-
Die Erfindung betrifft einen Brauchwasserbereiter zum Anschluß an
eine Sammelheizungsanlage mit einem als Wärmeaustauscher ausgebildeten Behälter
und einem koaxial dazu angeordneten Leitrohr, dessen obere Trennwand mit einer Durchflußöffnung
versehen ist, sowie mit einer im Ringraum zwischen Behälterwand und Leitrohr verlaufenden,
das. Heizwasser führenden Rohrschlange od. dgl.
-
Bei den bekannten Brauchwasserbereitern wird im allgemeinen das Brauchwasser
entweder nur nach dem Durchflußprinzip oder nur nach dem Boilerprinzip erwärmt.
-
Verfährt man nach dem Durchflußprinzip, so wird das Brauchwasser während
des Zapsvorganges laufend erwärmt und der hierzu notwendige Durchflußerhitzer meist
so ausgelegt, daß er in der Lage ist, die gesamte Heizleistung des Heizungskessels
auf das Brauchwasser zu übertragen. Derartige Durchflußerhitzer werden infolgedessen
meist in unmittelbarer Nähe des Heizungskessels, oft sogar innerhalb des eigentlichen
Heizungskessels, angeordnet. Grundsätzlich ist es jedoch möglich, den Durchflußerhitzer
an irgendeiner anderen Stelle des Heizwasserkreislaufes anzuordnen. Das Durchflußprinzip
weist jedoch den Nachteil auf, daß bei kleineren Heizungsanlagen und damit kleineren
Heizungskesseln die Kesselleistung bei weitem nicht ausreicht, um die laufend benötigte
Brauchwassermenge in der gewünschten, verhältnismäßig kurzen Zeit ausreichend zu
erwärmen. Eine Vergrößerung der Heizkesselleistung allein zu dem Zweck, die Leistung
des Durchflußerhitzers zu vergrößern,
ist jedoch unwirtschaftlich,
da die verfügbare Leistung im Laufe eines Tages meist nur während einer verhältnismäßig
kurzen Zeitspanne von höchstens ein bis zwei Stunden ausgenutzt wird. Die Anlagekosten
derartiger Heizungsanlagen sind daher unverhältnismäßig hoch. Ferner besteht bei
der Erwärmung von Brauchwasser nach dem Durchflußprinzip stets die Gefahr, daß die
meist wendelförmig gebogenen und von dem zu erwärmenden Brauchwasser durchflossenen
Wärmeaustauscherrohre stark verschmutzen und daß sich an ihnen infolge des laufenden
Zustroms von immer neuem Frischwasser Verkrustungen und festhaftende Ansätze, insbesondere
von Kesselstein, bilden. Eine mechanische Reinigung des Inneren derartiger Wärmeaustauscherrohre
ist praktisch nicht möglich. Auch eine chemische Reinigung läßt sich nur unter gewissen
Schwierigkeiten durchführen. Eine derartige Verschmutzung bzw. Verkalkung der Wärmeaustauscherrohre
ist jedoch kaum zu vermeiden, da bei derartigen Rohren örtlich verhältnismäßig hohe
Temperaturen auftreten, so daß das Wasser im Bereich der inneren Rohrwandung besonders
stark erhitzt wird und infolgedessen dort in besonders hohem Maße Kesselstein aus
dem Brauchwasser ausfällt.
-
Bei der Bereitung von warmem Brauchwasser nach dem Boilerprinzip wird
das Brauchwasser innerhalb eines größeren Behälters, dem sogenannten Boiler, erwärmt,
und zwar wiederum von dem in einem geschlossenen Kreislauf umlaufenden Heizwasser.
Das Heizwasser fließt dabei meist durch einen den Boilermantel konzentrisch umschließenden
Ringraum oder aber durch den Boiler durchziehende gerade Rohre. Es besteht somit
die Möglichkeit, den Boiler an jeder beliebigen Stelle der Heizungsanlage anzuordnen,
wo er mit warmem Heizwasser versorgt werden kann. Darüber hinaus sind Boiler bekannt,
die direkt im Heizwasserkessel einer Heizungsanlage angeordnet sind und deren Wandungen
allseitig direkt vom Heizwasser umspült sind. Mit Hilfe eines solchen Boilers wird
eine Bevorratung des Brauchwassers erreicht, so daß auch bei kleineren Heizungsanlagen
bzw. Heizungskesseln eine größere Brauchwassermenge kurzfristig zur Verfügung steht.
Derartige Boiler besitzen jedoch den Nachteil, daß sie verhältnismäßig große Abmessungen
aufweisen müssen, um die erforderliche große Brauchwassermenge aufnehmen zu können.
Falls derartige Boiler in den eigentlichen Heizkessel direkt eingebaut werden, muß
dieser erhebliche Abmessungen erhalten. Die erheblichen Abmessungen des Boilers
bzw. des Heizungskessels bedingen entsprechend hohe Herstellungskosten. Ein weiterer
Nachteil derartiger Boiler ist darin zu sehen, daß deren wärmetauschende Heizflächen
in der Regel viel zu klein sind. Infolgedessen ist es beim Dauerzapfbetrieb, insbesondere
dann, wenn die benötigte Brauchwassermenge die Menge überschreitet, die der betreffende
Boiler zu speichern vermag, nicht möglich, die gesamte Kesselleitung des Heizungskessels
dem Brauchwasser zuzuführen. Die Temperatur des abgezapften Brauchwassers sinkt
dann, nachdem sie eine Weile annähernd konstant gewesen ist, sehr rasch ab. Es steht
dann nur noch Brauchwasser von sehr geringer, bei weitem nicht ausreichender Temperatur
zur Verfügung.
