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Die Erfindung betrifft einen Warmwasserbereiter, bestehend aus einem
Boiler mit einem an einen Wärmeträger angeschlossenen Wärmetauscher, dem das in
den Boiler aus einer Zirkulationsleitung zufließende Kaltwasser über einen Eintrittsstutzen
zur Erwärmung zugeleitet wird. Dieser Warmwasserbereiter soll auch für Großverbraucher,
wie Wäschereien, Hotels, Krankenhäuser u. dgl., geeignet sein.
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Durchlauferhitzer zur Erzeugung von heißem bzw. warmem Wasser sind
bekannt. Ihre I-Ieizleistung ist dabei insbesondere für den Gebrauch in Haushalten
so ausgelegt, daß die durchlaufende Wassermenge während des Betriebes auf eine bestimmte
Temperatur erwärmt wird. Derartige Durchlauferhitzer sind aber für große Warmwasserverbraucher
nicht geeigriet, da ein solcher Durchlauferhitzer auf eine Spitzenentnahme von Warmwasser
eingestellt bzw. ausgelegt werden müßte. Um bei einem solchen Durchlauferhitzer
in Spitzenverbrauchszeiten an allen Verbraucherstellen eine ausreichende Warrnwasserversorgung
zu gewährleisten, müßte der Durchlauferhitzer in seiner Heizleistung auf die Spitzenentnahme
ausgelegt werden. Dieses wäre nicht nur kostspielig und würde einen erheblichen
Raumbedarf beanspruchen, sondern es ergäbe sich praktisch auch im Gesamtbetrieb
ein ganz geringer Wirkungsgrad, da die Spitzen in der Warmwasserentnahme nur kurzzeitig
sind, während in der Hauptzeit nur eine normale Warmwasserentnahme erfolgt.
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Aus diesem Grunde ist man inzwischen dazu übergegangen, den Wärmetauscher
mit einem Speicherteil und einem Zirkulationsteil zu kombinieren. Hierbei besteht
die Absicht, in Zeiten, wo keine oder nur eine geringe Warmwasserentnahme erfolgt,
das im Speicher befindliche Wasser zu erwärmen und dieses Wasser bei einer Spitzenentnahme,
die über die Heizleistung des Wärmetauschers hinausgeht, für den Verbrauch heranzuziehen.
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Es sind in dieser Hinsicht sowohl stehende Boilerkonstruktionen als
auch sogenannte Gegenstromapparate bekannt. Außerdcm existiert eine Kenstrt.ktion
bei der Heizflächen und Speicher in einer Einheit zusammengefaßt wurden. Bei der
vorerwähnten, bekannten Kombination besteht jedoch der Nachteil darin, daß die Heizfläche
in einer Art Doppelreh=--form um den Behälter gewickelt wird. Dadurch wird die Wartung
und auch Reinigung der Einrichtung sehr erschwert. Die hohen Temperaturen des Primärwassers
werden außerdem an der Außenfläche des Boilers wirksam. Es ist zur Wärmedämmung
eine entsprechend starke Isolation notwendig.
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Weiterhin ist ein Warmwasserbereiter der eingangs genannten Art bekannt,
bei dem das Brauchwasser in einem Vorratsbehälter erzeugt wird, der mit einem Heizkessel
über eine Vor- und eine Rücklaufleitung in Verbindung steht. Das Heizwasser wird
dabei über eire Pumpe umgewälzt. Das Brauchwasser wird etwa in Yiöhe des Wärmetauschers
dem Vorratsbehälter zugeführt und verläßt diesen Behälter an seiner oberen Seite.
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Bei dieser vorbekannten Konstruktion ist es jedoch nicht möglich,
Wasser einer Mischtemperatur dem Wärmetauscher zuzuführen; es gelangt vielmehr ständig
kaltes Nasser aus der Zufuhr der Zirkulationsieitung in diesen Wärmetauscher.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Warmwasserbereiter
der eingangs angegebenen Art derart auszugestalten, daß der Wirkungsgrad der gesamten
Anlage besonders hoch ist.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Eintrittsstutzen
an einer vom Wärmetauscher entfernten Stelle angeordnet ist und einen im unteren
Bereich des Warmwasserspeichers gelegenen Ansaugstutzen zum Zumischen von noch nicht
ausreichend gewärmtem Wasser aufweist, der über einen Nebenkreislauf mit den Heizflächen
des Wärmetauschers verbunden ist, aus dem das erwärmte Brauchwasser in den oberen
Raum des Warmwasserspeichers austritt.
