DE2518620C2 - Wärme-Speicheranlage mit mindestens einem Flüssigkeitsspeicher - Google Patents
Wärme-Speicheranlage mit mindestens einem FlüssigkeitsspeicherInfo
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Abstract
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dessen Hilfe ein ungewollter Waermeentzug aus dem Fluessigkeits-Speicher mit einer Waermequelle wechselnder Temperatur, z.B. einem Sonnenkollektor vermieden wird. Darueber hinaus soll das Verfahren einfach und betriebssicher sein, sowie sich ohne grossen Aufwand durchfuehren lassen. Die Loesung der Aufgabe besteht erfindungsgemaess darin, dass die Temperaturen des in der Waermequelle erwaermten Waermetraegers sowie die Temperaturen der gespeicherten Fluessigkeit im Bereich des oberen Teiles der Aufheizzone (Fluessigkeitstemperatur) selbsttaetig gemessen und miteinander verglichen werden und dass der Waermetraegerkreislauf selbsttaetig dann und nur dann freigegeben wird, wenn die Temperatur des erwaermten Waermetraegers ueber der Fluessigkeitstemperatur oder ueber einer voreingestellten Grenztemperatur liegt. ermetauscher seine Waerme an das Speicherwasser abgibt, nimmt
Description
Die Erfindung betrifft eine Wärmespeicheranlage mit mindestens einem Flüssigkeitsspeichcr, der über Vor-
und Rücklaufleitungen mit wenigstens einer Wärmequelle, in der der Wärmeträger auf eine wechselnde
Temperatur aufgeheizt wird, zu einem Wärmeträgerkreislauf mit eingefügter Umwälzpumpe verbunden ist,
der seine Wärme im Bereich einer sich zumindest über einen Teil der Speicherhöhe erstreckenden, von oben
nach unten durchströmbaren Aufhcizzone an eine Speiche rflüssigkeit abgibt, wobei Anschlüsse für die Zufuhr
kalter Spejcherflüssigkeit unten und für die Abfuhr aufgeheizter Speicherflüssigkeit oben am Flüssigkeitsspeicher
angeordnet sind, und wobei in den Wärmeträger-ί
kreislauf wenigstens eine Zirkulaiionssperre eingeschaltet ist, die mit einem die Temperatur des erwärmten
Wärmeträgers - erfassenden ersten Temperaturfühler geöffnet wird, wenn die Temperatur des Wärmeträgers
über einer voreingestellten Grenztemperatur liegt
to In einer bekannten Wärmespeicheranlage dieser Art
ist in der Rücklaufleitung eine Zirkulationssperre in Form eines thermostatischen Ventils angeordnet, dessen
Temperaturfühler in die Vorlaufleitung eingefügt ist und somit die Temperatur des Wärmeträgers nach dem
Verlassen der von einem Sonnenkollektor gebildeten Wärmequelle erfaßt (GB-PS 7 73 659). Die Zirkulationssperre wird vom Temperaturfühler derart gesteuert,
daß beim (Überschreiten einer voreingestellten Grenztemperatür die Zirkulationssperre geöffnet ist, so daß
eine Zirkulation des Wärmeträgers zwischen Wärmequelle und Flüssigkeitsspeicher einsetzen kann. Ein
Nachteil dieser bekannten Wärmespeicheranlage ist darin zu sehen, daß für den Wärmetransport zwischen
Wärmequelle und Flüssigkeitsspeicher die Temperatur-Verhältnisse im Flüssigkeitsspeicher unberücksichtigt
bleiben mit der Folge einer ungenügenden Ausnutzung der in der Wärmequelle anfallenden Wärmeenergie.