-
Um diesen Nachteil abzustellen, hat man bereits versucht, die vorgenannten
Boilerbauarten miteinander zu kombinieren, indem man bei Boilern, die innerhalb
eines Heizkessels angeordnet sind und allseitig vom Heizwasser umspült werden, zusätzlich
Heizrohre im Innern des Boilers angeordnet hat, die ebenfalls vom Heizwasser durchströmt
werden. Diese Maßnahme bringt jedoch kaum eine Verbesserung, da durch die zusätzlichen
Heizrohre innerhalb des Boilers das Fassungsvermögen desselben in erheblichem Maße
verringert wird. Außerdem ist bei dieser bekannten Bauart eine wirklich ins Gewicht
fallende Vergrößerung der Heizfläche kaum zu erreichen, da die zusätzlichen Heizrohre
im Innern des Boilers nur als glatte Rohre ohne Rippen ausgebildet sind. Die Anordnung
von Rippenrohren innerhalb eines solchen Boilers ist deshalb zwecklos, weil das
die Heizrohre durchströmende Heizwasser lediglich infolge des natürlichen Umlaufes,
also verhältnismäßig langsam, durch die Heizrohre bewegt wird, was in entsprechender
Weise auch für das die Heizrohre außenseitig umgebende Brauchwasser gilt. Infolge
der geringen Strömungsgeschwindigkeit des Heizwassers und infolge der Tatsache,
daß diesem als Wärmeaustauschfläche lediglich die glatte Innenwandung der Heizrohre
zur Verfügung steht, ist das Heizwasser nicht in der Lage, eine nennenswert größere
Wärmemenge an das Heizrohr abzugeben als ohnehin von diesem auch ohne äußere Rippen
auf das die Heizrohre umgebende Brauchwasser übertragen werden kann.
-
Ferner ist es bereits bekannt, einem Brauchwasserboiler brauchwasserseitig
eine Rohrschlange vorzuschalten, welche das Brauchwasser während des Zapfvorganges
nach dem Durchflußprinzip vorwärmt, bevor es in den Boiler gelangt und sich mit
dem gespeicherten warmen Brauchwasser vermischt. Bei dieser bekannten Bauart addieren
sich jedoch die Nachteile sowohl des Durchflußprinzips als auch die des Boilerprinzips.
Außerdem besteht stets die Gefahr, daß sich in der vorgeschalteten Rohrschlange
durch Ablagerung von Kesselstein starke Ansätze bilden und ihre Wirkung, insbesondere
als Vorheizung beim Auffüllen des Boilers, erheblich vermindert wird. Infolgedessen
wird nach einer gewissen Betriebsdauer dieser bekannten Anlage trotz der vorgeschalteten,
nach dem Durchflußprinzip arbeitenden Rohrschlange das Brauchwasser im wesentlichen
nur noch nach dem Boilerprinzip erwärmt, was wiederum die weiter oben beschriebenen
Nachteile des reinen Boilerbetriebes mit sich bringt.
-
Es ist ferner ein Brauchwasserbereiter zum Anschluß an eine Warmwasser-Heizungsanlage
bekannt, bei dem man versucht hat, das Brauchwasser in einem als Wärmeaustauscher
ausgebildeten Behälter von in einem geschlossenen Kreislauf umlaufenden Heizwasser
sowohl nach dem Durchflußprinzip als auch nach dem Boilerprinzip zu erwärmen bzw.
warm zu halten. Innerhalb des als Wärmeaustauscher ausgebildeten Behälters ist hierbei
ein dazu koaxial angeordnetes Leitrohr vorgesehen, dessen obere Stirnfläche durch
eine Trennwand verschlossen ist, in der eine relativ große, durch eine Klappe verschließbare
Durchflußöffnung vorgesehen ist. In dem Ringraum zwischen Behälterwand und Leitrohr
ist hierbei eine das Heizwasser führende Rohrschlange vorgesehen. In diesem äußeren,
von der Heizschlange durchsetzten Ringraum des Wärmeaustauschers soll das Brauchwasser
erwärmt und in einem durch das Leitrohr von diesem Ringraum abgeteilten Innenraum
gespeichert bzw. warmgehalten werden.
Bei diesem bekannten Brauchwasserbereiter
wird zwar das Wasser im Innern des Wärmeaustauschers sowohl nach dem Durchflußprinzip
als auch nach dem Boilerprinzip erwärmt, jedoch ist es nicht möglich, bei diesem
bekannten Gerät Brauchwasser zu entnehmen, das sowohl aus nach dem Durchflußprinzip
als auch aus nach dem Boilerprinzip erwärmtem bzw. warmgehaltenem Brauchwasser besteht.
Dies liegt vor allem daran, daß die Öffnung in der oberen Trennwand des Leitrohres
stets mittels einer Klappe verschlossen ist, wenn diesem bekannten Brauchwasserbereiter
Brauchwasser entnommen wird. öffnet man nämlich die Brauchwasserleitung dieses Gerätes,
so sinkt der Druck oberhalb des Innenraumes des Leitrohres gegenüber dem Druck im
Innenraum des Leitrohres ab, wodurch die Klappe zwangläufig geschlossen wird. Das
beim Zapfvorgang durch die Brauchwasserzuflußleitung dieses Gerätes nachströmende
Wasser strömt im Bereich des Bodens in den Innenraum des Gerätes ein und von dort
durch am unteren Ende des Leitrohres vorgesehene öffnungen in den Ringraum zwischen
Leitrohr und Außenwand des Brauchwasserbereiters an der dort befindlichen Heizschlange
vorbei und oberhalb des durch die Klappe verschlossenen Deckels des Leitrohres zur
Brauchwasserabflußleitung und zur Zapfstelle.
-
Beim Durchfließen des Ringraumes zwischen Leitrohr und Behälterwand
erwärmt sich das zugeströmte kalte Brauchwasser ausschließlich nach dem Durchflußprinzip.
