DE3308447C2

DE3308447C2 - Vorrichtung zur Warmwassererzeugung

Info

Publication number: DE3308447C2
Application number: DE19833308447
Authority: DE
Inventors: Wilhelm 2849 Goldenstedt Hakemann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-03-10
Filing date: 1983-03-10
Publication date: 1991-07-18
Anticipated expiration: 2003-03-11
Also published as: DE3308447A1

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Warmwassererzeugung mit Wärmerückgewinnung sowie gesonderter Heizvorrichtung zur Verbrennung fossiler oder gasförmiger Brennstoffe, die ein wärmeabgebendes Aggregat, beispielsweise in Form eines Wärmepumpenaggregates oder eines Kühlaggregates, einen Wärmetauscher, einen Brauchwasserspeicher und einen Heizkessel enthält. Der Wärmetauscher besteht aus einem Kondensator mit koaxial ineinander angeordneten und gewendelten Rohren, die einerseits mit dem wärmeabgebenden Aggregat und andererseits mit dem Brauchwasserspeicher sowie dem Heizkessel verbunden sind. Der Brauchwasserbehälter enthält eine horizontale Trennwand, die den Behälter in einen oberen und unteren Behälterteil unterteilt, wobei das über den Wärmetauscher erwärmte Brauchwasser über ein Dreiwegeventil wahlweise unterhalb der Trennwand in den unteren Behälterteil oder unmittelbar in die Brauchwasserabnahme-Rohrleitung eingeleitet wird. Ein mit dem Heizwasser-Kreislauf gekoppeltes Vierwegeventil gestattet die Umschaltung von Heizbetrieb auf Wärmerückgewinnungsbetrieb in Abhängigkeit von den physikalischen Bedingungen im Wärmetauscher zur Aufrechterhaltung einer Mindestwassertemperatur im Wärmetauscher und eines daraus resultierenden Verflüssigungs-Mindestdruckes auf der kältetechnischen Seite des Wärmetauschers und Aufrechterhaltung der für den Wärmeaustausch erforderlichen Temperaturdifferenz.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Warmwassererzeugung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE-PS 26 19 744 bekannt

Es sind kombinierte Wärmeerzeugungsanlagen zur Erzeugung warmen Brauchwassers und Heizungswassers bekannt, die neben einem mit fossilen oder gasförmigen Brennstoffen betreibbaren Heizkessel eine nach dem Verdampferprinzip funktionierenden Wärmepumpe oder Solarenernieanlage aufweisen. Anstelle einer Wärmepumpe oder zusätzlich zu einer Wärmepumpe können auch Wärmetauscher zur teilweisen Rückgewinnung der in warmem Brauchwasser befindlichen Wärmeenergie vorgesehen werden, wobei sämtliche wärmeabgebenden Aggregate über eine spezielle Steuervorrichtung so gesteuert werden, daß ein optimaler Wirkungsgrad der gesamten Heizungsanlage in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur, den Kosten für die fossilen oder gasförmigen Brennstoffe und/oder in Abhängigkeit von den Energiekosten, die für den Betrieb der Umwälzpumpe erforderlich sind, erzielt werden.

Aufgrund der unterschiedlichen Energiemengen pro Zeiteinheit, die von den einzelnen wärmeabgebenden Aggregaten erzeugt werden, müssen jedoch Vorkehrungen getroffen werden, die einen optimalen Betrieb der gesamten Heizungsanlage sicherstellen. Dies gilt sowohl hinsichtlich der Steuerung der einzelnen Aggregate als auch hinsichtlich der Speicherung des erwärmten Brauchwassers. Besonders problematisch wird der optimale Einsatz verschiedener wärmeabgebender Aggregate in Betrieben, wo erhebliche Mengen an Abwärme anfallen, die sich für eine Wärmerückgewinnung, beispielsweise zur Aufheizung kalten Brauchwassers, besonders eignen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Warmwassererzeugung mit einem wärmeabgebenden Aggregat und einem Heizkessel zu schaffen, bei der eine optimale Rückgewinnung der von dem Aggregat abgegebenen Wärme gewährleistet ist, die in kürzestmöglicher Zeit die Abgabe von erwärmtem Brauchwasser einstellbarer Sollwerttemperatur sicherstellt und für die nur geringe zusätzliche Anlagekosten erforderlich sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Wärmetauscher aus einem Kondensator mit koaxial ineinander angeordneten und gewendelten Rohren besteht, die aF: das Wärmepumpenaggregat, über ein erstes Mehrwegeventil an eine Brauchwasserleitung und an den Brauchwasserspeicher und über ein zweites Mehrwegeventil an den Heizkessel und dessen Heizwasserleitung angeschlossen sind.

