DE102018210071A1

DE102018210071A1 - Heizgerät sowie Heizsystem mit einem Heizgerät

Info

Publication number: DE102018210071A1
Application number: DE102018210071.3A
Authority: DE
Inventors: Ralf Fischer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-06-21
Filing date: 2018-06-21
Publication date: 2019-12-24

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Heizgerät (10) sowie ein Heizsystem (66) mit einem Heizgerät (10) zum Erzeugen von warmen Heizwasser und von warmen Brauchwasser mit einem ersten Wärmetauscher (20) zum Erwärmen des Heizwassers und einem zweiten Wärmetauscher (42) zum Erwärmen des Brauchwassers, wobei das Brauchwasser mittels des Heizwassers erwärmbar ist. Es wird vorgeschlagen, dass der zweite Wärmetauscher (42) ein Rohrwärmetauscher (48) ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Heizgerät sowie ein Heizsystem mit einem Heizgerät zum Erzeugen von warmen Heizwasser und von warmen Brauchwasser nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Mit der EP 3260795 A1 ist ein Heizgerät bekannt geworden, bei dem über einen ersten Wärmetauscher Heizwasser erwärmt wird und über einen zweiten Wärmetauscher mittels des erwärmten Heizwassers Brauchwasser erwärmt wird. Der zweite Wärmetauscher wird dabei sowohl vom Heizwasser als auch vom Brauchwasser in der Regel im Gegenstromprinzip durchflossen. Das Heizwasser gibt seine Wärme an das sich erwärmende Brauchwasser ab. Dabei besteht das Problem, dass das Brauchwasser in der Regel Kalk mit sich führt, der ab bestimmten Temperaturen auszufallen beginnt. Da ständig neues Brauchwasser nachgeführt wird, wird ständig neuer Kalk im Wärmetauscher angesammelt.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Heizgerät zeichnet sich dadurch aus, dass der zweite Wärmetauscher ein Rohrwärmetauscher ist. Rohrwärmetauscher sind nicht so effizient wie Plattenwärmetauscher, die für die Erwärmung des Brauchwassers üblicherweise eingesetzt werden. Es hat sich jedoch gezeigt, dass ein Heizgerät mit einem solchen Rohrwärmetauscher auch dann noch über längere Zeit benutzbar ist, wenn das Brauchwasser einen sehr hohen Härtegrad also einen hohen Kalkgehalt aufweist.
Unter einem Rohrwärmetauscher ist ein Wärmetauscher zu verstehen, der aus mindestens einem Rohr oder mehreren Rohren besteht und Lamellen zur Verbesserung des Wärmeübertrags aufweisen kann. Das Rohr bzw. die Rohre können gerade oder gewunden ausgeführt und sie können nebeneinander oder ineinander geführt sein.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Heizgeräts nach dem Hauptanspruch möglich. So erhöht sich der Komfort bezüglich der Brauchwassernutzung erheblich, wenn der zweite Wärmetauscher in einem Kleinspeicher für Brauchwasser angeordnet ist.
Unter einem Kleinspeicher ist ein Speicher zu verstehen, der im Bereich von 3 l bis 10 l Volumen angesiedelt ist und damit bedeutend kleiner ist, als übliche Brauchwasserspeicher die weit über 50 l und ein Vielfaches davon aufweisen.
In vorteilhafter und kompakter Weise weist das Heizgerät ein Gehäuse auf und der Kleinspeicher ist innerhalb des Gehäuses des Heizgeräts angeordnet.
In einer vorteilhaften Weiterbildung wird der Kleinspeicher in Schichtladetechnik betrieben.
Unter Schichtladetechnik ist zu verstehen, dass ein eine Flüssigkeit enthaltender Speicher in seinem Inneren verschiedene Temperaturniveaus aufweist. In der Regel erhöht sich die Temperatur der Flüssigkeit ausgehend vom Boden des Speichers nach oben. Wärme wird dabei nicht immer am tiefsten Punkt des Speichers eingeleitet, sodass das Temperaturprofil erhalten bleibt.
Die Erfindung betrifft auch ein Heizsystem mit einem erfindungsgemäßen Heizgerät. Das erfindungsgemäße Heizsystem zeichnet sich dadurch aus, dass ein externer Speicher für Brauchwasser vorgesehen ist, dessen Brauchwasser über den zweiten Wärmetauscher erwärmbar ist.
In einer vorteilhaften Weiterbildung wird der externe Speicher in Schichtladetechnik betrieben.
Weisen der Kleinspeicher und/oder der externe Speicher eine zusätzliche Wärmequelle auf, kann unabhängig vom Betrieb des Heizgeräts dem Brauchwasser Wärme zugeführt werden. Der Kleinspeicher kann auch dann in vorteilhafter Weise eine zusätzliche Wärmequelle aufweisen, wenn kein externer Speicher vorgesehen ist. In bevorzugter Weise nutzt eine solche zusätzliche Wärmequelle anfallende überschüssige Energie aus, die ansonsten an die Umwelt abgegeben werden müsste.
In einem einfachen Ausführungsbeispiel ist die zusätzliche Wärmequelle ein elektrischer Heizstab. Dieser elektrische Heizstab kann bevorzugt direkt oder indirekt an eine Photovoltaikanlage oder eine Brennstoffzelle angeschlossen sein. Auf diese Weise kann beispielsweise überschüssige elektrische Energie für die Brauchwassererwärmung Verwendung finden, was die Energieeffizienz der der Heizung und damit des Hauses erhöht.
Zeichnung
In der einzigen Figur ist ein erfindungsgemäßes Heizsystem mit einem erfindungsgemäßen Heizgerät dargestellt.
Beschreibung
Das erfindungsgemäße Heizgerät 10 weist in der in der Figur dargestellten Form eine Wärmezelle 12 auf, die eine Brennkammer 14 und einen Abgassammelraum 16 umschließt. Ferner sind in der Wärmezelle 12 ein Brenner 18 sowie ein erster Wärmetauscher 20 angeordnet.
Das Heizgerät 10 weist ferner ein Brennstoffventil 22, eine Brennstoff-Luftmischeinrichtung 24 und ein das Brennstoff-Luftgemisch zum Brenner 18 förderndes Gebläse 26 auf. In Strömungsrichtung gesehen folgt nach dem ersten Wärmetauscher 20 der Abgassammelraum 16, der über einen Abgasauslass 28 das Abgas an einen Kamin 30 weitergibt. Die einzelnen Komponenten werden von einem Steuergerät 32 angesteuert.
Der erste Wärmetauscher 20 ist an eine Vorlaufleitung 34 und an eine Rücklaufleitung 36 des Heizgeräts 10 angeschlossen, wobei in der Rücklaufleitung 36 eine Pumpe 38 angeordnet ist. Über diese Pumpe 38 wird Heizwasser durch den ersten Wärmetauscher 20 und durch einen hier nicht dargestellten Heizkreislauf gepumpt.
Von der Vorlaufleitung 34 zweigt eine Zulaufleitung 40 ab, über die Heizwasser zu einem zweiten Wärmetauscher 42 transportiert werden kann. Eine Ablaufleitung 44 führt das Heizwasser vom zweiten Wärmetauscher zur Rücklaufleitung 36. Dieser Anschluss ist von einem Mehrwegeventil 46 überwacht.
Der zweite Wärmetauscher 42 ist als Rohrwärmetauscher 48 ausgebildet. Das bedeutet, dass das Heizwasser von der Zulaufleitung 40 durch ein Rohr zur Ablaufleitung 44 fließt. Im Ausführungsbeispiel ist der Rohrwärmetauscher 48 in der Form einer Helix ausgebildet. Diese Form ist nicht zwingend jedoch im vorliegenden Fall von Vorteil. Im Ausführungsbeispiel ist das Rohr des Rohwärmetauschers 48 mit einer glatten Oberfläche gezeichnet. Hier können auch Lamellen oder andere, die Oberfläche vergrößernde Maßnahmen getroffen sein. Außen ist der zweit Wärmetauscher 42 von Brauchwasser umspült.
