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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung in Verbindung mit einer Temperaturregeleinrichtung des Wassers in einem Wasserspeicherbehälter.
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 Wasser ("Vorlauf") geringer wird und demzufolge immer weniger Wärme in das Brauchwasser abgegeben wird ; die Leistung bzw. der Wirkungsgrad des Wärmetauschers sinken 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 erreicht.
Gemäss einer nicht veröffentlichten Literaturstelle ist der Wärmetauscher ausserhalb des vorzugsweise zylindrischen Speicherbehälters angeordnet, wobei sein Sekundärkreislauf eine Ladepumpe und den Speicherbehälter umfasst und eine Temperaturregeleinrichtung vorgesehen ist. Der Primärkreislauf enthält vorzugsweise eine Wärmepumpe, wobei der Wärmetauscher in seiner Wärme- übertragungsleistung primärseitig mit der Wärmepumpe derart abgestimmt ist, dass die maximal abgegebene Wärmemenge mit höchster Temperatur auf das Brauchwasser übertragen wird.
Die Regelung dieses Systems erfolgt im wesentlichen über drei Thermostaten, wobei ein erster Thermostat das Kommando für den möglichen Beginn des Ladevorgangs gibt, ein zweiter Thermostat den Ladevorgang freigibt, und der dritte Thermostat die Ladung beendet.
Aufgabe der Erfindung ist es, dass der Wärmetauscher auch sekundärseitig in seiner Wärme- übertragungsleistung an das Speichervolumen bzw. an die Durchflussmenge des Wassers im Sekundärkreislauf abgestimmt ist.
Dies wird bei einer Anlage der oben erwähnten Art erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass im Sekundärkreislauf in Serie mit der Ladepumpe ein einstellbares Drosselventil vorgesehen ist, wobei die Durchflussmenge im Sekundärkreislauf in Abhängigkeit von der Wärmeübertragungsleistung des Wärmetauscher durch das Drosselventil so eingestellt bzw. reguliert ist, dass eine maximal mögliche Endtemperatur des zu erwärmenden Wassers bei der einmaligen Umwälzung gewährleistet ist.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend an Hand der Zeichnung erläutert, welche eine schematische Darstellung des Primär- und Sekundärkreislaufes mit den erfindungsgemäss verwendeten Elementen und der Regeleinrichtung zeigt.
In der Zeichnung 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 Kaltwasserzuführrohr --4--, dessen innerem Ende ein Prallblech - 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.
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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
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-10--,verhinderer --12-- zum Wärmeaustauscher --9-- zurück. Für die Regelung sind im Sekundärkreis- lauf die Thermostate-Tl und T2-- vorgesehen, wobei der Thermostat --T1-- etwa mittig am Speicher --1-- und der Thermostat --T2-- beim Eintritt des Rohrstückes --8c-- in den Wärmeaus- tauscher --9-- angeordnet sind.
Der Primärkreislauf besteht aus einer Wärmepumpe --13--, einer Umwälzpumpe --14--, einem
Vorrangventil (elektromagnetisch betätigbares Dreiwegventil) --15--, welches im dargestellten
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Die Regelung dieser Anlage erfolgt auf folgende Art : Die Regeleinrichtung 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 Thermostaten-Tl und T2-- an einer Versorgungsspannung (z. B. Netzspannung). Ist die Temperatur des Brauchwassers im Speicher-l-genügend hoch, so ist der Kontakt des Thermostaten --T1-- offen.
Der Kontakt des Thermostaten --T2-- ist geschlossen, da kaltes Brauchwasser im Sekundärkreislauf von der Bodenseite des Speichers her ansteht. Wird warmes Brauchwasser über die Entnahmeleitung --6-- entnommen, so fliesst kaltes Wasser über das Zuführrohr - zu. Sobald die Temperatur an der Stelle des Thermostaten --T1-- einen vorbestimmten Wert unterschreitet, schliesst der Kontakt des Thermostaten --T1-- und schliesst damit den Stromkreis für die Spule-18-. so dass die Kontakte --19, 20a und 20b-- schliessen. Der Kontakt --19-- dient als Selbsthaltekontakt, d.
h. er überbrückt den Kontakt des Thermostaten --T1--. Durch die geschlossenen Kontakte --20a und 20b-- werden einerseits das elektromagnetisch betätigte Vorrangventil --15-- direkt und anderseits die Ladepumpe --10- über den Kontakt des Thermostaten --T3-- an die Versorgungsspannung gelegt. Der Kontakt des Thermostaten --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.
Die Wärmeübertragungsleistung des Wärmetauschers --9-- und die mittels Drosselventil - -11-- eingestellte Fördermenge des Sekundärkreislaufes gewährleisten nun eine Temperaturerhöhung des an der tiefstmöglichen Stelle entnommen kalten Brauchwassers und eine Temperaturerhöhung auf die maximal mögliche Endtemperratur bei höchstens einmaligem Durchlauf des zu erwärmenden
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und der Thermostat --T2-- den Stromkreis für die Spule-18-unterbricht, so dass die Kontakte --19, 20a und 20b-- unterbrechen und somit das Vorrangventil --15-- wieder auf Heizbetrieb umgestellt wird.
Ist die Heizung --16-- nicht in Betrieb, dann schaltet ausser den oben beschriebenen Schaltvorgängen der Thermostat --T1-- zusätzlich die Wärmepumpe --13-- ein, und den Primärkreislauf zu. Nach Erreichung der maximalen Vorlauftemperatur schaltet der Thermostat --T3-- wieder die
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Höhe des Speicherbehälters angeordnet sein ; bestimmend für seine Lage ist normalerweise der gewünschte Entladungszustand des Speichers bis zum Einsetzen des Aufheizvorgangs.
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
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dieser Heizanlage gewährleistet die während des ganzen Ladevorgangs konstante Wärmeübertragungsleistung einen gleichbleibend hohen Wirkungsgrad der Anlage.