DE10033910B4

DE10033910B4 - Schichtenspeicher

Info

Publication number: DE10033910B4
Application number: DE10033910A
Authority: DE
Inventors: Carsten auf dem Kampe; Christian Haack
Original assignee: Vaillant GmbH
Priority date: 1999-07-07
Filing date: 2000-07-05
Publication date: 2012-06-06
Anticipated expiration: 2020-07-06
Also published as: DK177297B1; DK200001034A; DE10033910A1; ITMI20001347A1; ATA117299A; IT1318010B1; ITMI20001347A0; AT414272B

Abstract

Verfahren zum Aufladen eines Schichtenspeichers (1) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem zur Aufladung aus dessen untersten Bereich kühles Wasser entnommen, erwärmt und dem obersten Bereich des Schichtenspeichers (1) wieder zugeführt wird, wobei bei der Entnahme von warmem Wasser in den untersten Bereich des Schichtenspeichers (1) kaltes Wasser zugeführt wird. Um die Aufladung einfach durchführen zu können, ist vorgesehen, daß die Aufladung beendet wihers (1) Wasser mit einer bestimmten Solltemperatur zugeführt wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schichtenspeicher gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Bei bekannten derartigen Schichtenspeichern sind zur Erfassung der Temperatur des Brauchwassers zwei Temperaturfühler vorgesehen.
Dabei ergibt sich jedoch der Nachteil, daß für mindestens zwei Temperaturfühler eine entsprechende Durchführung durch die Wand des Schichtenspeichers hergestellt werden muß, die überdies auch als Wärmebrücke durch die Isolierung des Speicherbehälters hindurch wirkt.
Aus DE 198 55 442 A1 ist ein Schichtenspeicher bekannt, bei dem aus dem untersten Bereich kaltes Wasser entnommen, außerhalb des Speichers erwärmt und dem obersten Bereich des Speichers wieder erwärmt zugeführt wird. Auf mehreren Höhen des Speichers sind Temperatursensoren angeordnet, deren Signale der Speicherladung dienen. Durchführung durch die Speicherwand ermöglichen die Positionierung dieser Sensoren.
Ziel der Erfindung ist es, den Nachteil des Standes der Technik zu vermeiden und einen Schichtenspeicher der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, der sich durch einen einfachen Aufbau auszeichnet.
Erfindungsgemäß wird dies bei einem Schichtenspeicher der eingangs erwähnten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 erreicht.
Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen erübrigt sich eine separate Durchführung für den zur Erfassung der Temperatur des Brauchwassers vorgesehenen Temperaturfühler. Von der Temperatur des Warmwasserzulaufs läßt sich sehr genau auf die Temperatur des in der obersten Schicht des Speicherbehälters befindlichen Brauchwassers schließen. Es ergibt sich die Möglichkeit eine weitere Durchführung für einen Temperaturfühler einzusparen und damit auch weitere Wärmeverluste zu vermeiden. Dabei ist auch beim vorgeschlagenen Einbauort des Temperaturfühlers eine weitgehend genaue Erfassung der Temperatur der kühlsten Schicht des Schichtenspeichers möglich.
Durch die Merkmale des Anspruches 2 ergibt sich der Vorteil, dass nur wenige Durchführungen durch den Speicherbehälter erforderlich sind und daher auch der Wärmeabfluß aus dem Speicherbehälter minimiert ist. Außerdem ergibt sich auch ein einfacherer Aufbau des Schichtenspeichers.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es ein Verfahren zum Aufladen eines erfindungsgemäßen Schichtenspeichers vorzuschlagen.
Ausgehend von einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 4 werden daher die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 4 vorgeschlagen.
Auf diese Weise ist auf einfache Weise sichergestellt, daß die weitere Zufuhr von Energie zum Schichtenspeicher unterbunden wird, sobald der Schichtenspeicher vollständig aufgeladen ist.
