AT403406B - Einrichtung zur erzeugung und/oder speicherung von warmem wasser - Google Patents

Description

AT 403 406 B

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Erzeugung und zur Speicherung von warmem Wasser mit einem allseitig geschlossenen, unter Druck stehenden Behälter, der mindestens einen Wasserzulauf und einen Wasserablauf sowie eine der Erwärmung des Wassers dienende Wärmequelle aufweist, und innerhalb des Behälters ein unter Druck stehender Balg aus verformbarem Material vorgesehen ist.

Bei einer Einrichtung dieser Art, bei der der das warme Wasser beinhaltende Behälter unter Druck steht, können im Gegensatz zu drucklosen Behältern dieser Art mehrere Zapfstellen für das warme Wasser versorgt werden. Das im geschlossenen Behälter befindliche, vorerst kalte Wasser, das aus der Versorgungsleitung in den Behälter eingelaufen ist, hat eine Temperatur von ca. 8 bis 10* Celsius und dieses Wasser wird durch die im Behälter angeordnete Wärmequelle erwärmt, in der Regel durch ein elektrisches Widerstansheizelement, wobei das Ausmaß der Erwärmung abhängig ist von der Nutzung des Warmwassers. Solche Behälter sind in der Regel mit Thermostaten bestückt, mit denen die gewünschte Wassertemperatur frei gewählt werden kann. Es ist üblich, das Wasser in solchen Behältern auf ca. 80* zu erwärmen. Da der Behälter für die Aufnahme des Wassers allseitig geschlossen ist, und Wasser einen nicht unerheblichen Wärmedehnungskoeffizienten aufweist und darüber hinaus inkompressibel ist, ist in der Zuleitung zum Behälter ein Entlastungsventil vorgesehen, durch welches die durch die Erwärmung zunehmende Wassermenge ableitbar ist, so daß der im Behälter herrschende Druck, der vom Leitungsdruck im Wasserversorgungsnetz bestimmt ist, unabhängig von der Höhe der Wassertemperatur im Behälter im wesentlichen konstant gehalten wird. Wird die von einem Behälter mit einem Fassungsvermögen von 100 Liter aufgenommene Wassermenge - wie beispielsweise im Haushalt üblich - von 10* Celsius auf 80* Celsius erwärmt, so beträgt die Volumsänderung des Wassers ca. 2,9 Liter. Wird weiter angenommen, daß das Wasser in einer solchen Einrichtung pro Tag einmal umgeschlagen wird, so ergibt dies pro Jahr eine Verlustwassermenge von ca. 1 m3. Dabei handelt es sich um qualitativ hochwertiges Wasser.

Gegenstand und Ziel der Erfindung ist es nun, eine Maßnahme vorzusehen, durch welche dieser Wasserverlust eingespart werden kann. In diesem Zusammenhang ist die DE-29 11 303 A1 zu erwähnen. Diese zeigt und beschreibt einen Druckbehälter für Heizungsanlagen mit einem Schauglas. Dieser Druckbehälter beinhaltet eine gummielastische Membran, wobei der von dieser Membran umschlossene Raum mit dem Wasserkreislauf der Heizanlage direkt verbunden ist. Die Ausdehnungsmöglichkeit dieser gummielastischen Membran ist durch ein gelochtes Zwischenblech begrenzt. Der überwiegende Teil des vom Behälter umschlossenen Volumens ist mit unter Druck stehendem Stickstoff gefüllt. Dieser Druckbehälter hat die Aufgabe, den im Wasserkreislauf der Heizanlage herrschenden Druck möglichst konstant zu halten, um die Steighöhe der Heizanlage und die Reibung in den Rohren zu überwinden. Solche Heizkreisläufe sind in sich geschlossene Kreisläufe, in welche beim betriebsmäßigen Einsatz im wesentlichen eine konstante Temperatur herrscht, da diese Druckausgleichsgefäße zwischen Heizkessel und Mischventil einer Heizungsanlage angeordnet sind und die Heizkessel mit einer im wesentlichen konstanten Temperatur gefahren werden.

