DE1303003B - - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Warmwasserbereiter, bestehend aus einem einwandigen Boiler mit einem stehend angeordneten Heizregister, das von oben nach unten mit Heizwasser beaufschlagbar ist, mit einem Kaltwasser-Zufuhranschluß im tiefsten Boilerbereich sowie mit einem Warmwasser-Entnahmeanschluß im höchsten Boilerbereich.

Bei Warmwasserbereitern kommt es insbesondere darauf an, daß am Entnahme-Anschlußstutzen immer Warmwasser mit der gewünschten Endtemperatur zur Verfügung steht, auch wenn der Warmwasservorrat des Boilerinhaltes durch große Entnahmen bereits weitgehend erschöpft ist. Ist der Warmwasservorrat völlig aufgebraucht, so soll in möglichst kurzer Zeit Warmwasser mit der gewünschten Endtemperatur wieder entnehmbar sein, ohne daß zuvor der gesamte Speichervorrat auf die Endtemperatur erwärmt wird. Ein solcher, den ganzen Boilerinhalt erfassender Aufheizvorgang ist nämlich sehr zeitraubend und kann bei größerem Fassungsvermögen des Warmwasserbereiters einige Stunden Wartezeit erfordern. Solange ist es dann nicht möglich, Wasser mit der erforderlichen Endtemperatur zu entnehmen, so daß derartige Warmwasserbereiter unwirtschaftlich sind.

Um diese Wartezeit zu verkürzen, hat man Warmwasserbereiter vorgeschlagen, deren Heizregister aus einer Heizschlange bestehen, die je nach der erforderlichen Heizfl ächengröße schraubengangförmig oder haarnadel förmig gestaltet und im unteren Boilerraum angeordnet ist, um in dessen kühlster Zone einen optimalen Wärmeübergang von der Heizfläche zu dem zu erwärmenden Kaltwasser zu erzielen. Das Heizregister ist z. B. bei einer Ausführung nach dem deutschen Gebrauchsmuster 1 741 346 in einem Anheizmantel untergebracht, welcher an der Unterseite seines einen Endes eine Einlauföffnung für das zu erwärmende Wasser und an der Oberseite des anderen Endes für das erwärmte Wasser eine Abflußöffnung aufweist. An letztere ist ein Rohr angeschlossen, das in den Bereich des Warmwasser-Entnahmeanschlusses führt. Aus dieser Warmwasserzone kann praktisch sofort nach Beginn des Aufheizens Warmwasser entnommen werden, jedoch nur in verhältnismäßig geringen Mengen. Das durch den Kaltwasser-Zulauf einströmende Wasser kann nämlich unter Umgehung des Heizregisters praktisch ungehemmt auch durch den Boiler hindurch zum Anschlußstutzen für die Warmwasserentnahme gelangen, wodurch die erzielbare Endtemperatur bzw. die Aufheizgeschwindigkeit beträchtlich herabgesetzt wird. Für das Heizregister ist außerdem eine Ladepumpe erforderlich, um wegen des hohen inneren Strömungswiderstandes eine vollständige Aufheizung des Boilerinhaltes innerhalb einer tragbaren Zeitdauer zu ermöglichen.

Aus der deutschen Patentschrift 618 004 ist ein stehender "Warmwasserbereiter der eingangs bezeichneten Art bekannt, der einen zentrischen, glattwandigen Kanal aufweist, in welchem am unteren Ende ein Elektroheizkörper angeordnet ist. Von diesem steigt erwärmtes Wasser ohne Behinderung und daher rasch zu einer Warm wasserzone im oberen Boilerbereich, doch erfolgt dabei eine Abkühlung durch noch nicht bzw. weniger erwärmtes Vorratswasser rund um den Zentralkanal und durch das an letzterem in einem Leitzylinder abwärts zugeführte Kaltwasser. Die unteren Außenteile des Boilers sind 003

mangels ausreichender Wärmezufuhr praktisch nicht oder nur ungenügend beheizbar. Außerdem ist ein solcher Warmwasserbereiter im Betrieb grundsätzlich teurer als einer, der ein z. B. an den Heizkessel einer Warmwasserheizung angeschlossenes Heizregister aufweist.

