-
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung der im
Oberbegriff des Anspruchs 1 beschriebenen Art. Eine
derartige Vorrichtung ist aus EP-A 0 178 351 bekannt.
-
Wird heißes Leitungs- oder Brauchwasser in einer derartigen
Vorrichtung benötigt, dann wird im allgemeinen aus dem
Zentralheizungsboiler kommendes Heizwasser durch den
Leitungswasser-Wärmetauscher geführt. Kaltes Wasser aus der
Hauptleitung fließt ebenfalls in diesen Wärmetauscher und
wird dort zu heißem Leitungswasser aufgeheizt.
-
Wenn der Zentralheizungsboiler die erforderliche Temperatur
hat, steht heißes Wasser sehr schnell zur Verfügung. Hat
jedoch der Boiler nicht die erforderliche Temperatur in dem
Moment, in dem heißes Wasser benötigt wird - was
insbesondere im Sommer vorkommen kann -, dauert es lange Zeit, bis
heißes Leitungswasser verfügbar ist. Der
Zentralheizungsboiler und das Heizwasser müssen nämlich erst auf die
Betriebstemperatur gebracht werden.
-
In der bekannten Vorrichtung ist deshalb das
Heißwasserreservoir vorgesehen und in Strömungsrichtung vor dem
Wärmetauscher angeordnet. Wird nun heißes Leitungswasser
benötigt, so kann einfließendes Kaltwasser aus der
Hauptleitung unmittelbar durch das im Heißwasserreservoir
befindliche Heißwasser aufgeheizt werden. Ein derartiges
System liefert sehr schnell heißes Wasser mit der
gewünschten Temperatur. Nach einer von der Kapazität des
Wärmetauschers abhängigen Zeitspanne kommt jedoch das kalte
Boilerwasser, das zu Beginn eingeströmt ist und sich nur
teilweise mit später zugeführtem heißen Wasser mischt, in Kontakt
mit der eigentlichen Wärmetauscherwendel. Als Folge hiervon
wird das heiße Leitungswasser, das anfänglich die
gewünschte Temperatur hatte, plötzlich etwas kühler und
erreicht dann kurz danach wieder endgültig die gewünschte
hohe Temperatur. Dieses Temperaturverhalten, bei dem die
Wassertemperatur einige Zeit nach Aufdrehen des
Warmwasserhahnes kurz abfällt, ist äußerst unerwünscht. Das gilt
besonders dann, wenn heißes Wasser zum Duschen benutzt
wird.
-
Die Erfindung zielt deshalb darauf ab, eine Vorrichtung der
einleitend genannten Art zur Verfügung zu stellen, welche
den oben genannten Nachteil nicht aufweist und Leitungs-
oder Brauchwasser liefert, das schnell die gewünschte
Temperatur annimmt - selbst dann, wenn sich der
Zentralheizungsboiler zum Zeitpunkt des Heißwasserbedarfs nicht auf
der Betriebstemperatur befindet. Darüberhinaus soll die
Vorrichtung auch die gewünschte Temperatur halten.
-
Die Erfindung erreicht dieses Ziel mit dem Gegenstand des
Anspruchs 1. Wenn der Heißwasserhahn geöffnet wird, ist das
Wasser zunächst noch kalt. Durch gleichzeitiges Einschalten
des Zentralheizungsboilers und der zugeordneten Umwälzpumpe
wird Heißwasser vom Heißwasserreservoir über die
Rückführleitung zum Zentralheizungsboiler gefördert. Letzerer wird
unmittelbar vom Heißwasser des Heißwasserreservoirs
aufgeheizt, so daß er sehr schnell mit der Lieferung von heißem
Heizwasser und dementsprechend schnell mit dem Aufheizen
des kalten Hauptleitungswassers im
Leitungswasser-Wärmetauscher beginnt. Es wurde gefunden, daß das Leitungswasser
- bei einer normalen Zentralheizungsanlage, die ein
Heißwasserreservoir mit einer Kapazität von 10 Litern hat - die
gewünschte Temperatur innerhalb einer halben Minute
erreicht.
-
Erfindungsgemäß wird die im Heißwasserreservoir
gespeicherte Wärme nicht zum direkten Aufheizen des Leitungswassers
eingesetzt, sondern dazu, die Vorrichtung schnell auf
Betriebstemperatur zu bringen.
-
Aus der französischen Patentanmeldung 2 557 685 ist eine
Vorrichtung zum Aufheizen von Leitungswasser in einer
Zentralheizungsanlage bekannt, bei der ein Leitungswasser-
Wärmetauscher in einem Heißwasserreservoir angeordnet ist.
Benötigt man heißes Leitungswasser, wird zunächst kaltes
Wasser aus der Hauptleitung im Leitungswasser-Wärmetauscher
aufgeheizt und zwar durch das Heißwasser im Reservoir.
Sobald die Wassertemperatur im Reservoir unter einen
bestimmten Pegel gefallen ist, wird der Zentralheizungsboiler
aktiviert. Wasser wird vom Reservoir zum Boiler und vom
Boiler wird zurück zum Reservoir geführt, wo es direkt in
Kontakt mit dem Leitungswasser-Wärmetauscher kommt.
Zunächst liegt die Temperatur des Boilerwassers noch unter
der normalen Betriebstemperatur, so daß die Temperatur des
Leitungswassers abfällt. Demnach tritt auch bei dieser
bekannten Vorrichtung ein Temperaturabfall des Wassers auf.
-
Patentanspruch 2 kennzeichnet eine wirtschaftliche
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
-
Patentanspruch 3 kennzeichnet eine besonders bevorzugte
Gestaltung dieses Ausführungsbeispiels.
-
Es wird darauf hingewiesen, daß ein
Leitungswasser-Wärmetauscher, der aus einem Außentank, einem darin angeordneten
Innentank, dessen eine Stirnwand geschlossen ist, und einer
um den Innentank angeordneten Leitungswendel besteht, an
sich aus der vorgenannten Europäischen Patentschrift
0.178.351 bekannt ist. Wie bereits ausgeführt,
unterscheidet sich die Funktion dieses Einheit vom
Erfindungsgegenstand. Die Heizwasserzufuhr mündet in den Innentank,
während der Heizwasserauslaß außerhalb des Innentanks mündet.
-
Mit dem im Patentanspruch 4 gekennzeichneten
Ausführungsbeispiel wird erreicht, daß sich eine minimale Menge
Heißwasser zwischen dem Innentank und dem Außentank befinden
kann und demgemäß eine maximale Menge Heißwasser zum
Aufheizen des Zentralheizungsboilers zur Verfügung steht.
Dieses Ausführungsbeispiel schafft darüberhinaus einen
wendelförmigen Kanal für das Heizwasser, bevorzugt zwischen
den spiralförmigen Windungen der Leitungswasserspule, was
einen guten Wärmeübergang begünstigt.
-
Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung unter
Bezugnahme auf die in den Figuren dargestellten
Ausführungsbeispiele noch näher erläutert.
-
Fig. 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung nach einem ersten
Ausführungsbeispiel der Erfindung.
-
Fig. 2 zeigt ein Diagramm eines bevorzugten
Ausführungsbeispiels der Erfindung, entsprechend dem in Fig. 1 gezeigten
Ausführungsbeispiel.
-
Fig. 3 zeigt - teilweise aufgebrochen, teilweise im Schnitt
- einen Leitungswasser-Wärmetauscher und ein
Heißwasserreservoir, die gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung zu einer einzigen Einheit verbunden sind.
-
Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung 1 ist eine
Kombination aus einer Zentralheizungsanlage und einer Einrichtung
zum Aufheizen von Leitungswasser. Die Wärmequelle ist in
üblicher Weise ein Zentralheizungsboiler 2, der im
wesentlichen einen Brenner 3 und einen Wärmetauscher 4 aufweist.
In ihm wird von einer Rückführleitung 5 kommendes
Heizwasser aufgeheizt. Das aufgeheizte Wasser wird über eine
Ausgangsheizwasserleitung 6 abgeführt. Der
Zentralheizungsboiler 2 ist mit einer Steuereinrichtung 7 bestückt, welche
den Brenner 3 steuert und deren Eingangsgrößen 4 die
Temperatur des Heizwassers in der Heizwasserleitung 6 und die
Temperatur des Heizwassers im Leitungswasser-Wärmetauscher
11 sind. In der Rückführleitung 5 ist eine Umwälzpumpe 8
angeordnet.
-
Gemäß der schematischen Darstellung in der Fig. 5 sind
Radiator- und/oder Konvektorheizkörper 9 zwischen der
Heizwasserleitung 6 und der Rückführleitung 5 angeordnet. Diese
Heizkörper geben Wärme vom Heizwasser in den Raum ab, in
dem sie angeordnet sind.
-
Zusätzlich zu diesen Radiator-/Konvektorheizkörpern 9 ist
ein Leitungswasser-Wärmetauscher 11 zwischen der
Heizwasserleitung 6 und der Rückführleitung 5 angeordnet. Zu
diesem Zweck ist in der Heizwasserleitung 6 ein Dreiwegeventil
10 montiert, welches das Heizwasser je nach Wahl zum
Leitungswasser-Wärmetauscher 11 oder zu den Radiatoren 9
leiten kann.
