DE19744478C1 - Vorrichtung zum Erwärmen einer Flüssigkeit - Google Patents
Vorrichtung zum Erwärmen einer FlüssigkeitInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum direkten Erwärmen einer Flüssigkeit
mittels Verbrennungsgasen in einem drucklosen Behälter mit Flüssigkeits-
Temperaturschichtung.
Eine Vorrichtung zur direkten Erwärmung mittels Verbrennungsgasen ist bereits
aus der US 2 233 675 bekannt. Die dort beschriebene Vorrichtung dient der
Erwärmung von Flüssigkeiten unterschiedlichster Art, auch mit dem Ziel für
deren Verdampfung. Das Besondere der Vorrichtung liegt darin, daß die
Verbrennungsgase eines Gasbrenners in eine in die Flüssigkeit untergetauchte
Tauchglocke geführt werden, die an ihrem Außenumfang mit einem Lochblech
versehen ist, durch das die Verbrennungsgase hindurchgeführt und unmittelbar in
der Flüssigkeit verteilt werden. Es wird bereits in dieser alten amerikanischen
Patentschrift darauf hingewiesen, daß auf dem Wege dieser direkten Beheizung
praktisch der gesamte Brennwert des Brennstoffes auf die Flüssigkeit übertragen
werden kann. Der Gasbrenner ist bei dem Gegenstand der amerikanischen
Patentschrift innerhalb der Tauchglocke angeordnet. Die Tauchglocke mit ihrem
für die Verteilung der Verbrennungsgase vorgesehenen Lochblech ist beim
Gegenstand der US-Patentschrift freistehend in dem zu erwärmenden
Flüssigkeitsvolumen, und zwar am Boden des Flüssigkeitsbehälters angeordnet.
Das Lochblech ist an seinem Außenumfang mit einer ringförmigen Schürze
versehen, die die Verbrennungsgase dazu zwingt, nach oben durch das Lochblech
auszutreten und nicht an dessen Außenkante vorbeizuströmen. Da die
Tauchglocke mit dem Lochblech und dessen Umfangsschürze auf dem
Behälterboden steht, ist die Schürze an ihrer Unterkante mit wellenförmigen
Ausnehmungen für eine Flüssigkeitskommunikation und einen
Flüssigkeitsdruckausgleich zwischen den Räumen innerhalb und außerhalb der
Tauchglocke versehen. Eine Flüssigkeits-Temperaturschichtung ist nicht
vorgesehen und mit dieser bekannten Vorrichtung auch nicht erreichbar.
Aus der JP 55-89 644 A ist eine andere Vorrichtung zur direkten Erwärmung
einer Flüssigkeit mittels Verbrennungsgasen bekannt. Dabei werden die mit Luft
vermischten Verbrennungsgase mittels Gebläse über ein in die Flüssigkeit
eintauchendes Venturirohr eingebracht. Von den einströmenden
Verbrennungsgasen wird das gesamte Flüssigkeitsvolumen erfüllt, so daß auch bei
dieser Vorrichtung eine Flüssigkeits-Temperaturschichtung weder beabsichtigt
noch erreichbar ist.
Bei der Vorrichtung gemäß DE 195 09 461 C1 ist eine Übertragung der
Wärmeenergie außer über eine direkte Erwärmung einer Flüssigkeit mittels darin
dispergierter Verbrennungsgase noch über Wärmetauscher vorgesehen, bei denen
das zu erwärmende Medium durch eine Wand von den Verbrennungsgasen
getrennt bleibt. Die direkt erwärmte Flüssigkeitsmenge dient einmal zur
Reinigung der Verbrennungsgase und zum anderen zur Wärmeübertragung an die
Wärmetauscher. Eine Abfuhr dieser Flüssigkeit zum Transport von Wärmeenergie
zu Verbrauchsstellen ist ebensowenig vorgesehen, wie eine Flüssigkeits-
Temperaturschichtung.
