EP0038318B2 - Regelvorrichtung zur Regelung der Erwärmung von Brauchwasser für einen Speicherbehälter - Google Patents

Regelvorrichtung zur Regelung der Erwärmung von Brauchwasser für einen Speicherbehälter Download PDF

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EP0038318B2
EP0038318B2 EP81890059A EP81890059A EP0038318B2 EP 0038318 B2 EP0038318 B2 EP 0038318B2 EP 81890059 A EP81890059 A EP 81890059A EP 81890059 A EP81890059 A EP 81890059A EP 0038318 B2 EP0038318 B2 EP 0038318B2
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EP
European Patent Office
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thermostat
temperature
water
heat exchanger
charging pump
Prior art date
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EP81890059A
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EP0038318A1 (de
EP0038318B1 (de
Inventor
Ferdinand Hartmann
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Austria Email-EHT AG
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Austria Email-EHT AG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D17/00—Domestic hot-water supply systems
    • F24D17/02—Domestic hot-water supply systems using heat pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D19/00—Details
    • F24D19/10—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F24D19/1006—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems
    • F24D19/1066—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for the combination of central heating and domestic hot water

Definitions

  • the invention relates to a temperature control device for industrial water in a water storage tank, which is heated using a heat exchanger equipped with a primary and a secondary circuit, arranged outside the storage tank and supplied with heat energy on the primary side, the water to be heated being heated in the secondary circuit at the bottom of the storage tank removed and returned by a thermostat-controlled charge pump via the heat exchanger in the heated state on the cover side, with a first thermostat in the storage tank and a second thermostat connected in series with the first thermostat in the region of the cold water zone, the first thermostat closing at a predetermined lower hot water temperature and the The charging pump switches on for the charging process and the second thermostat opens at a predetermined upper hot water temperature and the charging pump to end the charging process turns off.
  • the arrangement is essentially the same as that described above, in which case the heat exchanger is connected to the heating circuit of the solar system.
  • a memory with a separate heat exchanger is known from DE-A-2 508 135, which is connected on the primary side to a heating system.
  • a thermostatically controlled pump is provided on the secondary side, which takes the water to be heated from the storage tank at the bottom, passes it through the heat exchanger, and returns it to the storage tank at the top.
  • an electrical heater is provided in the heat exchanger, which enables additional heat supply and thus a certain adaptation to fluctuating operating conditions.
  • a combination of such a heat exchanger with a heat pump requires the use of expensive electrical energy and can therefore not be considered for economic reasons.
  • DE-B-1 019 792 relates to a heat pump system with a hot water pressure accumulator, the condenser or condenser of the heat pump being designed as a heat exchanger.
  • the water is removed from the bottom of the pressure accumulator by heat convection, passed through the heat exchanger and returned in the upper third of the pressure accumulator.
  • the refrigerant flowing back to the expansion valve heats the incoming fresh water in a further heat exchanger.
  • the characteristic feature is a drain valve, pressure-controlled by the coolant, for the water flowing from the store to the heat exchanger.
  • a control device of the type mentioned has become known, in which the first part is arranged in the upper part of a domestic hot water tank and in the lower part thereof the second thermostat connected in series with the first and the first thermostat one
  • the charge pump switches on and the second thermostat switches off the charge pump to end the charging process, the first thermostat closing at a predetermined lower hot water temperature and the second thermostat opening at a predetermined upper hot water temperature.
  • this publication mentions an embodiment in which the heat exchanger that heats the water in the store can be integrated outside the store, preferably in a boiler that supplies the heat exchanger with thermal energy.
  • the disadvantage of the known control device is that, especially when starting, the water is initially supplied to the storage tank at a lower than the desired hot water temperature, which means that zones of cooler water are always recharged.
  • an auxiliary pump is switched on by a control element, which is not defined in any more detail, as a result of which a greater quantity of water is conveyed through the instantaneous heater and overheating of the system is avoided.
  • the known system does not respond if too cold water flows through line 11.
  • the object of the invention is to optimize the generic temperature control device in such a way that the water storage tank, sufficient heat supply in the primary circuit, water is only supplied with a maximum final temperature so as not to disturb the temperature stratification of the water, the process water passing through the heat exchanger only once and the heat transfer performance of the heat exchanger should be optimally used.
  • a controlled depending on the outlet temperature of the secondary circuit from the heat exchanger actuator for adjusting or regulating the flow rate is provided, with which the flow rate in the secondary circuit depending on the heat transfer capacity of the heat exchanger is set or It is regulated that the flow rate is a maximum at the outlet temperature above a predetermined value and a minimum at the outlet temperature below this value, a continuously adjustable valve or a charge pump with a controllable drive motor being provided as the actuator.
