DE19633236A1 - Hot water accumulator, partic. for user water heating in central heating installation - Google Patents
Hot water accumulator, partic. for user water heating in central heating installationInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung geht aus von einem Warmwasser-Speicher und von einem Ausdehnungsgefäß nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.The invention is based on a hot water tank and an expansion vessel according to the genus of the independent Expectations.
Bei bekannten Speichern (DE-OS-37 14 596) ist ein als Rohrschlange ausgebildeter Wärmeübertrager mit Anschlüssen für ein Leitungsnetz im Speicher für die Brauchwasserbereitung vorgesehen. Darüber hinaus kann der Speicher über entsprechende Anschlüsse mit einem Heizungsnetz verbunden werden, über das die Wärmeenergie auf die im Speicher angeordnete Rohrschlange übertragen wird. Über die am Wärmeübertrager angebrachten Anschlüsse wird das Brauchwasser entnommen. Um bei den Speichern der genannten Art Brauchwasser ohne nennenswerte Verzögerung mit der gewünschten Temperatur in ausreichender Menge zapfen zu können, ist eine entsprechende Dimensionierung des Speichers bzw. des Wärmeübertragers notwendig.In known memories (DE-OS-37 14 596) is a heat exchanger designed as a coil Connections for a line network in the memory for the Domestic water preparation provided. In addition, the Storage via corresponding connections with a Heating network can be connected via which the thermal energy the pipe coil arranged in the memory is transmitted. This is done via the connections on the heat exchanger Tap water removed. To save the above Type of hot water without any significant delay with the tap the desired temperature in sufficient quantity is a corresponding dimensioning of the memory or the heat exchanger necessary.
Weiterhin sind Heizungsanlagen mit Brauchwasserbereitung bekannt (AT-PS 2489/90), bei denen ein Ausdehnungsgefäß für die Heizungsanlage innerhalb des Primärkreises eines Sekundärwärmetauschers liegt. Der für die Brauchwasserbereitung vorgesehene Wärmeübertrager und das Ausdehnungsgefäß sind dabei räumlich voneinander getrennt angeordnet.There are also heating systems with hot water known (AT-PS 2489/90), in which an expansion vessel for the heating system within the primary circuit Secondary heat exchanger is. The one for the Domestic water preparation provided heat exchanger and that Expansion vessels are spatially separated from each other arranged.
Die erfindungsgemäße Anordnung hat den Vorteil, daß die Effektivität und Geschwindigkeit des Wärmeaustausches zwischen dem Heizmedium und dem Brauchwasser gesteigert ist, was sich positiv auf das Leistungs/Volumen-Verhältnis des Speichers, beziehungsweise des gesamten Heizgeräts auswirkt. Damit wird eine Verbesserung des Brauchwasserkomforts ohne nennenswerte Volumenvergrößerung des Heizgeräts erreicht.The arrangement according to the invention has the advantage that the Effectiveness and speed of heat exchange between the heating medium and the hot water is increased, which positively affects the performance / volume ratio of the Storage, or the entire heater affects. This will improve the convenience of hot water without appreciable increase in volume of the heater reached.
Wenn die zur Rohrschlange koaxial verlaufende Leitung im Querschnitt kreisförmig ausgebildet ist und sich im wesentlichen über die gesamte Länge der Rohrschlange erstreckt, ist eine effektive Wärmeübertragung vom im Koaxialrohr strömenden Heizwasser auf das in der Rohrschlange fließende Brauchwasser möglich.If the pipe coaxial to the pipe coil in Cross section is circular and in essentially over the entire length of the coil extends effective heat transfer from the im Heating water flowing into the coaxial pipe Pipe coil flowing hot water possible.
