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Heisswasserspeicher Die Erfindung betrifft einen Heisswasserspeicher, insbesondere zur Erwärmung von Konsumwasser, mit einem Behälter und einer Anzahl von gruppenweise im wesentlichen waagrecht liegenden Heizrohren, welche von einem Heizmittel, z. B. in der Form von heissem Wasser oder Dampf, durchströmt werden, und zwecks Einführung in den Behälter von zu erwärmendem Wasser mit längs des Heizrohres liegenden Einlass- und Verteilungsrohren mit am Ende gesperrtem Durchlauf, aber mit seitlichen Öffnungen zur Ausströmung des Wassers in den Behälter.
Bei den bekannten Heisswasserspeichern dieser Art ist jedes Verteilungsrohr so im Verhältnis zu den Heizrohren angeordnet, dass die Strahlen des aus den öff- nungen des Verteilungsrohres austretenden Wassers die nächstliegenden Heizrohre treffen, welche dadurch einen verhältnismässig grossen thermischen Wirkungsgrad aufweisen, aber das weitere Eindringen des Wassers zwischen die übrigen, gewöhnlich in weit grösserer Anzahl vorhandenen Heizrohre hemmen, wodurch der thermische Wirkungsgrad der letzteren Rohre verhältnismässig geringer als beabsichtigt wird.
Es gilt dies für Heisswasserspeicher zur Erwärmung von Konsumwasser bei sowohl grossem als auch kleinem Heisswasserkonsum, aber auch in den Fällen, wo der Heisswasserspeicher in einer Anlage angeordnet ist, worin das erwärmte Wasser in die Anlage an die Konsumstellen und das nicht verbrauchte Wasser zurück nach dem Heisswasserspeicher geleitet wird, um wieder erwärmt zu werden. Das zurückströmende Wasser dringt in dem Falle direkt vom Verteilungsrohr zwischen die Heizrohre hinein und verursacht dadurch den weiteren Nachteil, dass die vorteilhafte natürliche thermische Selbstzirkulation des im Behälter befindlichen Wassers zwischen die Heizrohre nach oben gehemmt wird.
Beim Anschluss des Heisswasserspeichers an Fernheizungswerke wird man gewöhnlich versuchen, den möglichst grössten Unterschied zwischen der Temperatur des Fernheizungswassers bei dessen Einlass in den Heisswasserspeicher und der Temperatur bei dessen Auslass aus dem Heisswasserspeicher zu erzielen. Bei Heisswasserspeichern der erwähnten Art zur Erwärmung von Konsumwasser wird die Abflusstemperatur des Fernheizungswassers auf die gewünschte Temperatur des Konsumwassers im Behälter begrenzt, d. h. gewöhnlich mindestens 50 C.
Ziel der Erfindung ist, den Nachteilen der vorstehend erwähnten Art entgegenzutreten sowie in den respek- tiven Fällen die möglichst grösste Abkühlung des Fernheizungswassers zu erzielen und im übrigen die Leistungsfähigkeit des Heisswasserspeichers zu vergrössern.
Dies wird erfindungsgemäss dadurch erzielt, dass an den zwei gegenüberliegenden Seiten eines im wesentlichen in waagrechter Ebene gelegenen offenen Raums, welcher die Heizrohre in eine obere und eine untere Gruppe im Behälter aufteilt, je ein Verteilungsrohr angeordnet ist, und zwar mit gegen den Raum nach innen gerichteten Öffnungen.
Beim Betrieb des Heisswasserspeichers wird das Heizmittel auf gewöhnliche Weise nach den zu oberst liegenden Heizrohren geleitet, d. h. nach den Heizrohren der oberen Gruppe, und strömt von dort aus durch die Heizrohre in die untere Gruppe, bevor es abgeleitet wird. Das zu erwärmende Wasser wird nach den beiden Verteilungsrohren geleitet und strömt durch die öff- nungen der Rohre von beiden Seiten der Gruppen frei in den Raum dazwischen.