  • a third thermostat which is controlled as a function of the inlet temperature of the primary circuit in the heat exchanger, is arranged when the primary circuit enters the heat exchanger, which is connected in series with the circuit for the charge pump, and for controlling the actuator thereby enabling the charging pump to be switched on by the first thermostat, the third thermostat closing at a predetermined upper temperature of the primary circuit medium.
  • the primary circuit is preferably connected to a heat pump, the heat transfer performance of the heat exchanger being coordinated with the heat pump in such a way that the maximum amount of heat given off is transferred to the domestic water at the highest temperature.
  • the temperature control device in conjunction with the coordinated heat transfer capacity of the heat exchanger and the delivery rate of the secondary circuit set by means of the actuator, ensures that the temperature of the cold service water drawn at the lowest possible point is increased to the maximum possible final temperature with a single pass of the service water to be heated.
  • the storage tank is loaded from above and the separating layer between hot and cold process water moves downwards until the storage tank is no longer charged. There is therefore no undesirable mixing of hot and cold water, as is the case with conventional turbulence due to convection.
  • the pressure-resistant storage container is denoted by 1 and preferably has the shape of a standing cylinder with a curved bottom 2 and a likewise curved lid 3.
  • the bottom 2 leads a kaft water supply pipe 4, the inner end of which is opposite a baffle plate 5.
  • a distributor plate 7 is also located in the upper part of the storage container 1, near the cover 3.
  • the secondary circuit is constructed by the pipe sections 8a, 8b and 8c.
  • the pipe section 8a comes from the heat exchanger, generally designated 9, and opens into the cover 3.
  • the pipe section 8b extends from the bottom 2 to a charge pump 10 and an adjustable throttle valve 11.
  • the invention provides that the flow rate of the secondary circuit of the heat exchanger is controlled as a function of the outlet temperature of the water from the heat exchanger.
  • a device for this purpose contains in the secondary circuit an actuator for regulating the flow rate, which is regulated as a function of the outlet temperature of the water from the heat exchanger.
  • the flow rate can be regulated continuously or discontinuously, ie for example as a two-point control.
  • the thermostats T1, T4 and T2 are provided, the thermostat T1 being arranged approximately in the center and the thermostat T2 on the bottom side of the store.
  • the thermostat T4 is arranged when the secondary circuit emerges from the heat exchanger 9.
  • the pipe section 8c leads from the throttle valve 11 to the heat exchanger 9.
  • the primary circuit consists of a heat pump 13, a circulation pump 14, a priority valve (electromagnetically operable three-way valve) 15, which supplies the heater 16 outside the charging time of the water heater in the application case shown. Furthermore, the thermostat T3 is arranged in the primary circuit, specifically at the entry point of the primary circuit medium into the heat exchanger 9.
  • a switching device is designated 17 and contains a relay with a coil 18 and with contacts 19, 20a and 20b open in the idle state.
  • the coil 18 is in series with the contacts of the thermostats T1 and T2, which are also in series, at a supply voltage (for example mains voltage).
  • thermostat T1 If the temperature of the hot water in storage tank 1 is sufficiently high, the contact of thermostat T1 is open. The contact of the thermostat T2 is closed, because cold water is available from the bottom of the storage tank. If hot service water is withdrawn via the discharge line 6, cold water flows in via the feed pipe 4. As soon as the temperature at the point of the thermostat T1 falls below a predetermined value, the contact of the thermostat T1 closes and thus closes the circuit for the coil 18, so that the contacts 19, 20a and 20b close. The contact 19 serves as a hold contact, i.e. it bridges the contact of the thermostat T1.
  • the electromagnetically actuated priority valve 15 is connected directly and, on the other hand, the charging pump is connected via the contact of the thermostat T3, and the solenoid valve 21 is connected to the supply voltage via the contact of the thermostat T4.
  • the contact of the thermostat T3 is open below a predetermined temperature of the primary circuit medium, i.e. the charge pump only starts to work when the flow temperature of the T3 thermostat has been reached.
  • the contact of the thermostat T4 is closed above a predetermined temperature of preferably 50 ° C, so that the solenoid valve 21 is open and the flow rate is a maximum. If the temperature of the thermostat T4 drops, the contact of the thermostat T4 opens due to its hysteresis at approx.
  • the solenoid valve 21 closes, so that the flow rate is a minimum.
  • the maximum or minimum flow rate are determined by the throttle valves 11 and 22 and now ensure a temperature increase of the cold service water drawn at the lowest possible point and a temperature increase to the maximum final temperature with a single pass of the service water to be heated.
  • the memory 1 is loaded from above and the separating layer between hot and cold process water migrates downwards until the charging of the memory 1 has ended and the thermostat T2 interrupts the circuit for the coil 18, so that the contacts 19, 20a and 20b are interrupted and thus priority valve 15 is switched back to heating mode.
