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Verbrauchswarmwasserbereiter Die vorliegende.Erfindung betrifft einen Verbrauchswarmwasserbereiter.
Die bekannten Verbrauchswarmwasserzubereiter sind entweder als Durchflussbatterien ausgebildet, mit dem Nachteil, kein Speichervermögen aufzuweisen oder aber als Warmwasserspeicher mit äusserst schlechtem Wärmeaustausch und daher kleiner Wärmeleistung und grosser, teurer Bauweise.
Es besteht daher in der Praxis das Bedürfnis eines Verbrauchswarmwasserbereiters kleiner Ausmasse, billigen Aufbaues und grösserer Speicherung bei gutem Wärmeaustausch.
Die vorliegende Erfindung bezweckt die Schaffung eines derartigen Verbrauchswarmwasserbereiters. Dieser zeichnet sich dadurch aus, dass er ein oder mehrere Warmwasseraufbereitungsspeicherzellen aufweist, welche von einem gemeinsamen, von einem wärmeabgebenden Medium durchflossenen Aussenmantel umgeben sind, das Ganze zum Zwecke, bei praktisch zwangläufiger umwälzpumpenfreier Strömung sowohl auf der Primär- wie auch auf der Sekundärseite des Warmwasserbereiters bei optimalem Speichervermögen sowie minimaler Temperaturschichtung auf der Verbrauchswasserseite, vorbestimmte,. im stationären Betrieb gleichbleibende und einheitliche Wärmeübergänge und Geschwindigkeiten zu erreichen.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird anschliessend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines mit einem Kessel verbundenen Verbrauchswarmwasserbereiters im Längsschnitt, Fig. 2 einen Querschnitt durch den Kessel mit dem Verbrauchswarmwasserbereiter gemäss Linie 2-2 der Fig. 1, Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine Verbrauchswasser führende Speicherzelle, Fig. 4 eine Ausführungsform eines Durchlaufele- mentes, Fig. 5 die Rückseite des Verbrauchswarmwasserbereiters mit Wasserzu- und -abflussrohren zu d--n auswechselbaren Speicherzellen,
Fig. 6 eine Ansicht analog Fig. 5, mit anderer Schaltung der Wasserrohre, Fig. 7 Beispiele von Leistungskurven eines Durchlauferhitzers eines Verbrauchswarmwasserbehälters mit auswechselbaren Speicherzellen gemäss der Erfindung, und eines Boilers bekannter Bauart in Abhängigkeit des Speichervolumens.
Ein Heizkessel 1 bekannter Bauart für den Betrieb mit flüssigen oder festen Brennstoffen ist mit einem Verbrauchswarmwasserbereiter 2 im Sinne der Fig. 1 und 2 kombiniert. Der Kessel 1 und der Wasserbereiter 2 stecken in einer Umhüllung 3, welche sich auf Grundträgern 4 und 6 abstützt. Der Heizkessel 1 besitzt einen Feuerraum 8, der vorn durch eine wassergekühlte Feuerraumtüre 10 verschlossen wird. In dieser Türe 10 befindet sich ein Anbaustutzen 12 für das Anbringen eines Ölbrenners, dessen Gebläse, auch im Falle eines Betriebes mit festem Brennstoff, die nötige Verbrennungsluft liefert. Die Türe 10 kann mittels der Ver- schlussgriffe 1.4 und 15 geschlossen werden.
Um den Kesselfeuerraum 8 sind Rauchrohre 18 zylindrisch angeordnet, durch welche die an der Innenseite der Türe 10 umgelenkten Feuergase strömen. Die Rauchrohre münden in einen Rauchabzug 19. Sie sind von Wasser in einem Kesselwassermantel 21 umflossen und geben ihre Wärme von den Rauchgasen an das Kesselwasser im Mantel 21 ab.
Über dem Heizkessel 1 und mit diesem abflansch- bar verbunden befindet sich ein Aussenmantel 23 des Verbrauchswarmwasserbereiters 2, welcher im Scheitel mit einem Vorlaufstutzen 25 für das Heizwasser versehen ist. Im Aussenmantel 23 sind symmetrisch angeordnete Verbrauchswasserzylinder 27, 29, 30, 31, 32, 33 und 34 vorgesehen, wobei der zentrale Verbrauchswasserzylinder 27 an seinem einen Ende einen Bolzen 36 aufweist, der mit dem Korbboden 37 zum Aussen-
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mantel 23 verbunden, beispielsweise zusammengeschweisst ist.
Die Verbrauchswasserzylinder 27 und 29-34 besitzen ein Gehäuse 38, welches einerends mittels eines Flachbodens 39 und andernends über einen Abschluss- flansch 41 und einen Deckel 44 geschlossen ist. Diese Verbrauchswasserzylinder weisen ferner Befestigungsflansche 42 auf, welche dazu dienen, die Verbrauchswarmwasserzylinder am vordern Boden 43 des Aussenmantels 23 auswechselbar zu befestigen.
