EP3134687A1 - Heizgerät - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Heizgerät (1) zum Heizen einer Wärmesenke (17) und zum Erwärmen von Brauchwasser über einen Sekundärwärmetauscher (4). Erfindungsgemäß ist der Sekundärwärmetauscher (4) so im Kreislauf (5) angeordnet, dass er im Heizbetrieb mit der Wärmesenke (17) in Reihe geschaltet ist, so dass das Wärmeträgermedium stromab des Primärwärmetauschers (3) zuerst die Wärmesenke (17) und danach den Sekundärwärmetauscher (4) durchströmt. Dadurch wird die Temperatur des Wärmeträgermediums abgesenkt, was die Effizienz der Wärmeübertragung im Primärwärmetauscher (3) verbessert. Ein weiterer Vorteil ist, dass die minimale Heizleistung, die an die Wärmesenke (17) abgegeben werden kann, verringert wird.

Description

Heizgerät

Die Erfindung betrifft ein Heizgerät zum Heizen und zum Erwärmen von Brauchwasser mit einem in einem Kreislauf zirkulierenden Wärmeträgermedium.

Ein gattungsgemäßes Heizgerät ist bekannt aus der Patentanmeldung DE 10 2007 029 971 . Ein gattungsgemäßes Heizgerät umfasst einen Brenner zum Erzeugen von Wärme, einen Primärwärmetauscher zum Übertragen der vom Brenner erzeugten Wärme auf das Wärmeträgermedium sowie einen Anschluss für den Vorlauf und den Rücklauf eines Heizkreislaufs, an dem eine externe Wärmesenke zum Beispiel in Form einer oder mehrerer Radiatoren angeschlossen ist. Zum Erwärmen des Brauchwassers umfasst ein gattungsgemäßes Heizgerät einen Sekundärwärmetauscher zur Übertragung der Wärme von dem Wärmeträgermedium auf das zu erwärmende Brauchwasser. Üblicherweise sind die externe Wärmesenke und der Sekundärwärmetauscher im Heizkreislauf parallel geschaltet. Mittels eines 3-Wege-Ventils kann das durch den Brenner erzeugte Wärmeträgermedium entweder durch den Sekundärwärmetauschers oder durch die externe Wärmesenke geleitet werden. Dies hat zur Folge, dass im Betrieb entweder die Wärmesenke oder das Brauchwasser mit Wärme versorgt wird. Im Konfliktfall hat in der Regel die Brauchwassererwärmung Vorrang.

Beim Primärwärmetauscher hängt der Nutzungsgrad beziehungsweise die Effizienz der Wärmeübertragung vom Temperaturniveau des in den Primärwärmetauscher einströmenden zu erwärmenden Wärmeträgermediums ab. Bei der Nutzung der Brennwerttechnik ergeben sich darüber hinaus Effizienzvorteile bei einer niedrigen Temperatur des Wärmeträgermediums durch eine höhere Kondensationsrate. In der Patentanmeldung DE 33 36 136 A1 wird die Kondensationsrate dadurch verbessert, dass neben dem Rücklauf auch der Kaltwasserzulauf für Brauchwasser zur Kondensation verwendet wird.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein gattungsgemäßes Heizgerät derart weiterzuentwickeln, dass die Effizienz gesteigert wird. Ein weiterer Aspekt der Aufgabe ist, das gattungsgemäße Heizgerät in der Weise weiterzuentwickeln, die mit möglichst wenig zusätzlichem Bauaufwand für das Heizgerät verbunden ist.

Diese Aufgabe wird durch ein Heizgerät gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dabei ist der Sekundärwärmetauscher als Bestandteil einer Heizungsanlage so angeordnet, dass im Betrieb mit einem Wärmeträgermedium befüllten Kreislauf und bei laufender Pumpe das Wärmeträgermedium in einer ersten Ventilstellung zunächst im Primärwärmetauscher erwärmt wird, dann durch die Wärmesenke geleitet wird und anschließend durch den Sekundärwärmetauscher geleitet wird. Dies hat den Vorteil, dass bei laufendem Heizbetrieb bereits Wärme für die Brauchwassererwärmung genutzt werden kann. Dies ist insbesondere in Kombination mit einem Schichtenspeicher vorteilhaft, da das für die Erwärmung entnommene Brauchwasser aus dem Schichtenspeicher eine relativ niedrige Temperatur hat. Dadurch kann einerseits die Restwärme des Rücklaufs der Wärmesenke vorteilhaft genutzt werden, andererseits kann die Temperatur des Wärmeträgermediums gegenüber dem Stand der Technik weiter abgesenkt werden, was die Effizienz der Wärmeübertragung im Primärwärmetauscher verbessert, da sich die Kondensationsrate bei einem Heizgerät mit Brennwerttechnik erhöht. Ein weiterer Vorteil ist, dass die minimale Heizleistung, die an die Wärmesenke abgegeben werden kann, verringert wird. Aus Gründen, die die Stabilität der Gemischbildung für den Brenner betreffen, ist das Verhältnis zwischen maximaler und minimaler Leistung des Brenners eingeschränkt. Durch die Möglichkeit, dem Wärmeträgermedium Wärme zu entziehen und für das Brauchwasser zu nutzen, wird das Verhältnis zwischen maximaler und minimaler an die Wärmesenke abgegebener Leistung erhöht.

