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Die Erfindung betrifft eine Temperaturregeleinrichtung des Wassers 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 beJieferten 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.
In der DE-OS 2508135 wird ein Speicherbehälter mit einem getrennt angeordneten Wärmetauscher beschrieben, dessen Primärkreislauf an eine Wärmequelle angeschlossen ist, und bei dessen Sekundärkreislauf über eine thermostatgesteuerte Ladepumpe das Wasser dem Speicherbehälter bodenseitig entnommen und deckelseitig rückgeführt wird, wobei ein zusätzlicher Heizkörper im Wärmetauscher angeordnet ist, um zusätzliche Wärmeenergie zu liefern.
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 - beauf- schlagt 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 dabei 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.
Ziel der Erfindung ist es daher, eine Einrichtung der eingangs angegebenen Art zu schaffen, wobei bei der Anwendung einer Wärmepumpe ein intermittierendes Arbeiten der Wärmepumpe vermieden werden soll.
Gemäss der Erfindung wird dies bei einer Temperaturregeleinrichtung der eingangs genannten Art dadurch erreicht, dass ein erster Thermostat im Speicher, vorzugsweise im Bereich der Mitte des Speichers und ein in Serie mit dem ersten Thermostat geschalteter zweiter Thermostat im Bereich zwischen der Kaltwasserzone am Boden des Speicherbehälters und der Eintrittsstelle des Sekundärkreislaufes in den Wärmetauscher angeordnet sind, wobei der erste Thermostat die Ladepumpe für den Ladevorgang einschaltet, und der zweite Thermostat die Ladepumpe zur Beendigung des Ladevorgangs ausschaltet, und dass gegebenenfalls ein dritter Thermostat beim Eintritt des Primärkreislaufes in den Wärmetauscher angeordnet ist, welcher in Serie mit dem Stromkreis für die Ladepumpe geschaltet ist und dadurch den Einschaltvorgang für die Ladepumpe durch den ersten Thermostaten ermöglicht,
wobei der dritte Thermostat bei einer vorbestimmten oberen Temperatur des Primärkreislaufmediums geschlossen ist.
In vorteilhafter Weise ist der erste Thermostat bei einer vorbestimmten unteren Brauchwassertemperatur geschlossen, und der zweite Thermostat bei einer vorbestimmten oberen Brauchwassertemperatur geöffnet, so dass das zu erwärmende Brauchwasser nur einmal umgewälzt wird. Die Regelung dieses Systems erfolgt somit im wesentlichen über drei Thermostate, wobei der erste Thermostat das Kommando für den möglichen Beginn des Ladevorganges gibt, der dritte Thermostat den Ladevorgang freigibt und der zweite Thermostat die Ladung beendet.
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Durch das Zusammenwirken des ersten und zweiten Thermostaten wird die erwähnte einmalige Umwälzung herbeigeführt, wodurch es zu keiner unerwünschten Vermischung des erwärmten Brauchwassers mit dem kalten Brauchwasser durch innere Zirkulation kommt, wie dies bei herkömmlichen Speichern der Fall ist. Der dritte Thermostat bewirkt, dass der Wärmetransport durch die Ladepumpe erst dann eingeleitet wird, wenn die Temperatur des Primärkreislaufmediums beim Wärmetauscher einen genügend hohen Wert erreicht hat, so dass der Wärmetauscher mit optimalem Wirkungsgrad arbeitet.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung werden im folgenden an Hand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine schematische Darstellung des Primär- und Sekundärkreislaufes mit den erfindungsgemäss verwendeten Elementen und der Regeleinrichtung, Fig. 2 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel gemäss der Erfindung, und Fig. 3 ein Detail der Fig. 2.
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 Kaltwasser-Zuführrohr --4--, dessen innerem Ende ein Prall- blech --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-- aufge- baut. 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 einem einstellbaren Drosselventil --11-- und einem Thermoflussverhinderer --12--, der eine Zirkulation ohne Lauf der Ladepumpe verhindert.
