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Warmwasserbereiter Die Erfindung bezieht sich auf einen Warmwasserbereiter,
deren die Primärwärme führende Heizkörper von einem umfangsgeschlossenen Mantel
zur Bildung eines vertikal verlaufenden Kanals umgeben sind, wobei die Querschnittsfläche
des Kanals nur einen Bruchteil der Behälterquerschnittsfläche aufweist und die untere
Öffnung des Kanals mit Abstand vom Behälterboden angeordnet ist.
Warmwasserbereiter
dieser Art sind hinlänglich bekannt. Dabei erfolgt der Wärmeübergang von dem die
Primärwärme führenden Heizkörper, der dabei als elektrischer Heizkörper ausgebildet
sein kann, oder als eine einen gasförmigen oder flüssigen Wärmeträger führende Heizschlange,
zum aufzuheizenden Wasser in erster Linie durch Wärmeleitung. Da erwärmtes Wasser
eine geringere spezifische Dichte hat als kaltes Wasser, beginnt das im Bereich
des Heizkörpers erwärmte Wasser allmählich in die Höhe zu steigen, wodurch in den
Bereich des Heizkörpers kaltes Wasser nachströmt, so daß innerhalb des Behälters
eine, wenn auch nur geringe' Zirkulation und damit eine Wärmeübertragung durch Konvektion
entsteht. Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem strömungsgerecht konstruierten
Wärmeaustauscher dafür zu sorgen, daß bei grösster Strömungsgeschwindigkeit wirtschaftlich
kleine Heizflächen vorhanden sind und eine gleichmässige Warm-Wassertemperatur im
gesamten Brauchwasserbehälter vorhanden ist. Gemäss der Erfindung gelingt dies nun
dadurch, daß die die Primärwärme führenden Heizkörper im unteren Bereich des Behälters
angeordnet sind und der die Heizkörper umgebende Mantel über die Heizkörper nach
oben verlängert ist und sich
nur über den unteren Bereich des Behälters
erstreckt. Ein strömungsgerecht konstruierter Wärmeaustauscher Wird im unteren Teil
des Behälters angeordnet und mit einem zylindrischen Mantel umgeben. Die Aufgabe
dieses Mantels ist es, das absteigende Kaltwasser ausserhalb und das aufsteigende
Warmwasser innerhalb des Mantels zu trennen, um eine Mischung beider Wasserqualitäten
zu verhindern. Dadurch tritt in beiden Wasserströmungen eine maximal mögliche Temperaturdifferenz
auf. Ferner ist der Auftrieb auf Grund der Wichtedifferenz auf eine maximal mögliche
Grösse gebracht. Die Strömungsgeschwindigkeit innerhalb des Mantels wird dadurch
sehr gross. Die dadurch erzeugte maximal mögliche Strömungsgeschwindigkeit ermöglicht
es, bei konstanten Primärverhältnissen den Wärmedurchgangswert auf einen maximal
möglichen Wert heraufzuschrauben und damit grosse Übertragungsleistungen zu erreichen
oder wirtschaftlich kleine Heizflächen zu produzieren. Bei den meisten anderen Boilerkonstruktionen
wird auf diesen Mantel zum Zwecke der Leistungssteigerung verzichtet, einschliesslich
der neu genannten Entgegenhaltungen, da hier die Mäntel eine völlig andere Funktion
besitzen. Der Mantel nach der erfindungsgemässen Konstruktion ist
weiterhin
die Aufgabe, durch die lebhafte Zirkulation eine gleichmässige Warmwassertemperatur
im gesamten Brauch-Wasserbehälter zu schaffen, was für den Verbraucher äusserst
günstig ist. Durch die Erfindung wird eine besonders raumsparende Anordnung geschaffen,
so daß der obere-Bereich des Behälters vollkommen zur Wasserfüllung dienen kann.
