DE2710871A1 - HOT WATER CIRCULATION - Google Patents
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- F24D19/1009—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for central heating
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Description
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Anlage tPlant t
Patent- undPatent and
GebrauchsnmsterhilfsanmeldungUtility name auxiliary registration
Es wird eine Warmwasser-Umlaufheizung vorgeschlagen, die insbesondere
zum Einbau in Wohngebäude vorgesehen ist. Die Heizung umfaßt einen brennstoff-, insbesondere gas- oder ölbefeuerten
Heizkessel und eine Wärmepumpe, die bedarfsweise eingeschaltet bzw. dem Heizkessel zugeschaltet wird. Das Leitungssystem für
das Umlaufwasser besteht aus einem über den Heizkessel führenden Kesselkreis und einen über die Raumheizkörper führenden Heizkreis,
der mit dem Kesselkreis über ein Mischventil gekoppelt ist. Der Kondensator der Wärmepumpe ist in den Heizkreis eingeschaltet.
Zur Regelung der Vor- oder Rücklauftemperatur im
Heizkreis ist ein vorzugsweise witterungsabhängig geführter
stetiger Regler vorgesehen, der auf das Mischventil einwirkt.A hot water circulation heating system is proposed, which is intended in particular for installation in residential buildings. The heater comprises a fuel-fired, in particular gas-fired or oil-fired boiler and a heat pump which is switched on or connected to the boiler as required. The piping system for the circulating water consists of a boiler circuit leading via the boiler and a heating circuit leading via the space heater, which is coupled to the boiler circuit via a mixing valve. The condenser of the heat pump is switched on in the heating circuit. To control the flow or return temperature in the
The heating circuit is preferably a weather-dependent one
continuous regulator provided, which acts on the mixing valve.
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Über das Mischventil wird soviel heißes Wasser aus dem Kesselkreis dein Heizkreis im Austausch mit abgekühltem Rücklaufwasser beigemischt, bis die Wassertemperatur im Heizkreis den Sollwert erreicht hat. Das bewegliche Ventilglied des Mischventils ist mit einem Ausschalter für das Antriebsaggregat der Wärmepumpe gekuppelt. Die Anordnung ist vorzugsweise so getroffen, daß das bewegliche Ventilglied des Mischventils im Stellbereich geringen Wärmebedarfes den Ausschalter für die Wärmepumpe schließt und die Verbindung des Heizkreises mit dem Kösselkreis unterbricht. Bei steigendem Wärmebedarf, z.B. bei sinkender Außentemperatur, läßt das Mischventil zunehmend mehr heißes Kesselwasser in den Heizkreis treten, wobei gegebenenfalls über weitere vom Mischventil beeinflußte Schaltkontakte die Kesselleistung erhöht bzw. eine weitere Zusatzheizung zugeschaltet, oder auch die Wärmepumpe abgeschaltet werden kann.So much hot water is drawn from the mixer valve Boiler circuit is added to your heating circuit in exchange with cooled return water until the water temperature in the Heating circuit has reached the setpoint. The movable valve member of the mixing valve is equipped with an on / off switch for the Drive unit of the heat pump coupled. The arrangement is preferably such that the movable valve member of the mixing valve closes the switch for the heat pump in the setting range for low heat demand and the The connection between the heating circuit and the Kössel circuit is interrupted. When the heat demand increases, e.g. when the outside temperature falls, the mixing valve lets more and more hot boiler water into the Heating circuit occur, whereby the boiler output may be increased via further switching contacts influenced by the mixing valve or another additional heater can be switched on, or the heat pump can be switched off.
