EP0346977A1 - Wasserheizer - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a water heater with a heatable via a heat exchanger and a tap fed directly from this memory and / or from the heat exchanger.
- the object of the invention is to reduce the storage volume of such a water heater to an optimal minimum. Such a reduction in the storage volume is cost-saving, reduces the weight of the water heater and its energy consumption.
- the water throughput of a water heater of the type mentioned in the start-up phase of each dispensing operation can be adjusted to an adjustable minimum value by means of a throttle, and the temperature of the water is at Output of the heat exchanger monitoring and determining the path of the water throughput provided temperature sensor, which opens a bypass line connecting the output of the heat exchanger with the tap line, reaching the storage bypassing after reaching a temperature setpoint.
- Limiting the water throughput according to the invention within the thermal start-up time leads to a reduction in the storage volume in two respects.
- the storage volume decreases in the ratio of the reduced throughput to the nominal throughput with the same start-up time
- the thermal useful power that decreases with the hot water throughput during the start-up phase leads to a shortening of this phase.
- the minimum amount of storage water to be kept available is determined by using this amount to bridge the thermal start-up time of the water heater until hot water is available in the run.
- the invention is now based on the knowledge that it is advantageous in this sense to limit the amount of hot water that can be drawn off within the start-up time, regardless of how far the tap is opened, to a minimum value, in order to achieve a comparatively small amount of storage water and a small amount Storage volume to be able to bridge the start-up time.
- a pressure switch is arranged in a cold water supply line leading to the heat exchanger, which, when the pressure in the storage tank falls, closes the return of the storage tank to the heat exchanger and releases the cold water supply via the throttle, while a pressure sensor connected to the hot water tap line above the tap starts the burner that heats the heat exchanger at nominal load.
- This embodiment is characterized by little design effort in that a pressure drop in the storage when opening the tap valve can be used to start the burner for reheating the storage immediately while the tap water is removed from the storage. This ensures the continued supply of hot water.
- a branch line connected to this pressure switch and opening into the input of the heat exchanger is proposed, which contains an adjustable throttle for the cold water supply.
- This configuration has the advantage that, due to the throttled cold water supply and thus throttled hot water withdrawal, an almost complete removal of the hot water in the storage tank is possible.
- a branch line opening into the input of the heat exchanger is connected to the pressure switch and contains a valve which is controlled via the temperature at the outlet of the heat exchanger and opens when the temperature setpoint occurs and serves to supply the heat exchanger with cold water .
- This configuration makes it possible to fully release the cold water throughput to the heat exchanger in accordance with the position of the nozzle when the hot water at the outlet of the heat exchanger reaches the desired temperature.
- the controller monitoring the temperature at the outlet of the heat exchanger is connected to the valve via a control line.
- the switching status of the valve can be controlled directly depending on the temperature of the tap water at the outlet of the heat exchanger.
- a pressure switch at the outlet of the heat exchanger which, when the pressure in the heat exchanger rises, blocks its hot water outlet to the store and opens the bypass line leading to the tap line.
- a pressure sensor connected to the tap line via a branch line and connected via a control line to a pressure sensor for starting up the control of the burner heating the heat exchanger is to be provided.
- This special design makes it possible to recognize the start of the tap by a drop in pressure in the store and to start the burner early in order to supply heat to the heat exchanger or store.
- the controller monitoring the temperature at the outlet of the heat exchanger via a control line to a controller for setting the heating water supply temperature.
- the temperature of the tap water can also be clocked operation of the burner can be brought up to a preselectable value.
- thermal recharging is controlled by a storage thermostat after each dispensing operation or to compensate for loss of standby heat. This ensures the constant readiness to draw hot water.
- the only drawing figure shows the circuit diagram of a water heater according to the invention.
- the heat exchanger 1 which is heated by a burner, not shown, is assigned a hot water tank 2, the design of which is basically arbitrary within the scope of the invention.
- this memory can encase or flank the heat exchanger.
- the heat exchanger 1 contains a coil 3 through which the heating water flows and which is surrounded by the water to be heated. This water is fed to the heat exchanger 1 via a hydraulic pressure switch 4 which is connected to a cold water supply line 5.
- This pressure switch 9 is connected to the output 11 of the heat exchanger 1.
- a throttle 13 In a branch line 12 starting from the pressure switch 4 there is a throttle 13 and in a further branch line 14 a cold water valve 15, which is controlled via a control line 16 by a controller 17, which in turn is connected via a control line 18 to a control of the flow temperature of the heating water stands.
- the storage thermostat 28 with the temperature sensor 27 is connected through the control line 19 to the higher-level control unit of the water heater.
- a pressure sensor 21 which is connected via a control line 22 to the control of the burner heating the heat exchanger 1.
