AT401968B

AT401968B - Vorrichtung zum erwärmen eines wärmeträgers für einen heizungskreislauf und von brauchwasser mit hilfe eines heizmediums

Info

Publication number: AT401968B
Application number: AT0037395A
Authority: AT
Original assignee: Froeling Heizkessel Und Behael
Priority date: 1995-03-02
Filing date: 1995-03-02
Publication date: 1997-01-27
Also published as: DE19606319A1; ATA37395A

Description

AT 401 968 B

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Erwärmen eines Wärmeträgers für einen Heizungskreislauf und von Brauchwasser mit Hilfe eines Heizmediums, bestehend aus zwei Gegenstromwärmetäuschern einerseits zwischen dem Heizmedium und dem Wärmeträger für den Heizungskreislauf und anderseits zwischen dem Wärmeträger für den Heizungskreislauf und dem Brauchwasser, wobei die beiden Gegenstromwärmetäuscher je zwei Strömungskanäle aufweisen, von denen der eine als zwischen einem Außenmantel und einem Innenmantel schraubenlinienförmig verlaufende Rohrschlange ausgebildet ist und sich der andere zwischen den Windungen dieser Rohrschlange und den beiden Mänteln ergibt.

Um mit Hilfe der fühlbaren Wärme des Hei2mediums einer Fernheizanlage sowohl den Wärmeträger für einen Heizungskreislauf als auch Brauchwasser erwärmen zu können, ist es bekannt (AT-387 092 B), zwei Gegenstromwärmetäuscher einerseits zwischen dem Heizmedium und dem Wärmeträger für den Heizungskreislauf und anderseits zwischen dem Wärmeträger für den Heizungskreislauf und dem Brauchwasser vorzusehen. Diese Gegenstromwärmetäuscher weisen eine zwischen einem Innen- und einem Außenmantel eingeschlossene schraubenlinienförmig verlaufende Rohrschlange als einen Strömungskanal auf, wobei sich ein weiterer Strömungskanal zwischen den Windungen der Rohrschlange und dem Innen-und dem Außenmantel ergibt. Nachteilig bei der Erwärmung des Wärmeträgers und des Brauchwassers über solche Gegenstromwärmetäuscher ist allerdings, daß die über die Gegenstromwärmetäuscher in der Zeiteinheit entnehmbare Wärmemenge aufgrund des begrenzten Wärmeangebotes durch das Heizmedium beschränkt ist, so daß es bei einem hohen Wärmeleistungsbedarf zu Versorgungsschwierigkeiten kommen kann.

Zur besseren Ausnützung des Wärmeangebotes eines Heizkessels ist es außerdem bekannt, für den Wärmeträger des Heizungskreislaufes einen Pufferspeicher vorzusehen, an den der Vorlauf und der Rücklauf des Heizungskreislaufes angeschlossen sind. Da die Rücklauftemperatur des Heizungskreislaufes die niedrigste Temperatur innerhalb der Temperaturschichtung des Pufferspeichers bestimmt, ist bei einer Anwendung solcher Pufferspeicher für den Wärmeträger des Heizkreislaufes mit einer unzulässig hohen Rücklauftemperatur für das Heizmedium zu rechnen.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Erwärmen eines Wärmeträgers für einen Heizungskreislauf und von Brauchwasser mit Hilfe eines Heizmediums der eingangs geschilderten Art mit einfachen konstruktiven Mitteln so auszugestalten, daß trotz des sonst vorteilhaften Einsatzes der Gegenstromwärmetäuscher ein das Wärmeangebot durch das Heizmedium zeitweise übersteigender Wärmebedarf gedeckt werden kann, ohne nachteilige Einflüsse auf die Rücklauftemperatur des Heizmediums befürchten zu müssen.

Die Erfindung lost die gestellte Aufgabe dadurch, daß der Innenmantei der beiden Gegenstromwärmetäuscher aus dem Mantel eines Pufferspeichers für den Wärmeträger des Heizungskreislaufes besteht, dessen Vorlauf im Deckenbereich und dessen Rücklauf mit Abstand unterhalb des Vorlaufanschlusses im Pufferspeicher münden, und daß sich der Gegenstromwärmetäuscher zwischen dem Heizmedium und dem Wärmeträger für den Heizungskreislauf vom Deckenbereich des Pufferspeichers nach unten und der Gegenstromwärmetäuscher zwischen dem Wärmeträger für den Heizungskreislauf und dem Brauchwasser vom Bodenbereich nach oben erstrecken, wobei der ausgangsseitig im Deckenbereich des Pufferspeichers mündende Strömungskanal für den Wärmeträger des Heizungskreislaufes des oberen Gegenstromwärmetäuschers mit seinem eingangsseitigen unteren Ende über eine Pumpenleitung mit einem Speicheranschluß im Bodenbereich und der ausgangsseitig im Bodenbereich mündende Strömungskanal für den Wärmeträger des Heizungskreislaufes des unteren Gegenstromwärmetäuschers mit seinem eingangsseitigen oberen Ende über eine Pumpenleitung mit einem Speicheranschluß im Deckenbereich verbunden sind.