Über eine Manschette wird auf einfache Art und Weise das mit dem Rücklaufanschluß verbundene Ende der koaxialen Leitung von der Rohrschlange abgezweigt. Ein Wärmeübertrager mit koaxialer Leitung arbeitet in vorteilhafter Weise nach dem Gegenstromprinzip, da dieses Prinzip die wärmetechnisch vorteilhafteste Variante ist. Da die koaxiale Leitung nur als Strömungsführung dient und zwischen dem innerhalb und außerhalb der koaxialen Leitung fließenden Heizwasser nur geringe Druckunterschiede bestehen, ist es vorteilhaft, die koaxiale Leitung und die Manschette aus kostengünstigem Kunststoff herzustellen. With a cuff this is easily done with end of the coaxial line connected to the return connection branched off the coil. A heat exchanger with coaxial line works advantageously according to the Counterflow principle, since this principle is the thermal is the most advantageous variant. Because the coaxial line only serves as a flow guide and between the inside and heating water flowing outside the coaxial line only there are small pressure differences, it is advantageous to coaxial line and the cuff from inexpensive To manufacture plastic.
Die Rohrschlange ist durch Rippen von der koaxialen Leitung beabstandet. Rippen und Rohrschlange sind in vorteilhafter Weise einteilig herstellbar und bestehen beide aus einem Material mit hohem Wärmeleitkoeffizienten. Dadurch wird die Wärmeübertragung vom Heiz- auf das Brauchwasser in vorteilhafter Weise weiter erhöht.The coil is ripped from the coaxial line spaced. Ribs and coil are more advantageous Can be made in one piece and both consist of one Material with a high coefficient of thermal conductivity. This will make the Heat transfer from heating to domestic water in advantageously further increased.
Gegenstand der Erfindung ist es weiterhin, das Ausdehnungsgefäß für eine Heizungsanlage als Wärmeübertrager zur Brauchwasserbereitung weiterzubilden. Diese erfindungsgemäße Anordnung hat den Vorteil, daß durch die Funktionsintegration Ausdehnungsgefäß - Wärmeübertrager für die Brauchwasserbereitung erhebliche Kosteneinsparungen erzielt werden. Es wird für beide Funktionen nur noch ein druckfestes, das Heizwasser aufnehmende Gehäuse benötigt. Gleichzeitig trägt diese Integration wesentlich zu einer kompakten Bauweise eines Heizgeräts für Raumheizung und Brauchwassererwärmung bei.The object of the invention is also that Expansion vessel for a heating system as a heat exchanger further training for the preparation of domestic water. This The arrangement according to the invention has the advantage that Functional integration of the expansion vessel - heat exchanger for domestic water heating considerable cost savings be achieved. There will only be one for both functions pressure-resistant housing that absorbs heating water. At the same time, this integration contributes significantly to one compact design of a heater for space heating and Domestic water heating at.
Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung unter Angabe weiterer Vorteile näher erläutert. Es zeigenAn embodiment is shown in the drawing and in the description below, with further details Advantages explained in more detail. Show it
Fig. 1 einen in einem Heizkreislauf angeordneten Speicher in vereinfachter Form, Fig. 2 eine vergrößerte Teildarstellung des Speichers im Schnitt, Fig. 3 eine Seitenansicht des Speichers und Fig. 4, 5, 6, 7 und 8 Schnittdarstellungen von koaxialen Leitungen. Fig. 1 a arranged in a heating circuit memory in a simplified form, Fig. 2 is an enlarged partial view of the memory in section, Fig. 3 is a side view of the accumulator, and Fig. 4, 5, 6, 7 and 8 are sectional views of coaxial cables.
Fig. 1 zeigt einen Speicher 10 für die Brauchwassererwärmung in einem Heizwasser führenden Leitungssystem 12, 14 eines Heizgerätes. Ein im Leitungssystem 12, 14 angeordneter und durch einen Brenner 15 von Verbrennungsgasen beaufschlagter Primärwärmeübertrager 16 versorgt den Speicher 10 über den Vorlaufabschnitt 12 dieses Leitungssystems und über einen Vorlaufanschluß 12a des Speichers 10 mit Heizwasser für die Brauchwassererwärmung. Der Rücklaufabschnitt 14 des Leitungssystems führt von einem Rücklaufanschluß 14a des Speichers 10 über ein Dreiwegeventil 18 und eine Heizwasserpumpe 20 zum Primärwärmeübertrager 16 zurück. Dabei geben die durchgezogen dargestellten Pfeile die Strömungsrichtung des Heizwassers an. Das Dreiwegeventil 18 ermöglicht die Versorgung eines mit Vor- und Rücklaufanschlüssen 22, 24 angedeuteten Heizungssystems mit Heizungswasser durch dieselbe Wärmequelle. Fig. 1 shows a memory 10 for domestic water heating in a heating water-carrying pipe system 12 , 14 of a heater. A arranged in the line system 12 , 14 and charged by a burner 15 of combustion gases primary heat exchanger 16 supplies the memory 10 via the flow section 12 of this line system and via a flow connection 12 a of the memory 10 with heating water for domestic water heating. The return section 14 of the line system leads from a return connection 14 a of the memory 10 via a three-way valve 18 and a heating water pump 20 to the primary heat exchanger 16 . The arrows shown in solid lines indicate the flow direction of the heating water. The three-way valve 18 makes it possible to supply a heating system indicated with supply and return connections 22 , 24 with heating water by the same heat source.