Die somit gegeneinander, von je ihrer Seite, kommenden Wasserströme können sich von dem Raum nur nach oben und unten im Behälter verteilen, indem sie quer auf alle Heizrohre darin strömen, und werden somit gezwungen, unter steigender Temperatur die Wärme abgebenden Rohre zu passieren, die gleichzeitig alle ohne Ausnahme von Wärme aufnehmendem Wasser umspült werden und dadurch jedes für sich effektiv am Wärmeaustausch teilnimmt.
Es ist unmittelbar ersichtlich, dass die Heizrohre, welche in der Nähe des offenen Raums zwischen den beiden Gruppen liegen, welche von dem kältesten Was-
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ser umspült werden, eine grössere Abkühlung des Heiz- mittels, z. B. des Fernheizungswassers, geben können als die äussersten Rohre der Gruppen, welche im wesentlichen von bereits erwärmtem Konsumwasser im Behälter umgeben sind; es wird aber doch bei derselben Anzahl von Heizrohren eine grössere resultierende Abkühlung des Heizmittels als bei den vorstehend erwähnten bekannten Heizwasserspeichern erzielt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Heisswasserspeichers nach der Erfindung, wobei die Heizrohre des Vor- und des Rücklaufes des Heizmittels im Behälter an dem einen Ende miteinander in offener Verbindung stehen, vorzugsweise paarweise durch Ausführung von je zwei Rohren in der Form eines Rohrbügels, und das andere Ende der Heizrohre des Vorlaufes bzw. des Rücklaufes an eine Heizmittel-Einlass- kammer bzw.
an eine Heizmittel-Ablasskammer angeschlossen sind, welche Kammern von einem Deckel abgeschlossen sind, steht die Einlasskammer mit den zu oberst in der oberen Gruppe liegenden Heizrohren in offener Verbindung, während die Ablasskammer in offener Verbindung mit den zu unterst in der oberen Gruppe und in der Nähe des die Heizrohre in zwei Gruppen aufteilenden Raumes steht, und eine ebenfalls vom Dek- kel abgeschlossene dritte Kammer ist vorhanden, welche mit allen Heizrohren der unteren Gruppe in offener Verbindung steht.
Die Heizrohre, welche der Ableitungskammer am nächsten angeschlossen sind, werden somit von dem kältesten Konsumwasser bestrichen, und man nähert sich hierdurch dem ideellen Gegenstromprinzip und behält doch die mit freiliegenden Heizrohren offenbar verknüpften Vorteile bei.
Bei geringem oder keinem Konsum von Wasser verteilt und mischt sich dieses im Behälter schnell bei der natürlichen thermischen Zirkulation des Wassers zwischen allen Heizrohren der beiden Gruppen praktisch ohne Hemmung verursacht von den Verteilungsrohren und vom aus diesen austretenden Wasser.
Anschliessend wird die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung beschrieben, worin Fig. 1 teilweise im Längsschnitt einen Heisswasserspeicher mit eingebauten bügelförmigen Heizrohren und parallel damit liegenden Wasserverteilungsrohren für die Zuleitung des zu erwärmenden Wassers, Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-11 in Fig. 1, Fig. 3 perspektivisch die Heizrohre und die Verteilungsrohre schräg von vorne und in Seitenansicht, Fig. 4 die Verteilungsrohre in geänderter Ausführung, aber auf dieselbe Weise wie in Fig. 3 gesehen,
und Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel des Heisswasserspeichers ähnlich dem in Fig. 1 gezeigten, aber mit einem geänderten Durchlauf für das Heizmittel zeigt.
1 bezeichnet einen waagrecht liegenden zylindrischen Behälter, mit einem vorderen Endboden 2, welcher unten einen ausgebauten Stutzen 3 mit einem Flansch 4 hat, woran ein Deckel 5 befestigt ist, und eine zwischen dem Deckel und dem Flansch 4 eingespannte Rohrplatte 6. An der Rohrplatte 6 sind die Enden einer Anzahl von waagrecht liegenden Heizrohren 7 befestigt, und zwar in der Form von in senkrechten Ebenen verhältnismässig dicht aneinander liegenden Rohrbügeln, wobei zwischen den innersten Schenkeln der Rohrbügel ein im wesentlichen in waagrechter Ebene liegender Raum 8 gebildet wird, der an den Enden sowie oben und unten von den Heizrohren und der Rohrplatte begrenzt, aber an den Seiten offen ist.