Die Erfindung geht aus von einer Warmwasser-Umlaufheizung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist eine Wärmeanlage mit einer Wärmepumpe und einem brennstoffgeheizten Kessel mit Radiatorkreis bekannt (DT-OS 25 16 96O), bei dem der Kondensator der Wärmepumpe parallel zum Kessel in den Heizkreis eingeschaltet ist. Das hat den Nachteil, daß im Kesselkreis ein zusätzliches Umschalt- bzw. Mischventil vorgesehen werden muß, wenn die beiden Heizquellen wahlweise einzeln oder gemeinsam betrieben werden sollen. Bei der bekannten Anordnung sind ferner verhältnismäßig aufwendige Mittel zur Regelung der Temperatur des zu den Radiatoren fließenden Heißwassers bei Wärmepumpenbetrieb erforderlich, die auch einen den mehrstufigen Kompressor der Ladepumpe steuernden Pressostaten im Kältemittelkreislauf zwischen dem Verdampfer und dem Kompressor einschließen.The invention is based on a hot water circulation heating system according to the preamble of the main claim. It's a heating system with a heat pump and a fuel-heated boiler with a radiator circuit known (DT-OS 25 16 96O), at which the condenser of the heat pump is switched on in parallel to the boiler in the heating circuit. This has the disadvantage that An additional switching or mixing valve must be provided in the boiler circuit if the two heating sources are optional are to be operated individually or together. In the known arrangement are also relatively expensive Means required to regulate the temperature of the hot water flowing to the radiators when the heat pump is in operation, the pressostat, which also controls the multi-stage compressor of the charge pump, in the refrigerant circuit between Include the evaporator and the compressor.
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r,-r, -
Die erfindungsgemäße Anordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß außer dem Mischventil zwischen Kesselkreis und Heizkreis ein weiteres Misch- oder Umsteuerventil nicht erforderlich ist. Außerdem ist mit einfachen Mitteln erreicht, daß der Regler zur stetigen Regelung der Vor- oder Rücklauftemperatur im Heizkreis bei Kesselbetrieb auch zur Zweipunktregelung dieser Temperatur bei Warmepumpenbetrieb dient. Für diese Doppelfunktion des Reglers ist lediglich ein zusätzlicher elektrischer Ausschalter im Steuerstromkreis des Antriebsaggregates der Wärmepumpe und ein Schaltnocken oder dergleichen am Mischventil bzw. an dessen Antriebsvorrichtung erforderlich. Wenn der Sollwert des stetigen Reglers von der Umgebungstemperatur geführt ist, ergibt sich ohne weitere zusätzliche Maßnahmen, daß auch die Zweipunktregelung bei Wärmepumpenbetrieb witterungsabhängig ist.The arrangement according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that Apart from the mixing valve between the boiler circuit and the heating circuit, no further mixing or reversing valve is required. In addition, it is achieved with simple means that the controller for continuous control of the flow or return temperature in the In boiler operation, the heating circuit is also used for two-point control of this temperature in heat pump operation. For this dual function of the controller is only an additional electrical switch in the control circuit of the drive unit of the Heat pump and a switching cam or the like on the mixing valve or on its drive device are required. if the setpoint of the continuous controller is guided by the ambient temperature, results without further additional measures, that the two-point control in heat pump operation is also dependent on the weather.
Die erfindungsgemäße Anordnung ist auch bei Heizanlagen mit Brauchwasserbereitung vorteilhaft anwendbar, weil außer den ohnehin erforderlichen Mitteln zum Umschalten des Heizkreiswassers auf den Drauchwasser-Wärmetauscher und zum Erhöhen des Sollwertes des Reglers für die Heizwassertemperatur keine zusätzlichen Maßnahmen für eine Leistungsbecinflussung der Heizquellen notwendig sind.The arrangement according to the invention is also used in heating systems Domestic hot water can be used advantageously because apart from the means for switching the heating circuit water that are already required on the domestic hot water heat exchanger and to increase the setpoint of the controller for the heating water temperature no additional measures to influence performance the heating sources are necessary.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der im Hauptanspruch angegebenen Anordnung möglich. Bei Anlagen, deren Vorlauftemperatur im Heizkreis 6O°C nicht übersteigt, ist es vorteilhaft, den Kondensator der Wärmepumpe in jenen Abschnitt der Rücklaufleitung des Heizkreises zu legen, der in jeder Stellung des Mischventils vom gesamten Heizkreiswasser durchflossen wird. In diesem Fall arbeitet die Wärmepumpe mitThe measures listed in the subclaims are advantageous developments of those specified in the main claim Arrangement possible. For systems with a flow temperature in the heating circuit Does not exceed 60 ° C, it is advantageous to use the condenser of the heat pump in that section of the return line of the heating circuit that is in every position of the mixing valve is flowed through by the entire heating circuit water. In this case the heat pump also works
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?71 Π 8 7? 71 Π 8 7
einem besonders guten Wirkungsgrad. & t ) \J Q f \ a particularly good degree of efficiency. & t) \ JQ f \
Bei Anlagen, deren Vorlauftemperatur im Heizkreis 60°C überschreitet, kann es vorteilhaft sein, ein Dreiwegemischventil zu verwenden und den Kondensator der Wärmepumpe, vorzugsweise in Reihe mit einem ebenfalls vom Mischventil gesteuerten Absperrventil, in der Rücklauf-Boimischleitung des Heizkreises anzuordnen.For systems with a flow temperature in the heating circuit that exceeds 60 ° C, it can be advantageous to use a three-way mixing valve and the condenser of the heat pump, preferably in series with a shut-off valve, also controlled by the mixing valve, in the return boiler line of the heating circuit to arrange.
