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Von zwei Wärmequellen beheizter Fluidspeicher
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen von zwei Wärmequellen
beheizten Fluidspeicher gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
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Es ist bekannt, einen Fluidspeicher, beispielsweise einen Brauchwasserspeicher,
mittels zweier Wärmequellen zu speisen, das heißt aufzuheizen. Hierzu werden häufig
Solaranlagen benutzt, die den Speicher mit einer Grundlast vorheizen, wobei die
Endaufheizung durch eine elektrische Heizpatrone oder eine brennstoffbeheizte Wärmequelle
vorgenommen wird. Diesen Speichern ist in der Regel ein Temperaturfühler zugeordnet,
der die elektrisch beheizte Wärmequelle zu- oder abschaltet.
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Es ist weiterhin bekannt, bei rein elektrisch beheizten Brauchwasserspeichern
mehrere
Temperaturfühler für unterschiedliche Stellglieder der Elektrobeheizung vorzusehen,
m eine Aufheizung von Teilvolumina des Speichers zu ermöglichen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von
einem durch unterschiedliche Wärmequellen beheizten Fluidspeicher, bei einer Zapfung
nur einer geringen Brauchwassermenge lediglich das Stellglied einer Wärmequelle
zum Einschalten zu bringen, während bei Zapfung einer größeren Brauchwassermenge
das Stellglied der anderen Wärmequelle beaufschlägt wird.
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Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit den kennzeichnenden Merkmalen
des Hauptanspruchs. Weitere Ausgestaltungen und besonders vorteilhafte Weiterbildungen
der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung,
die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand eines Schaltschemas näher erläutert.
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Ein Pluidspeicher 1 ist als sogenannter Doppelmantelspeicher ausgebildet,
er weist einen Innenraum 2 auf, der mit aufzuheizendem Gebrauchswasser gefüllt ist
und der einen Kaltwassereinlaß 3 und einen Warmwasserauslaß 4 besitzt. Der Speicher
ist vorzugsweise zylinderförmig ausgebildet, Ein- und Auslaß befinden sich zentral
in den Stirnseiten. Der Zylindermantel des Speichers besteht aus einer äußeren Zylinderwandung
5 und einer inneren Zylinderwandung 6, zwischen beiden Wandungen bildet sich ein
Hohlraum 7, der ein Stellglied einer
brennstoffbeheizten Wärmequelle
8 bildet. Die brennstoffbeheizte Wärmequelle ist hier als Ölbrenner ausgebildet
und steht mit einem nicht dargestellten Wärmetauscher in Verbindung. Der Wärmetauscher
ist von Wasser durchsetzt, das zu einer Vorlaufleitung 9 geführt ist, in der eine
mit einem Elektromotor 10 versehe Umwälzpumpe 11 angeordnet ist, deren Auslaß mit
dem Stellglied 7 verbunden ist. Eine Rücklaufleitung 12 führt das Wasser vom Stellglied
zurück zum Wärmetauscher der brennstoffbeheizten Wärmequelle 8.
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Statt eines Doppelmantelspeichers könnte auch im Innenraum 2 eine
Rohrschlange vorgesehen sein, die an Vorlauf- und Rücklaufleitung 9 beziehungsweise
12 angeschlossen ist und ihre Anordnung etwa im unteren Drittel des Innenraums 2
hat, sie ist in der Zeichnung mit 13 dargestellt.
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Etwa in der Mitte der Höhe des Innenraums 2 ist ein Wärmefühler 14
in Gestalt eines Thermostaten angeordnet, der innerhalb eines Schaltkastens 15 einen
Schaltkontakt 16 aufweist.
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Der Kontakt 16 ist unterhalb einer eingestellten Temperaturschwelle
geschlossen, und bei Überschreiten der Grenze wird er geöffnet. Dieser Wärmefühler
14 befindet sich auf einem höheren Niveau als das obere Ende der Rohrschlange 13,
wenn sie vorhanden ist. Unterhalb der Rohrschlange 13, dem am Boden des Speichers
zugeordneten Einlaß 3 zugeordnet, ist ein weiterer Wärmefühler 17, in dessen Schaltkasten
18 gleichermaßen ein Schaltkontakt 19 gleicher Punktion angeordnet ist, vorgesehen.
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Unmittelbar unterhalb des Wärmefühlers 17 ist ein elektrisch
beheizter
Widerstandsheizköper 20 volgeßeshen, der ein Stellglied einer elektrisch beheizten
Wärmequelle bildet.
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Von einer elektrischen Spannungsquelle 21 führt eine Leistung 22,
die sich verzweigt, einmal zum Kontakt 16 des Wärmefühlers 14 und zum zweiten zu
einem Ruhekontakt 23 einer Relaisspule 24. Vom Ruhekontakt 23 führt eine Leistung
25 zum Kontakt 19, mit diesem in Serie liegt über eine Leistung 26 der elektrisch
beheizte Heizkörper 20, der auf der anderen Seite an Masse über eine Leistung 27
liegt.
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Vom Kontakt 16 führt eine Leistung 28 zum Motor 10 der Umwälzpumpe
11 und zum Magnetventil beziehungsweise Gebläse des Brenners 8. Eine weitere Leistung
29 führt zur Relaisspule 24. Relaisspule, Brenneraggregate und Pumpenmotor und Spannungsquelle
liegen andererseits an Masse.
