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Wärmetauscher zum Bereiten von warmem Brauchwasser. Die Erfindung
bezieht sich auf einen Wärmetauscher zum Bereiten von warmem Brauchwasser, welches
durch eine schraubenförmig gewunc:-3ne Rohrschlange hindurchgeleitet wird, welche
in einer, vom 'Umlaufwasser eines gasbeheizten Umlauf-Wassererhitzers durchströmten
Wärmetauscher-Behälter eingesetzt ist, Bei bekannten Wärmetauschern zum Bereiten
von warmemBrauchwasser, welche im Nebenschluss zu den Heizkörpern einer Zentralheizungsanlage
angeordnet sind, hat sich herausgestellt, dass bei solchen Anlagen die AusbildÜrig
des @Iärmetauschers von besonderer Bedeutung ist. Dies gilt nicht nur hinsichtlich
des allgemein gültigen Problems der Erzielung,einer besonders günstigen Wärmeübertragung
in ' diesem Wärmetauscher, sondern zusätzlich hinsichtlich der Tatsache, dass der
Wärmetauscher eine Druckverlustquelle im. Unlaufwassersystem bildet und diesem System
im Hinblick auf den gasbeheizten Umlauf-Wassererhitzer gewisse Grenzen hinsichtlich
der Grösse dieser Druckverluste gesetzt sind.
Es ist bereits ein
Wärmetauscher für umlauf -Gaswassererhitzer bekannt geworden*(DBGM 1 920
166), bei welchem das zu erwärmende Brauchwasser jeweils geradlinig in Längsrichtung
durch zwei zylindrche Behälter geleitet wird, welche hintereinander geschaltet sind
und im Gegenstrom von einem Teil des von dem Umlauf-Wassererhitzer erwärmten Wassers
durchflossen werden, während der restliche Teil dieses Wassers weiterhin durch die
Heizkörper einer Zentralheizungsanlage geführt wird. Dieser Wärmetauscher hat den
Nachteil, dass seine Wärmeübertragungsfläche relativ gering ist, so dass seine Leistung
den heute gesellten Anforderungen an solche Wärmetauscher nicht gerecht wird. Dies
geht auch daraus hervor, dass nur ein Teil des Umlaufwassers durch diBsen Wärmetauscher
geleitet wird.
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Es sind auch bereits Wärmetauscher für andersartige Anlagen bekannt
geworden, bei denen das zu erwärmende Medium in einer schraubenförmig gewundenen
Rohrschlange geführt wird=(DBGM 1 827 570,
USA-Patentschrift 2 324 707). Diese
Anlagen haben den Nachteil, dass im einen Fälle das wärmeabgebende Medium beim Durchlauf
durch den Wärmetauscher einem grossen Strömuagswiderstand ausgesetzt ist und dadurch,
einen Druckabfall erleidet, welcher seineAnwendung in Wärmetauschern der vorliegenden
Art unmöglich macht. Der gleiche Nachteil gilt auch bei einer anderen .Anlage, bei
weicher das wärmeabgebende Medium durch Birte erste Rohrwendel geleitet wird, wobei
die Wärme i m Gegenstromprinzip auf e=-ne Flüssigkeit übertragen wird, welche durch
eine konzentrisch zur ersten lJendel angeordnete zweite Wendel geleitet wird. Neben
den auftretenden hohen Druckve:.lus ten können diese Anlagen ausserdem den Nachteil
haben, dass die Flüssigkeitsanschlüsse auf zwei einander gegenüberliegenden Enden
des WärmetaiPchers angebracht sind, was zu Installationsschwierigkeiten führen kann.
.auch ein anderer bekannter Durchlauf-Warmwasserbereiter in Schwerkraftheizungen
mit einer schraubenförmig gewundenen 2ohrschlange, durch welche das zu erwärmende
Brauchwasser hindurchgeleitet wird, kann die bei einer Zentralheizungsanlage mit
einem als Wärmequelle dienenden Umlauf-Wassererhitzer gestellten Forderungen
nicht
erfüllen, da in einem solchen Fall die Wärmeübertragung zwischen dem wärmeabgebeneden
Umlaufwasser und dem-Brauchwasser wegen zu geringer Strömungsgeschwindigkeit ungenügend
wäre.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher zum
Bereiten von warmem Brauchwasser zu schaffen, welcher den speziellen . Erfordernissen
eines eingangs erwähnten gasbeheizten Umlauf=-Wassererhitzers gerecht wird und die
Nachteile der vorstehend genannten bekannten Wärmetauscher vermeidet.
