AT398128B - Umlauf-wasserheizer - Google Patents

Description

AT 398 128 B

Die Erfindung bezieht sich auf einen Umlaufwasserheizer gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Ein derartiger Umlaufwasserheizer ist aus der ASUF-Schriftenreihe, Nr. 11 "Brennwertgeräte Technik-Vorschriften-Erfahrungen", zweites Brennwert-Symposium, 23. und 24. Februar 1989, Darmstadt, Vulkan-Verlag, Essen, Seiten 71/72, bekanntgeworden. 5 Bei solchen Umlaufwasserheizern ergibt sich das Problem, daß die für die Bereitung von Brauchwasser erforderliche Brennerleistung meist erheblich größer ist als die für die Bereitung des Heizwassers erforderliche Leistung. Dies trifft besonders für die Auslegung von kleineren Heizungsanlagen von 5 bis 10 kW, wie zum Beispiel für ein kleineres Einfamilienhaus oder eine für eine Wohneinheit konzipierte Etagenheizung zu.

Da weiter der Brauchwasserbedarf meist nur kurzzeitig gegeben ist, wird ein solcher auf den dafür io notwendigen Leistungsbedarf von 20 bis 30 kW konzipierter Brenner während des größten Teiles seiner Betriebszeit mit einer relativ kleinen Teillast betrieben, wodurch sich ein schlechter Wirkungsgrad ergibt. Außerdem kommt es bei solchen Umlaufwasserheizern aufgrund der ungünstigen Dimensionierung des Brenners zu häufigen Betriebsunterbrechungen und daher zu einem, durch die häufigen Startphasen bedingten, erhöhten Ausstoß von Schadstoffen in Form von Kohlenwasserstoffen. 15 Aufgrund des Trends zu einer besseren Wärmedämmung der Häuser und Wohnungen einerseits und luxuriösen Bädern andererseits vergrößert sich der Unterschied zwischen dem Leistungsbedarf für die Heizung und jenem für die Brauchwasserbereitung, wodurch sich das oben aufgezeigte Problem verschärft. So ist es bei entsprechender Wärmedämmung möglich, bei einer Wohneinheit mit 120 bis 150 m2 mit einer Heizleistung von ca. 6 kW das Auslangen zu finden, wogegen für die Brauchwasserbereitung mit herkömm-20 liehen Umlaufwasserheizern mit einem Leistungsbedarf von ca. 25 kW gerechnet werden muß.

Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und einen Umlaufheizer der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, der es erlaubt den Brenner im wesentlichen auf den Heizbedarf der angeschlossenen Heizungsanlage zu dimensionieren und trotzdem ausreichend Brauchwasser mit genügender Temperatur und ausreichendem Durchsatz bereitstellen zu können. 25 Erfindungsgemäß wird dies durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs erreicht.

Auf diese Weise ist es möglich, bei vorhandener oder auch nicht vorhandener Wärmeanforderung durch die Heizungsanlage, den Latentwärmespeicher aufzuladen. Bei Brauchwasserzapfung kann diese gespeicherte Wärme dem Latentwärmespeicher entnommen werden. Dazu genügt es, die Rücklaufleitung mit dem Latentwärmespeicher zu verbinden und die den Latentwärmespeicher überbrückende Bypasslei-30 tung zu sperren. Dadurch kommt es zu einer Vorheizung des in den Wärmetauscher einströmenden Wassers, so daß dieses auf eine ausreichend hohe Endtemperatur gebracht werden und in einem ausreichend großen Durchsatz bereitgestellt werden kann, auch wenn der Brenner nur eine relativ kleine Leistung aufbringt. Für das Aufheizen des Latentwärmespeichers kann die Heizungs-Bypassleitung geöffnet werden, so 35 daß der Latentwärmespeicher mit Wasser aufgeheizt wird, dessen Temperatur im wesentlichen der Temperatur des aus dem Wärmetauscher austretenden Wassers entspricht.

Durch die erfindungsgemäß vorgesehenen Maßnahmen ergibt sich jedoch nicht nur der Vorteil, daß die Brennerleistung nach dem Heizbedarf ausgelegt werden kann, sondern auch, daß eine nicht unwesentliche Anzahl von Kaltstarts vermieden werden kann. So kann nach einer längeren Stillstandsphase des Brenners 40 bei einer auftretenden Wärmeanforderung zum Beispiel der Heizungsanlage, beim Start des Brenners und damit der Umlaufpumpe der Latentwärmespeicher durchströmt werden, wodurch entsprechend vorgewärmtes Wasser in den Wärmetauscher einströmt und dadurch eine Kondensatbildung im Wärmetauscher vermieden wird.

Außerdem ergibt sich durch die vorgeschlagene Lösung auch der Vorteil einer geringeren Schalthäufig-45 keit bei kleineren Entnahmen von Brauchwasser, verglichen mit den herkömmlichen Umlaufwasserheizern, da der Brenner bei Kleinzapfungen nicht immer zünden muß, wenn die Erwärmung des Zapfwassers die Wärme des Latentwärmespeichers ausreicht. Dadurch ergibt sich auch der Vorteil einer geringeren Schadstoffemission.