Das Stellglied des Mischventils kann bei Bedarf mit weiteren Schaltmitteln zur Steuerung einer zusätzlichen Heizquelle oder eines Heizwasserspeichers versehen sein.The actuator of the mixing valve can, if necessary, with further switching means for controlling an additional heating source or a heating water storage tank.
Zeichnungdrawing
Zwei Ausfuhrungsbexspiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 das erste und Figur 2 das zweite Beispiel jeweils in schematischer Darstellung. Figur 3 zeigt die Arbeitsweise des Mischventils nach Figur 1.Two exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing and explained in more detail in the following description. FIG. 1 shows the first and FIG. 2 the second example, each in a schematic representation. Figure 3 shows the operation of the Mixing valve according to Figure 1.
Die Heizungsanlage nach Fig. 1 hat einen ölbefeuerten Heizkessel 10, von dem eine Vorlaufleitung 11,12,13 zu den Heizkörpern I^ der Anlage führt. Von den Heizkörpern Ik führt eine Rücklaufleitung 15,16,17 zurück zum Heizkessel 10, In die Vorlaufleitung 11,12,13 ist ein Mischventil 20 eingebaut, von dem eine Rücklauf-Beimischleitung 21 zur Rücklaufleitung 15,lG,17 führt. Das nicht dargestellte Stellglied oder bewegliche Ventilglied des Mischventils 20 hat zwei Endstellungen, zwischen denen es nach Maßgabe eines Vorlauftemperaturreglers 22 über einen Stellmotor 23 stufenlos verstellbar ist. Die Arbeitsweise des Mischventils 20 undThe heating system according to FIG. 1 has an oil-fired boiler 10, from which a flow line 11, 12, 13 leads to the radiators I ^ of the system. A return line 15, 16, 17 leads from the radiators Ik back to the boiler 10. A mixing valve 20 is installed in the flow line 11, 12, 13, from which a return admixing line 21 leads to the return line 15, IG, 17. The actuator or movable valve member (not shown) of the mixing valve 20 has two end positions, between which it can be continuously adjusted via a servomotor 23 in accordance with a flow temperature regulator 22. The operation of the mixing valve 20 and
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des Reglers 22 wird später anhand des Schaubildes in Fig. 3 erläutert. Im Abschnitt 16 der Rücklaufleitung ist eine Pumpe 2k zur Umwälzung des Umlaufwassers eingebaut.of the controller 22 will be explained later with reference to the diagram in FIG. 3. A pump 2k for circulating the circulating water is installed in section 16 of the return line.
