Stand der Technik
[0001] Die Erfindung geht aus von Heizgeräten nach der Gattung des Hauptanspruchs, die so
ausgelegt sind, daß sie Brauchwasser ohne nennenswerte Anfangsverzögerung mit der
gewünschten Temperatur in ausreichender Menge liefern, so daß sich die Installation
eines externen Brauchwasserspeichers erübrigt. Bei einem bekannten Heizgerät dieser
Gattung (DE-OS 40 31 187) ist wie üblich der von den Verbrennungsgasen unmittelbar
beaufschlagte Wärmeübertrager vom Heizungswasser durchflossen und der durch den geräteinternen
Brauchwasserspeicher hindurchgeführte Warmwasserkreis vom Leitungssystem für das Heinzungswasser
abgezweigt. Um die vorstehend aufgeführten Komfortmerkmale der Brauchwasserbereitug
zu erreichen, ist beim bekannten Heizgerät u.a. Neben dem Brauchwasserspeicher, der
einen vom Heizungswasser durchflossenen Sekundärwärmetauscher enthält, ein Zusatzspeicher
angeordnet, welcher über zwei Rohrleitungen mit dem Brauchwasserspeicher verbunden
ist. Diese Ausführung ist verhältnismäßig aufwendig und benötigt zusätzlichen Einbauraum
der das Volumen des Heizgerätes unerwünscht vergrößert.
Vorteile der Erfindung
[0002] Die erfindungsgemäße Anordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs
hat demgegenüber den Vorteil, daß die von der Wärmequelle erzeugte Wärmeenergie zumindest
teilweise ohne Umweg über das Heizungswasser auf das gespeicherte und/oder durchfließende
Brauchwasser übertragen wird und daß der Wärmeinhalt im Brauchwasserspeicher in das
Leitungssystem für das Heizungswasser einbezogen ist. Die erfindungsgemäße Anordnung
ersetzt die bei den bekannten Heizgeräten mit integrierter Brauchwasserbereitung übliche
Parallelschaltung von Brauchwasserkreis und Heizungskreis durch eine Hintereinanderschaltung
beider Kreise, wodurch deren unterschiedlichen Wärmeanforderungen regelungstechnisch
besser als bisher entsprochen werden kann. Diese Maßnahme ermöglicht es, das Leistungs/Volumen-Verhältnis
des Heizgerätes so günstig zu gestalten, daß der Brauchwasserkomfort einer Anordnung
mit extern aufgestelltem Brauchwasserspeicher ohne nennenswerte Volumenvergrößerung
des Heizgerätes erreicht wird.
[0003] Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen
der Anordnung nach dem Hauptanspruch möglich. Eine einfache Anordnung mit besonders
hohem Wirkungsgrad ergibt sich, wenn der Warmetransport aus dem von den Verbrennungskreisen
beaufschlagten Wärmeübertrager in den Brauchwasserspeicher ohne Zwischenschaltung
eines zusätzlichen Übertragungsmediums unmittelbar durch den inneren Warmwasserkreis
fließendes Brauchwasser selbst erfolgt. Dabei kann ein u.a. von der Wassertemperatur
im Brauchwasserablauf beeinflußtes 3-Wege-Ventil am Abzweig des Brauchwasserablaufs
von dem das brauchwasserführenden internen Warmwasserkreis angeordnet sein, welches
das Brauchwasser zunächst überwiegend aus dem Brauchwasserspeicher und dann zunehmend
unmittelbar aus dem von den Verbrennungskreisen beaufschlagten Wärmeübertrager in
den Brauchwasserablauf fließen läßt.
[0004] Bei einer bevorzugten Auführungsform ist für die Erwärmung des Heizungswassers allein
der Wärmeübertrager im Brauchwasserspeicher vorgesehen wobei die Wärmezufuhr zum Heizungswasser
ausschließlich mittelbar über den Brauchwasserspeicher erfolgt. Durch diese Maßnahmen
ergibt sich ein besonders einfacher Aufbau mit einem geringen Verrohrungsaufwand,
wodurch eine besonders kompakte Ausführung des Heizgerätes möglich wird.