Dabei ist es auch möglich, auf einen Temperaturfühler im untersten Bereich des Schichtenspeichers oder im Bereich des Kaltwasserabzugs zu verzichten. Es kann einfach bei konstantem Durchsatz durch die Wärmequelle und konstanter Energiezufuhr dies unterbrochen werden, sobald das in den obersten Bereich des Schichtenspeichers einströmende Wasser eine bestimmte Temperatur erreicht hat. Da bei konstantem Durchsatz und konstanter Energiezufuhr eine bestimmte Temperaturerhöhung durch die Wärmequelle sichergestellt ist, kann aus der Temperatur im Warmwasserzulauf auf die Temperatur im untersten Bereich des Schichtenspeichers und damit auf den Ladezustand des Schichtenspeichers geschlossen werden.
Bei einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruches 6 ergibt sich der Vorteil eines sehr hohen Komforts für den Benutzer, da auch nach einer größeren Zapfung, z. B. für ein Vollbad, sehr rasch wieder Wasser mit ausreichender Temperatur zur Verfügung steht. Dies ist durch den Umstand bedingt, daß eben nur Wasser mit einem nutzbaren Temperaturpotential in den Schichtenspeicher einströmt und daher wieder aus dem obersten Bereich desselben entnommen werden kann.
Dabei können nach einem weiteren Merkmal der Erfindung die Merkmale des Anspruches 6 vorgesehen sein.
Durch diese Maßnahmen ist es möglich, eine einfache Wärmequelle, z. B. einen einfachen Brenner, vorzusehen und für diese, bzw. diesen eine einfache Steuerung vorzusehen.
Um neben einem einfachen Brenner auch eine einfache, mit lediglich einer Drehzahl betreibbare Pumpe vorsehen zu können, können die Merkmale des Anspruches 7 vorgesehen sein. Dabei ist auch eine sehr einfache Regelung der Pumpe möglich. Allerdings muß dabei eine sich ändernde Temperatur des in den Schichtenspeicher einströmenden Wassers in Kauf genommen werden.
Dabei ist es zur besseren Anpassung des Durchsatzes an den Temperaturverlauf des in den Schichtenspeicher einströmenden Wassers zweckmäßig die Merkmale des Anspruches 8 vorzusehen.
Nach einer Variante der Erfindung ist es zur Sicherstellung einer konstanten Temperatur des in den Schichtenspeicher einströmenden erwärmten Wassers vorteilhaft, die Merkmale des Anspruches 9 vorzusehen. Dies ermöglicht einen schonenden Betrieb der Pumpe.
Weiter können die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 10 vorgesehen sein. Dies ermöglicht eine Minimierung des apparativen Aufwandes für den Schichtenspeicher.
Durch die Merkmale des Anspruches 10 ist es möglich den apparativen Aufwand besonders gering zu hatten, da eben zur Ermittlung der Temperatur der kühlsten Schicht des Schichtenspeichers kein Temperaturfühler nötig ist. Außerdem reicht ein einfacher Brenner und eine einfache Pumpe.
Durch die Merkmale des Anspruches 11 ist es mit einem geringen apparativen Aufwand möglich, die Temperatur des in den Schichtenspeicher zulaufenden Warmwassers weitgehend konstant zu halten.
Durch die Merkmale des Anspruches 12 ist es auf einfache Weise möglich, die durchschnittliche Leistung der Wärmequelle mit steigender Temperatur des in den Schichtenspeicher zuströmenden Wassers anzupassen, wobei eine sehr einfache Steuerung ausreicht.
Durch die Merkmale des Anspruches 13 ergibt sich der Vorteil, daß häufige Starts eines Brenners und damit ein erhöhter Schadstoffausstoß vermieden wird.
Durch die Merkmale des Anspruches 14 ergibt sich der Vorteil, daß der Durchfluß durch die Wärmequelle auf einfache Weise in Abhängigkeit von der Temperatur des im Warmwasserzulauf befindlichen Wassers geregelt und dadurch eine konstante Temperatur des Warmwasserzulaufs sichergestellt wird. Dabei ist praktisch ein Temperaturfühler in eine Steuerung integriert.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen die 1 und 2 zwei verschiedene Ausführungsformen erfindungsgemäßer Schichtenspeicher.
