DE2938358A1

DE2938358A1 - Warmwasserbereiter

Info

Publication number: DE2938358A1
Application number: DE19792938358
Authority: DE
Inventors: Theo Sigmund
Original assignee: Electrolux GmbH
Current assignee: Dometic GmbH
Priority date: 1978-10-06
Filing date: 1979-09-22
Publication date: 1980-05-08
Also published as: JPS5560176A; GB2034023A; FR2443648A1; IT7926230A0; LU80339A1; IT1123440B

Description

Anmelder:

Amtliches Aktenzeichen:

Aktenzeichen des Anmelders:

Vertreter:

Bezeichnung:

Electrolux-Loh GmbH Welterstrasse 55-57 D-5900 Siegen

Neuanmeldung P 21 921

Patentanwalt Dr. Hans Karl Hach Tarunstrasse

D-6950 Mosbach-Waldstadt

Warmwasserbereiter

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Die Erfindung betrifft einen Warmwasserbereiter r.-.it e: dessen Außenwandung thermisch isolierend ausgebildet ist und der eine Gebrauchwasserkammer und eine Heizflüssigkeitskamner aufweist, welche Kammern miteinander in wärmeleitendem Kontakt sind und je einen nach außen führenden Zulaufstutzen und Ablaufstutzen aufweisen.

Bei einem bekannten warmwasserbereiter dieser Art ist die Gebrauchwasserkammer von der isolierenden Außenwandung umgeben und die Keizflüssigkeitskammer das Innere einer Rohrleitungsschlange, die in die Gebrauchwasserkanuner hineinragt. Die gesamte benötigte '/⁰S Me i ζ energie wird dabei aus einer Heizwasserversorguncj bezogen, die zum Beispiel durch einen ölbrenner betrieben werden kann. Bei modernen Wamwasseranlagen strebt man aber an, die benötigte Heizenergie, soweit möglich,aus 'der Sonnenstrahlung, aus der Atmosphäre, aus dem Erdreich oder aus dem Grundwasser zu entnehmen. Das läßt sich praktisch nur verwirklichen in Kombination . mit einer bei Bedarf ergänzenden konventionellen Heizung· Kan ist also genötigt, je nach den äußeren Umständen von einer Betriebsart auf die andere überzugehen oder aber die Anlage in einem gemischten Betrieb zu fahren.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Warmwasserbereiter der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß er für diese verschiedenen Be- - . triebsarten geeignet ist und die dabei anfallende Wärmeenergie möglichst verlustarm auszunutzen gestattet.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Wärmeübertragungsflüssigkeitskammer vorgesehen ist, die mit einem nach außen führenden Zulaufstutzen und Ablaufstutzen an einen äußeren mit der Umgebung in Wärmekontakt stehenden Wärmetauscher anschließbar ist und von der Gebrauchwasserkammer umgeben ist und mit dieser in wärmeleitendem Kontakt steht, und daß die Gebrauchwasserkammer von der Heizflüssigkeitskammer umgeben ist.

Die Wär.-neübertragungsflüssigke it skammer kann zum Transport der von der Atmosphäre, der Sonnenstrahlung, dem L'rdreich oder dem Grundwasser, also von äußeren Wärmequellen aufgenommenen Wärme dienen, die

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ORIGINAL INSPECTED

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dann im Innern des Warmwasserbereiters an das Gebrauchwasser der Gebrauchwasserkammer abgegeben werden kann. Die Beheizung des Gebrauchwarmwassers durch die von einem äußeren Ölbrenner oder dergleichen aufgeheizte Heizflüssigkeit kann unabhämpfj otl<ⁱr neben der beheizung durch die Wärmeübertragungsflüssigkeit erfolgen, wobei man natürlich die Heizflüssigkeitszufuhr drosseln wird, wenn genügend Wärme durch die Wärmeübertragungsflüssigkeit angeliefert wird.