[0005] In manchen Fällen kann es sich aus regelungstechnischen Gründen auch empfehlen, unter
Inkaufnahme eines etwas höheren Aufwandes für die Erwärmung des Heizungswassers einen
parallel zu dem Wärmeübertrager im Brauchwasserspeicher angeordneten, von den Verbrennungsgasen
unmittelbar beaufschlagten zweiten Wärmeübertrager vorzusehen, der mindestens solange
in das Leitungssystem für das Heizungswasser einbezogen ist, als die Wassertemperatur
im Brauchwasserspeicher einen vorgegebenen Wert unterschreitet.
[0006] In diesem Fall kann vorteilhaft die für die Speichertemperaturerhaltung notwendige
Wärmezufuhr zum Brauchwasserspeicher über beide Wärmeübertrager dem Leitungssystem
des Heizungswassers erfolgen.
[0007] Die vorstehend beschriebenen Anordnungen können erfindungsgemäß mit rein konstruktiven
Maßnahmen bezüglich der Gestaltung und Anordnung der einzelnen Bauelemente bzw. Aggregate
des Gerätes sinnvoll ergänzt werden, um dessen Leistungs-/Volumen-Verhältnis zu optimieren.
[0008] Eine trotz ausreichender Bemessung des Brauchwasserspeichers gedrängte Ausführung
ergibt sich, wenn dieser mit dem Ausdehnungsgefäß des Heizgerätes zu einer an der
Geräterückseit angeordneten Baueinheit zusammengefasst ist, die vorzugsweise das von
der Vorderseite her gesehene Umrißprofil des Heizgerätes möglichst weitgehend ausfüllt.
[0009] Der Zusammenbau des Heizgerätes kann erleichtert werden, wenn die aus Brauchwasserspeicher
und Ausdehnungsgefäß bestehende Baueinheit als Montageplatte für die übrigen Bauelemente
bzw. Aggregate, wie Gas- und Wasserarmaturen, Pumpen, Ventile, Brenner, Brennkammer,
Wärmetauscher, Strömungssicherung, Gebläse und Zentralelektronik, ausgebildet ist.
[0010] Ein besonderer Tragrahmen für die Gesamtheit aller Teile des Heizgerätes wird entbehrlich,
wenn die Baueinheit unmittelbar das Tragende, mit Mitteln zum Befestigen an einer
Wand versehene Gerätegestell bildet.
[0011] Der Verrohrungsaufwand kann vermindert und die Anwendung moderner Fertigungsmethoden
erleichtert werden, wenn miteinander in engem Funktonszusammenhang stehende und/oder
durch Leitungen verbundene Bauelemente bzw. Aggregate zu vorgefertigten Baugruppen
zusammengefasst sind, die einzeln für sich an der vorzugsweise auch einen Teil der
Verrohrung aufweisenden Baueinheit befestigbar bzw. befestigt sind.
[0012] Zweckmäßig sind an der Baueinheit die Geräteanschlüsse für Gas, Kaltwasser, Brauchwasser
und für das Heizungsnetz, sowie vorzugsweise auch Mittel zum Zentrieren und Festhalten
einer Mantelschale vorgesehen.
Zeichnung
[0013] Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt
und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 die Vorderansicht
des grundsätzlichen Geräteaufbaus des ersten Ausführungsbeispiels bei abgenommener
Mantelschale, Figur 2 eine Seitenansicht des Geräteaufbaus nach Figur 1, und die Figuren
3 und 4 je das Gerätekonzept des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
[0014] Das Heizgerät nach den Figuren 1 bis 3 hat ein Ausdehnungsgefäß 10, das fest mit
einem Brauchwasserspeicher 12 verbunden ist und zusammen mit diesem eine an der Geräterückseite
angeordnete Baueinheit 14 bildet. Diese Baueinheit 14 dient außer der Brauchwasserspeicherung
und Aufnahme des Dehnvolumens des Heizungswassers als Montageplatte für andere Bauelemente
bzw. Aggregate des Heizgerätes und bildet darüberhinaus auch dessen tragendes Gestell,
so daß sich hierfür ein besonderer Tragrahmen erübrigt. Die Baueinheit 14 füllt das
von der Vorderseite her gesehene Umrißprofil des Heizgerätes so weit wie möglich aus
und ist am Rand mit Mitteln 16 zu dessen Befestigung an einer Wand versehen. Ferner
sind an der Baueinheit 14 Mittel 18 zum Anbringen einer in der Zeichnung nicht dargestellten
Mantelschale vorgesehen.