Der Abschnitt 16 der Rücklaufleitung führt ferner durch den Kondensator 25 einer Wärmepumpe 26, deren Kältemittelkreis von einem Verdampfer 28 über einen Verdichter 29, den Kondensator 25 und ein Expansionsventil 30 zurück zum Verdampfer führt. j)er Verdichter 29 ist von einem Elektromotor 31 angetrieben. Im Verdampfer 28 nimmt das Kältemittel Wärme aus der von einem Gebläse 32 geförderten Umgebungsluft auf, die im Kondensator 25 an das von den Heizkörpern \k kommende Rücklaufwasser abgegeben vird.The section 16 of the return line also leads through the condenser 25 of a heat pump 26, the refrigerant circuit of which leads from an evaporator 28 via a compressor 29, the condenser 25 and an expansion valve 30 back to the evaporator. j) compressor 29 is driven by an electric motor 31st In the evaporator 28, the refrigerant absorbs heat from the conveyed by a fan 32 ambient air vird delivered to the k of the radiators \ coming return water in the condenser 25th
Zwischen den Abschnitten 12 und I3 der Vorlaufleitung ist ein magnetisches Umschaltventil 35 eingebaut, welches das Vorlaufwasscr entweder zu den Heizkörpern Ik oder zu einem Wärmetauscher 36 leitet. Der Wärmetauscher· 36 dient zur Erwärmung von Brauchwasser, das in einer Leitung 37 fließt, welche im Inneren des Wärmetauschers eine Rohrschlange bildet. In die Leitung 37 ist ein hydraulischer Druckschalter 38 eingebaut, der bei Brauchwasserströmung ein Signal an ein elektrisches Steuergerät kO gibt. Dieses schaltet das Umschaltventil 35 auf Brauchwassererwärmung um, sobald und solange Brauchwasser in der Leitung 37 fließt.A magnetic switch valve 35 is installed between the sections 12 and I3 of the flow line, which directs the flow water either to the radiators Ik or to a heat exchanger 36. The heat exchanger 36 is used to heat domestic water which flows in a line 37 which forms a coil inside the heat exchanger. A hydraulic pressure switch 38 is installed in the line 37, which sends a signal to an electrical control unit kO when the hot water flows. This switches the switching valve 35 to domestic water heating as soon as and as long as domestic water flows in the line 37.
Die Leitungsabschnitte 11,21 und 17 bilden den sogenannten Kesselkreis, in welchem der Kessel 10 liegt, während die Leitungsabschnitte 12,13,15^6 und 21 den sogenannten Heizkreis bilden, der über die Heizkörper l4 und den Kondensator 25 der Wärmepumpe führt. Beide Kreise sind über das Mischventil 20 und den gemeinsamen Leitungsabschnitt 21 miteinander gekoppelt.The line sections 11,21 and 17 form the so-called boiler circuit in which the boiler 10 is located, while the Line sections 12,13,15 ^ 6 and 21 the so-called heating circuit form, which leads over the radiator l4 and the condenser 25 of the heat pump. Both circles are via the mixing valve 20 and the common line section 21 coupled to one another.
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Der Regler 22 regelt die Temperatur des Umlaufwassers in der Vorlaufleitung 12,13 des Heizkreises auf einen Sollwert, der von der Außentemperatur geführt ist. Der Regler ist zu diesem Zweck mit einem Außentemperaturfühler k.5 und einem Vorlaufthermostaten 46 versehen. Die Regelung geht so vor sich, daß über das Mischventil 20 so viel heißes Kesselwasser im Austausch gegen abgekühltes Rücklaufwasser dem Heizkreis beigemischt wird, bis die Vorlauftemperatur im Heizkreis den Sollwert erreicht hat. Danach verbindet das Mischventil 20 die Leitungsabschnitte 21 und 12 ungedrosselt miteinander , während es die Leitungsabschnitte 11 und 12 gänzlich unterbricht.The controller 22 regulates the temperature of the circulating water in the flow line 12, 13 of the heating circuit to a setpoint that is guided by the outside temperature. The controller is provided with an outside temperature sensor k.5 and a flow thermostat 46 for this purpose. The regulation proceeds in such a way that so much hot boiler water is added to the heating circuit in exchange for cooled return water via the mixing valve 20 until the flow temperature in the heating circuit has reached the setpoint. The mixing valve 20 then connects the line sections 21 and 12 with one another in an unthrottled manner, while it completely interrupts the line sections 11 and 12.
Im Schaubild nach Fig. 31 in welchem die Durchflußmenge Q in der Beimischleitung 21 über den Stellweg y des Stellgliedes bzw. des beweglichen Ventilgiedes des Mischventils 20 aufgezeichnet ist, ist diese eine Endstellung mit A bezeichnet.In the diagram according to FIG. 31 in which the flow rate Q recorded in the admixing line 21 over the travel y of the actuator or of the movable valve member of the mixing valve 20 is, this one end position is denoted by A.