üine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung, die Unergieverluste durch direkten Kontakt zwischen Heizflüssigkeitskarnmer und Wärmeübertragungsflüssigkeitskammer vermeidet, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeübertragungsflüssigkeitskammer kreiszylindrisch ist und daß die beiden anderen Kammern koaxial dazu ringförmig ausgebildet sind. '

Für den Betrieb der äußeren, an die Wärmeübertragungsflüssigkeitskammer angeschlossenen Wärmetauscher muß man die Wärmeübertragungsflüssigkeit umpumpen, und es empfiehlt sich, die dafür erforderliche Pumpe, vorzugsweise eine ölförderpumpe, innerhalb der Wärmeübertragungsflüssigkeitskammer anzuordnen, so daß sie von der dort enthaltenen Wärmeübertragungsflüssigkeit umspült wird. Auf dijase Weise kommt die bei Betrieb der Pumpe unvermeidlich entstehende Verlustwärme der Wärmeübortragungsflüssigkeit zugute und wird nutzbringend ausgewertet. Vorzugsweise ist als Wärmeübertragungsflüssigkeit eine elektrisch isolierende, bei Temperaturen bis zu - 30° C fließfähige Flüssigkeit eingesetzt. In der Regel dürfte es sich bei der Wärmeübertragungsflüssigkeit um Öl, vorzugsweise Transformatorenöl, handeln, das darüberhinaus noch den Lagerverschleiß der Pumpe herabsetzt und eine gleichmäßige Betriebstemperatur für die Pumpe sicherstellt.

Eine Reihe von Wärmetauschern zur Aufnahme von Energie aus Sonnenstrahlung, Luft, Grundwasser oder Erdreich sind mit Verdampfern einer Wärmepumpe ausgerüstet, um die angestrebte Wärmeaufnahme im Interesse eines höheren Nutzeffektes zu begünstigen. Dem trägt

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eine Weiterbildung der Erfindung Rechnung, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der Kompressor einer Wärmepumpe innerhalb der Wärmeübertragungsflüssickeitskammer untergebracht ist, so daß er von der dort enthaltenen Wärmeübertragungsflüssigkeit umspült wird, und daß der Kondensator dieser Wärmepumpe in Form einer mehrgängigen Rohrleitungsschleife innerhalb der Heizflüssigkeitskammer verlegt ist, so daß er von der dort enthaltenen Heizflüssigkeit umspült wird, und daß für das Kältemittel der Wärmepumpe ein nach außen führender Druckanschluß und ein Flüssigkeitsanschluß zum Anschließen eines äußeren Verdampfers dieser Wärmepumpe vorgesehen ist.

Die unvermeidlich beim Betrieb des Kompressors entstehende Verlustwärme geht dann nicht verloren,, sondern wird an die Wärmeübertragungsflüssigkeit abgegeben und kann von dieser ausgenutzt werden. Dadurch wird auch eine gleichmäßige Betriebstemperatur für den Kompressor sichergestellt und dessen Störanfälligkeit bei Verschleiß herabgesetzt. Außerdem wird es dadurch möglich, einfache Kapselkompressoren für die Wärmepumpe einzusetzen, über— hitzungen, bedingt durch die hohe Belastung dieser Kompressoren, die zum Zersetzen des Öls führen könnten, werden vermieden, weil der Kapselkompressor durch das Ölbad auf einer gleichmäßigen niedrigen Betriebstemperatur gehalten wird. Die niedrige Betriebstemperatur, mit der der Kompressor arbeitet, setzt auch den Strombedarf für diesen herab.

Es sind Fälle denkbar, in denen Wärmeenergie von der Heizflüssigkeitskammer an die Gebrauchwasserkammer abgegeben werden muß und das Heizgerät für die Heizflüssigkeit, zum Beispiel der Ölbrenner, nicht in Betrieb ist, weil es sich wegen des geringen Wärmebedarfs nicht lohnt, ein verhältnismäßig großes Heizgerät, also zum Beispiel einen ölbrenner, dauernd betriebsbereit zu halten. Für solche Fälle, die sich zum Beispiel im Sommer ergeben können, in denen die normale Heizung nicht in Betrieb ist, empfiehlt es sich, eine elektrisch betreibbare Tauchheizung mit von außen zugänglichen Stromanschlüssen vorzusehen, die im Innern der Heizflüssig-

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keitskammer untergebracht ist, so daß sie von der dort enthaltenen Heizflüssigkeit umspült wird.