Durch den über den im unteren Bereich angeordneten Heizkörper hochgezogenen Mantel
wird vermieden, daß die erwärmte Flüssigkeit bereits unmittelbar über dem Heizkörper
mit der nach unten absinkenden kälteren Flüssigkeit zusammenstösst bzw. in Berührung
kommt. Darüberhinaus ergibt sich eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des
zu erwärmenden Mediums, wodurch der Wirkungsgrad der Vorrichtung wesentlich erhöht
wird. Dadurch, daß der ganze Wärmeaustauscher (Heizkörper plus Mantel) im unteren
Bereich des Behälters angeordnet ist, findet im oberen Bereich des Behälters eine
gute Durchmischung des heissen und kalten Wassers statt. Die Erfindung zielt nicht
darauf ab, einen Warmwasserbereiter für die schnelle Entnahme ,inp- geringen Menge
Wassers
zu schaffen, sondern die Aufgabe liegt darin, eine bestimmte Wassermenge auf wirtschaftliche
Art und Weise und relativ schnell aufzuheizen. Dies wird durch die erfindungsgemässe
Konstruktion dadurch erreicht, daß das Wasser im Konvektorprinzip aufgeheizt wird,
so daß eine sich auf den ganzen Behälterinhalt auswirkende Strömung entsteht. Selbstverständlich
ist es für den Eintritt des angestrebten Zwecks völlig gleichgültig, ob der Querschnitt
dieses Heizkörpers rund oder eckig ist, da die Querschnittsform ausschliesslich
durch fertigungstechnische Überlegungen bestimmt wird. Es liegt im Rahmen der Erfindung,
die primäre Wärme mittels eines gasförmigen oder flüssigen Heizmediums zu erzeugen.
In diesem Falle wird der Heizkörper als doppelwandiger Hohlzylinder ausgebildet,
wobei dessen mindestens äussere Begrenzungswand lamellenartig (in Wellenform) verläuft
und die den Hohlzylinder in einen äusseren und inneren Ringraum unterteilende Trennwand
zur Verbindung der beiden Ringräume mit Aussparungen vorgesehen ist und der Hohlzylinder
zur Zu- und Abfuhr des Heizmediums Rohranschlußstutzen aufweist und von einem umfangsgeschlossenen
Mantel umgeben ist. Ein solcher
Heizkörper lässt sich zweckmässig
als Schweisskonstruktion herstellen, wobei gleichzeitig die Rohranschluss-Stutzen
als Ständer oder Träger des Heizkörpers dienen.
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Da erfahrungsgemäss sich der. Wärmeaustausch dann besonders günstig
gestaltet, wenn die das Heizmedium und das zu erwärmende Medium trennende Wand in
entgegengesetzter Richtung angeströmt wird, liegt nach einem weiteren erfindungsgemässen
Merkmal die zur Verbindung der Ringräume vorgesehene Aussparung der Trennwand in
deren oberen Bereich, wobei der Zuführstutzen in den inneren Ringraum vorzugsweise
von unten her mündet. Auf diese Weise arbeitet der Heizkörper mindestens in seinem
äusseren, eine vergrösserte Oberfläche infolge des wellenförmigen Verlaufes der
Begrenzungswand besitzenden Bereich zusammen mit der Konvektionsströmung als Wärmeaustauscher
im Gegenstromprinzip.
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Aus Herstellungsgründen ist es wünschenswert, den Heizkörper als Preßgußteil
auszubilden. In diesem Falle besteht der Heizkörper aus einem mindestens einseitig
offenen Rohr, von dem aus in radialer Richtung Lamellen vorlaufen,
deren
äussere Enden durch einen umfangsgeschlossenen Ring miteinander verbunden sind,
wobei sowohl der Ring wie die Lamellen in Achsrichtung des Rohres verlaufende Hohlkammern
aufweisen, die mit dem Hohlraum des Rohres verbunden sind. Auf diese Weise werden
mehrere, sternförmig um das zentrale Rohr angeordnete, vertikal verlaufende Kanäle
für das Brauchwasser gewonnen. Zur Rückführung des Heizmediums ist im oberen und/oder
unteren Bereich des Heizkörpers mindestens eine die einzelnen Ringkammern verbindende
Sammelkammer vorgesehen. Die Herstellung des Heizkörpers als Gußteil bietet noch
einen weiteren erfindungsgemässen Vorteil, da diese Herstellung gestattet, den Heizkörper
in axialer Richtung aus einzelnen, miteinander vorzugsweise durch achsparallele
Schrauben verspannbaren Segmenten einheitlichen Querschnittes auszubilden.