Der zweite Wärmetauscher 42 ist in einem Kleinspeicher 50 angeordnet. Im Ausführungsbeispiel ist der Kleinspeicher 50 ein Speicher für Brauchwasser. Dieses Brauchwasser umgibt damit den zweiten Wärmetauscher und kann von diesem erwärmt werden. Zum Austausch des Brauchwassers im Kleinspeicher 50 ist dieser an eine Kaltwasserleitung 52 und eine Warmwasserleitung 54 angeschlossen. Die Kaltwasserleitung 52 mündet in einen unteren Bereich des Kleinspeichers 50 während die Warmwasserleitung 54 aus einem oberen Bereich des Kleinspeichers 50 herausgeführt ist. Da die Zulaufleitung 40, die heißes Heizwasser aus der Vorlaufleitung 34 führt, an einen oberen Bereich der Helix des zweiten Wärmetauschers 42 angeschlossen ist und die Ablaufleitung 44 aus einem unteren Bereich der Helix in die Rücklaufleitung 36 führt, wird die Wärme des Heizwassers im oberen Bereich des Kleinspeichers unter höhere Temperatur abgegeben als im unteren Bereich. Damit ist innerhalb des Kleinspeichers 50 ein Gegenstromprinzip verwirklicht.
In der Kaltwasserleitung 52 ist eine sogenannte Speicherladepumpe 56 integriert. Diese ist nicht zwingend notwendig, wenn das Kaltwasser aus dem normalen Wasserleitungsnetz und einem erhöhten Druck eingespeist wird.
Das Heizgerät 10 ist eine in sich abgeschlossene Einheit und weist ein Gehäuse 58 auf. Innerhalb dieses Gehäuses 58 sind damit alle wesentlichen Komponenten des Heizgeräts untergebracht. Im Ausführungsbeispiel ist der Kleinspeicher 50 ebenfalls innerhalb des Heizgeräts angeordnet. Damit ist der Kleinspeicher 50 ein Teil bzw. eine Komponente des Heizgerät 10.
Der Kleinspeicher 50 wird als Kleinspeicher bezeichnet, weil er im Bereich von 3 l bis 10 l Volumen angesiedelt ist und damit bedeutend kleiner ist, als übliche Brauchwasserspeicher, die weit über 50 l und ein Vielfaches davon aufweisen. Das Volumen des Kleinspeichers 50 ist so bemessen, dass für eine Warmwasserabnahme genügend warmes Brauchwasser vorhanden ist, bis der Brenner 18 angesprungen ist und über den ersten Wärmetauscher 20 genügend heißes Heizwasser erzeugt hat, um das weitere Brauchwasser kontinuierlich im Durchlauf zu erwärmen.
Für einen Durchlauferhitzerbetrieb ist der Kleinspeicher 50 in Schichtladetechnik betrieben. D.h., dass unten das kalte Wasser zuläuft und in einem oberen Bereich erwärmt wird. Damit ergibt sich ein Temperaturprofil gemäß dem im oberen Bereich immer warmes Wasser vorhanden ist. Es muss nicht der komplette Speicher erwärmt werden, er kann jedoch komplett erwärmt werden, wenn genügend Energie vorhanden ist.
Wird das Heizgerät 10 nicht als Durchlauferhitzer für das Brauchwasser betrieben, sondern erwärmt das Brauchwasser in einem externen Speicher, kann der Kleinspeicher 50 entsprechend klein ausgelegt sein. Entsprechend klein ist dabei so zu verstehen, dass er den Rohrwärmetauscher 48 aufnimmt und gerade so viel Platz bietet, dass das Brauchwasser den Rohrwärmetauscher 48 umspült.