  • the thermostat T1 additionally switches on the heat pump 13 and switches on the primary circuit. After the maximum flow temperature has been reached, the thermostat T3 switches on the charge pump 10 again, which ensures that the secondary circuit is only put into operation when the primary circuit has full power.
  • the thermostat T1 can be arranged at any height of the storage container; the desired discharge state of the storage device is usually decisive for its position until the heating process begins.
  • the heat pump can only be used for domestic water preparation, or an intermediate medium or coolant can flow through the primary circuit.
  • Other elements with the same effect are also possible in the control.
  • the thermostat T3 can be replaced by a timing relay, i.e. the charge pump is switched on after the contacts 20a, 20b are closed after a predetermined time interval.
  • Fig. 2 shows the application of the invention in the combination of a heat pump 13 with a memory 1 for the production of hot water and a memory 1 'for heating water production, the elements associated with the memory 1' having the same reference numerals as for the memory 1, but with an apostrophe (') are provided.
  • a further contact 20c is provided in the relay of the control device 17, which interrupts the circuit for starting the charge pump 10 ', so that the coil 18 of the relay is excited, so that the circuit for hot water generation is operated primarily.
  • the function of this arrangement is otherwise the same as that of the previous exemplary embodiment, so that its description is unnecessary.
  • the bridging is effected (Bypass) of the first throttle valve 11, 11 'in the secondary circuit through the solenoid valve 21, 21' or the combination of the solenoid valve 21, 21 'with the second throttle valve 22, 22' an increase in the flow rate of the water through the heat exchanger 9, 9 ', so that an increased supply of heat from the heat pump causes the thermostats T4 or T4 'to be switched on and can advantageously be used to fill the storage more quickly.
  • the actuator for controlling the flow rate can also be designed according to the invention as a continuously adjustable valve which, for. B. is adjustable by an actuator and also depending on the water temperature at the exit point of the secondary circuit from the heat exchanger, the z. B. measured by means of a thermocouple, the temperature corresponding voltage (actual value) is amplified and compared with a selectable setpoint, the differential voltage between the setpoint and actual value is supplied to the servomotor via a power amplifier.
  • a control loop may act ie as an actuator and the drive motor for the charge pump 10 can be regulated 10 ', wherein the flow rate is adapted to the respective heat supply by changing the rotation number in response to the above D i t-ference voltage.
  • the drive motor is connected to the output of the power amplifier.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Temperaturregeleinrichtung für Brauchwasser in einem Wasserspeicherbehälter, das unter Verwendung eines mit einem Primär- und einem Sekundärkreislauf ausgestatteten, außerhalb des Speicherbehälters angeordneten und primärseitig von einer Wärmequelle mit Wärmeenergie belieferten Wärmetauschers erwärmt wird, wobei das zu erwärmende Wasser im Sekundärkreislauf dem Speicherbehälter bodenseitig entnommen und durch eine thermostatgesteuerte Ladepumpe über den Wärmetauscher in erwärmtem Zustand deckelseitig rückgeführt wird, mit einem ersten Thermostat im Speicher und einem in Serie mit dem ersten Thermostat geschalteten zweiten Thermostat im Bereich der Kaltwasserzone, wobei der erste Thermostat bei einer vorbestimmten unteren Brauchwassertemperatur schließt und die Ladepumpe für den Ladevorgang einschaltet und der zweite Thermostat bei einer vorbestimmten oberen Brauchwassertemperatur öffnet und die Ladepumpe zur Beendigung des Ladevorgangs ausschaltet.
  • Bei üblichen Brauchwasserbereitern ist innen etwa in der unteren Hälfte eines z. B. zylindrischen, stehenden und mit entsprechender Wärmeisolierung versehenen Speicherbehälters ein Wärmetauscher angebracht, der mit dem Heizkreislauf meistens einer Zentralheizungsanlage - beaufschlagt wird. Bei derartigen Anlagen gibt das z. B. vom Zentralheizungskessel kommende Heizmedium einen Teil der in ihm enthaltenen Wärmemenge an das im Speicherbehälter befindliche Wasser ab, welches sich, bedingt durch die Konvektion, gleichmäßig erwärmt. Je höher aber dabei die Temperatur des Wassers im Behälter ansteigt, desto höher wird auch die Temperatur des vom Wärmetauscher zurückfließenden Wassers. Das bedeutet aber, daß der Temperaturunterschied zwischen dem Inhalt des Speicherbehälters und dem z. B. vom Heizkessel kommenden Wassers ("Vorlauf") geringer wird und demzufolge immer weniger Wärme in das Brauchwasser abgegeben wird; die Leistung bzw. der Wirkungsgrad des Wärmetauschers sinkt daher mit zunehmender Temperatur des Brauchwassers ab.