Jeder Verbrauchswasserzylinder stellt eine auswechselbare Speicherzelle dar und ist mit einem Kaltwasserzufuhrrohr 46 versehen. Zur Verhütung eines Kurzschlusses des eingeführten Kaltwassers dient eine Trennwand 50. Es kann aber auch zum gleichen Zwecke die Länge des Rohres 46 vorzugsweise ungefähr halb so lang gewählt werden wie die Speicherzelle. Durch ein oben im Flansch 41 eingewindetes Rohr 48 erfolgt der Warmwasserentzug.
Wie in Fig. 5 ersichtlich, dient eine Verteilleitung 52 der Aufteilung des Kaltwassers in Kaltwasserzufluss- rohre 47 zu den verschiedenen Verbrauchswasserspei- cherzellen 27 und 29-34, während eine Sammelleitung 56 die Heisswasseraustrittsrohre 57 verbindet. Das aufgeheizte Verbrauchswarmwasser wird der Sammelleitung 56 entnommen.
Der Verbrauchswarmwasserbereiter 2 ist mit dem Heizkessel 1 heizwasserseitig über vier Stutzen 59 bzw. 60 verbunden. Der Rücklauf des Kesselwassers erfolgt durch einen Rücklaufstutzen 61.
Wie aus den Figuren ersichtlich, können die Ver- brauchswasserspeicherzellen 29-34 durch Lösen der Verbindung zwischen dem Befestigungsflansch 42 und dem Aussenmantelboden 43 nach vorherigem Entfernen der beiden Verteil- bzw. Sammelleitungen 52 und 56 und der Rohre 48 und 57 in einfacher Weise demontiert und gegebenenfalls durch andere Grössen von Ver- brauchswasserspeicherzellen oder andere Arten von Durchlaufelementen, z. B. gemäss Fig. 4, ersetzt oder aber blindgeflanscht werden. Es kann damit :auf äusserst einfache Weise die Kapazität des Verbrauchswarmwasserbereiters 2 mühelos verändert und den jeweiligen Gegebenheiten angepasst werden.
Es ist ferner möglich, anstelle einer Verteil- bzw. Sammelleitung 52 bzw. 56, insbesondere bei Hochhäusern, im Sinne der verschieden benötigten Drücke, Gruppen zu bilden (Fig. 6), welche durch entsprechende Verteilleitungen 63 und 64 bzw. Sammelleitungen 66 und 67 parallel geschaltet sind und in welchen verschiedene Drücke herrschen. Es können damit in ein und demselben Verbrauchswarmwasserbereiter verschiedene Druckstufen verwirklicht und deren Kapazität mühelos jederzeit entweder durch Änderung der Schaltung oder Auswechseln einzelner Speicherzellen verändert werden.
Ein in den einzelnen Speicherzellen angeordnetes Durchlaufelement ist in Fig. 4 ersichtlich. Es weist eine zweigängige schraubenlinienförmige Rohrschlange 68, z. B. aus Kupfer, auf. Die Wasserzufuhr erfolgt über einen Verteiler 70, der Abfluss über einen Sammler 69.
Die mittig angeordnete Verbrauchswasserspeicherzelle 27 wirkt, bedingt durch ihre Befestigung mittels des Bolzens 36, als Zuganker, welcher wesentlich zur Versteifung des Aussenmantels 23 beiträgt, so dass dieser entsprechend schwächer dimensioniert werden kann, um trotzdem den Anforderungen zu genügen.
In den Figuren sind die Verbrauchswasserspeicherzellen 27 und 29-34 kreiszylinderförmig dargestellt. Es ist jedoch auch möglich, diese Elemente im Querschnitt vieleckig auszuführen.
Es ist grundsätzlich sogar möglich, entweder vollständige oder gemischte Dampf-Verbrauchswarmwasser- erzeugung vorzusehen, was einen weitern grossen Vorteil bietet.
Ein Kessel mit einer Leistung von 500 000 kcal/h sei mit einem Verbrauchswarmwasserbehälter mit 7 Speicherzellen ä 50 000 kcal/h Leistung kombiniert. Diese Verbrauchswarmwasserleistung soll eines Tages vergrössert werden. Durch Ersetzen einer Speicherzelle durch eine Spezial-Kupferspeicherzelle, deren Leistung 200 000 kcal/h beträgt, kann durch geringe Mühe die Verbrauchswarmwasserleistung den neuen Verhältnissen angepasst werden. Trotzdem bleibt die Speichermenge in den Zellen gross, z. B. 6 X 100 1 = 600 1 Ver- brauchswarmwasser, welche sofort gezogen werden können.
Aus der Fachliteratur wie auch an Anlagen aus der Praxis ist zu entnehmen, dass sich bei einem in Heizwasser eingebauten Verbrauchswarmwasserbereiter je nach Wasserzirkulation um den Boilermantel bzw. im Boiler selbst die Wärmedurchgangszahl K zwischen 200 und 280 kcal/m2h C bewegt. Der dafür massgebliche Wärmeübergang ist in erster Linie abhängig von der Wasserzirkulation bzw. der Wassergeschwindigkeit um und im aufzuheizenden Medium sowie von der Temperaturdifferenz zwischen Heizwasser und aufzuwärmendem Wasser.