Aus gleichem Grund besteht auch die Gefahr, daß der voll aufgeladene Flüssigkeitsspeicher Wärme an die
jo Wärmequelle zurückgibt und somit die Speicherfähigkeit
nicht voll ausgenutzt ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Wärmespeicheranlage der eingangs genannten Art derart
weiterzubilden, daß mit geringem Aufwand eine weitgehende Ausnutzung und Speicherung der in der
Wärmequelle anfallenden Wärmeenergie bei optimaler Anpassung an die jeweiligen Betriebsbedingungen
möglich ist.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß der erste Temperaturfühler am Ausgang der
Wärmequelle, ein zweiter Temperaturfühler im Bereich des oberen Teils der Aufheizzone und ein dritter Temperaturfühler
im Endbereich der Aufheizzone, in Strömungsrichtung gesehen, oder in der Rücklaufleitung in
der Nähe des Flüssigkeitsspeichers angeordnet sind, und daß die Zirkulationssperre auch geöffnet wird,
wenn die Temperatur am ersten Temperaturfühler höher ills iini /weiten Temperaturfühler ist und die Temperatur
am dritten Temperaturfühler nicht höher als am zweiten Temperaturfühler ist, damit der Wärmeträgerkrcislauf
gesperrt ist, falls der Wärmeträger im Bereich seines Austritts aus dem Flüssigkeitsspeicher wärmer
als der dem Flüssigkeitsspeicher zufließende Wärmeträger ist.
Durch die Anordnung des ersten Temperaturfühlers am Ausgang der Wärmequelle werden Temperaturänderungen
der Wärmequelle trägheitslos erfaßt und weitergegeben, während die Anordnung des zweiten und
des dritten Temperaturfühlers im Bereich der Aufheiz-
bo zone die Temperatur im Flüssigkeitsspeicher für die Steuerung berücksichtigt. Da hierbei die Zirkulationssperre auch geöffnet wird, wenn die Temperatur am
ersten Temperaturfühler höher als am zweiten Temperaturfühler ist, wird erreicht, daß auch in der Wärme-
hr> quelle anfallende Wärmeenergie, deren Temperatur
niedriger als die Grenztemperatur ist, ausgenutzt wird. Dies ist für eine schnelle Aufladung des Flüssigkeitsspeichers
aus entladenem Zustand von großer Bedeutung.
Schließlich bewirkt die Anordnung des dritten Temperaturfühlers und dessen Einbeziehung in die Aufladesteuerung,
daß ein Wärmeabzug vom Flüssigkeitsspeiwher und somit eine Rückentladung über die Wärmequelle
vermieden ist Denn dieser dritte Temperaturfühler überwacht die Temperatur des die Aufheizzone verlassenden
Wärmeträgers und unterbricht dessen Kreislauf, falls der Wärmeträger beim Verlassen der Aufheizzone
wärmer ist als der der Aufheizzone zuströmende Wärmeträger. Es sind somit optimale Voraussetzungen
geschaffen für eine weitgehende Ausnutzung bzw. Speicherung der At der Wärmequelle anfallenden Wärmeenergie.
In vorteilhafter Weise stehen die Temperaturfühler über ein Steuer- und Temperaturvergleichsgerät mit
der Zirkulationssperre in Wirkverbindung. Eine universell einsetzbare Zirkulationssperre mit einfachen Aufbau
ist dann gegeben, wenn diese aus einem Magnetventil besteht
In vielen Fällen ist es ausreichend, daß die Zirkulationssperre aus der Umwälzpumpe mit einer nachgeschalteten
Rückschlagklappe besteht
Um im Wärmeträgerkreislauf und Flüssigkeitsspeicher verschiedene Flüssigkeiten einsetzen zu können, ist
es vorteilhaft, daß in der Aufheizzone ein Wärmetauscher für den Durchfluß des Wärmeträgers angeordnet
ist. Die Erfindung wird in der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den
schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine Speicheranlage gemäß eines Ausführungsbeispiels der Erfindung mit einem stehenden Flüssigkciisspcichur
und einem Souncnkdllukior als W;;r
mequelle, wobei die Speicherflüssigkeit gleichzeitig als Wärmeträger dient und
Fig.2 eine Ausführungsvariante des Gegenstandes der Fig.! mit einem in der Aufheizzone vorgesehenen
Wärmetauscher, wobei der als Wärmequelle dienende Sonnenkollektor nicht dargestellt ist.
