DE20003556U1

DE20003556U1 - Boiler

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Publication number: DE20003556U1
Application number: DE20003556U
Authority: DE
Original assignee: Heatex BV
Current assignee: Heatex BV
Priority date: 2000-02-07
Filing date: 2000-02-26
Publication date: 2000-06-29
Anticipated expiration: 2010-02-27
Also published as: GB2360571A; NL1014303C2; GB0004270D0

Description

Die Neuerung bezieht sich auf einen Boiler nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiger Boiler ist aus der niederländischen Patentanmeldung 1004086 der Anmelderin bekannt.

In einem derartigen Boiler wird während des Abzapfens sowie während Rezirkulation zum Erwärmen von Wasser im Speicher Wasser am Heizelement entlangführt und durch Wärmeaustausch mit dem Heizelement erwärmt. Wenn Wasser abgezapft wird, strömt Kaltwasser, das die Stelle des abgezapften Warmwassers einnimmt, über die Pumpe zum Speicher. Ein Nachteil dieses Boilers ist, daß beim Öffnen eines Warmwasserhahns Wasser statt über die Pumpe über den Rezirkulationskreis zum Abzapfkanal· strömen kann, bis die Pumpe einen Durchsatz ergibt, der mindestens gleich dem Abzapfdurchsat&zgr; ist. Dies führt zu einem Kaltwasserstoß kurz nach Anfang des Abzapfens von Warmwasser, besonders wenn sehr schnell ein großer Abzapfdurchsatz erreicht wird.

Weiter muß gewährleistet sein, daß während des Abzapfens von Wasser mit einem bestimmten Durchsatz die Pumpe stets mindestens denselben Durchsatz ergibt, weil sonst auch dann ein Teil vom Wasser über den Rezirkulationskreis strömt und abgezapft wird, ohne am Heizelement entlanggeströmt zu sein. Weiter ist im Falle eines Stromausfalls nahezu sofort kein Warmwasser mehr verfügbar, weil auch dann beim Abzapfen Kaltwasser über den Rezirkulationskreis zuströmen kann und abgezapft werden kann, ohne das Heizelement passiert zu sein.

Es ist ein Zweck der Neuerung, einen Boiler zu schaffen, bei dem diese Nachteile beseitigt sind.

Dieser Zweck wird nach der vorliegenden Neuerung dadurch erreicht, daß ein Boiler entsprechend Anspruch ausgeführt wird.

Dadurch, daß die Pumpe stromaufwärts der Kaltwasserzufuhr angeordnet ist, kann das Abzapfen von erwärmtem Wasser und die Zufuhr von Kaltwasser zum Ersatz des abgezapften erwärmten Wassers unabhängig davon

stattfinden, ob die Pumpe im Betrieb ist oder nicht. Dementsprechend ist die benötigte Pumpenleistung nicht abhängig vom gewünschten Abzapfdurchsat&zgr;. Dadurch, daß die Pumpe das Wasser, das zum Ersatz von abgezapftem erwärmtem Wasser zugeführt wird, nicht zu pumpen braucht, wird außerdem Energie erspart und Verschleiß der Pumpe beschränkt. Weiter verhindert die Pumpe auch, daß zuströmendes Kaltwasser über den Kurzschlußkanal abgezapft werden kann, ohne das Heizelement passiert zu sein.

Besonders vorteilhafte Ausführungen der Pumpe nach der Neuerung sind in den abhängigen Unteransprüchen niedergelegt.

Weitere Zwecke, Ausführungsaspekte, Effekte und Details, der Neuerung sind im folgenden näher beschrieben und erläutert unter Hinweis auf die Zeichnung. Dabei ist:

Fig. 1 eine durchbrochene Seitenansicht eines Boilers nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Neuerung, und

Fig. 2 eine schematische Teilansicht im Schnitt über die Linie II-II in Fig. 1.

Der Boiler nach dem gezeigten Beispiel hat einen Speicher 1 mit einem Innenraum 2 zum Speichern von Wasser. Der Speicher hat eine Innenwand 23 und eine um diese Innenwand herum angeordnete Schicht aus Isolationsmaterial 24, die ihrerseits mit einem Gehäuse 25 umhüllt wird. Zum' direkten Erwärmen von Wasser ist der Boiler mit einer Feuerung 3 mit einem Brenner 4 und einer Feuerungswand 5 versehen, die eine Begrenzung zwischen einer den Brenner 4 enthaltenden Brennerkammer 6 und dem Innenraum 2 des Speichers 1 bildet.