Eine Ausführung vom letztgenannten Typ ist in der britischen Pateritschrift 437 903 angegeben. Der dort beschriebene Warmwasserbereiter hat zwar noch eine zusätzliche Gasheizung, im Normalbetrieb erfolgt die Beheizung jedoch über ein heizwassergespeistes, zylindrisches Register, das in dem stehenden Boiler parallel zu seiner Längsachse, aber exzentrisch und nicht tief angeordnet ist. Der Wärmeübergang ist somit weniger günstig, und das erwärmte Wasser muß nicht auf kürzestem Wege zu einer oberen Entnahmestelle aufsteigen, sondern kann sich mit dem Behältervorrat und zuströmendem Kaltwasser in einem Wirbelkreislauf vermischen. Besonders nachteilig ist ferner, daß beim Aufheizen des BoiIerinhaIts der obere Teil des Heizregisters immer schlechter ausgenützt wird, je höher die Temperatur der Warmwasserzone bereits ist, während die Heizleistung des unteren Registerteils zu klein ist, um eine schnelle Erwärmung von Kaltwasser in der unteren Boilerhälfte zu ermöglichen.

Aufgabe der Erfindung ist es, unter Vermeidung der Nachteile der bekannten Ausführungen einen Warmwasserbereiter zu schaffen, der die schnelle Bereitstellung auch großer Warmwassermengen auf möglichst wirtschaftliche Weise gestattet.

Bei einem Warmwasserbereiter der eingangs angegebenen Art ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß das Heizregister als doppelwandiger Zylinder ausgebildet und im unteren Boilerteil konzentrisch zu diesem unter Bildung eines äußeren Ringkanals angeordnet ist, welcher oberhalb des Heizregisters in einen ebenfalls zur Boilerwand konzentrischen Ringraum übergeht, der von einem unten mit einem Kragen einen inneren Ringkanal zum Heizregister bildenden und oben bis in die Warmwasserzone reichenden Leitzylinder begrenzt ist.

Eine solche Anordnung gestattet es, mit geringstem Aufwand Warmwasser zu erzeugen, das, in schneller, im wesentlichen reibungsfreier Strömung ohne Bildung unbeheizbarer Kaltwasserzonen direkt zur Warmwasser-Entnahmestelle geführt wird. Die wirksame Heizfläche des Registers bleibt unabhängig von den momentanen Betriebsbedingungen konstant. Neu zuströmendes Kaltwasser wird jeweils zuerst erwärmt, so daß ein sehr rascher Wärmeübergang stattfindet, und die auf diese Weise schnell erzeugten Warmwassermengen werden ohne Vermischung mit dem Kaltwasservorrat bei minimalen Wärmeverlusten mit hoher Strömungsgeschwindigkeit aufwärts geführt. Der Heizzylihder, der einen großen Durchmesser und daher eine große glatte Wärmeübergangsfiäche besitzt, bildet nämlich mit der Boilerwand einen Ringkanal, in dem sich eine Laminarströmung des erwärmten Wassers ausbildet. Im Inneren des Heizzylinders aufsteigendes Warmwasser wird auch von dem Kragen des in den Heizzylinder ragenden Leitzylinders in Form einer Laminarströmung abgefangen und mit der äußeren Strömung in dem oberen Ringraum vereinigt, so daß Verwirbelungen kaum auftreten und die Wärmeverluste praktisch vernachlässigbar sind. Findet keine Warmwasser-Entnahme statt, so erwärmt sich zunehmend auch

das Wasser im Inneren der beiden übereinanderliegenden Zylinder bis auf die Endtemperatur, ohne daß sich tote Kaltwasserzonen ausbilden können. Der Warmwasserbereiter bietet daher die Vorzüge eines einfachen Aufbaues, sehr niedriger Herstellungskosten und eines höchst wirtschaftlichen Betriebes, bei dem die zur Verfügung stehende Heizleistung und das vorhandene Volumen optimal genutzt werden.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt eines lotrecht stehenden bzw. hängenden Warmwasserbereiters nach der Erfindung und

Fig. 2 eine schematisierte Vorderansicht des Warmwasserbereiters nach Fig. 1.