Auf der anderen Seite ist es bereits bekannt, in einem mittels Sonnenkollektoren
beheizten Warmwasserspeicher eine Flüssigkeits-Temperaturschichtung
aufrechtzuerhalten und eine Vermischung der Flüssigkeitsschichten weitgehend zu
unterdrücken (vgl. DE 27 22 888 A1). Damit soll erreicht werden, daß schon
möglichst bald nach der Einspeisung von Sonnenkollektorwärme ausreichend
erhitztes Brauchwasser zur Verfügung steht, ohne daß auf eine zusätzliche
Energiequelle zurückgegriffen werden muß. Die bei unterschiedlichen
Temperaturen anfallende Sonnenenergie soll optimal genutzt werden und im
Warmwasserspeicher jeweils in der Höhe an die Flüssigkeit übertragen werden,
deren Temperatur nur wenig niedriger liegt als die Temperatur der verfügbaren
Solarenergie. Eine Anzapfung des Warmwasserspeichers in unterschiedlichen
Temperaturschichten für unterschiedliche Nutzungszwecke ist nicht vorgesehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs
genannten Art vorzuschlagen, bei der die Vorteile einer direkten Erwärmung
einer Flüssigkeit mit den Vorteilen der Flüssigkeits-Temperaturschichtung genutzt
werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zum
Erwärmen einer Flüssigkeit mit
- - einem die Flüssigkeit enthaltenden drucklosen Behälter, der mehrere Flüssigkeitsanschlüsse in verschiedenen Höhen der Behälterwand aufweist,
- - einer im obersten Bereich des Behälters angeordneten Tauchglocke,
- - einer Brennkammer, die durch einen unten verschlossenen Hohlkörper gebildet wird,
- - einem Brenner, der an der Tauchglocke befestigt ist,
- - einem Lochblech, das neben dem unteren Ende der Tauchglocke angeordnet ist und
- - einem Ringkanal, der durch den Raum zwischen der Tauchglocke und der Seitenwand des Hohlkörpers gebildet wird und durch den das Verbrennungsgas in die Flüssigkeit und dann unter das Lochblech geführt wird.
Während beim Gegenstand der US 2 233 675 die gesamte Flüssigkeit offenbar
möglichst gleichmäßig erhitzt werden soll, läßt sich eine Temperaturschichtung
einer Wärmeträgerflüssigkeit, wie sie für verschiedene Heiz- und
Wassererwärmungsvorgänge bei hoher Ausnutzung unterschiedlicher Energien
erwünscht ist, erfindungsgemäß dadurch erreichen, daß man das in der US 2
233 675 gezeigte Erwärmungssystem nicht an den Boden eines Behälters setzt,
sondern relativ hoch im Flüssigkeitsvolumen anordnet. Hierdurch erhält man eine
moderne, preisgünstige, hochwirtschaftliche Warmwasser- und Heizungsanlage,
die neben einem üblichen Wärmeträgerspeicher, auf den unterschiedliche
Energiequellen arbeiten, keinen getrennten Ölkessel oder Gaskessel erfordert,
weil auf die erfindungsgemäße Art und Weise der Brenner, ob dies nun ein
Gasbrenner oder ein Ölbrenner ist, in die Wärmespeichereinheit integriert werden
kann. Es ist dabei ohne weiteres möglich, auf die erfindungsgemäße Vorrichtung
auch eine Solarwärmeanlage oder auch eine weitere Wärmequelle arbeiten zu
lassen, die Wärmeenergie nur in zeitlichen Abständen und unterschiedlicher
Intensität zur Verfügung stellt.
Um die Restwärme aus den Abgasen, welche nach der Wäsche in der
Wärmeträgerflüssigkeit noch von den Verbrennungsgasen übrig bleiben, möglichst
weitgehend auszunutzen, ist es zweckmäßig, die Vorrichtung mit einem
zusätzlichen Abgaswärmetauscher zu versehen, der mit Flüssigkeit
verhältnismäßig niedriger Temperatur aus den untersten Schichten des
Speichervolumens versorgt wird. Die so aufgewärmte Flüssigkeit wird dann an
geeigneter Stelle in die Temperaturschichtung des Speichers zurückgeführt. Auf
diese Weise wird die restliche Abgaswärme in der Vorrichtung selbst optimal
ausgenutzt.
Es ist prinzipiell möglich, für die Nutzung der in der Wärmeträgerflüssigkeit
gespeicherten Wärmeenergie für externe Anwendungszwecke Wärmetauscher
innerhalb der Vorrichtung vorzusehen. Es ist in vielen Fällen jedoch vorteilhafter,
externe Wärmetauscher zu verwenden, weil sich extern Wärmetauscher mit
speziellen Strömungsverhältnissen und sehr hohem Wärmeübergang einsetzen
lassen. So ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung sinnvoll, Warmwasser
für das Badezimmer beispielsweise in einem hochsensiblen Plattenwärmetauscher
zu erzeugen, der extern mit Wärmeträgerflüssigkeit aus der erfindungsgemäßen
Vorrichtung über eine leistungsgeregelte Ladepumpe versorgt wird. Da
Warmwasser im allgemeinen die höchste Wärmestufe im Haushaltsverbrauch
verlangt, wird die Wärmeträgerflüssigkeit für einen solchen Wärmetauscher
zweckmäßigerweise aus dem obersten Schichtungsbereich der erfindungsgemäßen
Vorrichtung abgezogen und der Rücklauf im untersten Bereich der Vorrichtung
wieder zugeführt.
