DE1299393B

DE1299393B - Warmwassererzeuger, insbesondere Heizwassererzeuger

Info

Publication number: DE1299393B
Application number: DER40190A
Authority: DE
Inventors: Bierhoff; Dipl-Ing Rolf
Original assignee: Rheinisch Westfaelisches Elektrizitaetswerk AG
Current assignee: RWE AG
Priority date: 1965-03-24
Filing date: 1965-03-24
Publication date: 1969-07-17
Also published as: SE315993B; US3363675A; GB1104790A; AT261145B; CH442662A; BE678268A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Warmwassererzeuger, insbesondere Heizwassererzeuger, bestehend aus einem intermittierend beheizten Wärmespeicher mit einer oder mehreren druckdichten Wärmetauschkammern, an die eine Zulaufleitung für das zu erwärmende Wasser und eine Ablaufleitung sowie ein Wasserausgleichsbehälter angeschlossen sind, wobei das erwärmte Wasser über in die Ablaufleitung eingeschaltete Steuerorgane dem Verbraucher zugeführt wird.
Bei derartigen bekannten Warmwassererzeugern wird das bei diesen Einrichtungen vorliegende Problem, dem' Wärmespeicher jeweils die benötigte Wärmemenge zu entnehmen, dadurch gelöst, daß die Beeinflussung der Wärmeabgabe des Wärmespeichers durch Veränderung der umlaufenden Warmwassermenge und der Warmwassertemperatur durch zumeist sehr aufwendige Regeleinrichtungen erfolgt. Nachteilig ist hierbei, daß die zulässige Höhe der Temperatur des Wärmespeichers und damit die speicherbare Wärmemenge durch den verhältnismäßig niederen Siedepunkt des Wassers bestimmt wird. Bei anderen bekannten Warmwassererzeugern erfolgt zur Vermeidung dieser Schwierigkeiten die Anpassung der Wärmeabgabe an den Bedarf durch einen zwischen dem Wärmespeicher und dem Verbraucher eingeschalteten Zwischenkreislauf. Dies bedingt, abgesehen davon, daß auch bei dieser bekannten Ausführungsform auf eine besondere Regeleinrichtung nicht verzichtet werden kann, einen verhältnismäßig großen Bauaufwand.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Warmwassererzeuger, insbesondere Heizwassererzeuger der beschriebenen Art, so auszugestalten, daß er platzsparend und konstruktiv einfach aufgebaut sowie möglichst einfach regelbar ist, so daß er beispielsweise für Stockwerkheizungsanlagen vorteilhaft verwendet werden kann. Insbesondere liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Warmwassererzeuger so auszubilden, daß mit Ausnahme von Raumthermostaten und Steuerorganen für die Warmwassermenge auf jegliche Regeleinrichtung sowie auf einen Zwischenkreislauf verzichtet werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, daß die Zulaufleitung in an sich bekannter Weise im oberen Bereich der Wärmetauschkammer mündet; wobei die Anordnung so getroffen ist, daß das zulaufende Wasser nicht an die Kammerwände gelangt, und daß die Ablaufleitung und der Wasserausgleichsbehälter im unteren Teil der Wärmetauschkammer angeschlossen sind und daß der Wasserausgleichsbehälter so bemessen ist, daB er zugleich als Aufnahmegefäß für das durch den bei entsprechender Speichertemperatur gebildeten Dampf aus der Wärmetauschkammer verdrängte Wasser herangezogen ist. Entsprechend dem erfindungsgemäßen Vorschlag wird das gesamte zu erwärmende Wasser der Wärmetauschkammer des Wärmespeichers, der vorteilhaft auf möglichst hohe Temperaturen aufgeheizt ist, unmittelbar zugeführt und dort erwärmt. Dabei stellt sich bei den Siedepunkt des Wassers übersteigenden Speichertemperaturen die Flüssigkeitsoberfläche in der Wärmetauschkammer dort ein, wo die Flüssigkeitstemperatur mit der dem herrschenden Druck entsprechenden Siedetemperatur übereinstimmt. Das hat zur Folge, daß sich die Größe der zur Erwärmung des Warmwassers auf Siedetemperatur notwendigen Wärmetauschflächen in der Wärmetauschkammer durch den oberhalb der Flüssigkeitsoberfläche auftretenden Dampfdruck selbsttätig einstellt, der entsprechend seiner Größe den Flüssigkeitsspiegel mehr oder weniger absenkt und dabei das Wasser mehr oder weniger in den Ausgleichsbehälter drückt.
