[0001] Die Erfindung betrifft einen Wasserheizer mit einem über einen Wärmetauscher beheizbaren
Speicher und einer aus diesem Speicher und/oder vom Wärmetauscher unmittelbar gespeisten
Zapfstelle.
[0002] Aufgabe der Erfindung ist es, das Speichervolumen eines solchen Wasserheizers auf
ein optimales Minimum zu verringern. Eine solche Verringerung des Speichervolumens
ist konstensparend, verringert das Gewicht des Wasserheizers und dessen Energiebedarf.
[0003] Erfindungsgemäß ist zur Lösung dieser Aufgabe der Wasserdurchsatz eines Wasserheizers
der eingangs bezeichneten Gattung in einer Anlaufphase jedes Zapfvorganges mittels
einer Drossel auf einen einstellbaren Kleinstwert einstellbar, und es ist ein die
Temperatur des Wassers am Ausgang des Wärmetauschers überwachender und den Weg des
Wasserdurchsatzes bestimmender Temperaturfühler vorgesehen, der nach Erreichen eines
Temperatur-Soll-Wertes eine den Ausgang des Wärmetauschers mit der Zapfleitung verbindende,
den Speicher umgehende Umgehungsleitung öffnet.
[0004] Aus der AT-AS 2894/97 sind ganz allgemein Umgehungsleitungen bei Wasserheizern bekannt.
[0005] Die erfindungsgemäße Begrenzung des Wasserdurchsatzes innerhalb der thermischen
Anlaufzeit führt in doppelter Hinsicht zu einer Verringerung des Speichervolumens.
Einmal deshalb, weil bei gleicher Anlaufdauer das Speichervolumen im Verhältnis
des verringerten Durchsatzes zum Nenndurchsatz abnimmt, zum anderen deshalb, weil
die mit dem Warmwasserdurchsatz sinkende thermische Nutzleistung während der Anlaufphase
zu einer Verkürzung dieser Phase führt.
[0006] Die bereitzuhaltende Mindestmenge des Speicherwassers wird dadurch bestimmt, daß
mit dieser Menge die thermische Anlaufzeit des Wasserheizers überbrückt werden soll,
bis im Durchlauf erwärmtes Warmwasser zur Verfügung steht.
[0007] Das erforderliche Speichervolumen ist deshalb um so geringer, je schneller der thermische
Anlauf abgeschlossen ist und je weniger Warmwasser während dieser Anlaufzeit tatsächlich
gezapft wird.
[0008] Die Erfindung beruht nun auf der Erkenntnis, daß es in diesem Sinne von Vorteil ist,
die zapfbare Warmwassermenge innerhalb der Anlaufzeit, unabhängig davon, wie weit
der Zapfhahn geöffnet wird, auf einen Kleinstwert zu begrenzen, um dadurch mit einer
vergleichsweise geringen Speicherwassermenge und einem geringen Speichervolumen die
Anlaufzeit überbrücken zu können.
[0009] Nach einer bevorzugten Ausführungsform des Wasserheizers ist in einer zum Wärmetauscher
führenden Kaltwasserzufuhrleitung ein Druckschalter angeordnet, der bei fallendem
Druck im Speicher den Rücklauf des Speichers zum Wärmetauscher schließt und den Kaltwasserzulauf
über die Drossel freigibt, während ein oberhalb der Zapfstelle mit der Warmwasser-Zapfleitung
verbundener Drucksensor den den Wärmetauscher beheizenden Brenner mit Nennlast startet.
Diese Ausführungsform zeichnet sich bei geringem konstruktiven Aufwand dadurch aus,
daß ein Druckabfall im Speicher beim Öffnen des Zapfventils dazu benutzt werden kann,
den Brenner zum Nachheizen des Speichers unmittelbar zu starten, während das Zapfwasser
aus dem Speicher entnommen wird. Damit wird die weitere Warmwasserbelieferung sichergestellt.
[0010] In Ausgestaltung der Erfindung wird eine an diesen Druckschalter angeschlossene,
in den Eingang des Wärmetauschers mündende Zweigleitung vorgeschlagen, die eine regelbare
Drossel für den Kaltwasserzulauf enthält.