Die erfindungsgemäße Lösung stellt einen optimalen Betrieb der gesamten Heizungsanlage sicher, gewährleistet in kürzester Zeit die Bereitstellung von erwärmtem Brauchwasser bestimmter, voreinstellbarer Sollwerttemperatur und bedingt nur geringe zusäztliche Anlagekosten gegenüber konventionellen Heizungsanlagen.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemä-

Ren I nsiincr ist HaHnrrh crpkpnnyeirhnpt daß riie krtaxia-

der anderen Richtung von zugeführtem, kaltem Brauchwasser durchflossen wird und das äußere Rohr mit dem zweiten Mehrwegeventil verbunden ist und von dem abgekühlten Heizwasser ebenfalls in der anderen Richtung durchflossen ist

Die Verwendung eines Koaxialkondensators als Wärmeaustauscher zur Verbindung der verschiedenen wärmeabgebenden Aggregate sowie des Speicherbehälters stellt einen optimalen Wärmeaustausch mit geringstmöglichen Verlusten sicher. Da zwischen dem vom Heizungswasser durchflossenen Koaxialrohr und dem wärmeabgebenden Rohr keine so hohe mittlere Temperaturdifferenz wie auf Seite des Brauchwasserrohres vorliegt, wird für den Heizwasserkanal das äußere gedrallte Rohr verwendet, so daß infolge des größeren Durchmessevs der kleineren mittleren Temperaturdifferenz eine größere Wärme-Austauschfläche entgegengesetzt wird Zudem ist durch den damit bedingten größeren Durchflußquerschnitt der für gleich großen Energieaustausch bei kleinerer mittlerer Temperaturdifferenz resultierenden größeren Wasserdurchfluß Rechnung getragen.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung ist dadurch gekennzeichnet, daß am Ablauf des inneren Rohres ein thermostatgesteuerter Wassertemperatur- und Kondenstordruckregler angeordnet ist, der den Brauchwasserdurchlauf öffnet, sobald das in dem inneren Rohr befindliche Brauchwasser eine voreinstellbare Solltemperatur erreicht hat und den Brauchwasserdurchlauf schließt, sobald die eingestellte Solltemperatur einen einstellbaren Temperaturbereich unterschreitet.

Der thermostatgesteuerte Wassertemperatur- und Kondensator-Druckregler gewährleistet, daß brauchwasserseitig sofort nach Inbetriebnahme nur gebrauchsfertiges, entsprechend vom Betreiber auf eine bestimmte Sollwerttemperatur eingestelltes heißes Wasser zur Verfügung steht, wobei sich auf der Seite des das Wärmepumpenaggregat durchfließenden Mittels ein der eingestellten Wassertemperatur entsprechend hoher Verflüssigungsdruck bei Anlauf des wärmeabgebenden Aggregats schnell einstellt und konstant gehalten wird.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung ist dadurch gekennzeichnet, daß das erste Mehrwegeventil als Dreiwegeventil ausgebildet ist, das einerseits mit dem thermostatgeregelten Wassertemperatur- und Kondensator-Druckregler und andererseits mit einer aus dem oberen Teil des Brauchwasserbehälters herausgeführten Brauchwasserleitung und über eine Rohrleitung mit dem oberen Bereich des unteren Behälterteils ödes Brauchwasserbehälters verbunden ist, wobei die Rohrleitung vorzugsweise dicht unterhalb der horizontalen Trennwand in den Brauchwasserbehälter einmündet.

Diese Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung stellt sicher, daß in Verbindung mit der in dem Brauchwasserspeicher vorgesehenen Trennwand auch dann eine optimale Ausnutzung der durch Wärmerückgewinnung oder Wärmepumpe gewonnenen Energie gewährleistet ist wenn Rranrhwasser mit höherer Temneratiir

len Rohre des Kondensators nach dem Gegenstromprinzip durchflossen sind, wobei das mit dem Wärmepumpen-Aggregat verbundene Rohr mittig angeordnet und in der einen Richtung von einem von dem Wärmepumpen-Aggregat überhitzten und komprimierten Kältemittelgas durchströmt ist, während das innere Rohr mit dem ersten Mehrwegeventil verbunden ist und in benötigt wird. Das vorgewärmte Wasser wird entweder in den oberen Behälterteil oder dicht unterhalb der horizontalen Trennwand in den unteren Behälterteil eingeleitet. Dadurch werden zum einen die Anlagekosten verringert, da die Zusatzheizung im oberen Behälterteil nur so bemessen werden muß, wie für die Erwärmung des vorgeheizten Wassers erforderlich ist. Im Zusam-