Das Rohrstück --8c-- führt vom Thermoflussver- hinderer --12-- zum Wärmetauscher --9-- zurück. Für die Regelung sind im Sekundärkreislauf die Thermostate-Tl und T2-- vorgesehen, wobei der Thermostat --T1-- etwa mittig am Speicher - und der Thermostat --T2-- beim Eintritt des Rohrstückes --8c-- in den Wärmetauscher - angeordnet ist.
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kreislaufmediums in den Wärmetauscher --9--.
Die Regelung dieses Systems 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 Thermostate-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
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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, bis beim Thermostaten --T3-- die Vorlauftemperatur erreicht ist.
Die Wärmeübertragungsleistung des Wärmetauschers --9-- und die mittels Drosselventil-11eingestellte Fördermenge des Sekundärkreislaufes gewährleisten nun eine Temperaturerhöhung des an der tiefstmöglichen Stelle entnommenen kalten Brauchwassers und eine Temperaturerhöhung auf die maximal mögliche Endtemperatur bei höchstens einmaligem Durchlauf des zu erwärmenden Brauchwassers. Der Speicher --1-- wird von oben geladen und die Trennschichte zwischen warmem und
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kaltem Brauchwasser wandert nach unten, bis die Ladung des Speichers --1-- beendet ist 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 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.
In Fig. 2 ist ein platzsparendes Ausführungsbeispiel einer derartigen Anlage mit einem, den Speicher --1-- umgebenden Wärmetauscher --9-- angeführt. Gemäss dem in Fig. 3 gezeigten Querschnitt besteht der Wärmetauscher --9-- aus z. B. einem zu einer Wendel gebogenen Aussenrohr --21--, einem in diesem liegenden Innenrohr --22-- und einer mehrgängigen Drahtwendel - -23--, d. h. mehrere, je nach einer Schraubenlinie verlaufende Drähte oder Drahtwendel sind nach Art eines mehrgängigen Gewindes ineinandergeschraubt. Die Drahtwendel --23-- bildet einerseits einen Abstandhalter zwischen Innenrohr --22-- und Aussenrohr --21-- und anderseits eine Führung für das im Raum zwischen diesen beiden Rohren strömende, von der Wärmepumpe kommende Medium.
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. PATENTANSPRÜCHE :
1. Temperaturregeleinrichtung des Wassers 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, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Thermostat (Tl) im Speicher (1),
vorzugsweise im Bereich der Mitte des Speichers und ein in Serie mit dem ersten Thermostaten (Tl) geschalteter zweiter Thermostat (T2) im Bereich zwischen der Kaltwasserzone am Boden des Speicherbehälters (1) und der Eintrittsstelle des Sekundärkreislaufes in den Wärmetauscher (9) angeordnet sind, wobei der erste Thermostat (Tl) die Ladepumpe (10) für den Ladevorgang einschaltet, und der zweite Thermostat (T2) die Ladepumpe zur Beendigung des Ladevorganges ausschaltet, und dass gegebenenfalls ein dritter Thermostat (T3) beim Eintritt des Primärkreislaufes in den Wärmetauscher (9) angeordnet ist, welcher in Serie mit dem Stromkreis für die Ladepumpe (10) geschaltet ist und dadurch den Einschaltvorgang für die Ladepumpe (10) durch den ersten Thermostaten (Tl) ermöglicht, wobei der dritte Thermostat (T3)
bei einer vorbestimmten oberen Temperatur des Primärkreislaufmediums geschlossen ist.
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The invention relates to a temperature control device of the 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 on the primary side by a heat source with thermal energy, the water to be heated being in the secondary circuit at the bottom of the storage tank removed and returned by a thermostatically controlled charge pump via the heat exchanger in the heated state on the cover side.
DE-OS 2508135 describes a storage tank with a separately arranged heat exchanger, the primary circuit of which is connected to a heat source, and in the secondary circuit of which the water is removed from the storage tank on the bottom side and returned on the lid side via a thermostatically controlled charging pump, with an additional heating element being arranged in the heat exchanger is to provide additional thermal energy.