Der Kondensator und/oder die Tauchheizung befinden sich in der Heizflüssigkeitskarruner. Auf diese Weise wirkt die Heizflüssigkeit immer als Wärmespeicher und es wird vermeidbar, in der Gebrauchwasserkammer Einrichtungen anzuordnen, die durch das möglicherweise aggressive Gebrauchwasser zerstört werden könnten.

Die Wärmeenergiespeicher gemäß Beschreibung in Form von Heizflüssigkeit, Gebrauchswassser und Ubertragungsflüssigkeit geben also, je nach Bedarf, auch ihre gespeicherte Wärmeenergie an ein Warmwasserheizregister ab.

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung, in der ein AusfUhrungsbeispiel im Querschnitt dargestellt ist, näher erläutert.

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In der Zeichnung ist mit 1 ein xreiszylinderförmiger Behälter bezeichnet, dessen Zylinderachse mit 2 bezeichnet ist. Die Außenvandung,' also der Mantel, 3, der Boden 4 und die Deckwand 5 sind doppelwandig ausgeführt und der Zwischenraum ist mit isolierendem Schaumstoff ausgefüllt oder evakuiert. Innerhalb des Behälters 1 sind zwei zur Achse 2 koaxiale Wandungen 6 und 7 angeordnet, die insgesamt drei Kammern flüssigkeitsdicht gegeneinander abteilen, und zwar die zentrale, als Wärmeübertragungsflüssigkeitskammer dienende Ölkammer 8, die diese ringförmig umgebende Gebrauchwasserkammer 9 und die letztere wiederum ringförmig umgebende Heizwasserkammer io. Die Wandungen 6 und 7 sind wärmeleitend, zum Beispiel aus Metall.

In diese Kammern münden von außen zugängliche Zu- und AbIaufstutzen, und zwar in die ölkammer 8 der Zulaufstutzen 13 und der Ablaufstutzen 14, in die Gebrauchwasserkammer 9 der Zulaufstutzen 15 und der Ablaufstutzen 16 und in die Heizwasserkammer der Zulaufstutzen 17 und der Ablaufstutzen 18. Der Zulaufstutzen 13 ist druckseitig an eine innerhalb der ölkammer 8 untergebrachte elektrisch betreibbare Ölpumpe 19 angeschlossen, deren Ansaugstutzen 2o in dem ölbad der ölkammer 8 mündet, in das auch die Ölpumpe 19 eintaucht. Das ölbad reicht bis zum ölspiegel 24. Die beiden anderen Kammern 9 und io sind bei Betrieb vollständig mit Flüssigkeit gefüllt.

In der Heizwasserkammer io ist ein elektrisch betreibbarer Tauchheizer 21 angeordnet, der von der Heizflüssigkeit umspült wird und über von außen zugängliche elektrische Anschlüsse 22 und 23 an eine Stromquelle 46 anschließbar ist. Mit 3o ist der elektrisch betreib— bare Kompressor einer Kältemaschine bezeichnet, der im Inneren der .Ölkammer 8 untergebracht ist, und zwar so, daß er mindestens teilweise von dem ölbad umspült wird. Als Kondensator ist eine mehrgängige Rohrleitungsschlange 35 koaxial zur Achse 2 innerhalb der Heizwasserkammer 10 verlegt, die einerseits über den Gasdruckanschluß 33 an den Druckanschluß 31 und andererseits en einen nach außen führenden Flüssigkeitsanschluß 36 angeschlossen ist. Der Flüssigkeitsanschluß 36 führt zu einem Kältemittelsammler 37 und von da führt eine äußere Leitung 38 zu einem außerdem an den Sauganschluß 32 angeschlossenen Verdampfer 39 zur Aufnahme von Wärme aus der Atmosphäre, aus der Sonnenstrahlung, aus dem Erdreich oder aus dem Grundwasser oder einem Gewässer.