Eine Vermischung dieses nach dem Durchflußprinzip erwärmten Brauchwassers mit nach
dem Boilerprinzip erwärmten, im Innenraum befindlichen Brauchwasser ist nicht möglich,
weil aus den vorgenannten Gründen beim Zapfen von Brauchwasser die Öffnung in der
oberen Trennwand des Leitrohres zwangläufig infolge des Druckunterschiedes oberhalb
und unterhalb dieser Trennwand geschlossen ist. Daß im Innenraum des Leitrohres
beim Zapfen ein höherer Druck herrscht als oberhalb der oberen Trennwand des Leitrohres
ist darauf zurückzuführen, daß sich der Druck des Brauchwassers im Leitungsnetz
von der Brauchwasserzuflußleitung her auf den gesamten Innenraum des Leitrohres
auswirkt, während er sich über den Ringraum zwischen Leitrohr und Behälterwand nicht
bis in den Bereich oberhalb des Deckelbleches des Leitrohres in gleicher Höhe auswirken
kann, weil die in dem Ringraum befindliche Rohrschlange eine erhebliche Drosselwirkung
besitzt. Infolgedessen ist es bei diesem vorbekannten Brauchwasserbereiter überhaupt
nicht möglich, das nach dem Boilerprinzip erwärmte Wasser aus dem Innenraum des
Leitrohres als Brauchwasser zu verwenden, und zwar deshalb nicht, weil das in dem
durch das Leitrohr abgegrenzten Innenraum befindliche Wasser zwar nach dem Boilerprinzip
erwärmt bzw. warmgehalten werden kann, diesem bekannten Brauchwasserbereiter jedoch
weder gesondert noch zusammen mit nach dem Durchflußprinzip erwärmtem Wasser entnommen
werden kann.
-
Auch bei einem Verschließen der Brauchwasserzuflußleitung und einem
öffnen der Brauchwasserabflußleitung an einer Zapfstelle ist es bei diesem bekannten
Brauchwasserbereiter nicht möglich, dem Brauchwasserbereiter einen nennenswerten
Teil der im Innenraum dieses bekannten Gerätes vorhandenen, nach dem Boilerprinzip
erwärmten Wassermenge zu entnehmen. Dies ist dadurch bedingt, daß bei geschlossener
Brauchwasserzuflußleitung keine Möglichkeit besteht, den Unterdruck auszugleichen,
der beim Abfließen des erwärmten Brauchwassers aus dem Innenraum des Leitrohres
entsteht. Der äußere atmosphärische Luftdruck verhindert somit, daß das nach dem
Boilerprinzip erwärmte, im Innenraum des Leitrohres befindliche Wasser durch die
in der oberen Trennwand des Leitrohres befindliche Öffnung hindurch über die Brauchwasserabflußleitung
abfließen kann. Dies wäre nur dann möglich, wenn der Innenraum des Leitrohres entweder
entsprechend belüftet oder mit Brauchwasser nachgefüllt würde. Ein Nachfüllen von
Brauchwasser ist jedoch bei geschlossener Brauchwasserzuflußleitung nicht möglich.
Auch eine Belüftung des Innenraumes ist bei der bekannten Bauart nicht vorgesehen
und auch deshalb nicht durchführbar, weil sie zu einer starken Korrosions-, Dampf-
und Geräuschbildung führen würde. öffnet man also bei dem bekannten Brauchwasserbereiter
die Brauchwasserabflußleitung an einer Zapfstelle, so wird man dort mit Ausnahme
einiger weniger Tropfen kein Brauchwasser entnehmen können, solange die Brauchwasserzuflußleitung
geschlossen ist. Wird diese aber geöffnet, so schließt sich bei geöffneter Zapfstelle
in der Brauchwasserabflußleitung sofort die Klappe in der oberen Trennwand des Leitrohres
mit dem Erfolg, daß nur noch über den Ringraum zwischen Leitrohr und Behälterwand
warmes Brauchwasser entnommen werden kann, was dann jedoch ausschließlich nach dem
Durchflußprinzip erwärmt wird. Das im Innenraum des Leitrohres befindliche, nach
dem Boilerprinzip erwärmte Wasser kann diesem bekannten Brauchwasserbereiter infolgedessen
weder für sich allein, noch dem nach dem Durchflußprinzip erwärmten Wasser beigemischt,
entnommen werden.
-
Dieses bekannte Gerät besitzt somit dieselben Nachteile wie die vorstehend
behandelten, ausschließlich nach dem Durchflußprinzip arbeitenden Brauchwasserbereiter.
Hinzu kommt, daß die bei diesem bekannten Brauchwasserbereiter vorgesehenen Mittel
zum Erwärmen bzw. Warmhalten von Brauchwasser nach dem Boilerprinzip völlig nutzlos
sind, da dieses nach dem Boilerprinzip erwärmte Wasser dem bekannten Brauchwasserbereiter
überhaupt nicht entnommen werden kann. Geht man davon aus, daß Brauchwasser einer
ganz bestimmten, insbesondere hohen Temperatur benötigt wird, so ist die Menge des
bei diesem bekannten Gerät in der Zeiteinheit zur Verfügung stehenden Brauchwassers
infolge des reinen Durchflußprinzips naturgemäß gering. Braucht man eine größere
Menge warmen Brauchwassers, so steht diese erst nach einer verhältnismäßig langen
Zeitspanne zur Verfügung, weil die gesamte Wassermenge nach dem Durchflußprinzip
erwärmt werden muß.
-
Ein weiterer Nachteil dieses vorbekannten Brauchwasserbereiters besteht
darin, daß das gesamte, jeweils gezapfte Brauchwasser nur an den Heizrohren vorbei
zur Brauchwasserabflußleitung bzw. zu den Zapfstellen gelangen kann. Wegen der Drosselwirkung
der Heizwasserrohrschlange im Ringraum zwischen Leitrohr und Behälterwand tritt
ein erheblicher Druckverlust auf, so daß das Brauchwasser nur sehr langsam an den
Zapfstellen aus der Brauchwasserleitung herausfließt, was die Entnahmezeit verlängert
und damit die pro Zeiteinheit zur Verfügung stehende Brauchwassermenge weiterhin
verringert. Außerdem reicht der restliche Druck oftmals nicht aus, um das
warme
Brauchwasser zu wesentlich höher gelegenen Zapfstellen zu fördern, so daß man gezwungen
ist, den bekannten Brauchwasserbereiter verhältnismäßig hoch anzuordnen. Dies ist
jedoch aus wirtschaftlichen und praktischen Gründen vielfach nicht möglich, weil
der als Wärmequelle dienende Heizkessel im Regelfalle im Keller, also an der tiefsten
Stelle eines Hauses und der Brauchwasserbereiter möglichst im oder zumindest in
unmittelbarer Nähe des Heizkessels angeordnet werden muß, um größere Wärmeverluste
zu vermeiden.