An die Brennerkammer 6 ist ein Rauchgasabzug 7 zum Abziehen von Rauchgasen in einer mit einem Pfeil 8 angegebenen Richtung angeschlossen. Der Rauchgasabzug 7 verläuft schraubenförmig durch den Speicher 1, um im Betrieb Wärmeübertragung von den Rauchgasen auf das Wasser im Speicher 1 zu fördern. An den Brenner 4 schließen auch Kanäle 26, 2 7 zum Zuführen von Brennstoff und Umgebungsluft

an, wobei ein Ventilator 28 zum Erzeugen einer beherrschten Luftzufuhr dient. Zum Dosieren der Brennstoffzufuhr in Verbindung mit der Menge der angesaugten Luft ist ein Regelblock 2 9 vorgesehen.

An den Speicher 1 ist eine Zufuhrleitung 9 zum Zuführen von zu erwärmendem Wasser in einer mit einem Pfeil 10 angegebenen Richtung angeschlossen.

Im Speicher 1 ist weiter eine Abschirmkappe 12 angeordnet, die die Feuerung 3 in geringem Abstand davon abschirmt und einen Raum 13 zwischen der Abschirmkappe 12 und der Feuerungswand 5 bestimmt. Die Abschirmkappe 12 ist mit Durchlässen 14, 15 zum Ein- und Auslassen von Wasser im Zwischenraum 13 versehen. Eine Anzahl der Durchlässe 14 sind verteilt über die Abschirmkappe angeordnet. Über diese verteilt angeordneten Durchlässe 14 steht der Zwischenraum 13 direkt mit dem übrigen Zwischenraum 2 des Speichers 1 in Verbindung.

Im Betrieb wird Wasser über die verteilt angeordneten Durchlässe 14 in der Abschirmkappe 12 an über den Zwischenraum 13 verteilten Stellen in diesen Zwischenraum zwischen dieser Abschirmkappe 12 und der Feuerungswand 5 zugelassen. Das Wasser wird anschließend durch die Abschirmkappe 12 an der Feuerungswand 5 entlanggeführt, wodurch eine intensive, kühlende Strömung längs der _Q Außenfläche der Feuerung 3 erhalten wird. Hierdurch bleibt die Temperatur der Feuerungswand 5 während des Brennens des Brenners 4 relativ niedrig, wodurch Siedeerscheinungen und Kalkablagerung an der Feuerungswand 5 entgegengewirkt wird.

Dadurch, daß der Zwischenraum 13 zwischen der Abschirmkappe 12 und der Feuerungswand 5 über die verteilt angeordneten Durchlässe 14 direkt mit dem übrigen Zwischenraum 2 des Speichers 1 in Verbindung steht, wird im Betrieb Wasser an über die Abschirmkappe 12 verteilten Stellen in den Zwischenraum 13 zugelassen. Das verteilt über die Oberfläche der Abschirmkappe zugelassene.Wasser bildet eine gleichmäßig über die Außenfläche der Feuerungswand 5

verteilte Strömung durch den Zwischenraum 13, die die Feuerungswand 5 dementsprechend gleichmäßig kühlt.

Ein anderer, zentraler Durchlaß 15 bildet eine Abfuhr zum Abführen von Wasser aus dem Zwischenraum 13.

An den zentralen Abfuhrdurchlaß 15 ist ein

Abzapfkanal 17 zum Abzapfen von Wasser aus dem Speicher 1 in einer mit Pfeilen 18 angegebenen Richtung angeschlossen. Hierdurch werden im Gebrauch die beim Abzapfen von Wasser erzeugten Wasserbewegungen auch dazu benutzt, zu erwärmendes Wasser durch den Zwischenraum 13 strömen zu lassen.

Vorerwärmung des Wassers im Speicher 1 durch Wärmeaustausch mit dem Rauchgaskanal 7 wirkt Kalkablagerung im Bereich des Brenners entgegen, die in vielen Gebieten beim Erwärmen von Leitungswasser in einem bestimmten Temperaturbereich auftritt. Auf diese Weise wird Kalkablagerung an der Feuerungswand entgegengewirkt und wird daher auch dem Abspringen von Kalkablagerungen durch Siedeerscheinungen längs der Feuerungswand 5 entgegengewirkt.