menhang mit der horizontalen Trennwand wird zusätzlich sichergestellt, daß ein unnötiges Vermischen des mit teurerer Energie erzeugten heißeren Wassers in dem oberen Behälterteil mit dem kostengünstigeren, mittels Wärmerückgewinnung erzeugten Warmwassers vermieden wird.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung ist dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Mehrwegeventil als Vierwegeventil ausge-

ten Wärmetauscher 4 mit drei wärmetechnisch in engem Kontakt stehenden Rohren 41,42,43, die mit den verschiedenen Anlagenteilen der Vorrichtung verbunden sind. Das mittlere Koaxialrohr 42 ist mit einem wärmeabgebenden Aggregat 6 verbunden, das aus einer Wärmepumpe oder einem Kühlaggregat bestehen kann. Das äußere Koaxialrohr 43 des Wärmetauschers 4 ist über eine Heizwasser-Vorlaufleitung 17 mit einem Anschluß eines Vierwegeventils 5 verbunden, dessen zwei

bildet ist, das zum einen mit einer Heizwasser-Rücklauf- io ter Anschluß über eine Heizwasser-Rücklaufleitung 9 leitung und dem Ablauf des äußeren Koaxialrohres des mit dem anderen Anschluß des äußeren Koaxialrohres Wärmetauschers und zum anderen mit dem Heizkessel und dem Zulauf des äußeren Koaialrohres des Wärme

tauschers verbunden ist, wobei an der Heizwasser-

43 verbunden ist Das innere Koaxialrohr 41 des Wärmetauschers 4 ist über einen thermostatgesteuerten Wassertemperatur- und Kondensator-Druckregler 3

Rücklaufleitung einerseits und an dem Ablauf des äuße- ts und eine Rohrleitung 15 mit einem Anschluß eines Drei

ren !Ccaxialrohres des Wärmetauschers andererseits jeweils ein Thermostatfühler angeordnet ist, die mit einer elektronischen Differenz-Thermostateinrichtung verbunden sind, die mittels eines elektromotorischen Stellantriebs das zweite Mehrwegeventil steuert

Schließlich ist eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrische Umschaltvorrichtung zum Umschalten vom Warmwassergewinnungsbetrieb über den Wärmetauscher auf Heizungsbetrieb vorgesehen ist wobei die Umschaltvorrichtung mit der Brauchwasser-Umwälzpumpe mit Schwerkraftbremse und dem elktromotorischen Stellantrieb zur Steuerung des zweiten Mehrwegeventils verbunden ist und bei Umschaltung von

Wegeventils 2 verbunden, dessen zweiter Anschluß über eine Rohrleitung 18 mit einer warmes Brauchwasser abgebenden Rohrleitung 14 verbunden ist Der dritte Anschluß des Dreiwegeventils 2 ist über eine Rohrlei-20 tung 19 unmittelbar mit einem Brauchwasserbehälter bzw. -speicher 1 verbunden. Der andere Anschluß des inneren Koaxialrohres 41 ist über eine Brauchwasser-Umwälzpumpe mit Schwerkraftbremse 16 mit einem Kaltwasserzulaufrohr 40 des Brauchwassers verbunden. Der Brauchwasserbehälter 1 ist in zwei Behälterteile la und Xb unterteilt die durch eine Trennwand 11 mit einer in der Trennwand 11 vorgesehenen öffnung 12 voneinander getrennt sind. Der obere Behälterteil Xa des Brauchwasserbehälters 1 umfaßt etwa ein Drittel Warmwassergewinnungsbetrieb auf Heizungswasser- 30 des Volumens des gesamten Brauchwasserbehälters 1. gewinnungsbetrieb die Brauchwasser-Umwälzpumpe In dem oberen Brauchwasserbehälter ist eine elektrimit Schwerkraftbremse und damit den Brauchwasserkreislauf abschaltet während die elektronische Differenz-Thermostateinrichtung über den elektromotorischen Stellantrieb das zweite Mehrwegeventil so steu- 35 ert, daß jeweils nur soviel Heizungs-Rücklaufwasser durch das äußere Koaxialrohr des Wärmetauschers fließt wie zur Aufrechterhaltung einer minimalen Wassertemperatur im Wärmetauscher und daraus resultierendem Verflüssigungs-Mindestdruck auf der Seite des 40 det

wärmeabgebenden Aggregats und zur Aufrechterhai- Das Dreiwegeventil 2 ist über ein Kapillarrohr mit

tung der für den Wärmeaustausch erforderlichen Tem- einem im oberen Behälterteil Xa des Brauchwasserbeperaturdifferenz erforderlich ist hälters 1 angeordneten Fernfühler 22 verbunden. Das