-
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, einen Brauchwasserbereiter
zu schaffen, bei dem es unter Vermeidung der vorgenannten Nachteile der bekannten
Bauart möglich ist, zu jeder Zeit eine ausreichend große und hinreichend erwärmte
Brauchwassermenge zur Verfügung zu stellen, indem das während jedes Zapfvorganges
abströmende Brauchwasser sowohl aus nach dem Durchflußprinzip erwärmtem Brauchwasser
als auch aus nach dem Boilerprinzip erwärmtem bzw. warmgehaltenem Brauchwasser gemischt
wird.
-
Diese Aufgabe wird ausgehend von der zuletzt behandelten bekannten
Bauart erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die im Leitrohr befindliche Durchflußöffnung
als offenbleibende Aussparung in der Trennwand ausgebildet ist.
-
Dadurch, daß bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Brauchwasserbereiter
die im Leitrohr befindliche Durchflußöffnung als ständig offenbleibende Aussparung
in der das Leitrohr nach oben verschließenden Trennwand ausgebildet ist, ergibt
sich der wesentliche Vorteil, daß bei einem Zapfen von Brauchwasser sowohl aus dem
äußeren Ringraum zwischen Leitrohr und Behälterwand Brauchwasser abgeführt wird,
das dort nach dem Durchflußprinzip erwärmt worden ist, als auch aus dem Innenraum
des Leitrohres Brauchwasser, das dort nach dem Boilerprinzip erwärmt bzw. warmgehalten
wird, abgeführt wird, wobei die nach den beiden vorerwähnten unterschiedlichen Prinzipien
erwärmten Brauchwassermengen oberhalb des Innenraums des Leitrohres miteinander
gemischt werden. Bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Brauchwasserbereiter werden
somit die Vorteile des Durchflußprinzips als auch die Vorteile des Boilerprinzips
ausgenutzt, während gleichzeitig die Nachteile beider Prinzipien vermieden werden.
-
Bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Brauchwasserbereiter steht
auch bei kleineren Heizungsanlagen zu jeder Zeit eine ausreichend große Menge erwärmten
Brauchwassers zur Verfügung, ohne daß derartige kleinere Anlagen einen Heizungskessel
erhalten müssen, dessen Leistung im Hinblick auf die eigentliche Heizungsanlage
überdimensioniert ist. Im Gegensatz zu der zuletzt behandelten bekannten Bauart
steht bei dem Brauchwasserbereiter nach der Erfindung deshalb in kürzester Zeit
eine große Menge an heißem Brauchwasser zur Verfügung, weil das nach dem Boilerprinzip
erwärmte, im Innenraum vorhandene Wasser im Gegensatz zu der bekannten Bauart tatsächlich
zum Gebrauch entnommen werden kann. Dieses nach dem Boilerprinzip erwärmte Wasser
ist in aller Regel wesentlich heißer als das nach dem Durchflußprinzip erwärmte
Wasser, weil aus konstruktiven und wirtschaftlichen Gründen die Länge der Heizwasser
führenden Rohrschlange od. dgl. beziehungsweise die Größe der wärmeübertragenden
Flächen begrenzt ist. Mischt man bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Brauchwasserbereiter
das nach dem Durchflußprinzip erwärmte, zwar warme, jedoch nicht heiße Wasser mit
dem nach dem Boilerprinzip erwärmten, besonders heißen Wasser, so erhält man bei
richtiger Auslegung des Brauchwasserbereiters ein warmes Brauchwasser von einer
Temperatur, wie sie jeweils gewünscht wird. Außerdem erhält man eine besonders große
Menge an warmem Brauchwasser, die weit größer ist als die im Innenraum des Leitrohres
vorhandene, nach dem Boilerprinzip erwärmte Wassermenge, weil dieses Wasser mit
nach dem Durchflußprinzip erwärmtem Wasser gemischt wird. Anders betrachtet läßt
sich auch sagen, daß das besonders heiße Brauchwasser im Innenraum des Leitrohres
dem warmen, jedoch kühleren, nach- dem Durchflußprinzip erwärmten Brauchwasser,
das in beliebiger Menge zur Verfügung steht, zugemischt wird, um dessen Temperatur
zu erhöhen. In jedem Falle erhält man bei dem Brauchwasserbereiter nach der Erfindung
in einer bestimmten Zeiteinheit eine wesentlich größere Menge von warmem Brauchwasser
einer ganz bestimmten Temperatur, als sie bei gleich hoher Wassertemperatur in der
gleichen Zeit mit dem praktisch reinen Durchflußprinzip nach der zuletzt behandelten
bekannten Bauart bereitet werden kann.
-
Hieraus ergibt sich, daß man bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Brauchwasserbereiter eine wesentlich kürzere Rohrschlange od. dgl. beziehungsweise
wesentlich kleinere wärmeübertragende Flächen benötigt, um die gleiche Brauchwassermenge
pro Zeiteinheit von gleicher Temperatur zur Verfügung stellen zu können, wie der
Brauchwasserbereiter nach der zuletzt behandelten bekannten Bauart, der praktisch
nach einem reinen Durchflußprinzip arbeitet. Die Erfindung ermöglicht somit kleinere
Außenabmessungen des Brauchwasserbereiters, was wesentliche wirtschaftliche Vorteile
mit sich bringt, wie z. B. einen geringeren Platzbedarf, kleinere äußere Oberflächen
und damit geringere Wärmeverluste durch Abstrahlung und geringeren Verbrauch an
Isoliermaterial sowie ein niedrigeres Gewicht des Brauchwasserbereiters. Außerdem
werden eine erhebliche Materialeinsparung und demzufolge niedrigere Herstellungskosten
erreicht.