Fordert der Regler von der Heizungsanlage deren volle Wärmeleistung an, so dreht der Stellmotor 23 das Stellglied des Mischventils 20 in die Stellung B, in welcher die Beimischleitung 21 gesperrt ist und die Leitungsabschnitte 11 und 12 ungedrosselt miteinander verbunden sind. Zwischen A und B liegt ein weiter Bereich von Zwischenstellungen, der eine kontinuierliche Regelung der Vorlauftemperatur ermöglicht. Das Stellglied ist so ausgebildet, daß es im Bereich beider Endstellungen erst einen gewissen Anfangswinkel durchlaufen muß, bevor das Mischventil wirksam wird. In Figur 3 wird das durch die beiden geraden Abschnitte A1 und B1 der Kennlinie deutlich.If the controller requests full heat output from the heating system, the servomotor 23 rotates the actuator of the mixing valve 20 to position B, in which the admixing line 21 is blocked and the line sections 11 and 12 are connected to one another in an unthrottled manner. There is a wide range of intermediate positions between A and B, which enables the flow temperature to be controlled continuously. The actuator is designed so that it first has to pass through a certain starting angle in the area of both end positions before the mixing valve becomes effective. This becomes clear in FIG. 3 by the two straight sections A 1 and B 1 of the characteristic curve.
Der Regler 22 übt zusätzlich die Funktion eines Zweipunktreglers für die Wärmepumpe 26 in Zeiten geringen Wärmebedarfs aus. Zu diesem Zweck ist auf der Achse des Stellmotors 23 eine Nockenscheibe 50 befestigt, die auf einen Ausschalter 51 im Steuerstromkreis des Antriebsmotor 31 der Wärmepumpe einwirkt.The controller 22 also performs the function of a two-point controller for the heat pump 26 in times of low heat demand . For this purpose, a cam disk 50 is attached to the axis of the servomotor 23 and acts on a circuit breaker 51 in the control circuit of the drive motor 31 of the heat pump.
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Wenn das Mischventil 20 die Stellung A einnimmt, d.h. die Vorlaufleitung 12,13 des Heizkreises mit der Beimischleitung 21 verbindet, ist der Schalter 5I geöffnet und auch die Wärmepumpe 26 außer Betrieb gesetzt* Sobald der Regler 22 Warme anzufordern beginnt, setzt sich das Stellglied des Mischventils 20 von der Endstellung A aus gegen die Endstellung B hin in Bewegung. Wenn das Stellglied die Stellung C erreicht hat, schließt der Schalter 51 und setzt die Wärmepumpe 26 in Gang. In dieser Stellung ist die Verbindung der Leitungen 11 und 12 unterbrochen und der Kessel 10 noch außer Betrieb. Wenn die Leistung der Wärmepumpe ausreicht, den Wärmebedarf zu decken, geht das Stellglied des Mischventils 20 in die Ausgangsstellung A zurück. Kurz vor deren Erreichen, in der Stellung D, wird die Wärmepumpe abgeschaltet. Auf diese Weise wird die Vorlauf temperatur auf den außentemperaturgeführten Sollwert des Reglers gehalten.When the mixing valve 20 is in position A, i.e. the supply line 12, 13 of the heating circuit connects to the admixing line 21, the switch 5I is open and also the heat pump 26 is put out of operation * As soon as the controller 22 begins to request heat, the actuator of the Mixing valve 20 from the end position A towards the end position B in motion. When the actuator reaches position C. the switch 51 closes and starts the heat pump 26. The connection is in this position the lines 11 and 12 interrupted and the boiler 10 still out of operation. If the output of the heat pump is sufficient, To cover the heat demand, the actuator of the mixing valve 20 goes back to the starting position A. Shortly before theirs When it is in position D, the heat pump is switched off. In this way, the flow temperature is dependent on the outside temperature Controller setpoint held.
