DE3878118T2 - Kochendwarmwassergeraet. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kochendwarmwassergerät vom Speichertyp bzw. ein Heißwasserspeichergerät unter Verwendung eines elektrischen Heizelements als seine Wärmequelle.
Beschreibung des verwandten Stands der Technik
• Heißwasserbereitungs oder -speichergeräte unter Verwendung eines elektrischen Heizelements als ihre Wärmequelle lassen sich in zwei Typen einteilen, d.h. einen Sofort(bereitungs)typ und einen Speichertyp. Der Soforttyp ist so ausgestaltet, daß Wasser mittels eines elektrischen Heizelements großer Leistung augenblicklich auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt wird, um als Heißwasser geliefert zu werden. Der Speichertyp ist so ausgelegt, daß Heißwasser einer vorbestimmten Temperatur in einem Heißwasserbehälter oder -tank im voraus gespeichert, d.h. bevorratet, und nach Bedarf geliefert wird. Normalerweise können die Heißwassergeräte des Soforttyps kein Heißwasser einer zufriedenstellenden Temperatur erzeugen, sofern sie nicht ein elektrisches Heizelement einer großen Leistung von 5 - 20 kW verwenden. Daher werden ausschließlich Heißwasserspeichergeräte für Haushaltszwecke benutzt.
• Üblicherweise umfassen Heißwasserspeichergeräte einen von einem Wärmeisolator umhüllten Heißwassertank. Der untere Abschnitt der Innenseite des Tanks ist mit einem (einer) Wasserspeiserohr(leitung) verbunden, während der obere Abschnitt über ein Heißwasserspeiserohr mit einem Wasser-Hahn verbunden ist. Im unteren Abschnitt des Heißwassertanks befindet sich ein ummanteltes elektrisches Heizelement. Das Heizelement wird mit elektrischer Energie gespeist, um das gesamte, im Tank enthaltene Wasser während eines Zeitraums, in welchem kein Heißwasser verbraucht wird, z.B. um Mitternacht, auf z.B. 80ºC zu erwärmen. Es gibt zwei Systeme für die Zuspeisung von Energie (Strom) zum Heizelement: ein Dauerstromspeisesystem und ein Nachtstromspeisesystem. Beim Dauersystem beginnt die Energie- bzw. Stromzuspeisung zum Heizelement zu einem beliebigen oder gegebenen Zeitpunkt, und sie wird beendet, wenn das gesamte Wasser im Tank eine vorbestimmte Temperatur erreicht.
• Beim Nachtstromspeisesystem beginnt die Stromzuspeisung zum Heizelement um Mitternacht, wenn die elektrischen Belastungen (Elektrizitätsverbrauch) vergleichsweise klein sind (ist), und sie wird beendet, wenn das gesamte Wasser im Tank eine vorbestimmte Temperatur erreicht (hat). Aus wirtschaftlichen Gründen wird das Nachtstromspeisesystem in weiterem Umfang angewandt. Dieses System ist mit einem Zeitgeber- oder -uhrschalter versehen, der den Betrieb an jedem Tag z.B. zu einer vorbestimmten Uhrzeit einleitet, wodurch die Stromzuspeisung zum elektrischen Heizelement geregelt wird. Der Zeitgeberschalter steht unter der Kontrolle eines Elektrizitätslieferanten und ist für die Anwender nicht zugänglich.
• Diese Heißwasserspeichergeräte sind jedoch mit den nachstehenden Nachteilen behaftet, die in Verbindung mit einem das Dauerstromspeisesystem verwendenden Gerät beschrieben werden sollen. Wenn das elektrische Heizelement aktiviert wird, wird das Wasser im Heißwassertank durch natürliche Konvektion allmählich erwärmt. Dabei hängt die Anstiegsgeschwindigkeit der Wassertemperatur vom Leistungsgrad des Heizelements und vom Fassungsvermögen des Tanks ab. Es ist aber schwierig, ein elektrisches Heizelement einer großen Leistung in ein Gerät für Haushaltszwecke einzubauen. Um seine Aufgabe als Speichertypversion zu erfüllen, muß das Gerät einen Heißwassertank eines Fassungsvermögens von zumindest einigen hundert Litern aufweisen. Die Anstiegsgeschwindigkeit der Wassertemperatur im Tank ist daher nicht sehr hoch. Wenn das gesamte Wasser im Tank auf z.B. 80ºC erwärmt wird oder ist, wird die Energiebzw. Stromzufuhr zum Heizelement beendet. Beim Heißwasserspeichergerät unter Anwendung des Dauerstromspeisesystems dauert es mithin eine lange Zeit, um das im Tank befindliche Wasser auf die richtige Gebrauchstemperatur von z.B. 80ºC zu erwärmen. Zudem wird dabei das gesamte, im Tank enthaltene Wasser unabhängig von der tatsächlich benötigten Heißwassermenge auf die Solltemperatur von 80ºC erwärmt. Wenn daher die pro Tag benötigte Heißwassermenge und das Fassungsvermögen des Tanks 100 l bzw. 300 l betragen, wird für das unnötige Erwärmen von 200 l Wasser auf 80º C sinnlos Energie vergeudet. Dies trifft auch auf das Nachtstromspeisesystem zu. Bei einem Heißwasserspeichergerät unter Anwendung des Nachtstromspeisesystems wird die Stromzufuhr nur während des begrenzten Zeitraums zugelassen. Zur Vermeidung eines Heißwassermangels am Tage muß daher der Heißwassertank ein großes Fassungsvermögen aufweisen. Das Heißwassergerät benötigt somit einen größeren Installationsraum, wobei es möglicherweise elektrische Energie in einem größeren Maße vergeuden kann. Beim herkömmlichen Heißwasserspeichergerät auf der Grundlage des Nachstromspeisesystems wird zudem das Heißwasser von 80º C um Mitternacht im Heißwassertank gespeichert. Tagsüber kann somit das Heißwasser unmittelbar benutzt werden, solange es im Tank enthalten ist. Bei einem Mangel steht aber tagsüber kein Heißwasser zur Verfügung.
• Zur Vermeidung dieser ungünstigen Gegebenheiten wird (ist) ein verbessertes Heißwasserspeichergerät (oder Warmwasserspeicherkessel) vorgeschlagen (worden). Bei diesem Gerät ist eine Blasenpumpe mit einem elektrischen Heizelement als ihre Wärmequelle zu einem Heißwassertank parallelgeschaltet, so daß im Tank durch selektive Betätigung der Blasenpumpe Heißwasser einer vorbestimmten Temperatur in einer Schicht einer bestimmten Dicke gespeichert werden kann. Mittels dieser Anordnung kann eine benötigte Menge an Heißwasser einer geeigneten Temperatur von z.B. 80ºC in kurzer Zeit im Heißwassertank gespeichert werden. Dadurch kann der Bedarf nach Heißwasser so schnell erfüllt werden, daß keine Notwendigkeit für einen Heißwassertank eines großen Fassungsvermögens besteht und die Vergeudung an elektrischer Energie begrenzt werden kann.