Ist an die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Solarwärmeanlage angeschlossen,
sollte diese so ausgelegt sein, daß sie bei Wassertemperaturen unter etwa 60°C
abschaltet, unter welcher Voraussetzung die in dem Solarwärmetauscher
aufgeheizte Wärmeträgerflüssigkeit dann unmittelbar dem obersten Bereich der
erfindungsgemäßen Vorrichtung zugeführt werden kann.
Für die externen Wärmetauscher sind Anschlüsse in der Behälterwand der
erfindungsgemäßen Vorrichtung in entsprechender Höhe vorzusehen. Für die
Rückführung gekühlter Wärmeträgerflüssigkeit kann es zweckmäßig sein,
innerhalb des Behälters der Vorrichtung einen sog. Schichtenlader vorzusehen.
Durch eine solche Einrichtung wird rückgeführte Wärmeträgerflüssigkeit
unterschiedlicher Temperatur automatisch der richtigen Temperaturschicht im
Behälter zugeführt, so daß durch die Rückleitung Strömungswirbel weitgehend
vermieden werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist zusätzlich
zweckmäßigerweise im Inneren des Behälters auch noch mit geeigneten
Leitblechen versehen, die dem Ziel dienen, unnötige, die Temperaturschichtung
störende Strömungen innerhalb des Behälters zu vermeiden.
Die Tauchglocke, der die Verbrennungsgase zugeführt werden, taucht im Rahmen
der Erfindung vorzugsweise von oben nur bis maximal zu einem Drittel der
Flüssigkeitshöhe in die Flüssigkeit ein. Je nach Größe des
Flüssigkeitsspeichervolumens kann die Eintauchtiefe der Tauchglocke, bezogen
auf die Flüssigkeitshöhe, auch noch viel weniger betragen, beispielsweise unter
einem Viertel der Flüssigkeitssäule liegen.
Die Brennkammer befindet sich innerhalb der Tauchglocke, wobei sich der
Brenner zweckmäßigerweise durch die Oberwand der Tauchglocke hindurch in
die Brennkammer hinein erstreckt. Bei einfachster Ausführung bildet die
Tauchglocke selbst die Brennkammer. In diesem Fall treten die Verbrennungsgase
über den unteren Rand der Tauchglocke in die Flüssigkeit aus. Diese Anordnung
hat den Nachteil, daß bei abgeschaltetem Brenner und abgeschalteter
Verbrennungsluft die Flüssigkeit die Tauchglocke von unten füllt und durch das
Verbrennungsluftgebläse erst wieder ein Gasraum erzeugt werden muß, bevor der
Brenner erneut eingeschaltet werden kann. Außerdem kann es bei der
erfindungsgemäßen Ausführung der Fall sein, daß die geringe Eintauchtiefe der
Tauchglocke in die Flüssigkeit nicht ausreicht, um unter ihr die gesamte
Brennkammer anzuordnen. Es kann daher eine abweichende Ausbildung mit
spezieller Führung für die Verbrennungsgase erforderlich sein.
Eine solche zweckmäßige Ausführung besteht beispielsweise darin, daß die
Brennkammer durch einen Hohlkörper gebildet wird, der unten durch einen
Boden verschlossen und nach oben offen ist, und von unten her in die
Tauchglocke hineinragt, wobei er selbst jedoch über die Unterkante der
Tauchglocke hinaus in die Flüssigkeit hineintauchen kann, um so mehr Volumen
für die Brennkammer und den Brenner zur Verfügung zu stellen.