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Über den Zulaufstutzen 15 wird aus einer äußeren Frischwasserversorgung 41 kaltes Frischwasser zugegeben und über den Ablaufstutzen 16 wird das aufgewärmte Gebrauchwasser abgenommen und einem Verbraucher 42 zugeführt. Über den Zulaufstutzen 17 kann bei Bedarf heißes Heizwasser zum Beispiel aus dem Heizkessel 43 eines Wohnhauses zugeführt werden. Das abgekühlte Heizwasser fließt anschließend über den Ablaufstutzen 18 wieder an den Heizkessel 43 zurück und wird dort wieder aufgeheizt.

An den Zulaufstutzen 13 kann eine Rohrleitungsschlange angeschlossen sein, die an den Ablaufstutzen 14 führt und in einem äußeren Wärmetauscher 40 verlegt ist, der dazu dient, Wärme aus der Sonnenstrahlung, dem Erdreich, der Atmosphäre, dem Grundwasser oder einem Gewässer aufzunehmen. Der Verdampfer 39 und der Wärmetauscher 40 können in einem kombinierten äußeren Gerät 44 untergebracht sein.

Die zum Betrieb angeschlossenen äußeren Rohrleitungen sind in der Zeichnung durch strichpunktierte Linien angedeutet. Der Warmwasserbereiter wird vorzugsweise wie folgt betrieben. Die billigste Wärmequelle ist die über den Ölkreislauf, weil diese nur Primärenergie für den Betrieb der Ölpumpe erfordert. Bei dieser sparsamsten Betriebsweise wird das Öl ständig durch den Wärmetauscher 40 gepumpt und dabei von der Umgebung, zum Beispiel der Sonneneinstrahlung aufgeheizt und heizt dann das Gebrauchwasser in der Gebrauchwasserkammer 9 auf. Die Verlustwärme der Ölpumpe 19 wird auch zur Aufheizung des Öls ausgenutzt. Reicht die auf diese Weise dem Warmwasserbereiter zugeführte Energie aus, dann sind alle anderen Einrichtungen abgeschaltet. Reicht die auf diese Weise gewonnene Energie nicht aus, dann wird die Kältemaschine bestehend aus dem Kompressor 30, dem durch die Rohrleitungsschlange 35 gebildeten Kondensator, dem Verdampfer 39 und dem Kältemittelsammler 37 mit eingeschaltet. Die Kältemaschine arbeitet als Wärmepumpe und nimmt an dem Verdampfer 39 Wärme von der Umgebung auf und gibt diese in der Rohrleitungsschlange 35 an das Heizwasser der Heizwasserkammer 10 ab, die ihrerseits das Gebrauchwasser in der Gebrauchwasserkammer 9 heizt. Die unvermeidliche Verlustwärme des Kompressors 30 wird zur Aufheizung des Öls in der Ölkammer 8 genutzt. Diese Betriebsweise ist immer noch günstig, denn es wird nur Primärenergie zum Betrieb des Kompressors und der dabei gleichzeitig noch eingeschalteten Ölpumpe 19 benötigt. Erst wenn die so verfügbar gemachte Energie immer noch

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nicht ausreicht, wird der Heizkessel 43 zugeschaltet um das Heizwasser der Heizwasserkammer 10 zusätzlich aufzuheizen. Sollte der Heizkessel in einem solchen Bedarfsfall nicht in Betrieb sein, zum Beispiel im Sommer, dann ist es unter Umständen nicht wirtschaftlich ihn extra einzuschalten und für diesen Zweck steht die elektrische Beheizung über den Tauchheizer 21 zur Verfügung, die dann eingeschaltet wird, anstelle des Heizkessels 43· Auf diese Weise ist sichergestellt, daß das Wasser in der Gebrauchwasserkammer 9 immer soweit wie möglich unter Ausnutzung der jeweils billigsten Energiequelle aufgeheizt wird.