Der gezeichnete Warmwasserbereiter wird in bekannter Weise von einem einwandigen Boiler 1 gebildet, der mit seiner Längsmittelachse lotrecht auf einem (nicht dargestellten) Fuß, Gestell od. dgl. aufgestellt oder mittels einer herkömmlichen Halterung la z. B. lotrecht an einer Wand aufgehängt werden kann.

Der lotrecht angeordnete Boiler 1 hat eine untere Stirnwand 2 und eine obere Stirnwand 3, die beide mit den Stirnenden des Boilermantels 4 verschweißt sind. Vor dem Zusammenschweißen der Boilerteile wird ein Heizregister 5 in den Boilermantel eingebracht. Das Heizregister besteht aus einem doppelwandigen Heizzylinder 6, der höchstens etwa die halbe Höhe des Boilermantels 4 aufweist. Sein Außendurchmesser ist so bemessen, daß die äußere Zylinderfläche des Heizzylinders 6 mit dem Boilermantel 4 einen Ringkanal 7 mit einem vorbestimmten Ringquerschnitt einschließt. Das in den Ringkanal 7 von unten zuströmende Kaltwasser wird am Heizzylinderende auf die gewünschte Endtemperatur erwärmt und gelangt mit hoher Strömungsgeschwindigkeit in die unterhalb der oberen Stirnwand 3 befindliche Warmwasserzone 8, welche von dem sich dort ansammelnden, auf die gewünschte Endtemperatur erwärmten Warmwasser gebildet wird.

Zwischen dem Innenmantel 9 und dem Außenmantel 10 des Heizzylinders 6 wird von oben durch ein Zuleitungsrohr 11 Heizwasser zugeführt. Bei der gezeichneten Ausführungsform ist das Zuleitungsrohr 11 mit einem Ende an der höchsten Stelle des Heizzylinders 6 angeschweißt und mit dem anderen Ende an einem die obere Stirnwand 3 durchsetzenden Heizwasserstutzen 12 angeschlossen, so daß das Zuleitungsrohr auf seiner gesamten Länge innerhalb des Boilerraumes verläuft und ebenfalls zur Erwärmung des Boilerinhaltes beiträgt. An der tiefsten Stelle des Heizregisters 5 ist der Heizzylinder 6 an einem die untere Stirnwand 2 durchsetzenden Anschlußstutzen 13 für den Heizwasserrücklauf, angeschlossen. Zur weiteren Halterung des Heizregisters 5 im Boilerraum können an seinem Fußrand noch besondere, auf der unteren Stirnwand 2 ruhende Stützen angeschweißt sein.

Ein auf diese Art ausgebildetes Heizregister 5 setzt dem aufsteigenden erwärmten Gebrauchswasser infolge seiner allseitig glatten Zylinderwände keinen nennenswerten Strömungswiderstand entgegen. Muß dieser aber in bestimmten Anwendungsfällen größer sein, so können am Innenmantel 9 und/oder am Außenmantel 10 zur Verlangsamung der Strömungsgeschwindigkeit an sich bekannte, schraubengangförmige, zu den Mantelflächen etwa senkrecht ste-

hende Führungsbleche mit großer Steigung angeordnet werden.