Untersucht man die Wasserbewegung in Boilern grossen Inhalts und insbesondere die Mischvorgänge während des Aufheizens bei gleichzeitigem Verbrauchswarmwasserentzug, so kann man feststellen, dass der Wärmeübergang von der Boilerwand an das aufzuheizende Medium örtlich sehr verschieden ist.
Auf dieser Erkenntnis fussend haben eingehende Versuche ergeben, dass eine Aufteilung der Kaltwassermenge des aufzuheizenden Verbrauchswassers in mehrere Einzelmengen, sowie die Aufteilung des Boilerinhaltes in einzelne, in sich abgeschlossene Zonen, z. B. durch die Anwendung der beschriebenen Speicherzellen, eine Steigerung des Wärmeüberganges ergeben. So konnte z.
B. durch diese Massnahme an einem Heizkessel mit eingebautem Verbrauchswarmwasserbereiter, und zwar ohne Zuhilfenahme einer Zirkulationspumpe, für eine Heiz- leistung von 320 000 kcal/h bei praktisch gleichem Druckverlust auf der Verbrauchswasserseite die Wärmedurchgangszahl K von 270 auf 420 kcal/m2h C gesteigert werden, bei einem d t von etwa 50 C.
Durch die Aufteilung in mehrere Verbrauchswasserzellen wird die Wärmeübertragung von der Heizwasser- seite her bedeutend verbessert. Trotz relativ kleinen Einzelvolumina von Verbrauchswasserinhalten ergibt sich eine relativ grosse Gesamtspeichermenge bei gleichzeitig sehr hohen Stundenwarmwasserleistungen, und zwar im Gegensatz zu herkömmlichen Verbrauchswarmwasserbereitern, welche als ein einziges grosses Element ausgebildet sind.
Es ist zweckmässig, das Durchmesserverhältnis der Speicherzellen 27 und 29-34 und des Aussenmantels des Verbrauchswarmwasserbereiters 2 d/D in den Grenzen 0,1 und: 0,48 zu wählen, wogegen bei nicht kreisförmigen Querschnitten sich dieses Verhältnis der hydraulischen Durchmesser bis 0,6 erstrecken kann.
In Fig. 7 ist der Verlauf der Speichervolumina über den Wärmeleistungen für einen Boiler herkömmlicher Bauart (Kurve a), einen Verbrauchswarmwassererzeu-
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ger mit Speicherzellen, wie es vorgängig beschrieben ist (Kurve b) und für einen Durchlauferhitzer (Kurve c) aufgezeichnet.
Der Boiler herkömmlicher Bauart weist wohl ein grosses Speichervermögen auf, seine Konstruktion erlaubt jedoch keine grossen Wärmeleistungen zu übertragen, da die Wassergeschwindigkeiten zu klein sind und kein zwangläufig geführter Durchlauf des Verbrauchswassers erfolgt. Daher stellt sich an jeder Wärme übertragenden Fläche ein sich von Ort zu Ort ändernder Wärmeübergang ein, der sich gerade nach den momentanen Begebenheiten richtet und daher völlig willkürlich und ungezielt ist. Dies zeigt sich in den Schichtungen der bekannten Warmwasserboiler, welche eine optimale Wärmeübertragung nicht zulassen. Der Durchlauferhitzer weist eine sehr gute Wärmeübertragung auf.
Seine Wärmeleistung ist gross, sein Durchflusswiderstand ist beträchtlich, aber Speichervermögen ist praktisch keines vorhanden, wie die Kurve c in Fig. 7 zeigt.
Die beschriebene Konstruktion eines Verbrauchswarmwasserzubereiters mit einzelnen Speicherzellen vereinigt dagegen die Vorteile des Boilers mit denjenigen des Durchflusserhitzers, ohne deren Nachteile zu übernehmen, wie aus dem Verlauf der Kurve b hervorgeht.
Dieser Zubereiter besitzt neben einem ansehnlichen Speichervolumen eine bedeutend bessere Wärmeübertragung als ein Boiler, wobei er, im Gegensatz zum Durchlauferhitzer (Kurve c) praktisch ohne Druckverlust arbeitet. Es werden durch die Schaffung von Warm- wasseraufbereitungsspeicherzellen vorbestimmte Durchlauf- und damit Wärmeübertragungsverhältnisse geschaffen, welche im stationären Betrieb im ganzen Warmwasserbereiter praktisch gleichbleibende und einheitliche und damit optimale Wärmeübergänge schaffen. Die Mittelwerte werden daher zu praktisch einheitlichen, örtlichen konstanten Werten, was bekanntlich optimale Verhältnisse schafft.
Die beschriebene Konstruktion ist betrieblich sehr flexibel, da das Auswechseln der Verbrauchswasserspeicherzellen technisch einfach erfolgen kann. Sie ist einer Reinigung äusserst leicht zugänglich und festigkeitsmässig infolge der kleinen Dimensionen ebenfalls günstig.
Ein solcher Verbrauchswarmwasserbereiter ist daher nicht nur wirtschaftlich, sondern auch betriebstechnisch gegenüber den bisher bekannten derartigen Einrichtungen vorteilhaft.