Durch das Vorsehen eines Pufferspeichers für den Wärmeträger des Heizungskreislaufes kann das Wärmeangebot durch das Heizmedium unabhängig vom Wärmebedarf des Heizungskreislaufes bzw. der Brauchwassererwärmung über den Wärmeträgerfür den Heizungskreislauf vorteilhaft ausgenütztwerden, weil der Gegenstromwärmetäuscher zwischen dem Heizmedium und dem Wärmeträger für den Heizungskreislauf mit seinem kalten Ende im Bodenbereich an den Pufferspeicher angeschlossen ist und nur bei einer entsprechenden Temperaturdifferenz zwischen der Vorlauftemperatur des Heizmediums und der Wärmeträgertemperatur im Bodenbereich des Pufferspeichers eingesetzt zu werden braucht. Da der Gegenstromwärmetäuscher zwischen dem Wärmeträgermedium für den Heizungskreislauf und dem Brauchwasser sich vom Bodenbereich des Pufferspeichers nach oben erstreckt und mit seinem kalten Ende im Bodenbereich des Pufferspeichers mündet wird dem Pufferspeicher im Bodenbereich ein über das kalte Brauchwasser stark abgekühlter Wärmeträger zugeführt, so daß sich im Betrieb des Pufferspeichers in seinem Bodenbereich eine entsprechend niedrige Schichttemperatur einstellt, zumal der mit Kaltwasser beschickte Gegenstromwärmetäuscher zur Warmwasserbereitung aufgrund des Wärmeüberganges über den Speichermantel für eine zusätzliche Abkühlung sorgt. Der Pufferspeicher für den Wärmeträger des Heizungskreislaufes kann daher über das Heizmedium bei entsprechend hohen Temperaturdifferenzen 2

AT 40t 968 B zwischen dem wärmeabgebenden Heizmedium und dem wärmeaufnehmenden Wärmeträger von oben nach unten durchgeladen werden, um den Wärmebedarf des Heizungskreislaufes bzw. der Warmwasserbereitung aus dem Pufferspeicher zu decken, dem der Wärmeträger über den Vorlaufanschluß des Heizungskreislaufes und den Anschluß für den Gegenstromwärmetäuscher zur Erwärmung des Brauchwassers im 5 heißen Deckenbereich entnommen wird. Der Rücklauf des Heizungskreislaufes kann entsprechend der Rücklauftemperatur in einer bestimmten Höhe in den Pufferspeicher münden. Diese Einmündung des Rücklaufes des Heizungskreislaufes kann im Bodenbereich des Pufferspeichers vorgesehen sein, wenn mit einer entsprechend niedrigen Rücklauftemperatur gerechnet werden kann. Bei höheren Rücklauftemperaturen ist der Rücklaufanschluß des Heizungskreislaufes in einem entsprechenden Abstand oberhalb des 70 Bodenbereiches vorzusehen, um die vorteilhafte Temperaturspreizung für den Gegenstromwärmetäuscher zwischen Heizmedium und Wärmeträger für den Heizungskreislauf nicht zu gefährden. Um je nach der Art der Heizung entsprechende Rücklaufanschlüsse sicherzustellen, kann der Pufferspeicher wahlweise ersetzbare Rücklaufanschlüsse für den Heizungskreislauf im Bodenbereich und der Höhe nach zwischen den beiden Gegenstromwärmetäuschern aufweisen. Die Anordnung dieser Anschlüsse der Höhe nach zwischen 75 den beiden Gegenstromwärmetäuschern gewährleistet einen von den Gegenstromwärmetäuschern unabhängigen Rücklaufanschluß.

Zusammenfassend kann somit festgestellt werden, daß sich durch die erfindungsgemäße Anordnung und Ausbildung des von den beiden Gegenstromwärmetäuschern oben und unten umschlossenen Pufferspeichers für den Wärmeträger des Heizungskreislaufes besonders vorteilhafte Bedingungen hinsichtlich 20 der Ausnützung des Wärmeangebotes durch das Heizmedium ergeben, ohne auf eine Deckung eines zeitweilig auftretenden, das Wärmeangebot übersteigenden Wärmespitzenbedarfes verzichten zu müssen. Wegen der mit dem Pufferspeicher eine Baueinheit bildenden Gegenstromwärmetäuschern wird außerdem eine vergleichsweise einfache, kompakte Konstruktion erhalten, die einen zusätzlichen Wärmeaustauch zwischen den Gegenstromwärmetäuschern und dem Pufferspeicher über den Speichermantel erlaubt. 25 In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt, und zwar wird eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erwärmen eines Wärmeträgers für einen Heizungskreislauf um von Brauchwasser mit Hilfe eines Heizmediums in einer zum Teil aufgerissenen, schematischen Seitenansicht gezeigt.

Die dargestellte Vorrichtung weist einen Pufferspeicher 1 für den Wärmeträger, üblicherweise Heizwasser, eines Heizungskreislaufes auf, dessen Vorlaufanschluß mit 2 und dessen wahlweise benützbare 30 Rücklaufanschlüsse mit 3 bezeichnet sind. Dieser Pufferspeicher 1 wird von zwei Gegenstromwärmetäuschern 4 und 5 umschlossen, die jeweils eine um den Mantel 6 des Pufferspeichers 1 schraubenlinienförmig gewundene Rohrschlange 7 umfassen, deren Windungen mit axialem Abstand voneinander angeordnet und von einem Außenmantel 8 umschlossen sind. Diese Rohrschlangen 7 bilden daher einen Strömungskanal 9 und ergeben zwischen den Rohrwindungen und den beiden Mänteln 6 und 8 einen weiteren 35 schraubenlinienförmig verlaufenden Strömungskanal 10, wobei diese Strömungskanäle 9 und 10 zur Führung der wärmeaustauschenden Strömungsmittel dienen. Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind das obere Ende des durch die Rohrschlange 7 gebildeten Strömungskanales 9 des Gegenstromwärmetäuschers 4 mit dem Vorlauf 11 und das untere Ende mit dem Rücklauf 12 eines Heizmediums, beispielsweise einer Fernheizanlage, verbunden. Durch den Strömungskanal 10 zwischen den Windungen 40 der Rohrschlange 7 wird der Wärmeträger für den Heizungskreislauf im Gegenstrom zum Heizmedium gepumpt, wobei die untere Eingangsseite dieses Strömungskanales 10 über eine eine Pumpe 13 aufweisende Pumpenleitung 14 mit einem Speicheranschluß 15 im Bodenbereich verbunden ist, während das Ausgangsende dieses Strömungskanales 10 unmittelbar im Deckenbereich in den Pufferspeicher 1 mündet.

Der Gegenstromwärmetäuscher 5 zum Aufwärmen von Brauchwasser, dessen Kaltwasseranschluß mit 45 16 und dessen Warmwasseranschluß mit 17 bezeichnet sind, nimmt den Wärmeträger aus dem Pufferspei cher 1 über den Strömungskanal 10 auf, der mit seiner oberen Eingangsseite über eine Pumpenleitung 18 und eine Pumpe 19 mit einem Speicheranschluß 20 im Deckenbereich in Verbindung steht. Austrittsseitig mündet der Strömungskanal 10 im Bodenbereich in den Speicher, so daß sich wiederum zwischen dem von unten nach oben durch den Strömungskanal 9 strömenden Brauchwasser und dem von oben nach so unten fließenden Wärmeträger ein Wärmeaustausch im Gegenstrom ergibt.

Wie der Zeichnung unmittelbar entnommen werden kann, wird das über den Kaltwasseranschluß 16 zugeführte Brauchwasser mit Hilfe des oben aus dem Pufferspeicher 1 heiß entnommenen Wärmeträgers für den Heizungskreislauf erwärmt, wobei der aufgrund des Wärmeüberganges auf das Brauchwasser abgekühlte Wärmeträger im Bodenbereich wieder in den Pufferspeicher 1 geleitet wird, was im Bodenbe-55 reich des Pufferspeichers 1 eine Warmeträgerschicht mit vergleichsweise tiefer Temperatur ergibt, zumal sich über den Speichermantel 6 ein zusätzlicher, die Wärmeträgerschicht im Bodenbereich des Pufferspeichers 1 abkühlender Wärmeaustausch einstellt. Diese tiefe Schichttemperatur des Wärmeträgers im Bereich des Bodens des Pufferspeichers 1 bietet eine vorteilhafte Voraussetzung für eine gute Ausnützung 3