Diese Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung gleiche trifft auf den thermostatgesteuerten Wasserstellt sicher, daß immer nur soviel Heizungs-Rückiauf- 45 temperatur- und Kondensator-Druckregler 3 zu, der wasser über das betreffende Koaxialrohr des Koaxial- über ein Kapillarrohr mit einem am inneren Koaxialkondenstors durchgeleitet wird, wie zur Aufrechterhai- rohr 41 des Wärmetauschers 4 angeordneten Fernfühler tung einer Mindestwassertemperatur im Wärmetau- 32 angeschlossen ist Ein am Ablauf des äußeren Koscher und einem daraus resultierenden Verflüssigungs- axialrohres 43 des Wärmetauschers 4 angeordneter Mindestdruckes auf der Seite des wärmeabgebenden 50 Fernfühler 53 sowie ein am Rücklaufrohr 30 angeordne-Aggregats und Aufrechterhaltung der für den Wärme- ter weiterer Fernfühler 52 ist mit dem Stellantrieb 54

sehe Zusatzheizung 13 vorgesehen, an deren Stelle auch ein Heizkörper vorgesehen werden kann, der durch ein von einem Heizkessel 7 erwärmtes Heizwasser durchflossen wird.

Das Vierwegeventil 5 ist mit einem dritten Anschluß mit einer Rücklaufrohrleitung für Heizwasser 30 und über ein Rohr 17 mit einem Heizkessel 7 verbunden, in den ein nicht näher bezeichnetes Vorlaufrohr einmün-

austausch nötigen Temperaturdifferenz erforderlich ist

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles soll der der Erfindung zugrundeliegende Gedanke näher erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 eine prinzipielle Darstellung der gesamten Vorrichtung zur Erzeugung warmen Brauch- und Heizungswassers;

FIg.2 eine Seitenansicht und Draufsicht auf den erfindungsgemäßen Wärmetauscher;

Fig.3 einen Querschnitt durch den thermostatgesteuerten Wassertemperatur- und Kondensator-Druckregler und

Fig.4 einen Querschnitt durch das thermostatgesteuerte Dreiwegeventil.

Der in F i g. 1 dargestellte Installationsplan der Vorrichtung zur Abgabe erwärmten Brauch- und Heizungswassers zeigt einen als Koaxialkondensator ausgebilde-

des Vierwegemischers 5 verbunden, der zusätzlich mit einer Umschaltvorrichtung 8 verbunden ist die auch die Brauchwasser-Umwälzpumpe mit Schwerkraftbremse 16 ansteuert Darüber hinaus ist der Stellantrieb 54 für den Vierwegemischer 5 mit einem elektronischen Differenzthermostat 51 verbunden.

Die an den Zu- und Ablaufrohren der einzelnen Koaxialrohre 41,42,43 des Wärmetauschers 4 eingetrage- nen Pfeile zeigen die Durchflußrichtung des Brauchwassers, Heizungswassers bzw. mit dem wärmeabgebenden Aggregat verbundenen Kältemittels an. Aus der eingetragenen Pfeilrichtung ist deutlich ersichtlich, daß der Wärmetauscher 4 nach dem sogenannten Gegenstrom prinzip arbeitet in dem die Richtung des Kältemittels der Flußrichtung des Brauchwassers sowie Heizungswassers entgegengerichtet ist In F i g. 2 ist eine Seitenansicht bzw. eine Draufsicht

