DE2945529A1

DE2945529A1 - Warmwasserbereiter

Info

Publication number: DE2945529A1
Application number: DE19792945529
Authority: DE
Inventors: Bruno 7441 Wolfschlugen Kümmerle
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-11-10
Filing date: 1979-11-10
Publication date: 1981-05-21

Description

Warmwasserbereiter

Die Erfindung bezieht sich auf einen Warmwasserbereiter, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Art.

Ein bekannter Warmwasserbereiter dieser Art (DE-GM 78 29 991) weist im Bereich des Verdampfers einen zugeordneten Ventilator sowie Zulufteintrittsöffnungen und etwa auf gleicher Höhe an einer anderen Gehäuseseite Abluftaustrittsöffnungen auf, wobei mittels des Ventilators durch die Zulufteintrittsöffnungen Umgebungsluft angesaugt, im Durchgang durch den Verdampfer unter Wärmeabgabe an diesen und durch das Gehäuse des Warmwasserbereiters hindurchgeführt und sodann durch die Abluftaustrittsöffnungen abgegeben wird. Bei diesem Konzept wird also die in der Umgebungsluft enthaltene Wärme im Verdampferbereich .dazu genutzt, die zur Verdampfung des flüssigen Kältemittels notwendige Verdampfungswärme zur Verfügung zu stellen.

Ein derartiger Warmwasserbereiter scheitert oder führt zumindest zu großen Schwierigkeiten dann, wenn man z.B. in herunterzukühlendem Kühlwasser enthaltene Wärmeenergie nutzen will oder wenn man einen Kreislauf zur Verfügung hat, in dem ein Medium mit zumindest geringfügiger Erwärmung umläuft.

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... w \ ; i U Ü I f

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Warmwasserbereiter der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Art so auszubilden, daß mit möglichst einfachen und billigen Mitteln im Bereich des Warmwasserbehälters eine Wärmerückgewinnung möglich ist und insbesondere ein Anschluß an einen Kuhlkreislauf oder Heizkreislauf möglich ist, der ein flussiges Medium, z.B. Wasser, mit nur geringen Wärmegraden führt, wobei diesem Medium die darin enthaltene Wärmeenergie möglichst nutzbringend entzogen wird.

Die Aufgabe ist bei einem Warmwasserbereiter der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung durch die Merkmale im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 gelöst. Dadurch wird erreicht, daß die Wärmeenergie eines Mediums, welches im Kaltwasserbehälter zirkuliert, in Form von Verdampfungswärme über den Verdampfer dem Kältekreislauf nutzbringend zugeführt und mithin zur Erhitzung des Mediums im Warmwasserbehälter verwendet werden kann. Dabei führt im Bereich des Kaltwasserbehälters, also verdampferseitig, eine Abkühlung bereits um nur wenige Temperaturgrade zu einem hohen Energiegewinn, und zwar aufgrund der besonderen Eigenschaften der als Wärmepumpe arbeitenden Kältemaschine j denn bekanntlich hat eine Kältemaschine eine ca. 20% höhere Wärmeleistung als Kälteleistung. Dies macht es also möglich, schon bei geringer Abkühlung des im Kaltwasserbehälter geführten und mit dem dortigen Verdampfer in Berührung stehenden Mediums dort, wo Flüssigkeit, insbesondere Wasser, möglichst hoch zu erwärmen ist, also innerhalb des Warmwasserbehälters, eine wesentlich stärkere Erhitzung zu erreichen, z.B. auf Heizungsvorlauftemperaturen in der Größenordnung z.B. zwischen etwa 50⁰C und 60 C. Zugleich sind dadurch die Voraussetzungen dafür geschaffen, im Kaltwasserbehälter und/oder Warmwasserbehälter einen Zusatzwärmeaustauscher vorzusehen. Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei der der Zusatzwärmeaustauscher im Kaltwasserbehälter angeordnet ist und mit seinem Zulauf und Ablauf in das Innere des Warmwasserbehälters einmundet und im Zulauf oder insbesondere im Ablauf eine

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Zirkulationspumpe aufweist. Bei dieser Gestaltung wird also das im Inneren des Warmwasserbehälters befindliche, warme Wasser dem Zusatzwärmeaustauscher im Inneren des Kaltwasserbehälters als dort für den Verdampfungsprozess erforderliche Verdampfungswärme zugeführt. Im Bereich des Warmwasserbehälters nicht genutzte, bereitgestellte Wärmeenergie kommt somit doch noch zur Nutzung.

