DE8303845U1

DE8303845U1 - Fluessigkeitsboiler, insbesondere brauchwasserboiler.

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Publication number: DE8303845U1
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Priority date: 1983-02-11
Filing date: 1983-02-11
Publication date: 1983-06-16
Also published as: US4524726A

Description

FlUssigkeitsboiler, insbesondere Brauchwasserboiler

Die Neuerung bezieht sic^v auf einen Flüssigkeitsboiler, insbesondere Brauchwasserboiler, bestehend aus einem Kessel mit in den Innenraum des Kessels führenden Anschlüssen zum Zuführen und Abführen der Flüssigkeit sowie aus wenigstens einem, zumindest einem geschlossenen Kanal für ein wärmetransportierendes Medium bildenden Wärmetauscher, der im Innenraum des Kessels im Bereich des Kesselbodens angeordnet ist.

Flüssigkeitsboiler bzw. Brauchwasserboiler sind in zahlreichen Ausführungen bekannt und werden insbesondere zum Gewinnen von warmem Wasser in Solaranlagen oder in Anlagen mit Wärmepumpen verwendet.

Es hat sich heute zunehmend eine Bauart durchgesetzt, bei der der zylinderförmig ausgebildete bzw. mit einer kreiszylinderförmigen Umfangswand und an beiden Enden durch Stirnwände verschlossene Kessel aufrechtstehend, d.h. mit seiner Zylinderachse in vertikaler Richtung betrieben wird, wobei die eine Stirnwandung die Oberseite des Kessels und die andere Stirnwandung die Unterseite des Kessels bildet. Durch besondere Ausbildung der verwendeten Wärmetauscher sowie deren Anordnung im Innenraum der einzelnen Kessel wurde auch bereits versucht, die Verhältnisse hinsichtlich des Wärmeübergangs zwischen dem wärmetransportierenden Medium und der Flüssigkeit (Wasser) im Innenraum des Kessels zu verbessern. Optimale Verhältnisse lassen sich jedoch bei bekannten Flüssigkeits- bzw. Brauchwasserboiler nicht erreichen.

Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Flüssigkeitsboiler, insbesondere Brauchwasserboiler aufzuzeigen, der im Vergleich zu bekannten Boilern einen wesentlich verbesserten thermischen Wirkungsgrad aufweist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Flüssigkeitsboiler bzw.

Brauchwasserboiler der eingangs geschilderten Art neuarungsgemäß so ausgebildet, daß im Kessel ein Hilfsraum vorgesehen ist, der durch wenigstens eine Wand vom Innenraum des Kessels getrennt ist, daß der Hilfsraum an dieser Wand von dem Wärmetauscher umschlossen ist, daß die Wsnd wenigstens eine den Hilfsraum mit dem Innenraum des Kessels verbindende öffnung aufweist, und daß an der Außenseite des Kessels ein in den Hilfsraum mündender erster Hilfsanschluß sowie an der Außenseite des Kessels ein in den Innenraum des Kessels unterhalb des Wärmetauschers mündender zweiter Hilfsanschluß vorgesehen sind.

Durch diese Ausbildung ist es möglich, an den ersten Hilfsanschluß den Ausgang und an den zweiten Hilfsanschluß den Eingang einer kleinen Lade- bzw. Umwälzpumpe für die Flüssigkeit anzuschließen, wodurch kältere Flüssigkeit aus dem Innenraum des Kessels im Bereich unterhalb des Wärmeaustauschers in den Hilfsraum gepumpt und von dort durch die wenigstens eine öffnung in den Innenraum des Kessels wieder eintreten kann, wobei die aus der wenigstens einen öffnung austretende Flüssigkeit am Wärmetauscher oder an einem Teil dieses Wärmetauschers unmittelbar vorbeiströmt. Hierdurch ergibt sich eine sehr intensive Umströmung des Wärmetauschers mit der Flüssigkeit und damit verbunden eine wesentliche Steigerung des thermischen Wirkungsgrades.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Neuerung sind der Hilfsraum bzw. die diesen Hilfsraum gegenüber dem Innenraum des Kessels trennende Wand so ausgebildet, daß sich der Hilfsraum in Achsrichtung des zylinderförmig ausgebildeten Kessels von einer Stirnwandung dieses Kessels, nämlich von der den Boden des Kessels bildenden Stirnwandung in den Kesseiinnenraum erj streckt, wobei die vom Wärmetauscher zumindest teilweise um- : schlossene Wand der Umfangswand des Kessels zugewendet ist, von ! dieser jedoch einen Abstand aufweist. Der Wärmetauscher kann dann in dem zwischen der Umfangswand des Kessels und dem Hilfsraum liegenden Teilbereich des Kesselinnenraumes angeordnet werden.