Des weiteren ist an der höchsten Stelle der nach außen durchgewölbten Stirnwand 3 ein Anschlußstutzen 15 für die Warmwasserentn ahme angeordnet, an welchem eine zu den einzelnen Verbraucher- bzw. Zapfstellen führende Rohrleitung angeschlossen werden kann. In der unteren, ebenfalls nach außen durchgewölbten Stirnwand 2 ist ein Anschlußstutzen

ίο 16 für die Kaltwasserzuleitung vorgesehen. Dieser Anschlußstutzen 16 ist so in die untere Stirnwand 2 eingeschweißt, daß seine Längsmittelachse koaxial bzw. zumindest parallel zur Längsmittelachse des Zuleitungsrohres 11 für das Heizwasser verläuft und etwa den gleichen Abstand wie diese von der Längsmittelachse des Boilers 1 aufweist. Auf diesen Kaltwasser-Anschlußstutzen 16 ist im Boilerraum eine rohrartige Verteilerkappe 17 aufgesetzt, z.B. aufgeschweißt, in welcher gegenüber dem unmittelbar

zo benachbarten Teil des Heizregisters 5 bzw. des Innenmantels 9 eine oder mehrere Durchbrechungen

18 vorgesehen sind. Diese Durchbrechungen dienen dazu, das einströmende Kaltwasser zum Rand des Heizregisters 5 bzw. auf den Innenmantel 9 des Heiz-Zylinders 6 umzulenken. Dadurch wird einmal eine vorzeitige Vermischung des einströmenden Kaltwassers mit dem bereits hoch erwärmten Gebrauchswasser und somit am Anschluß stutzen 15 für die Warmwasserentnahme eine gegenüber der gewünschten Endtemperatur niedrigere Mischtemperatur vermieden sowie zum anderen eine schnelle Aufheizung des einströmenden Kaltwassers auf die Endtemperatur gewährleistet.

Eine solche schnelle Aufheizung wird noch weit vollkommener erreicht, wenn an dem Anschlußstutzen 16 für die Kaltwasserzuleitung an Stelle der Verteilerkappe 17 als Verteiler z. B. ein ringförmiges, im Bereich des inneren Fußrandes des HeizzylinT dersö verlaufendes (nicht dargestelltes) Verteilerrohr angeordnet wird, das über seinem gesamten Umfang schräg nach unten auf den Innenmantel 9 gerichtete Ausströmöffnungen aufweist. Dadurch wird das einströmende Kaltwasser von vornherein über die gesamte Heizfläche des Innenmantels 9 verteilt und eine außerordentlich rasche Aufheizung mit hohem thermischem Wirkungsgrad ermöglicht.

Der Anschlußstutzen 16 für die Kaltwasserzuleitung und der Anschlußstutzen 13 für den Heizwasserrücklauf, die beiden in der unteren Stirnwand2 eingeschweißt sind, sind einander diametral gegenüberliegend angeordnet. Damit ist bei koaxialer bzw. übereinanderliegender Anordnung von Heizwasser-Einlauf und Kaltwasser-Zulauf gewährleistet, daß die heißeste Heizfläche des Heizzylinders 6 dem einströmenden Frisch-Kaltwasser gegenübersteht.

Um zu verhindern, daß das im Ringkanal 7 zwischen Heizzylinder 6 und dem Boilermantel 4 sowie entlang dem Innenmantel 9 aufsteigende, auf Endtemperatur erwärmte Gebrauchs- bzw. Warmwasser sich oberhalb und innerhalb des Heizzylinders 6 mit dem noch nicht oder nur wenig erwärmten Gebrauchswasser im Boiler 1 vermischt, ist am oberen Ende des von oben nach unten beaufschlagten Heizzylinders 6 ein das aufsteigende erwärmte Wasser in die Warmwasserzone 8 bzw. in den Bereich des Warmwasser-Entnahmestutzens 15 führender Leitzylinder

19 angeordnet. Dieser ragt mit einem Kragen 20 in den Innenraum des Heizzylinders 6 hinein. Dadurch