Der Deckel 5 schliesst zwei durch eine Wand 9 getrennte Kammern 10 und 11 mit Ein- und Ablassstutzen 12 bzw. 13 ab. Die obere Kammer 10 steht in offener Verbindung mit den zu oberst liegenden Bügelschenkeln, welche eine Gruppe der Heizrohre 7 über den Raum 8 bilden, während die zu unterst liegenden Bügelschenkel eine andere Gruppe von Heizrohren unter dem Raum 8 bilden, die in offener Verbindung mit der unteren Kammer 11 im Deckel 5 steht.
14 bezeichnet zwei Verteilungsrohre zur Verteilung des zu erwärmenden Wassers nach dem Einlass in den Behälter 1, und welche ausserhalb der beiden Gruppen von Heizrohren 7 an je einer von zwei gegenüberliegenden Seiten des Raums 8 zwischen den Gruppen liegen. An der dem Raum 8 zugewandten Seite haben die an den Enden geschlossenen Verteilungsrohre über ihre ganze Länge Öffnungen 15 oder Spalte. Die beiden Verteilungsrohre 14 sind über je ein Abzweigstück 16 mit einem gemeinsamen Wasserzuleitungsrohr 17 verbunden, welche dichtschliessend unten durch den Behältermantel 1 durchgeführt ist. Der Behältermantel besitzt unten ein Schlammablassventil 18 und oben einen Ablassstutzen 19 für warmes Wasser.
Das Heizmittel in der Form von heissem Wasser oder Dampf wird der Kammer 10 zugeleitet und strömt von dieser Kammer durch die Heizrohre 7 in die oberste Gruppe und durch die Rohre der untersten Gruppe in die Kammer 11 zurück, von wo aus es durch den Stutzen 13 abgeleitet wird. Das kalte Wasser wird den Verteilungsrohren 14 durch das Einlassrohr 17 und die Abzweigstücke 16 zugeleitet und tritt, wie in Fig. 4 angedeutet, durch die Öffnungen 15 in den Verteilungsrohren von beiden Seiten in den Raum 8, von wo aus es im wesentlichen gleichmässig verteilt auf- und abwärts zwischen alle Heizrohre der beiden Gruppen dieser hineindringt.
Die stärkste Erwärmung erfolgt in der oberen Gruppe, die zuerst vom Heizmittel umspült wird. Dieses wird indessen auch wesentlich in der unteren Gruppe abgekühlt, deren Heizrohre ebenfalls während der Erwärmung von Wasser umspült werden, und das Heizmittel verlässt somit den Heisswasserspeicher, nachdem es auf zweckmässige Weise Wärme an das Wasser im Behälter 1 abgegeben hat.
Insbesondere bei geringem oder ganz eingestelltem Konsum von warmem Wasser erfolgt eine natürliche thermische Zirkulation des Wassers nach oben zwischen die Heizrohre. In diesen Perioden hält das Wasser im Behälter somit stets die grösstmögliche Temperatur. Bei danach eintretendem grossem Konsum von warmem Wasser fängt die Erwärmung von zuströmendem kaltem Wasser, wie vorstehend beschrieben, sofort wieder an.
Bei der Erwärmung von kalkhaltigem Konsumwasser, wobei bei der Erwärmung Kalk ausgeschieden wird, welcher sich erfahrungsgemäss an den Rohren absetzt, aber wieder davon abbröckelt, wenn kaltes Wasser in grossem Umfange plötzlich zugeleitet wird, können Kalkschalen ungehindert in den untersten Teil des Behälters herabsinken, und der Kalkschlamm kann dann gelegentlich durch das Ablassventil 18 entfernt werden.