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'j Als Wärmetauscher wird bei dem neuerungsgemäßen Flüssigkeitsboiler vorzugsweise wenigstens eine Rohrschlange verwendet, die in gewendelter, vorzugsweise jedoch in spiralförmiger Form die den Hilfsraum vom Innenraum des Kessels trennende Wand um-

.: schließt. Erstreckt sich der Hilfsraum in der oben beschriebenen

: Weise in Richtung der Achse des Kessels, so ergibt sich durch

■ ι die wenigstens eine Öffnung in der Wandung des Hilfsraums ein

■ . Flüssigkeitsaustritt dessen Richtung zumindest anfänglich

quer bzw. senkrecht zur Kesselachse liegt. Bei Verwendung

|j einer spiralförmig ausgeführten Rohrschlange als Wärmetauscher

i,- ist diese so im Kessel angeordnet, daß die Rohrschlange mit

!■; ' ihren einzelnen Windungen ebenfalls senkrecht zur Achse des |. Kessels liegt und die wenigstens eine Öffnung in der Wandung

% j des Hilfsraums geringfügig unterhalb der Rohrschlange oder aber ·' ; zwischen der Oberseite und der Unterseite dieser Schlange angeln ordnet ist. Hierdurch wird erreicht, daß die aus dem Hilfsraum in der Mitte der spiralförmigen Rohrschlange austretenden Flüssigkeit unter Umströmung der einzelnen Windungen der Rohrschlanj ge radial nach außen fließt und dadurch ein sehr intensiver

, Wärmeaustausch zwischen dem wärmetransportierendem Medium in der ρ Rohrschlange und der Flüssigkeit eintritt.

[' Besteht der Wärmetauscher aus mehreren stapelartig übereinander

I I angeordneten spiralförmigen Rohrschlangen, so ist für jede Rohr- ? j schlange in der Wand des Hilfsraumes wenigstens eine Öffnung

^yi !

|; j vorgesehen.

I j

I j Weiterbildungen der Neuerung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Neuerung wird im folgenden anhand der Figuren an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Brauchwasserboiler gemäß der Neuerung;

Fig. 2 in vergrößerter Darstellung drei jeweils zweilagige

spiralförmige Rohrschlä'gen des Wärmetauschers entsprechend Fig. 1 zusammen mit der aus mehreren übereinander ge-

■ · · ι · I

setzten Ringen bestehenden Wand des Hilfsraumes; Fig. 3 in vergrößerter Darstellung zwei benachbarte Ringe im

Bereich ihrer oberen sowie unteren Kante; Fig. 4 einen Schnitt entsprechend der Linie I-I der Fig. 3.

Der in der Fig. 1 dargestellte Brauchwasserboiler besteht im wesentlichen aus einem Kessel 1, der eine zylinderförmige, geschlossene Umfangswand 2, einen ebenfalls geschlossenen und konvex nach außen gewölbten Boden 3 sowie einen konvex nach außen gewölbten Deckel 4 aufweist. Die Umfangswand 2 sowie der Boden 3 und Deckel 4 schließen nach außen den Innenraum 5 des Kessels 1 ab. Am Deckel 4 sowie am Boden 5 ist jeweils in der Mitte ein Rohranschluß 6 bzw. 7 vorgesehen, wobei der zum Abführen des warmen Wassers dienende Anschluß 6 in den Innenraum des Kessels 1 und der Rohranschluß 7 in einen im Kessel 1 vorgesehenen Hiifsraum 8 münden. Am Boden 3 befinden sich noch zwei weitere Rohransdiüsse 9 und 10, von denen der Rohranschluß 9 als Wasserzulauf beispielsweise dann verwendet wird, wenn der Brauchwasserboiler beispielsweise in einer Heizungsanlage zusammen mit äußeren Verbrauchern (z.B. Heizkörpern) in einem geschlossenen Kreislauf betrieben wird.

