DE2217221A1 - Gasbeheizter wassererhitzer - Google Patents

Description

Junkers 623 PLI 1-Fu/Vo 6.April 1972

JUNKERS & CO. GMBH, in Wernau/Neckar

Gasbeheizter Wassererhitzer

Die Erfindung bezieht -sich auf einen gasbeheizten Wassererhitzer, mit einem Wärmetauscher für Brauchwasserbereitung und einem Temperaturwähler für die Brauchwasser-Auslauftemperatür, der auf einen Wassermengenregler im Strömungsweg des Brauchwassers einwirkt und in jeder Stellung seines Einstellbereiches die bei voll geöffnetem Zapfhahn auslaufende Wassermenge derart begrenzt, dass die Wassertemperatur bei voller Brennerleis.tung dem vorgewählten Wert entspricht.

Bei den bekannten gasbeheizten Wassererhitzern dieser Art gilt für die Brauchwasserbereitung die Beziehung Temperaturerhöhung χ Wassermenge = Geräteleistung. Daraus ist zu entnehmen, dass sich die Temperatur des Brauchwassers bei konstanter Geräteleistung umgekehrt proportional zur gezapften Wassermenge verändert. Mit der Wassermengeneinstellvorrichtung wird die zapfbare Wassermenge begrenzt und auf diese Weise die Auslauftemperatur des Brauchwassers in Abhängigkeit von der Leistung des Gerätes festgelegt. Wird weniger Wasser gezapft, so steigt die Auslauftemperatur des Wassers entsprechend der Punktion t = f(Q)· Diese von

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der Leistung des Gerätes unabhängige, mittels der Wassermengeneinstellvorrichtung vorgenommene Temperaturwahl für das Brauchwasser kann nicht befriedigen, da beim Absperren einer von mehreren Zapfstellen, beispielsweise während.des Duschens, die Auslauftemperatur an der Dusche unerwartet ansteigt und das Wasser unangenehm heiss wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Wassererhitzer der eingangs angeführten Art derart auszubilden, dass die gewählte Brauchwassertemperatur von der Zapfmenge unabhängig ist und für beliebige Zapfmengen im Rahmen der Brauchwasserbegrenzung konstant bleibt.

Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Temperaturwähler ausser mit dem Wassermengenbegrenzer mit einem Sollwertgeber eines vorzugsweise elektronischen Reglers für die Brauchwasser-Auslauftemperatur gekoppelt ist, welcher die Auslauftemperatur auch bei nur teilweise geöffnetem Zapfhahn zum Zwecke einer gedrosselten Wasserentnahme durch entsprechende Drosselung der Brennstoffzufuhr auf den vom Temperaturwähler eingestellten Wert einregelt.

Dadurch ist erreicht, dass die Brauchwaseertemperatur im Rahmen der vorgenommenen Brauchwassermengenbegrenzung von der gezapften Wassermenge unabhängig ist und die Auslauftemperatur des Brauchwassers für jede beliebige gezapfte Brauchwassermenge im Rahmen der eingestellten Brauchwassermenge konstant gehalten wird, da der Temperaturregler entsprechend der Abweichung des Istwertes der Auslauftemperatur vom Sollwert die Brennstoffzufuhr beeinflusst. Auch beim Zapfen von geringeren Wassermengen als ursprünglich eingestellt _t wird demnach die Auslauftemperatur konstant gehalten und ebenso bleibt die Auslauftemperatur beim Zuschalten weiterer Zapfstellen konstant, da durch die Begrenzung die der eingestellten Temperatur entsprechende Wassermenge nicht überschritten werden kann. Wird also beispielsweise beim Duschen eine

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ausserhalb des Raumes gelegene Zapfstelle betätigt, so treten keine Temperaturschwankungen auf.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der mit dein Temperaturwähler gekoppelte Sollwertgeber als Potentiometer ausgebildet ist, dessen beweglicher Kontaktarm mit der Schaltachse des Temperaturwählers verbunden ist.