  • Bei einer Brauchwasserbereitung mittels Sonnenenergie ist die Anordnung im wesentlichen gleich der oben beschriebenen, wobei in diesem Fall der Wärmetauscher mit dem Heizkreislauf der Solaranlage verbunden ist.
  • Dieser oben beschriebene, bei zunehmender Temperatur des Brauchwassers sinkende Wirkungsgrad des Wärmetauschers führt bei Anwendung von Wärmepumpen zur Brauchwasserbereitung zu Problemen, weil die Wärmepumpe nur eine geringe Leistungsbreite hat und bei sinkender Leistungsabgabe abschaltet. Dies hat zur Folge, daß mit zunehmender Temperatur des Brauchwassers die Einschaltdauer der Pumpe abnimmt und diese intermittierend zu arbeiten beginnt. Bedingt durch die notwendigen Abkühlzeiten bis zur Wiedereinschaltung der Wärmepumpe wird der Zeitraum bis zur kompletten Erwärmung des Brauchwasserbereiters entsprechend vergrößert bzw. die maximal mögliche Temperatur nicht erreicht.
  • Andererseits ist aus der DE-A-2 508 135 ein Speicher mit einem getrennten Wärmetauscher bekannt, welcher primärseitig an eine Heizungsanlage angeschlossen ist. Sekundärseitig ist eine thermostatgesteuerte Pumpe vorgesehen, welche das zu erwärmende Wasser dem Speicher unten entnimmt, durch den Wärmetauscher leitet, und dem Speicher oben zurückführt. Als kennzeichnendes Merkmal ist im Wärmetauscher ein elektrisches Heizgerät vorgesehen, welches eine zusätzliche Wärmezufuhr und damit eine gewisse Anpassung an schwankende Betriebsverhältnisse ermöglicht. Eine Kombination eines solchen Wärmetauschers mit einer Wärmepumpe erfordert den Einsatz kostspieliger elektrischer Energie und kann daher aus wirtschaftlichen Erwägungen nicht in Betracht gezogen werden.
  • Es sind auch Einrichtungen zur Temperaturregelung für Warmwasserspeicherbehäfter bekannt, welche an Wärmepumpen oder Solaranlagen angeschlossen sind. So betrifft beispielsweise die DE-B-1 019 792 eine Wärmepumpenanlage mit einem Heißwasserdruckspeicher, wobei der Verflüssiger bzw. Kondensator der Wärmepumpe als Wärmetauscher ausgebildet ist. Durch die Wärmekonvektion wird das Wasser dem Druckspeicher bodenseitig entnommen, durch den Wärmetauscher geleitet, und im oberen Drittel des Druckspeichers rückgeführt. Das zum Expansionsventil rückfließende Kältemittel erwärmt in einem weiteren Wärmetauscher das zufließende Frischwasser. Das kennzeichnende Merkmal ist ein durch das Kühlmittel druckgesteuertes Ablaßventil für das vom Speicher zum Wärmetauscher fließende Wasser. Weiters ist durch die DE-A-2 753 536 eine Regeleinrichtung der eingangs erwähnten Art bekannt geworden, bei welcher im oberen Teil eines Brauchwasserspeichers der erste und im unteren Teil desselben der mit dem ersten in Serie geschaltete zweite Thermostat angeordnet sind und der erste Thermostat eine Ladepumpe einschaltet und der zweite Thermostat die Ladepumpe zur Beendigung des Ladevorgangs ausschaltet, wobei der erste Thermostat bei einer vorbestimmten unteren Brauchwassertemperatur schließt und der zweite Thermostat bei einer vorbestimmten oberen Brauchwassertemperatur öffnet. Ferner wird in dieser Druckschrift eine Ausführungsform erwähnt, bei der der das Wasser im Speicher erwärmende Wärmetauscher außerhalb des Speichers, vorzugsweise in einem den Wärmetauscher mit Wärmeenergie beliefernden Kessel integriert sein kann. Der Nachteil der bekannten Regeleinrichtung besteht darin, daß insbesondere beim Anfahrvorgang das Wasser dem Speicher zunächst mit einer niedrigeren als der gewünschten Brauchwassertemperatur zugeführt wird, was dazu führt, daß immer Zonen kühleren Wassers nachgeladen werden.