Die in F i g. 1 dargestellte Wärmespeicheranlage hat eine Wärmequelle 4 in Form eines Sonnenkollektors, in
der der Wärmeträger auf wechselnde Temperaturen aufgeheizt wird. Die wechselnden Temperaturen können
zum Beispiel durch wechselnde Leistung ausgelöst sein. Am oberen Ende der Wärmequelle ist der Vortaufanschluß
15 vorgesehen, an den sich die Vorlaufleitung 5 anschließt. Die Vorlaufleitung mündet im oberen Bereich
des stehenden, im Querschnitt runden Flüssigkeitsspeichers 2 in den Speicherraum 19. Im unteren
Bereich des Speicherraums 19 ist die Rücklaufleitung 3 angeschlossen,'die zur Wärmequelle 4 führt. Zwischen
Speicherraum 19 und Wärmequelle 4 ist eine Umwälzpumpe 7 sowie ein Rückflußverhinderer in Form einer
Rückschlagklappe 17 in die Rücklaufleitung 3 eingeschaltet. Im unteren Bereich des Flüssigkeitsspeichers 2
ist der Anschluß 9 für die Zufuhr der kältet, und im
oberen Bereich der Anschluß 10 für die Abfuhr der warmen Speicherflüssigkeit angeordnet. Zwischen den
Anschlüssen der Vorlaufleitung 5 und der Rücklaufleitung 3 am Speicher erstreckt sich die Aufheizzone 6 in
vertikaler Richtung. Ihr unterer Beginn liegt vorzugsweise im unteren Bereich des Speicherraums 19 und sie
erstreckt sich zum Beispiel bis etwa zur halben Höhe des Speicherraums 19.
In der Wärmequelle 4 ist in der Nähe des Vorlaufanschlusses
15 der erste Temperaturfühler 11, ciwa im oberen Teil der Aufheizzone 6 des Flüssigkeitsspeichers
der zweite Temperaturfühler 12 und in der Rücklauflcitung in der Nähe des Flüssigkeitsspeichers 2 der dritte
Temperaturfühler 13 vorgesehen. Die Temperaturfühler sind mit einem Steuer- undTempe/aturvergleichsgerät
14 verbunden, an das noch die Umwälzpumpe 7 angeschlossen ist Anstelle einer Anordnung des dritten
Temperaturfühlers 13 in der Rücklaufleitung kann dieser auch im Endbereich der Aufheizzone 6, in Strömungsrichtung
gesehen, angeordnet sein.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird als Wärmeträger
die im Speicherraum vorhandene Speicherflüssigkeit benutzt und im Kreislauf über die Wärmequelle
4 geführt. Auch dient Brauchwasser als Speicherflüssigkeit es leuchtet ein, daß auch andere Flüssigkeiten
benutzt werden könnten, z. B. Heizwasser.
Der Wärmeträger, der über die Teile 2, 3, 7, 17, 4, 5 fließt, kann dann strömen, wenn die Temperatur am
ersten Temperaturfühler 11 höher als die Temperatur am zweiten Temperaturführer 12 ist oder wenn die
Temperatur am ersten Temperaturfühler 11 höher als eine bestimmte Grenztemperatur ist. Jedoch ist diese
Zirkulation nur dann möglich, wenn die Temperatur am dritten Temperaturfühler 13 nicht höher ist als die Temperatur
am zweiten Temperaturfühler 12, d. h. wenn der Wärmeträger im Flüssigkeitsspeicher 2 Wärme abgibt.