[0011] Durch diese Ausgestaltung ergibt sich der Vorteil, daß, bedingt durch die gedrosselte
Kaltwasserzuführung und damit auch gedrosselte Warmwasserentnahme, ein nahezu vollständiges
Entnehmen des Warmwassers im Speicher möglich ist.
[0012] Schließlich ist es vorteilhaft, daß an den Druckschalter eine in den Eingang des
Wärmetauschers mündende Zweigleitung angeschlossen ist, die ein über die Temperatur
am Ausgang des Wärmetauschers gesteuertes, beim Eintreten des Temperatur-Soll-Wertes
öffnendes und der Versorgung des Wärmetauschers mit Kaltwasser dienendes Ventil enthält.
[0013] Durch diese Ausgestaltung ist es möglich, den Kaltwasserdurchsatz zum Wärmetauscher
entsprechend der Stellung des Zapfventils voll freizugeben, wenn das Warmwasser am
Ausgang des Wärmetauschers Soll-Temperatur erreicht.
[0014] Es ist vorteilhaft, daß der die Temperatur am Ausgang des Wärmetauschers überwachende
Regler über eine Steuerleitung mit dem Ventil verbunden ist. Durch diese Ausgestal
tung kann der Schaltzustand des Ventils unmittelbar in Abhängigkeit von der Temperatur
des Zapfwassers am Ausgang des Wärmetauschers beherrscht werden.
[0015] Weiterhin ist es zweckmäßig, am Ausgang des Wärmetauschers einen Druckschalter anzuordnen,
der bei Druckanstieg im Wärmetauscher dessen Warmwasserausgang zum Speicher sperrt
und die zur Zapfleitung führende Umgehungsleitung öffnet. Durch diese Ausgestaltung
gelingt es, den Speicher zu umgehen und zu verhindern, daß an der Zapfstelle unzureichend
erwärmtes Wasser ausfließt.
[0016] Schließlich ist ein an der Zapfleitung über eine Zweigleitung angeschlossener und
über eine Steuerleitung mit einer für die Inbetriebnahme der Steuerung des den Wärmetauscher
beheizenden Brenners verbundener Drucksensor vorzusehen. Durch diese spezielle Ausgestaltung
gelingt es, den Zapfbeginn durch Druckabfall im Speicher zu erkennen und für ein
frühzeitiges Einschalten des Brenners zum Nachliefern von Wärme an den Wärmetauscher
beziehungsweise Speicher zu starten.
[0017] Im übrigen ist es vorteilhaft, den die Temperatur am Ausgang des Wärmetauschers
überwachenden Regler über eine Steuerleitung mit einer Steuerung zur Einstellung der
Heizwasser-Vorlauftemperatur zu verbinden. Auf diese Weise kann die Temperatur des
Zapfwassers auch bei Takt betrieb des Brenners an einen vorwählbaren Wert herangeführt
werden.
[0018] Schlußendlich ist vorgesehen, daß die thermische Nachladung nach jedem Zapfvorgang
oder zum Ausgleich von Bereitschaftswärmeverlusten durch einen Speicherthermostat
gesteuert wird. Hierdurch wird die ständige Bereitschaft zur Warmwasserentnahme gesichert.
[0019] Die einzige Zeichnungsfigur zeigt das Schaltschema eines erfindungsgemäßen Wasserheizers.
[0020] Dem von einem nicht dargestellten Brenner beheizten Wärmetauscher 1 ist ein Warmwasserspeicher
2 zugeordnet, dessen Ausbildung im Rahmen der Erfindung grundsätzlich beliebig ist.
Beispielsweise kann dieser Speicher den Wärmetauscher ummanteln oder flankieren.
