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Die
Erfindung betrifft eine Verkalkungsschutzeinrichtung für ein Warmwassergerät, wobei
in einem Wasserspeicher oberhalb eines Heizkörpers ein Granulatbehälter mit
einem Kristallisationskeime liefernden Granulat angeordnet ist und
der Granulatbehälter
von Speicherwasser durchströmbar
ist. Der Heizkörper
kann ein elektrischer Heizkörper
oder ein Wärmetauscher
sein.
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Eine
derartige Verkalkungsschutzeinrichtung ist in der WO 02/42220 A1
beschrieben. Das Granulat gibt Kristallisationskeime an das Speicherwasser ab.
Diese Kristallisationskeime binden Kalziumionen und Karbonationen
aus dem Wasser, so dass der Heizkörper und die Wandung des Wasserspeichers weitgehend
frei von Kalkablagerungen bleiben.
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Die
Einrichtung nach der WO 02/42220 A1 ist so gestaltet, dass sich
im Speicherwasser infolge der Erwärmung durch den Heizkörper eine
Konvektionsströmung
durch das Granulat einstellt. Diese Konvektionsströmung ist
vergleichsweise schwach, was zur Folge hat, dass die in das Speicherwasser transportierte
Anzahl der Kristallisationskeime nur klein ist. Der Strömungswiderstand
des Granulats verringert die Konvektionsströmung. Die Konvektionsströmung endet
zwangsläufig,
wenn der Heizkörper
abgeschaltet ist.
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Nachteilig
bei der Einrichtung nach der WO 02/42220 A1 ist auch, dass infolge
der Konvektionsströmung
eine an sich im Wasserspeicher gewünschte Temperaturschichtung,
bei der das Wasser oben – beim
Warmwasserauslauf – wärmer als
unten ist, kaum zu erreichen ist.
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In
der WO 02/42220 A1 ist zum Stand der Technik angegeben, dass eine
Zirkulation über
das Granulat bei einem Elektroboiler mittels Zirkulationsleitung
bekannt ist und dass diese nachteilig ist, weil eine Zirkulationsleitung
mit Zirkulationspumpe und Energie für deren Betrieb nötig ist
und durch die Zirkulation Wärmeverluste
entstehen und außerdem
die Zirkulation bei Schichtspeichern problematisch ist.
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In
der
DE 200 22 322
U1 ist ein Heißwasserboiler
mit einer solchen Zirkulationsleitung beschrieben. Eine Umwälzpumpe
fördert
am Heißwasseranschluss
des Boilers entnommenes Wasser über
den Granulatbehälter
und führt
es dem Kaltwasseranschluss des Boilers wieder zu. Diese Zirkulation
hat die in der WO 02/42220 A1 genannten Nachteile. Sie ist baulich
aufwändig
und wegen des Energiebedarfs der Umwälzpumpe und des Wärmeverlusts
in der Zirkulationsleitung energetisch ungünstig. Außerdem behindert ihre Funktion
die Temperaturschichtung im Wasserspeicher. Die Zirkulationsleitung
mit ihren Aggregaten ist als Baueinheit außerhalb des Warmwassergeräts angeordnet.
Während
des Zapfbetriebs ist die Zirkulationsleitung unwirksam.
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In
der
AT 406 826 B ist
eine Vorrichtung zum Desinfizieren einer Wasserbehandlungseinheit
im Kaltwasserteil oder Warmwasserteil einer Trinkwasserhausinstallation
beschrieben. Diese Vorrichtung ist außerhalb des eigentlichen Warmwassergeräts angeordnet.
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In
der
DE 195 27 252
A1 ist ein Verfahren zum Entkalken von Wasser beschrieben,
wobei dem Wasser Kristallkeime zugeführt werden und im Wasser durch
Erwärmung
leicht lösliches
Bikarbonat zu schwer löslichem
Karbonat umgewandelt wird. Die Karbonate werden zur Zusammenballung
zu Kristallaggregaten an den Kristallkeimen gebracht, welche dann
abgeschieden werden.
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Aus
der
EP 0 621 239 B1 ist
eine weitere Wasseraufbereitsanlage auf Ionenaustauscherbasis bekannt.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, bei einer Verkalkungsschutzeinrichtung der
eingangs genannten Art die Durchströmung des Granulats zu verstärken und
die Temperaturschichtung im Speicher möglichst wenig zu stören.
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Erfindungsgemäß ist obige
Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Mittels
der Fördereinrichtung
wird der Granulatbehälter
zwangsweise durchströmt.
Wasser aus dem oberen, warmen Wasserschichtbereich tritt durch die
seitlichen Wassereintrittsöffnungen
in ihn ein, wird im Granulat mit Kristallisationskeimen angereichert
und nach unten in den kalten Wasserschichtbereich in die Nähe des Heizkörpers (z.B.
elektrischer Rohrheizkörper
oder fluiddurchflossener Wärmetauscher)
gefördert.