Bei der Aufteilung der Wasserverteilungsrohre 14 in mindestens zwei Teile 14a und 14b mit Abzweigstücken 16a bzw. 16b, wie in Fig. 4 gezeigt, kann dem Heisswasserspeicher gleichzeitig ganz kaltes und teilweise erwärmtes Wasser zugeleitet werden. Das von den Verteilungsrohren 14a austretende Wasser wird sich
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zwischen den Heizrohren 7 der ober- und unterhalb des Raumes 8 liegenden Partien von diesen Rohrgruppen verteilen, und zwar praktisch genommen ohne sich mit dem Wasser zu mischen, das den Verteilungsrohren 14b zugeleitet wird und sich von dort aus zwischen den Heizrohren der anderen Partien der Gruppen verteilt.
Eventuell kann im Behälter eine senkrechte Trennung eingebaut sein, die jedenfalls teilweise das Wasser im Behälter mit gegenseitig verschiedener Temperatur trennt.
Die vorstehend beschriebene Wassererwärmungs- weise kann insbesondere bei Heisswasserversorgungs- anlagen Anwendung finden, wo das von den Konsumenten nicht abgenommene Wasser zwecks Wiedererwärmung zum Heisswasserspeicher zurückzirkuliert wird.
Bei dem in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel des Heisswasserspeichers wird eine verhältnismässig sehr grosse Abkühlung des Heizmittels, z. B. des Fernhei- zungswassers, erzielt. Die oberste Kammer 10 in Fig. 1 ist hier durch eine Wand 20 in zwei Kammern 10a und 10b geteilt, und der Ablassstutzen 13 ist derart angeordnet, dass er das Rücklaufwasser zur Fernheizungs- quelle von der Kammer 10b ableitet.
Das vom Einlassstutzen 12 kommende Heizmittel läuft von der Kammer 10a in die äussersten Heizrohre 7 der oberen Gruppe und läuft von dort aus in die entsprechenden äussersten Rohre 7 der unteren Gruppe, um alsdann in die Kammer 11a zurückzukehren und durch die sowohl in der unteren als auch in der oberen Gruppe restlichen innersten Heizrohre, welche dem Raum 8 am nächsten liegen, dem das kalte Wasser zugeleitet wird, hin und zurück um den Raum zu strömen, um schliesslich in die Kammer lob hineinzulaufen,
von wo aus es durch den Stutzen 13 zur Wärmequelle zurückgeleitet wird. Das Heizmittel wird durch diesen Verlauf durch den Heisswasserspeicher nach und nach der Abkühlung durch Konsumwasser mit niedriger und niedrigster Temperatur ausgesetzt, und zwar entsprechend dem bei Wärmeaustausch zwischen Flüssigkeiten angestrebten Gegenstromsprinzip.
Der Heisswasserspeicher kann statt mit bügelförmi- gen Heizrohren mit geradlinigen waagrecht liegenden Heizrohren in zwei Gruppen ausgeführt werden, welche an jedem Ende mit einer Rohrplatte und einem Deckel versehen sind, indem der innen im Behälter 1 liegende Deckel in dem Falle keine Einlass- und Ablassstutzen 12 und 13 besitzt.
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Hot water storage tank The invention relates to a hot water storage tank, in particular for heating consumption water, with a container and a number of substantially horizontally lying heating pipes in groups, which are operated by a heating means, e.g. B. in the form of hot water or steam, and for the purpose of introducing water to be heated into the container with inlet and distribution pipes lying along the heating pipe with a blocked passage at the end, but with lateral openings for the water to flow into the container .
In the known hot water storage tanks of this type, each distribution pipe is arranged in relation to the heating pipes in such a way that the jets of the water emerging from the openings of the distribution pipe hit the nearest heating pipes, which thereby have a relatively high thermal efficiency, but further penetration of the water between the other heating pipes, which are usually present in a far greater number, whereby the thermal efficiency of the latter pipes is relatively lower than intended.
This applies to hot water storage tanks for heating consumption water with both large and small hot water consumption, but also in cases where the hot water storage tank is arranged in a system, in which the heated water is sent to the system at the point of consumption and the unused water back to the Hot water storage tank is directed to be heated again. In this case, the water flowing back penetrates directly from the distribution pipe between the heating pipes and thereby causes the further disadvantage that the advantageous natural thermal self-circulation of the water in the container upwards between the heating pipes is inhibited.