In conventional water heaters is inside about in the lower half of a z. B. cylindrical, standing and with appropriate thermal insulation storage tank a heat exchanger attached, which is acted upon by the heating circuit - usually a central heating system. In such systems, there are z. B. from the central heating boiler coming from a part of the amount of heat contained in it from the water in the storage tank, which, due to convection, heats evenly. However, the higher the temperature of the water in the tank rises, the higher the temperature of the water flowing back from the heat exchanger. However, this means that the temperature difference between the contents of the storage container and the z.
B. coming from the boiler water ("flow") is lower and consequently less and less heat is released into the domestic water; the performance and the efficiency of the heat exchanger decrease with increasing temperature of the domestic water.
In the case of hot water preparation using solar energy, 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.
This above-described efficiency of the heat exchanger, which decreases as the temperature of the hot water increases, leads to problems when using heat pumps for hot water preparation because the heat pump has only a small power range and switches off when the power output drops. As a result, the duty cycle of the pump decreases with increasing temperature of the domestic water and the pump starts to work intermittently. Due to the necessary cooling times before the heat pump is switched on again, the time until the water heater is completely heated is increased accordingly or the maximum possible temperature is reached.
The aim of the invention is therefore to create a device of the type specified at the outset, wherein intermittent operation of the heat pump is to be avoided when using a heat pump.
According to the invention, this is achieved in a temperature control device of the type mentioned in the introduction in that a first thermostat in the store, preferably in the area of the center of the store and a second thermostat connected in series with the first thermostat in the area between the cold water zone at the bottom of the store tank and the entry point of the secondary circuit are arranged in the heat exchanger, the first thermostat switching on the charging pump for the charging process, and the second thermostat switching off the charging pump to end the charging process, and that a third thermostat is arranged when the primary circuit enters the heat exchanger, which is connected in series with the circuit for the charge pump, thereby enabling the charge pump to be switched on by the first thermostat,
wherein the third thermostat is closed at a predetermined upper temperature of the primary circuit medium.
The first thermostat is advantageously closed at a predetermined lower hot water temperature and the second thermostat is opened at a predetermined upper hot water temperature, so that the hot water to be heated is circulated only once. The control of this system is essentially carried out via three thermostats, the first thermostat giving the command for the possible start of the charging process, the third thermostat enabling the charging process and the second thermostat terminating the charging.
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The interaction of the first and second thermostats brings about the aforementioned one-time circulation, as a result of which there is no undesired mixing of the heated process water with the cold process water through internal circulation, as is the case with conventional storage systems. The third thermostat means that the heat transfer through the charge pump is only initiated when the temperature of the primary circuit medium in the heat exchanger has reached a sufficiently high value so that the heat exchanger works with optimum efficiency.
Further details and features of the invention are explained below with reference to the drawings. 1 shows a schematic illustration of the primary and secondary circuit with the elements used according to the invention and the control device, FIG. 2 shows a preferred exemplary embodiment according to the invention, and FIG. 3 shows a detail of FIG. 2.
In Fig. 1, the pressure-resistant storage container is denoted by --1-- and preferably has the shape of a standing cylinder with a curved bottom --2-- and also a curved lid --3--.
A cold water supply pipe --4-- leads into the ground --2--, the inner end of which is opposed by a baffle plate --5--. In the cover --3-- there is the extraction line --6-- for the domestic water. There is also a distributor plate --7-- in the upper part of the storage tank --1--, near the lid --3--. The secondary circuit is built up 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-- goes from the floor --2-- to a charge pump, an adjustable throttle valve --11-- and a thermal flow preventer --12--, which prevents circulation without the charge pump running.
The pipe section --8c-- leads from the thermal flow preventer --12-- back to the heat exchanger --9--. The thermostats Tl and T2-- are provided for control in the secondary circuit, with the thermostat --T1-- approximately in the middle of the storage tank - and the thermostat --T2-- when the pipe section --8c-- enters the heat exchanger - is arranged.
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circulating medium in the heat exchanger --9--.