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Der Brauchwasserspeicher beziehungsweise die elektrische Schaltung
für seinen Betrieb funktioniert wie folgt: Es wird davon ausgegangen, daß der Speicher
im aufgeheizten Zustand ist, das heißt, beide Kontakte 16 beziehungsweise 19 der
Wärmefühler 14 beziehungsweise 17 sind geöffnet, die Stellglieder beider Wärmequellen
sind außer Betrieb und eine Brauchwasserzapfung findet nicht statt.
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Die Temperaturschwellen, bei denen die Kontakte 16 beziehungsweise
19 von den Wärmefühlern 14 beziehungweise 17 geschaltet
werden,
sind unterschiedlich. Der Wärmefühler 17 mit dem Kontakt 19 ist einem höheren Temperaturniveau
zugeordnet.
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Das bedeutet, daß aufgrund der Wärmeabstrahlung und der Betriebsbereitschaftsverluste
zunächst der Kontakt 19 wieder schließt. Die Folge davon ist, daß das Stellglied
20 der elektrisch beheizten Wärmequelle an Betriebsspannung über die Leistung 22
und den geschlossenen Kontakt 23 gelegt ist. Der Speicherinhalt wird kurzzeitig
aufgeheizt, nach Erreichen der Solltemperatur öffnet der Wärmefühler 17 den Kontakt
19 wieder, und das Stellglied 20 geht außer Betrieb. Man könnte den gleichen Vorgang
auch durch ein Schließen des Kontaktes 15 über den Wärmefühler 14 erreichen, nur
sind die Betriebsbereitschaftsverluste eines solchen Gebrauchswasserspeichers derart
gering, daß es gegenüber der elektrischen Beheizung verlustbringend ist, die brennstoffbeheizte
Wärmequelle 8 in Betrieb zu setzen. Das würde nämlich bedeuten, daß einmal der Wasserinhalt
des Kessels oder Umlaufwasserheizers aufgeheizt werden muß, dessen Volumen im Wärmetauscher
und in den Vor- und Rücklaufleitungen vorhanden ist. Nach der kurzzeitigen Nachheizung
des Speicherinhalts würde die brennstoffbeheizte Wärmequelle wieder außer Betrieb
gehen, da der Kontakt 16 vom Wärmefühler 14 geöffnet wird. Die Folge dessen wäre
ein Auskühlen des Kessels und dessen Vor- und Rücklaufleitungen. Die Wärmemenge,
die in diesen Kreislauf hineingesteckt werden muß, kann um ein Wesentliches größer
sein als die Wärmemenge, die benötigt wird, um den Speicher auf Betriebstemperatur
zu halten.
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Wird das Zapfventil im Zuge der Einlaßleintung 3 oder (ier Atkslaßleitung
4 betätigt, also der Speicher entladen, so kann es sich -um eine Kleinentladungsmenge
oder um eine Großentladungsmenge handeln. In jedem Fall wird in dem unteren Teil
30 des Speicherinnenraums 2 kaltes Wasser gedrückt, worauf zunächst der Wärmefühler
17 durch Schließen des Kontakts 19 anspricht. Die Polge davon ist eine beginnende
Nachheizung des Speichers über das Stellglied der elektrisch beheizten Wärmequelle.
Wird das Zapfventil bald wieder zugedreht, also nur eine kleine Wassermenge entnommen,
so ist die elektrische Nachheizung dann beendet, wenn der Wärmefühler 17 den Kontakt
19 wieder öffnet.
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Wird hingegen eine große Wärmemenge entnommen, so spricht außerdem
der Wärmefühler 14 an und schließt den Kontakt 15.
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Je größer die entnommene warme Wassermenge ist, um so schneller folgt
das Ansprechen des Wärmefühlers 14 auf das Ansprechen des Wärmefühlers 17. Die Polge
des Schließens des Kontakts 16 ist ein Inbetriebgehen der brennstoffbeheizten Wärmequelle
und ein Öffnen des Kontakts 23, so daß das Stellglied der elektrischen Wärmequelle
außer Betrieb gesetzt wird. Es hat sich nämlich gezeigt, daß bei Nachschieben einer
größeren Wärmemenge in den Speicher es sinnvoll ist, diese Wärmemenge über die brennstoffbeheizte
Wärmequelle zu erzeugen. Je länger die brennstoffbeheizte Wärmequelle in Betrieb
sein muß, um den Entladeverlust des Speichers 1 zu decken, um so weniger fallen
die Anlauf- und Abkühlungsverluste der brennstoffbeheizten Wärmequelle selbst ins
Gewicht gegenüber der Wärmemenge,
mit der der Speicher aufgeladen
werden muß. Hierbei ist auch zu berücksichtigen, daß die mittels Brennstoff erzeugte
Wärmemenge billiger zu erstellen ist als die mittels elektrischem Strom erzeugte.
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Da während des Betriebes der brennstoffbeheizten Wärmequelle der Wärmefühler
17 wirkungslos geschaltet ist, wird die Beheizung des Speichers durch Ansprechen
des Wärmefühlers 14 und Öffnen des Kontakt 16 beendet. Damit ist der Speicher wieder
aufgeladen.
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