Besonders vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Ansprüchen 2 - 5. Die Anordnung der Kältemaschine unterhalb der beiden Behälter hat den Vorteil, daß z.B. aus Transportgründen beide Behälter leicht von der Kältemaschine abgetrennt werden können, überdies sind dann die Voraussetzungen dafür geschaffen, in jeden Behälter von oben her einen Zusatzwärmeaustauscher einbringen zu können, z.B. eine elektrische Zusatzheizwendel, oder eine Heizwendel zum Anschluß einer Fußbodenheizung oder eines Heizkörpers o.dergl. Das Einsetzen derartiger Zusatzwärmeaustauscher in Form von Tauchkörper von oben her in den Behälter ist bei der häufig niedrigen Raumhöhe, insbesondere Kellerhöhe, dann nicht möglich, wenn die Behälter zuzüglich Sockelteil bereits die gesamte Raumhöhe ausfüllen. Die trennbare Gestaltung macht ein Einsetzen der Zusatzwärmeaustauscher möglich, bevor die Behälter auf die Kasteneinheit darunter aufgesetzt werden. Ferner ist es durch die Gestaltung auch möglich, z.B. nur die untere Kasteneinheit ohne darüber befindliche Behälter, wie auch umgekehrt, zu liefern und zu montieren.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Ansprüchen 6-9.

Der vollständige Wortlaut der Ansprüche ist vorstehend allein zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen nicht wiedergegeben, sondern lediglich durch Nennung der Anspruchsnummer darauf Bezug genommen, wodurch jedoch alle diese Anspruchsmerkmale als an dieser Stelle ausdrücklich und wesentliche Offenbarungsteile offenbart zu gelten haben.

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Weitere Einzelheiten und insbesondere Vorteile des erfindungsgemäßen Warmwasserbereiters ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die
Zeichnung zeigt eine schematische Seitenansicht eines Warmwasserbereiters, integriert in einen Heizkreislauf.

Der gezeigte Warmwasserbereiter, der statt Wasser natürlich in gleicher Weise auch andere Flüssigkeiten erwärmen oder
erhitzen kann, weist einen Warmwasserbehälter 10 auf, der
als Wasserspeicher gestaltet ist und dessen Wandung 11
ringum z.B. mit einem besonderen Kunststoffschaum isoliert ist. Der Warmwasserbehälter 10 ist mit einem ZulaufanschluB 12, mit einer Entleerung 13 und mit einem AblaufanschluB 14 versehen. Über diese Anschlüsse ist an den Warmwasserbehälter 10 beim gezeigten Ausführungsbeispiel ein Heizkörper 15
mittels einer Vorlauf leitung 16 mit Absperrventil 17 und
mittels einer Rücklaufleitung 18 angeschlossen. Die Vorlaufleitung 16 ist über einen Mischer 19 geführt, der in üblicher Weise innerhalb einer Kurzschlußleitung 20 eines Heizkessels 21 sitzt. Zu diesem Kreislauf gehören ferner ein Ausdehnungsgefäß 22 und ein Sicherheitsventil 23.

Ober den Zulaufanschluß 12 tritt relativ kaltes Rücklaufwasser in das Innere 24 des Warmwasserbehälters 10 ein. Im Inneren 24 wird das Wasser in noch zu beschreibender Weise erwärmt. Das erwärmte Wasser tritt als Heizwasser mit einsr Vorlauftemperatur in der Größenordnung zwischen 50° und 60° C Ober den Ablaufanschluß 14 aus dem Warmwasserbehälter 10 aus und gelangt über die Vorlauf leitung 16 bei geöffnetem Absperrventil 17 in den Heizkörper 15, wo es unter Erwärmung des
Raumes abkühlt und über die Rücklaufleitung 16 wieder zurückgeführt wird.

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Bestandteil des Warmwasserbereiters ist ferner eine als Wärmepumpe arbeitende Kältemaschine 30. Letztere weist einen Verdichter 31, einen Verdampfer 32, dessen Abgang 33 an den Verdichter 31 angeschlossen ist, und einen Kondensator auf. Der Kondensator 34 ist mit seinem Eingang 35 an den Verdichter 31 und mit seinem Ausgang 36 an den Eingang 37 des Verdampfers 32 angeschlossen, und zwar unter Zwischenschaltung eines Einspritz- oder Expansionsventiles 38.