Der Temperaturvergleich und die einzelnen Schaltfunktionen werden von dem Temperaturvergleichs- und
Steuergerät 14 ausgeführt, das auf die Umwälzpumpe 7 einwirkt, und zwar so, daß zur Unterbrechung der Zirkulation
die Umwälzpumpe 7 abgestellt und zur Aufnahme der Zirkulation wieder in Betrieb genommen
wird. Um bei abgestellter Umwälzpumpe eine thermisch ausgelöste Weiterzirkulation des Wärmeträgers
/u iinlerhimlcn, im :ιιιΓtier Diui'kscite der Umwälzpumpe
noch eine Rückschlagklappe 17 vorgesehen, die sich nur unter dem Einfluß des Pumpendruckes öffnet, thermisch
ausgelöste Zirkulationen dagegen unterbindet.
Der Betrieb der Anlage geht nun folgendermaßen vor sich. Ist der Speicherraum 19 mit kalter Flüssigkeit gefüllt
und die Wärmequelle 4 in Form des Sonnenkollektors durch Sonnenstrahlen 20 erwärmt, so wird die Umwälzpumpe
7 vom Steuer- und Temperaturvergleichsgerät 14 dann eingeschaltet, wenn die Temperatur des
ersten Temperaturfühlers 11 höher als die Temperatur
des zweiten Temperaturfühlers 12 und die Temperatur am dritten Temperaturfühler 13 nicht höher als am
zweiten Temperaturfühler 12 ist. Es erfolgt jetzt der Transport der Wärme vom Sonnenkollektor zu detrl·
Flüssigkeitsspeicher 2 über den im Kreislauf geführten Wärmeträger. Ist der Speicherinhalt bis zur Temperaturgleichheit
zwischen den Temperaturfühlern 11 und 12 aufgeladen, so wird über das Temperaturvergleichsund
Steuergerät 14 die Umwälzpumpe 7 außer Betrieb genommen und somit die Zirkulation unterbrochen. Das
gleiche wäre der Fall, wenn während des Ladevorganges die Sonnenstrahlung 20 sich verring2rte und die
Temperatur am ersten Temperaturfühler 11 unter die Temperatur am zweiten Temperaturfühler 12 sinken
würde.
Wird dem Flüssigkeitsspeicher 2 aufgeheizte Speicherflüssigkeit über den Anschluß 10 entnommen, so
to fließt über den Anschluß 9 kalte Flüssigkeit von unten
nach und unterschichtet sich der aufgeheizten Flüssigkeit. Ist hierbei die Trennschicht zwischen warmer und
kalter Speicherflüssigkeit unterhalb des zweiten Temperaturfühlers 12, so würde bei Temperaturgleichheit
b5 zwischen den Temperaturfühlern 11 und 12 das Aufheizen
der Spcichcrflüssigkeit unabhängig vom Niveau der Temperaturen unterbrochen werden und selbst sehr hohe
Temperaturen der Wärmequelle für die Aufheizung
der kalten Flüssigkeit nicht ausgenutzt, wenn nicht vorgesehen wäre, daß bei Temperaturen oberhalb einer
Grenztemperatur die Zirkulation des Wärmeträgers durch den ersten Temperaturfühler 11 in Gang gebracht
wird. Die Grenztemperatur entspricht vorzugsweise der ί
Nutztemperatur, die für den an den Flüssigkeitsspeicher angeschlossenen Verbraucher notwendig ist.
Um eine Rückentladung des Flüssigkeitsspeichers 2 durch die Wärmequelle 4 zu verhindern, gibt der dritte
Temperaturfühler 13 die Zirkulation des Wärmeträger κι
nur dann frei, wenn die Temperatur des Wärmeträgers am dritten Temperaturfühler 13 nicht höher als am
zweiten Temperaturfühler 12 ist.d. h. wenn der Wärmeträger keine Wärme von der Aufheizzone abführt.