Claims (5)

wird zwischen dem Kragen 20 des Leitzylinders 19 und dem Innenmantel 9 ein innerer Ringkanal 21 gebildet, dessen Querschnittsfläche dem äußeren Ringkanal 7 entsprechen kann. An den Kragen 20 schließt sich ein trichter- bzw. kegelstumpfförmig verlaufender Übergangsteil 22 an, der zum Hauptkörper 23 des Leitzylinders 19 überleitet. Letzterer kann sich bis an bzw. in die Warmwasserzone 8 erstrecken; er kann im oberen Teil durchbrochen sein und verschiedene Länge aufweisen. Vorzugsweise ist der Durchmesser des Leitzylinders 19 so gewählt, daß zwischen seinem Hauptkörper 23 und dem Boilermantel 4 ein Ringraum 24 entsteht, dessen Querschnitt der Summe der Querschnitte von äußerem Ringkanal 7 und innerem Ringkanal 21 entlang dem Heizzylinder 6 entspricht. Im Bereich des das Heizwasser zum Heizzylinder 6 führenden Zuleitungsrohres 11 kann der Leitzylinder 19 rinnenartig eingedrückt sein, so daß das Zuleitungsrohr 11 innerhalb des Ringraumes 24 verläuft. Bei Boilern bestimmter Größe kann das ZuleiümgsTohr 11 auch innerhalb des Leitzylinders 19 geführt sein. In der unteren Stirnwand 2 des stehenden Boilers 1 ist koaxial zu dessen Längsmittelachse ein Stutzen 26 angeschweißt, der ein Reinigungsloch 25 umschließt und dessen öffnung durch einen Deckel 27 verschlossen ist. Dieser dient nicht nur dazu, im Bedarfsfalle den Boilerinnenraum freizulegen, sondern gegebenenfalls zugleich als Träger für ein elektrisches Heizaggregat. Dieses kann zur zusätzlichen oder ausnahmsweise auch zur hauptsächlichen Aufheizung des Boilerinhaltes herangezogen werden, z. B. wenn aus irgendeinem Grunde vorübergehend kein Heizwasser für den Warmwasserbereiter zur Verfügung steht. In der unteren Stirnwand 2 ist ferner noch ein Anschlußstutzen 28 eingeschweißt, an dem außen eine von den Zapfstellen zurückführende Zirkulationsleitung und innen ein AusIaufrohr 29 anschließbar ist, dessen Mündung koaxial zur Längsmittelachse des BoUers 1 etwa in halber Höhe enden kann. Patentansprüche:

1. Warmwasserbereiter, bestehend aus einem einwandigen Boiler mit einem stehend angeord-

neten Heizregister, das von oben nach unten mit Heizwasser beaufschlagbar ist, mit einem Kaltwasser-Zufuhranschluß im tiefsten Boilerbereich sowie mit einem Warmwasser-Entnahmeanschluß im höchsten Boilerbereich, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizregister(5) als doppelwandiger Zylinder (6) ausgebildet und im unteren Boilerteil konzentrisch zu diesem unter Bildung eines äußeren Ringkanals (7) angeordnet ist, welcher oberhalb des Heizregisters (5) in einen ebenfalls zur Boilerwand (4) konzentrischen Ringraum (24) übergeht, der von einem unten mit einem Kragen (20) einen inneren Ringkanal (21) zum Heizregister (5) bildenden und oben bis in die Warmwas serzone (8) reichenden Leitzylinder (19) begrenzt ist.

2. Warmwasserbereiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des oberen Ringraumes (24) der Summe der Querschnitte von äußerem und innerem Ringkanal (7 bzw. 21) entlang dem Heizregister (5) entspricht.

3. Warmwasserbereiter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizwasser-Einlauf und der Kaltwasser-Zulauf übereinander Hegen. .

4. Warmwasserbereiter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Anschlußstutzen (16) für die Kaltwasserzuleitung ein Verteiler verbunden ist, der eine topfartige, in den unteren Bereich des vom Heizregister (5) umgrenzten Raumes hineinragende Verteilerkappe (17) aufweist, in welcher gegen das Heizregister (5) gerichtete Durchbrechungen (18) angeordnet sind.

5. Warmwasserbereiter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Anschlußstutzen (16) für die Kaltwasserzuleitung ein Verteiler verbunden ist, der ein im unteren Bereich des vom Heizregister (S) umgrenzten Raumes angeordnetes, ringförmiges Verteilerrohr aufweist, über dessen Umfang schräg nach unten auf das Heizregister (5) gerichtete Ausströmöffnungen verteilt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen