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Vorrichtung zur Verhinderung des Entweichens von Ausdehnungswasser
aus einem elektrisch beheizten Heißwasserspeicher Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zur Verhinderung des Entweichens von Ausdehnungswasser bei einem elektrisch beheizten
Heißwasserspeicher nach dem überlaufprinzip mit einem überlaufrohr für die Heißwasserentnahme,
dessen Eintrittsöffnung durch ein elastisch ausgebildetes Verbindungsglied in der
Höhe verstellbar ist.
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Elektrische Heißwasserspeicher nach dem überlaufprinzip haben die
Eigenschaft, daß bei fortschreitender Erwärmung des Speicherinhaltes das sogenannte
Ausdehnungswasser durch das Überlaufrohr abfließt. Dieser Vorgang verursacht ein
unangenehmes Tropfen aus dem L7berlaufrohr und hat eine Vergeudung wertvoller Kalorien
zur Folge. Bei einem Temperaturunterschied von 60° C zwischen dem einströmenden
kalten Wasser von 15°C und der üblichen maximalen Heißwassertemperatur von 75° C
beträgt der Verlust durch das Ausdehnungswasser mehr als 3 % des Speicherinhaltes.
Der Wasserverlust bei einem 100-1-Speicher beläuft sich also, wenn der Speicher
vor der Heißwasserentnahme voll aufgeheizt war, auf etwa 3 1, was einem Wärmeverlust
von 180 Kalorien entspricht.
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Es sind Vorrichtungen bekannt, die den Austritt des Ausdehnungswassers
verhindern. Das Prinzip besteht entweder in einer gesteuerten Wasserverdrängung
durch einen im Volumen veränderlichen, im Wasser untergetauchten Körper oder in
einer vertikalen Verschiebung der Einlaufmündung zum Überlaufrohr. Nach ersterem
Prinzip arbeitet die Vorrichtung nach der deutschen Patentschrift 686484. Hier wird
ein im Speicherwasser verankertes Gefäß mit elastischen Wandungen durch den Frischwasserzulauf
ausgedehnt. Nach Schließen des Wasserhahnes entleert sich das Gefäß langsam nach
außen, wodurch infolge seiner Schrumpfung der Wasserspiegel des Speichers gegenüber
der Mündung des starren Überlaufrohres abgesenkt wird, so daß Raum für die Aufnahme
des Ausdehnungswassers entsteht. Der Verlust an heißem Wasser ist hier zwar vermieden,
nicht aber das lästige Auslaufen von Kaltwasser nach Schließen des Hahnes. Auf dem
Prinzip der vertikalen Verschiebung der Einlaufmündung des überlaufrohres beruht
die Vorrichtung nach der deutschen Patentschrift 610249, bei welcher der Einiaufstutzen
des überlaufrohres als druckempfindliche Muffe ausgebildet ist. Unter der Einwirkung
eines überdruckes, der durch das Einströmen des kalten Wassers entsteht, senkt sich
die Mündung des überlaufrohres während der Heißwasserentnahme. Der Nachteil dieser
Anordnung ist, daß der Speicher nicht drucklos arbeitet, wie dies bei normalen überlaufspeichern
der Fall sein muß.
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Es ist ferner auch eine Vorrichtung nach der deutschen Patentschrift
610249 bekannt, bei der die Mündung des überlaufrohres durch einen doppelwandigen
elastischen Rohrkörper, dessen Zwischenraum mit einer sich bei Erwärmung stark ausdehnenden
Flüssigkeit gefüllt ist, vertikal verschoben wird. Bei dieser Ausführung besteht
die Gefahr, daß die Ausdehnungsflüssigkeit beim Undicht-werden des Ausdehnungsgefäßes
mit dem Speicherwasser in Berührung kommt und das Wasser für Genußzwecke schädlich
wird.
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Es sind auch Vorrichtungen bekannt, bei denen, wie bei den deutschen
Patentschriften 588 979 und 659 700 die vertikale Verschiebung des überlaufkopfes
durch mechanische Koppelung mit dem Wassereinlaufhahn bewirkt wird, indem beim Öffnen
desselben der überlaufkopf in seine untere Lage verbracht wird. Hier ist der konstruktive
Aufwand nachteilig, weil als Zapfhahn keine genormte Armatur verwendbar ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde die vertikale Verschiebung
der Eintrittsöffnung des überlaufrohres mit einfachen konstruktiven Mitteln zu erzielen.
Sie wird dadurch gelöst, daß die Eintrittsöffnung
des überlaufrohres
als schalen- oder becherförmiger, im leeren Zustand schwimmfähiger Wasserverdrängungskörper
ausgebildet und seine obere Endstellung durch einen Anschlag begrenzt ist.
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Der Wasserverdrängungskörper hat ein spezifisches Gewicht größer als
1 g/cm3 und eine Auftriebskraft, hervorgerufen durch die Wasserverdrängung, die
größer als sein Gewicht ist. Diese Anordnung hat somit die Eigenschaft, daß der
Körper schwimmt, indem sein oberer Rand etwas über der Wasseroberfläche herausragt.
Nach dem Aufdrehen des Zapfliahnes für Heißwasser folgt der Körper schwimmend dem
steigenden Wasserspiegel bis seine vertikal begrenzte Bewegungsmöglichkeit überschritten
wird. Das Wasser überflutet nun den Rand des Körpers, wodurch die Auftriebskraft
durch das zusätzliche Gewicht des einströmenden Wassers überwunden wird, so daß
der Körper einige Zentimeter unter den Wasserspiegel taucht.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben.
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A b b. 1 zeigt im Schnitt durch einen Heißwasserspeicher das Ausführungsschema
des in vertikaler Richtung sich selbständig verschiebenden, becherförmig ausgebildeten
Wasserverdrängungskörpers. Der Speicher oder Boiler 1 mit dem Heizschwert
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ist bis zur Quote a aufgefüllt. Es ist 3 der Kaltwasserzulauf und
4 ein gegebenenfalls vorhandenes Belüftungsventil. Der überlauf zur Heißwasserentnahme
besteht aus dem starren überlaufrohr 5, dem in vertikaler Richtung beweglichen Faltenbalg
6 und dem Körper 7, der als nach oben offener becher-oder schalenförmiger Wasserverdrängungskörper
mit entsprechendem weiten Durchmesser ausgebildet ist.
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Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist folgende: Durch die Auftriebskraft
des Wassers wird der Körper 7 so weit angehoben, daß sein oberer Rand, der die Einlauföffnung
umgibt, ein Geringes über die Wasseroberfläche herausragt. Das Erreichen dieser
oberen Endstellung ist durch die elastische Eigenschaft des Faltenbalges gewährleistet
und wird durch einen Anschlag exakt begrenzt. Wird heißes Wasser entnommen, so muß
hierzu der Kaltwasserhahn 3 geöffnet werden. Hierdurch steigt der Wasserspiegel
a und hebt den schwimmenden Körper 7 so lange an, bis dieser seine obere Endstellung
erreicht hat. Dann überflutet das heiße Wasser den oberen Rand des Körpers 7 und
fließt über das flexible Zwischenglied 6 (z. B. Faltenbalg) durch das überlaufrohr
5 ab. Der Körper 7, mit Wasser gefüllt, vermag nicht mehr das Gleichgewicht gegenüber
der Auftriebskraft der Wasserverdrängung zu halten, so daß er, beschwert durch das
Gewicht des Wasservolumens
um einige Zentimeter herabsinkt und sein oberer Rand unter die Wasseroberfläche
gedrückt wird, wodurch sich der Faltenbalg 6 verkürzt. Hiermit befindet sich der
Körper 7 in seiner untersten Lage. Nach Schließen des Kaltwasserhahnes 3 senkt sich
der Wasserspiegel bis zur Oberkante des Körpers 7. Ist dieses restliche Wasser über
das überlaufrohr 5 abgelaufen, so ist der Körper 7 wieder leer geworden. Die Auftriebskraft
infolge der Wasserverdrängung bewirkt, daß der entleerte becherförmige Verdrängungskörper
7 wieder aus der Wasseroberfläche auftaucht. Die Wasserausdehnung bei einer nachfolgenden
Erwärmung des Speicherinhaltes hebt den Wasserspiegel noch etwas an, der schwimmende
Körper 7 vermag dieser geringen vertikalen Bewegung zu folgen, so daß das Ausdehnungswasser
sich nicht über den Überlauf entleeren kann. Erst, wenn wieder der Kaltwasserhahn
3 geöffnet wird, steigt der Wasserspiegel a soweit an, daß der in die Endstellung
angehobene Körper 7 nicht mehr der steigenden Wasseroberfläche folgen kann, dadurch
überflutet wird und infolge seines Wassergewichtes in die unterste Lage absinkt.
Der vertikale Abstand zwischen der höchsten und tiefsten Lage der Oberkante des
Körpers 7 soll hierbei einen Volumenunterschied des Speicherinhaltes von etwa 3
bis 4% entsprechen.
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Die Vorrichtung nach A b b. 1 zeichnet sich durch einfache Konstruktion
aus. Aus dem Erfindungsprinzip ergibt sich jedoch zwangläufig, daß eine geringere
Heißwassermenge als dem Volumenunterschied zwischen oberer und unterer Lage des
Körpers 7 entspricht, nicht entnommen werden kann, da der Heißwasseraustritt erst
beginnt, wenn der Körper 7 in seiner oberen Lage überflutet wird.
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A b b. 2 zeigt im Schnitt eine Konstruktion des Kopfes, die bewirkt,
daß der Körper einem langsamen Anstieg des Wasserspiegels, wie dies durch die Ausdehnung
des sich erwärmenden Wassers ge-
schieht, folgen kann, bei einem raschen Anstieg
des Wasserspiegels nach Öffnen des Kaltwasserhahnes der Körper jedoch schon vor
Erreichen der oberen Endstellung überflutet wird. Hierdurch gelingt die Entnahme
kleinerer Wassermengen gegenüber der Vorrichtung nach A b b. 1. In A b b. 2 bezeichnet
8 das Ende des starren Körpers, welcher mit dem Rohrstutzen 9 fest verschraubt ist.
Der Rohrstutzen 10 des schalenförmigen Körpers 11 ist in dem Rohrstutzen
9 verschiebbar. Die Abdichtung zwischen Körper 11 und Rohrstutzen 9 wird durch den
Faltenbalg 12 bewirkt. Zur Belüftung des Zwischenraumes zwischen dem Faltenbalg
12 und dem Rohrstutzen 10 dienen kleine Schlitze oder Bohrungen 13. Durch
diese Bohrungen 13 wird erreicht, daß der Körper 11 bei einem schnellen Steigen
des Wasserspiegels schon vorzeitig überflutet wird, weil seine Vertikalbewegung
durch die kleinen Belüftungsöffnungen 13 gedrosselt ist. Die Abwärtsbewegung des
Körpers 11 nach überflutung wird durch die Drosselung ebenfalls verzögert. Dieser
Nachteil kann dadurch gemildert werden, daß das Gewicht und das Wasserverdrängungsvolumen
des Körpers 11 hinreichend groß bemessen wird, so daß die Kraftwirkung auf den Faltenbalg
12 verstärkt ist.