Des weiteren zeigt und beschreibt die AT-374 267 B einen Warmwasserbereiter. In einem als äußerer Mantel dienenden metallischen Behälter mit einem Zulauf und einem Ablauf und einer Heizeinrichtung ist als eigentlicher Wasserraum ein aus gummielastischem Material gebildeter Innenmantel in Form eines Sackes untergebracht, in dem sich das aufzubereitende Wasser befindet, wobei die Anordnung so getroffen ist. daß diese Gummiseele im ungedehnten Zustand mit Ausnahme des eingespannten Randbereiches einen allseitigen Abstand vom Außenmantel aufweist. Sinn und Zweck dieser Maßnahme ist es, den inneren Mantel leicht verformbar zu gestalten, damit eventuell an ihm anhaftende Kalkablagerungen abplatzen. Es soll damit die Bildung einer Kalkschichte aufgrund der nahezu ständigen Bewegung des elastischen Innenmantels vermieden werden, die zwangsläufig durch die ständigen Druckschwankungen im Brauchwassersystem verursacht wird.

Im ersten bekannten Fall handelt es sich darum, in einem geschlossenen Wasserkreislauf den Druck im wesentlichen konstant zu halten, wozu eine wassergefällte, gegen ein relativ großes Stickstoffpolster anliegende Membran dient, im anderen bekannten Falle darum, die Wandung eines Warmwasserbereiters elastisch verformbar zu halten, um durch die im Brauchwassersystem herrschenden Druckschwankungen zu vermeiden, daß sich an der elastischen verformbaren Behälterinnenwand Kalk niederschlagen kann. Das oben aufgezeigte Problem kann mit diesen vorbekannten Maßnahmen nicht gelöst werden.

Erfindungsgemäß ist zur Lösung dieses Problemes vorgesehen, daß der Balg gas- vorzugsweise luftgefüllt ist und das Volumen des gasgefüllten, unter dem äußeren Druck des kalten Wassers stehenden Balges größer, vorzugsweise doppelt so groß ist wie die Volumsänderung der vom Behälter aufgenommenen Wassermenge bei einem Temperaturanstieg bis annähernd 70 bis 80 · Celsius.

Um die Ausdehnung des gasgefüllten Balges in Grenzen zu halten, ist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgesehen, daß der Balg in an sich bekannter Weise in einem gitter- oder korbartigen Behältnis untergebracht ist. 2 ΑΤ 403 406 Β

Ist der Balg in an sich bekannter Weise als Sack ausgebildet, dessen Rand an einem im oberen Bereich des Behälters vorgesehenen Ringflansch einer Öffnung des Behälters auf- bzw. anliegt, und ist in einem diese Öffnung verschließenden Flanschdeckel ein Ventil angeordnet, so besteht die Möglichkeit, den Druck im Balg den jeweiligen örtlichen Verhältnissen anzupassen.

Zweckmäßigerweise entspricht der Fülldruck des gas-, vorzugsweise luftgefüllten Balges dem Druck in der Versorgungsleitung des am Behälter angeschlossenen Wassernetzes.

Ohne die Erfindung einzuschränken, wird sie anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Zeichnung zeigt im Längsschnitt die für die Erläuterung der Erfindung wesentlichen Anlageteile.

Die Einrichtung zur Warmwasserbereitung nach dem Ausführungsbeispiel besteht aus einem druckfesten Behälter 1, der von einer hier nicht weiter dargestellten Wärmeisolierung umschlossen ist, die ihrerseits von einem Schutzgehäuse umgeben ist. Dieser zylindrische Behälter 1 besitzt eine untere Öffnung 2 mit einem Ringfiansch 3, an dem ein Flanschdeckel 4 festgeschraubt ist, durch welchen hier die elektrischen Zuleitungen 5 für ein elektrisches Widerstandsheizelement 6 geführt sind. Im Boden des Behälters ist ferner ein Zuleitungsrohr 7 und ein Entnahmerohr 8 eingeschweißt. Über das erstere wird kaltes Wasser in den Behälter eingeleitet. Dieses Zuleitungsrohr 7 ist an einem hier nicht dargestellten Wasserversorgungsnetz angeschlossen und zwar über Zwischenschaltung einer Rückschlagklappe, die verhindert, daß warmes Wasser zurück ins Versorgungsnetz fließen kann. Das Entnahmerohr 8 führt zu ventil- oder hahnbestückten Entnahmestellen. An diesem Entnahmerohr 8 können ein oder mehrere Entnahmestellen angeschlossen sein.

