DE3308447C2 - Vorrichtung zur Warmwassererzeugung - Google Patents
Vorrichtung zur WarmwassererzeugungInfo
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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-
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
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
ft!· it SS'1
7 8
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-
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 (12)
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.
20
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.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19833308447 DE3308447C2 (de) | 1983-03-10 | 1983-03-10 | Vorrichtung zur Warmwassererzeugung |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19833308447 DE3308447C2 (de) | 1983-03-10 | 1983-03-10 | Vorrichtung zur Warmwassererzeugung |
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DE3308447A1 DE3308447A1 (de) | 1984-09-13 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE669262C (de) * | 1935-04-17 | 1938-12-20 | Richard Strehlau | Elektrisch beheizter Heisswasserspeicher |
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DE3101138A1 (de) * | 1981-01-15 | 1982-08-05 | Jürgen 4500 Osnabrück Vonhoff | Waermepumpe mit waermetauschern |
-
1983
- 1983-03-10 DE DE19833308447 patent/DE3308447C2/de not_active Expired - Lifetime
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