Da bei Entnahme von warmem Wasser durch das zwangläufig zulaufende kältere Wasser ein Teil des Dampfes kondensiert bzw. eine weitere Verdampfung unterbunden wird, der Dampfdruck dadurch abfällt und demgemäß der Wasserspiegel steigt, regeln sich bei dem erfindungsgemäßen Warmwassererzeuger die für den zeitlich veränderlichen Wärmebedarf notwendigen Wärmetauschflächen selbsttätig über den Dampfdruck, so daß sich die Warmwassertemperatur unabhängig von der entnommenen Warmwassermenge ergibt. Da der Dampf nur eine regelnde, nicht aber eine wärmeübertragende Funktion hat und das gesamte zu erwärmende Wasser dem Wärmespeicher zugeführt wird, kann darüber hinaus der Wärmespeicher bis auf Umgebungstemperatur entspeichert werden.
Im einzelnen kann der erfindungsgemäße Warmwassererzeuger auf verschiedene Weise ausgestaltet werden. Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß der den Anschluß der Ablaufleitung und des Wasserausgleichsbehälters tragende untere Teil der Wärmetauschkammer aus dem Wärmespeicher herausragt. Hierdurch wird erreicht, daß das Wasser niemals vollständig aus der Wärmetauschkammer durch den sich aufbauenden Dampfdruck herausgedrückt werden kann, sondern selbst bei fehlender Warmwasserentnahme im unteren Teil der Wärmetauschkammer wegen der dort fehlenden Wärmetauschflächen zum Wärmespeicher hin eine Mindestflüssigkeitsmenge verbleibt, unterhalb deren minimal möglichen Wasserspiegel der Anschluß der Ablaufleitung und des Wasserausgleichsbehälters münden. Der Zulauf des zu erwärmenden Wassers kann auf verschiedene Weise erfolgen, wobei lediglich darauf zu achten ist, daß das Zulaufwasser dem in der Wärmetauschkammer befindlichen Warmwasser im wesentlichen von oben zugeführt wird, um den erforderlichen Wärmetausch in der Wärmetauschkammer zu gewährleisten. Dies kann nach einem Vorschlag der Erfindung dadurch erreicht werden, daß die Zulaufleitung in den außerhalb des Wärmespeichers liegenden unteren Teil der Wärmetauschkammer eingeführt ist und über ein Steigrohr im oberen Bereich der Wärmetauschkammer mündet, so daß das zugeführte und außen am Steigrohr herabrieselnde Wasser von oben auf die Oberfläche des in der Wärmetauschkammer befindlichen Warmwassers gelangt. Eine weitere von der Erfindung als vorteilhaft erkannte Ausführungsform besteht darin, daß die Zulaufleitung von oben in die Wärmetauschkammer eingeführt ist und in der Mündung Düsen oder Brausen angeordnet sind, welche das Zulaufwasser in gebündelten Strahlen in den unteren Teil der Wärmetauschkammer richten.
Die erfindungsgemäße Anordnung kann selbstverständlich auch vorteilhaft eingesetzt werden, wenn das Warmwasser als Brauchwasser entnommen werden soll, wobei die erfindungsgemäße Anordnung gleichsam als Durchlauferhitzer arbeitet.
Besitzt der Wärmespeicher mehrere Wärmetauschkammern, so sind diese vorteilhaft mit ihren aus dem Wärmespeicher herausragenden unteren Teil sowie im Bereich ihrer oberen Enden untereinander verbunden. Eine von der Erfindung bevorzugte Ausführungsform ist dabei dadurch gekennzeichnet, daß die miteinander verbundenen oberen Enden der Wärmetauschkammern über eine Druckausgleichsleitung an ein Druckausgleichsgefäß angeschlossen sind, in das die Zulaufleitung mündet und in das mit überlaufmündungen versehene Rohr eingesetzt sind, die zur Zuführung des Zulaufwassers aus dem Druckausgleichsgefäß in die Wärmetauschkammern an die gegebenenfalls im oberen Teil jeder Wärmetauschkammer vorgesehenen Düsen oder Brausen angeschlossen sind. Dadurch wird erreicht, daß beidseits der Düsen oder Brausen gleiche Drücke herrschen und so andernfalls kaum zu vermeidendes Versprühen oder Verspritzen des Zulaufwassers beim Austritt aus den Düsen oder Brausen ausgeschlossen ist.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert; es zeigt F i g.1 in schematischer Darstellung den Aufbau einer erfindungsgemäßen Warmwasser-Sammelheizungsanlage mit elektrisch beheiztem Wärmespeicher, F i g. 2 den Gegenstand nach F i g. 1 mit mehreren Wärmetauschkamrnern.