Bei der bevorzugten Ausführungsform ist die Ausbildung so getroffen, dass der Sollwertgeber zusammen mit einem die Auslauftemperatur erfassenden Istwergeber das Eingangssignal für einen Impulsgenerator bildet, dessen Impulse ein die Brennstoffzufuhr überwachendes Steuerventil beaufschlagen. Demzufolge ist vorgesehen, dass das Steuerventil die Strömung in einer Steuerleitung überwacht, die zwei Funkte unterschiedlich hohen statischen Druckes im Wasserströmungsweg verbindet und die an eine Kammer eines Strömungsschalters angeschlossen ist, welche von einer Membran begrenzt ist, die über ein Stellglied entgegen einer Rückstellfederkraft auf ein Gasventil einwirkt.

Des weiteren ist der vom Temperaturwähler beeinflusste V/assermengenbegrenzer hinter einem Strömungsschalter angeordnet, der im Falle eines reinen Durchlaufbetriebes ein Brennstoffventil beeinflusst und bei Verwendung des Y/assererhitzers für Heizung und Brauchwasserbereitung auf Schaltmittel zur vorrangigen Bedienung des Brauchwasserteiles einwirkt.

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Schliesslich ist der Wasserneiybegrenzer in bekannter Weise parallel zu einer Venturidüse.geschaltet, deren Eingangsöffnung mit der einen Kammer und deren Sograum mit einer zweiten Kammer des Strömungsschalters verbunden ist.

Die Bedienung des Gerätes ist dadurch vereinfacht, dass der Sollwertgeber der Brauchwassertemperatur und der V/assermengen-

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"begrenzer mittels des Temperaturwählers in Eingriffbedienung einstellbar sind. Mit dem Temperaturwähler als Bedienungsgriff wird der Wassermengenbegrenzer im Bypass der Venturidüse und der Sollwertgeber des Impulsgenerators gleichzeitig eingestellt. Die Regulierdrossel des Brauchwassermengenbegrenzers begrenzt die Wassermenge, welche durch den Brauchwasserbereiter fliesst. Damit wird für diesen Grenzwert der Wassermenge die Temperatur als Punktion der Geräteleistung festgelegt.· Zugleich wird mit demselben Bedienungsgriff der Sollwertgeber beim Einstellen der Regulierdrossel dem gewählten Sollwert des Brauchwassers entsprechend eingestellt. Wird an der Zapfstelle eine kleinere Wässermenge als der eingestellte Grenzwert entnommen, so wird die gewählte Brauchwassertemperatur nicht ansteigen sondern konstant gehalten, da der'Sollwertgeber in Zusammenwirkung mit dem Istwertgeber über den Impulsgenerator das Steuerventil beeinflusst und die Gaszufuhr zum Brenner entsprechend steuert.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 einen Wassererhitzer in schematisch vereinfachter Darstellung für Heizung und mit einem Brauchwasserbereiter, dessen Auslauftemperatur erfindungsgemäss durch einen elektronischen Regler regelbar ist;

Fig. 2 ein Diagramm, das den Regelbereich des Brauchwasser-Temperaturröglers nach Fig. 1 zeigt.

Der dargestellte gasbeheizte Umlauf-Wassererhizter für eine Zentralheizungsanlage mit Brauchwasser-Wärmetauscher hat einen Brenner 10, dessen Flammen in bekannter V/eise einen Wärmetauscher erhitzen, durch dessen Lamellenblock 11 eine Rohrschlange für das Umlaufwasser mäanderartig hindurch geführt ist. Die Gaszufuhr zum Brenner 10 erfolgt aus einer Gaszufuhrleitung 12 über ein Gas-Sicherheitsventil 13 mit einem Schliessglied 14, welches von

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einem allgemein mit dem Bezugszeichen 15 bezeichneten, als Wassermangelsicherung wirkenden hydraulisohen Druckschalter gesteuert wird. .