  • Schließlich ist durch die DE-A-1 914 733 eine elektrisch beheizte Flüssigkeits-Speicherhei- zungsanlag mit einem Heißwasserkreislauf und einem Durchlauferhitzer ohne Wärmetauscher und einem Speicher bekannt geworden, welcher von einem elektrischen Durchlauferhitzer über zwei wahlweise zu- und abschaltbare Pumpen gespeist wird und das Warmwasser über ein Beimischventil und eine Vorlaufpumpe an einen Heizkörper abgeben. Diese Anlage entspricht nicht der gattungsmäßigen, da sie weder im angestrebten Sinne geschaltete Thermostate, noch zwei Kreisläufe aufweist, und somit nicht die gestellte Aufgabe lösen kann. Außerdem bezweckt die Anlage u.a. die Temperatur des in den Speicher einfließenden Wassers unter der Dampftemperatur zu haften. Wenn die Temperatur über die Auslegetemperatur des Systems steigt, wird durch ein nicht näher definiertes Steuerglied eine Hilfspumpe eingeschaltet, wodurch eine größere Wassermenge durch den Durchlauferhitzer gefördert und ein Überhitzen des Systems vermieden wird. Hingegen spricht das bekannte System nicht an, wenn durch die Leitung 11 ein zu kaltes Wasser fließt.
  • Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, die gattungsgemäße Temperaturregeleinrichtung dahingehend zu optimieren, daß dem Wasserspeicherbehäfter, genügenden Wärmeangebot im Primärkreislauf Wasser nur mit einer maximalen Endtemperatur zugeführt wird, um die Temperaturschichtung des Wassers nicht zu stören, wobei das Brauchwasser den Wärmetauscher nur einmal durchlaufen und die Wärmeübertragungsleistung des Wärmetauschers optimal ausgenützt werden soll.
  • Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß im Sekundärkreislauf ein in Abhängigkeit von der Austrittstemperatur des Sekundärkreislaufes aus dem Wärmetauscher gesteuertes Stellglied zur Einstellung oder Regelung der Durchflußmenge vorgesehen ist, mit dem die Durchflußmenge im Sekundärkreislauf in Abhängigkeit von der Wärmeübertragungsleistung des Wärmetauschers so eingestellt bzw. reguliert wird, daß die Durchflußmenge bei Austrittstemperatur oberhalb eines vorbestimmten Wertes ein Maximum und bei Austrittstemperatur unterhalb dieses Wertes ein Minimum ist, wobei als Stellglied ein stetig verstellbares Ventil oder eine Ladepumpe mit einem regelbaren Antriebsmotor vorgesehen ist.
  • Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß zur Steuerung des Stellglieds ein in Abhängigkeit von der Eintrittstemperatur des Primärkreislaufes in den Wärmetauscher gesteuerter dritter Thermostat beim Eintritt des Primärkreislaufes in den Wärmetauscher angeordnet ist, weicher in Serie mit dem Stromkreis für die Ladepumpe geschaltet ist und dadurch den Einschaltvorgang für die Ladepumpe durch den ersten Thermostat ermöglicht, wobei der dritte Thermostat bei einer vorbestimmten oberen Temperatur des Primärkreislaufmediums schließt.
  • Der Primärkreislauf ist vorzugsweise an eine Wärmepumpe angeschlossen, wobei der Wärmetauscher in seiner Wärmeübertragungsleistung mit der Wärmepumpe derart abgestimmt ist, daß die maximal abgegebene Wärmemenge mit höchster Temperatur auf das Brauchwasser übertragen wird.
  • Die erfindungsgemäße Temperaturregeleinrichtung gewährleistet im Verein mit der abgestimmten Wärmeübertragungsleistung des Wärmetauschers und der mittels des Stellglieds eingestellten Fördermenge des Sekundärkreislaufes eine Temperaturerhöhung des an der tiefstmöglichen Stelle entnommenen kalten Brauchwassers auf die maximal mögliche Endtemperatur bei einmaligem Durchlauf des zu erwärmenden Brauchwassers. Der Speicher wird von oben geladen und die Trennschicht zwischen warmem und kaltem Brauchwasser wandert nach unten, bis die Ladung des Speichers beendet ist. Es kommt daher zu keiner unerwünschten Vermischung von warmem und kaltem Wasser, wie dies durch die Konvektion bedingte Turbulenz bei herkömmlichen Speichern der Fall ist.
  • Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen
    • Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Beispiels der erfindungsgemäßen Temperaturregeleinrichtung für einen Speicher mit einem getrennten Wärmetauscher, welcher primärseitig an eine Wärmepumpe angeschlossen ist und
    • Fig. 2 als weiteres Beispiel eine Variante des Beispiels nach Fig. 1 für zwei Speicher.
  • In Fig. 1 ist der druckfeste Speicherbehälter mit 1 bezeichnet und hat vorzugsweise die Form eines stehenden Zylinders mit gewölbtem Boden 2 und ebenso gewölbtem Deckel 3.