In Fig. 2 ist eine Ausführungsvariante des Gegen-Standes
der F i g. 1 dargestellt, jedoch ohne Wärmequelle sowie Umwälzpumpe und Rückschlagklappe. Die Änderungen
gegenüber Fig. 1 bestehen einmal darin, daß in der Vorlaufleitung 5 eine Zirkulationssperrc in Form
eines Magnetventils 8 vorgesehen ist, das zur Unterbrechung des Wärmeträgerkreislaufs mit dem Steuer- und
Temperaturvergleichsgerät 14 verbunden ist. Auch wird der Wärmeträgerkreislauf durch einen in der Aufheizzone
6 vorgesehenen Wärmetauscher 16 geführt, so daß sich der Wärmeträger nicht mit der Spcichcrflüssigkeit
mischen kann. Man kann hierbei als Speicherflüssigkeit z. B. Brauchwasser und als Wärmeträger eine Frostschutzflüssigkeit
verwenden, so daß auch im Winterbetrieb keine Gefahr des Einfrierens der Wärmequelle 4
besteht. w
Die Wirkungsweise der Anlage gemäß der F i g. 2 entspricht
sinngemäß jener nach Fig. 1, so daß sich weiteres erübrigt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
40
45
50
55
60
Claims (5)
1. Wärmespeicheranlage mit mindestens einem Flüssigkeitsspeicher, der über Vor- und Rücklaufleitungen
mit wenigstens einer Wärmcquelie, in der der Wärmeträger auf eine wechselnde Temperatur aufgeheizt
wird, zu einem Wärmeträgerkreislauf mit eingefügter Umwälzpumpe verbunden ist, der seine
Wärme im Bereich einer sich zumindest über einen Teil der Speicherhöhe erstreckenden, von oben nach
unten durchströmbaren Aufheizzone an eine Speicherflüssigkeit abgibt, wobei Anschlüsse für die Zufuhr
kalter Speicherflüssigkeit unten und für die Abfuhr aufgeheizter Speicherflüssigkeit oben am Flüssigkeitsspeicher
angeordnet sind, und wobei in den Wärmeträgerkreislauf wenigstens eine Zirkulationssperre eingeschaltet ist, die mit einem die Temperatur
des erwärmten Wärnieträgers erfassenden ersten Temperaturfühler geöffnet wird, wenn die Temperatur
des Wärmeträgers über einer voreingestellten Grenztemperatur liegt, dadurch gekennzeichnet,
daß der erste Temperaturfühler (11) am Ausgang der Wärmequelle (4), ein zweiter Temperaturfühler
(12) im Bereich des oberen Teils der Aufheizzone (6) und ein dritter Temperaturfühler
(13) im Endbereich der Aufheizzone (6), in Strömungsrichtung gesehen, oder in der Rücklaufleilung
(3) in der Nähe des Flüssigkeitsspeichers (2) angeordnet sind, und daß die Zirkulationssperre (7,17; 8)
auch geöffnet wird, wenn die Temperatur am ersten Temperaturfühler (11) höher als am zweiten Temperaturfühler
(12) ist und die Temperatur am dritten Temperaturfühler (13) nicht höher als am zweiten
Temperaturfühler (12) ist, damit der Wärmeträgerkreislauf (2 bis 5) gesperrt ist, falls der Wärmeträger
im Bereich seines Austritts aus dem Flüssigkeitsspeicher (2) wärmer als der dem Flüssigkeitsspeicher (2)
zufließende Wärmeträger ist.
2. Wärmespeicheranlagc nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturfühler
(11, 12, 13) über ein Steuer- und Temperaturvergleichsgerät (14) mit der Zirkulationssperre (7, 17; 8)
in Wirkverbindung stehen.
3. Wärmespeicheranlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zirkulationssperre
aus einem Magnetventil (8) besteht.
4. Würmespeicheranlage mich Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Zirkulations.sperre aus der Umwälzpumpe (7) und einer nachgeschalteten
Rückschlagklappe (17) besteht.
5. Wärmespeicheranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Aufheizzone
(6) ein Wärmetauscher (16) für den Durchfluß des Wärmeträgers angeordnet ist.
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