Kalkablagerung an der Feuerungswand wird insbesondere dadurch wirksam verhindert, daß die Feuerung 3 oberhalb wenigstens der wichtigsten Teile des Wärmeaustauschers 19 und des Rauchgaskanals 7 im Speicher 1 liegt. Frisch zugeführtes Kaltwasser, das noch relativ kalkreich ist, sammelt sich durch sein relativ hohes spezifisches Gewicht vor allem in untenliegenden Teilen des Speichers 1. Erst nachdem das Wasser durch Wärmeübertragung erwärmt worden ist und der Kalkgehalt dementsprechend gesunken ist und nachdem außerdem kälteres Wasser dem Speicher zugeführt worden ist, steigt das etwas aufgewärmte Wasser im Speicher 1 auf und bekommt es Gelegenheit, über die Zufuhrdurchlässe 14 den Zwischenraum zwischen der Abschirmkappe 12 und der Feuerungswand 5 zu erreichen.

Dadurch, daß eine Pumpe 11 in einem Kanal 10 zwischen dem zentralen Durchlaß 15 und dem Innenraum 2 des Speichers 1 aufgenommen ist, kann damit, auch während kein Wasser aus

dem Speicher abgezapft wird, eine Strömung im Zwischenraum 13 aufrechterhalten werden. Die Feuerung 3 kann daher auch geheizt werden, wenn kein Wasser abgezapft wird. Das erwärmte Wasser strömt dann wieder in den Innenraum 2 des Speichers 1 zurück.

Dadurch, daß die Pumpe 11 stromaufwärts des durch die Kaltwasserzufuhr 9 gebildeten Teiles eines Rezirkulationskreises 9, 20 angeordnet ist, kann das Abzapfen von erwärmtem Wasser und die Zufuhr von Kaltwasser zum Ersatz des abgezapften erwärmten Wassers unabhängig davon stattfinden, ob die Pumpe 11 im Betrieb ist oder nicht. Dementsprechend ist die benötigte Pumpenleistung nicht abhängig von dem gewünschten Abzapfdurchsatz. Dadurch, daß die-Pumpe 11 das Wasser, das zum Ersatz von abgezapftem erwärmtem Wasser zugeführt wird, nicht zu pumpen braucht, wird außerdem Energie erspart und Verschleiß der Pumpe 11 beschränkt.

Der Teil des Rezirkulationskreises 9, 20, in dem die Pumpe 11 aufgenommen ist, bildet einen Kurzschlußkanal 20. Der Kurzschlußkanal 2 0 steht auf seiner vom Abzapfkanal 17 entfernten Seite über einen Teil des Zufuhrkanals 9 mit dem Innenraum 2 des Speichers 1 in Verbindung. Über diesen Kurzschlußkanal 20 kann, wenn kein Wasser abgezapft wird, Wasser, das durch den Zwischenraum 13 passiert ist, zum Innenraum 2 des Speichers 1 zurückgeführt werden.

In der Zufuhrleitung 9 ist ein Stromschalter 21 aufgenommen, der ansprechend auf Abnahme von Wasser aus dem Boiler schaltet. Der Stromschalter 21 ist über eine Steuereinheit 3 0 mit der Pumpe 11 zum Einschalten der Pumpe 11 ansprechend auf das Feststellen eines bestimmten Stromes durch den Stromschalter 21 gekuppelt. Der Stromschalter könnte im Prinzip auch in der Abzapfleitung 17 aufgenommen sein, aber dort wird dieser größeren thermischen Belastungen ausgesetzt. Dadurch, daß die Pumpe schon ansprechend auf das Feststellen einiger oder eines bestimmten Minimums an Wasserströmung eingeschaltet wird, kann der Boiler schneller