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Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe an einem Wärmetauscher zum Bereiten
von warmem Brauchwasser der eingangs angeführten Art durch die Vereinigung der Merkmale
erreicht, dass a) der langgestreckte, lotrecht angeordnete Wärmetaucher-Behälter
mit einem zentralen, lotrechten Mantelrohr versehen ist, ,welches mit Abstand vom
Behälterdeckel eine freid Eintrittsöffnung aufweist und am Behälterboden über eine
Anschlussöffnung mit der Rücklaufleitung des Umlauf-Wassererhitzers verbunden ist,
b) am Behälterboden eine weitere Anschlussöffnung vorgesehen ist, an welche die
Vorlaufleitung des Umlauf-Wassererhitzers angesch:ossen ist, e) konzentrisch und
mit Abstand zum Mantelrohr die Rohrschlange in Form von zwei mit Abstand voneinander
und mit entgegengesetztem Windungssinn zylindrishh gewundenen Rohrwendeln angeordnet
ist, deren innere: Enden miteinander verbunden und deren andere Enden am Behälterboden
herausgeführt sind und schliesslich d) sich beide Rohrwendeln über die gesamte Länge
des Mantelrohres erstrecken.
Durch die Führung des Brauchwassers
durch mehrere schraubenförmig gewundene Rohrwendeln wird auf relativ kleinem Raum
eine grosse Wärmeübergangsfläche im Wärmetauscher erzielt.. Durch die Aus-=richtung
der schraubenförmigen Rohrwendeln mit ihrer Längsachse in Strömungsrichtung des
Umlaufwassers und durch den Abstand zwischen den einzelnen Rohrwendeln und dem zentralen
Mantelrohr werden ein relativ grosser Durchlassquerschnitt und für den Värmeübergang
günstige Strömungsverhältnisse für das Umlaufwasser erreicht, so dass das Umlaufwasser
mit einer ausreichend hohen Geschwindigkeit bei relativ geringem Druckverlust durchlaufen
kann, was für die Betriebssicherheit des gasbeheizten Umlauf-Wassererhitzers der
Anlage von Bedeutung ist. Ausserdem wird bei dieser Anordnung auch die Herstellung
des Wärmetauschers erleichtert, dessen konzentrische Rohrwendeln leicht ineinandergeschoben
und an .den gewünschten Enden zwecks Hintereinanderschaltung durch kurze Muffen
miteinander verbunden werden können.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Abstand
der Rohrwendeln voneinander, geg über dem zentralen Mantel-,rohr und der äusseren
Behälterwand durch Drähte gesichert ist, welche zwischen diesen Teilen parallel
zur Längsachse des zentralen . Mantelrohres verlaufen. Ferner ist dabei die Ausbildung
so-getroffen, dass die Drähte als geschlossene, jeweils über die erste und letute_
Windung einer Rohrwendel geführte, in Längsrichtung.der Wendeln verlaufende endlose
Schleifen angeordnet sind.
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Der Gegenstand der ERfindung wird in einem Ausführungsbeispiel anhand
der Zeichnung erläutert.
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Im einzelnen zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Umlauf-Wassererhitzen
für eine Zentralheizungsanlage mit Brauchwasser-Wärmetauscher;,
Fig.
2 einen vertikalen Längsschnitt durch einen Brauchwasser-Wärmetauscher für -eine
Anlage nach Fig.1; Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III in Fig. 2..
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Die schematische Darstellung in Figur 1 zeigt einen Umlauf-Wassererhitzer
mit einem zur Erwärmung des Umlaufwassers dienenden Wärmetauscher, welcher als Lamellenblock
10 mit einer diesen durchsetzenden Rohrschlange ausgebildet ist, und einem Gasbrenner
11, welchem das Gas über eine Gaszufuhrleitung 12, ein Gas-Absperrventil 13, ein
Gas-Sicherheitsventil 14 und einen Gasmengenregler 15 mit einem Schwimmerglied 16
und einem ersten Nebenkanal 17 und einem zweiten Nebenkangl 18 zugeführt wird. Das
Gas-Sicherheitsventil 14 wird von einer Wassermangelsicherung 19 in Abhängigkeit
von einer sich zwischen einer Hochdruckkammer 20 und einer Niederdruckkammer 21
auftretenden Druckdifferenz gesteuert. Der Aufbau eines solchen gasbeheizten Umlauf
-Wassererhitzers ist bekannt und braucht daher in diesem Zusammenhang nichtnäher
beschrieben werden.