- the second hydraulic switch 9 is connected via lines 11 and 25 to the heat exchanger, via line 10 to the tap line 8 and via line 24 to the accumulator 2.
- the control line 23 links the temperature transmitter 26 in line 11 to the temperature controller 17.
- the heating water circuit is switched to flow to heat exchanger 1.
- the thermal start-up phase is carried out on the primary and secondary sides of the system with throttled hot water throughput.
- the hot water flowing through the heat exchanger 1 flows via the pressure switch 9 and the lines 11, 25 and 25 to the reservoir 2.
- the controller 17 opens the cold water valve 15 via the control line 16 and releases the flow of the cold water to the coil 3 arranged in the heat exchanger 2 without throttling.
- the associated pressure increase in the heat exchanger 1 switches the switch 9 to the operating position in which it switches the hot water outlet via the flow line 24 to Memory 2 blocks and the bypass line 10 to the tap 8 and tap 7 opens.
- This tap 7 is now supplied by the heat exchanger 1 with hot water in the passage.
- the burner begins to operate in cyclical mode.
- the heating water temperature setpoint is reduced by the controller 18 connected downstream of the controller 17.
- the controller 18 connected downstream of the controller 17.
- the flow pressure in the pressure switches 4 and 9 drops to zero, and these pressure switches go into the rest position, releasing the circulation route via the flow 24 of the heat exchanger 1 and the return 6 for the thermal recharging of the store 2.
- the reloading process for which the burner may have to switch on several times, is completed as soon as the temperature sensor 27 of the storage thermostat 28 determines that the target value has been reached.
- a corresponding switching pulse is sent via the control line 19 to the higher-level control unit of the water heater.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft einen Wasserheizer mit einem über einen Wärmetauscher beheizbaren Speicher und einer aus diesem Speicher und/oder vom Wärmetauscher unmittelbar gespeisten Zapfstelle.
- Aufgabe der Erfindung ist es, das Speichervolumen eines solchen Wasserheizers auf ein optimales Minimum zu verringern. Eine solche Verringerung des Speichervolumens ist konstensparend, verringert das Gewicht des Wasserheizers und dessen Energiebedarf.
- Erfindungsgemäß ist zur Lösung dieser Aufgabe der Wasserdurchsatz eines Wasserheizers der eingangs bezeichneten Gattung in einer Anlaufphase jedes Zapfvorganges mittels einer Drossel auf einen einstellbaren Kleinstwert einstellbar, und es ist ein die Temperatur des Wassers am Ausgang des Wärmetauschers überwachender und den Weg des Wasserdurchsatzes bestimmender Temperaturfühler vorgesehen, der nach Erreichen eines Temperatur-Soll-Wertes eine den Ausgang des Wärmetauschers mit der Zapfleitung verbindende, den Speicher umgehende Umgehungsleitung öffnet.
- Aus der AT-AS 2894/97 sind ganz allgemein Umgehungsleitungen bei Wasserheizern bekannt.
- Die erfindungsgemäße Begrenzung des Wasserdurchsatzes innerhalb der thermischen Anlaufzeit führt in doppelter Hinsicht zu einer Verringerung des Speichervolumens. Einmal deshalb, weil bei gleicher Anlaufdauer das Speichervolumen im Verhältnis des verringerten Durchsatzes zum Nenndurchsatz abnimmt, zum anderen deshalb, weil die mit dem Warmwasserdurchsatz sinkende thermische Nutzleistung während der Anlaufphase zu einer Verkürzung dieser Phase führt.
- Die bereitzuhaltende Mindestmenge des Speicherwassers wird dadurch bestimmt, daß mit dieser Menge die thermische Anlaufzeit des Wasserheizers überbrückt werden soll, bis im Durchlauf erwärmtes Warmwasser zur Verfügung steht.
- Das erforderliche Speichervolumen ist deshalb um so geringer, je schneller der thermische Anlauf abgeschlossen ist und je weniger Warmwasser während dieser Anlaufzeit tatsächlich gezapft wird.
- Die Erfindung beruht nun auf der Erkenntnis, daß es in diesem Sinne von Vorteil ist, die zapfbare Warmwassermenge innerhalb der Anlaufzeit, unabhängig davon, wie weit der Zapfhahn geöffnet wird, auf einen Kleinstwert zu begrenzen, um dadurch mit einer vergleichsweise geringen Speicherwassermenge und einem geringen Speichervolumen die Anlaufzeit überbrücken zu können.