  • In den Boden 2 führt ein Kaftwasser-Zuführrohr 4, dessen innerem Ende ein Prallblech 5 gegenüberliegt. Im Deckel 3 befindet sich die Entnahmeleitung 6 für das Brauchwasser. Auch im Oberteil des Speicherbehälters 1, nahe dem Deckel 3, befindet sich ein Verteilerblech 7. Der Sekundärkreislauf ist durch die Rohrstücke 8a, 8b und 8c aufgebaut. Das Rohrstück 8a kommt von dem allgemein mit 9 bezeichneten Wärmetauscher und mündet in den Deckel 3. Das Rohrstück 8b geht vom Boden 2 aus zu einer Ladepumpe 10 und einem einstellbaren Drosselventil 11.
  • Die Erfindung sieht vor, daß die Durchflußmenge des Sekundärkreislaufes des Wärmetauschers in Abhängigkeit von der Austrittstemperatur des Wassers aus dem Wärmetauscher geregelt wird.
  • Eine Vorrichtung hiefür enthält im Sekundärkreislauf ein Stellglied zur Regelung der Durchflußmenge, welches in Abhängigkeit von der Austrittstemperatur des Wassers aus dem Wärmetauscher geregelt ist.
  • Die Regelung der Durchflußmenge kann stetig oder unstetig, d.h. beispielsweise als Zweipunktregelung erfolgen. Für die Regelung sind im Sekundärkreislauf die Thermostate T1, T4 und T2 vorgesehen, wobei der Thermostat T1 etwa mittig und der Thermostat T2 bodenseitig am Speicher angeordnet ist. Der Thermostat T4 ist beim Austritt des Sekundärkreislaufes aus dem Wärmetauscher 9 angeordnet. Parallel zum Drosselventil 11 liegt als Stellglied ein Magnetventil 21 in Serie mit einem weiteren Drosselventil 22. Das Rohrstück 8c führt vom Drosselventil 11 zum Wärmetauscher 9.
  • Der Primärkreislauf besteht aus einer Wärmepumpe 13, einer Umwälzpumpe 14, einem Vorrangventil (elektromagnetisch betätigbares Dreiwegventil) 15, welches im dargestellten Anwendungsfalle die Heizung 16 außerhalb der Ladezeit des Brauchwasserbereiters versorgt. Ferner ist im Primärkreislauf der Thermostat T3 angeordnet, und zwar bei der Eintrittsstelle des Primärkreislaufmediums in den Wärmetauscher 9.
  • Die Regelung dieses Systems erfolgt auf folgende Art: Eine Schalteinrichtung ist mit 17 bezeichnet und enthält ein Relais mit einer Spule 18 und mit im Ruhezustand offenen Kontakten 19, 20a und 20b. Die Spule 18 liegt in Serie mit den Kontakten der ebenfalls in Serie liegenden Thermostate T1 und T2 an einer Versorgungsspannung (z. B. Netzspannung).
  • Ist die Temperatur des Brauchwassers in Speicher 1 genügend hoch, ist der Kontakt des Thermostates T1 offen. Der Kontakt des Thermostates T2 ist geschlossen, da kaltes Brauchwasser von der Bodenseite des Speichers her ansteht. Wird warmes Brauchwasser über die Entnahmeleitung 6 entnommen, so fließt kaltes Wasser über das Zuführrohr 4 zu. Sobald die Temperatur an der Stelle des Thermostates T1 einen vorbestimmten Wert unterschreitet, schließt der Kontakt des Thermostates T1 und schließt damit den Stromkreis für die Spule 18, sodaß die Kontakte 19, 20a und 20b schließen. Der Kontakt 19 dient als Selbsthaltekontakt, d.h. er überbrückt den Kontakt des Thermostates T1. Durch die geschlossenen Kontakte 20a und 20b werden einerseits das elektromagnetisch betätigte Vorrangventil 15 direkt und anderseits über den Kontakt des Thermostates T3 die Ladepumpe, sowie das Magnetventil 21 über den Kontakt des Thermostates T4 an die Versorgungsspannung gelegt. Der Kontakt des Thermostates T3 ist unterhalb einer vorbestimmten Temperatur des Primärkreislaufmediums geöffnet, d.h. die Ladepumpe beginnt erst dann zu arbeiten, wenn beim Thermostat T3 die Vorlauftemperatur erreicht ist. Der Kontakt des Thermostates T4 ist oberhalb einer vorbestimmten Temperatur von vorzugsweise 50°C geschlossen, sodaß das Magnetventil 21 geöffnet ist und die Durchflußmenge ein Maximum ist. Sinkt die Temperatur beim Thermostaten T4, so öffnet der Kontakt des Thermostaten T4 bedingt durch dessen Hysterese bei ca. 45°C und das Magnetventil 21 schließt, sodaß die Durchflußmenge ein Minimum ist. Die maximale bzw. minimale Durchflußmenge werden durch die Drosselventile 11 bzw. 22 festgelegt und gewährleisten nun eine Temperaturerhöhung des an der tiefstmöglichen Stelle entnommenen kalten Brauchwassers und eine Temperaturerhöhung auf die maximale Endtemperatur bei einmaligem Durchlauf des zu erwärmenden Brauchwassers. Der Speicher 1 wird von oben geladen und die Trennschicht zwischen warmem und kaltem Brauchwasser wandert nach unten, bis die Ladung des Speichers 1 beendet ist und der Thermostat T2 den Stromkreis für die Spule 18 unterbricht, sodaß die Kontakte 19, 20a und 20b unterbrochen und somit das Vorrangventil 15 wieder auf Heizbetrieb umgestellt wird.