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Das im Lamellenblock 10 erhitzte Wasser gelangt über eine Vorlaufleitung
22 zu einer Abzweigstelle 23, an welcher ein beispielsweise elektromotorisch betätigtes
Dreiwegeventil 24 angeordnet ist, und - abhängig von dessen Stellung- entweder über
eine Vorlaufzweigleitung 23 zu schematisch angedeuteten Heizkörpern 26 der Zentralheizungsanlage
oder über eine Vorlaufzweigleitung 27 in einen Wärmetauscher 28 für das Bereiten
von warmem Brauchwasser, der nach dem Ausführungsbeispiel als Wärmetauscher mit
Wärmevorrat ausge- ' bildet ist. Von den Heizkörpern 26 der Zentralheizungsanlage
aus führt eine Rücklaufzweigleitung 29 bis zu einer Vereinigungsstelle 30 mit der
von dem Brauchwasser-Wärmetauscher 28 kommenden Rücklaufzweigleitung 31. Von der
Vereinigungsstelle 30 an bilden die beiden Rücklaufzweigleitungen die Rücklaufhauptleitung
32, welche das-Umlaufwasser über einen Luftabschneider 33, an welchen ein Ausdehnungsgefäss
34 angeschlossen ist, und über eine Umwälzpumpe 35
zurück in den
hamellenblock 'f0 des gasbeheizten Wassererhitzers. führt. Das Dreiwegeventil 24
könnte auch an der Vereinigungsstelle 30 der beiden Rücklaufzweigleitungen 29 und
31 angeordnet sein, ohne die Funktion dieses Dreiwegeventiles zu ändern. Zwischen
dem Vorlauf und den Rücklauf des Wassererhitzers ist eine Verbindungsleitung 36.zum
Zuführen von warmem Vorlaufwasser in die Rücklaufleitung vorgesehen, welche durch
ein thermostatisch betätigtes Umsteuerventil 37 gesteuert ist, welches an der Abzweigstelle
der Verbindungsleitung 36 von der Vorlaufzweigleitung 25 angeordnet ist. Mit Hilfe
des über die Verbindungsleitung 36 in den Rücklauf geleiteten Vorlaufwassers wird
beire Anfahren des gasbeheizten Umlauf-Wassererhitzers eine Schwitzwasser verursachende
Abkühlung des Lamellenblocks 10 während der Anlaufperiode des Umlauf-Wassererhitzers
verhindert.
| Das Brauchwasser fusst von einer Kaltwasserzuleitung 3£i aus |
über einen' hydraulischen Schalter 39 und eine Leitung 40 durch eine in den Wärmetauscher
28 eingesetzte Rohrschlange hindurch zu einem Zapfventil 41. Der hydraulische Schalter
39 kann zum Ein- und Ausschalten eines Magnetverttiles am Gasmengenregler 15 zum
Steuern des zweiten Nebenkanals 18, zum Schalten des Dreiwegeventiles 24 oder zum
Schalten eines anderen Steuer - oder Regelorganes der Anlage verwendet -.erden'.
Am hydraulischen Schalter 39 kann ein als Temperaturwähler für. das Brauchwasser
dienendes Ventil 42 vorgesehen werden.
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Der Brauchwasser-Wärmetauscher 28 ist in der im Ausführungsbeispiel
dargestellten bevorzugten. Ausführungsform als Wärmetauscher mit Wärmevorrait; ausgebildet
und daher gemäss Figur 2 und 3 mit einer äussdren Wärmeisolierschieht 43 versehen.
Der Bekälter besteht nach bekannter Boilerart aus einem zylindrischen Aussenmantel
44, der an beiden Enden durch mit den Aussenmantelrändern verschweissten Kappen'
45 und 46 verschlossen ist. .Das
im gasbeheizten Umlauf-Wassererhitzer
erwärmte Umlaufwasser gelangt bei einer entsprechenden Durchfluss-Stellung des Dreiwegeventils
24 über die Vorlaufzweigleitung 27 durch eine Anschlussöffrung 47 in der Behälterkappe
46 in das. Innere des Behälters: In diesem ist ein zentrales Mantelrohr 48 angebracht,
welches nach dem Ausführungsbeispiel in Abstand von der Kappe 45 des Behälters eine
freie Durchtrittsöffhung 49 aufweist, durch welche das Umlaufwasser in das Innere
des Mantelrohres 48 eintritt. Von dort gelangt es über die durch die Kappe 46 geführte
und mit dem Mantelrohr 48 verbundene Anschlussleistung 50 in die Rücklaufzweigleitung
31. Das im Behälter enthaltene Umlaufwasser wird ständig auf einer bestimmten Temperatur
gehalten, welche mittels eines nicht dargestellten Temperaturfühlers gemessen wird,
welcher über einen zentralen Anschlussstutzen 51 in die Kappe 45 des Behälters eingebracht
wird. Die Kappe 45 weist ausserdem einen Rohranschlussstutzen 52 für eine Entlüftungsleitung
auf.