Der Rohranschluß 10, der den "zweiten Hilfsanschluß" bildet, ist mit dem Eingang einer Ladepumpe 11 verbunden, deren Ausgang über eine Rohrleitung 12 an den einen Eingang eines T-Stücks 13 angeschlossen ist. Der Ausgang des T-Stücks 13 ist an den Anschluß 7 angeschlossen, so daß der mit der Rohrleitung 12 verbundene Eingang des T-Stücks 13 in Verbindung mit dem Anschluß V den "ersten Hilfsanschluß" bildet. An den anderen Eingang des T-Stücks 13 ist eine Rohrleitung 14 angeschlossen, die als Kaltwasserzulauf dient.

Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Hiifsraum 8 kreiszylinderförmig ausgeführt und liegt mit seiner Achse acbsgleich mit der Achse des Kessels 1. Der Hiifsraum 8 ist unten durch einen Teil des Bodens 3 verschlossen. Zur Trennung des Hilfsraumes 8 gegenüber dem Innenraum 5 des Kessels 1 dient eine im

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wesentlichen kreiszylinderförmige und achsgleich mit der Achse des Kessels 1 liegende Wand 15 mit oberer kreisscheibenförmiger Abschlußwand 16. Der Durchmesser des zylinderförmigen HxIfsraumes 8 ist kleiner als der Durchmesser des Innenraumes 5. Um die Wandung 15 herum sind in dem dortigen Teil des Innenraumes 5 mehrere, den Wärmetauscher bildende Rohrschlangen 17 angeordnet. Bei der dargestellten Ausführungsform besteht der Wärmetauscher aus insgesamt vier Rohrschlangen. Diese Rohrschlangen sind jeweils spiralförmig und zweilagig ausgeführt, d.h. jede Rohrschlange besteht jeweils aus einer unteren Lage 17' und aus einer oberen Lage 17" von spiralförmig verlaufenden Windungen, die in geeigneter Weise zu einer einzigen, durchgehenden Rohrschla'ge 17 miteinander verbunden sind. Die Anordnung ist weiterhin so getroffen, daß die von den einzelnen Rohrschlangen 17 bzw. deren Windungen gebildeten Ebenen senkrecht zur Achse des Kessels 1 liegen. Die Eingänge und Ausgänge der einzelnen Rohrschlangen 17 können innerhalb oder außerhalb des Kessels 1 miteinander und mit einem gemeinsamen Einlaß sowie Auslaß für das die Rohrschlangen 17 durchströmende wärmetransportierende Medium verbunden sein. Grundsätzlich ist es auch möglich, daß jede Rohrschlange oder aber einzelnen Rohrschlangen an jeweils einen gesonderten Einlaß und Auslaß für das wärmetransportierende Medium angeschlossen sind, so daß es möglich ist, den von den Rohrschlangen 17 gebildeten Wärmetauscher an unterschiedliche Wärmequellen anzuschließen.

Wie die Fig. 1 sehr deutlich zeigt, befindet sich der Hilfsraum 8 in der Mitte der stapelartig übereinander angeordneten Rohrschlangen 17. In der Wand 15 sind öffnungen 18 vorgesehen, durch die der Hilfsraum 8 mit dam Inn.enraum 5 in Verbindung steht jeweils eine öffnung 18 oder eine Gruppe von öffnungen befindet sich dabei im Bereich einer Rohrschlange 17, wobei die Anordnung vorzugsweise so getroffen ist, daß jede, einer Rohrschlange 17 zugeordnete öffnung 18 oder zumindest ein Teil der einer Rohrschlange 17 zugeordneten öffnungen 18 geringfügig unterhalb der zugehörigen Rohrschlange 17 liegt, also dem Boden 3 näher liegt als die Unterseite der zugehörigen Rohrschlange

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Unterhalb des von den Rohrschkngen 17 gebildeten Wärmetauschers befindet sich die Mündungsöffnung des in den Innenraum 5 führenden Anschlusses 10. Die Mündungsöffnung ist trichterförmig ausgebildet und so angeordnet, daß sie zum Boden 3 hin gewendet ist, Hierdurch wird sichergestellt, daß die Ladepumpe 11 über den Anschluß 10 Wasser aus dem unmittelbaren Bereich des Bodens 3 ! ansaugt.

Über dem von den Rohrschlangen 17 gebildeten Wärmetauscher ist an der Innenfläche der ümfangswand 2 ein als Prallwand dienender kegelförmiger bzw. konischer Ring 19 befestigt, der den Innen- ! raum 5 des Kessels 1 in einen oberen und in einen unteren Teilraum unterteilt, die durch die Ringöffnung 20 miteinander in Verbindung stehen.

Wie insbesondere die Fig. 2 zeigt, setzt sich die Wand 15 aus '< mehreren übereinander gesetzten ringförmigen Teilen 21 zusammen, ! -die jeweils einen gleichen, konstanten Innendurchmesser aufweisen, deren Außenfläche jedoch jeweils so ausgebildet ist, daß der Außendurchmesser an den beiden Enden jedes ringförmigen Teiles 21 kleiner ist als im mittleren Bereich. Hierdurch ergibt sich nach dem Aufeinandersetzen zweier ringförmiger Teile 21 an der Verbindungsstelle dieser Teile eine ringförmige Nut J an der Außenfläche der Wand 15, in der (Nut) die inneren Windun- '. gen einer Rohrschlange zumindest teilweise liegen, wodurch die einzelnen Rohrschlangen 17 gegen Verrutschen in Richtung der ! Kesselachse gesichert sind und der erforderliche Abstand zwischen ' den einzelnen Rohrschlangen 17 gewährleistet ist. Die einzelnen ringförmigen Teile 21 sind gegen unerwünschtes seitliches Verrutschen durch die jweils zwischen zwei ringförmigen Teilen angeordnete Rohrschlange 17 bzw. deren untere und obere Lage 17' bzw. 17" gesichert. Eine zusätzliche Sicherung kann hier entsprechend der Fig. 4 dadurch erreicht, daß beispielsweise an der oberen und/oder unteren Stirnkante jedes ringförmigen Teils 21 mehrere radial nach innen versetzte, vorstehende Ansätze 22 vor- ! gesehen sind, die gegen die Innenfläche des benachbarten ringförmigen Teils 21 anliegen.

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Die Öffnungen 18 sind in die Wandung jedes ringförmigen Teils dort eingebracht, wo dieses Teil den größten Außendurchmesser
aufweist. Das oberste/ mit der Abschlußwand 16 versehene ringförmige Teil besitzt dann keine Öffnungen 18.

Anstelle der Öffnungen 18 oder aber zusätzlich zu diesen öffnunj gen kann entsprechend der Fig. 3 die Ausbildung auch so getroffen werden, daß zwischen den aufeinandergesetzten ringförmigen

Teilen 21 schlitzförmige Öffnungen 18¹ verbleiben, und zwar
; beispielsweise dadurch, daß an der oberen Kante jedes ringförmigen Teils 21 in gleichmäßigen Abständen verteilt über diese ; Kante vorstehende Ansätze 23 vorgesehen sind, mit denen das
' betreffende ringförmige Teil 21 gegen ein benachbartes Teil
anliegt, wobei diese Ansätze 23 vorzugsweise über einen Teil
; ihrer Höhe bzw. Länge in Ausnehmungen 24 des benachbarten ringförmigen Teils liegen.

Die Arbeitsweise des Boilers läßt sich, wie folgt beschreiben:

Ist der Kessel 1 vollständig mit Wasser gefüllt und wird am
^: Anschluß 6 warmes Wasser entnommen, so fließt über die Rohrleitung 14 eine entsprechende Menge an kaltem Wasser nach,
welches über den Anschluß 7, den Hilfsraum 8 und die Öffnungen 18 bzw. 18' in den Innenraum 5 gelangt, wobei das aus den öffnungen 18 bzw. 18' austretende Wasser die Rohrschlange 17
intensiv umströmt.

Unabhängig von der Zufuhr kalten Wassers über die Rohrleitung wird mit Hilfe der Ladepumpe 11 im Raum unterhalb des Ringes ständig eine Wasserzirkulation erreicht, und zwar dadurch, daß kälteres Wasser im Bereich des Bodens 3 in den Hilfsraum 8 ge- ! drückt und an den dortigen Öffnungen 18 bzw. 18' weder in den
! Innenraum 5 des Kessels austritt, und zwar ebenfalls unter inni-

^! ger Umströmung der Rohrschlangen 17. Sobald sich das «v, zirkulierende Wasser auf eine bestimmte Temperatur erwärmt hat, gelangt es durch die Ringöffnung 20 in den Teil des Innenraums 5 ι oberhalb des Ringes 19. In diesem Raum findet entsprechend den

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ι ι ι -. ; ι -j .

Pfeilen B ebenfalls eine Zirkulation des Wassers statt, die i

i allerdings allein durch das aufsteigende warme Wasser und das ^!

absinkende kältere Wasser zurückzuführen ist. j

Die Neuerung wurde voranstehend an einem Ausführungsbeispiel
beschrieben. Es versteht sich, daß Änderungen sowie Abwand- j lungen möglich sind, ohne daß dadurch der der Neuerung zugrunde- ! liegende Erfindungsgedanke verlassen wird.

Claims

Schutzansprüche

1. Flüssigkeitsboiler, insbesondere Brauchwasserboiler, bestehend aus einem Kessel mit in den Innenraum des Kessels führenden Anschlüssen zum Zuführen und Abführen der Flüssigkeit, sowie aus wenigstens einem mindestens einen geschlossenen Kanal für ein wärmetransportierendes Medium bildenden Wärmetauscher, der im Innenraum des Kessels angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet,

daß im Kessel (1) ein Hilfsraum (8) vorgesehen ist, der durch wenigstens eine Wand (15, 16) vom Innenraum (5) des Kessels

(1) getrennt ist, daß der Hilfsraum (8) an dieser Wand von dem Wärmetauscher (17) umschlossen ist, daß die Wand wenigstens eine den Hilfsraum (8) mit dem Innenraum (5) des Kessels

(1) verbindende öffnung (18, 18') aufweist, und daß an der Außenseite der* Kessels (1) ein in den Hilfsraum mündender erster HilfRan Schluß (7, 13) und ein in den Innenraum (5) des Kessels unterhalb des Wärmetauschers (17) mündender zweiter Hilfsanschluß (10) vorgesehen sind.

2. Flüssigkeitsboiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Hilfsraum (8) ausgehend vom Boden (3) des Kessels (1) in den Innenraum ( 5) des Kessels (1) erstreckt.

3. Flüssigkeitsboiler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der den Hilfsraum (8) gegenüber dem Iiienraum (5) des Kessels (1) trennenden Wand (15) und der Wandung (2) des Kessels (1) ein Teilraum des Innenraumes (5) gebildet ist, in welchem (Teilraum) der Wärmetauscher (17) angeordnet ist.

4. Flüssigkeitsboiler nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsraum (8) achsgleich mit der ^Tchse c*es zylinderförmig ausgebildeten Kessels (1) liegt.

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5. Flüssigkeitsboiler nach einem der Ansprüche 2-4, dadurch

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gekennzeichnet, daß die den Hilfsraum (8) gegenüber dem Innenraum (5) des Kessels (1) trennende Wand (15) zylinderförmig ausgebildet ist.

6. Flüssigkeitsboiler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die den Hilfsraum (8) gegenüber dem Innenraum (5) trennende Wand (15) aus mehreren, übereinandergesetzten ringförmigen Teilen (21) besteht.

7. Flüssigkeitsboiler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher von wenigstens einer Rohrschlange, vorzugsweise von einer spiralförmig ausgeführten Rohrschlange (17) gebildet ist.

8. Flüssigkeitsboiler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine spiralförmig ausgebildete Rohrschlange mit den von ihren Windungen gebildeten Ebenen quer bzw. senkrecht zur Achse des Kessels (1) liegt.

9. Flüssigkeitsboiler nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Innenraum (5) des Kessels (1) oberhalb des Wärmetauschers (17) eine mit einer öffnung (20) versehene Wandung (19) vorgesehen ist, die zumindest im Bereich der ümfangswand (2) des Kessels (1) dessen T.nnenraum (5) in einen unteren Teilraum mit dem Wärmetauscher (17) und dem Hilfsraum (8) sowie in einen oberen Teilraum unterteilt, wobei beide Teilräume über die öffnung (20) in der Wand (19) in Verbindung stehtU <