Wird ausschließlich Wärme für die Brauchwassererwärmung benötigt oder wird eine hohe Temperatur für die Brauchwassererwärmung gefordert, so wird das Ventil in eine zweite Ventilstellung überführt, so dass die Leistung des Brenners ausschließlich zur Brauchwassererwärmung zur Verfügung steht.

Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche. Die Erfindung wird nun anhand der Figur detailliert erläutert.

Figur 1 zeigt das Schema einer Heizungsanlage mit einem erfindungsgemäßen Heizgerät 1 . Das Heizgerät 1 umfasst den Brenner 2, der Wärme im Primärwärmetauscher 3 auf ein Wärmeträgermedium, in der Regel Wasser, überträgt. Im Kreislauf 5 wird das Wärmeträgermedium mittels der Pumpe 6 zirkuliert. Das Ventil 7 kann in einer ersten Ventilstellung so geschaltet werden, dass das Wärmeträgermedium in Ventildurchflussrichtung 18 zirkuliert. Dabei wird das Wärmeträgermedium zuerst durch die Wärmesenke 17 fließen, die an die Anschlüsse für Vorlauf 9 und Rücklauf 10 angeschlossen sind. Bei der Wärmesenke 17 handelt es sich beispielsweise um Radiatoren, Fußbodenheizungen et cetera zur Beheizung eines Gebäudes. In der Wärmesenke 17 kühlt das Wärmeträgermedium ab. Danach strömt das Wärmeträgermedium durch den Sekundärwärmetauscher 4 und gibt weitere Wärme an das Brauchwasser ab. Dazu zirkuliert die Pumpe 1 1 das in einem Schichtenspeicher 14 gespeicherte Brauchwasser über die Anschlüsse 12, 13 und erwärmt es in dem Sekundärwärmetauscher 4. Der Schichtenspeicher 14 weist einen Kaltwasserzulauf 16 zum Zuführen von kaltem Brauchwasser und einen Warmwasseranschluss 15 zur Entnahme von erwärmtem Brauchwasser auf. Durch die unterschiedliche Dichte von warmen und kalten Wasser bildet sich innerhalb des Schichtenspeichers 14 eine Temperaturschichtung aus. Im Extremfall kann die Temperatur im unteren Bereich des Schichtenspeichers 14 die Temperatur des über den Kaltwasserzulauf 16 zulaufenden Wassers annehmen. Dies können beispielsweise 10 °C sein, so dass dem Sekundärwärmetauscher 4 über den Anschluss 13 bis zu 10 °C kaltes Brauchwasser zugeführt wird. Dadurch wird das im Kreislauf 5 zirkulierende Wärmeträgermedium, nachdem es die Wärmesenke 17 verlassen hat, zusätzlich abgekühlt, so dass dem Primärwärmetauscher 3 ein kälteres Wärmeträgermedium zufließt als dies bei Heizgeräten gemäß dem Stand der Technik der Fall ist. Dadurch wird eine höhere Effizienz der Wärmeübertragung im Primärwärmetauscher 3 erzielt, bzw. ein Brennwerteffekt mit höherer Kondensationsrate erreicht und der Modulationsbereich des Heizgeräts in Hinblick auf die Wärmesenke 17 erweitert. Für den Fall, dass das aus der Wärmesenke 17 in den Rücklauf 10 rückströmende Wärmeträgermedium eine Temperatur unterhalb der Temperatur des Brauchwassers in den unteren Schichten des Schichtenspeichers 14 hat, würde der Sekundärwärmetauscher 4 zu einem Wärmeentzug des Brauchwassers führen. Um dies zu vermeiden, kann in solchen Fällen in der Ventildurchflussrichtung der ersten Ventilstellung 18 die Pumpe 1 1 abgeschaltet werden.

