DE1281657B

DE1281657B - Warmwassererzeuger mit vorzugsweise elektrisch beheiztem Waermespeicher

Info

Publication number: DE1281657B
Application number: DER38663A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Helmut Schaefer
Original assignee: Rheinisch Westfaelisches Elektrizitaetswerk AG
Current assignee: RWE AG
Priority date: 1964-08-26
Filing date: 1964-08-26
Publication date: 1968-10-31

Description

Warmwassererzeuger mit vorzugsweise elektrisch beheiztem Wärmespeicher Die Erfindung bezieht sich auf einen Warmwassererzeuger mit vorzugsweise elektrisch beheiztem Wärmespeicher, insbesondere Heizwassererzeuger für Sammelheizungsanlagen, bei dem die Übertragung der Wärme vom Wärmespeicher an das zu erwärmende Wasser durch Verdampfen und Kondensieren einer Flüssigkeit erfolgt, mit mindestens einem innerhalb des Wärmespeichers angeordnetem, mit einer Zuführungsleitung für die Flüssigkeit versehenen Verdampfungsraum und einem mit diesem durch eine Verbindungsleitung verbundenen und von dem zu erwärmenden Wasser beaufschlagten Wärmetauscher, wobei Mittel zur Beeinflussung der dem Verdampfungsraum zugeführten Flüssigkeitsmenge vorgesehen sind. Zur Erzielung eines möglichst geringen Platzbedarfs sind Warmwassererzeuger dieser Art mit Wärmespeichern ausgestattet, deren Speichermaterial auf hohe Temperaturen, z. B. auf 800° C und mehr, aufgeheizt werden kann. Warmwassererzeuger mit Wärmespeicher werden insbesondere als Heizwassererzeuger für Sammelheizungsanlagen mit im Kreislauf geführtem Heizwasser verwendet, dienen aber auch als Warmwassererzeuger für Brauchwasser. Dabei werden im allgemeinen Wassertemperaturen bis etwa 90° C gefordert. Zur Übertragung der bei Temperaturen von 800° C und mehr gespeicherten Wärme auf das Warmwasser hat man bisher einen in sich geschlossenen Zwischenkreislauf vorgesehen. Die Anordnung eines derartigen Zwischenkreislaufes ist jedoch mit erheblichem baulichen Aufwand verbunden und bringt für die Regelung der Anlage große Schwierigkeiten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Warmwassererzeuger mit Wärmespeicher zu schaffen, der durch Wegfall eines geschlossenen Zwischenkreislaufes platzsparend und konstruktiv einfach aufgebaut ist sowie in einfacher Weise geregelt werden kann, so daß er beispielsweise auch zum Betrieb von Stockwerkheizungsanlagen wirtschaftlich eingesetzt werden kann.
Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß der Wärmetauscher als Kondensationsraum ausgebildet ist, in den die Verbindungsleitung frei ausmündet und der zugleich in den Strömungsweg des in einer Leitung strömenden Wassers eingeschaltet ist, und daß die Zuführungsleitung an die wasserführende Leitung angeschlossen ist, wobei die Strömungswiderstände in den Leitungen so gewählt sind, daß ein Teil des in der Leitung strömenden Wassers als zu verdampfende Flüssigkeit dem Verdampfungsraum zugeführt wird.
Gemäß einer Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung sind mehrere untereinander in Verbindung stehende Verdampfungsräume vorhanden. Hierdurch wird eine gleichmäßige Entladung des Wärmespeichers erzielt.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind in an sich bekannter Weise an den Mündungen der Zuführungsleitung in den Verdampfungsräumen Sprühvorrichtungen vorgesehen, welche das den Verdampfungsräumen zugeführte Wasser in diese fein verteilt einsprühen. Die Verbindungsleitung mündet vorteilhaft oberhalb des sich in dem Kondensationsraum einstellenden Wasserspiegels.
Zur raschen Kondensation des Dampfes sind nach weiterer Lehre der Erfindung in dem Kondensationsraum Wirbeleinrichtungen vorgesehen, die den Dampf mit dem in dem Kondensationsraum befindlichen Wasser verwirbeln. Vorzugsweise mündet hierzu die wasserführende Leitung über ein Einlaufrohr in den Kondensationsraum oberhalb des Wasserspiegels über Rohre mit Sprühdüsen, wodurch das dem Kondensationsraum zugeführte Wasser in dem Dampfraum versprüht und auf diese Weise eine rasche Kondensation des Dampfes und eine Intensivierung des Wärmeaustausches erreicht wird.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist die Zuführungsleitung als Steigleitung ausgeführt und an die wasserführende Leitung in Strömungsrichtung des Wassers gesehen vor oder nach dem Kondensationsraum angeschlossen. Hierdurch wird erreicht, daß bei Druckabfall in der wasserführenden Leitung auch den Verdampfungsräumen im Wärmespeicher kein Wasser über die Zuführungsleitung mehr zugeführt wird, so daß die Verdampfung und damit die Wärmezufuhr an das zu erwärmende Wasser selbsttätig unterbrochen wird.
Eine weitere Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Beeinflussung der dem Verdampfungsraum zugeführten Wassermenge darin bestehen, daß in an sich bekannter Weise in der Zuführungsleitung ein von einem von der Temperatur des erwärmten Wassers beherrschten Thermostaten gesteuertes Regelventil angeordnet ist. Hierdurch kann der erfindungsgemäße Warmwassererzeuger bei schwankendem Wärmebedarf in einfacher Weise geregelt werden. Bei konstantem Wärmebedarf bestehen die Mittel zur Beeinflussung der dem Verdampfungsraum zugeführten Wassermenge vorteilhaft darin, daß die Strömungswiderstände der Zuführungsleitung und der wasserführenden Leitung in ihrem Verhältnis zueinander entsprechend der im Verdampfungsraum zu verdampfenden Wassermenge einstellbar sind. Wird der erfindungsgemäße Warmwassererzeuger als Heizwassererzeuger für Sammelheizungsanlagen betrieben, so ist die wasserführende Leitung in bekannter Weise als Umlaufleitung, in der eine Umwälzpumpe angeordnet ist, ausgeführt.