• Das Heißwassergerät mit der Blasenpumpe besitzt somit gegenüber den Geräten, die auf dem mit natürlicher Konvektion arbeitenden Heizsystem basieren, zahlreiche Vorteile. Wenn sich bei diesem verbesserten Heißwassergerät jedoch die Temperatur des Speisewassers in Abhängigkeit von der Jahreszeit ändert, variiert das im Heißwassertank gespeicherte Heißwasser entsprechend. Das Heißwasser kann daher nicht mit Zuverlässigkeit genutzt werden. Darüber hinaus ist das Aufbrechgeräusch der Blasen in der Blasenpumpe so stark, daß die Installationsstellen für das Gerät begrenzt sind.
• Die AT-B-310 316 beschreibt ein Heißwassergerät mit einem Heißwassertank, bei dem ein oberes Ende mit einem Heißwasserspeisezulaß und ein unteres Ende mit einem Wasserspeisezulaß versehen sind. Mit dem Heißwasserspeisezulaß ist ein Heißwasserspeiserohr zum Austragen des Heißwassers aus dem Heißwassertank zur Außenseite verbunden. An den Wasserspeisezulaß ist ein Wasserspeiserohr zum Einspeisen von Wasser in den Heißwassertank angeschlossen. An der Außenseite des Heißwassertanks sind Wasserheizeinrichtungen zum Abziehen von Wasser aus dem unteren Abschnitt des Inneren des Tanks, zum Erwärmen dieses Wassers und zum Einspeisen des erwärmten Wassers in den oberen Abschnitt des Heißwassertanks angeordnet.
• Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Heißwasserspeichergeräts, welches die Temperatur des gepeicherten Heißwassers zu stabilisieren und den Geräuschpegel zu senken vermag, ohne die Merkmale einer Blasenpumpe zu beeinträchtigen, die als Heizelement zu einem Heißwassertank parallelgeschaltet ist.
• Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Heißwasserspeichergerät, umfassend einen Wasser enthaltenden Heißwassertank mit einem oberen Ende, das mit einem Heißwasserspeisezulaß versehen ist, und mit einem unteren Ende, das mit einem Wasserspeisezulaß versehen ist, ein mit dem Heißwasserspeisezulaß verbundenes Heißwasserspeiserohr zum Austragen des Heiß wassers aus dem Tank nach außen, eine mit dem Wasserspeisezulaß verbundene Wasserspeiseeinheit zum Einführen von Wasser in den Heißwassertank und eine außerhalb des Heißwassertanks bzw. an seiner Außenseite angeordnete Wasserheizeinrichtung zum Abziehen von Wasser aus dem unteren Abschnitt des Inneren des Tanks, Erwärmen des Wassers und Einführen des erwärmten Wassers in den oberen Abschnitt des Heißwassertanks, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Wasserheizeinrichtung eine Blasenpumpeneinheit mit einem eine Siedekammer aufweisenden Körper, (ein) Heizelement(e) zum Erwärmen des Wassers in der Siedekammer und zum Erzeugen von Blasen im Wasser, ein erstes Verbindungsrohr zum Führen des Wassers aus dem unteren Abschnitt im Heißwassertank zum Körper, ein Leitrohr zum Zuführen des über das erste Verbindungsrohr geführten Wassers in die Siedekammer und zum Kondensieren von Blasen durch das über das Leitrohr zugeführte Wasser, ein zweites Verbindungsrohr zum Einführen des in der Siedekammer erwärmten Wassers in den oberen Abschnitt im Heißwassertank sowie erste und zweite, in den ersten und zweiten Verbindungsrohren angeordnete Regeleinheiten, um das Wasser nur vom unteren Abschnitt des Heißwassertanks zum oberen Abschnitt desselben strömen zu lassen, umfaßt, wobei das Leitrohr in bezug auf den Pumpen-Körper so angeordnet ist, daß ein Wärmeaustausch zwischen dem Wasser in der Siedekammer und dem das Leitrohr durchströmenden Wasser stattfindet.
• Ein besseres Verständnis dieser Erfindung ergibt sich aus der folgenden genauen Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen, in denen zeigen:
• Fig. 1 bis 8 ein Heißwasserspeichergerät gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei im einzelnen zeigen:
• Fig. 1 eine Schnittansicht zur Darstellung eines Umrisses des Geräts;
• Fig. 2 eine in vergrößertem Maßstab gehaltende Schnittansicht einer Blasenpumpe;
• Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Stromspeisesystems des Geräts;
• Fig. 4A und 4B schematische Darstellungen verschiedener Betriebszustände der Blasenpumpe;
• Fig. 5 und 6 eine schematische Darstellung der Blasenpumpe bzw. eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen den Temperaturänderungen des Einströmwasser und Ausströmwassers in der Blasenpumpe;
• Fig. 7 ein Oszillogramm zur Darstellung der Beziehung zwischen den jeweiligen Temperaturen des Einströmwassers und des Ausströmwassers in der Blasenpumpe; und
• Fig. 8 eine graphische Darstellung zum Vergleich der Temperaturänderungskennlinien des Ausströmwassers bei der Blasenpumpe gemäß der ersten Ausführungsform und des Ausströmwassers einer anderen Blasenpumpe; und
• Fig. 9 und 10 eine Blasenpumpe gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei im einzelnen zeigen:
• Fig. 9 eine Längsschnittdarstellung; und
• Fig. 10 einen Querschnitt längs der Linie X-X in Fig. 9
• Ein Heißwasserspeichergerät gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist im folgenden anhand der Figuren 1 bis 8 der beigefügten Zeichnungen im einzelnen beschrieben.
• Gemäß Figur 1 umfaßt das Heißwasserspeichergerät einen im wesentlichen zylindrischen Heißwasserbehälter oder -tank 11, der an beiden Enden geschlossen ist und sich im wesentlichen in lotrechter Richtung erstreckt. Der Tank 11 ist mit einer wärmeisolierenden Struktur 12 umhüllt.
• In der Bodenwand des Heißwassertanks 11 ist ein Wasserspeisezulaß 13 ausgebildet, an den ein Ende eines Wasserspeiserohrs 14 angeschlossen ist. Das andere Ende des Rohrs 14 ist mit einer nicht dargestellten Wasserversorgung, z.B. Leitungswasser, verbunden. In das Rohr 14 ist (im Mittelbereich) ein Druckminderventil 15 eingeschaltet; dieses dient dazu, den Druck des über das Rohr 14 in den Tank 11 eingespeisten Wassers auf 1 kg/cm² oder weniger zu reduzieren. Die obere Wand des Tanks 11 ist mit einem Heißwasserspeisezulaß 16 versehen, über den das im Tank enthaltene Heißwasser nach außen abführbar oder austragbar ist. Der Zulaß 16 ist über ein Heißwasserspeiserohr 17 mit einem Wasser-Hahn 18 in einer Küche, einem Badezimmer oder dergleichen verbunden. Normalerweise ist der Tank 11 mit Wasser gefüllt, wobei er dem Druck des über das Rohr 14 zugespeisten Wassers ausgesetzt ist. Wenn der Wasser- Hahn 18 geöffnet wird, wird somit das im Tank 11 enthaltene Wasser über den Speisezulaß 16 und das Speiserohr 17 nach außen ausgetragen.