Hier entfalten die Kristallisationskeime während der Erwärmung ihre
Wirkung als Kalkschutz. Der ausfällende
Kalk lagert sich an den Kristallisationskeimen und nicht an dem
Heizkörper oder
der Speicherwandung an. Er bleibt im Wasser in Schwebe.
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Bei
einem folgenden Zapfvorgang werden die in Schwebe befindlichen Kalkpartikel
aus dem Speicher gespült.
Das so behandelte Wasser hat die vorteilhafte Eigenschaft, dass
der sich am Perlator durch Verdunstung absetzende Kalk leicht abwischbar
ist und auch in einem Becken durch Austrocknung abgelagerter Kalk
nur leicht anhaftet.
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Durch
die definierte und zwangsweise Durchströmung des Granulatbehälters ergibt
sich eine große
Anzahl von Kristallisationskeimen, auch wenn das Volumen des Granulatbehälters nicht
besonders groß ist.
Dies steigert die Kalkschutzwirkung. Umgekehrt kann auch mit einem
vergleichsweise kleinen Granulatbehälter eine hohe Kalkschutzwirkung
erreicht werden. Da der Granulatbehälter im warmen Wasserschichtbereich
angeordnet ist, ist mit der Bildung einer hohen Anzahl von Kristallisationskeimen
zu rechnen.
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Die
gewünschte
Temperaturschichtung im Wasserspeicher wird kaum gestört, da Wasser
nicht von unten in den Granulatbehälter gesaugt wird. Da der Granulatbehälter im
Innern des Wasserspeichers angeordnet ist, sind die Wärmeverluste
und der Installationsaufwand gering.
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Vorzugsweise
ist zwischen dem Granulatbehälter
und dem Heizkörper
ein Schutzschild angeordnet. Dieses unterstützt den Erhalt der Temperaturschichtung,
in dem es dafür
sorgt, dass Wasser nicht direkt von unten angesaugt wird. Das Schutzschild kann
so gestaltet sein, dass es eine thermische Isolation zwischen dem
Heizkörper
und dem Granulatbehälter
bildet, was sich bei einem etwaigen Trockengang des Wasserspeichers
als vorteilhaft erweisen kann.
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In
bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist die Fördereinrichtung
von einer Wasserstrahlpumpe gebildet, die bei dem Wasserspeicher
zulaufenden Kaltwasser mit Kristallisationskeimen angereichertes
Wasser aus dem Granulatbehälter
absaugt und dem Kaltwasser beimischt. Die Wasserstrahlpumpe benötigt keine
elektrische Energie, so dass auch elektrische Anschlüsse entfallen.
Sie kann außerhalb
oder innerhalb des Wasserspeichers angeordnet sein.
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Die
Wassersttahlpumpe arbeitet selbständig, wenn Kaltwasser in den
Wasserspeicher eingelassen wird bzw. Warmwasser gezapft wird.
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Die
Einrichtung kann bei den verschiedensten Warmwassergeräten, beispielsweise
mit Druckspeichern oder drucklosen Speichern, eingesetzt werden.
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Es
ist auch möglich,
die Einrichtung in einem Durchlauferhitzer zu verwenden, der beispielsweise mit
einem Rohrheizkörper
oder einem Blankdrahtheizkörper
ausgestattet ist.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung liefert der Warmwasserspeicher
auch keimfreies Wasser. Dazu wird er in einem Temperaturbereich zwischen
ca. 60 und 85°C
betrieben oder in Intervallen – z.B. über eine
Zeitschaltuhr oder Elektronik gesteuert – auf ca. 70°C aufgeheizt.
Der Temperaturbereich zwischen 60 und 85°C ist in einer einfachen Ausgestaltung
durch mechanische Begrenzungen am Einstellknopf erreicht. In einem
elektronischen Regler ist dies über
das Einstellen von Grenzwerten erreicht.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen
und der folgenden Beschreibung. In der Zeichnung zeigen:
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1 eine Schnittansicht der
Verkalkungsschutzeinrichtung bei einem Warmwassergerät,
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2 eine gegenüber 1 vergrößerte Schnittansicht der Wasserstrahlpumpe
und
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3 eine weitere Schnittansicht
der Einrichtung nach 1.
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Ein
Warmwassergerät,
beispielsweise ein druckloser Untertischboiler, weist einen Wasserspeicher 1 aus
Kunststoff mit oben liegendem Kaltwasser-Zulaufstutzen 2 und
oben liegenden Warmwasser-Ablaufstutzen 3 auf.
Ein Kaltwasser-Einströmrohr 4 erstreckt
sich außerhalb
des Wasserspeichers 1 vom Kaltwasser-Zulaufstutzen 2 zu
einer Mündung 5 unten
im Wasserspeicher 1. An einem Bodenflansch 6 sind
ein unten im Wasserspeicher 1 liegender elektrischer Heizkörper 7 und
Wärmefühler-Schutzrohre 8 angeordnet.
Auf die Schutzrohre 8 ist im Innern des Wärmespeichers 1 ein
Granulatbehälter 9 aufgesetzt,
der oberhalb des Heizkörpers 7 liegt.