[0015] Die anderen Bauelemente bzw. Aggregate des Heizgeräts sind zu vormontierten Baugruppen
20, 22, 24, 26 zusammengefaßt, die je für sich an der tragenden Baueinheit 14 befestigt
bzw. befestigbar sind. Diese Bauelemente sind in den Figuren 1 und 2 im einzelnen
nicht dargestellt und erst in Zusammenhang mit Figur 3 in einem für das Verständnis
des Gerätekonzepts notwendigen Umfang erwähnt bzw. beschrieben. Die Bauelemente bzw.
Aggregate einer Baugruppe 20, 22, 24, 26 stehen miteinander im engen Funktionszusammenhang
und/oder sind untereinander bzw. mit dem Brauchwasserspeicher 12 und dem Ausdehnungsgefäß
10 über Rohrleitungen verbunden, die teils in den Baugruppen selbst und teils in der
Baueinheit 14 integriert sind. Ferner sind an der Baueinheit 14 die Geräteanschlüsse
28 für Gas, 30 für Kaltwasser, 32 für Brauchwasser und 34, 36 für ein Heizungsnetz
vorgesehen.
[0016] Die Baugruppe 20 enthält u.a. eine Gasarmatur und einen aus einem Gasbrenner, einer
Brennkammer und eine von den Verbrennungsgasen beaufschlagten Wärmeübertrager 38 bestehenden
Wärmeerzeuger 39, der in Reihe mit dem Brauchwasserspeicher 12 in einem inneren, von
Brauchwasser durchflossenen Warmwasserkreis 40a, 40b liegt. Der in den oberen Bereich
des Brauchwasserspeichers 12 mündende Vorlaufabschnitt 40a des Warmwasserkreises führt
über ein 3-Wege-Ventil 42, dessen Ausgang über einen Brauchwasserablauf 44 mit dem
entsprechenden Anschluß 32 an der Baueinheit 14 verbunden ist. In den vom unteren
Bereich des Brauchwasserspeichers 12 ausgehenden Rücklaufabschnitt 40b des Warmwasserkreises
ist eine Brauchwasserpumpe 46 eingebaut, die mit dem 3-Wege-Ventil 42 zu der Baugruppe
22 zusammengefasst ist. Der untere Bereich des Brauchwasserspeichers 12 ist über einen
Kaltwasserzulauf mit dem entsprechenden Anschluß 30 an der Baueinheit 14 verbunden.
[0017] Im Inneren des Brauchwasserspeichers 12 sind die als Rohrschlange ausgebildeten Übertragungsflächen
eines Wärmeübertragers 50 angeordnet, der im Zuge eines heizungswasserführenden Leitungssystems
52a, 52b liegt. Der Vorlaufabschnitt 52a dieses Leitungssystems führt vom Wärmeübertrager
50 über eine Heizungswasserpumpe 54 zum Geräteanschluß 34. Der Rücklaufabschnitt 52b
führt vom Geräteanschluß 36 über ein 3-Wege-Ventil 56 zum Wärmeübertrager 50 zurück
und ist außerdem mit der Wasserkammer 58 des Ausdehnungsgefäßes 10 verbunden. Vom
3-Wege-Ventil 56 zweigt eine zum Vorlaufabschnitt 52a führende Beimischleitung 60
ab, die dort zwischen Wärmeübertrager 50 und Heizungswasserpumpe 54 einmündet. Die
Heizungswasserpumpe 54, das 3-Wege-Ventil 56 und die Beimischleitung 60 sind zur Baugruppe
24 zusammengefaßt.
