EP0122475B1 - Heizanlage - Google Patents

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Publication number
EP0122475B1
EP0122475B1 EP84102841A EP84102841A EP0122475B1 EP 0122475 B1 EP0122475 B1 EP 0122475B1 EP 84102841 A EP84102841 A EP 84102841A EP 84102841 A EP84102841 A EP 84102841A EP 0122475 B1 EP0122475 B1 EP 0122475B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heating
hot water
water
water inlet
combustion chamber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
EP84102841A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0122475A2 (de
EP0122475A3 (en
Inventor
Heinz Prof. Dr.-Ing. Bach
Gunther Dipl.-Ing. Claus
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Forschungsgesellschaft Heizung- Lueftung- Klimatechnik Stuttgart Mbh
Original Assignee
Forschungsgesellschaft Heizung- Lueftung- Klimatechnik Stuttgart Mbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Forschungsgesellschaft Heizung- Lueftung- Klimatechnik Stuttgart Mbh filed Critical Forschungsgesellschaft Heizung- Lueftung- Klimatechnik Stuttgart Mbh
Priority to AT84102841T priority Critical patent/ATE44410T1/de
Publication of EP0122475A2 publication Critical patent/EP0122475A2/de
Publication of EP0122475A3 publication Critical patent/EP0122475A3/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0122475B1 publication Critical patent/EP0122475B1/de
Expired legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • F24D19/1009—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for central heating
    • F24D19/1015—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for central heating using a valve or valves
    • 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
    • F24D11/00—Central heating systems using heat accumulated in storage masses
    • F24D11/002—Central heating systems using heat accumulated in storage masses water heating system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
    • F24H1/22—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating
    • F24H1/24—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water mantle surrounding the combustion chamber or chambers
    • F24H1/26—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water mantle surrounding the combustion chamber or chambers the water mantle forming an integral body
    • F24H1/263—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water mantle surrounding the combustion chamber or chambers the water mantle forming an integral body with a dry-wall combustion chamber

Definitions

  • the invention relates to a heating system of the type specified in the preamble of claim 1.
  • the heat capacity of the water in the boiler is required in order to bring about an adjustment between the burner output and the much smaller power requirement of the system.
  • the known boilers therefore have a water content of at least 35 liters in small systems and 100 liters and more in larger systems.
  • a relatively large heat capacity is also required in order to obtain reasonable long burner runtimes with as few on and off operations as possible during the day.
  • the invention has for its object to improve the known heating system with buffer storage so that the boiler can be designed with a given heating capacity with a particularly small heat capacity in order to achieve the optimal operating condition as quickly as possible in the course of the start-up phase and to reduce the heat losses in the cooling phase .
  • a boiler is preferably used as the heat generator, the water content of which is less than 35 liters, preferably between 15 and 20 liters.
  • a combustion chamber open on one side towards a front plate of the boiler is provided for a gas or oil-blower burner, that the front plate is water-cooled and baffles designed as heat-conducting fins for deflecting the combustion gases emerging from the combustion chamber into one the combustion chamber surrounding, on its outer surface water-cooled annular space which opens into an exhaust manifold having a water-cooled secondary heating surface.
  • the baffles in the area of the front surface are spirally curved to improve the heat transfer.
  • the water-cooled outer surface of the annular space has helically wound baffles for the combustion gases that are designed as heat-conducting ribs.
  • the heating systems shown schematically in FIGS. 1 and 2 contain a heat generator 10, a buffer store 12 and a consumer circuit 16, 18 connected via a three-way mixer 14 to the heat generator 10 and the buffer store 12.
  • the heat generator 10 is connected to its water inlet 20 via a Charge pump 22 is charged with the water to be heated.
  • the heated water exits from the heat generator 10 at the hot water outlet 24 and from there passes via the charging line 26 and the hot water inlet 30 arranged in the upper region of the storage container 28 into the buffer store 12.
  • the cold water outlet 32 of the buffer store 12 arranged in the lower region of the storage container 28 is located via the line 34 and the charge pump 22 with the water inlet 20 of the heat generator 10 in connection.
  • a bypass line 36 is branched off at point 35, which, bypassing the buffer store 12, is returned directly to the water inlet 20 of the heat generator 10 via the charge pump 22.
  • the bypass line 36 is branched off at a point 38 in the hot water region of the buffer store 12 and is returned to the water inlet 20 of the heat generator 10 via the charge pump 22.
  • the ratio of the flow rates through the charging branch 26 containing the buffer store 12 and the bypass line 36 is set via the temperature sensor 39 in accordance with the water temperature measured in the area of the hot water outlet 24 of the heat generator 10. This setting can be carried out by various means, of which three preferred variants are shown in FIGS. 1, 1a and 1b.