-
Die bei dem zuletzt behandelten bekannten Brauchwasserbereiter durch
die Drosselwirkung der Heizrohre im Ringraum des Brauchwasserbereiters auftretenden
Schwierigkeiten sind beim Gegenstand der Erfindung nicht vorhanden, weil die Drosselwirkung
der Heizschlange dadurch aufgehoben wird, daß nach dem Boilerprinzip erwärmtes Wasser
aus dem Innenraum des Leitrohres in den Raum oberhalb desselben strömt, sich dort
mit dem nach dem Durchflußprinzip erwärmten Wasser mischt und dabei nicht nur dessen
Temperatur erhöht, sondern auch dessen Druckverlust ausgleicht. Hierzu ist das aus
dem Innenraum des Leitrohres ausströmende Wasser in der Lage, weil die Brauchwasserzuflußleitung
im Bereich des Bodens des Innenraumes des Leitrohres mündet und ständig geöffnet
ist, so daß der normale Wasserleitungsdruck auch im gesamten Innenraum des erfindungsgemäßen
Brauchwasserbereiters herrscht.
-
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Brauchwasserbereiters
besteht darin, daß die Bildung starker, den Wirkungsgrad oder gar die Funktionsfähigkeit
beeinflussender Kesselsteinan-
Sätze, wie sie bei reinen Durchflußerhitzern
regelmäßig auftreten, nicht zu befürchten ist. Etwaige Kalkansätze können nur an
den Außenflächen der Heizschlange auftreten, wo sie leicht mechanisch und/ oder
chemisch entfernt werden können. Die Nachteile des Boilerprinzips werden andererseits
dadurch aufgehoben, daß innerhalb des Brauchwasserbereiters das Brauchwasser nicht
nur nach dem Boilerprinzip, sondern auch nach dem Durchflußprinzip erwärmt wird.
Die vorhandene Heizfläche des Brauchwasserbereiters nach der Erfindung wird infolge
der gleichzeitigen Anwendung des Durchflußprinzips und des Boilerprinzips in besonders
hohem Maße ausgenutzt, so daß es möglich ist, die gesamte Wärmeleistung des Heizungskessels
auf das Brauchwasser zu übertragen.
-
Bei dem Brauchwasserbereiter nach der Erfindung wird das Brauchwasser
durch dieselbe Heizfläche während des Zapfvorganges im wesentlichen nach dem Durchflußprinzip
und zwischen den Zapfvorgängen im wesentlichen nach dem Boilerprinzip erwärmt bzw.
warmgehalten. Hierdurch erreicht man, daß während des Zapfvorganges eine besonders
schnelle Ervärmung des Brauchwassers stattfindet, während zwischen den Zapfvorgängen
das im Brauchwasserbereiter befindliche Brauchwasser zwar langsamer erwärmt, jedoch
ständig warmgehalten wird. Dies hat den Vorteil, daß während des Zapfvorganges infolge
der Anwendung des Durchflußprinzips die gesamte Kesselleistung kurzfristig für die
Bereitung des Brauchwassers zur Verfügung gestellt und vor allem auch auf das Brauchwasser
übertragen werden kann. Während der übrigen, weitaus größeren Zeitspannen zwischen
den einzelnen Zapfvorgängen findet mit denselben Heizflächen eine etwas langsamere
Erwärmung des Brauchwassers als bei Anwendung des Durchflußprinzips statt, wie dies
für das Boilerprinzip charakteristisch ist. Diese langsamere Erwärmung des Brauchwassers
erfolgt jedoch bei dem Brauchwasserbereiter nach der Erfindung wegen der größeren
Heizflächen immer noch schneller als bei den bekannten Boilern.
-
Durch entsprechende Bemessung der in der oberen Trennwand des Leitrohres
vorhandenen, ständig offenen Durchflußöffnung ist man in der Lage, das Mengenverhältnis
zwischen der dem Ringraum zwischen Leitrohr und Behälterwand entnommenen, nach dem
Durchflußprinzip erwärmten Brauchwassermenge und dem dem Innenraum des Leitrohres
entnommenen, nach dem Boilerprinzip erwärmten Brauchwasser in der jeweils gewünschten
Weise zu regeln.
-
Im allgemeinen ist es ratsam, den freien Durchflußquerschnitt des
äußeren Ringraumes zwischen Leitrohr und Behälterwand so klein wie möglich zu bemessen.
Dies wirkt sich in besonders vorteilhafter Weise auf die Wärmeübertragung an den
Heizrohren, Heizkanälen oder den anderen Heizelementen im äußeren Ringraum auf das
durchströmende Brauchwasser aus, da die Wärmeübergangszahl a wesentlich von der
Strömungsgeschwindigkeit des Brauchwassers in diesem Ringraum abhängt. Daher kommt
es innerhalb des äußeren Ringraumes des Brauchwasserbereiters zu einer besonders
intensiven Erwärmung des Brauchwassers nach dem Durchflußprinzip. Im Gegensatz zu
den bekannten Durchlauferhitzern wird jedoch hierbei nicht das Brauchwasser, sondern
das in einem geschlossenen Kreislauf umlaufende Heizwasser durch die Heizrohre,
Heizkanäle oder anderen Heizelemente hindurchgeleitet. Infolgedessen besteht keine
Gefahr, daß diese Heizelemente in ihrem Innern Kesselstein ansetzen, weil in dem
Kreislauf der Heizungsanlage stets das gleiche Heizwasser umläuft und diesem Kreislauf
nur sehr selten einmal frisches, noch kalkhaltiges Wasser zugeführt wird. Die sich
auf der äußeren leicht zugänglichen Oberfläche der Heizelemente eventuell bildenden
Ablagerungen von Kesselstein können auf einfache Weise mechanisch oder chemisch
entfernt werden.