Der Kondensator 34 ist als Wärmeaustauscher in Gestalt eines Wendelrohraustauschers 39 ausgebildet und im Inneren 24 des Warmwasserbehälters 10 angeordnet. Er führt innerhalb seiner Rohrleitung das Arbeitsmittel des Kältekreislaufes.

Durch eine in der Zeichnung obere öffnung ist in den Warmwasserbehälter 10 von oben her noch ein zusätzlicher Tauchheizkörper 40 eingehängt, der z.B. elektrisch beheizt ist.

Der Warmwasserbereiter weist neben dem Warmwasserbehälter einen zweiten Behälter auf, der als Kaltwasserbehälter 50 ausgebildet ist und als Kältespeicher dient. Vom Aufbau entspricht der Kaltwasserbehälter 50 zumindest in etwa dem Warmwasserbehälter 10. Form und Größe können gleich sein. Auch der Kaltwasserbehälter 50 führt im Inneren 51 Wasser. Auch eine andere Flüssigkeit ist möglich. Der Kaltwasserbehälter 50 ist mit einem Zulaufanschluß 52 und einem AblaufanschluB 53 versehen. An letztere ist ein Wasser führender Zusatzkreis 54 angeschlossen, welcher über eine Leitung 55 Kaltwasser aus dem Inneren 51 entnimmt und über eine Leitung 56 Wasser höherer Temperatur in das Innere 51 des Kaltwasserbehälters 50 zurückführt. Der Zusatzkreis 54 kann generell ein Kühlkreislauf oder auch ein Heizkreislauf sein. Letzteres ist schematisch dargestellt. Dieser Heizkreislauf weist innerhalb der Leitung 55 eine Zirkulationspumpe 57, ein Rückschlagdurchgangsventil 58,einen darauf folgenden Sonnenkollektor 59 sowie innerhalb der Leitung 56 einen Thermostaten 60 und ein von der Leitung 56 abzweigendes

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Ausdehnungsgefäß 61 und Sicherheitsventil 62 auf. Der Zusatzkreis 54 führt über die Leitung 56 und den ZulaufanschluB 52 wärmeres, mittels des Sonnenkollektors 59 erwärmtes Wasser in das Innere 51 des Kaltwasserbehälters 50 ein. Dabei kann man beispielshalber davon ausgehen, daß in einem Sonnenkollektor 59 dieser Art das ganze 3ahr über Flüssigkeit zwischen z.B. minus 5 C und plus 10 C zur Verfugung steht, in der Sommerzeit sogar mit höherem Energieniveau.

Ein im Inneren 51 des Kaltwasserbehälters 50 eingebauter Zusatzwärmeaustauscher 63 mit Zulauf 64 und Ablauf 65 kann also durch das im Inneren 51 des Kaltwasserbehälters 50 befindliche Wasser aufgeheizt werden. Sowohl der Zulauf 64 als auch der Ablauf 65 mündet in das Innere 24 des Warmwasserbehälters 10 ein, so daß der Zusatzwärmeaustauscher vom in Inneren 24 des Warmwasserbehälters 10 befindlichen Wasser gespeist ist. Im Ablauf 65 befindet sich eine Zirkulationspumpe 66, die über einen Thermostaten 67 in Abhängigkeit von der Temperatur im Inneren 24 des Warmwasserbehälters 10 gesteuert wird.

So wie der Kondensator 34 ist auch der Verdampfer 32 als vom Arbeitsmittel des Kältekreislaufes durchströmter Wärmeaustauscher in Gestalt eines Wendelrohraustauschers 41 ausgebildet. Er ist in das Innere 51 des Kaltwasserbehälters eingetaucht. Beide Wendelrohraustauscher 39 und 41 sind also als Tauchkörper gestaltet. Wie man sieht, tauchen diese von unten in das Innere 24 bzw. 51 ein. Die Kältemaschine 30 ist als in einem Gehäuse 42 enthaltene Kasteneinheit ausgebildet, die unterhalb des Warmwasserbehälters 10 und des Kaltwasserbehälters 50 angeordnet ist. Die Kasteneinheit ist dabei als Stand- und Befestigungssockel für beide darüberstehende Behälter 10 und 50 ausgebildet. Aus dem Gehäuse der Kasteneinheit sind lediglich der Verdampfer 32 und der Kondensator 34 überstehend herausgeführt.