[0021] Der Wärmetauscher 1 enthält eine vom Heizwasser durchströmte Wendel 3, die von dem
aufzuheizenden Wasser umgeben ist. Dieses Wasser wird dem Wärmetauscher 1 über einen
hydraulischen Druckschalter 4 zugeleitet, der an eine Kaltwasserzufuhrleitung 5 angeschlossen
ist. In diesen Druckschalter 4 mündet ferner die Rücklaufleitung 6 des Speichers
2, von der die zum Zapfventil 7 führende Zapfleitung 8 ausgeht, in die eine von einem
zweiten hydraulischen Druckschalter 9 ausgehende Umgehungsleitung 10 mündet. Dieser
Druckschalter 9 ist an den Ausgang 11 des Wärmetauschers 1 angeschlossen.
[0022] In einer vom Druckschalter 4 ausgehenden Zweigleitung 12 befindet sich eine Drossel
13 und in einer weiteren Zweigleitung 14 ein Kaltwasserventil 15, das über eine Steuerleitung
16 von einem Regler 17 gesteuert wird, der seinerseits über eine Steuerleitung 18
mit einer Steuerung der Vorlauftemperatur des Heizwassers in Verbindung steht. Der
Speicherthermostat 28 mit dem Temperaturfühler 27 ist durch die Steuerleitung 19 an
das übergeordnete Steuergerät des Wasserheizers angeschlossen.
[0023] In einer Zweigleitung 20 der Warmwasser-Zapfleitung 8 befindet sich ferner ein Drucksensor
21, der über eine Steuerleitung 22 mit der Steuerung des den Wärmetauscher 1 beheizenden
Brenners verbunden ist.
[0024] Der zweite hydraulische Schalter 9 ist über die Leitungen 11 und 25 mit dem Wärmetauscher,
über Leitung 10 mit der Zapfleitung 8 und über Leitung 24 mit dem Speicher 2 verbunden.
Die Steuerleitung 23 verknüpft den Temperaturgeber 26 in Leitung 11 mit dem Temperaturregler
17.
[0025] Die Funktion des Wasserheizers ergibt sich aus diesem Aufbau wie folgt:
[0026] Nach Öffnen des Zapfventiles 7 fällt der Druck im Spei cher 2. Die entstehende Druckdifferenz
verstellt den Druckschalter 4 in die Betriebsstellung, bei der der Speicherrücklauf
6 zum Wärmetauscher 1 geschlossen und die Kaltwasserzufuhr aus der Kaltwasserzufuhrleitung
5 über die Drossel 13 freigegeben ist. Gleichzeitig startet der Drucksensor 21 den
Brenner mit Nennlast.
[0027] Der Heizwasserkreis wird auf Durchfluß zum Wärmetauscher 1 geschaltet.
[0028] Nach der Zündung des Brenners wird bei gedrosseltem Warmwasserdurchsatz auf der
Primär- und Sekundärseite des Systems die thermische Anlaufphase durchfahren. Das
den Wärmetauscher 1 durchströmende Warmwasser fließt über den Druckschalter 9 und
die Leitungen 11, 25 und 25 zum Speicher 2.
[0029] Sobald der Temperaturgeber 26 in der Ausgangsleitung 11 des Wärmetauschers 1 das
Erreichen der Soll-Temperatur feststellt, öffnet der Regler 17 über die Steuerleitung
16 das Kaltwasserventil 15 und gibt den Durchfluß des Kaltwassers zu der im Wärmetauscher
2 angeordneten Wendel 3 ungedrosselt frei.
[0030] Der damit verknüpfte Druckanstieg im Wärmetauscher 1 schaltet den Schalter 9 in Betriebsstellung,
in der er den Warmwasserausgang über die Vorlaufleitung 24 zum Speicher 2 sperrt und
die Umgehungsleitung 10 zur Zapfleitung 8 und Zapfstelle 7 öffnet. Diese Zapfstelle
7 wird nun unmittelbar vom Wärmetauscher 1 mit Warmwasser im Durchlauf versorgt.