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des Wärmetauschers 4 dargestellt, wobei aus der Seiten- telgas in das gedrallte mittlere Koaxialrohr 42 des nach ansieht deutlich die koaxiale Anordnung der einzelnen dem Gegenstromprinzip arbeitenden Wärmetauschers Rohre, die mit dem Brauchwasserbehälter I₁ dem Vier- 4 und überträgt die Überhitzungs- und Verflüssigerwärwegeventil 5 und dem wärmeabgebenden Aggregat me auf das in dem inneren Koaxialrohr 41 gegenströverbunden sind, ersichtlich ist. Das mittlere Koaxialrohr 5 mende Brauchwasser des Wasserbehälters 1 bzw. das in 42 ist dabei mit dem wärmeabgebenden Aggregat 6 dem äußeren Koaxialrohr 43 gegenströmende Heiverbunden, während das äußere Koaxialrohr mit dem zungswasser. Sobald das im Wärmetauscher 4 befindli-Vierwegeventil 5 und das innere Koaxialrohr 41 über ehe Brauchwasser die am Wassertemperatur- und Konden thermostatgesteuerten Wassertemperatur- und densator-Druckregler 3 eingestellte wählbare Sollwert-Kondensator-Druckregler 3 sowie das Dreiwegeventil 2 10 temperatur erreicht hat, öffnet der thermostatgesteuereinerseits und über die Brauchwasser-Umwälzpumpe te Wassertemperatur- und Kondensator-Druckregler 3 mit Schwerkraftbremse 16 andererseits mit dem Spei- den Brauchwasser-Kreislauf und schließt ihn, sobald die cherbehälter 1 verbunden ist. Die Draufsicht auf den eingestellte Sollwerttemperatur um ca. 2 bis 3° C unterWärmetauscher 4 zeigt die verschiedenen Anschlüsse schritten wird. Innerhalb dieser beiden Grenzen erfolgt für den Heizungswasser-Kreislauf, den Kältemittel- 15 die Öffnung bzw. Drosselung des Brauchwasser-Kreis-Kreislauf und den Brauchwasser-Kreisiauf. Seibstver- iaufs. Der thermostatgesteuerte Wasserlemperaturständlich handelt es sich nur um ein Ausführungsbei- und Kondensator-Druckregler 3 gewährleistet somit, spiel, das in jeder beliebigen Weise modifizierbar ist. daß brauchwasserseitig sofort nach Inbetriebnahme nur

Der in F i g. 3 dargestellte Querschnitt durch den gebrauchsfertiges, heißes Wasser zur Verfügung steht, thermostatgesteuerten Wassertemperatur- und Kon- 20 dessen Temperatur vom Betreiber am Handgriff des densator-Druckregler zeigt die einzelnen Elemente des thermostatgesteuerten Wassertemperatur- und Kon-Reglers, der aufbaumäßig weitestgehend einem han- densator-Druckreglers 3 eingestellt wird. Dieses vom delsüblichen Thermostatventil zur Steuerung von Heiz- Wärmeaustauscher 4 abgegebene heiße Brauchwasser körpern entspricht, wobei lediglich die Funktionsweise wird in dem Wasserbehälter 1 von oben nach unten der der üblicher Thermostatventile entgegengesetzt ist. 25 geschichtet, was zur Folge hat, daß sich zum einen wäh-Während nämlich ein Thermostatventil zur Steuerung rend der gesamten Aufheizphase eine hohe mittlere und des Heizwasserdurchlaufs von Heizkörpern mit zuneh- darüber hinaus konstante Temperaturdifferenz und damender Angleichung der Umgebungstemperatur an die mit hohe Heizflächenleistung einstellt und zum anderen am Thermostatventil eingestellte Temperatur schließt, eine über die eingestellte Wasser-Sollwerttemperatur öffnet der thermostatgesteuerte Wassertemperatur- 30 ansteigende Wassertemperatur im Wärmetauscher 4 und Kondensator-Druckregler bei einer bestimmten, durch die Überhitzungstemperatur des Kältemitteleingestellten Sollwerttemperatur des Brauchwassers dampfes vermieden und dadurch eine Verkalkung des und schließt bei Unterschreiten eines bestimmten, vor- Brauchwasserkanals im Wärmetauscher 4 weitestgeeinstellbaren Temperaturbetrages des Brauchwassers. hend verhindert wird.

Der aus dem Querschnitt ersichtliche Aufbau des Was- 35 Darüber hinaus wird kältemittelseitig ein der eingesertemperatur- und Kondensator-Druckreglers 3 zeigt stellten Wasser-Sollwerttemperatur entsprechend hoeine Verbindungsleitung mit einem Fernfühler 32 und her Verflüssigungsdruck bei Anlauf des wärmeabgebendas im Innern des Wassertemperatur- und Kondensa- den Aggregats schnell erreicht und konstant gehalten.
tor-Druckreglers angeordnete thermostatische Element Da grundsätzlich zwischen dem Heizungswasser und 31. Ein Handgriff 34 dient zur Einstellung der gewünsch- 40 dem Kältemittelkanal keine so hohe mittlere Temperaten Sollwerttemperatur, die über eine Einstellfeder 35 turdifferenz wie brauchwasserseitig vorhanden ist, wird und einen Druckstift 36 auf eine O-Ring-Stoffbuchse 37 für den Heizungswasserkanal das äußere gedrallte Koübertragen wird. Die von dem Fernfühler 32 erfaßte axialrohr 43 verwendet, so daß infolge des größeren Isttemperatur des Brauchwassers wird auf ein gewelltes Durchmessers der kleineren mittleren Temperaturdiffe- j| Rohr 33 übertragen. In Abhängigkeit von der Differenz 45 renz eine größere Austauschfläche entgegengesetzt der Soll- und Istwerttemperatur öffnet und schließt ein wird. Außerdem ist durch den damit bedingten größeren in einem Ventilgehäuse 39 enthaltener Ventilkegel 38 Durchflußquerschnitt der für gleich großen Energieausden Durchlauf des Brauchwassers durch den Wärmetau- tausch bei kleinerer mittlerer Temperaturdifferenz rescher bzw. das innere Koaxialrohr des Wärmetauschers. sultierenden größeren Wasserdurchfluß Rechnung ge-

Das in Fig.4 dargestellte, thermostatgesteuerte 50 tragen.