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Wie man erkennt, sind der Warmwasserbehälter 10 und der Kaltwasserbehälter 50 nebeneinander und dabei als Einheit oberhalb des Gehäuses 42 der Kasteneinheit angeordnet. Beide Behälter 10 und 50 sind von einem gemeinsamen Gehäuse 43 umgeben, welches als auf die untere Kasteneinheit aufgesetzter Aufsetzkasten ausgebildet ist. In dieser Weise bildet der gesamte Warmwasserbereiter, umgrenzt von dem Gehäuse 42 und dem Gehäuse 43, einen bausteinartigen Komplettkasten, dessen beide Einzelbausteine aus den von dem Gehäuse 42 sowie von dem Gehäuse 43 umgebenen Baugruppen bestehen.

Die Wirkungsweise der Kältemaschine 30 ist an sich geläufig. Vom Verdichter 31 wird in Pfeilrichtung dem Kondensator 34 im Warmwasserbehälter 10 Kältemittel, beispielsweise Frigen, in Dampfform mit relativ hoher Temperatur und hohem Druck zugeführt. Dieser Kältemitteldampf kondensiert im Kondensator 34 zu flüssigem Kältemittel unter Wärmeabgabe an das im Inneren 24 befindliche Wasser. Das Wasser wird dadurch innerhalb des Warmwasserbehälters 10 z.B. auf eine Vorlauftemperatur von 5O⁰C bis 60⁰C erwärmt, so daB also das über den Ablaufanschluß 14 und die Vorlaufleitung 16 dem Heizkörper 15 zugeführte Heizwasser auf die notwendige Vorlauftemperatur erwärmt ist. Das Rücklaufwasser gelangt über die Rücklaufleitung 18 und den ZulaufanschluB 12 wieder in das Innere 24 des Warmwasserbehälters 10 zurück.

Das im Kondensator 34 kondensierte flüssige Kältemittel mit nunmehr relativ niedriger Temperatur und niedrigem Druck gelangt sodann vom Ausgang 36 des Kondensators 34 in Pfeilrichtung zum Einspritz- oder Expansionsventil 38. Dort erfolgt eine Dosierung und Drosselung des flüssigen Kältemittels, das sodann vom Einspritzventil 38 zum Verdampfer 32 geführt wird. In letzterem verdampft das flüssige Kältemittel, wobei es die dazu notwendige Verdampfungswärme dem im Inneren 51 des Kaltwasserbehälters 50 enthaltenen Wasser entzieht, welches über die Leitung 56 und den ZulaufanschluB 52 vom

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Zusatzkreis 54 in das Innere 51 des Kaltwasserbehälters eingeleitet wird und welches als Kaltwasser über den AblaufanschluB 53 und die Leitung 55 mit Zirkulationspumpe 57 wieder aus dem Inneren 51 abgeführt wird. Das über den Zulaufanschluß 52 zugeführte, mittels des Sonnenkollektors 59 etwas erwärmte Wasser wird mithin im Inneren 51 des Kaltwasserbehälters 50 mittels des darin befindlichen Verdampfers 32 heruntergekühlt. Der im Verdampfer 32 entstehende Kältemitteldampf gelangt vom Verdampferabgang 33 zum Eingang des Verdichters 31, durch den der Verdichter den Kältemitteldampf ansaugt. Der Verdichter 31 setzt den Kältemitteldampf unter höheren Druck mit einhergehender Erwärmung und fördert ihn im geschlossenen Kreislauf wieder zum Kondensator 34.

Mittels der Kältemaschine 30 wird mithin die im Wasser des Zusatzkreises 54 enthaltene, durch Sonnenkollektor 59 der Umgebung entzogene Wärme genutzt, nämlich dem Wasser im Inneren 51 des Kaltwasserbehälters 50 entzogen und durch die Pumpwirkung nach Wärmepumpenprinzip zum Erwärmen des im Inneren 24 des Warmwasserbehälters 10 zirkulierenden Heizwassers herangezogen. Dabei macht man sich die allgemein bekannte Tatsache zunutze, daß die Kältemaschine 30 eine ca. 20% höhere Wärmeleistung als Kälteleistung hat.

Der in den Gehäusen 42 und 43 enthaltene Baustein wird als Blockeinheit in dieser Form bereitgestellt und gehandelt. Soll diese Blockeinheit in beschriebener Weise eingesetzt werden, so bedarf es dann lediglich der jeweiligen Rohranschlüsse einerseits im Bereich des Zulaufanschlusses 12 und Ablaufanschlusses 14 des Warmwasserbehälters 10 und andererseits des Zulaufanschlusses 52 und Ablaufanschlusses 53 des Kaltwasserbehälters 50.