• In die wärmeisolierende Struktur 12 ist eine sich parallel zum Heißwassertank 11 erstreckende Blasenpumpeneinheit 20 eingebettet. Gemäß den Figuren 1 und 2 umfaßt die Pumpeneinheit 20 einen Pumpen-Körper 27, der sich in lotrechter Richtung erstreckt. Der aus Kupfer oder Aluminium bestehende Pumpen-Körper liegt in Form eines Zylinders beispielsweise einer Dicke von 1,5 mm, eines Innendurchmessers von 34 mm und einer Länge von 70 mm vor. An den oberen und unteren Enden des Pumpen-Körpers 27 vorgesehene Öffnungen oder Bohrungen sind durch obere bzw. untere Abschlußwände 31 bzw. 28 verschlossen. Die untere Abschlußwand 28 ist mit einem Einlaß 29 versehen, der über ein erstes Verbindungsrohr 30 mit einem Saugzulaß 21 in der Bodenwand des Tanks 11 verbunden ist. In der oberen Abschlußwand 31 ist ein Auslaß 32 ausgebildet, der über ein zweites Verbindungsrohr 33 mit einem Austragzulaß 22 in der oberen Wand des Tanks 11 verbunden ist. Der Tank 11, das Rohr 30, der Pumpen-Körper 27 und das Rohr 33 bilden somit eine geschlossene Schleife, die von Wasser durchströmt wird.
• Im Inneren des Pumpenkörpers 27 sind erste und zweite, den unteren bzw. oberen Abschlußwänden 28 bzw. 31 zugewandte Trennplatten 34 bzw. 37 angeordnet. Das Innere des Körpers 27 ist durch Platten 34 und 37 in drei Kammern unterteilt. Diese Kammern umfassen eine zwischen der Wand 28 und der Platte 34 festgelegte untere Ventilkammer 23a eine zwischen der Wand 31 und der Platte 37 festgelegte obere Ventilkammer 23b und eine zwischen den Platten 34 und 37 festgelegte Siedekammer 67. Im Inneren der Siedekammer ist koaxial zum Pumpen-Körper 27 ein erstes Leitrohr 36 angeordnet, das z.B. aus einem Rohr aus nichtrostendem Stahl mit einem Außendurchmesser von 14 mm besteht. Das untere Ende des Leitrohrs 36 ist flüssigkeitsdicht mit einer in der ersten Trennplatte 34 geformten Öffnung oder Bohrung 35 verbunden, während sich das obere Ende des Rohrs 36 bis dicht an die zweite Trennplatte 37 heran erstreckt. Das aus dem Heißwassertank 11 über das erste Verbindungsrohr 30 zur unteren Ventilkammer 23a geleitete Wasser strömt somit durch das Leitrohr 36 und wird über eine Öffnung am oberen Ende oder einer Austragöffnung des Rohrs 36 in die Siedekammer 67 eingespeist. Im Inneren der Siedekammer befindet sich weiterhin ein aus nichtrostendem Stahlrohrmaterial hergestelltes zweites Leitrohr 39, das koaxial zum ersten Leitrohr 36 angeordnet ist. Das Rohr 39 besitzt einen Außendurchmesser, der kleiner ist als der Innendurchmesser des Pumpen-Körpers 27, und einen Innendurchmesser, der größer ist als der Außendurchmessers des Rohrs 36. Das obere Endes des Rohrs 39 ist an der Unterseite der zweiten Trennplatte 37 befestigt, wobei es mit der Bohrung 38 in der Platte 37 in Verbindung steht. Das untere Ende des Rohrs 39 erstreckt sich bis zu der Position, in welcher es den oberen Endabschnitt des Rohrs 36 überlappt. Der obere Endabschnitt des ersten Leitrohrs 36 ist damit in den unteren Endabschnitt des zweiten Leitrohrs 39 eingesetzt. Innerhalb des zweiten Leitrohrs ist eine dritte Trennplatte 40 dem oberen Ende des Rohrs 36 zugewandt befestigt. Mehrere Verbindungsöffnungen 41 sind in dem Abschnitt der Umfangswand des Rohrs 39 ausgebildet, der sich zwischen zweiter und dritte Trennplatte 37 bzw. 40 befindet. Das aus der Austragöffnung bzw. dem Auslaß des Rohrs 36 austretende Wasser strömt somit zwischen der Außenumfangsfläche des Rohrs 36 und der Innenumfangsfläche des Rohrs 39 hindurch, um in die Siedekammer 67 einzuströmen. In der Siedekammer 67 strömt das Wasser zwischen der Außenumfangsfläche des zweiten Leitrohrs 39 und der Innenumfangsfläche des Pumpen-Körpers 27, wobei es über die Verbindungsöffnungen 41, die Bohrung 38, die obere Ventilkammer 23b und das zweite Verbindungsrohr 33 in den Heißwassertank 11 geleitet wird.
• In unterer und oberer Ventilkammer 23a bzw. 23b sind Rückschlagventile 25 bzw. 26 vorgesehen. Das Ventil 25 umfaßt einen durch die Umfangskante der Bohrung 29 gebildeten Ventilsitz und eine in der Kammer 23a angeordnete, mit dem Ventilsitz zusammenwirkende Kugel 42 aus einem wärmebeständigen Kunststoff. Das Ventil 25 läßt das Wasser nur vom ersten Verbindungsrohr 30 in Richtung auf den Pumpen-Körper 27 strömen. Ebenso umfaßt das Ventil 26 einen durch die Umfangskante der Bohrung 38 gebildeten Ventilsitz und eine in der Kammer 23 angeordnete, mit dem Ventilsitz zusammenwirkende Kugel 43 aus einem wärmebeständigen Kunststoff. Das Ventil 26 läßt das Wasser nur vom Körper 27 zum zweiten Verbindungsrohr 33 strömen.
• Die Blasenpumpeneinheit 20 ist mit ersten und zweiten ummantelten elektrischen Heizelementen 24a bzw. 24b versehen, die als Heizeinrichtung zum Erwärmen des Wassers in der Siedekammer 67 dienen. Die Heizelemente 24a und 24b, die jeweils eine Ausgangsleistung von z.B. 2 kW bzw. 4 kW besitzen, sind um die Bereiche der Außenumfangsfläche des Pumpenkörpers 27 zwischen der ersten Trennplatte 34 und dem unteren Ende des zweiten Leitrohrs 39 herumgewickelt und durch Hartlöten befestigt.
• An der Außenfläche der wärmeisolierenden Struktur ist ein Anschlußkasten 44 befestigt. Die ersten und zweiten Heizelemente 24a und 24b sind jeweils gemäß Figur 3 über den Anschlußkasten mit Stromversorgungssystemen 45 bzw. 46 verbunden. Das System 45 ist dabei zum selektiven Erregen bzw. Aktivieren des Heizelements 24a über eine Netzstromquelle ausgelegt. Insbesondere ist das System 45 so ausgebildet, daß bei Betätigung eines Drucktastenschalters 50 nach Drehen eines Knopfes 49 eines Zeitgeberschalters 48 für verzögerte Wirkung, wenn ein Handschalter 47 geschlossen ist, das Heizelement 24a mit Strom oder mit Energie während einer mittels des Zeitgeberschalters eingestellten Zeitspanne gespeist werden kann. Das System 46 ist ein Nachtstromspeisesystem, das Einsparungen bezüglich der Stromgebühren erlaubt. Insbesondere ist das System 46 eine Kombination aus einem Zeitgeber und Schaltern; dieses System vermag die Stromzuspeisung zum elektrischen Heizelement 24b zu einer planmäßig vorgegebenen Zeit, z.B. um 23.00 Uhr, an jedem Tag einzuleiten. Weiterhin ist das System 46 ausgelegt zum Abnehmen eines Ausgangssignals S1 von einem am unteren Abschnitt des Heißwassertanks 11 angebrachten Temperatursensor 51 und zum Abschalten der Stromzufuhr zum Heizelement 24b, wenn die Temperatur des Wassers im unteren Abschnitt des Tanks 11 auf z.B. 80ºC angsteigt bzw. angestiegen ist. In Fig. 1 sind mit den Ziffern 52 und 53 ein Strömungsregelventil bzw. ein herkömmliches Schwimmertyp- Entlüftungsventil bezeichnet.