Dreiwegeventil ist analog zum Wassertemperatur- und Die im Brauchwasserbehälter 1 vorgesehene Trenn-Kondensator-Druckregler 3 aufgebaut und enthält ein wand 11 mit der darin vorgesehenen Wasserdurchlaufmit einem Fernfühler 22 über ein Wellrohr 23 einerseits Öffnung 12, die Zusatzheizung 13 und das thermostatge- und andererseits mit einem Handgriff 24 verbundenes steuerte Dreiwegeventil 2 mit im oberen Behälterteil la thermostatisches Element 21, eine Einstellfeder 25, ei- 55 des Brauchwasserbehälters 1 angeordneten Fernfühler nen Druckstift 26 und eine O-Ring-Stoffbuchse 27. Zwei 21 haben bei Erhitzung des Brauchwassers durch die Ventilkegel 28 öffnen oder schließen alternierend die Wärmeabgabe des wärmeabgebenden Aggregats 6, d. h. Verbindung der mit dem Wassertemperatur- und Kon- im Wärmerückgewinnungs- oder Wärmepumpenbedensator-Druckregler 3 verbundenen Rohrleitung 15 trieb keinerlei Wirkung. Sobald aber die Zusatzheizung mit dem Ablauf für erwärmtes Brauchwasser oder den 60 13 automatisch oder von Hand eingeschaltet wird, wenn Einlauf in den unteren Behälterteil lö des Brauchwas- die mittels Wärmerückgewinnung erzielbare Wasserserbehälters 1. Am Ende des thermostatgesteuerten temperatur nicht ausreicht, beispeilsweise im Hinblick Dreiwegeventils ist eine Druckfeder 10 angeordnet auf die Vorschriften in gewerblichen Großküchen, bei

Nachstehend soll die Funktionsweise der gesamten denen eine Mindesttemperatur von 70⁰C an den Warm-

Vorrichtung und deren einzelner Elemente näher erläu- 65 wasser-Zapfstellen vorgeschrieben ist, oder weil der

tert werden. Warmwasserverbrauch die von dem wärmeabgebenden

Nach dem Einschalten des wärmeabgebenden Aggre- Aggregat abgegebene Energie übersteigt, so steigt auch

gats 6 gelangt überhitztes und komprimiertes Kältemit- die Temperatur des im Tauchrohr befindlichen Fernfüh-

lers 22 über die sonst üblicheBetriebstemperatur an und betätigt durch den damit ansteigenden Gasdruck über das Kapillarrohr das thermostatgesteuerte Dreiwegeventil 2 derart, daß das mittels Wärmerückgewinnung erzeugte Warmwasser nicht mehr an die Warmwasserausgangsleitung 14 sondern unterhalb der Trennwand 11 an den unteren Behälterteil 1 b des Brauchwasserbehälters 1 abgegeben wird.

Die Trennung des Brauchwasserbehälters 1 hat zur Folge, daß nicht der Inhalt des gesamten Brauchwasserbehälters 1 mit vergleichsweise teurer elektrischer Energie oder indirekt über teure fossile oder Gasenergie aufgeheizt werden muß, um Brauchwasser höherer Temperatur zu erhalten, sondern nur den im oberen Behälterteil la vorhandenen Brauchwasserteil. Darüber is hinaus bewirkt die Trennwand, daß das mittels Wärmerückgewinnung erzeugte Brauchwasser vollständig als vorgeheiztes Brauchwasser ausgenutzt wird, da die Trennwand einen Wärmeaustausch des Behälterinhalts durch Schwerkraftzirkulation verhindert. Die durch die Wärmeleitung der metallischen Trennwand 11 vom oberen heißeren zum unteren kälteren Behälterinhalt übertragene Energie ist gering und kann, da sie ohnehin für den anschließenden Verbrauch erhalten bleibt, vernachlässigt werden. Die Funktion des Dreiwegeventils 2 mit Fernfühler 22 gewährleistet, daß auch nach Abschalten der Zusatzheizung 13 erst dann auf einen ausschließlichen Wärmerückgewinnungsbetrieb umgeschaltet wird, wenn die Brauchwassertemperatur im oberen Behälterteil la des Brauchwasserbehälters 1 auf eine Temperatur abgesunken ist, die höchstens 2 bis 3° C über der Brauchwassertemperatur im unteren Behälterteil Indes Brauchwasserbehälters 1 liegt. Somit wird ein unnötiges Vermischen des mit teurer Energie erzeugten heißeren Wassers im oberen Behälterteilla mit dem kostengünstigeren, durch Wärmerückgewinnung erzeugten Wassers vermieden.