In der Ventildurchflussrichtung in der zweiten Ventilstellung 19 des Ventils 7 wird die Wärme des Brenners 2 ausschließlich im Sekundärwärmetauscher 4 verwendet. Dies entspricht der Brauchwassererwärmung gemäß dem Stand der Technik.

Erfindungsgemäß ist es auch vorgesehen, eine Ventilstellung zwischen der ersten 18 und der zweiten Ventilstellung 19 vorzusehen. Dies dient der Erhöhung des Verhältnisses zwischen maximaler und minimaler an die Wärmesenke abgegebener Leistung..

Alternativ zum Schichtenspeicher 14 kann auch der Sekundärwärmetauscher 4 über den Anschluss 13 direkt mit dem Kaltwasserzulauf 16 verbunden werden. Der Anschluss 12 kann direkt den Warmwasseranschluss 15 speisen. Ebenso kann alternativ auch ein konventioneller Speicher anstelle des Schichtenspeichers 14 vorgesehen werden. Dabei wird jedoch nicht die hohe Effizienz des erfindungsgemäßen Heizgeräts 1 wie in Kombination mit einem Schichtenspeicher 14 erreicht.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Heizgeräts 1 ist, dass für alle Komponenten 2, 3, 4, 6, 7 dieselben Komponenten verwendet werden können, wie sie auch für Heizgeräte nach dem Stand der Technik eingesetzt werden. Dies hat Vorteile bei den Kosten und bei der Bevorratung mit Ersatzteilen. Zudem können modulare Heizgeräte hergestellt werden, die sich durch eine andere Verrohrung des Kreislaufs 5 entweder als konventionelle Heizgeräte nach dem Stand der Technik oder als erfindungsgemäße Heizgeräte 1 konfigurieren lassen.

Bezugszeichenliste

1 Heizgerät

2 Brenner

3 Primärwärmetauscher

4 Sekundärwärmetauscher

5 Kreislauf

6 Pumpe

7 Ventil

8 Verbindung

9 Anschluss für Vorlauf

10 Anschluss für Rücklauf

1 1 Pumpe

12 Anschluss

13 Anschluss

14 Schichtenspeicher

15 Warmwasseranschluss

16 Kaltwasserzulauf

17 Wärmesenke

18 Ventildurchflussrichtung in erster Ventilstellung

19 Ventildurchflussrichtung in zweiter Ventilstellung

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1 . Heizgerät (1 ) zum Heizen und zum Erwärmen von Brauchwasser mit einem im Betrieb in einem Kreislauf (5) zirkulierenden Wärmeträgermedium, umfassend einen Brenner (2), umfassend einen Primärwärmetauscher (3) zum Übertragen der vom Brenner (2) erzeugten Wärme auf das Wärmeträgermedium, umfassend Anschlüsse für Vorlauf (9) und Rücklauf (10) eines Heizkreislaufs einer Wärmesenke (17), umfassend einen Sekundärwärmetauscher (4) zur Übertragung der Wärme von dem Wärmeträgermedium auf das zu erwärmenden Brauchwasser, umfassend eine Pumpe (6) zum Fördern des Wärmeträgermediums und umfassend ein Ventil (7) zur Führung des Wärmeträgermediums in der Weise, dass der Wärmebedarf für Brauchwasser und/oder für die Wärmesenke gedeckt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundärwärmetauscher (4) so im Kreislauf (5) angeordnet ist, dass er in einer ersten Stellung des Ventils (7) zur Deckung des Wärmebedarfs der Wärmesenke (17) im Betrieb in Reihe mit der Wärmesenke (17) geschaltet ist, so dass das Wärmeträgermedium stromab des Primärwärmetauschers (3) zuerst die Wärmesenke (17) und danach den Sekundärwärmetauscher (4) durchströmt und dass in einer zweiten Stellung des Ventils (7) zur Deckung des Wärmebedarfs zur Brauchwassererwärmung das Wärmeträgermedium stromab des Primärwärmetauschers (3) direkt den Sekundärwärmetauscher (4) durchströmt.

2. Heizgerät (1 ) nach Anspruch 1 , wobei das Ventil (7) kontinuierlich zwischen der ersten Stellung und der zweiten Stellung einstellbar ist.

3. Heizungsanlage, umfassend ein Heizgerät (1 ) gemäß Anspruch 1 oder 2, eine an den Vorlauf (9) und Rücklauf (10) des Heizgeräts angeschlossene Wärmesenke (17) und einen mit dem Sekundärwärmetauscher (4) des Heizgeräts (1 ) verbundenen Schichtenspeicher (14) zur Bereitstellung von erwärmtem Brauchwasser.