-
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung beträgt der
Querschnitt der offenbleibenden Aussparung in der Trennwand maximal die Hälfte,
vorzugsweise nur etwa ein Drittel bis ein Fünftel, des freien Durchflußquerschnittes
des äußeren Ringraumes. Durch eine derart kleine Bemessung der offenbleibenden Aussparung
in der Trennwand erreicht man, daß während des Zapfvorganges nur ein relativ kleiner
Teil der abströmenden Brauchwassermenge dem Innenraum des Leitrohres entnommen wird,
während die übrige Brauchwassermenge, vorzugsweise der größere Teil der Gesanitmenge,
aus dem äußeren Ringraum zufließt. Die in der Trennwand frei gelassene Durchflußöffnung
bestimmt dabei weitgehend das Mischungsverhältnis zwischen dem nach dem Durchflußprinzip
und dem nach dem Boilerprinzip erwärmten Brauchwasser, das sich in einfacher Weise
leicht den örtlichen Gegebenheiten anpassen läßt. Die Trennwand ist vorzugsweise
als die obere Stirnöffnung des Leitrohres verschließendes Deckelblech ausgebildet.
Sie läßt sich jedoch auch an einer tiefer gelegenen Stelle innerhalb des Leitrohres
anordnen, ohne daß die Wirkungsweise des Brauchwasserbereiters nach der Erfindung
wesentlich geändert wird.
-
Es hat sich weiter als zweckmäßig erwiesen, sowohl den oberen als
auch den unteren Rand des Leitrohres in einem geringen Abstand von z. B. einem Zehntel
des Außendurchmessers des Brauchwasserbereiters sowohl von seinem Boden als auch
von seinem Deckel anzuordnen. Auf diese Weise entsteht eine Verbindung zwischen
dem äußeren Ringraum des Brauchwasserbereiters und dem Innenraum des Leitrohres,
so daß das Brauchwasser während der gesamten Dauer des Zapfvorganges sowohl aus
dem Innenraum als auch aus dem Ringraum entnommen wird. In der Zeit zwischen den
Zapfvorgängen ermöglicht eine solche Ausbildung und Anordnung des Leitrohres, daß
das Brauchwasser innerhalb des Brauchwasserbereiters in vorteilhafter Weise zirkulieren
kann. Das im Ringraum des Brauchwasserbereiters vorhandene Brauchwasser erwärmt
sich an den als Heizrohre, Heizkanäle oder in anderer Weise ausgebildeten Heizelementen
und steigt infolge Verringerung seines spezifischen Gewichtes nach oben, wobei es
innerhalb des Ringraumes an den in diesem vorhandenen Heizelementen vorbeiströmt.
Im Bereich oberhalb des oberen Randes des Leitrohres wird das erwärmte Brauchwasser
von dem aus dem äußeren Ringraum nachströmenden Brauchwasser zur Mitte in den Bereich
des Innenraumes des Leitrohres gedrückt, vermischt sich mit dem kälteren Brauchwasser
im Innenraum des Leitrohres und sinkt nach unten, von wo aus es wieder in den äußeren
Ringraum gelangt, ausgeheizt wird und wieder nach oben steigt. Das gesamte Brauchwasser
wird somit auch in der Zeit zwischen den Zapfvorgängen immer wieder innerhalb des
Brauchwasserbereiters umgewälzt
und erwärmt, so daß zwischen dem
Brauchwasser im äußeren Ringraum des Brauchwasserbereiters und im Innenraum des
Leitrohres nur relativ geringe Temperaturunterschiede bestehen und zu jeder Zeit
Brauchwasser mit der gewünschten Temperatur zur Verfügung steht.
-
Es empfiehlt sich, den Brauchwasserzufluß im Bereich des unteren Randabschnittes
des Leitrohres innerhalb seines Innenraumes vorzusehen. Hierdurch wird in vorteilhafter
Weise vermieden, daß das frische und infolgedessen auch kalte Brauchwasser, das
während des Zapfvorganges dem Brauchwasserbereiter zugeführt wird, direkt in den
oberen Abschnitt des Brauchwasserbereiters gelangt und das dort befindliche, bereits
erwärmte Brauchwasser in unerwünschter Weise abkühlt. Das frisch zuströmende kalte
Brauchwasser wird vielmehr dem Teil des Brauchwasserbereiters zugeführt, in dem
das bereits in ihm vorhandene Brauchwasser die niedrigste Temperatur besitzt. Von
dieser Stelle des Brauchwasserbereiters gelangt dann das frisch zugeführte kalte
Brauchwasser in den äußeren Ringraum des Brauchwasserbereiters, wo es von den dort
befindlichen Heizrohren. Heizkanälen oder anderen Heizelementen nach dem Durchflußprinzip
erwärmt wird.
-
Zweckmäßig weist der Deckel einen Anschlußstutzen für den Brauchwasserzufluß
auf, an welchen sich ein etwa über die gesamte Höhe des Leitrohres erstreckendes,
etwa senkrecht stehendes Zuflußrohr anschließt. Zweckmäßig ist oberhalb des oberen
Randabschnittes des Leitrohres, vorzugsweise im Deckel ein Abflußstutzen für das
Brauchwasser vorgesehen. Bei einer derartigen Anordnung des Brauchwasserabflusses
liegt dieser an der Stelle des Brauchwasserbereiters, an der das Brauchwasser jeweils
die relativ höchste Temperatur besitzt. Außerdem wird auf diese Weise ein Kurzschluß
zwischen Brauchwasserzufluß und Brauchwasserabfluß vermieden.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist im Bereich des oberen
Randabschnittes ein Anschlußstutzen und unterhalb des unteren Randabschnittes des
Leitrohres ein Abflußstutzen für das Heizwasser vorgesehen. Hierdurch wird erreicht,
daß das Heizwasser innerhalb des Brauchwasserbereiters im Gegenstrom zu der Strömungsrichtung
des Brauchwassers geführt wird, was einen besonders guten Wärmeübertragungsw irkungsgrad
zur Folge hat.