Claims

AT 401 968 B des Wärmeangebotes durch das Heizmedium, weil der kalte Wärmeträger aus dem Bodenbereich des Pufferspeichers 1 über die Pumpenleitung 14 in den zugehörigen Gegenstromwärmetäuscher 4 gepumpt wird, wo der kalte Wärmeträger über das Heizmedium erwärmt wird und am warmen Ende des Gegenstromwärmetäuschers 4 im Deckenbereich wieder in den Pufferspeicher 1 fließt. Damit die durch die große Temperaturspreizung zwischen dem Vorlauf des Heizmediums und dem dem Pufferspeicher 1 über den unteren Speicheranschluß 15 entnommenen Wärmeträger bedingte niedrige Rücklauftemperatur des Heizmediums nicht gefährdet wird, ist ein Temperaturfühler 21 für die Bodenschichten des Wärmeträgers vorgesehen, so daß beim Überschreiten einer vorgegebenen oberen Grenztemperatur der Gegenstromwärmetäuscher 4 zwischen dem Heizmedium und dem Wärmeträger für den Heizkreislauf ausgeschaltet werden kann. In diesem Fall ist der Pufferspeicher 1 von oben nach unten durchgeladen und kann den anfallenden Wärmebedarf des Heizungskreislaufes bzw. der Warmwasserbereitung decken. Sobald die Schichttemperatur im Bodenbereich des Pufferspeichers 1 unter einen vorgegebenen Wert absinkt, kann der Gegenstromwärmetäuscher 4 wieder vorteilhaft eingesetzt werden. Der Vorlauf des Heizungskreislaufes entnimmt den heißen Wärmeträger über den Vorlaufanschluß 2 dem Pufferspeicher 1. Je nach der von der Art des Heizungskreislaufes abhängigen Rücklauftemperatur des Heizungskreislaufes kann dessen Rücklauf mit einem der hiefür vorgesehenen Rücklaufanschlüsse 3 verbunden werden, die der Höhe nach über den Pufferspeicher 1 verteilt angeordnet sind. Dadurch wird sichergestellt, daß bei höheren Rücklauftemperaturen des Heizungskreislaufes die Schichtung innerhalb des Pufferspeichers 1 nicht gestört wird und die niedrigen Schichttemperaturen im Bodenbereich erhalten bleiben. Es braucht wohl nicht erwähnt zu werden, daß das Heizmedium nicht zwangsläufig von einer Fernheizanlage stammen muß. So kann beispielsweise das Heizmedium insbesondere in den Sommermonaten auch über eine Solarheizung erwärmt werden, die dann über den Vorlauf 11 und den Rücklauf 12 mit dem Gegenstromwärmetäuscher 4 zu verbinden ist. Patentansprüche 1. Vorrichtung zum Erwärmen eines Wärmeträgers für einen Heizungskreislauf und von Brauchwasser mit Hilfe eines Heizmediums, bestehend aus zwei Gegenstromwärmetäuschern einerseits zwischen dem Heizmedium und dem Wärmeträger für den Heizungskreislauf und anderseits zwischen dem Wärmeträger für den Heizungskreislauf und dem Brauchwasser, wobei die beiden Gegenstromwärmetäuscher je zwei Strömungskanäle aufweisen, von denen der eine als zwischen einem Außenmantel und einem Innenmantel schraubenlinienförmig verlaufende Rohrschlange ausgebildet ist und sich der andere zwischen den Windungen dieser Rohrschlange und den beiden Mänteln ergibt, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenmantel der beiden Gegenstromwärmetäuscher (4, 5) aus dem Mantel (6) eines Pufferspeichers (1) für den Wärmeträger des Heizungskreislaufes besteht, dessen Vorlauf (2) im Deckenbereich und dessen Rücklauf (3) mit Abstand unterhalb des Vorlaufanschlusses (2) im Pufferspeicher (1) münden, und daß sich der Gegenstromwärmetäuscher (4) zwischen dem Heizmedium und dem Wärmeträger für den Heizungskreislauf vom Deckenbereich des Pufferspeichers (1) nach unten und der Gegenstromwärmetäuscher (5) zwischen dem Wärmeträger für den Heizungskreislauf und dem Brauchwasser vom Bodenbereich nach oben erstrecken, wobei der ausgangsseitig im Deckenbereich des Pufferspeichers (1) mündende Strömungskanal (10) für den Wärmeträger des Heizungskreislaufes des oberen Gegenstromwärmetäuschers (4) mit seinem eingangsseitigen unteren Ende über eine Pumpenleitung (14) mit einem Speicheranschluß (15) im Bodenbereich und der ausgangsseitig im Bodenbereich mündende Strömungskanal (10) für den Wärmeträger des Heizungskreislaufes des unteren Gegenstromwärmetäuschers (5) mit seinem eingangsseitigen oberen Ende über eine Pumpenleitung (18) mit einem Speicheranschluß (20) im Deckenbereich verbunden sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Pufferspeicher (1) wahlweise einsetzbare Rücklaufanschlüsse (3) für den Heizungskreislauf im Bodenbereich und der Höhe nach zwischen den beiden Gegenstromwärmetäuschern (4, 5) aufweist. Hiezu 1 Blatt Zeichnungen 4