• Im folgenden sind Arbeitsweise und Anwendung des Heißwasserspeichergeräts mit dem oben beschriebenen Aufbau erläutert.
• Zunächst sei angenommen, daß der Heißwassertank 11 mit Wasser niedriger Temperatur gefüllt und der Wasserhahn 18 geschlossen ist. In diesem Zustand findet keinerlei Wasserströmung statt, so daß beide Rückschlagventile 25 und 26 geschlossen sind und die Blasenpumpeneinheit 20 mit dem Wasser niedriger Temperatur gefüllt ist.
• In diesem Zustand wird der Knopf 49 des Zeitgeberschalters 48 zur Einstellung einer gewünschten Zeitgrenze betätigt. Sodann wird der Schalter 47 geschlossen, und der Drucktastenschalter 50 wird gedrückt. Daraufhin setzt die Stromzufuhr zum elektrischen Heizelement 24a ein. Sobald das Heizelement 24a mit Strom beschickt wird, wird der Bereich des Wassers in der Siedekammer 67, der mit der Innenfläche des Pumpen-Körpers 27 innerhalb des Heizelements 24a in Berührung steht, schnell erwärmt. Wenn die Temperatur des in der Kammer 67 befindlichen Teils des Wassers den Siedepunkt erreicht, werden auf die in Figur 4A gezeigte Weise Luftblasen 61 erzeugt. Infolgedessen vergrößert das Wasser schnell sein Volumen, wodurch der Druck innerhalb der Siedekammer 67 ansteigt. Daraufhin wird das Rückschlagventil 26 geöffnet, so daß das siedende Wasser auf die durch ausgezogene Pfeile 62 in Figur 4A gezeigte Weise aus dem Pumpen-Körper 27 in das zweite Verbindungsrohr 33 gefördert wird. Wenn die Blasen 61 unter ihrem Auftrieb hochsteigen und die Höhenlage des unteren Endabschnitts des zweiten Leitrohrs 39 erreichen, erfahren sie eine Abkühlung und Kondensation durch das vergleichweise kalte Wasser im Bereich des unteren Endabschnitts des Rohrs 39. Infolgedessen verringert sich der Druck im Inneren der Kammer 67. Daraufhin werden die Rückschlagventile 26 und 25 auf die in Figur 4B gezeigte Weise geschlossen bzw. geöffnet, so daß das im unteren Abschnitt des Heißwassertanks 11 befindliche Kaltwasser über das erste Verbindungsrohr 30 und die Leitrohre 36 und 39 in die Siedekammer 67 einströmt. Demzufolge verringert sich die Temperatur des Wassers in der Kammer 67 weiter, so daß die Blasen 61 schnell verschwinden. Daraufhin strömt das Wasser nicht mehr über das Rohr 30 ein. Die Temperatur des Wassers in der Kammer 67 beginnt somit wieder anzusteigen, so daß erneut Blasen 61 erzeugt werden. Anschließend wiederholen sich die obengenannten Vorgänge innerhalb der mittels des Zeitgeberschalters 48 eingestellten Zeitgrenze. Auf diese Weise wird Heißwasser oder Warmwasser von z.B. 80ºC intermittierend aus dem Pumpen-Körper 27 ausgetragen.
• Das ausgetragene Heißwasser wird über das zweite Verbindungsrohr 33 geführt, um über den Austragzulaß bzw. -auslaß 22 in den oberen Abschnitt des Heißwassertanks 11 eingespeist zu werden. Das 80ºC warme Wasser 64 sammelt sich somit in thermisch geschichteter Weise im Tank 11 an, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist. Die Dicke der thermischen Schicht kann durch Änderung der Aktivierungszeit des elektrischen Heizelements 24a, d.h. der mittels des Zeitgeberschalters 48 eingestellten Zeitgrenze frei eingestellt werden. Im oben beschriebenen Fall wird das Heißwasser mittels des Stromversorgungssystems 45 auf erforderliche Weise gespeichert. Bei dieser Ausführungsform ist jedoch das System 46 als Nachtstromspeisesystem vorgesehen, welches dem elektrischen Heizelement 24b um 23.00 Uhr automatisch Energie-/ bzw. Strom zuspeist. Dabei sammelt sich das 80ºC warme Wasser auf die gleiche Weise, wie oben angegeben, im Heißwassertank 11 an.
• Auch wenn bei dem Heißwasserspeichergerät mit der den beschriebenen Aufbau besitzenden Blasenpumpeneinheit 20 die Temperatur des über das Wasserspeiserohr 14 dem Heißwassertank 11 zugespeisten Wassers je nach Jahreszeit oder dergleichen variiert, kann die Schwankung der Temperatur des von der Pumpeneinheit 20 gelieferten Heißwassers vergleichsweise klein gehalten werden, wobei auch das Aufbrechgeräusch der Blasen reduziert sein kann. Genauer gesagt das Wasser wird der Siedekammer 67 der Pumpeneinheit 20 über das erste Leitrohr 36 und den Raum zwischen erstem und zweitem Leitrohr 36 bzw. 39 zugespeist. Alle diese Rohre besitzen Wärmeleitfähigkeit. Figur 5 veranschaulicht in simulierter Weise die Strömungen von Wasser und Wärme in der Pumpeneinheit 20. Während das über das erste Verbindungsrohr 30 zugespeiste Wasser der Temperatur Tw im ersten Leitrohr 36 hochsteigt, tauscht es Wärme mit in der Siedekammer 67 enthaltenem Wasser 66, das unter dem Einfluß der Wärme vom elektrischen Heizelement 65 bei einer Temperatur Ts siedet, aus, so daß sich seine Temperatur auf Tb erhöht. Wenn sich danach die Temperatur des Wassers zwischen erstem und zweitem Leitrohr 36 bzw. 39 auf die Temperatur Tb verringert, gelangt das Wasser in Wärmeaustausch mit dem aus 85 der Kammer 67 hochsteigenden Wasser der Temperatur Ts, so daß seine Temperatur auf Tc ansteigt. Sodann wird Wasser der Temperatur Th, die niedriger ist als Ts, über das obere Rückschlagventil 26 geliefert.
• Im folgenden seien anhand von Figur 6 zwei Fälle betrachtet, in denen die Speisewassertemperatur Tw gleich Tw1 und Tw2 (Tw1 < Tw2) ist.
• Wenn die Temperatur Tb bei der Speisewassertemperatur gleich Tb1 und Tb2 gleich Twl bzw. Tw2 ist, ergeben sich die mittleren Temperaturen Tm1 und Tm2 zu Tml = (Tw1 + Tb1) /2 . . . (1) Tm2 = (Tw2 + Tb2) /2 . .. (2)
• Es sei angenommen, daß Tb1 - Tw1 =&Delta;t1, Tb2 - Tw2 =&Delta;t2, Ts - Tm1 =&Delta;T1 und Ts - Tm2 =&Delta;T2 gilt. Wenn die Menge des durch das erste Leitrohr 36 strömenden Wassers und die Wärmeleitfähigkeit des Rohrs 36 konstant sind und dabei die vom Wasser 66 in der Siedekammer 67 über die Wand des Rohrs 36 auf das Wasser im Rohr 36 übertragene Wärmemenge Q = k T entspricht, entsprechen die Wärmeübertragungsmengen für die beiden Fälle:
• qC&Delta;t1 = k&Delta;T1 ... (3)
• qC&Delta;t2 = k&Delta;T2 ... (4)
• darin bedeuten: q= Strömungsmenge (kg/s) im Inneren des ersten Leitrohrs 36 und c= spezifische Wärme (J/kg ºC) von Wasser.
• Durch Einsetzen von Gleichungen (1) und (2) in Gleichungen (3) und (4) erhält man:
• qC(Tb1 - Tw1) = k{Ts - (Tw1 + Tb1)/2} ... (5)
• qC(Tb2 - Tw2) = k{Ts - (Tw2 + Tb2)/2} ... (6)
• Nach Gleichung (1) bis (4) ergibt sich somit:
• Tb2 - Tb1 = (B/A) (Tw2 - Tw1) ... (7)
• Darin ist (B/A) gleich {(&Delta;t1 - 1)/2}/{(&Delta;t1 + 1)/2} und ist kleiner als 1. Wenn sich die Speisewassertemperatur von Tw1 auf Tw2 ändert, ist daher die Änderung (Tb2 - Tb1) von Tb kleiner als (Tw2 - Tw1). Bei einer Änderung der Speisewassertemperatur ist demzufolge die Änderung der Temperatur des der Siedekammer 67 der Blasenpumpeneinheit 20 zugespeisten Wassers kleiner als die Änderung der Speisewassertemperatur, so daß die Temperatur des von der Pumpeneinheit gelieferten Heißwassers stabilisiert sein kann. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird das zweite Leitrohr 39 in Kombination mit dem ersten Leitrohr 36 benutzt. Während das über das Rohr 36 zugespeiste Wasser im Rohr 39 abwärts strömt, gelangt es daher in einen Wärmeaustausch mit der hochsteigenden Strömung des Heißwassers um das Rohr 39 in der Siedekammer 67 herum, wodurch seine Temperatur weiter auf Tc erhöht wird. Andererseits kühlt sich das hochsteigende Heißwasser auf die Temperatur Th ab, und es wird aus der Kammer 67 ausgetragen. Im Vergleich zu dem in Verbindung mit Gleichung (7) beschriebenen Beispiel ist daher der Einfluß der Speisewassertemperatur auf die Temperatur des von der Pumpeneinheit 20 gelieferten Heißwassers geringer, so daß (damit) die Temperatur des gelieferten Heißwassers weiter stabilisiert werden kann.
• Darüber hinaus wird, wie vorher erwähnt, das durch den Wärmeaustausch vorgewärmte Wasser in die Siedekammer 67 der Blasenpumpeneinheit 20 eingespeist. Die Kühlleistung des vorgewärmten Wassers ist dabei geringer als diejenige des nicht erwärmten Wassers, und seine Blasenkondensierfähigkeit ist (ebenfalls) geringer. Infolgedessen werden die in der Kammer 67 entstehenden Blasen durch das vorgewärmte Wasser langsamer kondensiert, so daß das Aufbrechgeräusch der Blasen schwächer ist, d.h. daß die Geräuscherzeugung unterdrückt werden kann.
• Das Heißwasserspeichergerät ist somit bezüglich seiner Handhabungsleistung bzw. Bedienbarkeit verbessert, wobei auch der Freiheitsgrad bezüglich des Installationsorts erweitert ist.
• Figur 7 ist ein Oszillogramm eines Ergebnisses eines auf experimenteller Basis durchgeführten Tests an einer Blasenpumpe mit dem gleichen Aufbau wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform. In Figur 7 ist auf der Abzisse die nach Beginn der Stromzuspeisung zum elektrischen Heizelement verstrichene Zeit aufgetragen. Obgleich sich dabei die Speisewassertemperatur von 25ºC bis 45ºC ändert, ändert sich die Temperatur des gelieferten Heißwassers kaum. Figur 8 veranschaulicht das Testergebnis gemäß Figur 7 im Vergleich zum Testergebnis bei einer anderen Blasenpumpe. In Figur 8 steht die ausgezogene Linie für die Kennlinie des von der Blasenpumpeneinheit gemäß der vorliegenden Ausführungsform gelieferten Heißwassers, während die gestrichelte Linie eine Kennlinie für geliefertes Heißwasser repräsentiert, die dann erhalten wird, wenn die ersten und zweiten Leitrohre 36 bzw. 39 bei der Pumpe gemäß der beschriebenen Ausführungsform weggelassen sind und Wasser ohne Vorwärmung in die Siedekammer 67 eingespeist wird. Wie aus Figur 8 hervorgeht, kann bei der vorliegenden Ausführungsform die Änderung der Temperatur des gelieferten Heißwassers wesentlich kleiner als die Temperatur des Speisewassers gehalten werden.
• Gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsform sind zwei unabhängige elektrische Heizelemente vorgesehen; ein Heizelement ist für ein Dauerstromspeisesystem, das andere für ein Nachtstromspeisesystem vorgesehen. Wahlweise kann jedoch auch nur ein einziges elektrisches Heizelement verwendet werden, so daß elektrischer Strom nur vom Dauerstromspeisesystem oder vom Nachtstromspeisesystem zugespeist wird. Das betreffende Stromspeisesystem wird im Hinblick auf den Unterschied in den Elektrizitätsgebühren entsprechend Zeitzone, Bedingungen des Haushaltsgebrauchs des warmen Wassers u.s.w. gewählt. Die Anordnung bzw. Ausgestaltung der Blasenpumpeneinheit kann ebenfalls nach Bedarf geändert werden.
• Die Figuren 9 und 10 veranschaulichen eine Blasenpumpeneinheit 20 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Pumpeneinheit ist ein hohler Aluminiumblock 71 an der Außenumfangsf läche des Pumpen-Körpers 27 befestigt, während ummantelte elektrische Heizelemente 24a und 24b parallel zum Körper 27 verlaufend in den Block eingebettet bzw. eingelassen sind. Bei dieser zweiten Ausführungsform sind weiterhin Rückschlagventile 25 und 26 in ersten und zweiten Verbindungsrohren 30 bzw. 33 angeordnet. In diesem Fall erstreckt sich der distale Endabschnitt des Rohrs 30 durch die untere Abschlußwand 28 des Pumpen-Körpers 27 in die Siedekammer 67, so daß er das erste Leitrohr 36 bildet.
• Bei den vorstehend beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsformen kann das zweite Leitrohr (39) weggelassen werden. In diesem Fall kann ebenfalls die der Änderung der Speisewassertemperatur zuzuschreibende Änderung oder Schwankung der Temperatur des gelieferten Heißwassers kleiner gehalten werden als im Fall einer Vorrichtung ohne das erste Leitrohr 36. Für die Rückschlagventile können zudem anstelle von Kugelventilen auch Klappenventile benutzt werden. Für die Strömungsregelfunktion kann darüber hinaus anstelle des Strömungsregelventils im ersten Verbindungsrohr ein Drosselrohr benutzt werden. Das Strömungsregelventil und das Drosselrohr können (auch) weggelassen werden. Je nach der Änderung oder Schwankung der Zieltemperatur des gelieferten Heißwassers oder dergleichen, kann der Werkstoff für die ersten und zweiten Leitrohre 36 und 39 ebenfalls geändert werden.

Claims (16)

1. Heißwasserspeichergerät, umfassend einen Wasser enthaltenden Heißwassertank (11) mit einem oberen Ende, das mit einem Heißwasserspeisezulaß (16) versehen ist, und mit einem unteren Ende, das mit einem Wasserspeisezulaß (13) versehen ist, ein mit dem Heißwasserspeisezulaß verbundene Heißwasserspeiserohr (17) zum Austragen des Heißwassers aus dem Tank (11) nach außen, eine mit dem Wasserspeisezulaß verbundene Wasserspeiseeinheit (14) zum Einführen von Wasser in den Heißwassertank und eine außerhalb des Heißwassertanks bzw. an seiner Außenseite angeordnete Wasserheizeinrichtung zum Abziehen von Wasser aus dem unteren Abschnitt des Inneren des Tanks, Erwärmen des Wassers und Einführen des erwärmten Wassers in den oberen Abschnitt des Heißwassertanks (11), dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserheizeinrichtung eine Blasenpumpeneinheit (20) mit einem eine Siedkammer (67) aufweisenden Körper (27), (ein) Heizelement(e) zum Erwärmen des Wassers in der Siedekammer und zum Erzeugen von Blasen im Wasser, ein erstes Verbindungsrohr (30) zum Führen des Wassers aus dem unteren Abschnitt im Heißwassertank von Körper, ein Leitrohr (36) zum Zuführen des über das erste Verbindungsrohr geführten Wassers in die Siedekammer und zum Kondensieren von Blasen durch das über das Leitrohr (360 zugeführte Wasser, ein zweites Verbindungsrohr (33) zum Einführen des in der Siedekammer (67) erwärmten Wassers in den oberen Abschnitt im Heißwassertank sowie erste und zweite, in den ersten und zweiten Verbindungsrohren (30, 33) angeordnete Regeleinheiten, um das Wasser nur von unteren Abschnitt des Heißwassertanks zum oberen Abschnitt desselben strömen zu lassen, umfaßt, wobei das Leitrohr (36) in bezug auf den Pumpen-Körper (27) so angeordnet ist, daß ein Wärmeaustausch zwischen dem Wasser in der Siedekammer (67) und dem das Leitrohr (36) durchströmenden Wasser stattfindet.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitrohr (36) in der Siedekammer (67) angeordnet ist und ein mit dem ersten Verbindungsrohr (30) kommunizierendes unteres Ende sowie ein in die Siedekammer mündendes oberes Ende aufweist.