Ein weiterer Vorteil der Trennung des Brauchwasserbehälters 1 liegt darin, daß ansonsten ein diese energiesparende Funktion des Brauchwasserbehälters 1 erfüllender zusätzlicher Warmwasserspeicher eingespart wird, was eine zusätzliche Qualitätssteigerung bei gleichzeitiger Materialeinsparung bedeutet

Schließlich liegt ein Vorteil der Unterteilung des Brauchwasserbchäiters darin, daß die Zusatzheizung 13 in ihrer Leistungsauslegung so bemessen werden kann, daß der obere Behälterteil la des Brauchwasserbehälters einerseits die Wirkung eines Durchlauferhitzers aufweist, andererseits aber mit einem wesentlich kleineren Anschlußwert zu versehen ist, da für diesen Anwendungszweck nur vorgewärmtes Wasser nachgeheizt werden muß, wofür sonst leistungsfähigere Anschlüsse eingesetzt werden n;üßten.

Wird mittels der elektrischen Umschalteinrichtung 8 vom Warmwassergewinnungs- auf den Heizungswassergewinnungsbetrieb umgestellt, so wird der Betrieb der Umwälzpumpe mit Schwerkraftbremse 16 und damit der Brauchwasserkreislauf unterbrochen, während der elektronische Differenzthermostat 51 mit den Fühlern 52 und 53 den Vierwegemischer 5 über den motorisehen Antrieb 54 so steuern, daß immer nur soviel Heizungs-Rücklaufwasser durch das äußere Koaxialrohr 43 des Wärmetauschers 4 geleitet wird, wie zur Aufrechterhaltung einer Mindestwassertemperatur im Wärmetauscher 4 und eines daraus resultierenden Verflüssigungs-Mindestdruckes auf der kältetechnischen Seite und Aufrechterhaltung der für den Wärmeaustausch erforderlichen Temperaturdifferenz erforderlich ist

Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel dient nur zur Erläuterung und kann in beliebiger Weise erweitert und modifiziert werden. So ist beispielsweise auch die Anordnung eines thermostatgesteuerten Wassertemperatur- und Kondenstor-Druckreglers am Ablauf des äußeren Koaxialrohres 43 des Wärmetauschers 4 für den Heizungswasser-Kreislauf möglich. Weitere Modifikationen sind in der Weise durchführbar, daß der Brauchwasserbehälter in weitere Behälterteile unterteilbar ist wobei in den unterschiedlichen Behälterteilen Einlaufrohre nach Art des Rohres 19 einführbar sind, die an entsprechende Mehrwegeventile angeschlossen werden können.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Warmwassererzeugung mit einem Wärmepumpenaggregat, einem Brauchwasserspeicher, einem Heizkessel für fossile oder gasförmige Brennstoffe und einem Wärmetauscher, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher aus einem Kondensator (4) mit koaxial ineinander angeordneten und gewendelten Rohren (41, to 42,43) besteht, die

a) an das Wärmepumpenaggregat (6),

b) über ein erstes Mehrwegeventil (2) an eine Brauchwasserleitung (14, 18) und an den Brauchwasserspeicher (1) und

c) über ein zweites Mehrwegeventi! (5) an den Heizkessel (7) und dessen Heizwasserleitung (30) angeschlossen sind.

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die koaxialen Rohre (41, 42, 43) des Kondensators (4) nach dem Gegenstromprinzip durchflossen sind, wobei das mit dem Wärmepumpenaggregat (6) verbundene Rohr (42) mittig angeordnet und in der einen Richtung von einem von dem Wärmepumpenaggregat (6) überhitzten und komprimierten Kältemittelgas durchströmt ist, während das innere Rohr (41) mit dem ersten Mehrwegeventil (2) verbunden ist und in der anderen Riehtung von zugeführtem, kaltem Brauchwasser durchflossen wird und das äußere Rohr (43) mit dem zweiten Mehrwegeventil (5) verbunden ist und von dem abgekühlten Heizwasser ebenfalls in der anderen Richtung durchflossen ist

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Ablauf des inneren Rohres (41) ein thermostatgesteuerter Wassertemperatur- und Kondensator-Druckregler (3) angeordnet ist, der den Brauchwasserdurchlauf öffnet, sobald das in dem inneren Rohr (41) befindliche Brauchwasser eine voreinstellbare Solltemperatur erreicht hat und den Brauchwasserdurchlauf schließt, sobald die eingestellte Solltemperatur einen einstellbaren Temperaturbereich, vorzugsweise 2 bis 3° C unterschreitet.

4. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Mehrwegeventil (2) als Dreiwegeventil ausgebildet ist, das einerseits mit dem thermostatgeregelten Wassertemperatur- und Kondensator-Druckregler (3) und andererseits mit einer aus dem oberen Teil des Brauchwasserbehälters (1) herausgeführten Brauchwasserleitung (14) und über eine Rohrleitung (18) mit dem oberen Bereich des unteren Behälterteils (Ib) des Brauchwasserbehälters (1) verbunden ist, wobei die Rohrleitung (19) vorzugsweise dicht unterhalb der horizontalen Trennwand (11) in den Brauchwasserbehälter (1) einmündet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Mehrwegeventil (2) als therrnostatgesteuertes Dreiwegeventil ausgebildet ist, das mit einem im oberen Behälterteil (\a) des Brauchwasserbehälters (1) angeordneten Fernfühler (22) verbunden ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Dreiwegeventil (2) von Hand einstellbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch

gekennzeichnet, daß das zweite Mehrwegeventil (5) als Vierwegeventil ausgebildet ist, das zum einen mit einer Heizwasser-Rücklaufleitung (30) und dem Ablauf des äußeren Koaxialrohres (43) des Wärmetauschers (4) und zum anderen mit dem Heizkessel (7) und dem Zulauf des äußeren Koaxialrohres (43) des Wärmetauschers (4) verbunden ist

8. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Zulauf des inneren Koaxialrohres (41) des Wärmetauschers (4) eine Brauchwasser-Umwälzpumpe mit Schwerkraftbremse (16) angeordnet ist

9. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der Heizwasser-Rücklaufleitung (30) einerseits und an dem Ablauf des äußeren Koaxialrohres (43) des Wärmetauschers (4) andererseits jeweils ein Thermostatfühler (52,53) angeordnet ist, die mit einer elektronischen Differenz-Thermostateinrichtung (51) verbunden sind, die mittels eines elektromotorischen Stellantriebs (54) das zweite Mehrwegeventil (5) steuert

10. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche«, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrische Umschaltvorrichtung (8) zum Umschalten vom Warmwassergewinnungsbetrieb über den Wärmetauscher (4) auf Heizungsbetrieb vorgesehen ist, wobei die Umschaltvorrichtung (8) mit der Brauchwasser-Umwälzpumpe mit Schwerkraftbremse (16) und dem elektromotorischen Stellantrieb zur Steuerung des zweiten Mehrwegeventils (5) verbunden ist und bei Umschaltung von Warmwassergewinnungsbetrieb auf Heizungswassergewinnungsbetrieb die Brauchwasser-Umwälzpumpe mit Schwerkraftbremse (16) und damit den Brauchwasserkreislauf abschaltet, während die elektronische Differenz-Thermostateinrichtung (51) über den elektromotorischen Stellantrieb (54) das zweite Mehrwegeventil (5) so steuert, daß jeweils nur soviel Heizungs-Rücklaufwasser durch das äußere Koaxialrohr (43) des Wärmetauschers (4) fließt, wie zur Aufrechterhaltung einer minimalen Wassertemperatur im Wärmetauscher (4) und daraus resultierendem Verflüssigungs-Mindestdruck auf der Seite des wärmeabgebenden Aggregats (6) und zur Aufrechterhaltung der für den Wärmeaustausch erforderlichen Temperaturdifferenz erforderlich ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß der thermostatgesteuerte Wassertemperatur- und Kondensator-Druckregler (3) eine Einstellvorrichtung (34,35) enthält, mit der eine vorwählbare Brauchwassertemperatur einstellbar ist wobei ein in einem Ventilgehäuse (39) angeordneter Ventilkegel (38) bei Erreichen dieser über einen Fernfühler (32) am Auslauf des inneren Koaxialrohres (41) des Wärmetauschers (4) abgefühlten Temperatur den Brauchwasserkreislauf freigibt, der bei Unterschreiten einer vorgebbaren Temperaturdifferenz unterhalb des eingestellten Temperatur-Sollwertes geschlossen wird.

12. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Abiauf des äußeren Koaxialrohres (43) ein thermostatgesteuerter Wassertemperatur- und Kondensator-Druckregler für den Heizungswasser-Kreislauf vorgesehen ist.