DE19501319A1 - Offener Warmwasserspeicher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen offenen Warmwasserspeicher nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Offene Warmwasserspeicher, auch Überlaufspeicher genannt, zeichnen sich dadurch aus, daß beim Zapfen von Wasser kaltes Wasser an der tiefsten Stelle des Wasserbehälters einströmt, welches beim Einströmen entsprechende Warmwassermengen aus dem Warmwasser-Überlauf, der an höchster Stelle des Wasserbehälters angebracht ist, zur Zapfstelle fördert. Nach beendetem Zapfvorgang ist der Wasserbehälter nahezu vollständig mit Wasser gefüllt. Der Wasserspiegel befindet sich etwa an der höchsten Stelle des Warmwasser-Überlaufrohres. Erfolgt nun eine Aufheizung oder ein Nachheizen des nachgefüllten kalten Wassers, so dehnt sich dieses bei der Erwärmung aus und das Ausdehnungswasser tropft aus der Zapfstelle ab. Die Abgabe von Tropfwasser bei jedem Nachheizvorgang wird vom Benutzer als störend empfunden und führt sogar dazu, daß die mit den Ursachen des Tropfens nicht vertrautem Benutzer unfachmännisch in die Armatur der Zapfstelle eingreifen wollen, um das Tropfen zu unterbinden.

Aus der DE 42 25 827 A1 ist nun ein offener Warmwasserspeicher bekannt, der mit einer ein Verändern des Wasserbehälter-Volumens herbeiführenden Einrichtung ausgerüstet ist. Diese Einrichtung soll verhindern, daß das beim Aufheizvorgang entstehende Ausdehnungswasser im Wasserbehälter über die Zapfarmatur austritt. Die genannte Einrichtung besteht aus einer Hubventilvorrichtung und einer mit dieser gekoppelten bodenseitigen membranartigen Hubeinrichtung. Die Hubventilvorrichtung steht einerseits mit dem Kaltwasserzulauf in Verbindung und ist andererseits über ein den Wasserspeicher durchsetzendes Kaltwasserzulaufrohr mit der bodenseitigen Hubeinrichtung gekoppelt. Mit Öffnen der Warmwasserzapfstelle und damit Zapfen von Warmwasser wird durch das zuströmende Kaltwasser die Hubventilvorrichtung angehoben, wobei die daran gekoppelte bodenseitige Hubeinrichtung zwangsläufig diese Hubbewegung mitmacht. Dadurch erfolgt eine Wasserverdrängung aus dem Wasserbehälter über den geöffneten Warmwasserüberlauf. Nach Schließen der Warmwasserzapfstelle wird die bodenseitige Hubeinrichtung wieder in ihre Ausgangsstellung zurückgebracht. Durch das Zurückgehen dieser Hubeinrichtung wird oben im Wasserbehälter ein wasserfreier Raum eingestellt. Bei diesem Warmwasserspeicher kann es bei Zusammentreffen ungünstiger Faktoren zu einem geräuschvollen Abbau des Luftpolsters im oberen Freiraum des Wasserbehälters über die Zapfarmatur kommen.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Einrichtung zur Veränderung des des Wasserbehälter-Volumens in der Bewegungs-bzw. Schaltfunktion weiter zu verbessern und vor allem sicherzustellen, daß mit Öffnen der Warmwasserzapfstelle (Zapfbeginn) das im oberen Freiraum des Wasserbehälters befindliche Luftpolster nicht plötzlich über die Zapfarmatur abgebaut wird. Die Lösung dieser Aufgabe gemäß der Erfindung ist dem kennzeichnendem Teil des Patentanspruchs 1 zu entnehmen.

Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen wird sichergestellt, daß mit Öffnen der Warmwasserzapfstelle immer sofort warmes Wasser aus dem Wasserbehälter entnommen werden kann, ohne daß bei diesem Vorgang das im oberen Bereich des Wasserbehälters befindliche Luftpolster im dort geschaffenen Freiraum ungebremst abgebaut bzw. mit dem abfließenden Warmwasser ein Luftwassergemisch aus diesem Bereich mitgerissen wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand dieser nachfolgend näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 einen elektrisch beheizten offenen bzw. drucklosen Warmwasserspeicher im Schnitt mit einer Einrichtung zum Verändern des Wasserbehältervolumens in Ruhe-bzw. Ausgangsstellung,

Fig. 2 diesen Warmwasserspeicher mit Funktionsstellung der genannten Einrichtung,

Fig. 3 diesen Warmwasserspeicher mit einem Entlüftungsventil für den Wasserbehälter,

Fig. 4 in Einzeldarstellung die Kolbenhubventilvorrichtung für die genannte Einrichtung.

Mit 1 ist ein mit einer elektrischen Heizeinrichtung 2 versehener Wasserbehälter für einen sogenannten offenen bzw. drucklosen Warmwasserspeicher bezeichnet, der beim dargestellten Ausführungsbeispiel vorzugsweise aus Kunststoff hergestellt ist. Der Wasserbehälter 1 ist unten durch eine mit diesem flüssigkeitsdicht verbundene Bodenplatte 4 verschlossen. Der Wasserbehälter 1 hat einen Warmwasserüberlauf 5, in dem ein Rückschlagventil 6 integriert ist. Der Warmwasserüberlauf 5 führt zu einer nicht dargestellten Zapfstelle, die Bestandteil einer Zapfarmatur ist. Ein mit dem Leitungsnetz verbindbarer Kaltwasserzulauf ist mit 7 bezeichnet. Zwischen dem Warmwasser-Überlauf 5 und dem Kaltwasser-Zulauf 7 ist am Wasserbehälter 1 ein rohrstutzenartiges Hubventilgehäuse 8 angeformt, in welchem ein Hubventilelement 9 (Fig. 4) axial verschiebbar untergebracht ist. Das Hubventilgehäuse 8 hat eine dichte Abdeckung 10. Das Hubventilelement 9 besteht aus einem den Innendurchmesser des rohrstutzenartigen Ventilgehäuses 8 einnehmenden Ventilteller 12 und einem senkrecht dazu stehenden rohrartigen Kolben 13. In einer Einschnürung am rohrartigen Kolben 13 ist ein hutartiger Dichtkörper 14 aus elastischem Material angebracht, der den Ventilkolben-Stauraum 16 des Hubventilgehäuses 8 nach außen hin flüssigkeitsdicht abdichtet. Der Ventilkolben-Stauraum 16 unterhalb des Dichtkörpers 14 im Hubventilgehäuse 8 ist über einen Wasserzutritt 18 und einen am Wasserbehälter 1 an- bzw. ausgeformten Wasserkanal 19 mit dem geräteseitigen Kaltwasserzulauf 7 in Verbindung gebracht. Das Hubventilgehäuse 8, der zugehörige Wasserkanal 19 und der Kaltwasserzulauf 7 sind als einstückige Anformung am Wasserbehälter 1 ausgebildet. Der Kolbenraum 15 des Hubventilgehäuses 8 ist über einen waagrechten Entwässerungskanal 20 mit dem Warmwasser-Überlauf 5 verbunden. Der rohrartige Kolben 13 des Hubventilelementes 9 ist mit einer mit dem Ventilkolben-Stauraum 16 in Verbindung bringbaren Kaltwasserzulauf-Querkanalbohrung 21 versehen. Oberhalb und unterhalb dieser Kaltwasserzulauf- Querkanalbohrung ist je ein den Kolben 13 abdichtender Dichtungsring 22 und 23 in entsprechende Ringnute 24,25 angebracht. Der rohrartige Kolben 13 ist durch einen Quersteg 26 oberhalb der Kaltwasserzulauf-Querkanalbohrung 21 in zwei voneinander getrennte Rohrabschnitte 27, 28 aufgeteilt. Durch den Quersteg 26 im rohrartigen Kolben 13 ist der Wasserbehälter 1 vom Kolbenraum 15 des Hubventilgehäuses 8 und damit vom gesamten Hubventilsystem getrennt. Der obere Rohrabschnitt 28 mündet in den Kolbenraum 15 und hat eine im Ventilkolben-Stauraum 16 endende Druckausgleichs-Querbohrung 29. Mit dem Kolben 13 des Hubventilelementes 9 ist ein den Wasserbehälter 1 in axialer Richtung durchsetzendes Kaltwasserzuführungsrohr 30 verbunden, das als Hubstange für das Hubventilelement 9 dient. Das entgegengesetzte Ende dieses Kaltwasserzuführungsrohres 30 ist mit einer sich auf der Bodenplatte 4 abstützenden pilzartigen Kappe 31 über ein Verbindungsstück 32 gekoppelt. Über der pilzartigen Kappe 31 ist eine membranartige Dichtungsplatte 33 gelegt, deren Rand zusammen mit der den unteren Abschluß des Wasserbehälters 1 bildenden Bodenplatte 4 mit dem Wasserbehältermantel 11 dicht verspannt ist, was mit Hilfe eines Spannringes 34 oder ähnlicher Einrichtungen vorgenommen werden kann. Das bodenseitige Ende des Kaltwasserzuführungsrohres 30 hat eine in den Wasserbehälter mündende Kaltwasseraustrittsöffnung 35, die vom Mantel eines Prallelementes 36 umgeben ist, das wiederum mehrere Wasser-Durchtrittsöffnungen 37 aufweist. Das Prallelement 36 ist am Kaltwasserzuführungsrohr 30 befestigt und kann in Anlagekontakt mit der membranartigen Dichtungsplatte 33 oberhalb der pilzartigen Kappe 31 liegen.