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So ist es auf einfache Weise möglich, je nach der gewünschten oder
geforderten Heizleistung durch Hinzufügen oder Wegnehmen einzelner Segmente den
Heizkörper zu vergrössern oder zu verkleinern, so daß man dadurch praktisch baukastenartige
Bauteile hat mit all den solchen Elementen innewohnenden Vorteilen.
Ohne
die Erfindung einzuschränken, werden anhand der Zeichnungen Ausführungsbeispiele
erläutert. Es zeigen: Fig. 1 schematisch einen Heizkörper für die Aufnahme einer
elektrischen Widerstandsheizung im Längsschnitt; Fig. 2 den Heizkörper nach Fig.
1 im Schnitt nach der Linie II - II; Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen Warmwasserbereiter,
dessen Heizkörper von einem flüssigen-Medium durchströmt wird; Fig. 4 den Heizkörper
im Detail im Längsschnitt und Fig. S in Draufsicht; Fig. 6 einen Heizkörper als
Gußteil im Längsschnitt und Fig. 7 im Querschnitt resp. in Draufsicht, wobei der
Schnitt in Fig. 6 bezüglich der linken Hälfte der
Fig. nach der
Linie I-I und der rechten Hälfte der Fig. nach der Linie III-III in Fig. 7 geführt
ist. Der metallene, in seinem Querschnitt sternförmige Gußteil 1 hat zur Aufnahme
des elektrischen Widerstandsheizkörpers eine zentrale Bohrung 2. Ein umfangsgeschlossener
Mantel 3 umgibt den Gußteil 1, den er nach oben hin überragt. Mittels Laschen oder
Stegen 4 ist der Mantel an den-Lamellen 5 des Gußteils 1 fixiert. Die Linie 6 deutet
die Innenwand des Warmwasserbereiters an. Der umfangsgeschlossene Mantel 3 bildet
zusammen mit dem Heizkörper einen durch dessen Lamellen 5 unterteilten Kanal, dessen
Querschnittsfläche nur einen Bruchteil der Behälterinnenquerschnittsfläche bildet,
die durch die Linie 6 begrenzt ist. Ist der Behälter 6 mit Wasser gefüllt und der
Heizkörper eingeschaltet, so entsteht im Zentralteil des sternförmigen Gußteils
1 die Wärme, die über die Lamellen 5 nach aussen fliesst und so das im Kanal 7 befindliche
Wasser rasch erwärmt, da ja in der Regel die Leistung des Heizkörpers gross ist,
bezogen auf jene Wassermenge, die sich gerade innerhalb dieses Kanalas befindet.
Da die Wärmeabgabe des Wassers, das im Kanal 7 sich befindet, durch Wärmeleitung
radial nach aussen praktisch durch des Mantel 3 unterbunden ist, erwärmt sich das
Wasser
in kurzer Zeit und beginnt zu steigen. Um zu vermeiden,
daß das aussen befindliche Wasser sogleich mit dem erwärmten Wasser vermischt wird,
ist der Mantel 3 über den Heizkörper 1 hinausgezogen. Durch das rasch innerhalb
des Mantels 3 erwärmte und dann hochsteigende Wasser wird innerhalb des Behälters
eine lebhafte Zirkulation und damit die erfindungsgemäss angestrebte Konvektorwirkung
erzielt. Einen Warmwasserbereiter 9, dessen Heizkörper 8 von Heißwasser durchströmt
wird, zeigt im Längsschnitt Fig. 3. Auf einem eventuell Ventile und Anschlussmuffen
oder dergleichen aufweisenden Sockel 1o ist mittels des Flansches 11 der Behälter
12 befestigt. Der Heizkörper 8 wird von den Zu- resp. Ableitrohren 13 und 14 des
Heizmediums getragen und besteht im wesentlichen aus einem doppelwandigen Hohlzylinder
15. Die Innenwand 16 und die Trennwand 17 sind glatt, wogegen die äussere Begrenzungswand
18 zur Bildung von Lamellen 19 wellenförmig gebogen ist. Die Trennwand 17 ist nicht
ganz bis zur oberen Begrenzungsringfläche 2o des Hohlzylinders 15 gezogen, so daß
die beiden Kammern 21 und 22 durch den Ringspalt 23 miteinander verbunden sind.