  • Ist die Heizung 16 nicht in Betrieb, dann schaltet außer den oben beschriebenen Schaftvorgängen der Thermostat T1 zusätzlich die Wärmepumpe 13 ein und den Primärkreislauf zu. Nach Erreichung der maximalen Vorlauftemperatur schaltet der Thermostat T3 wieder die Ladepumpe 10 ein, womit sichergestellt ist, daß der Sekundärkreislauf erst bei voller Leistungsabgabe des Primärkreislaufes in Betrieb gesetzt wird. Der Thermostat T1 kann in beliebiger Höhe des Speicherbehälters angeordnet sein, bestimmend für seine Lage ist normalerweise der gewünschte Entladungszustand des Speichers bis zum Einsetzen des Aufheizvorganges.
  • Selbstverständlich sind auch andere Ausführungsformen möglich. z. B. kann die Wärmepumpe nur zur Brauchwasserbereitung eingesetzt sein, oder kann der Primärkreislauf von einem Zwischenmedium oder Kühlmittel durchströmt sein. Auch bei der Regelung sind andere Elemente gleicher Wirkung möglich, so kann z. B. der Thermostat T3 durch ein Zeitrelais ersetzt werden, d.h. die Ladepumpe wird nach dem Schließen der Kontakte 20a, 20b um ein vorbestimmtes Zeitintervall verzögert eingeschaltet.
  • Selbstverständlich kann statt einer Wärmepumpe zur Energiezufuhr z. B. auch ein Zentralheizungskessel oder eine Solaranlage eingesetzt werden. Auch bei diesen Heizsystemen gewährleistet die während des ganzen Ladevorganges konstante Wärmeübertragungsleistung einen gleichbleibenden hohen Wirkungsgrad der Anlage.
  • Die Fig. 2 zeigt die Anwendung der Erfindung bei der Kombination einer Wärmepumpe 13 mit einem Speicher 1 für die Brauchwassererzeugung und einem Speicher 1' für die Heizwassererzeugung wobei die dem Speicher 1' zugeordneten Elemente mit den gleichen Bezugszeichen wie beim Speicher 1, jedoch mit Apostroph (') versehen sind. In diesem Falle ist ein weiterer Kontakt 20c im Relais der Regeleinrichtung 17 vorgesehen, welcher den Stromkreis zur Inbetriebsetzung der Ladepumpe 10' unterbricht, sodaß die Spule 18 des Relais erregt wird, sodaß der Kreis zur Brauchwassererzeugung vorrangig betrieben wird. Die Funktion dieser Anordnung gleicht ansonsten jener des vorherigen Ausführungsbeispiels, sodaß sich deren Beschreibung erübrigt.
  • In beiden beschriebenen Ausführungsbeispielen nach Fig. 1 und 2 bewirkt die Überbrückung (Bypass) des im Sekundärkreislauf liegenden ersten Drosselventils 11, 11' durch das Magnetventil 21, 21' oder der Kombination Magnetventil 21, 21' mit dem zweiten Drosselventil 22, 22' eine Erhöhung der Durchflußmenge des Wassers durch die Wärmeaustauscher 9, 9', sodaß ein erhöhtes Wärmeangebot der Wärmepumpe ein Einschalten des Thermostaten T4 bzw. T4' bewirkt und in vorteilhafter Weise zur rascheren Füllung des Speichers genützt werden kann.
  • Das Stellglied zur Regelung der Durchflußmenge kann erfindungsgemäß auch als stetig verstellbares Ventil ausgebildet sein, welches z. B. durch einen Stellmotor verstellbar ist und zwar ebenfalls in Abhängigkeit von der Wassertemperatur an der Austrittsstelle des Sekundärkreislaufes aus dem Wärmeaustauscher, wobei die z. B. mittels eines Thermoelementes gemessene, der Temperatur entsprechende Spannung (Istwert) verstärkt und mit einem wählbaren Sollwert verglichen wird, wobei die Differenzspannung zwischen Soll- und Istwert über einen Endverstärker dem Stellmotor zugeführt wird. Mit einem derartigen Regelkreis kann auch der Antriebsmotor für die Ladepumpe 10, 10' geregelt werden, d.h. als Stellglied wirken, wobei durch Änderung der Umdrehungszahl in Abhängigkeit von der obigen Dit-ferenzspannung die Durchflußmenge dem jeweiligen Wärmeangebot angepaßt wird. In diesem Fall ist der Antriebsmotor an den Ausgang des Endverstärkers angeschlossen.