This system is regulated in the following way:
The control device is labeled --17-- and contains a relay with a coil --18- and with contacts open in the idle state --19, 20a and 20b--. The coil --18-- is in series with the contacts of the thermostats Tl and T2-- which are also in series - on a supply voltage (e.g. mains voltage). If the temperature of the hot water in the storage tank l is high enough, the contact of the thermostat --T1-- is open. The contact of the thermostat --T2-- is closed because cold process water is present in the secondary circuit from the bottom of the storage tank.
If hot domestic water is withdrawn via the extraction line --6--, cold hot water flows
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the circuit for the coil --18-- so that the contacts --19, 20a and 20b-- close.
Contact --19-- serves as a hold-open contact, i.e. H. it bridges the contact of the thermostat --T1--. The closed contacts --20a and 20b-- connect the electromagnetically operated priority valve -15-- directly and the charging pump --10-- to the supply voltage via the thermostat contact --T3--. The contact of the thermostat --T3-- is open below a predetermined temperature of the primary circuit medium, i.e. H. the charge pump only starts to work until the thermostat --T3-- has reached the flow temperature.
The heat transfer capacity of the heat exchanger --9-- and the flow rate of the secondary circuit set by means of throttle valve -11 now ensure a temperature increase of the cold service water drawn at the lowest possible point and a temperature increase to the maximum possible final temperature with a maximum of one pass of the service water to be heated. The storage tank --1-- is loaded from above and the interface between warm and
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Cold service water moves downwards until the storage tank --1-- has finished charging and the thermostat --T2-- breaks the circuit for the coil --18-- so that the contacts - 19, 20a and 20b- - interrupt and the priority valve --15-- is switched back to heating mode.
If the heating --16-- is not in operation, then in addition to the switching operations described above, the thermostat --T1-- also switches on the heat pump --13-- and 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 is fully powered. The thermostat --T1-- can be arranged at any height of the storage tank, its location is usually determined by the desired state of discharge of the storage tank until the heating process begins.
2 shows a space-saving embodiment of such a system with a heat exchanger --9-- surrounding the storage tank --1--. According to the cross section shown in Fig. 3, the heat exchanger --9-- consists of z. B. an outer tube bent to a coil --21--, an inner tube lying in this --22-- and a multi-start wire coil - -23--, d. H. several wires or wire coils, depending on a helical line, are screwed together in the manner of a multi-start thread. The wire coil --23-- forms a spacer between the inner pipe --22-- and the outer pipe --21-- on the one hand and on the other hand a guide for the medium flowing in the space between these two pipes and coming from the heat pump.
Of course, other embodiments are possible, e.g. B. the heat pump can only be used for domestic water preparation or the primary circuit can be flowed through by an intermediate medium or coolant. Other elements with the same effect are also possible in the control. B. the thermostat --T3-- can be replaced by a timing relay, d. H. the charge pump is switched on after the contacts --20a, 20b-- have been closed after a predetermined time interval. Of course, instead of a heat pump for energy supply z. B. also a central heating boiler or a solar system can be used.
With these heating systems, too, the constant heat transfer performance throughout the entire charging process ensures a consistently high level of system efficiency. PATENT CLAIMS:
1.Temperature control device of the 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 removed from the bottom of the storage tank in the secondary circuit and by a thermostatically controlled charge pump via the heat exchanger in the heated state, is returned on the cover side, characterized in that a first thermostat (Tl) in the store (1),
are preferably arranged in the area of the center of the store and a second thermostat (T2) connected in series with the first thermostat (T1) in the area between the cold water zone at the bottom of the store tank (1) and the entry point of the secondary circuit into the heat exchanger (9), wherein the first thermostat (T1) switches on the charging pump (10) for the charging process, and the second thermostat (T2) switches off the charging pump to end the charging process, and that a third thermostat (T3) if necessary when the primary circuit enters the heat exchanger (9 ) is arranged, which is connected in series with the circuit for the charge pump (10) and thereby enables the switching-on process for the charge pump (10) by the first thermostat (Tl), the third thermostat (T3)
is closed at a predetermined upper temperature of the primary circuit medium.