Im unteren Bereich ist der Hohlzylinder so gestaltet, daß die äussere Kammer 22
mit dem Abflussrohr 14 und die innere Kammer 21
mit dem Zuflussrohr
13 des -Heizmediums verbunden ist. Ferner sind die unteren Begrenzungsflächen das
Hohlzylinders 15 vom Rohrstutzen 24 durchsetzt. Mit Abstand vom Heizkörper 15 ist
ein umfangsgeschlossener Mantel 25 angeordnet, der zusammen mit dem Heizkörper einen
vertikalen Kanal 26 bildet. Die voll eingezeichneten Pfeile veranschaulichen nun
den Verlauf des Heizmediums, die strichliert eingetragenen Pfeile, die durch die
Konvektorwirkung erzwungene lebhafte Zirkulation des Brauchwassers. Auch bei diesem
Ausführungsbeispiel ist der Mantel 25 über den eigentlichen Heizkörper 15 hinausgeführt
und damit als Leitblech für den aufsteigenden und erwärmten Wasserstrom ausgebildet.
Im übrigen gilt hinsichtlich Wärmeübertragung das Gleiche, was bereits zum ersten
Ausführungsbeispiel erläutert worden ist. Die Fig. 6 und ? stellen nun einen Heizkörper
dar, der hinsichtlich seiner Konvektorwirkung den Beschriebenen analog ist. Dieser
Heizkörper wird mit einem gasförmigen oder flüssigen Heizmedium gespeist und ist
als Gußkörper ausgebildet. Er besteht aus einem unten offenen Rohr, in das die Zuleitung
28. mündet.
Ein Röhrchen 29, das nach aussen führt, ist zur Entlüftung
des Heizkörpers vorgesehen. Vom zentralen Rohr 27 aus laufen radiale Lamellen 3o,
deren äussere Enden durch einen umfangsgeschlossenen Ring 31 miteinander verbunden
sind. Die Lamellen 3o weisen Kammern 32 auf, die mit dem Rohrhohlraum 33 und mit
im Ring 31 vorgesehenen Kammern 34 verbunden sind, die sich im wesentlichen in Achsrichtung
des Heizkörpers erstrecken. Im oberen und unteren Bereich sind Sammelkammern 35
angeordnet, die zum Abflussrohr des Heizmediums führen. Zusätzliche lamellenartige
Stege 36 sind für eine gute Wärmeabfuhr vorgesehen. Ein äusserer Mantel 37 umschliesst
den Heizkörper. In Richtung der eingetragenen Pfeile wird dieser Heizkörper vom
Brauchwasser umspült, wobei zu erwähnen ist, daß bei dieser Konstruktion das Verhältnis
der wärmeabgebenden Flächen zum Volumen des Heizkörpers besonders günstig liegt.
Ein wesentliches Merkmal dieses Heizkörpers liegt noch darin, daß er jeder gewünschten
Heizleistung angepasst werden kann, _da er mit zylinderförmigen Zwischenstücken,
deren Querschnitt jenem in der oberen
Hälfte in Fig. 7 gezeigten
entspricht, beliebig vergrössert Werden kann. Die Zwischenstücke und die den Heizkörper
nach oben und unten begrenzenden Kopfstücke, die den in Fig. 6 dargestellten Teilen
analog sind, werden durch achsparallele Schrauben 38 fest zu einer Einheit verspannt.
Auch bei Heizkörpern dieser Art dient das Zulaufrohr 28 als Ständer oder Träger.
D.ie Wärmeübertragung erfolgt auch hier in der bereits oben erläuterten
Weise.