-
Im Leitungswasser-Wärmetauscher 11 ist eine
Leitungswasserwendel 12 angeordnet, durch welche von der
Hauptwasserversorgung 13 kommendes Wasser fließen kann. Der
Beschickungsanschluß der Leitungswasserwendel 12 ist über einen
Haupthahn 14, ein Einwegeventil 15 und einen Einstellhahn 16 mit
der Hauptwasserzufuhr verbunden.
-
Das aus der Leitungswendel 12 kommende Heißwasser kann
direkt über eine Verbindungsleitung 18 abgegeben werden.
Die Heißwasserverbindung der Leitungswendei 12 ist
gleichermaßen mit einem Steuerventil 17 verbunden, das mit
einem zweiten Einlaß an die Hauptwasserzufuhr 13
angeschlossen ist und über die Leitung 19 Heißwasser mit einer
einstellbaren Temperatur abgeben kann.
-
Hat der Zentralheizungsboiler 2 Betriebstemperatur, was
gewöhnlich während der Winterperiode der Fall ist, und wird
heißes Wasser verlangt, beispielsweise durch Aufdrehen
eines Wasserhahnes im Leitungsrohr 18 oder im Leitungsrohr
19, dann wird sofort das Dreiwegeventil 10 umgeschaltet, um
Heißwasser von der Leitung 6 zum
Leitungswasser-Wärmetauscher 11 zu leiten. Heißwasser kann dann unmittelbar den
Leitungen 18 oder 19 entnommen werden.
-
Befindet sich der Zentralheizungsboiler nicht auf
Betriebstemperatur, was gewöhnlich in der Sommerperiode der Fall
ist, ist Heißwasser nicht sofort erhältlich. Sobald heißes
Leitungswasser wieder benötigt wird, wird der
Zentralheizungsboiler 2 angeschaltet. Die Steuereinrichtung, die
dieses Anschalten bewirkt, ist an sich allgemein bekannt
und wird demzufolge hier nicht weiter beschrieben.
-
Das Wasser, das den Wärmetauscher 4 verläßt, ist in dieser
Situation, nachdem der Zentralheizungsboiler 2 angeschaltet
ist, anfangs kalt. Das kalte Wasser aus der Hauptleitung
wird demzufolge noch nicht aufgeheizt. Erfindungsgemäß ist
jedoch ein Heißwasserreservoir 20 zwischen den
Leitungswasser-Wärmetauscher 11 und die Rückführleitung 5
geschaltet. Dieses Heißwasserreservoir 20 ist mit heißem
Heizwasser gefüllt. Sind der Zentralheizungsboiler 2 und die
Umwälzpumpe 8 eingeschaltet, strömt dieses heiße Wasser aus
dem Heißwasserreservoir 20 über die Rückführleitung 5 in
den Zentralheizungsboiler 2. Dies führt zu einem sehr
schnellen Aufheizen des Zentralheizungsboilers 2 und einem
sehr schnellen Temperaturanstieg des Wassers in der
Ausgangsleitung 6. Das heiße Wasser fließt in der Leitung 6
zum Leitungswasser-Wärmetauscher 11 und kann so das
Leitungswasser rasch aufheizen.
-
Ein wichtiger Gesichtspunkt der Erfindung besteht demnach
darin, daß eine Menge heißes Wasser im Heißwasserreservoir
20 gespeichert und dazu verwendet wird, die Anlage schnell
auf Betriebstemperatur zu bringen. Dies steht im Gegensatz
zur üblichen Praxis, Wärme direkt dem Wasser in der
Wasserleitung zuzuführen. Die Anlage und das Leitungswasser
erreichen somit rasch die Betriebstemperatur, und diese
Betriebstemperatur,
insbesondere die des Leitungswassers,
wird danach unbeschränkt lange aufrechterhalten.
-
Fig. 2 zeigt eine Vorrichtung 25, die im großen und ganzen
der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung 1 entspricht. Die in
Fig. 1 gezeigten Leitungswasser-Wärmetauscher 11 und
Heißwasserreservoir 20 sind in der Vorrichtung 25 zu einer
Wärmetauschereinheit 26 kombiniert. Die übrigen Elemente der
Vorrichtung tragen die gleichen Bezugszeichen wie in Fig.
1 und bedürfen keiner weiteren Beschreibung.
-
Die Wärmetauschereinheit 26 besteht aus einem geschlossenen
Außentank 27, in dem ein Innentank 28 mit einer
geschlossenen Stirnwand 29 angeordnet ist. Ein helix- oder
wendelförmig gewundenes Rohr bildet die Leitungswendel 32 und ist
rund um den Innentank 28 angeordnet. Die Enden der
Leitungswendel 32 sind versiegelt durch die Wand des
Außentanks 27 durchgeführt.