[0031] Bei weiterem Anstieg der Wassertemperatur am Ausgang 11 des Wärmetauschers 1 beginnt
der Brenner im Taktbetrieb zu arbeiten. In dieser Phase wird der Heizwassertemperatur-Soll-Wert
über die dem Regler 17 nachgeschaltete Steuerung 18 verringert. Sobald das Zapfventil
7 geschlossen wird, fällt der Strömungsdruck in den Druckschaltern 4 und 9 auf Null,
und diese Druckschalter gehen in Ruhestellung, wobei sie den Umlaufweg über den Vorlauf
24 des Wärmetauschers 1 und den Rücklauf 6 für die thermische Nachladung des Speichers
2 freigeben. Der Nachladevorgang, für den der Brenner gegebenenfalls mehrmals einschalten
muß, wird abgeschlossen, sobald der Temperaturfühler 27 des Speicherthermostaten
28 das Erreichen des Soll-Wertes feststellt. Ein entsprechender Schaltimpuls geht
über die Steuerleitung 19 an das übergeordnete Steuergerät des Wasserheizers.
1. Wasserheizer mit einem über einen Wärmetauscher beheizbaren Speicher und einer
aus diesem Speicher und/oder vom Wärmetauscher unmittelbar gespeisten Zapfstelle,
dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserdurchsatz in einer Anlaufphase jedes Zapfvorganges
mittels einer Drossel (13) auf einen einstellbaren Kleinstwert einstellbar ist und
daß ein mittels des Temperaturgebers (26) die Temperatur des Wassers am Ausgang (11)
des Wärmetauschers (1) überwachender und den Weg des Wasserdurchsatzes bestimmender
Regler (17) vorgesehen ist, der nach Erreichen eines Temperatur-Soll-Wertes eine
den Ausgang (11) des Wärmetauschers (1) mit der Zapfleitung (8) verbindende, den
Speicher (2) umgehende Umgehungs leitung (10) öffnet.
2. Wasserheizer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen in der zum Wärmetauscher
(1) führenden Kaltwasserzufuhrleitung (5) angeordneten Druckschalter (4), der bei
fallendem Druck im Speicher (2) den Rücklauf des Speichers (2) zum Wärmetauscher (1)
schließt und den Kaltwasserzulauf über die Drossel (13) freigibt.
3. Wasserheizer nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine an diesen Druckschalter
(4) angeschlossene, in den Eingang des Wärmetauschers (1) mündende Zweigleitung (12),
die eine regelbare Drossel (13) für den Kaltwasserzulauf enthält.
4. Wasserheizer nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß an diesen Druckschalter
(4) eine in den Eingang des Wärmetauschers (1) mündende Zweigleitung (14) angeschlossen
ist, die ein vom Regler (17) gesteuertes, beim Eintreten des Temperatur-Soll-Wertes
öffnendes und der Versorgung des Wärmetauschers (1) mit Kaltwasser dienendes Ventil
(15) enthält.
5. Wasserheizer nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, daß der durch die Temperatur
in der Ausgangsleitung (11) des Wärmetauschers (1) gesteuerte Regler (17) über eine
Steuerleitung (16) mit diesem Ventil (15) verbunden ist.
6. Wasserheizer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen am Ausgang
(11) des Wärmetauschers (1) angeordneten Druckschalter (9), der bei Druckanstieg im
Wärmetauscher (1) dessen Warmwasserausgang (24) zum Speicher (2) sperrt und die zur
Zapfleitung (8) führende Umgehungsleitung (10) öffnet.
7. Wasserheizer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß diese Umgehungsleitung
(10) von dem am Ausgang (11) des Wärmetauschers (1) angeordneten Druckschalter (9)
ausgeht und in die Zapfleitung (8) mündet.
8. Wasserheizer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch einen am Zapfleitung
(8) über eine Zweigleitung (20) angeschlossenen und über eine Steuerleitung (22) mit
der Steuerung des den Wärmetauscher beheizenden Brenners verbundenen Drucksensor
(21).
9. Wasserheizer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der
von der Temperatur in der Leitung (11) gesteuerte Regler (17) über eine Steuerleitung
(18) mit einer Steuerung zur Einstellung der Vorlauftemperatur des den Speicher (2)
beheizenden Wassers verbunden ist.
10. Wasserheizer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die
Temperatur des Speicherwassers bei der thermischen Nachladung und bei Betriebsbereitschaft
durch einen Speicherthermostaten überwacht wird.