Im Innern des Speichers 10 sind die als Rohrschlange ausgebildeten Übertragungsflächen eines Wärmeübertragers 26 angeordnet, der über einen Anschluß 28 mit einem Kaltwasser-Zulauf verbunden ist. Durch einen Warmwasser-Anschluß 30 am anderen Ende der Rohrschlange 26 kann warmes Brauchwasser entnommen werden. Die gestrichelt dargestellten Pfeile geben die Strömungsrichtung des Brauchwassers an.In the interior of the store 10 , the transfer surfaces of a heat exchanger 26 , which are designed as a coil, are arranged, which are connected via a connection 28 to a cold water inlet. Through a hot water connection 30 at the other end of the coil 26 , hot process water can be removed. The arrows shown in broken lines indicate the direction of flow of the process water.
Der Speicher 10 wird durch ein an sich bekanntes Verfahren mit Heizwasser geladen. Ein im Speicher 10 angeordneter, nicht dargestellter Temperaturfühler mißt die Temperatur des Heizwassers im Speicher, der dann mit Heizwasser durch den Primärwärmeübertrager 16 und durch das heizwasserführende Leitungssystem 12, 14 nachgeladen wird, wenn die Temperatur des Heizwassers unter einen bestimmten Wert sinkt.The memory 10 is loaded with heating water by a method known per se. A temperature sensor, not shown, arranged in the memory 10 measures the temperature of the heating water in the memory, which is then recharged with heating water through the primary heat exchanger 16 and through the heating water-carrying pipe system 12 , 14 when the temperature of the heating water drops below a certain value.
Um den Wirkungsgrad der Wärmeübertragung vom Heizwasser auf das in der Rohrschlange 26 fließende Brauchwasser zu erhöhen, verläuft eine Leitung 32 koaxial zu der im Speicher 10 liegenden Rohrschlange 26. Dabei ist das eine Ende der koaxialen Leitung 32 als im Speicher 10 liegendes offenes Ende 34 ausgebildet, während das andere Ende 36 mit dem Rücklaufabschnitt 14 des Heizwasser führenden Leitungssystems 12, 14 verbunden ist. Die koaxiale Leitung 32 ist dabei ebenso wie die Rohrschlange 26 im Querschnitt kreisförmig ausgebildet und erstreckt sich im wesentlichen über die gesamte Länge der Rohrschlange 26. Die Rohrschlange 26 und die koaxiale Leitung 32 sind im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 als einfache Windung ausgebildet, wobei sich diese im wesentlichen entlang einer Innenwand 38 des Speichers 10 erstreckt.In order to increase the efficiency of the heat transfer from the heating water to the process water flowing in the coil 26 , a line 32 runs coaxially with the coil 26 lying in the store 10 . One end of the coaxial line 32 is designed as an open end 34 located in the reservoir 10 , while the other end 36 is connected to the return section 14 of the line system 12 , 14 carrying heating water. The coaxial line 32 , like the coil 26, is circular in cross section and extends essentially over the entire length of the coil 26 . In the exemplary embodiment according to FIG. 1, the pipe coil 26 and the coaxial line 32 are designed as a single turn, which extends essentially along an inner wall 38 of the store 10 .