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Siedekammer (67) ein mit dem zweiten Verbindungsrohr (33) kommunizierendes oberes Ende und ein dicht am ersten Verbindungsrohr (30) angeordnetes zweites Ende aufweist und sich im wesentlichen lotrecht erstreckt und das Leitrohr (36) sich in die Siedekammer in deren Axialrichtung erstreckt, wobei das obere Ende des Leitrohrs dicht am oberen Ende der Siedekammer angeordnet ist.

4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Siedekammer (67) zylindrisch ist und das Leitrohr (36) koaxial zur Siedekammer liegt.

5. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Blasenpumpeneinheit (20) ein zweites Leitrohr (39) zum Führen des vom oberen Ende des ersten Leitrohrs (36) ausgetragenen Wassers zum unteren Ende der Siedekammer (67) aufweist, wobei das zweite Leitrohr so angeordnet ist, daß ein Wärmeaustausch zwischen dem das zweite Leitrohr durchströmenden Wasser und dem Wasser in der Siedekammer stattfindet.

6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Leitrohr (69 bzw. 39) einen Innendurchmesser, der größer ist als der Außendurchmesser des ersten Leitrohrs (36), aufweist und in der Siedekammer (67) so angeordnet ist, daß es den oberen Endabschnitt des ersten Leitrohrs umschließt und koaxial zum ersten Leitrohr liegt, das zweite Leitrohr ferner ein zum unteren Ende der Siedekammer hin mündendes unteres Ende und eine dem oberen Ende des ersten Leitrohrs zugewandte bzw. gegenüberstehende Trennplatte aufweist, so daß das aus dem oberen Ende des ersten Leitrohrs ausgetragene Wasser zwischen der Außenumfangsfläche des ersten Leitrohrs und der Innenumfangsfläche des zweiten Leitrohrs geführt und abwärts geleitet wird.

7. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß Pumpen-Körper (27) die Form eines Zylinders besitzt, dessen Innenumfangsfläche die Siedekammer (67) festlegt, und die Heizeinrichtung erste und zweite, an der Außenfläche des Pumpen-Körpers vorgesehene elektrische Heizelemente (24a, 24b) aufweist.

8. Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung eine erste Stromversorgungs- oder -speiseeinheit (46) zum Aktivieren des ersten elektrischen Heizelements (24b) in einer vorbestimmten Weise und eine zweite Stromspeiseeinheit (45) zum Aktivieren des zweiten elektrischen Heizelements (24a) in einer gewünschten Weise aufweist.

9. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Stromspeiseeinheit (45) eine Zeitgeberschaltung (48) zum wahlfreien Einstellen der Leit- oder Aktiverungsdauer und der Leit- oder Aktivierungsbeginnzeit für das zweite elektrische Heizelement (24a) aufweist.

10. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Stromspeiseeinheit (46) einen Sensor (51) zum Messen der Temperatur des Wassers in dem nahe dem Wasserspeisezulaß (13) gelegenen Bereich des Heißwassertanks (11) aufweist, so daß die Stromzuspeisung zum ersten elektrischen Heizelement (24b) zu einem vorbestimmten Zeitpunkt eingeleitet und beendet wird, wenn die durch den Sensor gemessene Wassertemperatur einen vorbestimmten Temperaturwert erreicht (hat).

11. Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten elektrischen Heizelemente (24a, 24b) unter Befestigung um die Außenumfangsfläche des Pumpen-Körpers (27) herumgewickelt sind.

12. Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten elektrischen Heizelemente (24a, 24b) jeweils aus einem stabförmigen ummantelten, parallel zum Pumpen-Körper (27) verlaufenden Heizelement geformt sind.

13. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Regeleinheit ein erstes Rückschlagventil (25), das eine Wasserströmung nur vom ersten Verbindungsrohr (30) zum Pumpen-Körper (27) zuläßt, und die zweite Regeleinheit ein zweites Rückschlagventil (26), das eine Wasserströmung nur vom Pumpen-Körper zum zweiten Verbindungsrohr (33) zuläßt, aufweist.

14. Gerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Rückschlagventile (25, 26) im ersten bzw. zweiten Verbindungsrohr (30, 33) angeordnet sind.

15. Gerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpen-Körper (27) eine zwischen dem ersten Verbindungsrohr (30) und dem Leitrohr (36) angeordnete erste Ventilkammer (23a) und eine zwischen dem zweiten Verbindungsrohr (33) und der Siedekammer (67) angeordnete zweite Ventilkammer (23b) aufweist, wobei die ersten und zweiten Rückschlagventile (25, 26) in erster bzw. zweiter Ventilkammer angeordnet sind.

16. Gerät nach Anspruch 1, ferner gekennzeichnet durch eine den Tank (11) bedeckende bzw. umhüllende wärmeisolierende Einrichtung (12), sowie dadurch gekennzeichnet, daß die Blasenpumpeneinheit (20) in die wärmeisolierende Einrichtung eingebettet ist.