Dieser Behälter 1 nach dem gezeigten Ausführungsbeispiel besitzt auch in seinem oberen Teil eine Öffnung 9 mit einem Ringflansch 10, an welchen ein Deckelflansch 11 festgeschraubt ist. Dieser Deckelflansch 11 besitzt ein Ventil 12, das wie ein Schlauchventil für einen Pneureifen aufgebaut sein kann. In diese Öffnung 9 ist ein korbartiges Behältnis 13 eingesetzt, das topfartig ausgebildet sein kann und dessen Wandungen durchbrochen sind. In diesem Behältnis 13 liegt nun ein sackartiger Balg 14 aus gummielastischem Material, dessen Rand am Ringflansch 10 festgespannt ist. Über das erwähnte Ventil 12 wird dieser sackartige Balg 14 aufgeblasen, so daß er an der Innenseite des Behältnisses 13 anliegt. Zu Veranschaulichungszwecken wurden in der Figur zwischen dem Behältnis 13 und dem Balg 14 ein Zwischenraum belassen. Bei einer praktischen Ausführung liegen diese Bauteile selbstverständlich unmittelbar aneinander an.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird nun vorausgesetzt, daß der Leitungsdruck in dem nicht dargestellten Versorgungsnetz, an dem das Zuleitungsrohr 7 angeschlossen ist, circa 3,5 bar betrage und die Temperatur des in diesem Versorgungsnetz befindlichen Wassers ca. 10’ aufweise. Ferner, daß das Fassungsvermögen des Behälters 1 ca. 100 Liter betrage und der aufgeblasene Balg innerhalb des korbartigen Behältnisses 13 ein Volumen von ca. 6 bis 7 Liter einnimmt. Die den Behälter 1 betreffenden und vorstehend genannten Daten sind durch den Erzeuger des Warmwasserbereiters vorgegeben. Die das Wasser betreffenden Daten sind an der Einbaustelle meßbar. Ist der Behälter 1 an seiner vorgesehenen Betriebsstelle montiert, so wird über das Ventil 12 der Balg 14 aufgeblasen, und zwar auf einen Druck von circa 3,5 bar, der dem Druck im Versorgungsnetz entspricht. Dadurch dehnt sich dieser Balg 14 aus und legt sich an der Innenseite des topfartigen Behältnisses 13 an.

Nun wird der Behälter 1 mit kaltem Wasser aus dem Wasserversorgungsnetz über das Zuleitungsrohr 7 gefällt, wobei zur Entlüftung des Behälters vorerst die Warmwasserzapfstellen geöffnet sind. Das einlaufende Wasser hat eine Temperatur von circa 8* bis 10*. Ist der Behälter 1 nun mit kaltem Wasser gefüllt und sind die zu Entlüftungszwecken vorerst geöffneten Zapfstellen wieder geschlossen, so ist die Einrichtung betriebsbereit. Ist über einen hier nicht weiter dargestellten Thermostat die gewünschte Wassertemperatur auf 80" Celsius eingestellt, so wird über das Heizelement 6 das Wasser auf diese Temperatur aufgeheizt. Sofern vorerst kein Wasser entnommen wird, dehnt sich die im Behälter 1 befindliche Wassermenge um circa 2,8 bis 3 Liter aus und da diese zusätzliche Wassermenge nicht mehr nach außen abfließen kann, wird dadurch der Balg 14 zusammengedrückt, der ursprünglich mit dem kalten Wasser in einem Druckgleichgewicht gestanden hat. Das Ausmaß dieser Zusammendrückung hängt ab vom Volumen des Balges und dem in ihm herrschenden Druck. Zweckmäßigerweise wird das Volumen des Balges 14 so groß gewählt, daß er durch die wegen der Wärmedehnung zunehmende Wassermenge nur in einem solchen Ausmaß zusammengedrückt wird, daß dadurch der im Behälter herrschende Druck nicht allzusehr ansteigt. Das ist dann der Fall, wenn das Volumen des aufgeblähten und an der Innenseite des Behälters 14 anliegenden Balges 14 etwa doppelt so groß, vorzugsweise größer ist als die Volumsänderung des aufgeheizten Wassers.