Wenn die Leistung der. Wärmepumpe zur Deckung des Wärmebedarfs allein nicht ausreicht, wird das Stellglied des Mischventils 20 bei laufender Wärmepumpe über die Stellung C weiter gegen die Endstellung B gedreht. Dadurch wird ein zunehmend größerer Teil des abgekühlten Rücklaufwassers über den Kessel 10 geführt und von diesem aufgeheizt über das Mischventil 20 dem Heizkreis wieder beigegeben. Bei steigendem Wärmebedarf heizen also Kessel und Wärmepumpe parallel zueinander das Vorlaufwasser auf, wobei mit zunehmendem Bedarf der Anteil der Kesselleistung an der Gesamtleistung größer wird.When the performance of the. If the heat pump alone is not sufficient to cover the heat demand, the control element of the mixing valve becomes 20 with the heat pump running via position C further towards end position B. This becomes a increasingly larger part of the cooled return water passed through the boiler 10 and heated by this over the mixing valve 20 added to the heating circuit again. When the heat demand increases, the boiler and heat pump heat up parallel to each other the flow water, whereby with increasing demand the proportion of the boiler output in the total output gets bigger.
Beim Zapfen von Brauchwasser wird über das Steuergerät kO dem Regler 22 ein der geforderten Brauchwassererwärmungs-Leistung entsprechender höherer Sollwert aufgeprägt, so daß Kessel 10 und Wärmepumpe 26 voll in Aktion treten und gemeinsam den Wärmebedarf decken. When tapping hot water, a higher setpoint corresponding to the required hot water heating power is impressed on the controller 22 via the control device kO, so that the boiler 10 and heat pump 26 come into full action and together cover the heat demand.
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Bei Vorlauftemperaturen über 60 C können die Drücke im Hochdruckteil der Wärmepumpe u.U. unerwünscht hohe Werte annehmen, wenn ein handelsübliches Kältemittel Verwendung findet. In diesem Fall kann es zweckmäßig sein, den Kondensator 25 der Wärmepumpe nicht in den Leitungsabschnitt 16 der Rücklaufleitung, sondern in die Beiinischleitung 21 einzufügen.At flow temperatures above 60 C, the pressures in the The high-pressure part of the heat pump may assume undesirably high values if a commercially available refrigerant is used finds. In this case, it may be useful not to place the condenser 25 of the heat pump in the line section 16 of the return line, but to be inserted into the auxiliary line 21.
In Figur 2 ist diese abgewandelte Anordnung des Kondensators 25 dargestellt. In Reihe mit dem Kondensator 25 ist ein elektromagnetisches Absperrventil 60 vorgesehen, das über eine zweite Nockenscheibe 61 auf der Achse des Stellmotors 2 3 und einen zweiten Ausschalter 62 gesteuert ist. Die erste Nockenscheibe 50· ist mit einem zweiten Umfangsnocken 6k versehen, über welchen der Ausschalter 51 geöffnet wird, wenn das Mischventil 20 die Stellung E (Fig. 3) erreicht hat. Gleichzeitig wird der Ausschalter 62 betätigt und das Absperrventil 60 stromlos gemacht, wonach die Beimischleitung 21 gesperrt ist und das gesamte Umlaufwasser über den Kessel 10 fließt. Das Stellglied des Mischventils läuft weiter in die Stellung B, in der die volle Kesselleistung auf die Heizkörper I^ bzw. den Brauchwasserbereiter 36 übertragen wird. Bei nachlassender Wärmeanforderung bewegt sich das Stellglied des Mischventils 20 zurück gegen die Stellung A, wobei in der Stellung F die Beimischleitung 21 wieder geöffnet und die Wärmepumpe wieder zugeschaltet wird.This modified arrangement of the capacitor 25 is shown in FIG. In series with the capacitor 25, an electromagnetic shut-off valve 60 is provided, which is controlled via a second cam disk 61 on the axis of the servomotor 23 and a second off switch 62. The first cam disk 50 is provided with a second circumferential cam 6k , via which the on / off switch 51 is opened when the mixing valve 20 has reached position E (FIG. 3). At the same time, the switch 62 is actuated and the shut-off valve 60 is de-energized, after which the admixing line 21 is blocked and all of the circulating water flows through the boiler 10. The actuator of the mixing valve continues to run in position B, in which the full boiler output is transferred to the radiators I ^ or the water heater 36. When the demand for heat decreases, the actuator of the mixing valve 20 moves back to position A, whereby in position F the admixing line 21 is opened again and the heat pump is switched on again.
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