Zur Steuerung des jeweils optimalen Betriebs dient ein zentrales Steuergerät 45, das mit einem äußeren Temperaturfühler 50 die Außentemperatur der Atmosphäre, mit einem Temperaturfühler 52 die Temperatur am Wärmetauscher, mit einem weiteren Temperaturfühler 53 die Temperatur am Verdampfer 39 und mit einem weiteren Temperaturfühler 54 die Temperatur des aufgeheizten Gebrauchwassers abfühlt. Das Steuergerät 45 schaltet über eine erste Steuerleitung 55 die ölpumpe 19 ein und aus und über eine zweite Steuerleitung 56 den Kompressor ein und aus und über eine dritte Steuerleitung 57 ein in dem Heizwasserrücklauf geschaltetes Absperrventil 47 auf und zu und schließlich über die Steuerleitung 58 einen Schalter 48 in der Stromzuführung für den Tauchheizer 21 auf und zu.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

j. Warmwasserbereiter mit einem Behälter, dessen Außenwandung thermisch isolierend ausgebildet ist und der eine Gebrauchwasserkammer und eine Heizflüssigkeitskammer aufweist, welche Kammern miteinander in wäremleitendem Kontakt sind und je einen nach außen führenden Zulaufstutzen und Ablaufstutzen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wärmeübertragungsflüssigkeit skammer ( 8 ) vorgesehen ist, die mit einem nach außen führenden Zulaufstutzen ( 13 ) und Ablaufstutzen ( 14 ) an einen äußeren mit der Umgebung in Wärmekontakt stehenden Wärmetauscher ( 40 ) anschließbar ist und von der Gebrauchwasserkammer ( 9 ) umgeben ist und mit dieser in wärmeleitendem Kontakt steht, und daß die Gebrauchwasserkanuner ( 9 ) von der Heizflüssigkeitskammer ( 10 ) umgeben ist.
2. Warmwasserbereiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeübertragungsflüssigkeitskammer ( 8 ) kreiszylindrisch ist und daß die beiden anderen Kammern ( 9, 10 ) koaxial dazu ringförmig ausgebildet sind.
3. Warmwasserbereiter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Förderpumpe ( 19 ) vorgesehen ist, die in das Anschlußleitungssystem für den Wärmetauscher ( 40 ) geschaltet ist und innerhalb der Wärmeübertragungsflüssigkeitskammer ( 8 ) angeordnet ist, so daß sie von der dort enthaltenen Wärmeübertragungsflüssigkeit umspült wird.
4. Warmwasserbereiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompressor ( 30 ) einer Wärmepumpe innerhalb der Wärmeübertragungsflüssigkeitskammer ( 8 ) untergebracht ist, so daß er von der dort enthaltenen Wärmeübertragungsflüssigkeit umspült wird,

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und daß der Kondensator ( 35 ) dieser Wärmepumpe in Form einer mehrgängigen Rohrleifungsschleife innerhalb der Heizflüssigkextskammer ( 10 ) verlegt ist, so daß er von der dort enthaltenen Heizflüssigkeit umspült wird, und daß für das Kältemittel der Wärmepumpe ein nach außen führender Druckanschluß ( 32 ) und ein Flüssigkeitsanschluß ( 36 ) zum Anschließen eines äußeren Verdampfers ( 39 ) dieser Wärmepumpe vorgesehen ist.
5. Warmwasserbereiter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Wärmeübertragungsflüssigkeit eine elektrisch isolierende, bei Temperaturen bis zu - 30° c fließfähige Flüssigkeit eingesetzt ist.
6. Warmwasserbereiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrisch betreibbare Tauchheizung ( 21 ) mit von außen zugänglichen Stromanschlüssen vorgesehen ist, die im Innern der Heizf lüssigkeitskammer ( 1o ) untergebracht ist, so daß sie von der dort enthaltenen Heizflüssigkeit umspült wird.

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