auf die -Wärmenachfrage reagieren, die auf das Abzapfen von erwärmtem Wasser folgt, als wenn dieser auf einen Rückgang der Temperatur des erwärmten Wassers reagieren würde. Wenn die Pumpe einmal läuft, kann der Brenner sofort starten, so daß Verzögerung durch Warten auf das In-Gang-Kommen der Pumpe 11 vermieden wird. Dadurch, daß die Pumpe 11 stromaufwärts des durch die Kaltwasserzufuhr 9 gebildeten Teiles eines Rezirkulationskreises 9, 20 angeordnet ist und daher unbedenklich mit einiger Verzögerung bezüglich des In-Gang-Kommens der Zufuhr die Abzapfströmung in Gang kommen kann, ist die Empfindlichkeit des Strömungsschalters und die Genauigkeit dieses Strömungsschalters von verhältnismäßig geringer Bedeutung. Es kann daher ein einfacher Strömungsschalter mit einem niedrigen Selbstkostenpreis angewendet werden.

Weiter ist ein Temperatursensor 23 zum Wahrnehmen einer Wassertemperatur im Boiler vorgesehen, welcher Temperatursensor 23 - in diesem Beispiel ebenfalls über die Steuereinheit 3 0 - mit der Pumpe 11 zum Einschalten der Pumpe 11 ansprechend auf das Feststellen einer Temperatur unter einem bestimmten Minimumwert gekuppelt ist. Die Pumpe 11 kann auf diese Weise sowohl ansprechend auf Abnahme von. Wasser als auch ansprechend auf eine gesunkene Temperatur automatisch eingeschaltet werden.

Gegebenenfalls kann der Temperatursensor 23 sich im. Abzapfkanal 17 befinden, was eine genaue Regelung der Temperatur im Bereich der Feuerungswand 5 sowie der Abzapftemperatur ermöglicht. Hierzu kann der Pumpendurchsatz und/oder die Brennerleistung in Abhängigkeit von der festgestellten Temperatur geregelt werden. Es ist übrigens auch möglich, die Pumpe 11 zum Beimischen von Kaltwasser aus der Zufuhrleitung 9 zu der Abzapfleitung 17 während des Abzapfens zu verwenden, zum Beispiel um die Zapfwassertemperatur bei einer Wasserhöchsttemperatur im Boiler von 6O⁰C auf höchstens 6O⁰C zu beschränken.

ii -i

Der Temperatursensor 23 befindet sich im Inneren des Speichers 1. Hierdurch kann die Wassertemperatur im Speicher 1 gemessen werden, um die Pumpe und anschließend den Brenner, ansprechend auf Abkühlung unter eine bestimmte Temperatur zu starten.

Das Heizelement 3 befindet sich oben im Speicher 1, wobei der Rauchgaskanal 7 durch den Speicher nach unten verläuft und der Abzapfkanal 17 im wesentlichen vertikal von einem obenliegenden Teil des Speichers 1 zu einem untenliegenden Teil des Speichers 1 verläuft. Das bietet den Vorteil, daß das Wasser unten im Speicher 1 relativ wenig erwärmt wird und daher relativ kalt bleibt. Dies fördert seinerseits Kondensation von Wasserdampf im Rauchgaskanal 7. Durch Förderung dieser Kondensation wird ein erheblich höherer Wirkungsgrad erreicht. Weiter kühlt während des Abzapfens von erwärmtem Wasser das Zapfwasser, das relativ kurz Wärme an das Wasser unten im Speicher abgibt, relativ wenig ab. Um eine bestimmte Temperatur zu erreichen, braucht das Wasser daher vom Heizelement 3 auf eine weniger hohe Temperatur erwärmt zu werden, was ebenfalls günstig für den Wirkungsgrad des Boilers ist. Daß das Wasser im Bereich des Heizelements auf eine weniger hohe Temperatur erwärmt zu werden braucht, ist besonders vorteilhaft in Kombination mit der Position der Pumpe 11 stromaufwärts der Kaltwasserzufuhr 9, wodurch während des Abzapfens ein relativ großer Durchsatz längs des Heizelements 3 erreicht wird, aber auch wesentlich vorteilhaft, wenn die Pumpe stromabwärts des Zwischenkanals 10 in der Kaltwasserzufuhr 9 angeordnet wäre.