An der Deckenseite des Wasserbehälters 1 ist noch ein Luftventilgehäuse 38 mit Ventil 39 angeformt, das bodenseitig über eine Öffnung 40 mit dem Wasserfreiraum 41 im Wasserbehälter 1 in Verbindung steht. Es öffnet, wenn der Wasserfreiraum vergrößert wird und schließt durch seine Ausbildung als Schwimmerventil, wenn der Wasserstand entsprechend steigt.

Zweckmäßig ist der Warmwasser-Überlauf 5 in das Innere des Wasserbehälters 1 hinein so verlängert ausgebildet, daß diese Verlängerung 42 den luftgefüllten Wasserfreiraum 41 im Wasserbehälter 1 durchsetzt und die Warmwasser- Zutrittsöffnung 43 innerhalb des Wasserinhalts des Wasserbehälters, d. h. etwas unterhalb des den Wasserfreiraum 41 begrenzende Wasserbehälter-Füllstandes endet. Damit wird in vorteilhafter Weise vermieden, daß mit Beginn eines Warmwasser-Zapfvorganges keine Luft aus dem Wasserfreiraum 41 im Wasserbehälter 1 über die geöffnete Zapfarmatur abgeführt und der Warmwasserzapfvorgang nicht gestört wird.

Die Arbeitsweise des beschriebenen Warmwasserspeichers mit einer Einrichtung zum Verändern des Wasserbehältervolumens bzw. Schaffung eines Wasserfreiraumes im Wasserbehälter, um das während des Aufheizvorganges entstehende Ausdehnungswasser aufnehmen zu können und ein Austreten von Ausdehnungswasser über die Zapfstelle (Armatur) während des Aufheizvorganges zu vermeiden ist folgende:

Zur Entnahme von Warmwasser an der nicht dargestellten Warmwasserzapfstelle, an welcher der geräteseitige Warmwasser-Überlauf 5 endet, wird der Kaltwasserzulauf über einen Wasserhahn der Armatur zum Wasserbehälter 1 freigegeben. Der dann frei werdende Druck des zufließenden Kaltwassers wirkt im Ventilkolben-Stauraum 16 des Hubventilgehäuses 8 gegen den Ventilteller 12 des Kolbens 13. Dies hat zur Folge, daß der Ventilteller 12 mit dem Kolben 13 und damit das mit diesem verbundene, den Wasserbehälter 1 durchsetzende Kaltwasserzuführungsrohr 30 mit der daran gekoppelten Kappe 31 gegen das Wassergewicht angehoben werden. Der Ventilteller 12 bewegt sich im Kolbenraum 15 des Hubventilgehäuses 8 nach oben und verdrängt dabei im Kolbenraum 15 vorhandenes Wasser über den Entwässerungskanal 20 in den geöffneten Warmwasser- Überlauf 5, von wo es mit dem abströmenden Warmwasser aus dem Wasserbehälter 1 zur Zapfstelle mitgerissen wird. Die über die Kappe 31 gespannte membranartige Dichtungsplatte 33 wird bei diesem Hubvorgang zwangsläufig ebenfalls mit angehoben und drückt bzw. verdrängt dabei eine bestimmte volumenabhängige Wassermenge (etwa 4% des Wasserbehälterinhalts) über den Warmwasser-Überlauf 5 zur Warmwasserzapfstelle hin. Zwischen der membranartigen Dichtungsplatte 33 und der ortsfesten Wasserbehälter- Bodenplatte 4 stellt sich danach ein luftgefüllter Leerraum 45 ein (Fig. 2), dessen Volumen etwa 4% vom Rauminhalt des Wasserbehälters 1 beträgt. Hat der Ventilteller 12 mit Kolben 13 im Hubventilgehäuse 8 seine Endstellung erreicht (Fig. 2), ist der Kaltwasserzulauf vom Ventilkolben-Stauraum 16 über die Kaltwasserzulauf-Querkanalbohrung 21 im Kolben 13 zum Kaltwasserzuführungsrohr 30 und damit zum Wasserbehälter 1 freigegeben. Solange nun die Warmwasserzapfstelle geöffnet ist, wird in Folge der ständigen Kaltwasserzufuhr über das Kaltwasserzuführungsrohr 30 und seiner unteren Kaltwasseraustrittsöffnung 35 in den Wasserbehälter 1 Warmwasser über den Warmwasser-Überlauf 5 zur Zapfstelle gedrückt. Mit Schließen der Warmwasserzapfstelle und damit Unterbinden der Kaltwasserzufuhr zum Wasserbehälter 1 wird der Ventilteller 12 mit Kolben 13 und das axial bewegliche Kaltwasserzuführungsrohr 30 mit der angekoppelten Kappe 31 durch das auf der Dichtungsplatte 33 lastende Wassergewicht wieder in die Ausgangsposition gemäß Fig. 1 zurückgedrückt, wobei über die in den Ventilkolben- Stauraum 16 endende Querbohrung 29 im Rohrabschnitt 28 des Kolben 13 die im Stauraum 16 befindliche Wassermenge in den Kolbenraum 15 des Hubventilgehäuses 8 überströmt. Die membranartige Dichtungsplatte 33 folgt zwangsläufig dem Rückgang des Hubventilelementes 9 mit Kaltwasserzuführungsrohr 30. Der Wasserspiegel im Wasserbehälter 1 senkt sich entsprechend dem vorher verdrängten Volumen ab. Dadurch stellt sich im Wasserbehälter 1 oben ein Wasserfreiraum 41 entsprechend dem vorherigen Rauminhalt des Leerraumes 45 ein, der dann das während des Aufheizvorganges des Wasserbehälterinhaltes entstehende Ausdehnungswasser aufnehmen kann, so daß ein Austropfen von Wasser über die Warmwasserzapfstelle beim Aufheizvorgang unterbunden ist. Damit ggf. während der Warmwasserentnahme fast kein oder nur sehr kurze Zeit eine geringe Kaltwassermenge aus dem Kolbenraum 15 über den Entwässerungskanal 20 in den Warmwasserüberlauf 5 überströmen kann, weil in diesem Betriebsfall durch die für das Rückstellen des Hubventilelements 9 erforderliche Druckausgleichs-Querbohrung 29 Bypaßwasser direkt vom primären Kaltwasserpfad 7, 16 zum sekundärseitigen Warmwasserüberlauf 5 strömen kann, ist noch ein vom Hubventilelement 9 gesteuertes Ventil 50,51 vorgesehen, das den Strömungsweg des Bypaßwassers bei Erreichen der Endstellung des betätigten Hubventilelements 9 absperrt. Dadurch wird eine Mischwasserbildung aus Kalt- und Warmwasser unterbunden. Das Ventil ist in einfacher Weise einerseits durch den freien stirnseitigen Rand 50 des oberen Rohrabschnitts 28 gebildet, der im Kolbenraum 15 liegt und als Ventilsitz ausgebildet ist. An der Abdeckung 10 im Kolbenraum 15 befindet sich im Verstellweg des Ventilsitzes 50 ein Ventilverschließstück 51, welches erst bei in Arbeitsposition gedrückten Hubventilelement 9 (Fig. 2) die freie Öffnung des Rohrabschnittes 28 verschließt und damit den Bypaßwasserweg unterbricht. Das Warmwasser behält damit am Auslauf die volle im Speicherbehälter 1 vorgegebene Temperatur. Das Rückschlagventil 6 verhindert im übrigen, daß nach einem Warmwasserzapfvorgang das im Überlaufrohr 5 enthaltene Wasser zurück in den geschaffenen Freiraum 41 fließt. Das Ventilverschließstück 51 aus gummielastischem Material kann eine Scheibe oder Stift sein und ist vorliegend als zentral gelochter Kugelkörper ausgebildet, der auf einen an die Abdeckung 10 angeformten ortsfesten Zapfen 52 aufgesteckt ist. Beim Schließvorgang des Ventils 50/51 taucht dieser Zapfen in den Rohrabschnitt 28 ein, so daß er als Führung wirkt und für eine paßgenaue Zentrierung des Verschließstücks 51 gegenüber dem Ventilsitz 50 sorgt.