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Das zu erwärmende Brauchwasser wird durch zwei schraubenförmige zrlindristhe
Rohrwendeln 53 und 54 geleitet, die konzentrisch ineinander angeordnet sind. Die
äussere Rohrwendel 53 ist dabei ':.irzk:;gängig ausgeführt, während die innere Rohrwendel
54 rechtsgnngig ausgebildet ist. Beide Rohrwendeln 53 und 54 sind hintere>i«zzder
geschaltet, indem ihre in der Zeichnung oberen Enden 531 und 541 mittels einer kurzen
Muffe 55 miteinander verbunden sind. D--!ü n der Zeichnung unteren Enden 532 und
542 der beiden Rohrwendeln 53 und 54 sind neben der Mantelrohr-Anschlussleitung
50 ir 7: .# durch d-.t, Kappe 46 des Behälters hindurch nach aussen
geführt. Die in ä.er Störung des Umlaufwassers liegenden Rohrwendeln s:iyid durch
Drähte 56 gesichert, von denen :einer in Figur 2 dargestellt ist und die jeweils
quer über die erste und letzte iindung einer Rohrwendel geführt und zu einer endlosen
Schleife gebildet sind. Durch diese Drähte wird auch ein Abstand zwischen den einzelnen
Rohrwendeln gewahrt.
Das über die Vorlaufzweigleitung 27 ankommende
warme Vorlaufwasser gelängt durch die Anschlussöffnung 47 in der unteren Kappe 46
des in Figur 2 dargestellten Wärmetauschers 28 in den Wasserbehälter dieses Wärmetauschers
und strömt darin zwischen . den beiden Rohrwendeln.53 und 54, dem Aussenmantel 44
und. dem zentralen. Mantelrohr 48 nach oben, wird im Bereich der oberen Kappe 45
des Behälters umgelenkt und gelangt in entgegengesetzter Richtung durch die Durchtrittsöffnung
49 in das zentrale Mantelrohr 48, sowie durch dieses hindurch über die Anschlussleitung
50 wieder durch die untere Behälterkappe 46 hindurch nach aussen, wo es in die Rücklaufzweigleitung
31 fliesst.
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Das zu erwärmende Brauchwasser strömt nach Öffnung des Zapfventiles
41 über die Zeitung 40 zum äusseren Ende 542 der inneren Rohrwendel 54, gelangt
durch diese Rohrwendel bis zu deren innerem Ende 541, weiter über die Muffe 55 in
das innere Ende 531 der äusseren Rohrwendel 53 und in dieser Rohrwendel wieder zurück
bid zu deren äusserem Ende 532, welches durch die untere Behälterkappe 46 nach aussen
geleitet und mit einer zum Zapfventil _41 führenden Zeitung verbunden ist. Auf seinem
.Weg durch die beiden Rohrwendeln 53 und 54 wird das Brauchwasser in Abhängigkeit
von der Temperatur des durch den Bekälter fliessenden Umlaufwassers erwärmt. Der
Wärmetauscher arbeitet bei diesem Aufbau hach dem Kreuzstromprinzip.
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Der in den Figuren 2 und 3 dargestellte Wärmetauscher kann auf verschiedene
Weise abgewandelt werden. So können mehr als zweikonzentrisch zueinander angeordnete
Rohrwendeln vorgesehen werden. Auch könnten alle Rohrwendeln gleichsinnig gewickelt
sein, also entweder alle rechts- oder alle links-` gängig. Falls der Druckverlust
herabgesetzt werden, soll, könnten die Wendeln auch durch parallel zueinander geschaltete
Rohrabschnitte gebildet sein. Die. Anschlussöffnungen für das Umlaufwasser und f
oder das Brauchwasser brauchen nicht in
einer Kappe des Behälters
angeordnet zu sein, sondern könnten z-. B. auch durch den Aussenmantel 44 nach aussen
geleitet werden. Die Strömungsverhältnisse für das Umlaufwasser in erfindungsgemäss
ausgebildeten Wärmetauschern sind so günstig, dass auch mehrere Wärmetauscher hintereinander
geschältet werden könnten. Auch könnte das zentrale Mantelrohr 48 lediglich als
Strömungsleitfläche für das Umlaufwasser dienen, wenn eine Anschlussöffnung für
das Umlaufwasser.an einer anderen Stelle des Behälters vorgesehen ist.