When connecting the hot water storage tank to district heating plants, one will usually try to achieve the greatest possible difference between the temperature of the district heating water when it enters the hot water storage tank and the temperature at its outlet from the hot water storage tank. In the case of hot water storage tanks of the type mentioned for heating consumption water, the discharge temperature of the district heating water is limited to the desired temperature of the consumption water in the container, i. H. usually at least 50 C.
The aim of the invention is to counter the disadvantages of the type mentioned above and, in the respec- tive cases, to achieve the greatest possible cooling of the district heating water and, moreover, to increase the efficiency of the hot water tank.
This is achieved according to the invention in that a distribution pipe is arranged on each of the two opposite sides of an essentially horizontal open space, which divides the heating pipes into an upper and a lower group in the container, with a distribution pipe facing inwards directed openings.
When the hot water tank is in operation, the heating medium is routed in the usual way to the uppermost heating pipes, i. H. after the heating pipes of the upper group, and flows from there through the heating pipes into the lower group before it is discharged. The water to be heated is directed to the two distribution pipes and flows freely through the openings of the pipes from both sides of the groups into the space between.
The water currents coming against each other, from each side, can only be distributed from the room up and down in the container by flowing across all heating pipes in it, and are thus forced to pass the heat-emitting pipes as the temperature rises at the same time all without exception of heat absorbing water are washed around and thereby each participates effectively in the heat exchange.
It can be seen immediately that the heating pipes, which are located near the open space between the two groups, which are exposed to the coldest water
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water are washed around, a greater cooling of the heating medium, z. B. the district heating water, can give as the outermost pipes of the groups, which are essentially surrounded by already heated consumption water in the container; However, with the same number of heating pipes, a greater resultant cooling of the heating medium is achieved than in the case of the known heating water tanks mentioned above.
In a preferred embodiment of the hot water storage tank according to the invention, the heating pipes of the flow and return of the heating medium in the container are in open connection at one end, preferably in pairs by making two pipes in the form of a pipe bracket, and the other End of the heating pipes of the flow or return to a heating medium inlet chamber or
are connected to a heating medium discharge chamber, which chambers are closed by a cover, the inlet chamber is in open communication with the heating pipes at the top in the upper group, while the discharge chamber is in open communication with the lower ones in the upper group and in the Close to the space dividing the heating pipes into two groups, and there is a third chamber which is also closed off by the cover and which is in open connection with all heating pipes in the lower group.
The heating pipes, which are connected to the discharge chamber closest, are thus coated with the coldest consumption water, and one approaches the ideal countercurrent principle and yet retains the advantages apparently linked to exposed heating pipes.
With little or no consumption of water, it is distributed and mixed quickly in the container with the natural thermal circulation of the water between all heating pipes of the two groups, practically without any inhibition caused by the distribution pipes and the water exiting them.
Subsequently, the invention is described in an exemplary embodiment with reference to the drawing, in which Fig. 1 shows a hot water storage tank with built-in bow-shaped heating pipes and parallel water distribution pipes for the supply of the water to be heated, Fig. 2 shows a section along the line II-11 in Fig. 1, Fig. 3 is a perspective view of the heating pipes and the distribution pipes obliquely from the front and in side view, Fig. 4 the distribution pipes in a modified version, but seen in the same way as in Fig. 3,
and FIG. 5 shows an exemplary embodiment of the hot water storage tank similar to that shown in FIG. 1, but with a modified passage for the heating means.
1 denotes a horizontally lying cylindrical container, with a front end base 2, which at the bottom has a dismantled nozzle 3 with a flange 4, to which a cover 5 is attached, and a tube plate 6 clamped between the cover and the flange 4 the ends of a number of horizontally lying heating pipes 7 are attached, in the form of pipe brackets lying relatively close to one another in vertical planes, with a space 8 lying essentially in a horizontal plane being formed between the innermost legs of the pipe bracket, which space 8 is formed at the ends and limited at the top and bottom by the heating tubes and the tube plate, but is open on the sides.