Daneben bringt der Entwässerungskanal in Verbindung mit der Druckausgleichs-Querbohrung 29 auch noch den Vorteil mit sich, daß bei Zapfarmaturen, bei welchen in der reinen Kaltwasserzapfstellung dennoch eine geringe Kaltwassermenge zum Wasserbehälter 1 strömt, diese Kaltwassermenge als Bypaßwasser durch die Querbohrung 29 abströmt, ohne die Hubventilvorrichtung 8,9 zu betätigen und in den Wasserbehälter 1 einzufließen. Dabei verhindert das zwischen dem im Wasserbehälter 1 liegenden Ende 42 des Überlaufrohres 5 und der Einmündung des Entwässerungskanals 20 in das Überlaufrohr 5 angeordnete Rückschlagventil 6 das Einfließen des Bypaßwassers in den Wasserbehälter 1. Dadurch wird der Freiraum 41 auch in diesem Betriebsfall nicht aufgefüllt. Das Rückschlagventil 6 öffnet nur, wenn Wasser bei geschlossener Luftventileinrichtung 38, 39 aus dem Wasserbehälter 1 herausgedrückt wird; es öffnet also in Strömungsrichtung vom Wasserbehälter 1 weg. Damit bei Anwendung eines schnell schließenden Kaltwasser- Zulaufventils und sich dann vergrößerndem Freiraum 41 infolge einer beim vorangegangenen Zapfvorgang aufgetretenen Komprimierung der Luft im Freiraum kein ruckartiges Entweichen der Luft eintritt, wird zweckmäßig in der Verlängerung 42 des Warmwasserüberlaufs 5 z. B. ein Schlitz 42a vorgesehen, der vom freien unteren Ende aus nach oben verläuft oder eine kleine Öffnung am höchsten Punkt der Verlängerung. Sinkt der Flüssigkeitsspiegel unter die Schlitzoberkante 42b bzw. die Öffnung, dann entweicht die noch komprimierte Luft relativ langsam durch den Schlitz 42a und führt nicht zu einem verpuffungsartigen Anstoß eines Luft-Wassergemisches, sondern gebremst in einzelnen Luftblasen durch den Warmwasserüberlauf 5. Das Hubventilelement 9 verschließt in keiner Stellung den Entwässerungskanal. Die Luftventileinrichtung 38, 39 öffnet jeweils beim Absenken der Dichtungsplatte 33 und läßt Außenluft in den Freiraum 41 nachströmen.