Ein erfindungsgemäßer Schichtenspeicher 1 weist einen Speicherbehälter 18 auf, aus dessen untersten Bereich ein Kaltwasserabzug 4 nach oben wegführt. Weiter mündet ein Warmwasserzulauf 8 in den obersten Bereich des Speicherbehälters 18.
Dabei ist in dem Kaltwasserzulauf 4 eine Umwälzpumpe 5 eingebaut, wobei der Kaltwasserzulauf 4 über einen von einem Brenner 6 beaufschlagten Wärmetauscher 7 mit dem Warmwasserzulauf 8 verbunden. Dieser Brenner 6 ist über eine Gasleitung 17 und ein Gasventil 19 mit Gas versorgbar.
Im Warmwasserzulauf 8 ist ein Temperaturfühler 11 angeordnet, der über eine Signalleitung 20 mit einer Steuerung 10 verbunden ist. Weiter ist im Mittelbereich des Speicherbehälters 18 ein Temperaturfühler 12 angeordnet, der über eine Signalleitung 21 mit der Steuerung 10 verbunden ist, wobei im untersten Bereich des Speicherbehälters 18 ein weiterer Temperaturfühler 13 angeordnet ist, der über eine Signalleitung 22 mit der Steuerung 10 verbunden ist.
Die Steuerung 10 ist über eine Steuerleitung 23 mit der Pumpe 5 und über eine Steuerleitung 24 mit dem Gasventil 19 verbunden.
Weiter ist ein Kaltwasserzulauf 2 vorgesehen, der bei der Ausführungsform nach der 1 in den untersten Bereich des Speicherbehälters 18 mündet und bei der Ausführungsform nach der 2 mit dem Kaltwasserabzug 4 zwischen der Umwälzpumpe 5 und dem Speicherbehälter 18 verbunden ist. Außerdem ist eine Brauchwasserleitung 3 vorgesehen, die bei der Ausführungsform nach der 1 aus dem obersten Bereich des Speicherbehälters 18 wegführt und bei der Ausführungsform nach der 2 mit dem Warmwasserzulauf 8 verbunden ist.
Bei der Ausführungsform nach der 1 ist an dem Kaltwasserabzug 4 zwischen der Pumpe 5 und dem Wärmetauscher 7 eine Abzweigleitung 15 angeschlossen, in der ein Absperrventil 16 angeordnet ist und die zur Entleerung des Speicherbehälters 18 bei Wartungsarbeiten dient.
Bei der Ausführungsform nach der 2 ist im Warmwasserzulauf 8 zwischen dem Anschluß der Brauchwasserleitung 3 und dem Speicherbehälter 18 ein Absperrventil 14 angeordnet. Dieses ermöglicht in Verbindung mit einem im Kaltwasserzulauf 2 angeordneten, nicht dargestellten Absperrventil eine Entleerung des Speicherbehälters 18.
Sobald im Bereich des Temperaturfühlers 12 die Temperatur unter einen bestimmten Wert sinkt startet die Steuerung 10 den Brenner 6 und die Umwälzpumpe 5. Dadurch wird kühles Wasser über den Kaltwasserabzug 4 abgezogen und durch den Wärmetauscher 7 geleitet und so erwärmt und anschließend in den obersten Bereich des Speicherbehälters 18 über den Warmwasserzulauf 8 eingeleitet.
Bei einer Zapfung über die Brauchwasserleitung 3 strömt kaltes Wasser über den Kaltwasserzulauf 2 zu.
Die Abschaltung des Brenners 5 und der Pumpe 5 erfolgt sobald, je nach dem angewandten Verfahren entweder nachdem die Temperatur im Bereich des Warmwasserzulaufs 8 einen bestimmten Wert erreicht hat oder bis die Temperatur im untersten Bereich des Speicherbehälters 18 einen bestimmten Wert erreicht hat.
Falls die Temperatur im Bereich des Warmwasserzulaufs 8 bei der Aufladung des Speicherbehälters 18 konstant gehalten wird, so wird entweder die Drehzahl der Pumpe 5 gesteuert oder diese wird intermittierend betrieben, wobei die Pumpe 5 eingeschaltet wird, sobald die Temperatur den oberen Wert einer um einen Sollwert schwankenden Hysterese erreicht hat. Ausgeschaltet wird die Pumpe, wenn die Temperatur unter den unteren Wert des Hysteresebereichs abgesunken ist.
Weiter kann die Steuerung auch dafür sorgen, daß die Pumpe 5 in Abhängigkeit von der Temperatur im Warmwasserzulauf 8 in ihrer Förderleistung geregelt wird.
Weiter kann auch die Förderleistung der Pumpe 5 konstant gehalten werden und die durchschnittliche Leistung des Brenners 6 geregelt werden, um die Temperatur im Bereich des Warmwasserzulaufs 8 konstant zu halten. Dabei kann der Brenner 8 entweder intermittierend betrieben werden, oder aber auch modulierend.