Wie in der Fig. 2 deutlicher dargestellt, weist der mit dem Ende 36 der koaxialen Leitung 32 verbundene Rücklauf-Anschluß 14a eine Manschette 40 mit Anschlußstutzen 42, 44 auf. Der Anschlußstutzen 42 greift mit einer Innenwand 46 über eine Außenwand 48 der koaxialen Leitung 32, während der nach außen durch eine Öffnung 50 im Speicher 10 geführte Anschlußstutzen 44 mit einer Außenwand 52 gegenüber einer Innenwand 54 einer zum Rücklaufanschluß 14a gehörenden Muffe 56 abgeschlossen ist. Über die Muffe 56 wird die Verbindung mit dem Rücklaufabschnitt 14 des Leitungssystems 12, 14 hergestellt. Die Manschette 40 weist darüber hinaus eine Öffnung 58 auf, durch die die Rohrschlange 26 zum Kaltwasser-Anschluß 28 geführt ist.As shown more clearly in FIG. 2, the return connection 14 a connected to the end 36 of the coaxial line 32 has a sleeve 40 with connecting pieces 42 , 44 . The connecting piece 42 engages with an inner wall 46 via an outer wall 48 of the coaxial line 32 , while the connecting piece 44 guided to the outside through an opening 50 in the accumulator 10 is closed with an outer wall 52 relative to an inner wall 54 of a sleeve 56 belonging to the return connection 14 a. The connection to the return section 14 of the line system 12 , 14 is established via the sleeve 56 . The sleeve 40 also has an opening 58 through which the coil 26 is guided to the cold water connection 28 .
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist die im Speicher 10 angeordnete Rohrschlange 26 und die koaxiale Leitung 32 als Doppelwendel mit zwei Windungen ausgebildet, wodurch die Wärmeübertragungsfläche, gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel vergrößert ist.In the exemplary embodiment according to FIG. 3, the pipe coil 26 arranged in the accumulator 10 and the coaxial line 32 are designed as double coils with two turns, as a result of which the heat transfer area is enlarged compared to the first exemplary embodiment.
Der Speicher 10 ist weiterhin mit einer als elastischer Membran 60 ausgebildeten Zwischenwand versehen, die eine das Heizwasser führende Gehäusehälfte 62 von einer ein Gasvolumen aufnehmenden Gehäusehälfte 64 trennt. Dabei weisen beide Gehäusehälften 62, 64 an ihren Enden umlaufende Kragen 66, 68 auf, zwischen denen die Membran 60 mit Hilfe einer Ringwulst 70 eingespannt ist. Der sich zwischen Membran 60 und der Gehäusehälfte 64 ausbildende Raum ist mit Stickstoff gefüllt, der ein Druckpolster aufbaut. Die Gehäusehälfte 62 ist weiterhin mit einem Anschlußstutzen 72 für einen Schnellentlüfter versehen, durch den im Heizwasser befindlicher Sauerstoff ausgeschieden werden kann.The memory 10 is further provided with an intermediate wall designed as an elastic membrane 60 , which separates a housing half 62 which carries the heating water from a housing half 64 which holds a gas volume. Both housing halves 62 , 64 have at their ends circumferential collars 66 , 68 , between which the membrane 60 is clamped by means of an annular bead 70 . The space that forms between the membrane 60 and the housing half 64 is filled with nitrogen, which builds up a pressure cushion. The housing half 62 is further provided with a connecting piece 72 for a quick vent, through which oxygen in the heating water can be excreted.
Durch diese Merkmale ist es möglich, die im Speicher 10, oder, wenn der Speicher 10 in einem Heizungsnetz integriert ist, die im Heizungsnetz auftretenden Volumenänderungen aufgrund von Temperaturschwankungen zu kompensieren. Der dann gleichzeitig als Ausdehnungsgefäß ausgebildete Speicher 10 trägt zu einer besonders kompakten Bauweise eines Heizgeräts bei.These features make it possible to compensate for the volume changes occurring in the heating network due to temperature fluctuations in the memory 10 or, if the memory 10 is integrated in a heating network. The memory 10 , which is then simultaneously designed as an expansion vessel, contributes to a particularly compact design of a heater.