Für die Führung der Verbrennungsgase ist bei einer solchen Ausführung
zweckmäßigerweise noch ein Verbrennungsgasführungsrohr vorgesehen, welches
von der Oberwand der Tauchglocke in die Brennkammer hineinragt, jedoch nicht
bis auf deren Boden. Die Verbrennungsgase strömen dann aus dem unteren
Bereich der Brennkammer unter der Unterkante des
Verbrennungsgasführungsrohres hindurch in einen Spaltraum zwischen diesem
Führungsrohr und der Außenwand des Hohlkörpers der Verbrennungskammer und
strömen in diesem Zwischenraum nach oben, um dann über die Oberkante des
Hohlkörpers hinweg in den Zwischenraum zwischen der Außenwand des
Hohlkörpers und der Tauchglocke zu gelangen, um in diesem Zwischenraum
wieder abwärts zu strömen. Der Austrittsquerschnitt der Tauchglocke ist derjenige
dieses ringartigen Zwischenraumes zwischen der Außenwand des Hohlkörpers der
Brennkammer und der Tauchglocke. Von der Unterkante der Tauchglocke aus
gelangen die Verbrennungsgase dann unter die die Tauchglocke umgebende
Lochplatte und strömen durch diese in das oberhalb der Lochplatte befindliche
Flüssigkeitsvolumen.
Wie auch bereits beim Gegenstand der US 2 233 675 endet der Außenumfang
der Lochplatte frei in der Flüssigkeit. Die Lochplatte ist jedoch an ihrem
Außenumfang mit einem nach unten ragenden Kragen versehen, welcher
verhindert, daß die Verbrennungsgase an der Umfangskante der Lochplatte vorbei
nach oben in die Flüssigkeit austreten.
Das Flüssigkeitsvolumen der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann beispielsweise
zwischen 600 und 1200 Litern liegen.
In der beigefügten Zeichnung ist eine beispielhafte Ausführungsform einer
Vorrichtung zum Erwärmen einer Wärmeträgerflüssigkeit dargestellt. Die
vereinfachte Schnittzeichnung zeigt einen Behälter 2 mit drei Flüssigkeitsschichten
4, die unterschiedliche Temperaturen gemäß der unterhalb des Behälters 2
angelegten Schraffurfelder aufweisen. Im oberen Bereich des Behälters 2 ist eine
Tauchglocke 6 angeordnet, an der ein Brenner 10 befestigt ist. Der Brenner 10 ist
von einem unten verschlossenen Hohlkörper 20 umgeben, der eine Brennkammer
8 bildet. Neben dem unteren Ende der Tauchglocke 6 ist ein Lochblech 14
vorgesehen. Zwischen der Tauchglocke 6 und der Seitenwand des Hohlkörpers 20
ist ein Ringkanal mit einem Austrittsquerschnitt 12 ausgebildet, durch den das
Verbrennungsgas in die Flüssigkeit 4 unterhalb des Lochbleches 14 geführt wird.
Innerhalb des Hohlkörpers 20 ist ein Führungsrohr 22 für das Verbrennungsgas
angeordnet, so daß das Verbrennungsgas vom Brenner 10 zunächst nach unten
und dann zwischen Führungsrohr 22 und Hohlkörper 20 nach oben und
schließlich zwischen Hohlkörper 20 und Tauchglocke 6 nach unten strömen kann.
Der Behälter 2 ist mit Anschlüssen 16 für die Zu- und Abfuhr der Flüssigkeit 4
ausgestattet. Um Flüssigkeitsströme unterschiedlicher Rücklauftemperatur in
unterschiedliche Temperaturbereiche einführen zu können, ist außerdem ein
sogenannter Schichtlader 18 vorgesehen. Außerhalb des Behälters 2 ist noch ein
Abgaswärmetauscher 24 angeordnet, der zweckmäßigerweise mit Flüssigkeit 4
aus dem niedrigsten Temperaturbereich beaufschlagt wird, um die Abgaswärme
möglichst vollständig ausnutzen zu können.