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Dem zufließenden Kaltwasser wird also zumindest zum größten Teil das
noch nicht ausreichend vorgewärmte Wasser zugemischt und über den Nebenkreislauf
an den Wärmetauscher abgegeben. über diesen Ansaugstutzen kann sowohl noch nicht
genügend vorgewärmtes Wasser aus dem Boiler wie auch das vom Verbraucher zurückfließende
Wasser zugemischt werden.
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Der Wärmeübergang im Wärmetauscher ist besonders innig, wenn der Wärmetauscher
aus Rohrbündeln besteht und von einem Strömungsleitapparat umgeben ist, der einen
Austrittsschlitz in den Warmwasserspeicher aufweist.
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Damit im Nebenkreislauf auch das unverbrauchte, aus der Zirkulationsleitung
zurückströmende Wasser zugemischt werden kann, weist die Zirkulationsleitung mit
Vorteil einen an einem Mischrohr angeordneten Mischpunkt auf, der mit dem Ansaugstutzen
sowie dem Strömungsleitapparat des Wärmetauschers verbunden ist.
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Der Wirkungsgrad der Anlage wird besonders hoch, wenn das zu erwärmende
Wasser im Strömungsleitapparat in an sich bekannter Weise im Gegenstrom zum Wärmeträger
geführt ist.
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Auf der Sekundärseite bestand bisher immer die Schwierigkeit, die
auf dieser Seite auftretenden Übergangswerte zu beherrschen. Aus diesem Grunde wurde
von dem Gegenstromprinzip ausgegangen.
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Die Sekundärströmung tritt außerhalb der Rohre im oberen linken Quadranten
in den Strömungsleitapparat ein und strömt von hier aus durch Leitbleche und Kulissen
geleitet, genau im Gegenstromprinzip entgegengesetzt zur Primärströmung, bis zum
Austritt des Leitzylinders.
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Der Primär-Kreislauf ist ständig im Betrieb. Sekundärseitig arbeitet
die Zirkulationspurnpe ebenfalls kontinuierlich. Wird kein Warmwasser gezapft, erfolgt
eine ständige Umwälzung des Brauchwassers durch Heizfläche, Speicherraum und @ir'_cala
netz. Speicherraum und Zirkulationsnetz stellen hierbei hydraulisch parallelgeschaltete
Widerstände dar, der Druckabfall in beiden Strecken ist glich. Zur Anpassung der
zirkulierenden Brauchwassermengen durch das Rohrnetz kann ein Drosselventil vorgesehen
werden, um bei Bedarf eine entsprechend vergrößert;: Vordrosselung vornehmen zu
können.
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Während des Umwälzvorganges wird das Speicherwasser ständig bis zur
möglichen Grenztemperatur aufgeheizt. Beim Zapfen mischt sich im unteren Teil des
Warmwasserspeichers Kaltwasser mit noch nicht ausreichend gewärmtem Warmwasser.
Dieses Mischwasser wird von der Pumpe angesaugt und im Mischrohr mit einer relativ
kleinen Zirkulationswasserrrenge abermals gemischt und über die Pumpe in den die
Heizfläche umgebenden Strömungsleitapparat einaeführt. über diesen Strömungsleitapparat
wird das
Wasser durch die Heizfläche geleitet und tritt dann tangential
in den Warmwasserspeicher eip. Es ergibt sich hierbei eine flache spiralförmig rotierende
Strömung nach oben.
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Austretendes Wasser mit geringerer Temperatur als iin oberen Teil
des gespeicherten Wassers sinkt auf Grund der Wichtedifferenz nach unten und nimmt
erneut an der Zirkulation teil. Ein Durchschlagen von Kaltwasser zum Warmwasseraustritt
ist nicht möglich.
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Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung sind die das Heizmedium
führenden Rohrbündel des Wärmetauschers nach dem Vierkammersystem zusammengefaßt
und innerhalb des Warmwasserspeichers durch Anflanschen an denselben angeordnet.
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Das Heizmedium (Wasser oder Dampf) tritt durch den Vorlauf in den
Vorkammerkopf ein, wobei es vierflutig aufgeteilt wird. Der Wärmeträger tritt dann
in den linken oberen Quadranten des Rohrbündels ein, durchfließt das Rohrbündel
durch den rechten oberen Quadranten zurück in den Vorkammerkopf, tritt in den rechten
unten liegenden Quadranten (zurück) ein und strömt aus dem linken unten liegenden
Quadranten in den Austritt und von dort dann in den Kesselkreislauf zurück. Durch
die vierflutige Schaltung der Heizfläche erhält man eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit,
die wiederum einen relativ großen primärseitigen Alphawert zur Folge hat (Wärmeübertragungswert).
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Weiterhin ist es von Vorteil, wenn der Strömungsleitapparat einen
tangential angeordneten Zuführstutzen für das Mischwasser aufweist.
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Ein weiteres Merkmal der Erfindung wird darin gesehen, daß der das
Rohrbündel des Wärmetauschers aufnehmende Strömungsleitapparat unter Zwischenschaltung
einer elastischen, beispielsweise Gummimanschette innerhalb eines Halsstückes des
Warmwasserspeichers befestigt ist. Dadurch ergibt sich ein einwandfreier Sitz des
Strömungsleitapparates im Warmwasserspeicher mit gleichzeitiger sicherer Abdichtung.
Dabei ist es von Vorteil, daß die Gummimanschette am Austrittsschlitz eine Ausnehmung
aufweist, um den Austritt des erwähnten Wassers freizugeben. Darüber hinaus kann
die Gummimanschette eine zusätzliche Ausnebmung für den Durchtritt des Zuführstutzens
besitzen.
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Mit Vorteil ist dem Mischrohr eine Pumpe nachgeschaltet, die das Wasser
im Nebenkreislauf zwangsweise umwälzt.
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Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Warmwasserspeicher-Innenfläche
mit einer Kunststoff-Korrosions-Schutzschicht versehen ist. Weiterhin besteht die
Möglichkeit, daß in dem Warmwasserspeicher eine Magnesiumanode eingebaut ist.
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Darüber hinaus kann in der Zirkulationsleitung vor dem Mischrohr ein
Drosselventil eingebaut sein, um bei Bedarf die Außenzirkulation beeinflussen zu
können.
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Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigt F i g. 1 eine Schemaskizze zur Erläuterung des Prinzips, F i g. 2 eine
primärseitige Vorderansicht des Warmwasserspeichers, F i g. 3 einen Schnitt nach
der Linie A-A der Fig.2, F i g. 4 eine Seitenansicht des Warmwasserspeichers, F
i g. 5 einen Schnitt nach der Linie B-B der F i g. 3 und F i g. 6 einen Schnitt
nach der Linie C-C der F i g. 5.
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Im Warmwasserspeicher 1 ist im unteren Bereich 1 b das das
Heizmedium bzw. den Wärmeträger führende Rohrbündel eines Wärmetauschers
20 eingeschoben und wird durch einen Strömungsleitapparat 14 abgedeckt. Der
beispielsweise von einer Kesselanlage oder einer Fernleitung herangeführte Wärmeträger
(Heizmedium) wird in Pfeilrichtung 26 dem Eintritt 2 eines Vorkammerkopfes 27 zugeleitet.
In diesem Vorkammerkopf wird der Primärstrom vierflutig aufgeteilt und dann nach
Durchfließen des Rohrbündels über den Austritt 3 in Pfeilrichtung 30 wieder in den
Kesselkreislauf zurückgeführt.
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Das Rohrbündel ist von einem Strömungsleitapparat umgeben, in welchem
das zu erwärmende Brauchwasser im Gegenstromprinzip hindurchgeführt und dann in
den eigentlichen Warmwasserspeicher geleitet wird. Position 28 bedeutet eine Trennwand,
um die das zu erwärmende Wasser in Richtung der Pfeile 13 geleitet wird.
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Mit 4 ist der Brauchwasseraustritt bezeichnet, an dem das Versorgungsnetz
5 und eine nachgeschaltete Zirkulationsleitung 6 angeschlossen sind. Die Strömung
des im Strömungsleitapparat 14 erwärmten Wassers ergibt, da das Wasser etwas exzentrisch
austritt, eine kreisförmige Bewegung innerhalb des Warmwasserspeichers 1, wie durch
die Pfeile 15 angedeutet ist. Dadurch wird ein Durchschlagen des noch nicht genug
aufgeheizten Kaltwassers zum Brauchwasseraustritt 4 vermieden, so daß nur das ausreichend
aufgeheizte Wasser über den mittleren Bereich 1 c des Warmwasserspeichers 1 in den
oberen Bereich 1 a aufsteigen kann, dagegen das noch nicht ausreichend erhitzte
Wasser in der durch die Pfeile 16 angedeuteten Richtung auf Grund der Wichtedifferenz
wieder nach unten absinkt und erneut an dem Kreislauf teilnimmt.