The cover 5 closes two chambers 10 and 11 separated by a wall 9 with inlet and outlet connections 12 and 13, respectively. The upper chamber 10 is in open connection with the uppermost bracket legs, which form a group of heating pipes 7 over the space 8, while the lower bracket legs form another group of heating pipes under the space 8, which are in open connection with the lower chamber 11 in the cover 5 is.
14 denotes two distribution pipes for distributing the water to be heated after the inlet into the container 1, and which are outside the two groups of heating pipes 7 on each of two opposite sides of the space 8 between the groups. On the side facing the space 8, the distribution pipes closed at the ends have openings 15 or gaps over their entire length. The two distribution pipes 14 are each connected via a branch piece 16 to a common water supply pipe 17 which is passed through the container jacket 1 in a tightly closing manner. The container jacket has a sludge drain valve 18 at the bottom and a drain connection 19 for warm water at the top.
The heating medium in the form of hot water or steam is fed to the chamber 10 and flows from this chamber through the heating tubes 7 into the uppermost group and through the tubes of the lowest group back into the chamber 11, from where it is discharged through the nozzle 13 becomes. The cold water is fed to the distribution pipes 14 through the inlet pipe 17 and the branch pieces 16 and, as indicated in FIG. 4, passes through the openings 15 in the distribution pipes from both sides into the space 8, from where it is distributed essentially evenly - and down between all heating pipes of the two groups this penetrates.
The strongest heating occurs in the upper group, which is first washed around by the heating medium. This is, however, also cooled significantly in the lower group, the heating pipes of which are also surrounded by water during the heating, and the heating medium thus leaves the hot water tank after it has expediently given off heat to the water in the container 1.
Particularly when there is little or no consumption of warm water, there is natural thermal circulation of the water upwards between the heating pipes. During these periods, the water in the container always maintains the highest possible temperature. When a large amount of warm water is then consumed, the warming of the inflowing cold water starts again immediately, as described above.
When heating lime-based consumer water, where lime is excreted when it is heated, which, as experience has shown, settles on the pipes, but crumbles off again when large amounts of cold water are suddenly supplied, lime scale can sink unhindered into the lowest part of the container, and the lime sludge can then occasionally be removed through the drain valve 18.
When dividing the water distribution pipes 14 into at least two parts 14a and 14b with branch pieces 16a and 16b, as shown in FIG. 4, completely cold and partially heated water can be fed to the hot water tank at the same time. The water exiting from the distribution pipes 14a will become
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distribute between the heating pipes 7 of the above and below the space 8 lying parts of these pipe groups, practically speaking without mixing with the water that is fed to the distribution pipes 14b and from there between the heating pipes of the other parts of the groups distributed.
A vertical separation can possibly be built into the container, which in any case partially separates the water in the container with mutually different temperatures.
The water heating method described above can be used in particular in hot water supply systems, where the water that is not consumed by the consumers is circulated back to the hot water storage tank for the purpose of reheating.
In the embodiment of the hot water storage tank shown in FIG. 5, a comparatively very large cooling of the heating means, e.g. B. the district heating water achieved. The uppermost chamber 10 in FIG. 1 is divided into two chambers 10a and 10b by a wall 20, and the drainage connection 13 is arranged in such a way that it diverts the return water to the district heating source from chamber 10b.
The heating medium coming from the inlet connection 12 runs from the chamber 10a into the outermost heating tubes 7 of the upper group and from there runs into the corresponding outermost tubes 7 of the lower group, in order to then return to the chamber 11a and through both the lower and lower ones in the upper group the remaining innermost heating pipes, which are closest to room 8, to which the cold water is fed, to flow back and forth around the room to finally run into the chamber lob,
from where it is returned to the heat source through the nozzle 13. As a result of this flow through the hot water storage tank, the heating medium is gradually exposed to cooling by consumption water at low and lowest temperatures, in accordance with the countercurrent principle aimed at with heat exchange between liquids.
Instead of bow-shaped heating pipes, the hot water storage tank can be designed with straight, horizontal heating pipes in two groups, which are provided with a pipe plate and a cover at each end and 13 owns.