Der Kleinspeicher 50 weist eine zusätzliche Wärmequelle 60 auf, die im Ausführungsbeispiel als elektrischer Heizstab 62 ausgebildet ist. Dieser elektrische Heizstab 62 ist mit einer Stromleitung 64 an eine elektrische Energiequelle angeschlossen. Die elektrische Energiequelle kann beispielsweise eine Photovoltaikanlage oder auch eine Brennstoffzelle sein.
Es ist auch möglich, als zusätzliche Wärmequelle 60 einen weiteren, fluiddurchflossenen Wärmetauscher einzusetzen. Dieses Fluid kann beispielsweise von einer Wärmepumpe stammen. Sind die Temperaturen dieser zusätzlichen Wärmequelle 60 eher gering, wird die zusätzliche Wärmequelle 60 in einem unteren Bereich des Kleinspeichers 50 angebracht sein, in einem Bereich also, wo die Kaltwasserleitung 52 eingeführt ist.
Die Erfindung betrifft auch ein Heizsystem 66 mit einem erfindungsgemäßen Heizgerät 10, dem ein zusätzlicher externer Speicher 68 zugeordnet ist. Im Ausführungsbeispiel ist der externe Speicher 68 unterhalb vom Heizgerät 10 angeordnet.
Der externe Speicher 68 weist eine Kaltwasserzuleitung 70 und eine Warmwasserableitung 72 auf. Die Kaltwasserzuleitung mündet in einen unteren Bereich des externen Speichers 68. Im Ausführungsbeispiel ist sie von oben in den externen Speicher 68 ein- und bis in den unteren Bereich hinunter geführt. Es ist jedoch auch möglich, die Kaltwasserzuleitung unten, von außen in den externen Speicher 68 zu führen.
Erwärmt wird das Volumen des externen Speichers 68 vorhandene Brauchwasser über einen Kreislauf, der über den zweiten Wärmetauscher 42 geführt ist. Dazu wird in einem unteren Bereich des externen Speichers 68 liegendes kühles Brauchwasser mittels der Speicherladepumpe 56 in den Kleinspeicher 50 transportiert. Von dort umströmt es den zweiten Wärmetauscher 42 um über die Warmwasserleitung 54 wieder in den externen Speicher 68 geführt zu werden. Die Warmwasserleitung 54 mündet in einen oberen Bereich des in diesem Fall als Schichtladespeicher betriebenen externen Speichers 68.
Auch der externe Speicher 68 kann eine zusätzliche Wärmequelle 74 aufweisen, die analog der zusätzlichen Wärmequelle 60 betrieben sein kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 3260795 A1 [0002]

Claims

Heizgerät (10) zum Erzeugen von warmen Heizwasser und von warmen Brauchwasser mit einem ersten Wärmetauscher (20) zum Erwärmen des Heizwassers und einem zweiten Wärmetauscher (42) zum Erwärmen des Brauchwassers, wobei das Brauchwasser mittels des Heizwassers erwärmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Wärmetauscher (42) ein Rohrwärmetauscher (48) ist.
Heizgerät (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Wärmetauscher (42) in einem Kleinspeicher (50) für Brauchwasser angeordnet ist.
Heizgerät (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizgerät (10) ein Gehäuse (58) aufweist und der Kleinspeicher (50) innerhalb des Gehäuses (58) des Heizgerätes (10) angeordnet ist.
Heizgerät (10) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kleinspeicher (50) in Schichtladetechnik betrieben ist.
Heizsystem (66) mit einem Heizgerät (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein externer Speicher (68) für Brauchwasser vorgesehen ist, dessen Brauchwasser über den zweiten Wärmetauscher (42) erwärmbar ist.
Heizsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der externe Speicher (68) in Schichtladetechnik betrieben ist.
Heizsystem nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kleinspeicher (50) und/oder der externe Speicher (68) eine zusätzliche Wärmequelle (60, 74) aufweisen.
Heizsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Wärmequelle (60, 74) ein elektrischer Heizstab (62) ist.
Heizsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Heizstab (60) direkt oder indirekt an eine Photovoltaikanlage oder eine Brennstoffzelle angeschlossen ist.