Aufgrund der, verglichen mit herkömmlichen Lösungen, verringerten Brennerleistung kann auch der so Abgasrohrdurchmesser verkleinert werden, was den Einsatz dieser Geräte in Gebäuden mit sanierungsbedürftigen Schornsteinen ermöglicht.

Da der vorgesehene Latentwärmespeicher nur ein relativ kleines Volumen benötigt, ergibt sich aufgrund des Umstandes, daß der Brenner eine kleinere Leistung aufweist als dies bei einem herkömmlichen Umlaufwasserheizer der Fall wäre, eine mit einem herkömmlichen Umlaufwasserheizer vergleichbare 55 Baugröße.

Latentwärmespeicher sind mit einem Medium gefüllt, das im Bereich der Arbeitstemperatur schmilzt oder verdampft und sich durch eine hohe Schmelz- und Kondensationswärme auszeichnet. Beim Betrieb eines solchen Speichers steigt dessen Temperatur mit der Zufuhr von Wärme an, bis das Speichermedium 2

AT 398 128 B zu schmelzen beginnt. Danach bleibt bei weiterer Wärmezufuhr die Temperatur des Speichermediums konstant, bis das gesamte Speichermedium aufgeschmolzen ist, wonach bei weiterer Wärmezufuhr die Temperatur weiter ansteigt. Umgekehrt verharrt des Speichermedium bei einer Abgabe von Wärme auf der Schmelztemperatur, bis das gesamte Speichermedium erstarrt ist. Da die latente Wärme, das heißt die Schmelz- und Kondensationswärme meist das hundert- bis zweihundertfache der spezifischen Wärme der betreffenden Substanz beträgt, haben Latentwärmespeicher gegenüber Kapazitätswärmespeichern, bei denen das Speichermedium seinen Aggregatzustand beibehält, den Vorteil eines weit geringeren Volumens bei gleicher Speicherkapazität.

Als Speichermedium für einen Latentwärmespeicher für einen erfindungsgemäßen Umlaufwasserheizer kann beispielsweise Bariumhydroxidoctahydrat verwendet werden, dessen Schmelzpunkt bei 78 * C liegt.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert, die schematisch einen erfindungsgemäßen Umlaufwasserheizer zeigt.

Ein Wärmetauscher 8 ist von einem Gasbrenner 9 beheizbar. Von einer vom Wärmetauscher 8 wegführenden Vorlaufleitung 6 zweigt eine zu einem mit einer Zapfwasser-Rohrschlange 26 versehenen Brauchwasser-Wärmetauscher 12 führende Leitung 15 ab. Von der Vorlaufleitung 6 zweigt weiter stromab der Verzweigungsstelle 20 eine Heizungs-Bypassleitung 16 an der Verzweigung 21 ab, in der ein druckdifferenzgesteuertes Überströmventil 13 angeordnet ist und die parallel zu einer aus einer Mehrzahl von mit Thermostatventilen 22 versehenen Radiatoren 23 bestehenden Heizungsanlage 14 geschaltet und mit einer Rücklaufleitung 17 in einer Einmündung 24 verbunden ist.

In der Rücklaufleitung 17 ist ein Drei-Wege-Ventil 10 stromab der Einmündung 24 angeordnet, an dem eine Leitung 18 angeschlossen ist, die vom Brauchwasserwärmetauscher 12 wegführt. Dadurch ist der Primärkreis des Brauchwasserwärmetauschers 12 bei entsprechender Stellung des Drei-Wege-Ventiles 10 vom Heizwasser durchströmt, das über die Vorlaufleitung 6 zu- und über die Rücklaufleitung 17 abströmt.

In der Rücklaufleitung 17 ist weiter eine Umlaufpumpe 11 angeordnet, die für die nötige Umwälzung des Heizwassers sorgt.

Dem Wärmetauscher 8 ist ein im dargestellten Ausführungsbeispiel zweiteiliger Latentwärmespeicher 4, 5 vorgeschaltet. Zu diesem ist eine Bypassleitung 1 parallel geschaltet.

Dabei ist in der Rücklaufleitung 17 ein weiteres Drei-Wege-Ventil 7 angeordnet. An diesem ist eine Leitung 19 und die Bypassleitung 1 angeschlossen, wobei an der Leitung 19 die beiden Teile 4, 5 des Latentwärmespeichers parallel angeschlossen sind. Die von den beiden Teilen 4, 5 des Latentwärmespeichers wegführenden Leitungen 2, 3 münden in die Bypassleitung 1 in einer Einmündung 25 unmittelbar stromauf des Wärmetauschers 8.

Die Zapfwasser-Rohrschlange 26 ist auslaufseitig mit einem Zapfventil 27 und einlaufseitig mit einem Wasserschalter 28 versehen, der bei Zapfwasserdurchsatz über eine Leitung 29 einen Motor 30 ansteuert, der die Drei-Wege-Ventile umschaltet.