[0018] Die Baugruppe 26 enthält die Zentralelektronik des Heizgeräts. Diese steuert nach
Maßgabe von nicht dargestellten Sollwertgebern für die Heizungswasser-Vorlauftemperatur
und die Brauchwasser-Ablauftemperatur sowie von Temperaturfühlern 62, 64, 66, 68 im
Vorlaufabschnitt 52a, im Brauchwasserspeicher 12, im Brauchwasserablauf 44 und am
Wärmeübertrager 38 die Funktionselemente des Heizgerätes, nämlich den Brenner, die
Pumpen 46, 54 und die 3-Wege-Ventile 42, 46.
[0019] Das beschriebene Gerätekonzept arbeitet wie folgt:
Bei Brauchwasserentnahme, die einen Sensor, üblicherweise einen Differenzdrucksensor,
der Zentralelektronik meldet, steht aus dem Brauchwasserspeicher 12 sofort Warmwasser
in ausreichender Menge zur Überbrückung der Hochlaufzeit der Temperatur im Wärmeerzeuger
39 zur Verfügung. Über das 3-Wege-Ventil 42 wird in Verbindung mit dem zulaufenden
Kaltwasser und der Brauchwasserpumpe 46 das auslaufende Brauchwasser auf den eingstellten
Sollwert heruntergemischt. Gleichzeitig wird der Wärmeerzeuger 39 in Betrieb gesetzt
und das 3-Wege-Ventil 42 derart aktiviert, daß ein zunehmender Anteil der durchlaufenden
Brauchwassermengen über den Wärmeerzeuger 39 fließt. Sobald in diesem der Sollwert
für das Brauchwasser erreicht wird, steuert das 3-Wege-Ventil 42 so um, daß die gesamte
durchlaufende Brauchwassermenge im Durchlauferhitzerprinzip erwärmt wird.
[0020] Die Regelung des Wärmeerzeugers kann entweder stetig oder im 2-Punkt-Betrieb erfolgen.
Die Heizleistung wird unmittelbar, d.h. ohne Zwischenschaltung eines zusätzlichen
Übertragungsmediums, auf das Brauchwasser im Warmwasserkreis 40a, 40b übertragen,
so daß sich eine besonders kurze Hochlaufzeit der Brauchwassertemperatur ergibt. In
Verbindung mit der bereits beschriebenen konstruktiven Ausgestaltung und einer entsprechenden
Bemessung der Brennerleistung kann ohne nennenswerte Vergrößerung des Gerätevolumens
der Brauchwasserkomfort einer Anlage mit externem Brauchwasserspeicher erreicht werden.
[0021] Nach Beendigung des Brauchwasserdurchlaufs wird die Temperatur im Brauchwasserspeicher
12 über den inneren Warmwasserkreis 40a, 40b mit hohem Übertragungswirkungsgrad auf
den vom Temperaturfühler 64 überwachten Sollwert angehoben. Über den Brauchwasserspeicher
12 und den darin angeordneten Wärmeübertrager 50 wird die Wäremeenergie indirekt in
das Heizungsnetz übertragen. Bei einem über den Temperaturfühler 62 im Heizungsvorlauf
ermittelten Wärmebedarf wird das 3-Wege-Ventil 56 so aktiviert, daß es eine der Sollwertabweichung
der Vorlauftemperatur entsprechende Aufteilung der Heizungswasser-Rücklaufmenge in
die Beimischleitung 60 und den Wärmeübertrager 50 vornimmt. Dabei wird zunächst die
Wärmeenergie im Brauchwasserspeicher 12 genutzt und der Brenner erst dann in Betrieb
gesetzt, wenn der untere Schaltpunkt des Temperaturfühlers 64 erreicht ist. Der Wärmeübertrager
50 im Brauchwasserspeicher 12 ist so bemessen, daß er nur eine Teilleistung des Brenners
auf das Heizungswasser zu übertragen vermag. Durch die Einbeziehung des Brauchwasserspeichers
12 in das geräteinterne Leitungssystem 52a, 52b, kann bei entsprechender Bemessung
und Auslegung der Bau- und Steuerelemente erreicht werden, daß eine stetige Regelung
des Brenners bei nahezu allen Wärmebedarfszuständen erfolgt. Durch das erfindungsgemäße
Konzept sind ferner Vorlauftemperaturen im Bereich von 20 bis 80 Grad Celcius ohne
Korrossionsprobleme möglich.