Claims (10)

1. Offener Warmwasserspeicher mit einer Warmwasserzapfstelle und einem Wasserbehälter (1) mit einem Warmwasserüberlauf (5) und einer Einrichtung zum Verändern des Wasserbehälter-Volumens, die aus einer Hubventilvorrichtung (8, 9) mit Kaltwasserzulauf (7) und Kaltwasserzuführungsrohr (30) und einer von dieser betätigbaren bodenseitigen Hubeinrichtung (31, 33) besteht, wobei mit Öffnen der Warmwasserzapfstelle durch die bodenseitige Hubeinrichtung (31, 33) eine Wasserverdrängung aus dem Wasserbehälter (1) über den Warmwasserüberlauf (5) erfolgt und nach Schließen dieser durch Zurückgehen der Hubeinrichtung (31, 33) ein Wasserfreiraum (41) im Wasserbehälter (1) eingestellt wird, und das Kaltwasserzuführungsrohr der Hubventilvorrichtung (8, 9) als Verbindungselement zwischen dieser und der bodenseitigen Hubeinrichtung (31, 33) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Warmwasserzutrittsöffnung (43) zum Warmwasserüberlauf (5) unterhalb des den Wasserfreiraum (41) im Wasserbehälter (1) begrenzenden Wasserstandes gelegt bzw. angeordnet ist.

2. Warmwasserspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Warmwasserüberlauf (5) mit einer Verlängerung (42) versehen ist, die unterhalb des den Wasserfreiraum (41) im Wasserbehälter (1) begrenzenden Wasserstandes endet.

3. Warmwasserspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hubventilgehäuse (8) bzw. der Kolbenraum (15) der Hubventilvorrichtung (9) über einen Entwässerungskanal (20) mit dem Warmwasserüberlauf (5) in Verbindung gebracht ist.

4. Warmwasserspeicher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenraum (15) des Hubventilgehäuses (8) über eine Druckausgleichsbohrung (29) mit dem Ventilkolben-Stauraum (16) der Hubventileinrichtung (9) in Verbindung gebracht ist.

5. Warmwasserspeicher nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubventilvorrichtung (9) aus einem rohrartigen Kolben (13) besteht, der durch einen oberhalb seiner mit dem Ventilkolben-Staumraum (16) in Verbindung bringbaren Kaltwasserzulauf-Querkanalbohrung (21) ausgebildeten Quersteg (26) in zwei voneinander getrennte Rohrabschnitte (27, 28) unterteilt ist.

6. Warmwasserspeicher nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß an der Deckenseite des Wasserbehälters (1) eine Luftventileinrichtung (38, 39) für den Wasserbehälter-Wasserfreiraum (41) vorgesehen ist.

7. Warmwasserspeicher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zugang zum Entwässerungskanal (20) in der Endstellung der Hubventilvorrichtung (9) durch diese verschlossen ist.

8. Warmwasserspeicher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zum Verschließen des Entwässerungskanals (20) ein Dichtkörper (14, 44) der Hubventilvorrichtung (9) dient.

9. Warmwasserspeicher nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß in der Mantelfläche der nach unten gerichteten Verlängerung (42) des Warmwasserüberlaufs (5) eine kleine Öffnung oder ein Schlitz (42a) vorgesehen ist, der vom freien unteren Ende nach oben verläuft.

10. Warmwasserspeicher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz (42a) zum höchsten Punkt der Verlängerung (42) führt.