Der Druckschalter 15 ist durch eine Membran 16 in eine Hochdruckkammer 17 und eine Niederdruckkammer 18 unterteilt, wobei die Membran 16 über ein Stellglied 19 auf das Schliessglied 14 des Gasventiles 13 einwirkt. Das Schliessglied 14 steht andererseits unter dem Einfluss einer Schliessfeder 20. Die Hochdruckkammer 17 und die Niederdruckkammer 18 sind durch einen Hochdruckkanal 21 bzw. einen Niederdruckkanal 22 an den Wasserumlauf angeschlossen. Die Hochdruckkammer 17 ist über den mit einer an sich bekannten Langsamzündeinrichtung 23 versehenen Hochdruckkanal 21 mit einer Rücklaufleitung 24 des Wasserumlaufweges auf der Förderseite einer Umwälzpumpe 25 verbunden. Die Niederdruckkammer 18 ist dagegen über· den Niederdruckkanal 22 mit einer Vorlaufleitung 26 verbunden. Ausserdem sind die beiden Kammern 17 und 18 durch einen Kanal 27 miteinander verbunden, der von einem kleinen Magnetventil 28 als Steuerventil überwacht ist. Zum öffnen des Gas-Sicherheitsventiles 13 muss zwischen der Hochdruckkammer 17 und der Niederdruckkammer 18 eine Druckdifferenz aufgebaut werden, welche sich nur bilden kann, wenn das Magnetventil 28 geschlossen ist.

Das im Lamellenblock 11 erhitzte V/asser gelangt über die Vorlaufleitung 26 bis an eine Abzweigstelle, an welcher ein elektromotorisch betätigtes Dreiwegeventil 29 angeordnet ist, und - abhängig von dessen Stellung - entweder über eine Vorlaufzweigleitung 30 zu den schematisch angedeuteten Heizkörpern 31 der Zentralheizungsanlage oder über eine Vorlaufzweigleitung 32 in einen Wärmetauscher 33'für" das Bereiten von warmen Brauchwasser. Der Brauchwasserbereiter 33 ist ein Durchlauf-Wärmetauscher mit Wärmevorrat, welcher eine äussere Isolierung aufweist. Von den Heizkörpern 31 der Zentralheizungsanlage aus führt eine Rücklaufzweigleitung 34 bis zu einer Vereinigungsstelle 35 mit der von

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dem Brauchwasserbereiter 33 kommenden RücklaufZweigleitung 36. Von der Vereinigungsstelle 35 an bilden die beiden Rücklauf- ' Zweigleitungen die Rücklaufhauptleitung 37, welche das Umlaufwasser über einen nicht dargestellten Luftabscheider über die Umwälzpumpe 25 und die Rücklaufleitung 24 zurück in den Lamellenblock 11 des gasbeheizten Wassererhitzers führt.

Das Brauchwasser fliesst von der Kaltwasserzuleitung 38 über einen hydraulischen Schalter 39 und eine Leitung 40 durch eine in den Brauchwasser-Wärmetauscher 33 eingesetzte Rohrschlange 41 hindurch über eine Auslaufleitung 42 zu einem Zapfventil 43» an dem warmes Brauchwasser entnommen werden kann. Der hydraulische Schalter 39 ist durch, eine Membran 44 in eine Hochdruckkammer 45 und eine Niederdruckkammer 46 unterteilt. Die Membran 44 beeinflusst einerseits einen an sich bekannten Wassermengenregler 47 und andererseits einen elektrischen Schalter 48, durch welchen die Umsteuerbewegung des elektrisch angetriebenen Dreiwegeventils 29 bewirkt wird. Das kalte Wasser flieset aus der Hochdruck·* kammer 45 über ein'als Staudrossel wirkendes Venturi 49, dessen Sograum über einen Niederdruckkanal 50 mit der Niederdruckkammer 46 des hydraulischen Schalters 39 verbunden ist, zum Brauchwasserbereiter. In einer Bypassleitung 51 zum Venturi 49 ist als Wassermengenbegrenzer eine Regulierdrossel 52 angeordnet, deren Betätigungsspindel 53 mit einem Bedienungsgriff 54 als sogenannter Temperaturwähler für Handbetätigung versehen ist.