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Leerseit

Claims

Patentanwälte

Krwtzsch l^ülbargerslx. 65 Dipl.-Ing, Volkhard Kratzsch

Schulz D-7300 Essiingen Dipl.-Ing. Klaus Schulz

Telefon Stuttgart (0711) 35 99 92 Deutsche Bank Esslingen 210906 cable «krapatent» esslingenneckar Postscheckamt Stuttgart 10004-701

Bruno Kümmerle 5. November 1979

Wolfschlugen Anwaltsakte 295Θ

Patentansprüche

M ./Warmwasserbereiter, mit einem Zu- und Ablauf anschlüsse aufweisenden Warmwasserbehälter und mit einer als Wärmepumpe arbeitenden Kältemaschine, die einen Verdichter, zumindest einen Verdampfer, dessen Abgang an den Verdichter angeschlossen ist, und zumindest einen eingangsseitig an den Verdichter und ausgangsseitig an den Eingang des Verdampfers angeschlossenen Kondensator aufweist, der als das Arbeitsmittel des Kältekreislaufes führender Wärmeaustauscher ausgebildet und innerhalb des Warmwasserbehälters angeordnet ist, gekennzeichnet durch einen zweiten Behälter, der als Kaltwasserbehälter (50) ausgebildet ist, als Kältespeicher dient und der mit eigenen Zulauf- und Ablaufanschlüssen (52,53) versehen ist, an die man einen als Heiz- und/oder Kühlkreislauf wirksamen Zusatzkreis (54), welcher dem Kaltwasserbehälter (50) Kaltwasser entnimmt (53) und Wasser höherer Temperatur zurückführt (52), anschließen kann, sowie dadurch, daß der Verdampfer (32) der Kältemaschine (30) als vom Arbeitsmittel des Kältekreislaufes durchströmter Wärmeaustauscher (41) ausgebildet und in das Innere (51) des Kaltwasserbehälters (50) eingetaucht ist.

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2. Warmwasserbereiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daB die Kältemaschine (3Oj als in einem Gehäuse (42) enthaltene Kasteneinheit ausgebildet ist, aus dem der Kondensator (34) und der Verdampfer (32) überstehend herausgeführt sind.
3. Warmwasserbereiter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kasteneinheit unterhalb des Warmwasserbehalters (10) und/oder Kaltwasserbehälters (50) angeordnet und als Stand- und Befestigungssockel für den oder die Behälter (10,50) ausgebildet ist.
4. Warmwasserbereiter nach Anspruch 2 oder 3« dadurch gekennzeichnet, daß der Warmwasserbehalter (10) und der Kaltwasserbehälter (50) nebeneinander und als Einheit oberhalb der Kasteneinheit (42) angeordnet sind.
5. Warmwasserbereiter nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (34) und/oder der Verdampfer (32) als Tauchkörper ausgebildet sind, die in den jeweils zugeordneten Warmwasserbehalter (10) bzw. Kaltwasserbehälter (50) eintauchen.
6. Warmwasserbereiter nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (34) und/oder der Verdampfer (32) als Wendelrohraustauscher (39 bzw. 41) ausgebildet sind.
7. Warmwasserbereiter nach einem der Ansprüche 2-6, dadurch gekennzeichnet, daß der Warmwasserbehälter (10) und der Kaltwasserbehälter (50) von einem beide umschließenden Gehäuse (43) umgeben sind.

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8. Warmwasserbereiter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (43) als auf die untere Kasteneinheit (42) aufgesetzter Aufsetzkasten ausgebildet ist.
9. Warmwasserbereiter nach einem der Ansprüche 1-8, gekennzeichnet durch die Gestaltung als bausteinartiger Komplettkasten.
10. Warmwasserbereiter nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kaltwasserbehälter (50) und/oder der Warmwasserbereiter (10) einen Zusatzwärmeaustauscher (50,63) aufweist.
11. Warmwasserbereiter nach Anspruch 10, d a d u r c h gekennzeichnet, daß der Zusatzwärmeaustauscher (63) im Kaltwasserbehälter (50) angeordnet ist und mit seinem Zulauf (64) und Ablauf (65) in das Innere (24) des Warmwasserbehälters (10) einmündet und im Zulauf (64) oder insbesondere im Ablauf (65) eine Zirkulationspumpe (66) aufweist.

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