- Nach einer bevorzugten Ausführungsform des Wasserheizers ist in einer zum Wärmetauscher führenden Kaltwasserzufuhrleitung ein Druckschalter angeordnet, der bei fallendem Druck im Speicher den Rücklauf des Speichers zum Wärmetauscher schließt und den Kaltwasserzulauf über die Drossel freigibt, während ein oberhalb der Zapfstelle mit der Warmwasser-Zapfleitung verbundener Drucksensor den den Wärmetauscher beheizenden Brenner mit Nennlast startet. Diese Ausführungsform zeichnet sich bei geringem konstruktiven Aufwand dadurch aus, daß ein Druckabfall im Speicher beim Öffnen des Zapfventils dazu benutzt werden kann, den Brenner zum Nachheizen des Speichers unmittelbar zu starten, während das Zapfwasser aus dem Speicher entnommen wird. Damit wird die weitere Warmwasserbelieferung sichergestellt.
- In Ausgestaltung der Erfindung wird eine an diesen Druckschalter angeschlossene, in den Eingang des Wärmetauschers mündende Zweigleitung vorgeschlagen, die eine regelbare Drossel für den Kaltwasserzulauf enthält.
- Durch diese Ausgestaltung ergibt sich der Vorteil, daß, bedingt durch die gedrosselte Kaltwasserzuführung und damit auch gedrosselte Warmwasserentnahme, ein nahezu vollständiges Entnehmen des Warmwassers im Speicher möglich ist.
- Schließlich ist es vorteilhaft, daß an den Druckschalter eine in den Eingang des Wärmetauschers mündende Zweigleitung angeschlossen ist, die ein über die Temperatur am Ausgang des Wärmetauschers gesteuertes, beim Eintreten des Temperatur-Soll-Wertes öffnendes und der Versorgung des Wärmetauschers mit Kaltwasser dienendes Ventil enthält.
- Durch diese Ausgestaltung ist es möglich, den Kaltwasserdurchsatz zum Wärmetauscher entsprechend der Stellung des Zapfventils voll freizugeben, wenn das Warmwasser am Ausgang des Wärmetauschers Soll-Temperatur erreicht.
- Es ist vorteilhaft, daß der die Temperatur am Ausgang des Wärmetauschers überwachende Regler über eine Steuerleitung mit dem Ventil verbunden ist. Durch diese Ausgestal tung kann der Schaltzustand des Ventils unmittelbar in Abhängigkeit von der Temperatur des Zapfwassers am Ausgang des Wärmetauschers beherrscht werden.
- Weiterhin ist es zweckmäßig, am Ausgang des Wärmetauschers einen Druckschalter anzuordnen, der bei Druckanstieg im Wärmetauscher dessen Warmwasserausgang zum Speicher sperrt und die zur Zapfleitung führende Umgehungsleitung öffnet. Durch diese Ausgestaltung gelingt es, den Speicher zu umgehen und zu verhindern, daß an der Zapfstelle unzureichend erwärmtes Wasser ausfließt.
- Schließlich ist ein an der Zapfleitung über eine Zweigleitung angeschlossener und über eine Steuerleitung mit einer für die Inbetriebnahme der Steuerung des den Wärmetauscher beheizenden Brenners verbundener Drucksensor vorzusehen. Durch diese spezielle Ausgestaltung gelingt es, den Zapfbeginn durch Druckabfall im Speicher zu erkennen und für ein frühzeitiges Einschalten des Brenners zum Nachliefern von Wärme an den Wärmetauscher beziehungsweise Speicher zu starten.
- Im übrigen ist es vorteilhaft, den die Temperatur am Ausgang des Wärmetauschers überwachenden Regler über eine Steuerleitung mit einer Steuerung zur Einstellung der Heizwasser-Vorlauftemperatur zu verbinden. Auf diese Weise kann die Temperatur des Zapfwassers auch bei Takt betrieb des Brenners an einen vorwählbaren Wert herangeführt werden.
- Schlußendlich ist vorgesehen, daß die thermische Nachladung nach jedem Zapfvorgang oder zum Ausgleich von Bereitschaftswärmeverlusten durch einen Speicherthermostat gesteuert wird. Hierdurch wird die ständige Bereitschaft zur Warmwasserentnahme gesichert.
- Die einzige Zeichnungsfigur zeigt das Schaltschema eines erfindungsgemäßen Wasserheizers.
- Dem von einem nicht dargestellten Brenner beheizten Wärmetauscher 1 ist ein Warmwasserspeicher 2 zugeordnet, dessen Ausbildung im Rahmen der Erfindung grundsätzlich beliebig ist. Beispielsweise kann dieser Speicher den Wärmetauscher ummanteln oder flankieren.