Das Magnetventil 28 wird von einem elektronischen Impulsgenerator 55 mit schneller Impulsfolge angesteuert. Der Impulsgenerator 55 wird über einen Transformator 56 und einen Gleichrichter 57 vom Stromversorgungsnetz aus gespeist. In Eingang des Impulsgenerators 55 ist ein Umschalter 58 vorgesehen, welcher beim Übergang von Heizung auf Brauchwasserbereitung umschaltbar ist.

Ist die Heizung in Betrieb, so nimmt der Umschalter 58 die punktiert angedeutete Stellung ein und der Eingang des Impulsgenerators 55 ist an einen nicht dargestellten Schaltpunkt gelegt, an

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den zur Regelung der Heizwassertemperatur der Istwertgeber 59 an der Vorlaufleitung 26 und ein nicht dargestellter Raumthermostat als temperaturabhängige Widerstände angeschlossen sind, welche in Bezug auf die Gleichstromanschlüsse des Gleichrichters 57 einen Spannungsteiler bilden.

Beim Zapfen von Brauchwasser schaltet der hydraulische Schalter 39 das Dreiwegeventil 29 mittels des elektrischen Schalters 48 um und der Wasserumlauf wird über den Brauchwasserbereiter 33 gelenkt. Dabei wird der Umschalter 58 in die dargestellte Stellung gebracht, in welcher der Eingang des Impulsgenerators 55 an einem Schaltpunkt 60 liegt, an dem zwei Widerstände 61 und 62 angeschlossen·sind, die in Bezug auf die Gleichstromanschlüsse des Gleichrichters ebenfalls einen Spannungsteiler bilden. Der Widerstand 61 ist temperaturabhängig und steht in wärmeleitender Verbindung mit der Auslaufleitung 42 des Brauchwasserbereiters. Der Widerstand 62 ist vorzugsweise als Potentiometer ausgebildet, dessen Widerstand einstellbar ist. Ein Schleifkontakt 63 des Potentiometers 62 ist auf der Spindel 53 der Regulierdrossel 52 angeordnet und mit letzterer zum Einstellen gekoppelt. Der Widerstand 62 wirkt als Sollwertgeber, mit dem bei der Temperaturwahl durch Begrenzen der Brauchwassermenge mittels der Regulierdrossel 52 der Sollwert der Brauchwassertemperatur einstellbar ist.

Der Ausgang des Impulsgenerators 55 ist mit dem einen Anschluss der Wicklung 64 des Magnetventiles 28 verbunden, deren anderes Ende an den einen Ausgang des Gleichrichters 57 angeschlossen ist, Der Widerstand 62 dient in der Spannungsteilerschaltung als Sollwertgeber für die Regelung der Brauchwassertemperatur, sofern die gezapfte Brauchwassermenge kleiner ist als die für die getroffene Temperaturwahl mittels der Regulferdfossel 52 auf einen Grenzwert begrenzte Brauchwassermenge. Der temperaturabhängige Widerstand 61 erfasst den Istwert der Brauchwassertemperatur. Das Potential des Schaltpunktes 60 und damit die Eingangsspannung des Impulsgenerators 55 hängen daher davon ab, wie stark der Istwert der

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Brauchwassertemperatur an der Auslaufleitung 42 von dem eingestellten Sollwert abweicht. Der Impulsgenerator 55 erzeugt in bekannter Weise Impulse, deren Einschaltverhältnis von der Eingangsspannung, also von der Abweichung vom Sollwert der Brauchwansertemperatur abhängt. Diese Impulse wirken auf die Wicklung des Magnetventils 28, das so abgestimmt ist, dass es bei jedem Impuls den Kanal 27 schliesst. Die Steuerimpulse werden also an das hydraulische System weitergegeben, wo sie integriert werden und das Gasventil 13 in eine dem Wärmebedarf entsprechende Stellung überführen.