-
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung nimmt der das
Leitrohr umgebende äußere Ringraum mindestens eine wendelförmig gebogene Rohrschlange
auf, die einen wesentlichen Teil des Ringraumquerschnittes ausfüllt. Der Ringraumquerschnitt
wird auf diese Weise verhältnismäßig klein und die Strömungsgeschwindigkeit des
Brauchwassers demzufolge relativ groß gehalten, was den Wärmeübergang von dem Heizrohr
auf das Brauchwasser in vorteilhafter Weise verbessert. Dabei ist es zweckmäßig,
wenn die Rohrschlange aus einem Rippenrohr aus korrosionsbeständigem Werkstoff,
vorzugsweise aus Kupfer, besteht. Ein derartiges Rippenrohr verbessert auf Grund
seiner größeren äußeren Oberfläche den Wärmeübergang zwischen Heizrohr und Brauchwasser
in starkem Maße, so daß die von dem Heizwasser zur Verfügung gestellte Wärmemenge
weitgehend auf das Brauchwasser übertragen werden kann.
-
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist innerhalb des
Außenmantels des Brauchwasserbereiters ein im Abstand von dessen Seitenwand und
Boden angeordneter wasserdichter Innenmantel vorgesehen, derart, daß Innen- und
Außenmantel einen geschlossenen Mantelraum für das Heizwasser bilden. Dieser Mantelraum
umgibt nicht nur die Seitenwand des Brauchwasserbereiters, sondern auch den Boden
desselben, so daß eine besonders große wärmeaustauschende Fläche zwischen Ringraum
und Mantelraum zur Verfügung steht. Innerhalb des geschlossenen Mantelraumes wird
zweckmäßig mindestens ein wendelförmig gebogenes, streifenförmiges Führungsblech
angeordnet, derart, daß im Bereich der Seitenwand des Brauchwasserbereiters mindestens
ein diese schraubenförmig umgebender Führungskanal für das Heizwasser gebildet ist.
Innerhalb dieses schraubenförmig ausgebildeten Führungskanals bildet sich eine turbulente
Ringströmung aus, so daß eine weitgehende Ausnutzung des Temperaturgefälles zwischen
Heizwasser und Brauchwasser erzielt wird. Der Wärmeübergang vom Heizwasser auf das
Brauchwasser wird durch das vorzugsweise an die äußere Oberfläche der Seitenwandung
angeschweißte, wandelförmig gebogene, streifenförmige Führungsblech noch verbessert,
das nach Art von Wärmeaustauscherrippen die wärmeübertragende äußere Oberfläche
der Seitenwand des Brauehwasserbereiters vergrößert und damit den Wärmeübergang
verbessert. Das Führungsblech sowie der Außenmantel des Brauchwasserbereiters lassen
sich bei dieser Ausführungsform ohne weiteres auch aus Stahl herstellen, wodurch
die Herstellungskosten erheblich gesenkt werden können. Dies ist nur deshalb möglich,
weil diese Teile lediglich von dem verhältnismäßig sauberen Heizwasser beaufschlagt
werden, so daß Korrosionserscheinungen kaum zu befürchten sind.
-
Der Innenmantel des Brauchwasserbereiters wird auf seiner Innenfläche
zweckmäßig mit einer Vielzahl von rippenförmigen Ansätzen od. dgl. versehen. Im
allgemeinen empfiehlt es sich, diese rippenförmigen Ansätze als sich in Längsrichtung
des Brauchwasserbereiters über die gesamte Länge des äußeren Ringraumes erstreckende
Rippen auszubilden. Diese Rippen erstrecken sich zweckmäßig über die gesamte radiale
Breite des äußeren Ringraumes. Durch derartige Rippen wird der Wärmeübergang von
dem durch das Heizwasser erwärmten Innenmantel auf das im äußeren Ringraum befindliche
Brauchwasser erheblich verbessert.
-
Die vorstehend an Hand einer Warmwasserheizungsanlage beschriebene
Erfindung läßt sich durchaus auch bei Dampfheizungsanlagen anwenden oder auch bei
Einrichtungen zur Bereitung von warmem Brauchwasser, die nicht an Heizungsanlagen
angeschlossen sind, sondern mit Hilfe von anderweitig zur Verfügung stehendem warmem
Wasser oder Dampf das Brauchwasser erwärmen.
-
In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand zweier Ausführungsbeispiele
erläutert.
-
Es zeigt F i g. 1 einen Brauchwasserbereiter mit wendelförmig gebogenem
Heizrohr im Längsschnitt, F i g. 2 einen Schnitt nach der Linie II-H der Fig.l.
F i g. 3 einen Brauchwasserbereiter mit aus Innen-und Außenmantel bestehendem Mantelraum
im Längsschnitt, F i g. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV der Fig.3.
Der
in F i g. 1 und 2 dargestellte Brauchwasserbereiter 1 besitzt einen geschlossenen,
vorzugsweise zylindrischen, nach außen wärmeisolierten Behälter, c[er einen gewölbten
Boden 2 und einen abnehmbaren Deckel 3 aufweist. Der abnehmbare Deckel 3 ist mit
Hilfe von in der Zeichnung nicht dargestellten Schrauben auf einem kreisringförmigen,
am oberen Rand des Brauchwasserbereiters 1 befestigten Flansch 4 lösbar befestigt.