Unbeschadet dessen, daß das mit der Temperaturänderung des Wassers auftretende Wechselspiel von Volumen und Druck hinsichtlich des Volumens vom Balg 14 kompensiert wird, wird aus Gründen der Sicherheit nach wie vor im Zuleitungsrohr 7 ein Überdruckventil anzuordnen sein. 3

Claims (4)

1. AT 403 406 B Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Balg 14 und das ihn aufnehmende korb- bzw. gitterartige Behältnis 13 an der Oberseite des Boilers angeordnet. Grundsätzlich ist es möglich, ohne die Wirkung der Einrichtung zu beeinträchtigen, diese Teile auch an der Seitenwand des Behälters 1 vorzusehen. Die Anordnung des korb- oder gitterartigen Behältnisses 13 für die Aufnahme des Balges 14 stellt sicher, daß das maximale Volumen des aufgeblähten Balges exakt vorgegeben ist, unabhängig von eventuellen Druckschwankungen, mit denen hier unter Umständen zu rechnen ist. Es ist ja grundsätzlich denkbar, diesen Balg 14 in der beschriebenen Weise anzuordnen, ohne jedoch für seine Aufnahme ein solches gitter- oder korbartiges Behältnis vorzusehen. In diesem Falle ist die jeweils maximale Ausdehnung des Balges bestimmt durch die Elastizität des Materials, aus dem er gebildet ist und durch die Druckdifferenz zwischen dem Inneren des Balges 14 und dem ihn umgebenden Wasser. Ist im Zusammenhang mit dem erläuterten Ausführungsbeispiel erwähnt, daß der Balg aus einem gummielastischen Material gefertigt ist, so ist festzuhalten, daß auch andere Balganordnungen denkbar sind, beispielsweise Faltbälge aus Stahllamellen, wie sie beispielsweise als Durchführungen bei Vakuumanlagen eingesetzt werden. Auch ein solcher, in diesem Falle aus Metall bestehender Balg kann die hier erläuterte Funktion übernehmen. Zu Kontrollzwecken ist es evtl, zweckmäßig, am Deckelflansch 11 bzw. in Verbindung mit dem Ventil 12 ein kleines Manometer anzuordnen, damit die Druckverhältnisse hier überwacht werden können. Als Heizquelle wurde beim gezeigten Ausführungsbeispiel eine elektrische Widerstandsheizung erörtert. An sich kann auch eine andere Wärmequelle vorgesehen werden, beispielsweise ein Rohrwärmetauscher, der von einem Heizmedium durchflossen wird. Patentansprüche 1. Einrichtung zur Erzeugung und/oder Speicherung von warmem Wasser mit einem allseitig geschlossenen, unter Druck stehenden Behälter (1), der mindestens einen Wasserzulauf (7) und einen Wasserablauf (8) sowie eine der Erwärmung des Wassers dienende Wärmequelle (6) aufweist, und innerhalb des Behälters (1) ein unter Druck stehender Balg (14) aus verformbarem Material vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Balg (14) gasvorzugsweise luftgefüllt ist und das Volumen des gasgefällten, unter dem äußeren Druck des kalten Wassers stehenden Balges (14) größer, vorzugsweise doppelt so groß ist wie die Volumsänderung der vom Behälter (1) aufgenommenen Wassermenge bei einem Temperaturanstieg bis annähernd 70 bis 80* Celsius.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Balg (14) in an sich bekannter Weise in einem gitter- oder korbartigen Behältnis (13) untergebracht ist.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Balg (14) in an sich bekannter Weise als Sack ausgebildet ist, dessen Rand an einem, im oberen Bereich des Behälters (1) vorgesehenen Ringflansch (10) einer Öffnung (9) des Behälters auf- bzw. anliegt und in einem diese Öffnung verschließenden Flanschdeckel (11) ein Ventil (12) angeordnet ist.
4. 4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Fülldruck des gasvorzugsweise luftgefüllten Balges (14) dem Druck in der Versorgungsleitung des am Behälter (1) angeschlossenen Wassernetzes entspricht. Hiezu 1 Blatt Zeichnungen 4