Bei laufender Umwälzpumpe 25 und ohne Brauchwasserentnahme erfolgt der Wasserumlauf über die Zentralheizungsanlage und auf die Membran 16 des Druckschalters 15 wird ein Differenzdruck ausgeübt, der die Membran 16 nach oben drückt, wobei das Schliessglied 14 entgegen der Wirkung der Schliessfeder 20 vom Ventilsitz abgehoben wird. Der Differenzdruck erreicht einen maximalen Wert, wenn das Magnetventil 28 ständig geschlossen ist und die Kammern 17, 18 des Druckschalters 15 ständig voneinander trennt. In diesem Fall kann sich im Druckschalter 15 das gesamte statische Druckgefälle aufbauen, das zv/ischen der Rücklaufleitung 24 und der Vorlaufleitung 26 im strömenden Wasser herrscht. Die Membran 16 vermag dann das Gasventil 13 voll zu öffnen,· sodass der Brenner 10 seine volle leistung abgeben kann.

Beim Zapfen von Brauchwasser spricht der hydraulische Schalter 39 in bekannter Weise durch die Wirkung des Venturis 49 an, da über den Niederdruckkanal 50 zwischen der Hochdruckkammer 45 und der Niederdruckkammer 46 ein Druckgefälle aufgebaut wird. Unter der Wirkung des Differenzdruckes wölbt sich die Membran 44 nach oben durch und betätigt den Mengenregler 47 und den elektrischen Schalter 48, welcher das Dreiwegeventil 29 umsteuert, sodass der Wasserumlauf über den Brauchwasserbereiter 33 umgelenkt ist. Mittels der Regulierdrossel 52 erfolgt die Temperaturwahl für das Brauchwasser, indem durch Betätigen des Bedienungsgriffes

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54 die Brauchwassermenge begrenzt wird. Beim Einstellen der Regulierdrossel 52 wird aber auch gleichzeitig der Widerstand des Sollwertgebers 62 eingestellt. Der Impulsgenerator 55 ist in an sich bekannter Weise so ausgebildet, dass er bei maximaler Wärmeanforderung einen Dauerimpuls abgibt und dass bei abnehmender Wärmeanforderung das Einschaltverhältnis der Impulse ständig kleiner wird. Bei maximaler Wärmeanforderung ist das Gasventil 13 voll geöffnet, wogegen bei abnehmender Wärmeanforderung die Brennerleistung über das Gasventil 13 entsprechend angeglichen wird.

Bei Entnahme einer geringeren Menge Brauchwasser steigt die Auslauftemperatur nicht, v/ie es bei fester Brauchwassermengenbegrenzung mitteis der Regulierdrossel 52 entsprechend der hyberbelartigen Punktion t = f(Q) der Pail wäre, sondern wird konstant gehalten. Dies geschieht dadurch, dass mit zunehmender Abweichung oder Annäherung der Auslauftemperatur des Brauchwassers d.h. des Istwertes an den eingestellten Sollwert der Brauchwassertemperatur das Magnetventil 28 mit einem grosser bzw. geringer werdenden Einschaltverhältnis beaufschlagt wird, wobei in jeder Impulspause das Magnetventil 28 kurzzeitig öffnet und die beiden Kammern 17, 18 des Druckschalters 15 miteinander verbindet. Dies geschieht so lange j bis der dem jeweiligen Einschal tverhältnis entsprechende Gleichgewichtszustand erreicht ist. Im Endeffekt bedeutet das, dass mit abnehmender ode-r zunehmender Wärmeanforderung der Durchgangsquerschnitt des Gasventils 13 verengt oder erweitert und dadurch die Leistung des Brenners, verringert oder vergrössert wird, sodass die Brauchwassertemperatur trotz der Entnahme verschiedener Brauchwassermengen konstant bleibt. .