Im Innein des Brauchwasserbereiters 1 ist koaxial zu seiner Längsachse ein
Leitrohr 5 angeordnet, dessen axiale Länge geringer als die Innenhöhe des Brauchwasserbereiters
1 bemessen ist. Das Leitrohr 5 unterteilt den Brauchwasserbereiter 1 in einen äußeren
Ringraum 8, der zwischen der Innenfläche der wärmeisolierten Seitenwand des Brauchwasserbereiters
1 und der äußeren Oberfläche des Leitrohres 5 angeordnet ist und dem durch das Leitrohr
5 seitlich begrenzten Innenraum 9. Das Leitrohr 5 ist innerhalb des Brauchwasserbereiters
1 derart angeordnet, daß sein oberer und unterer Rand in einem Abstand von etwa
einem Zehntel des Außendurchmessers des Brauchwasserbereiters 1 sowohl von seinem
Boden 2 als auch von seinem Deckel 3 angeordnet ist. Die untere Stirnöffnung des
Leitrohres 5 ist völlig offen, während die obere Stirnöffnung auf einem wesentlichen
Teil ihres Querschnittes durch eine Trennwand 6 verschlossen ist. In der Trennwand
6 ist eine ständig offenbleibende Durchflußöffnung 7 vorgesehen, die insbesondere
in F i g. 2 zu erkennen ist. Diese Durchflußöffnung 7 besitzt einen Querschnitt,
der maximal sich auf die Hälfte, vorzugsweise jedoch nur auf ein Drittel bis ein
Fünftel, des freien Durchflußquerschnittes des äußeren Ringraumes 8 beläuft. Der
freie Durchflußquerschnitt des äußeren Ringraumes 8 ist im allgemeinen kleiner
als die Querschnittsfläche des von dem Leitrohr 5 seitlich begrenzten Innenraumes
9.
-
Im Deckel 3 des Brauchwasserbereiters 1 ist im Bereich der Durchflußöffnung
7 ein Anschlußstutzen 10 für den Brauchwasserzufluß vorgesehen, an welchen sich
ein etwa über die gesamte Höhe des Leitrohres 5 sich erstreckendes, etwa senkrecht
stehendes Zuflußrohr 11 anschließt, so daß der Brauchwasserzufluß im Bereich des
unteren Randabschnittes des Leitrohres 5 innerhalb des Innenraumes 9 erfolgt. Als
Brauchwasserabfluß ist ein Abflußstutzen 12 voraesehen, der ebenfalls im Deckel
3 des Brauchwasserbereiters 1 oberhalb des oberen Randabschnittes des Leitrohres
5 angeordnet ist.
-
Der das Leitrohr 5 umgebende äußere Ringraum 8 nimmt bei der Ausführungsform
nach F i g. 1 und 2 eine wendelförmig gebogene Rohrschlange 13 für das Heizwasser
auf, die einen wesentlichen Teil des Ringraumquerschnittes ausfüllt. Die Rohrschlange
13 besteht aus einem Rippenrohr, welches aus korrosionsbeständigem Werkstoff, vorzugsweise
aus Kupfer, hergestellt ist. Als Heizwasserzufluß zur Rohrschlange 13 ist
ein Anschlußstutzen 14 im Bereich des oberen Randabschnittes des Leitrohres
5 vorgesehen. Als Heizwasserabfluß dient ein unterhalb des unteren Randabschnittes
des Leitrohres 5 im Boden 2 des Brauchwasserbereiters 1 angeordneter Abflußstutzen
15.
-
Wie in den F i g. 1 und 2 besitzt auch der in F i g. 3 und 4 dargestellte
Brauchwasserbereiter 1 a einen koaxial zur Längsachse des Brauchwasserbereiters
1 angeordnetes Leitrohr 5, dessen axiale Länge geringer als die Innenhöhe des Brauchwasserbereiters
1 a bemessen ist. Auch hier ist der obere und untere Rand des Leitrohres 5 in einem
Abstand von etwa einem Zehntel des Außendurchmessers des Brauchwasserbereiters 1
a sowohl von seinem Boden 2 als auch von seinem Deckel 3 angeordnet. Der Deckel
3 ist wiederum lösbar, beispielsweise mit Hilfe von in der Zeichnung nicht dargestellten
Schrauben auf einem kreisringförmigen Flansch 4 des Brauchwasserbereiters
1 a befestigt. Der in entsprechender Weise wie in F i g. 1 und 2 ausgebildete
äußere Ringraum 8 ist jedoch bei diesem Ausführungsbeispiel mit sich in Längsrichtung
des Brauchwasserbereiters 1 a über die gesamte Länge des äußeren Ringraumes
8 erstrekkende Rippen 16 versehen.
-
Die Rippen 16 sind an einem den äußeren Ringraum 8 nach außen
begrenzenden Innenmantel 17
wärmeleitend, vorzugsweise durch Löten, befestigt.
Der Innenmantel 17 wird von einem im Abstand zu diesem angeordneten Außenmantel
18 umschlossen, so daß zwischen beiden ein Mantelraum 19 entsteht. Der Mantelraum
19 ist oben durch den kreisförmigen Flansch 4 wasserdicht verschlossen. Im unteren
Endabschnitt des Brauchwasserbereiters 1 a ist auch der Boden 2 von dem Außenmantel
18 umschlossen, so daß auch dort zwischen Außen- und Innenmantel ein wasserdichter
Mantelraum 19 für das Heizwasser vorhanden ist. Innerhalb des geschlossenen Mantelraumes
19 ist ein wendelförmig gebogenes, streifenförmiges Führungsblech 20 angeordnet,
und zwar derart, daß im Bereich der Seitenwand des Brauchwasserbereiters 1 a mindestens
ein diese schraubenförmig umgebender Führungskanal 21 für das Heizwasser gebildet
ist. Die Zu- und Abführung des Brauch- bzw. Heizwassers erfolgt bei dem in F i g.
3 und 4 dargestellten Brauchwasserbereiter 1 a in gleicher Weise wie bei dem in
F i g. 1 und 2 dargestellten Brauchwasserbereiter 1 über die Anschluß- und Abflußstutzen
10 und 12 bzw. 14 und 15.