Im Granulatbehälter 9 befindet
sich ein in Wasser Kristallisationskeime bildendes Kalkschutzgranulat 10.
Der Granulatbehälter 9 weist
seitlich an seinem Umfang eine Vielzahl von Wassereintrittsschlitzen 11 auf,
deren Breite beispielsweise etwa 0,2 mm beträgt und die eine leichte Durchströmbarkeit
gewährleisten.
Der Granulatbehälter 9 weist
oben, mutig, einen Anschluss 12 auf, in den eine Wasserförderleitung 13 mündet. Vor
dem Anschluss 12 ist ein Sieb 14 angeordnet, um
ein Ausspülen
des Granulats zu vermeiden.
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Die
Wasserförderleitung 13 besteht
aus einem elastischen, flexiblen Schlauchstück 15, das Stöße aufnimmt,
und einem am Wasserspeicher 1 ausgebildeten, nach außen führenden
Rohrstück 16.
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Im
Rohrstück 16 ist
ein Rückschlagventil 17 angeordnet.
Das Rohrstück 16 ist
an die Wasserstrahlpumpe 18 angeschlossen, die am Kaltwasser-Zulaufstutzen 2 liegt.
Die Wasserstrahlpumpe 18 arbeitet mit einer Venturidüse 19,
die in ihrem Unterdruckbereich Kristallisationskeime enthaltendes Wasser
durch die Wasserförderleitung 13 aus
dem Granulatbehälter 9 ansaugt.
Parallel zur Venturidüse 19 ist
ein Bypass 20 mit einem Bypassventil 21 vorgesehen.
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Zwischen
dem im warmen Wasserschichtbereich liegenden Granulatbehälter 9 und
dem im kalten Wasserschichtbereich liegenden Heizkörper 7 ist ein
gewölbtes, über den
Granulatbehälter 9 überstehendes
Schutzschild 22 angeordnet. Über dem wannenförmigen Schutzschild 22 weist
der Granulatbehälter 9 an
seinem Boden Öffnungen 23 auf,
durch die über
das Schutzschild 22 zusätzlich
Wasser aus dem warmen Wasserschichtbereich angesaugt werden kann.
Das Schutzschild 22 bewirkt den Erhalt der Temperaturschichtung
im Wasserspeicher 1, indem nur Wasser aus dem oberen, warmen
Speicherbereich angesaugt wird. Außerdem bietet das Schutzschild 22 einen
thermischen Schutz des Granulatbehälters 9 gegenüber dem
Heizkörper 7.
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Sobald
Warmwasser gezapft wird und entsprechend Kaltwasser in den Zulaufstutzen 2 strömt, baut
sie Wasserstrahlpumpe 18 einen Unterdruck auf. Ab einer
Durchflussmenge von etwa 1 l/min öffnet das Rückschlagventil 17 und
es wird aus dem Granulatbehälter 9 mit
Kristallisationskeimen angereichertes, warmes Wasser dem Kaltwasser-Volumenstrom zugemischt.
Die Warmwassermenge kann bis zu 50% des gezapften Kaltwasser-Volumenstromes
betragen. An der Mündung,
in der Nähe
des Heizkörpers 7,
strömt
das mit Kristallisationskeimen angereicherte Wasser in den Speicher 1.
Hier entfalten die Kristallisationskeime während des Aufheizvorganges
ihre Wirkung als Kalkschutz, indem der ausfällende Kalk sich an den Kristallisationskeimen und
nicht an der Oberfläche
des Heizkörpers 7 oder der
Wandung des Wasserspeichers 1 anlagert. Die Kalkpartikel
bleiben in Schwebe und werden beim weiteren Zapfvorgang oder einem
folgenden Zapfvorgang über
den Warmwasser-Ablaufstutzen 3 ausgespült.
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Das
Rückschlagventil 17 verhindert
eine ungewollte und für
die Temperaturschichtung im Wasserspeicher 1 unvorteilhafte
Einströmung
von Kaltwasser durch den Granulatbehälter 9 in den Wasserspeicher 1.
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Die
Wasserstrahlpumpe 18 ist bevorzugt so dimensioniert, dass
bereits bei einem geringen Volumenstrom ein signifikanter Unterdruck
entsteht, was zwangsläufig
zur Folge hat, dass zunächst
keine hohen Volumenströme
möglich
sind. Der Bypass 20 erhöht
den Kaltwasser-Volumenstrom,
wobei das Bypassventil 21 bei einem definierten Volumenstrom öffnet.
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Bei
dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist
der Austausch des Granulatbehälters 9 beim
Abbau des Bodenflansches 6 möglich. Es kann am Wasserspeicher 1 auch
eine zusätzliche Öffnung vorgesehen
sein, durch die sich der Granulatbehälter 9 austauschen
lässt.
Der Granulatbehälter 9 kann dann
an einem Deckel oder Flansch der Öffnung befestigt sein.