- Der Wärmetauscher 1 enthält eine vom Heizwasser durchströmte Wendel 3, die von dem aufzuheizenden Wasser umgeben ist. Dieses Wasser wird dem Wärmetauscher 1 über einen hydraulischen Druckschalter 4 zugeleitet, der an eine Kaltwasserzufuhrleitung 5 angeschlossen ist. In diesen Druckschalter 4 mündet ferner die Rücklaufleitung 6 des Speichers 2, von der die zum Zapfventil 7 führende Zapfleitung 8 ausgeht, in die eine von einem zweiten hydraulischen Druckschalter 9 ausgehende Umgehungsleitung 10 mündet. Dieser Druckschalter 9 ist an den Ausgang 11 des Wärmetauschers 1 angeschlossen.
- In einer vom Druckschalter 4 ausgehenden Zweigleitung 12 befindet sich eine Drossel 13 und in einer weiteren Zweigleitung 14 ein Kaltwasserventil 15, das über eine Steuerleitung 16 von einem Regler 17 gesteuert wird, der seinerseits über eine Steuerleitung 18 mit einer Steuerung der Vorlauftemperatur des Heizwassers in Verbindung steht. Der Speicherthermostat 28 mit dem Temperaturfühler 27 ist durch die Steuerleitung 19 an das übergeordnete Steuergerät des Wasserheizers angeschlossen.
- In einer Zweigleitung 20 der Warmwasser-Zapfleitung 8 befindet sich ferner ein Drucksensor 21, der über eine Steuerleitung 22 mit der Steuerung des den Wärmetauscher 1 beheizenden Brenners verbunden ist.
- Der zweite hydraulische Schalter 9 ist über die Leitungen 11 und 25 mit dem Wärmetauscher, über Leitung 10 mit der Zapfleitung 8 und über Leitung 24 mit dem Speicher 2 verbunden. Die Steuerleitung 23 verknüpft den Temperaturgeber 26 in Leitung 11 mit dem Temperaturregler 17.
- Die Funktion des Wasserheizers ergibt sich aus diesem Aufbau wie folgt:
- Nach Öffnen des Zapfventiles 7 fällt der Druck im Spei cher 2. Die entstehende Druckdifferenz verstellt den Druckschalter 4 in die Betriebsstellung, bei der der Speicherrücklauf 6 zum Wärmetauscher 1 geschlossen und die Kaltwasserzufuhr aus der Kaltwasserzufuhrleitung 5 über die Drossel 13 freigegeben ist. Gleichzeitig startet der Drucksensor 21 den Brenner mit Nennlast.
- Der Heizwasserkreis wird auf Durchfluß zum Wärmetauscher 1 geschaltet.
- Nach der Zündung des Brenners wird bei gedrosseltem Warmwasserdurchsatz auf der Primär- und Sekundärseite des Systems die thermische Anlaufphase durchfahren. Das den Wärmetauscher 1 durchströmende Warmwasser fließt über den Druckschalter 9 und die Leitungen 11, 25 und 25 zum Speicher 2.
- Sobald der Temperaturgeber 26 in der Ausgangsleitung 11 des Wärmetauschers 1 das Erreichen der Soll-Temperatur feststellt, öffnet der Regler 17 über die Steuerleitung 16 das Kaltwasserventil 15 und gibt den Durchfluß des Kaltwassers zu der im Wärmetauscher 2 angeordneten Wendel 3 ungedrosselt frei.
- Der damit verknüpfte Druckanstieg im Wärmetauscher 1 schaltet den Schalter 9 in Betriebsstellung, in der er den Warmwasserausgang über die Vorlaufleitung 24 zum Speicher 2 sperrt und die Umgehungsleitung 10 zur Zapfleitung 8 und Zapfstelle 7 öffnet. Diese Zapfstelle 7 wird nun unmittelbar vom Wärmetauscher 1 mit Warmwasser im Durchlauf versorgt.
- Bei weiterem Anstieg der Wassertemperatur am Ausgang 11 des Wärmetauschers 1 beginnt der Brenner im Taktbetrieb zu arbeiten. In dieser Phase wird der Heizwassertemperatur-Soll-Wert über die dem Regler 17 nachgeschaltete Steuerung 18 verringert. Sobald das Zapfventil 7 geschlossen wird, fällt der Strömungsdruck in den Druckschaltern 4 und 9 auf Null, und diese Druckschalter gehen in Ruhestellung, wobei sie den Umlaufweg über den Vorlauf 24 des Wärmetauschers 1 und den Rücklauf 6 für die thermische Nachladung des Speichers 2 freigeben. Der Nachladevorgang, für den der Brenner gegebenenfalls mehrmals einschalten muß, wird abgeschlossen, sobald der Temperaturfühler 27 des Speicherthermostaten 28 das Erreichen des Soll-Wertes feststellt. Ein entsprechender Schaltimpuls geht über die Steuerleitung 19 an das übergeordnete Steuergerät des Wasserheizers.
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