Der in der F i g. 1 dargestellte erfindungsgemäße Warmwassererzeuger besteht in seinem wesentlichen Aufbau aus einem Wärmespeicher 4 und einem Wasserausgleichsbehälter 3. Der Wärmespeicher 4 besitzt eine Wärmetauschkammer 5, die über eine Ablaufleitung 9 und eine Zulaufleitung 1 bzw. 11 mit dem Heizwasserkreislauf sowie über eine Anschlußleitung 10 mit dem Wasserausgleichsbehälter 3 verbunden ist. An der Mündung der Zulaufleitung 1 sind Düsen oder Brausen 2 angebracht, die das durchfließende Zulaufwasser bündeln, so daß es nicht an die heißen Wände der Wärmetauschkammer 5 spritzen kann, sondern direkt auf die Wasseroberfläche des in der Wärmetauschkammer 5 befindlichen Warmwassers fällt und sich dort mit dem siedenden Wasser mischt. Der Wasserzulauf 11 kann aber auch an einen außerhalb des Wärmespeichers 4 liegenden unteren Teil 5 a der Wärmeaustauschkammer 5 angeschlossen sein und über ein Steigrohr 12 in der Wärmetauschkammer 5 oberhalb des Wasserspiegels münden. Weiter sind im Heizwasserkreislauf eine Umwälzpumpe 8 sowie ein oder mehrere Heizkörperventile 7 und Heizkörper 6 vorgesehen.
Bei kaltem Wärmespeicher 4 steht die Wärmetauschkammer 5 voll Wasser. Während der Rufheizung verdampft ein Teil des Wassers, der hierbei auftretende Dampfdruck drückt das Wasser über die Anschlußleitung 10 in den Wasserausgleichsbehälter 3. Solange kein Warmwasser entzogen wird, bleibt das Wasser aus der Wärmetauschkammer 5 herausgedrückt, und steht mit einem minimalen Wasserspiegel im außerhalb des Wärmespeichers 4 liegenden unteren Teil 5 a der Wärmetauschkammer 5. Wenn die in der Regel von der Raumtemperatur gesteuerten Heizkörperventile 7 sich öffnen, wird das Warmwasser durch die Ablaufleitung 9 aus der Wärmetauschkammer 5 abgezogen, durch die Heizkörper 6 gepumpt und über die Zulaufleitung 1 oder 11 der Wärmetauschkammer 5 wieder zugeführt. Dieses Zulaufwasser kondensiert einen Teil des Dampfes, was einen Anstieg der Flüssigkeitsoberfläche mit sich bringt, da durch den Druck des Wasserausgleichsbehälters 3 aus diesem Wasser in die Wärmetauschkammer 5 gedrückt wird. Der Anstieg der Flüssigkeitsoberfläche in der Wärmetauschkammer 5 bringt eine Vergrößerung der Wärmetauschflächen zwischen dem Wärmespeicher 4 und dem in der Wärmetauschkammer 5 befindlichen Wasser mit sich, dabei stellt sich stets der Flüssigkeitsstand in einer solchen Höhe selbsttätig ein, daß an der Flüssigkeitsoberfläche Siedezustand besteht. Das erwärmte Wasser wird dann wieder über die Ablaufleitung 9 in das eigentliche Kreislaufsystem gepumpt, womit der Kreislauf geschlossen ist. Mit der Entspeicherung des Wärmespeichers 4 steigt die Flüssigkeitsoberfläche, im ganz entspeicherten Zustand ist die gesamte Wärmetauschkammer 5 mit Wasser gefüllt. Ein bedeutender Vorteil des erfindungsgemäßen Warmwassererzeugers ist darin zu sehen, daß die Anlage auch unterhalb einer Speichertemperatur, bei der keine Verdampfung mehr eintritt, voll einsatzfähig ist, denn die Anlage benutzt den Dampf lediglich für die Regelung der Wärmeübertragung im oberen Temperaturbereich und nicht zur Wärmeübertragung selbst.
In der F i g. 2 ist ein Wärmespeicher 4 aus mehreren, über die elektrischen Anschlußleitungen 13 beheizten Wärmespeicherelementen 4 a und diesen zugeordneten Wärmetauschkammern 5 vorgesehen, wobei die Wärmetauschkammern 5 mit ihren aus den Wärmespeicherelementen 4 a herausragenden unteren Teilen 5a sowie im Bereich ihrer oberen Enden 21 verbunden sind. Die miteinander verbundenen oberen Enden 21 der Wärmetauschkammern 5 sind über eine Druckausgleichsleitung 14 an ein Druckausgleichsgefäß 15 angeschlossen, in dem die Zulaufleitung 1 mündet. Weiter sind in das Druckausgleichsgefäß 15 Rohre 16 eingesetzt, in deren überlaufmündungen 17 das sich im Druckausgleichsgefäß 15 ansammelnde Zulaufwasser wehrartig einfällt. Zur Zuführung des Zulaufwassers aus dem Druckausgleichsgefäß 15 in die Wärmetauschkammern 5 sind die Rohre an die im oberen Teil jeder Wärmetauschkammer 5 vorgesehenen Düsen oder Brausen 2 angeschlossen. Da zufolge der Druckausgleichsleitung 14 im oberen Teil der Wärmetauschkammern 5 und im Druckausgleichsbehälter 15 dieselben Drücke herrschen, erfolgt der Austritt des Zulaufwassers durch die Düsen, bzw. Brausen 2 ohne Druckunterschied, so daß das Zulaufwasser unter Vermeiden jeden Verspritzens gegen die heißen Wände der Wärmetauschkammern 5 auf den Flüssigkeitsspiegel des in den Wärmetauschkammern 5 befindlichen Wassers fällt. Im übrigen kann eine überbrückungsleitung 18 vorgesehen sein, die in der Zulaufleitung 1 mündet und mit einem Mischventil 19 an die Ablaufleitung 9 angeschlossen ist. Das Druckausgleichsgefäß 15 ist mit einem Entlüftungsventil 20 versehen.

Claims

Patentansprüche: 1. Warmwassererzeuger, insbesondere Heizwassererzeuger, bestehend aus einem intermittierend beheizten Wärmespeicher mit einer oder mehreren druckdichten Wärmetauschkammern, an die eine Zulaufleitung für das zu erwärmende Wasser und eine Ablaufleitung sowie ein Wasserausgleichsbehälter angeschlossen sind, wobei das erwärmte Wasser über in die Ablauf- Leitung eingeschaltete Steuerorgane dem Verbraucher zugeführt wird, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Zulaufleitung (1) in an sich bekannter Weise im oberen Bereich der Wärmetauschkammer (5) mündet; wobei die Anordnung so getroffen ist, daß das zulaufende Wasser nicht an die Kammerwände .gelangt, und daß die Ablaufleitung (9) und der Wasserausgleichsbehälter (3) im unteren Teil (5 a) der Wärmetauschkammer (5) angeschlossen sind und daß der Wasserausgleichsbehälter so bemessen ist, daß er zugleich als Aufnahmegefäß für das durch den bei entsprechender Speichertemperatur gebildeten Dampf aus der Wärmetauschkammer verdrängte Wasser herangezogen ist.
2. Warmwassererzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der den Anschluß der Ablaufleitung (9) und des Wasserausgleichsbehälters (3) tragende untere Teil (5 a) der Wärmetauschkammer (5) aus dem Wärmespeicher (4) herausragt.
3. Warmwassererzeuger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zulaufleitung (11) in den außerhalb des Wärmespeichers (4) liegenden unteren Teil (5 a) der Wärmetauschkammer (5) eingeführt ist und über ein Steigrohr (12) im oberen Bereich der Wärmetauschkammer (5) mündet.
4. Warmwassererzeuger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zulaufleitung (1) von oben in die Wärmetauschkammer (5) eingeführt ist und in der Mündung Düsen oder Brausen (2) angeordnet sind, welche das Zulaufwasser in gebündelten Strahlen in den unteren Teil (5 a) der Wärmetauschkammer (5) richten.
5. Warmwassererzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anordnung mehrerer Wärmetauschkammern (5) im Wärmespeicher (4) diese mit ihren aus dem Wärmespeicher (4) herausragenden unteren Teilen (5a) sowie im Bereich ihrer oberen Enden (21) untereinander verbunden sind.
6. Warmwassererzeuger nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei dessen Verwendung als Heizwassererzeuger die miteinander verbundenen oberen Enden (21) der Wärmetauschkammern (5) über eine Druckausgleichsleitung (14) an ein Druckausgleichsgefäß (15) angeschlossen sind, in dem die Zulaufleitung (1) mündet und in das mit Überlaufmündungen (17) versehene Rohre (16) eingesetzt sind, die zur Zuführung des Zulaufwassers aus dem Druckausgleichsgefäß (15) in die Wärmetauschkammern (5) dienen und an die gegebenenfalls im oberen Teil jeder Wärmetauschkammer (5) vorgesehenen Düsen oder Brausen (2) angeschlossen sind.