In der Praxis wirkt sich das folgendermassen aus. Sind mehrere Zapfstellen für warmes Brauchwasser vorhanden, so wird die Temperatur des Brauchwassers vorgewählt und dadurch zwangsweise

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die Brauchwassermenge mittels der Regulierdrossel 52 auf eine bestimmte der Gerä^eleistung entsprechende Menge gemäss der Kurve t = f(Q) nach Fig. 2 begrenzt, beispielsweise eine Temperatur von 55° für eine maximal zapfbare Brauchwassermenge von 10 Die schraffierte Fläche in Fig. 2 zeigt den Regelbereich des Brauchwasser-Temperaturreglers nach Fig. 1, wonach bei einer Entnahme von nur 7 1 Brauchwasser die vorgewählte Auslauftemperatur des Wassers nicht ansteigt sondern auf 55° konstant gehalten wird, da der elektronische Regler die Leistung des Gerätes entsprechend anpasst.

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Claims (6)

Junkers 623 - 11 - Ansprüche :

1.) Gasbeheizter Wassererhitzer, mit einem Wärmetauscher für Brauchwasserbereitung und einem Temperaturwähler für die Brauchwasser-Auslauftemperatur, der auf einen Wassermengenbegrenzer im Strömungsweg des Brauchwassers einwirkt und in jeder Stellung seines Einstellbereiches die bei voll geöffnetem Zapfhahn auslaufende Wassermenge derart begrenzt, dass die Wassertemperatur bei voller Brennerleistung dem vorgewählten Wert entspricht, dadurch gekennzeichnet , dass der Temperaturwähler (54) ausser mit dem Wassermengenbegrenzer (52) mit einem Sollwertgeber (62) eines vorzugsweise elektronischen Reglers (55) für die Brauchwasser-Auslauftemperatur gekoppelt ist, welcher die Auslauftemperatur auch bei nur teilweise geöffnetem Zapfhahn (43) zum Zwecke einer gedrosselten Wasserentnahme durch entsprechende Drosselung der Brennstoffzufuhr auf den vom Temperaturwähler (54) eingestellten Wert einregelt.

2. Wassererhitzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass der mit dem Temperaturwähler (54) gekoppelte Sollwertgeber (62) als Potentiometer ausgebildet ist, dessen beweglicher Kontaktarm (63) mit der Schaltachse (53) des Temperaturwählers verbunden ist.

3. Wassererhitzer nach Anspruch 1 oder 2, dadurc.h gekennzeichnet , dass der Sollwertgeber (62) zusammen mit einem die Auslauftemperatur erfassenden Istwertgeber (61) das Eingangssignal für einen Impulsgenerator (55) bildet, dessen Impulse ein die Brennstoffzufuhr überwachendes Steuerventil (64) beaufschlagen.

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4. Wassererhitzer nach Anspruch 3, -dadurch gekennzeichnet , dass das Steuerventil (64.) die Strömung in einer Steuerleitung (21, 23, 17, 27) überwacht, die zwei Punkte unterschiedlich hohen statischen Druckes im V/asserströmungsweg verbindet und di6 an eine Kammer (17) eines Strömungsschalters (15) angeschlossen ist, welche von einer Membran (16) begrenzt ist, die über ein Stellglied (19) entgegen einer Rückstellfederkraft (20) auf ein Gasventil (13) einwirkt.

5. Wassererhitzer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der vom Temperaturwähler (54) beeinflusste V/assermengenbegrenzer (52) hinter einem Strömungsschalter (39) angeordnet ist, der im Falle eines reinen Durchlaufbetriebs ein Brennstoffventil beeinflusst und bei Verwendung des Wassererhitzers für Heizung und Brauchwasserbereitung auf Schaltraittel (48, 58) zur vorrangigen Bedienung des Brauchv/asserteils einwirkt.

6. Wassererhitzer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Wassermengenbegrenzer (52) in bekannter Weise parallel zu einer Venturidüse (49) geschaltet ist, deren Eingangsöffnung mit der einen Kammer (45) und deren Saugöffnung mit einer zweiten Kammer (46) des Strömungsschalters (39) verbunden ist.

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