Claims (8)

1. Temperaturregeleinrichtung für Brauchwasser in einem Wasserspeicherbehälter (1, 1'), das unter Vorwendung eines mit einem Primär- und einem Sekundärkreislauf ausgestatteten, außerhalb des Speicherbehälters angeordneten und primärseitig von einer Wärmequelle mit Wärmeenergie belieferten Wärmetauschers (9, 9') erwärmt wird, wobei das es zu erwärmende Wasser im Sekundärkreislauf dem Speicherbehälter bodenseitig entnommen und durch eine thermostatgesteuerte Ladepumpe (10, 10') über den Wärmetauscher in erwärmtem Zustand deckelseitig rückgeführt wird, mit einem ersten Thermostat (T1, T1') im Speicher (1, 1') und einem in Serie mit dem ersten Thermostat (T1, T1') geschalteten zweiten Thermostat (T2, T2') im Bereich der Kaltwasserzone, wobei der erste Thermostat (T1, T1') bei einer vorbestimmten unteren Brauchwassertemperatur schließt und die Ladepumpe (10, 10') für den Ladevorgang einschaltet und der zweite Thermostat (T2, T2') bei einer vorbestimmten oberen Brauchwassertemperatur öffnet und die Ladepumpe zur Beendigung des Ladevorgangs ausschaltet, dadurch gekennzeichnet, daß im Sekundärkreislauf ein in Abhängigkeit von der Austrittstemperatur des Sekundärkreislaufes aus dem Wärmetauscher (9, 9') gesteuertes Stellglied zur Einstellung oder Regelung der Durchflußmenge vorgesehen ist, mit dem die Durchflußmenge im Sekundärkreislauf in Abhängigkeit von der Wärmeübertragungsleistung des Wärmetauschers (9, 9') so eingestellt bzw. reguliert wird, daß die Durchflußmenge bei Austrittstemperatur oberhalb eines vorbestimmten Wertes ein Maximum und bei Austrittstemperatur unterhalb dieses Wertes ein Minimum ist, wobei als Stellglied ein stetig verstellbares Ventil oder eine Ladepumpe (10, 10') mit einem regelbaren Antriebsmotor vorgesehen ist.
2. Temperaturregeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung des Stellglieds in Abhängigkeit von der Austrittstemperatur des Primärkreislaufes aus dem Wärmetauscher (9, 9') gesteuerter dritter Thermostat (T3, T3') beim Austritt des Primärkreislaufes aus dem Wärmetauscher (9, 9') angeordnet ist, welcher in Serie mit dem Stromkreis für die Ladepumpe (10, 10') geschaltet ist und dadurch den Einschaltvorgang für die Ladepumpe (10, 10') durch den ersten Thermostat (T1, T1') ermöglicht, wobei der dritte Thermostat (T3, T3') bei einer vorbestimmten oberen Temperatur des Primärkreislaufmediums geschlossen ist.
3. Temperaturregeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Thermostat (T1, T1') im Bereich der Mitte des Speicherbehälters (1, 1') und der zweite Thermostat (T2, T2') am Boden des Speicherbehälters (1, 1') oder zwischen diesem und der Eintrittsstelle des Sekundärkreislaufes in den Wärmetauscher (9, 9') angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied ein Magnetventil (21, 21') umfaßt, welches parallel zu einem Drosselventil (11, 11') im Sekundärkreislauf liegt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in Serie mit dem Magnetventil (21, 21') ein zweites Drosselventil (22, 22') liegt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Thermostat (T4, T4') der Austrittsstelle des Sekundärkreislaufes aus dem Wärmetauscher (9, 9') vorgesehen ist, welcher oberhalb einer vorbestimmten Wassertemperatur von vorzugsweise 50°C geschlossen ist und dadurch das Magnetventil (21, 21') öffnet, wenn die Ladepumpe in Betrieb gesetzt ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das stetig verstellbare Ventil durch einen Stellmotor verstellbar ist, wobei ein Thermoelement als Thermofühler vorgesehen ist, dessen Spannung verstärkt und als Istwert mit einem wählbaren Sollwert verglichen wird, wobei die Differenz zwischen Soll- und Istwert über einen Endverstärker dem Stellmotor für das stetig verstellbare Ventil zugeführt ist.
8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor der Ladepumpe (10, 10') an den Ausgang des Endverstärkers angeschlossen ist.
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