Der Speicher 10 arbeitet auf folgende Art und Weise:
Bei Brauchwasserentnahme über die Rohrschlange 26 wird
gleichzeitig durch die im Rücklaufabschnitt 14 angeordnete
Heizwasserpumpe 20 im Speicher 10 befindliches Heizwasser
durch das offene Ende 34 der koaxialen Leitung 32 gefördert,
wobei ein erhöhter Wärmeaustausch zwischen dem in der
koaxialen Leitung 32 geförderten Heizungswasser und dem in
der Rohrschlange 26 fließenden Brauchwasser stattfindet.The memory 10 operates in the following way:
When hot water is withdrawn via the coil 26 , the heating water pump 20 located in the return section 14 in the reservoir 10 conveys heating water through the open end 34 of the coaxial line 32 , with an increased heat exchange between the heating water conveyed in the coaxial line 32 and that in the coil 26 flowing hot water takes place.
Der Wärmeaustausch findet im Gegenstromprinzip statt, d. h. der Kaltwasseranschluß 28 und der Warmwasseranschluß 30 der Rohrschlange 26 sind so gewählt, daß in der Rohrschlange 26 fließendes Brauchwasser entgegengesetzt zu dem in der koaxialen Leitung 32 geförderten Heizwasser fließt, wodurch der Wärmeübertragungsfaktor weiter verbessert wird. Im Gegensatz zum Gleichstromprinzip kann die Endtemperatur des in der Rohrschlange 26 fließenden Brauchwassers über die Endtemperatur des in der koaxialen Leitung 32 fließenden und sich abkühlenden Heizwassers gesteigert werden.The heat exchange takes place in the countercurrent principle, ie the cold water connection 28 and the hot water connection 30 of the coil 26 are selected so that the hot water flowing in the coil 26 flows in the opposite direction to the heating water conveyed in the coaxial line 32 , which further improves the heat transfer factor. In contrast to the direct current principle, the end temperature of the process water flowing in the coil 26 can be increased above the end temperature of the heating water flowing and cooling in the coaxial line 32 .
Da die Rohrschlange 26 mit einem unter Druck stehenden Leitungsnetz verbunden ist und als Wärmeübertrager fungiert, muß sie einerseits druckbeständig sein und andererseits aus einem Material bestehen, daß eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweist; daher wird als Material für die Rohrschlange 26 vorzugsweise Kupfer verwendet. Da die koaxiale Leitung 32 und die Manschette 40 nur als Strömungsführung für das Heizwasser dienen, sind beide aus Kunststoff herstellbar.Since the pipe coil 26 is connected to a pressurized line network and acts as a heat exchanger, it must be pressure-resistant on the one hand and on the other hand made of a material that has good thermal conductivity; therefore, copper is preferably used as the material for the pipe coil 26 . Since the coaxial line 32 and the sleeve 40 only serve as flow guides for the heating water, both can be produced from plastic.
Um die koaxiale Leitung 32 von der Rohrschlange 26 zu beabstanden, sind zwischen beiden längs verlaufende Stege 58 angeordnet, die, wie die Fig. 4-8 zeigen, unterschiedlich ausbildbar sind. Fig. 4 zeigt eine erste Ausführungsform von Stegen 58, die durch ein einziges Fertigungsverfahren gleichzeitig mit der Herstellung der Rohrschlange 26 aus dem Rohrschlangenmaterial herstellbar sind. In Fig. 5 sind die koaxiale Leitung 32 und die Stege 58 einteilig hergestellt, in Fig. 6 sind sowohl koaxiale Leitung 32, Stege 58 und Rohrschlange 26 einteilig ausgebildet. Fig. 7 und Fig. 8 zeigen eine vierte und fünfte Ausführungsform von Stegen 58, die in der Anordnung modifiziert sind, aber von der Fertigung wie die ersten drei Ausführungsformen herstellbar sind.In order to space the coaxial line 32 from the pipe coil 26 , longitudinal webs 58 are arranged between the two and, as shown in FIGS . 4-8, can be configured differently. FIG. 4 shows a first embodiment of webs 58 , which can be produced from the pipe coil material simultaneously with the production of the pipe coil 26 by means of a single production process. In Fig. 5, the coaxial line 32 and the webs 58 are made in one piece, in Fig. 6, both the coaxial line 32 , webs 58 and coil 26 are made in one piece. Fig. 7 and Fig. 8 show a fourth and fifth embodiment of webs 58, which are modified in arrangement but can be produced from the production as the first three embodiments.
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