  • thermostatic water valve 40 in the position line 26, which can be controlled via the temperature sensor 39.
  • the water valve 40 At the beginning of a heating cycle, as long as the water temperature at the hot water outlet 24 of the heat generator 10 is still low, the water valve 40 is closed, so that the water emerging from the heat generator 10 is first completely circulated via the bypass line 36.
  • the thermostatic valve 40 opens, so that part of the hot water reaches the hot water inlet 30 of the buffer storage 12, while the residual flow is still directly returned via the bypass line 36 to the water inlet 20 of the heat generator 10.
  • cold water from the buffer store 12 and / or the heating return 16 is now added to the bypass flow at the mixing point B.
  • the hot water flow is divided between the charging line 26 and the bypass line 36 with the aid of a distribution valve 42, which can be adjusted via a servomotor 44 in accordance with the water temperature measured at the temperature sensor 39.
  • the setting range of the distribution valve 42 is larger than that of the thermostatic valve 40 according to FIG. 1, since here the bypass flow can also be controlled until it is completely switched off. If the heating system is optimally dimensioned, the bypass flow during the heating phase is at least 50%, preferably more than 80%, of the heating water flow circulated by the heat generator 10.
  • a mixing valve 46 is provided at mixing point B according to FIG. 1b, which is used instead of the thermostatic valve 40 according to FIG. 1 or the distribution valve 42 according to FIG. 1a.
  • the mixing valve 46 is controlled by an actuator 48 in accordance with the temperature measured by the temperature sensor 39 at the hot water outlet 24. Otherwise, the same operating states can be set as with the distribution valve 42.
  • the distribution valve 42 according to FIG. 1a and the mixing valve 46 according to FIG. 1b can also be controlled independently of the temperature sensor 38 and thus to optimize the switch-on and switch-off phase of a heating cycle in the Use as described below:
  • the cooled heat generator 10 for example a boiler, must be brought to its operating temperature for as short a time as possible in order to avoid corrosion-prone condensation phenomena.
  • the heating-up time can be shortened noticeably if the cooled water in the heat generator 10 is displaced by hot water from the buffer store 12 before the start of the heat supply, for example before the ignition of a burner flame, and the heat generator 10 is thereby brought to operating temperature, at least in the water-carrying region.
  • the flow paths required for this can in principle be set via the distribution valve 42 or the mixing valve 46. In the arrangement shown in FIG. 1, however, the flow direction in the charging circuit and thus the pumping direction of the charging pump 22 must be reversed.
  • the bypass 36 is branched off from the hot water area of the buffer store 12, so that hot water can be taken from the buffer store 12 at the branching point 38 and fed to the water inlet 20 of the heat generator 10 in the pumping direction .
  • the mixing that occurs during the start-up phase in the upper region of the buffer store 12 with the water displaced from the heat generator can be accepted, since this mixed water is displaced downward in the buffer store 12 during the subsequent charging process.
  • the buffer store 12 is a so-called stratified store, the hot water inlets and outlets 30, 50 of which are arranged on the upper side and the cold water outlets and inlets 32, 52 of which are arranged on the underside of a heat-insulated storage tank 28. Between the upper and lower part of the buffer memory 12 is the highest possible temperature difference of the system is maintained. In the intermediate area there is a monotonically decreasing temperature profile with a more or less steep temperature gradient between the hot water zone and the cold water zone.
  • a discharge line 54 is connected to a hot water outlet 50 of the storage tank 28, via which the heating flow 16 of the consumer circuit can be acted on with hot water.
  • the temperature at the heating flow 16 is set via the three-way mixer 14, the hot water connection 56 of which is connected to the discharge line 54 and the cold water connection 58 of which is connected to the heating return 18 and which is controlled by a servomotor 60, e.g. B. is adjustable in accordance with the measured outside temperatures.
  • the heating return 18 is also connected to the cold water inlet 52 of the buffer tank 12 and thus via the mixing point B also to the water inlet 20 of the heat generator 10.
  • the charging process is controlled by two temperature sensors 62, 64, which are arranged at a vertical distance from one another in the upper and lower part of the buffer store 12. As soon as the temperature reported by the upper temperature sensor 62 falls below a preset value, a heating cycle with charging is triggered via the controller 66. In the course of the heating cycle, the buffer store 12 is gradually filled with hot water via the hot water inlet 30 from top to bottom, while the cold water is displaced from the buffer store via the cold water outlet 32. The charging process is continued until the temperature at the lower temperature sensor 64 exceeds a predetermined value and the controller 66 ends the charging process by switching off the heat generator 10.
  • hot water can also be continuously removed via the discharge line 54 and supplied to the consumer.
  • a corresponding part of the cold water arriving at the heating return 18 is mixed with the cold water displaced from the buffer store 12 and fed to the mixing point B of the charging circuit.
  • the cold water from the heating return 18 arrives exclusively at the cold water inlet 52 of the buffer store, so that the hot water is gradually displaced from the buffer store 12 via the discharge line 54 until a new heating cycle is initiated .
  • the heat generator 10 can be, for example, a boiler 70 which, due to the presence of an additional buffer store 12, requires only a relatively small water content.
  • a preferred embodiment of such a boiler 70 is shown in a vertical section.
  • the boiler contains a combustion chamber 74 which is open on one side towards the front plate 72 and into which the burner tube 78 of an oil or gas blower burner can be inserted through an opening 76 in the front plate 72.
  • the combustion gases generated in the burner flame 80 (arrows 82) are reversed in the combustion chamber to the front side and reach there radially outward through the opening 84 and the spirally curved guide plates 86 in the region of the front plate 72, from there via the annular space 88 to the Exhaust collector 90 and the outlet port 92 to be directed.
  • Both the front plate 72 and the jacket 93 surrounding the annular space 88 and the exhaust manifold 90 are water-cooled.
  • the water inlet 20 and the hot water outlet 24 of the boiler 70 are located at mutually opposite points of the water jacket 92, 94 in the area of a tubular collector 102, 104 each connected to the water jacket 92, 94 via passage openings 100.
  • the curved baffles 86 are designed as heat conduction ribs, which improve the heat transfer to the water-cooled front plate 72 and ensure a largely uniform temperature distribution.
  • guide plates 106 designed as heat-conducting ribs, which are wound in a helical manner while increasing the flow path and improving the heat transfer.
  • the exhaust manifold 90 is also provided with ribs 108 on its water-cooled secondary heating surface 94 and has a flow cross section that decreases in the flow direction in accordance with the volume reduction of the combustion gases.
  • the inner dead space of the exhaust manifold 90 is filled with a displacement body 110.
  • the cylindrical part containing the combustion chamber 74 and the exhaust gas collector 90 are detachably connected to one another at a flange connection 112.
  • the connection of the water jacket 92, 94 of these two parts can be produced within the flange connection 112 or with the aid of connecting pipes.
  • the boiler 70, the buffer memory 12 and the three-way mixer 14 for connecting the heating flow and return 16, 18 are suitably arranged in a common thermally insulated housing.
  • a boiler with a water content of approx. 15 to 25 liters is sufficient to supply a single-family house, while the buffer storage should have a content of approx. 100 to 200 liters. Even with larger heating systems that require a higher burner output, the boiler content will hardly have to be more than 35 liters.
  • a water heater (not shown) can also be provided inside or outside the thermally insulated housing, the water content of which can be heated via an additional heating water circuit fed by the buffer store 12.
  • the heat generator 10 can also be designed as a water-cooled heat pump. With the help of the rules described Using a buffer memory 12 and a bypass line 36, such a heat pump can be operated under constant operating conditions that are optimally adapted to the design parameters of the heat pump, regardless of the instantaneous power requirement.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Heizanlage der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.
  • Bei bekannten Heizanlagen mit einem Heizkessel als Wärmeerzeuger wird die Wärmekapazität des im Heizkessel befindlichen Wassers benötigt, um eine Anpassung zwischen der Brennerleistung und dem wesentlich kleineren Leistungsbedarf der Anlage herbeizuführen. Die bekannten Heizkessel besitzen deshalb einen Wasserinhalt von mindestens 35 Liter bei Kleinanlagen und von 100 Liter und mehr bei größeren Anlagen. Eine relativ große Wärmekapazität ist auch erforderlich, um vernünftige lange Brennerlaufzeiten mit möglichst wenigen Ein- und Ausschaltvorgängen im Tagesverlauf zu erhalten.
  • Andererseits findet während des Brennerstillstandes eines Auskühlung des Kessels infolge Schornsteinzugs statt. Die dadurch bedingten Auskühlungsverluste sind umso größer, je größer die Wärmekapazität des Kessels ist. Die Wassermenge kann jedoch nicht beliebig reduziert werden, da dies zu immer kürzeren Brennerlaufzeiten und damit zu immer häufigeren Ein- und Ausschaltvorgängen und zu stärkeren Schwankungen in der Vorlauftemperatur führt. Die ungünstigen Verbrennungsvorgänge in der Zündphase, die zu Ruß- und Schadstoffbildung führen, erhalten bei kürzeren Brennerlaufzeiten ein größeres Gewicht. Außerdem werden im Mittel geringere Abgastemperaturen erreicht mit der Folge einer rascheren Schornsteinkorrosion. Um dies zu vermeiden werden häufig für den Kessel unangemessen hohe Brennerleistungen eingestellt, die wiederum zu erhöhten Verlusten und zu kürzeren Brennerlaufzeiten führen.
  • Zur Vermeidung dieser Nachteile ist es bereits bekannt (US-A-4 175 698), das im Heizkessel austretende aufgeheizte Wasser nach Maßgabe der Austrittstemperatur anteilmäßig auf einen einen Pufferspeicher enthaltenden Ladezweig und einen zur Einlaßstelle des Heizkessels unmittelbar zurückgeführten Bypass-Zweig zu verteilen, wobei dem durch den Bypass-Zweig zurückgeleiteten Wasser verdrängtes Kaltwasser aus dem Pufferspeicher beigemischt wird und der Heißwasserkreislauf mit Heißwasser aus dem Pufferspeicher gespeist wird. Zu Beginn eines Heizzyklus wird dort das aus dem Heizkessel austretende Wasser zunächst vollständig über den Bypass-Zweig umgewälzt, bis eine vorgegebene Austrittstemperatur erreicht ist. Entsprechend kann am Ende eines Heizzyklus das im Heizkessel befindliche Wasser durch Kaltwasser aus dem Pufferspeicher verdrängt werden, um die Auskühlverluste während des Stillstands so klein wie möglich zu halten.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Heizanlage mit Pufferspeicher dahingehend zu verbessern, daß der Heizkessel bei gegebener Heizleistung mit besonders kleiner Wärmekapazität ausgelegt werden kann, um im Verlauf der Anfahrphase möglichst rasch den optimalen Betriebszustand zu erreichen und die Wärmeverluste in der Abkühlphase zu verringern.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe werden die im Kennzeichenteil des Anspruches 1 angegebenen Merkmale vorgeschlagen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Als Wärmeerzeuger wird bevorzugt ein Heizkessel verwendet dessen Wasserinhalt weniger als 35 Liter, vorzugsweise zwischen 15 und 20 Liter beträgt.
  • Eine wichtige Voraussetzung hierfür besteht gemäß der Erfindung darin, daß eine zu einer Frontplatte des Heizkessels hin einseitig offene Brennkammer für einen Gas- oder Ölgebläsebrenner vorgesehen ist, daß die Frontplatte wassergekühlt ist und als Wärmeleitungsrippen ausgebildete Leitbleche zur Umlenkung der aus der Brennkammer austretenden Verbrennungsgase in einen die Brennkammer umgebenden, an seiner Außenfläche wassergekühlten Ringraum trägt, der in einen eine wassergekühlte Nachschaltheizfläche aufweisenden Abgassammler mündet. Die Leitbleche im Bereich der Frontfläche sind zur Verbesserung des Wärmeübergangs spiralförmig gekrümmt. Aus dem gleichen Grund weist die wassergekühlte Außenfläche des Ringraums schraubenförmig gewundene, als Wärmeleitungsrippen ausgebildete Leitbleche für die Verbrennungsgase auf.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1 eine Schaltskizze eines an eine Heizanlage anschließbaren Wärmeerzeugers mit Pufferspeicher und Thermostatventil im Ladekreislauf;
    • Fig. 1a den Ausschnitt A der Fig. 1 mit einem Verteilventil im Ladekreislauf;
    • Fig. 1b den Ausschnitt B der Fig. 1 mit einem Mischventil im Ladekreislauf;
    • Fig. 2 eine Schaltskizze eines abgewandelten Ausführungsbeispiels eines an eine Heizanlage anschließbaren Wärmeerzeugers mit Pufferspeicher und aus dem Pufferspeicher abgezweigtem Bypass sowie Mischventil im Ladekreislauf;
    • Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen als Heizkessel ausgebildeten Wärmeerzeuger.
  • Die in Fig. 1 und 2 schematisch als Schaltbild dargestellten Heizanlagen enthalten einen Wärmeerzeuger 10, einen Pufferspeicher 12 und einen über einen Dreiwegemischer 14 an den Wärmeerzeuger 10 und den Pufferspeicher 12 angeschlossenen Verbraucherkreis 16, 18. Der Wärmeerzeuger 10 wird an seinem Wassereinlaß 20 über eine Ladepumpe 22 mit dem aufzuheizenden Wasser beaufschlagt. Das aufgeheizte Wasser tritt am Heißwasserauslaß 24 aus dem Wärmeerzeuger 10 aus und gelangt von dort über die Ladeleitung 26 und den im oberen Bereich des Speicherbehälters 28 angeordneten Heißwassereinlaß 30 in den Pufferspeicher 12. Der im unteren Bereich des Speicherbehälters 28 angeordnete Kaltwasserauslaß 32 des Pufferspeichers 12 steht über die Leitung 34 und die Ladepumpe 22 mit dem Wassereinlaß 20 des Wärmeerzeugers 10 in Verbindung. Bei
  • dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist an der Stelle 35 eine Bypassleitung 36 abgezweigt, die unter Umgehung des Pufferspeichers 12 unmittelbar über die Ladepumpe 22 zum Wassereinlaß 20 des Wärmeerzeugers 10 zurückgeführt ist. Bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Bypassleitung 36 an einer Stelle 38 im Heißwasserbereich des Pufferspeichers 12 abgezweigt und über die Ladepumpe 22 zum Wassereinlaß 20 des Wärmeerzeugers 10 zurückgeführt.
  • Das Verhältnis der Durchflußmengen durch den den Pufferspeicher 12 enthaltenden Ladezweig 26 und die Bypassleitung 36 wird über den Temperaturfühler 39 nach Maßgabe der im Bereich des Heißwasserauslasses 24 des Wärmeerzeugers 10 gemessenen Wassertemperatur eingestellt. Diese Einstellung kann mit verschiedenen Mitteln erfolgen, von denen in den Figuren 1, 1a und 1b drei bevorzugte Varianten aufgezeigt sind.
  • Bei der in Fig. 1 dargestellten Regelvariante befindet sich in der Lageleitung 26 ein thermostatisches Wasserventil 40, das über den Temperaturfühler 39 ansteuerbar ist. Zu Beginn eines Heizzyklus, solange die Wassertemperatur am Heißwasserauslaß 24 des Wärmeerzeugers 10 noch niedrig ist, ist das Wasserventil 40 geschlossen, so daß das aus dem Wärmeerzeuger 10 austretende Wasser zunächst vollständig über die Bypassleitung 36 umgewälzt wird. Sobald die Austrittstemperatur einen vorgegebenen Wert erreicht, öffnet das Thermostatventil 40, so daß ein Teil des Heißwassers zum Heißwassereinlaß 30 des Pufferspeichers 12 gelangt, während der Reststrom nach wie vor über die Bypassleitung 36 unmittelbar zum Wassereinlaß 20 des Wärmeerzeugers 10 zurückgeführt wird. Im gleichen Maße, wie Heißwasser zum Pufferspeicher 12 gelangt, wird nun jedoch an der Mischstelle B Kaltwasser aus dem Pufferspeicher 12 und/oder dem Heizungsrücklauf 16 dem Bypassstrom beigernischt.
  • Bei der in Fig. 1a gezeigten Regelvariante erfolgt die Aufteilung des Heißwasserstromes auf die Ladeleitung 26 und die Bypassleitung 36 mit Hilfe eines Verteilventils 42, das nach Maßgabe der am Temperaturfühler 39 gemessenen Wassertemperatur über einen Stellmotor 44 einstellbar ist. Der Einstellbereich des Verteilventils 42 ist größer als der des Thermostatventils 40 nach Fig. 1, da hier auch der Bypassstrom bis zur vollständigen Abschaltung gesteuert werden kann. Bei optimaler Dimensionierung der Heizanlage beträgt während der Heizphase der Bypassstrom mindestens 50%, vorzugsweise mehr als 80% des durch den Wärmeerzeuger 10 umgewälzten Heizwasserstroms.
  • Als dritte Regelvariante ist gemäß Fig. 1 b an der Mischstelle B ein Mischventil 46 vorgesehen, das anstelle des Thermostatventils 40 nach Fig. 1 oder des Verteilventils 42 nach Fig. 1a verwendet wird. Das Mischventil 46 wird über einen Stellmotor 48 nach Maßgabe der mit dem Temperaturfühler 39 am Heißwasserauslaß 24 gemessenen Temperatur gesteuert. Im übrigen lassen sich damit die gleichen Betriebszustände wie mit dem Verteilventil 42 einstellen.
  • Im Gegensatz zu dem Thermostatventil 40 nach Fig. 1 lassen sich das Verteilventil 42 nach Fig. 1a und das Mischventil 46 nach Fig. lb auch noch unabhängig von dem Temperaturfühler 38 extern ansteuern und damit zu einer Optimierung der Einschalt- und Abschaltphase eines Heizzyklus in der nachstehend beschriebenen Weise verwenden:
  • Zu Beginn eines Heizzyklus muß der ausgekühlte Wärmeerzeuger 10, beispielsweise ein Heizkessel, möglichst kurzzeitig auf seine Betriebstemperatur gebracht werden, um korrosionsgefährdende Kondensationserscheinungen zu vermeiden. Die Aufheizzeit kann merklich verkürzt werden, wenn das im Wärmeerzeuger 10 befindliche abgekühlte Wasser vor Beginn der Wärmezufuhr, also beispielsweise vor der Zündung einer Brennerflamme, durch Heißwasser aus dem Pufferspeicher 12 verdrängt und der Wärmeerzeuger 10 dadurch zumindest im wasserführenden Bereich etwa auf Betriebstemperatur gebracht wird. Die hierfür erforderlichen Strömungswege können grundsätzlich über das Verteilventil 42 oder das Mischventil 46 eingestellt werden. Bei der in Fig. 1 gezeigten Anordnung muß dazu allerdings die Strömungsrichtung im Ladekreislauf und damit die Pumprichtung der Ladepumpe 22 umgekehrt werden.
  • Um eine Strömungsumkehr zu vermeiden, ist bei der in Fig. 2 gezeigten Anordnung der Bypass 36 aus dem Heißwasserbereich des Pufferspeichers 12 abgezweigt, so daß an der Abzweigstelle 38 Heißwasser aus dem Pufferspeicher 12 entnommen und in Pumprichtung dem Wassereinlaß 20 des Wärmeerzeugers 10 zugeleitet werden kann. Die während der Anfahrphase dabei im oberen Bereich des Pufferspeichers 12 auftretende Durchmischung mit dem aus dem Wärmeerzeuger verdrängten Wasser kann in Kauf genommen werden, da dieses Mischwasser beim anschließenden Ladevorgang im Pufferspeicher 12 nach unten verdrängt wird.
  • Am Ende eines Heizzyklus ist im Wärmeerzeuger 12 je nach dessen Wärmekapazität noch eine erhebliche Wärmemenge gespeichert, die der Heizanlage als sogenannte Auskühlverluste verloren gehen kann, wenn keine zusätzlichen Vorkehrungen getroffen werden. Bei der hier beschriebenen Anlage können diese Verluste dadurch vermieden werden, daß am Ende eines jeden Heizzyklus das Wasser im Ladekreislauf noch eine Zeitlang umgewälzt wird, bis das im Wärmeerzeuger 10 befindliche Wasser durch Kaltwasser aus dem Pufferspeicher 12 verdrängt ist. Auch die hierfür erforderlichen Strömungswege können über das Verteilventil 40 oder das Mischventil 46 gegebenenfalls über eine externe Regelung eingestellt werden.
  • Der Pufferspeicher 12 ist ein sogenannter Schichtspeicher, dessen Heißwasserein- und -auslässe 30, 50 an der Oberseite und dessen Kaltwasseraus- und -einlässe 32, 52 an der Unterseite eines wärmeisolierten Speicherbehälters 28 angeordnet sind. Zwischen dem oberen und unteren Teil des Pufferspeichers 12 wird die höchstmögliche Temperaturdifferenz der Anlage aufrechterhalten. Im Zwischenbereich stellt sich ein schichtweise monoton abnehmender Temperaturverlauf mit einem mehr oder weniger steilen Temperaturgradienten zwischen der Heißwasserzone und der Kaltwasserzone ein.
  • Im oberen Bereich des Pufferspeichers 12 ist an einem Heißwasserauslaß 50 des Speicherbehälters 28 eine Entladeleitung 54 angeschlossen, über die der Heizungsvorlauf 16 des Verbraucherkreises mit Heißwasser beaufschlagbar ist. Die Temperatur am Heizungsvorlauf 16 wird über den Dreiwegemischer 14 eingestellt, dessen Heißwasseranschluß 56 mit der Entladeleitung 54 und dessen Kaltwasseranschluß 58 mit dem Heizungsrücklauf 18 verbunden und der über einen Stellmotor 60 z. B. nach Maßgabe der gemessenen Außentemperaturen einstellbar ist.
  • Der Heizungsrücklauf 18 ist außerdem mit dem Kaltwassereinlaß 52 des Pufferspeichers 12 und damit über die Mischstelle B auch mit dem Wassereinlaß 20 des Wärmeerzeugers 10 verbunden.
  • Der Ladevorgang wird über zwei Temperaturfühler 62, 64 geregelt, die in senkrechtem Abstand voneinander im oberen bzw. unteren Teil des Pufferspeichers 12 angeordnet sind. Sobald die vom oberen Temperaturfühler 62 gemeldete Temperatur einen Vorgabewert unterschreitet, wird über den Regler 66 ein Heizzyklus mit Ladevorgang ausgelöst. Im Verlauf des Heizzyklus wird der Pufferspeicher 12 allmählich über den Heißwassereinlaß 30 von oben nach unten mit Heißwasser gefüllt, während das Kaltwasser über den Kaltwasserauslaß 32 aus dem Pufferspeicher verdrängt wird. Der Ladevorgang wird so lange fortgesetzt, bis die Temperatur am unteren Temperaturfühler 64 einen vorgegebenen Wert übersteigt und der Regler 66 durch Abschalten des Wärmeerzeugers 10 den Ladevorgang beendet.
  • Während des Heizzyklus kann ständig auch Heißwasser über die Entladeleitung 54 entnommen und dem Verbraucher zugeführt werden. In diesem Falle wird ein entsprechender Teil des am Heizungsrücklauf 18 ankommenden Kaltwassers dem aus dem Pufferspeicher 12 verdrängten Kaltwasser zugemischt und der Mischstelle B des Ladekreislaufs zugeleitet. In der Zeit zwischen zwei Heizzyklen, in denen der Ladekreislauf abgestellt ist, gelangt das Kaltwasser aus dem Heizungsrücklauf 18 ausschließlich zum Kaltwassereinlaß 52 des Pufferspeichers, so daß das Heißwasser allmählich über die Entladeleitung 54 aus dem Pufferspeicher 12 verdrängt wird, bis ein neuer Heizzyklus eingeleitet wird.
  • Der Wärmeerzeuger 10 kann beispielsweise ein Heizkessel 70 sein, der aufgrund des Vorhandenseins eines zusätzlichen Pufferspeichers 12 nur einen verhältnismäßig kleinen Wasserinhalt benötigt. In Fig. 3 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines solchen Heizkessels 70 in einem senkrechten Schnitt dargestellt.
  • Der Heizkessel enthält eine zur Frontplatte 72 hin einseitig offene Brennkammer 74, in die durch eine Öffnung 76 in der Frontplatte 72 hindurch das Brennerrohr 78 eines Öl- oder Gasgebläsebrenners einführbar ist. Die in der Brennerflamme 80 entstehenden Verbrennungsgase (Pfeile 82) werden in der Brennkammer zur Frontseite hin umgekehrt und gelangen dort über die Öffnung 84 und die spiralig gebogenen Leitbleche 86 im Bereich der Frontplatte 72 radial nach außen, um von dort über den Ringraum 88 zu dem Abgassammler 90 und dem Austrittsstutzen 92 geleitet zu werden. Sowohl die Frontplatte 72 als auch der den Ringraum 88 und den Abgassammler 90 umgebende Mantel 93 sind wassergekühlt. Der Wassereinlaß 20 und der Heißwasserauslaß 24 des Heizkessels 70 befinden sich an einander gegenüberliegenden Stellen des Wassermantels 92, 94 im Bereich je eines über Durchtrittsöffnungen 100 mit dem Wassermantel 92, 94 verbundenen rohrförmigen Sammlers 102,104. Die gekrümmten Leitbleche 86 sind als Wärmeleitungsrippen ausgebildet, die den Wärmeübergang zur wassergekühlten Frontplatte 72 verbessern und für eine weitgehend gleichmäßige Temperaturverteilung sorgen. Auch im Bereich des Ringraums 88 sind als Wärmeleitungsrippen ausgebildete Leitbleche 106 vorgesehen, die unter Vergrößerung des Strömungswegs und Verbesserung des Wärmeübergangs schraubenförmig gewunden sind. Der Abgassammler 90 ist an seiner wassergekühlten Nachschaltheizfläche 94 gleichfalls mit Rippen 108 versehen und weist einen nach Maßgabe der Volumenverringerung der Verbrennungsgase in Strömungsrichtung abnehmenden Strömungsquerschnitt auf. Der innere Totraum des Abgassammlers 90 ist zu diesem Zweck mit einem Verdrängungskörper 110 ausgefüllt.
  • Um das Innere des Heizkessels 70 zu Wartungs-und Reinigungszwecken zugänglich zu machen, sind der die Brennkammer 74 enthaltende zylindrische Teil und der Abgassammler 90 an einer Flanschverbindung 112 lösbar miteinander verbunden. Die Verbindung des Wassermantels 92, 94 dieser beiden Teile kann dabei innerhalb der Flanschverbindung 112 oder mit Hilfe von Verbindungsrohren hergestellt werden.
  • Der Heizkessel 70, der Pufferspeicher 12 und der Dreiwegemischer 14 für den Anschluß des Heizungsvor- und -rücklaufs 16, 18 werden zweckmäßig in einem gemeinsamen wärmegedämmten Gehäuse angeordnet. Für die Versorgung eines Einfamilienhauses reicht ein Heizkessel mit einem Wasserinhalt von ca. 15 bis 25 Litern aus, während der Pufferspeicher einen Inhalt von etwa 100 bis 200 Litern haben sollte. Auch bei größeren Heizanlagen, die eine größere Brennerleistung erfordern, wird der Kesselinhalt kaum mehr als 35 Liter betragen müssen.
  • Innerhalb oder außerhalb des wärmegedämmten Gehäuses kann außerdem noch ein nicht dargestellter Warmwasserbereiter vorgesehen werden, dessen Wasserinhalt über einen zusätzlichen, vom Pufferspeicher 12 gespeisten Heizwasserkreislauf aufheizbar ist.
  • Gemäß einem weiteren nicht dargestellten Ausführungsbeispiel kann der Wärmeerzeuger 10 auch als wassergekühlte Wärmepumpe ausgebildet werden. Mit Hilfe der beschriebenen Regelmechanismen unter Verwendung eines Pufferspeichers 12 und einer Bypassleitung 36 kann eine solche Wärmepumpe unabhängig von der augenblicklichen Leistungsanforderung unter konstanten, an die Auslegungsparameter der Wärmepumpe optimal angepaßten Betriebsbedingungen betrieben werden.

Claims (9)

1. Heizanlage mit einem einen Wassereinlaß (20) und einen Heißwasserauslaß aufweisenden Heizkessel (10, 70), mit mindestens einem über einen Heizungsvorlauf (16) und einen Heizungsrücklauf (18), gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Mischers (14), mit dem Heizkessel (10) verbindbaren Heizwasserkreislauf, mit einem Pufferspeicher (12), der einen mit dem Heißwasser (24) des Heizkessels (10) unter Bildung eines Ladekreislaufs verbindbaren Heißwassereinlaß (30) und einen mit dem Wassereinlaß (20) verbindbaren Kaltwasserauslaß (32) aufweist, mit einer von dem Ladekreislauf abgezweigten, mit dem Wassereinlaß (20) des Heizkessels (10) verbindbaren Bypass-Leitung (36), die von einer vor dem Heißwassereinlaß (30) des Pufferspeichers (12) oder einer im Heißwasserbereich des Pufferspeichers (12) befindlichen Stelle (35, 38) abgezweigt ist, mit einer im Ladekreislauf vor der Abzweigung (35, 38) oder hinter der Einmündung (B) der Bypass-Leitung (36) angeordneten Ladepumpe (22), wobei der Heizungsvorlauf (16) des Heizwasserkreislaufs über eine Entladeleitung (54) an einen Heizwasserauslaß (50) des Pufferspeichers (12) anschließbar ist, während der Heizungsrücklauf (18) mit dem Wassereinlaß (20) des Heizkessels und/oder mit einem Kaltwassereinlaß (52) des Pufferspeichers verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizkessel (10, 70) eine zu einer Frontplatte (72) hin einseitig offene Brennkammer (74) aufweist, welche Frontplatte (72) mit einer Öffnung (76) für ein in die Brennkammer weisendes Brennerrohr (78) eines Gas- oder Ölgebläsebrenners versehen ist, daß die Frontplatte (72) wassergekühlt ist und als Wärmeleitungsrippen ausgebildete Leitbleche (86) zur Umlenkung der aus der Brennkammer (74) austretenden Verbrennungsgase (82) in einen die Brennkammer umgebenden, an seiner Außenfläche wassergekühlten Ringraum (88) trägt, und daß der Ringraum (88) in einen eine wassergekühlte Nachschaltheizfläche (94) aufweisenden Abgassammler (90) mündet.
2. Heizanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Frontplatte (72) angeordneten Leitbleche (86) spiralförmig gekrümmt sind.
3. Heizanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die wassergekühlte Außenfläche (93) des Ringraums (88) schraubenförmig gewundene, als Wärmeleitungsrippen ausgebildete Leitbleche (106) für die Verbrennungsgase (82) trägt.
4. Heizanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgassammler (90) an seiner wassergekühlten Nachschaltheizfläche (94) berippt ist und einen nach Maßgabe der Volumenverringerung der Verbrennungsgase in Strömungsrichtung abnehmenden Strömungsquerschnitt aufweist.
5. Heizanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgassammler (90) einen die Strömungsquerschnitt-Abnahme bewirkenden Verdrängungskörper (110) enthält.
6. Heizanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der die Brennkammer (74) enthaltende Teil des Heizkessels (70) mit dem Abgassammler (90) lösbar verbunden ist.
7. Heizanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die lösbare Verbindung zwischen Brennkammer und Abgassammler durch eine Flanschverbindung (112) gebildet ist, und daß die wasserführenden Teile (88, 94) der Brennkammer (74) und des Abgassammlers (90) innerhalb der Flanschverbindung (112) oder mit Hilfe von Verbindungsleitungen miteinander verbunden sind.
8. Heizanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizkessel (10, 70) einen Wasserinhalt von weniger als 35 Liter, vorzugsweise zwischen 15 und 20 Liter aufweist.
9. Heizanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizkessel (10, 70), der Pufferspeicher (12) und gegebenenfalls ein an den Heizungsvorlauf (16) und den Heizungsrücklauf (18) angeschlossenes Mischventil (14) in einem gemeinsamen wärmegedämmten Gehäuse angeordnet sind.
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