Bei bestehender Wärmeanforderung durch die Heizungsanlage 14 ist der Brenner 9 mit Gas versorgt und in Betrieb, desgleichen die Umlaufpumpe 11. Das aus dem Wärmetauscher 8 abströmende Wasser strömt dabei über die Heizungsanlage 14 und die Rücklaufleitung 17 zurück zum Wärmetauscher 8. Dabei ist das Ventil 13 in der Heizungs-Bypassleitung 16 geschlossen und das Drei-Wege-Ventil 10 gibt die Durchströmung von den Radiatoren 23 in Richtung der Rücklaufleitung 17 frei und sperrt die Leitung 18. Desgleichen gibt das Drei-Wege-Ventil 7 die Durchströmung von der Rücklaufleitung 17 zur Bypassleitung 1 frei und sperrt die Leitung 19 ab.

Bei einer Brauchwasserzapfung schaltet der Wasserschalter 28 das Drei-Wege-Ventil 10 um und gibt die Durchströmung von der Leitung 18 zur Rücklaufleitung 17 frei, wobei der von der Heizungsanlage kommende Abschnitt der Rücklaufleitung 17 gesperrt ist. Gleichzeitig schaltet er auch das Drei-Wege-Ventil 7 um, wobei die Bypassleitung 1 gesperrt wird und die Durchströmung von der Rücklaufleitung 17 zur Leitung 19 freigegeben wird.

Dadurch strömt das Wasser über die beiden Teile 4, 5 des Latentwärmespeichers, wodurch das über den Primärkreis des Brauchwasserwärmetauschers 12 kommende Wasser aus dem Latentwärmespeicher 4, 5 aus diesem Wärme aufnimmt und entsprechend vorgewärmt in den Wärmetauscher 8, der vom Brenner 9 beaufschlagt ist, einströmt und weiter erwärmt wird.

Ist die Brauchwasserzapfung beendet, schaltet der Wasserschalter 28 die Drei-Wege-Ventile 7 und 10 zurück und es wird zur Aufladung des Latentwärmespeichers 4, 5 das Wasser von der Vorlaufleitung 6 zur Rücklaufleitung 17 über das Drei-Wege-Ventil 10 geleitet, das die Rücklaufleitung der Heizung weiterhin sperrt. Über das Drei-Wege-Ventil 7 strömt das Wasser in die Leitung 19 und den Latentwärmespeicher 4, 5 und gibt in diesem seine Wärme ab. Zu dieser Aufladung ist ein den Motor 30 über eine Leitung 31 steuernder Temperaturfühler 32 im Latentwärmespeicher 5 vorgesehen. 3

Claims (1)

1. AT 398 128 B Dabei wird das Speichermedium geschmolzen, wobei die entsprechende Schmelzwärme vom Brenner aufgebracht werden muß. Diese Schmelzwärme kann bei der Erstarrung des Speichermediums bei der Wärmeabgabe in Form der Erstarrungswärme wieder zurückgewonnen werden. Mit einem solchen Umiaufwasserheizer kann zum Beispiel mit einem Brenner 9 mit einer Leistung von 6 kW, die zum Beispiel für die Heizung einer Wohneinheit mit 120 bis 150m2 ausreicht, auch ein für ein Duschbad ausreichender Brauchwasserdurchsatz bereitgestellt werden. Dabei wird für ein Duschbad in der Regel ein Bedarf von ca. 50 I mit einer Temperatur von 40 °C in einem Zeitraum von ca. 6 min. angenommen. Dies erfordert einen Wärmebedarf von 1745Wh in 6 min., was einer Leistung von ca. 18 kW entspricht. Die gegenüber der Brennerleistung fehlende Leistung wird durch den Latentwärmespeicher 4, 5 für die 6 min. aufgebracht. Aufgeladen wird der Latentwärmespeicher dann über ca. 12 min, wobei die Leistung des Brenners 9 in die Speicher 4, 5 eingebracht wird. Patentansprüche 1. Umlaufwasserheizer zur Bereitung von Brauch- und Heizwasser mit einem von einem Brenner beaufschlagten Wärmetauscher, der eine Vorlaufleitung mit Heizwasser versorgt, die über ein Drei-Wege-Ventil wahlweise mit einer Heizungsanlage oder einem Brauchwasser-Wärmetauscher verbunden ist, wobei eine Umlaufpumpe vorgesehen ist, die vorzugsweise in einer zum Wärmetauscher führenden Rücklaufleitung angeordnet ist und wobei eine von einem Überströmventil gesteuerte Heizungs-Bypassleitung parallel zur gesamten Heizungsanlage geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß dem Wärmetauscher (8) ein Latentwärmespeicher (4, 5) vorgeschaltet ist, zu dem eine von einem Ventil (7) gesteuerte Bypassleitung (1) parallel geschaltet ist. Hiezu 1 Blatt Zeichnungen 4