des Aulassens des Wärmetauschers 5 befestigte Lochplatte 9 mit hohler, kegelstumpfförmiger Gestalt, eine an der Lochplatte 9 befestigte Schraubenfeder-Sitzplatte 11, eine sich zentral auf letzterer abstützende Schraubenfeder 14, eine an deren Oberseite angebrachte, verschiebbare, kreisförmige Scheibe 13, einen an letzterer befestigten Temperaturfühler 12, der unter Abdichtung mit einem thermisch ausdehnbaren Stoff bzw. Thermowachs gefüllt ist, und einen zentral aus dem oberen Ende des Temperaturfühlers 12 herausragenden Stift 15 auf, der frei axial verschiebbar ist und sich mit seinem oberen Ende an die Anschlagplatte 10 anlegt.

Das in den Temperaturfühler 12 eingeschlossene Thermowachs ändert in Abhängigkeit von der Warmwassertemperatur seinen Zustand von einer festen auf eine flüssige Phase und umgekehrt, so daß es sich ausdehnt oder zusammenzieht und dabei den Stift 15 aus dem Temperaturfühler 12 ausfährt oder in ihn einzieht, und zwar aufgrund des Gleichgewichtszustands der durch die Feder 14 einerseits und den Temperaturfühler 12 andererseits auf die Scheibe 13 ausgeübten Kraft. Wenn sich somit das Thermowachs bei niedriger Temperatur des umgebenden Warmwassers zusammenzieht, wird der Temperaturfühler 12 gemäß Fig. 2 relativ zur Sitzplatte 11 hochgedrückt, so daß der Warmwasser- Durchlaßquerschnitt zwischen der Öffnung der konischen Lochplatte 9 und der bewegbaren Scheibe 13 klein wird, wodurch die Umwälzströmungsmenge verringert wird. Wenn sich dagegen die Warmwassertemperatur erhöht, dehnt sich das Thermowachs aus, so daß sich die Scheibe 13 in der in Fig. 3 gezeigten Weise entgegengesetzt zur vorstehend beschriebenen Wirkung gegen die Kraft der Feder 14 nach unten verlagert. Gemäß Fig. 3 wird dabei der Öffnungsquerschnitt des Durchgangs zwischen der Öffnung der Lochplatte 9 und der Scheibe 13 groß, so daß sich auch die Umwälzströmungsmenge ω vergrößert.

Claims (1)

1. Nach dem Thermosiphonprinzip arbeitender Warmwasserbereiter mit Durchlauferhitzer
   mit einem Warmwasser-Speicherbehälter und einer Umwälzleitung, von der ein Ende mit dem Boden des Speicherbehälters verbunden ist und deren anderes Ende sich in einer oberen Position innerhalb des Speicherbehälters befindet,
   mit einem zwischen die beiden Enden der Umwälzleitung eingeschalteten Wärmetauscher, wobei das durch den Wärmetauscher erwärmte Warmwasser im Speicherbehälter, von seinem oberen Ende ausgehend, gespeichert wird, sowie mit einem dem Wärmetauscher nachgeschalteten Thermostatventil, welches bei ansteigender Warmwassertemperatur seinen Öffnungsquerschnitt vergrößert und umgekehrt, so daß die Temperatur des aus dem Wärmetauscher ausströmenden Wassers im wesentlichen konstant gehalten wird,
   dadurch gekennzeichnet, daß das Thermostatventil (8)
   eine verschiebbare Scheibe (13) zur wahlweisen Vergrößerung bzw. Verkleinerung des Öffnungsquerschnitts für den Durchfluß des Warmwassers,
   einen Temperaturfühler (12), welcher fest mit der verschiebbaren Scheibe (139) verbunden und mit einem sich in Abhängigkeit von der Temperatur des Warmwassers ausdehnenden und zusammenziehenden Thermalwachs dichtgefüllt ist, und der mit einem Stift (15) versehen ist, welcher entsprechend der Ausdehnung oder Zusammenziehung des Thermalwachses ausgefahren oder eingezogen wird,
   eine in der Durchflußöffnung des Warmwassers fest angebrachte Stift-Anschlagplatte (10) zur Begrenzung der Ausfahrbewegung des Stiftes (15) des Temperaturfühlers (12) und eine Druckbeaufschlagungsvorrichtung (14) (z. B. Feder), welche normalerweise die verschiebbare Scheibe (13) in Richtung auf eine Verminderung des Öffnungsquerschnitts mit vorgegebenem Druck vorspannt, besitzt,
   wobei bei Ausdehnung des Thermalwachses im Temperaturfühler (12) die verschiebbare Scheibe (13 ) sich entgegen der Kraft der Druckbeaufschlagungsvorrichtung (14) aufgrund der Wirkung des Ausfahrdrucks des Stiftes (15) gegen die Stift-Anschlagplatte (10) im Sinne einer Vergrößerung des Öffnungsquerschnitts bewegt, und
   wobei beim Zusammenziehen des Thermalwachses die verschiebbare Scheibe sich aufgrund der Vorspannung der Druckbeaufschlagungsvorrichtung (14) im Sinne einer Verkleinerung des Öffnungsquerschnitts bewegt.