[0022] Dem beschriebenen Ausführungsbeispiel liegen folgende Daten zugrunde:
| Brauchwasserleistung |
28 kW |
| Heizungsleistung |
11 kW |
| max. Brauchwassertempereatur |
90 Grad Celcius |
| max. Vorlauftemperatur Heizung |
80 Grad Celcius |
| Inhalt Brauchwasserspeicher |
15 l |
| Stickstoffvolumen-Ausdehnungsgefäß |
8 l |
[0023] Der konstruktive Aufbau des Ausführungsbeispiels nach Figur 4 stimmt grundsätzlich
mit jenem des vorbeschriebenen ersten Auführungsbeispiels überein. Im Unterschied
zu diesem hat das zweite Auführungsbeispiel jedoch einen Wärmeerzeuger 70 mit zwei
Wärmeübertragern 72, 74 von denen mindestens der eine mit von den Verbrennungsgasen
unmittelbar beaufschlagten Wärmeübertragungsflächen versehen ist und der andere mindestens
mittelbar, über den Wasserinhalt des einen Wärmeübertragers, die Wärmeenergie von
den Verbrennungsgasen erhält. Der Wärmeübertrager 72 liegt in einem internen Warmwasserkreis
76a, 76b, der durch einen mit einem Ausdehnungsgefäß 78 kombinierten Brauchwasserspeicher
80 hindurchführt und ein 3-Wege-Ventil 82 enthält, an welches ein Brauchwasserablauf
84 angeschlossen ist. Die Regelung der Temperatur im Brauchwasserablauf 84 erfolgt
wie beim ersten Ausführungsbeispiel, auf dessen Beschreibung bezug genommen wird.
[0024] Der zweite Wärmeübertrager 74 im Wärmeerzeuger 70 liegt in einem Leitungssystem 86a,
86b, für das Heizungswasser, dessen Vorlaufabschnitt 86a über ein Umsteuerventil 88
zu einem Geräteanschluß 90 für die Vorlaufleitung des Heizungsnetzes führt. Der Rücklaufabschnitt
86b des Leitungssystems geht von einem Geräteanschluß 92 für die Rücklaufleitug des
Heizungsnetzes über eine Heizungswasserpumpe 94 zum Wärmeübertrager 74 und ist außerdem
mit der Wasserkammer 96 des Ausdehnungsgefäßes 78 verbunden. Vom dritten Anschluß
des Umsteuerventils 88 führt eine Beimischleitung 98 durch den Brauchwasserspeicher
80 zum Rücklaufabschnitt 86b. Im Brauchwasserspeicher 80 ist die Beimischleitung 98
zu einer einen Wärmeübertrager 100 bildenden Rohrwendel geformt.
[0025] Bei der Anordnung nach Figur 4 erfogt eine indirekte Wärmeübertragung von Heizungswärme
über den Brauchwasserspeicher 80 nur, solange dessen Temperatur über dem eingestellten
Sollwert von z.B. 90 Grad Celcius liegt. Darunter wird der Wärmeerzeuger 70 zugeschaltet,
der danach sowohl den Heizungswärmebedarf deckt, als auch die Brauchwassertemperatur
im Brauchwasserspeicher 80 wieder auf den Sollwert anhebt. Bei der Anordnung nach
Figur 4 kann eine Pumpe im Warmwasserkreis 76a. 76b entfallen. Der Erhaltungswärmebedarf
des Brauchwasserspeichers 80 kann vorteilhaft bei Wasserstillstand im Warmwasserkreis
76a, 76b allein über die Wärmeübertrager 74 und 100 im Leitungssystem für das Heizungswasser
gedeckt werden.