Das Aufrechterhalten einer relativ kühlen Zone im Bereich des Rauchgaskanals 7 wird weiter dadurch gefördert, daß der Rauchgaskanal 7 in einer rohrförmigen außenliegenden Zone des Speichers 1 verläuft und der Abzapfkanal 17 in einer zentralen Zone des Speichers und im Abstand von dieser rohrförmigen außenliegenden Zone verläuft. Der Abzapfkanal 17 erwärmt dadurch vor allem Wasser in einem zentralen säulenförmigen Bereich des Boilers, welches erwärmte Wasser

zum Heizelement aufsteigt, und hat dadurch einen sehr geringen erwärmenden Effekt auf das Wasser im Außenbereieh des Innenraums des Speichers, wo der Rauchgaskanal 7 sich befindet. Umgekehrt sorgt die aufsteigende Warmwassersäule dafür, daß die Abkühlung innerhalb des Speichers von Wasser, das abgezapft wird, weiter beschränkt wird. Die Temperatur, auf die das Wasser durch das Heizelement 3 erwärmt werden muß, um eine bestimmte Abgabetemperatur zu erreichen, wird dadurch weiter beschränkt, was den Wirkungsgrad des Boilers weiter erhöht. Auch hier ist die Reduzierung der erforderlichen Wassertemperatur im Bereich des Heizelements besonders vorteilhaft in Kombination mit der Position der Pumpe 11 stromaufwärts der Kaltwasserzufuhr 9, wodurch während-des Abzapfens ein relativ großer Durchsatz längs des Heizelements 3 erreicht wird, aber auch vorteilhaft, wenn die Pumpe stromabwärts des Zwischenkanals 10 in der Kaltwasserzufuhr 9 angeordnet wäre.

Claims

1. Boiler zum Erwärmen von Wasser und zum Speichern eines Volumens erwärmten Wassers, umfassend:
einen Speicher (1) mit einem Innenraum (2) zum Speichern von Wasser,
ein Heizelement (3);
einen Abzapfkanal (17) zum Abzapfen von Wasser aus dem Speicher (1), welcher Abzapfkanal an das genannte Heizelement (3) anschließt,
einen Rezirkulationskreis (9, 20) zwischen dem genannten Heizelement (3) und dem Innenraum (2) des Speichers (1), umfassend einen Teil eines Zufuhrkanals (9) zum Zuführen von zu erwärmendem Wasser und einen Kurzschlußkanal (20) zwischen dem Abzapfkanal (17) und dem Zufuhrkanal (9), von welchem Kurzschlußkanal (20) ein Stromabwärtsende an den Zufuhrkanal (9) anschließt, und
eine Pumpe (11) im genannten Rezirkulationskreis (9, 20), dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (11) stromaufwärts des Zufuhrkanals (9) im genannten Rezirkulationskreis (9, 20) aufgenommen ist.

2. Boiler nach Anspruch 1, weiter umfassend einen Stromschalter (21) in einer Zufuhrleitung (9) oder einer Abzapfleitung (17) zum Schalten ansprechend auf Abnahme von Wasser aus dem Boiler, welcher Stromschalter (21) zum Einschalten der genannten Pumpe (11) ansprechend auf das Feststellen eines bestimmten Stromes mit der genannten Pumpe (11) gekuppelt ist.

3. Boiler nach Anspruch 1 oder 2, weiter umfassend einen Temperatursensor (23) zum Wahrnehmen einer Wassertemperatur im genannten Speicher (1), welcher Temperatursensor (23) mit der genannten Pumpe (11) zum Einschalten der genannten Pumpe (11) ansprechend auf das Feststellen einer Temperatur unter einem bestimmten Minimumwert gekuppelt ist.

4. Boiler nach Anspruch 3, wobei der genannte Temperatursensor (23) sich im genannten Abzapfkanal (17) befindet.

5. Boiler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der genannte Temperatursensor (23) sich im Inneren des genannten Speichers (1) befindet.

6. Boiler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Heizelement (3) sich oben im Speicher (1) befindet, weiter umfassend einen durch den Speicher (1) nach unten verlaufenden Rauchgaskanal (7), wobei der Abzapfkanal (17) im wesentlichen vertikal von einem obenliegenden Teil des Speichers (1) zu einem untenliegenden Teil des Speichers (1) verläuft.

7. Boiler nach Anspruch 6, wobei der Rauchgaskanal (7) in einem rohrförmigen außenliegenden Teil des Speichers (1) verläuft und der Abzapfkanal (17) in einer zentralen Zone des Speichers (1) verläuft.