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Im unteren Bereich 1 b des Warmwasserspeichers 1 befindet sich gleichzeitig
der Eintrittsstutzen 17 für das Kaltwasser, das in der durch den Pfeil
18 angedeuteten Richtung zunächst im unteren Bereich verbleibt und in Pfeilrichtung
19 mit dem noch nicht ausreichend aufgeheizten Wasser entsprechend der Pfeilrichtung
16 über einen Ansaugstutzen 9 dem Mischpunkt 10 eines Mischrohres
8 zugeführt wird. Auch das aus dem Versorgungsnetz 5 über die Zirkulationsleitung
6 zurückfließende Wasser gelangt über ein Drosselventil 7 in das Mischrohr 8 und
trifft dort im Mischpunkt 10 auf das am Ansaugstutzen 9 entnommene,
noch nicht ausreichend erwärmte Speicherwasser. Von der Pumpe 11 aus wird dann über
eine Leitung 12 und einen tangential zum Strömungsleitapparat 14 angeordneten Zuführstutzen
23 das Mischwasser wieder in den Strömungsleitapparat eingeführt, und es erfolgt
der bereits beschriebene Kreislauf von vorne.
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Die Zirkulation kann somit wie folgt zusammengefaßt werden: Die innere
Umwälzung erfolgt vom Mischpunkt 10
aus über die Pumpe 11 und Leitung
12 in den Strömungsleitapparat 14 bis zum Austrittsringschlitz des
Strömungsleitapparates. Hier tritt die Strömung kreisförmig aus. Es erfolgt eine
Entmischung. Heißes Wasser steigt nach oben, kaltes Wasser nimmt am erneuten Umlauf
teil.
Durch den parallelgeschalteten äußeren Stromkreis (Versorgungsnetz
5, Zirkulationsleitung 6) tritt heißes Brauchwasser aus dem Warmwasserspeicher 1,
wenn keine Zapfung durch Zapfventile erfolgt, wieder zum Mischpunkt 10 zurück.
Im Mischpunkt 10 trifft dieses äußere zirkulierende Wasser mit dem inneren
Wasser zusammen und nimmt erneut am Kreislauf teil.
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Wird während des Betriebes gezapft, dann tritt über einen im unteren
Bereich 1 b des Warmwasserspeichers 1 angeordneten Eintrittsstutzen 17 Kaltwasser
in den Warmwasserspeicher 1 ein, wird unmittelbar vom Ansaugstutzen 9 angesaugt,
durchläuft die Heizfläche wie geschildert und kann bei geringer Heizflächenleistung
nochmals zurückkehren, um abermals nachgeheizt zu werden.
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Währenddessen tritt heißes Brauchwasser aus dem Brauchwasseraustritt
4 in das Versorgungsnetz 5 ein. Dieser Vorgang hält so lange an, bis das Speicherwasser
im gesamten Warmwasserspeicher entleert ist und nur noch Umwälzwasser aus der Heizfläche
direkt zur Verfügung steht. In diesem Falle ist die Entnahmeleistung identisch mit
der Heizflächenleistung, d. h., es tritt ein 100 ofoiger Durchlaufbetrieb ein. In
dieser Hinsicht kann die Gesamtleistung des Apparates, die sich aus der Durchflußleistung
und der Speicherkapazität zusammensetzt, mit der jeweiligen Abnahmeleistung des
Verbrauchers abgestimmt werden.
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Weitere konstruktive Einzelheiten sind aus den F i g. 2 bis 6 ersichtlich.
Der Eintritt 2 und Austritt 3 sind mit Flanschen 42 und 41 zum Anschluß der nicht
dargestellten Leitung für das Heizmedium versehen. Das Rohrbündel des Wärmetauschers
20 ist in einer Flanschplatte 29 befestigt, die zwischen einem Flansch 33 des Vorkammerkopfes
27 und einem Schweißflansch 31 eines Halsstückes 22 des Warmwasserspeichers 1 mittels
Befestigungsschrauben 32 eingespannt und festgehalten wird.
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Mit 40 ist eine Muffe für die Zirkulation, mit 37 eine Muffe für die
Schutzsonde, mit 36 eine Muffe für ein Thermometer und mit 34 und 35 Muffen für
Temperaturregler bezeichnet.
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Wie insbesondere aus F i g. 6 ersichtlich ist, ist der Zuführstutzen
23 für das in den Strömungsleitapparat 14 eingeleitete Mischwasser tangential angeordnet.
In einer zwischengeschalteten Gummimanschette 21
wird für den Einlaß eine
Ausnehmung 25 und in Verbindung mit dem Austrittsschlitz 43 des Strömungsleitapparates
14 eine entsprechende Ausnehmung 24 vorgesehen.