1. Heizgerät für Raumheizung und Brauchwasserbereitung, mit einem Brenner als Wärmequelle,
einem von den Verbrennungsgasen beaufschlagten Warmeübertrager in einem inneren Warmwasserkreis,
der durch einen Brauchwasserspeicher führt, ferner mit einem heizungswasserführenden
Leitungssystem, das einen Rücklaufanschluß für ein Heizungsnetz über einen Wärmeübertrager
mit einem Vorlaufanschluß verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß ein im heizungswasserführenden
Leitungssystem (52a, 52b, 86a, 86b) liegender Wärmeübertrager mit im Brauchwasserspeicher
(12, 80) angeordneten, vom Brauchwasser umgebenen Übertragungsflächen (50, 100) versehen
ist und daß ein Wärmeübergang auf das Heizungswasser mindestens so lange über den
Brauchwasserspeicher (12, 80) erfolgt, als dessen Wassertemperatur einen vorgegebenen
Wert überschreitet.
2. Heizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetrransport aus dem
von den Verbrennungsgasen beaufschlagten Wärmeübertrager (38, 72) in den Brauchwasserspeicher
(12, 80) ohne Zwischenschaltung eines zusätzlichen Übertragungsmediums umittelbar
durch im inneren Warmwasserkreis (40a, 40b, 76a, 76b) fließendes Brauchwasser selbst
erfolgt.
3. Heizgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Erwärmung des
Heizungswassers allein der Wärmeübertrager (50) im Brauchwasserspeicher (12) vorgesehen
ist und die Wärmezufuhr zum Heizungswasser ausschließlich mittelbar über den Brauchwasserspeicher
(12) erfolgt (Figur 3).
4. Heizgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Erwärmung des
Heizungswassers ein parallel zu dem Wärmeübertrager (100) im Brauchwasserspeicher
(80) angeordneter, von den Verbrennungsgasen unmittelbar beaufschlagter zweiter Wärmeübertrager
(74) vorgesehen ist, der mindestens so lange in das Leitungssystem (80a, 80b) für
das Heizungswasser einbezogen ist, als die Wassertemperatur im Brauchwasserspeicher
(80) einen vorgegebenen Wert unterschreitet (Figur 4).
5. Heizgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß über die beiden Wärmeübertrager
(74, 100) im Leitungssystem (80a, 80b) für das Heizungswasser die für die Speichertemperaturerhaltung
notwendige Wärmezufuhr zum Brauchwasserspeicher (80) erfolgt.
6. Heizgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem an das Leitungssystem
für das Heizungswasser angeschlossenen Ausdehnungsgefäß, dadurch gekennzeichnet, daß
der Brauchwasserspeicher (12, 80) und das Ausdehnungsgefäß (10, 78) zu einer an der
Geräterückseite angeordneten Baueinheit (14) zusammengefasst sind.
7. Heizgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Brauchwasserspeicher
(12, 80) und Ausdehnungsgefäß (10, 78) bestehende Baueinheit (14) als Montageplatte
für die übrigen Bauelemente bzw. Aggregate, wie Gas- und Wasserarmaturen, Pumpen,
Ventile, Brenner, Brennkammer, Wärmetauscher, Strömungssicherung, Gebläse und Zentralelektronik,
ausgebildet ist.
8. Heizgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit (14) unmittelbar
das Tragende, mit Mitteln (16) zum Befestigen an einer Wand versehene, Gerätegestell
bildet.
9. Heizgerät nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß miteinander
in engem Funktionszusammenhang stehende und/oder durch Leitungen verbundene Bauelemente
bzw. Aggregate zu vorgefertigten Baugruppen (20, 22, 24, 26) zusammengefaßt sind,
die einzeln für sich an der vorzugsweise auch einen Teil der Verrohrung aufweisenden
Baueinheit 14 befestigt bzw. befestigbar sind.
10. Heizgerät nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß an der Baueinheit
(14) die Geräteanschlüsse für Gas (28), Kaltwasser (30), Brauchwasser (32) und für
das Heizungsnetz (34, 36), sowie vorzugsweise auch Mittel (18) zum Zentrieren und
Festhalten einer Mantelschale vorgesehen sind.