-
Nahe der geschlossenen Stirnwand 26 des Innentanks 28
befinden sich - gemäß Fig. 2 - der Heizwasserauslaß 31 im
Innentank 28 und die Heizwasserzufuhr 30 außerhalb
desselben.
-
Wird aufgrund einer Anforderung von heißem Leitungswasser
der Zentralheizungsboiler 2 eingeschaltet, fließt danach im
Innentank befindliches Heißwasser über den Auslaß 31 zur
Rückkehrleitung 5 und zum Zentralheizungsboiler 2, um
letzteren aufzuheizen. Das Wasser aus der Leitung 6 ist in
diesem Moment noch kalt und fließt über die Zufuhr 30 in
den Raum zwischen dem Außentank 26 und dem Innentank 28,
und zwar längs der Leitungswendel 32.
-
Offensichtlich kann sich das über die Zufuhr 30 zugeführte
Wasser mit dem anfangs heißen Wasser zwischen dem Außentank
27 und dem Innentank 28 mischen. Als Ergebnis fällt die
mittlere Temperatur dieses Wassers ab, so daß mit ihm der
Zentralheizungsboiler 2 nicht länger aufgeheizt werden
kann.
-
Fig. 3 zeigt ein weiterentwickeltes Ausführungsbeipiel der
Wärmetauschereinheit, in welcher dieser nachteilige Effekt
minimiert worden ist. Die Wärmetauschereinheit 35 besteht
im wesentlichen in der bereits beschriebenen Weise aus
einem Außentank 36, der aus einer rohrförmigen Wand
aufgebaut ist, die mittels Stirnabdeckungen 37 und 38
geschlossen ist. Im Außentank 36 ist ein Innentank 39
angeordnet, der gleichermaßen aus einer zylindrischen Wand
besteht. Diese ist jedoch nur an einem Ende, in Fig. 3 dem
oberen Ende, mittels einer Stirnwand 40 geschlossen. Das
untere Ende des Innentanks 39 ist vollständig offen. Nahe
der geschlossenen Stirnwand 40 münden die Zufuhr 41 in den
Außentank 36 und der Auslaß 42 in den Innentank 39. Der
Auslaß 42 führt durch die Stirnabdeckung 38 zu einer
Verbindung 43 mit der Rückführleitung, zu welcher ebenfalls
eine Leitung 44 mündet, die ihrerseits mit dem Ausgang der
Heizkörper verbunden ist.
-
Der Durchmesser des Innentanks 39 ist so gewählt, daß der
Raum zwischen dem Innentank 39 und dem Außentank 36 eine
lichte Weite hat, die im wesentlichen gleich dem
Durchmesser des Rohres der Leitungswendel 45 ist. Das wendelförmig
gewundene Rohr der Leitungswendel 45 liegt demzufolge
sowohl gegen die Außenwand des Innentanks 39 als auch gegen
die Innenwand des Außentanks 36 an. Ein ähnlich
wendelförmig verlaufender Raum 46 wird demzufolge von jeweils zwei
benachbarten Windungen unterteilt bzw. begrenzt. Das
Heizwasser aus der Zufuhr 21 läuft erzwungenermaßen durch
diesen Raum.
-
Die erfindungsgemäße Wärmetauschereinheit 35 gemäß Fig. 3
hat einerseits den Vorteil, daß sie eine maximale effektive
Heißwassermenge aufnehmen kann, und andererseits den
Vorteil eines sehr guten Wärmetransfers, vom über die Zufuhr
41 zugeführten Heißwasser zum Wasser in der Leitungswendel
45, derart, daß ein Wärmeaustausch nach dem reinen
Gegenflußprinzip stattfindet. Demgemäß hat das die
Leitungswendel 35 am oberen Ende verlassende Heißwasser praktisch die
gleiche Temperatur wie das über die Zufuhr 41 zugeführte
Heizwasser. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die
Heizgeschwindigkeit optimal.
-
Die erfindungsgemäße Wärmetauschereinheit kann sowohl
liegend als auch stehend eingesetzt werden. Im letztgenannten
Fall kann die geschlossene Stirnwand des Innentanks oben an
der Decke oder unten am Boden angeordnet sein. Werden
nämlich der Zentralheizungsboiler 2 und die Umwälzpumpe 8
eingeschaltet, dann werden die Inhalte der Einheit 45 sehr
schnell erneuert, so daß die Schwerkraft auf das Mischen
des zugefuhrten Kaltwassers mit dem im Innentank
befindlichen Heißwasser einen vergleichsweise unbedeutenden Einfluß
hat. Es wurde gefunden, daß eine Kapazität für die Einheit
von etwa 10 Litern optimal für eine
Haus-Zentralheizungsinstallation ist.