Claims

Schichtenspeicher mit einem Speicherbehälter (18), mit einem Kaltwasserzulauf (2), einem aus dem untersten Bereich wegführenden Kaltwasserabzug (4), der über eine Wärmequelle (6) und eine Umwälzpumpe (5) mit einem in den obersten Bereich des Speicherbehälters (18) mündenden Warmwasserzulauf (8) verbunden ist und mit einer mit dem obersten Bereich des Speicherbehälters (18) in Verbindung stehenden Brauchwasserleitung (3), wobei im mittleren Bereich des Speicherbehälters (18) ein Temperaturfühler (12) und mindestens ein weiterer Temperaturfühler (11) zur Erfassung der Temperatur des Brauchwassers vorgesehen sind, von denen zumindest der im mittleren Bereich des Speicherbehälters (18) angeordnete Temperaturfühler (12) mit einer die Wärmequelle (6) und die Umwälzpumpe (5) beeinflussenden Steuerung (10) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der zur Erfassung der Temperatur des Brauchwassers vorgesehene Temperaturfühler (11) im Warmwasserzulauf (8) angeordnet ist und einem mit der Steuerung (10) verbundenen Temperaturfühler (13), der zur Erfassung der Temperatur der kühlsten Schicht des Speicherinhaltes vorgesehen ist, wobei der weitere Temperaturfühler (13) im Kaltwassserabzug (4) angeordnet ist.
Schichtenspeicher nach einem der Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kaltwasserabzug (2) außerhalb des Schichtenspeichers (1) mit dem Kaltwasserzulauf (2) und der Warmwasserzulauf (8) mit der Brauchwasserleitung (3) verbunden sind.
Schichtenspeicher nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Kaltwasserabzug (4) zwischen der Pumpe (5) und dem Wärmetauscher (7) eine Abzweigleitung (15) angeschlossen ist, in der ein Absperrventil (16) angeordnet ist, zu einer Entleerung des Speicherbehälters 18).
Verfahren zum Aufladen eines Schichtenspeichers (1) nach Anspruch 1, bei dem zur Aufladung aus dessen untersten Bereich kühles Wasser entnommen, erwärmt und dem obersten Bereich des Schichtenspeichers (1) wieder zugeführt wird, wobei bei der Entnahme von warmer Wasser in den untersten Bereich des Schichtenspeichers (1) kaltes Wasser zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufladung beendet wird, sobald dem obersten Bereich des Schichtenspeichers (1) Wasser mit einer bestimmten Solltemperatur zugeführt wird.
Verfahren zum Aufladen eines Schichtenspeichers (1) nach Anspruch 1, bei dem zur Aufladung aus dessen untersten Bereich kühles Wasser entnommen, erwärmt und dem obersten Bereich des Schichtenspeichers (1) wieder zugeführt wird, wobei bei der Entnahme von warmer Wasser in den untersten Bereich des Schichtenspeichers (1) kaltes Wasser zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass stets Wasser mit einer vorgegebenen Solltemperatur zugeführt wird und die Aufladung beendet wird, sobald im untersten Bereich des Schichtenspeichers (1) eine bestimmte Temperatur erreicht ist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorliegen einer Wärmeanforderung zur Erwärmung des kühlen Wassers eine im wesentlichen konstante Wärmeleistung bereitgestellt und der Durchsatz des kühlen Wassers geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das kühle Wasser intermittierend durch die in Betrieb befindliche Wärmequelle (6) geleitet wird, wobei der Durchsatz für eine bestimmte Zeit auf Null reduziert wird, wenn die Temperatur des erwärmten Wassers für eine bestimmte Zeit, z. B. 1 sec, einen vorgegeben Sollwert unterschreitet.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer der Unterbrechung des Durchsatzes indirekt zur Temperatur des kühlen Wassers, bzw. zur Temperaturdifferenz zwischen dieser und der Solltemperatur festgelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchsatz bei steigender Temperatur des erwärmten Wassers durch die Wärmequelle (6), gegebenenfalls stufig, erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur im untersten Bereich des Schichtenspeichers (1) aus der Temperatur im Warmwasserzulauf (8) und der momentanen Leistung der Wärmequelle und dem momentanen Durchsatz durch diese errechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei maximalen Durchsatz durch die Wärmequelle (6) deren durchschnittliche Leistung in Abhängigkeit von der im Warmwasserzulauf (8) herrschenden Temperatur reduziert wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmequelle (6) mit einer vorgegebenen Hysterse um den Sollwert der Temperatur im Warmwasserzulauf (8) intermittierend betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistung der Wämequelle (6) in Abhängigkeit von der Temperatur im Warmwasserzulauf (8) moduliert wird.
Schichtenspeicher nach Anspruch 1 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der im Warmwasserzulauf (8) angeordnete Temperaturfühler durch eine thermostatische Drossel gebildet ist.