Gemäß einer letzten Ausführungsform besteht der Wärmespeicher aus zwei oder mehr voneinander getrennt heizbaren Speicherteilen. In bekannter Weise kann dabei eines oder mehrere der Speicherteile die anderen Speicherteile unter Freilassung eines Abstandes umschließen, was den Vorteil hat, daß in der Übergangszeit die inneren Speicherteile allein aufgeheizt werden können und in diesem Fall die äußeren Speicherteile eine zusätzliche Isolation darstellen. Dadurch werden die auf die gespeicherte Wärme bezogenen Wärmeverluste in der Übergangszeit nicht größer als bei voller Ausnutzung der Heizleistung.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert.
Die einzige Figur zeigt in schematischer Darstellung den Aufbau eines erfindungsgemäßen Warmwassererzeugers mit Wärmespeicher.
Der in der Figur dargestellte Warmwassererzeuger besteht in seinem grundsätzlichen Aufbau aus einem Wärmespeicher 41, 42, der im dargestellten Ausführungsbeispiel über Heizelemente 41 a, 42 a elektrisch beheizt wird, dem Verdampfungsraum 5 und dem Kondensationsraum 11. Die Beheizung des Wärmespeichers kann aber ebensogut durch Gas oder andere Energiearten erfolgen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der erfindungsgemäße Warmwassererzeuger als Heizwassererzeuger für Sammelheizungsanlagen mit im Kreislauf geführtem Heizwasser ausgeführt. Das zu erwärmende Wasser wird über die Wasserleitung 14 und ein Einlaufrohr 13 in den Kondensationsraum 11 geführt, in dem oberhalb des Wasserspiegels 15 Rohre 12 mit Sprühdüsen 12 a angeordnet sind, durch die das zu erwärmende Wasser in den Kondensationsraum 11 eingesprüht wird. Der Kondensationsraum 11 ist über eine dampfführende Verbindungsleitung 7 an den Verdampfungsraum 5 angeschlossen. Über die Wasserleitung 16, in der eine Umwälzpumpe 18 vorgesehen ist, wird das erwärmte Wasser den nicht dargestellten Heizkörpern zugeführt, über die sich der Kreislauf zu der Wasserleitung 14 schließt. Soll dem erfindungsgemäßen Warmwassererzeuger Brauchwasser entnommen werden, so ist über die Wasserleitung 14 das zu erwärmende Wasser zuzuführen, während über die Wasserleitung 16 das erwärmte Wasser abgenommen werden kann.
Der Dampfraum 5 ist über die wasserführende Zuführungsleitung 2 in Strömungsrichtung des Wassers gesehen vor, oder über die wasserführende Zuführungsleitung 1 in Strömungsrichtung gesehen nach dem Kondensationsraum 11 an die Wasserleitung 14 bzw. 16 angeschlossen. Die Zuführungsleitung 1 bzw. 2 ist als Steigleitung ausgeführt. An den Mündungen der Zuführungsleitung 1 bzw. 2 sind in den Verdampfungsräumen 5 Sprühvorrichtungen 3 vorgesehen. Über die Zuführungsleitung 1 bzw. 2 wird den Verdampfungsräumen 5 ein Teil des zu erwärmenden bzw. bereits erwärmten Wassers zugeführt, das durch die Sprühvorrichtungen 3 in die Verdampfungsräume 5 eingesprüht wird. Der hierbei entstehende Dampfdruck treibt den Dampf durch die dampfführende Verbindungsleitung 7 in den Kondensationsraum 11, in welchem die dampfführende Verbindungsleitung oberhalb des sich einstellenden Wasserspiegels einmündet. Dadurch, daß über die oberhalb des Wasserspiegels 15 einmündenden Rohre 12 mit den Sprühdüsen 12 a das zu erwärmende Wasser in den von Dampf erfüllten Raum eingesprüht wird, ist eine rasche Kondensation des Dampfes zu erreichen. Man kann aber auch, was in der Figur nicht dargestellt ist, das Einlaufrohr 13 der Wasserleitung 16 unterhalb des Wasserspiegels 15 in dem Kondensationsraum 11 münden lassen und Dampf und Wasser verwirbelnde Einrichtungen in dem Kondensationsraum 11 vorsehen.
Zur Beeinflussung der dem Verdampfungsraum 5 zugeführten Wassermenge ist in der wasserführenden Zuführungsleitung 1 bzw. 2 ein Regelventil 6 bzw. 8 angeordnet, das von einem Thermostaten 17 in der Wasserleitung 16 gesteuert wird. Kann man einen annähernd konstanten Wärmeverbrauch annehmen, so kann man die Wassermenge, die dem Verdampfungsraum 5 zugeführt wird, auch dadurch beeinflussen, daß die Strömungswiderstände der wasserführenden Zuführungsleitung 1 bzw. 2 und der Wasserleitung 14,16 in ihrem Verhältnis zueinander entsprechend der im Verdampfungsraum zu verdampfenden Wassermenge einstellbar sind.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel besteht der Wärmespeicher aus zwei getrennt beheizbaren Speicherteilen 41, 42 die mit elektrischen Heizelementen 41 a, 42 a versehen sind. Die Speicher 41, 42 sind zur Bildung der Verdampfungsräume 5 mit Abstand gegeneinander angeordnet und bestehen im Ausführungsbeispiel aus einem inneren Speicherteil 42 und einem zweiten, das erste konzentrisch umschließende Speicherteil 41. Der Verdampfungsraum bzw. die Verdampfungsräume 5 sind zweckmäßig mit Edelstahl ausgekleidet. Wärmespeicher mit Verdampfungsraum und Kondensationsraum können zu einer baulichen Einheit verbunden sein.