2
Behälter
4
Flüssigkeit
6
Tauchglocke
8
Brennkammer
10
Brenner
12
Austrittsquerschnitt
14
Verteilungsmittel/Lochblech
16
Anschlüsse
18
Schichtenlader
20
Hohlkörper
22
Verbrennungsgasführungsrohr
24
Abgaswärmetauscher
Claims (15)
1. Vorrichtung zum Erwärmen einer Flüssigkeit mit
- 1. einem die Flüssigkeit enthaltenden drucklosen Behälter (2), der mehrere Flüssigkeitsanschlüsse (16) in verschiedenen Höhen der Behälterwand aufweist,
- 2. einer im obersten Bereich des Behälters (2) angeordneten Tauchglocke (6),
- 3. einer Brennkammer (8), die durch einen unten verschlossenen Hohlkörper (20) gebildet wird,
- 4. einem Brenner (10), der an der Tauchglocke (6) befestigt ist,
- 5. einem Lochblech (14), das neben dem unteren Ende der Tauchglocke (6) angeordnet ist und
- 6. einem Ringkanal, der durch den Raum zwischen der Tauchglocke (6) und der Seitenwand des Hohlkörpers (20) gebildet wird und durch den das Verbrennungsgas in die Flüssigkeit und dann unter das Lochblech (14) geführt wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Anschlüsse (16) in der Behälterwand für die Entnahme und Rückführung von
Flüssigkeit aus dem Behälter (2) zur Beaufschlagung eines oder mehrerer
externer Wärmetauscher ausgebildet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens
einer der Rückführanschlüsse (16) innerhalb des Behälters (2) mit einem
Schichtenlader (18) zur Rückführung von Flüssigkeit in temperaturgleiche
Flüssigkeitsschichten versehen ist.
4. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Tauchglocke (6) zu weniger als einem Drittel der
Flüssigkeitssäule von oben in die Flüssigkeit (4) eintaucht.
5. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Brennkammer (8) und der Brenner (10) innerhalb der
Tauchglocke (6) angeordnet sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die
Brennkammer (8) durch einen unten durch einen Boden verschlossenen und
oben offenen Hohlkörper (20) begrenzt ist, der von unten in die Tauchglocke (6)
hineinragt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der
Hohlkörper (20) über den Austrittsquerschnitt der Tauchglocke (6) hinaus nach
unten in die Flüssigkeit (4) hineinragt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der
Austrittsquerschnitt (12) der Tauchglocke (6) ringraumartig durch diese selbst
und die Wand des Hohlkörpers (20) gebildet ist.
9. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 6-8, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Verbrennungsgasführungsrohr (22) vorgesehen ist,
welches von der Oberwand der Tauchglocke (6) in den Hohlkörper (20) bis kurz
über dessen Boden hineinragt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Weg
für die Verbrennungsgase aus dem unteren Bereich der Brennkammer (8)
von unten in den Spaltraum zwischen dem
Verbrennungsgasführungsrohr (22) und der Wand des Hohlkörpers (20) und über
die Oberkante der Wand des Hohlkörpers in den Ringraum zwischen
der Wand des Hohlkörpers und der Tauchglocke (6) zu deren
Austrittsquerschnitt führt.
11. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-10, dadurch
gekennzeichnet, daß die Mittel zum Verteilen der Verbrennungsgase (14) aus
einer die Tauchglocke (6) umgebenden Platte mit verteilten
Gasdurchtrittsöffnungen besteht.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der
Außenumfang der Platte frei in der Flüssigkeit (4) endet und daß die Platte
an ihrem Außenumfang mit einer nach unten gerichteten
Umfangsschürze versehen ist.
13. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 5-12, dadurch
gekennzeichnet, daß der Brenner (10) durch die Tauchglocke (6) von oben in
die Brennkammer (8) geführt ist.
14. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-13, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Abgaswärmetauscher (24) für die aus der
Flüssigkeit austretenden Restverbrennungsgase (Abgase) vorgesehen ist
zum Ausnutzen von restlicher Abgaswärme für das Erwärmen von
Flüssigkeit aus dem untersten Bereich der Flüssigkeitsschichtung im
Behälter.
15. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-14, dadurch
gekennzeichnet, daß sie temperaturschichtgerecht mit einem
Flüssigkeitsentnahmeanschluß im unteren Behälterbereich und einem
Flüssigkeitsrückführanschluß im oberen Behälterbereich für den
Anschluß an und zur Übernahme von Wärmeenergie aus dem
Wärmetauscher einer Solarwärmeanlage versehen ist.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE1997144478 DE19744478C1 (de) | 1997-10-09 | 1997-10-09 | Vorrichtung zum Erwärmen einer Flüssigkeit |
EP98119017A EP0908685A3 (de) | 1997-10-09 | 1998-10-08 | Vorrichtung zum Erwärmen einer Flüssigkeit |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE19744478C1 true DE19744478C1 (de) | 1999-06-17 |
Family
ID=7844960
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE1997144478 Expired - Fee Related DE19744478C1 (de) | 1997-10-09 | 1997-10-09 | Vorrichtung zum Erwärmen einer Flüssigkeit |
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