Claims

Patentansprüche: 1. Warmwassererzeuger mit vorzugsweise elektrisch beheiztem Wärmespeicher, insbesondere Heizwassererzeuger für Sammelheizungsanlagen, bei dem die Übertragung der Wärme vom Wärmespeicher an das zu erwärmende Wasser durch Verdampfen und Kondensieren einer Flüssigkeit erfolgt, mit mindestens einem innerhalb des Wärmespeichers angeordneten, mit einer Zuführungsleitung für die Flüssigkeit versehenen Verdampfungsraum und einem mit diesem durch eine Verbindungsleitung verbundenen und von dem zu erwärmenden Wasser beaufschlagten Wärmetauschen wobei Mittel zur Beeinflussung der dem Verdampfungsraum zugeführten Flüssigkeitsmenge vorgesehen sind, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß der Wärmetauscher als Kondensationsraum (11) ausgebildet ist, in den die Verbindungsleitung (7) frei ausmündet und der zugleich in den Strömungsweg des in einer Leitung (1.3, 14, 16) strömenden Wassers eingeschaltet ist, und daß die Zuführungsleitung (1 bzw. 2) an die wasserführende Leitung (13, 14, 16) angeschlossen ist, wobei die Strömungswiderstände in den Leitungen so gewählt sind, daß ein Teil des in der Leitung (13, 14, 16) strömenden Wassers als zu verdampfende Flüssigkeit dem Verdampfungsraum (5) zugeführt wird.
2. Warmwassererzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere untereinander in Verbindung stehende Verdampfungsräume (5) vorhanden sind.
3. Warmwassererzeuger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise an der Mündung der Zuführungsleitung (1 bzw. 2) in den Verdampfungsräumen (5) Sprühvorrichtungen (3) vorgesehen sind.
4. Warmwassererzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitung (7) in den Kondensationsraum (11) oberhalb des sich einstellenden Wasserspiegels (15) einmündet.
5. Warmwassererzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Kondensationsraum (11) Wirbeleinrichtungen vorgesehen sind.
6. Warmwassererzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die das zu erwärmende Wasser dem Kondensationsraum zuführende Leitung (14) über ein Einlaufrohr (13) in den Kondensationsraum (11) oberhalb des Wasserspiegels (15) über Rohre (12) mit Sprühdüsen (12 a) einmündet.
7. Warmwassererzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitung (1 bzw. 2) als Steigleitung ausgeführt und an die wasserführende Leitung (14, 16), in Strömungsrichtung des Wassers gesehen, vor oder nach dem Kondensationsraum (11) angeschlossen ist. B.
Warmwassererzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Beeinflussung der dem Verdampfungsraum (5) zugeführten Wassermenge darin bestehen, daß in an sich bekannter Weise in der Zuführungsleitung (1 bzw. 2) ein von einem von der Temperatur des erwärmten Wassers beherrschten Thermostaten (17) gesteuertes Regelventil (6 bzw. 8) angeordnet ist.
9. Warmwassererzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Beeinflussung der dem Verdampfungsraum (5) zugeführten Wassermenge darin bestehen, daß die Strömungswiderstände der Zuführungsleitung (1 bzw. 2) und der wasserführenden Leitung (14, 16) in ihrem Verhältnis zueinander entsprechend der im Verdampfungsraum (5) zu verdampfenden Wassermenge einstellbar sind.
10. Warmwassererzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmespeicher aus zwei oder mehr voneinander getrennt beheizbaren Speicherteilen (41, 42) besteht. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 1146 602; USA.-Patentschrift Nr. 1580 293.