DE19903442A1 - Warmwasserspeicher - Google Patents

Abstract

Ein Warmwasserspeicher mit einem wärmeisolierten geschlossenen Speicherbehälter mit einem Kaltbrauchwasserzulauf in seinem unteren Bereich und einem Warmbrauchwasserablauf in seinem oberen Bereich, mit einem im Behälter stehend angeordneten rohrförmigen Element, das mit Abstand zum Behälterboden und zum Behälterdeckel angeordnet ist, und mit einer außenseitig um das rohrförmige Element angeordneten Heizspirale mit aus dem Speicherbehälter geführtem Heizmediumzu- und -ablauf, soll so weiterentwickelt werden, daß er als Durchlauferhitzer betrieben werden kann und gleichzeitig in der Lage ist, Überschußwärme aus vorzugsweise solaren Wärmeerzeugeranlagen für einen späteren Abruf zu speichern. DOLLAR A Dies wird dadurch erreicht, daß sich das rohrförmige Element (3) mit der Heizspirale (6) nur im unteren Bereich des Behälters (2) erstreckt und wenigstens oberhalb des rohrförmigen Elementes (3) eine vom Brauchwasser durchströmte Brauchwasserheizspirale (9) angeordnet ist, die direkt mit dem Kaltbrauchwasserzulauf (10) und dem Warmbrauchwasserablauf (11) verbunden ist und mit einem im Behälter (2) aufgenommenen, von der Heizspirale (6) erwärmten flüssigen Wärmeträger (12) im indirekten Wärmeaustausch steht.

Description

Die Erfindung betrifft einen Warmwasserspeicher mit einem wärmeisolierten geschlossenen Speicherbehälter mit einem Kaltbrauchwasserzulauf in seinem unteren Bereich und einem Warmbrauchwasserablauf in seinem oberen Bereich, mit einem im Behälter stehend angeordneten rohrförmigen Element, das mit Abstand zum Behälterboden und zum Behälterdeckel ange­ ordnet ist, und mit einer außenseitig um das rohrförmige Element angeordneten Heizspirale mit aus dem Speicherbehäl­ ter geführtem Heizmediumzu- und -ablauf.

Bei herkömmlichen, indirekt beheizten Warmwasserspeichern, die mit flüssigen Heizmedien beheizt werden, bildet das auf­ zuheizende Brauchwasser den Inhalt des Warmwasserspeichers, während das Heizmedium in eine Heizspirale geführt wird. Ob­ wohl die Speicherung von erwärmtem Wasser die Gefahr von Bakterienbildung in sich birgt und damit nicht ohne hygieni­ sche Risiken ist, werden Warmwasserspeicher nicht als Durch­ lauferhitzer ausgebildet, da allgemein die Befürchtung be­ steht, daß die spezifische Wärmeleistung derartiger Systeme nicht ausreicht, um die erforderliche Brauchwassermenge auf die gewünschte Temperatur aufzuheizen.

Wenn Warmwasserbereiter als Durchlauferhitzer betrieben wer­ den sollen, werden sie ausschließlich elektrisch- oder gas­ beheizt. Darüber hinaus besteht bei Durchlauferhitzern das Bestreben, mit einer hohen spezifischen Heizleistung ein geringes Brauchwasservolumen aufzuheizen. Damit kann ein solcher Durchlauferhitzer nicht als Pufferspeicher verwendet werden.

Zur Erhöhung des Wirkungsgrades werden Warmwasserspeicher als Schichtenspeicher ausgebildet. Es sind Konstruktionen bekannt, bei denen die Heizspirale innerhalb eines rohrförmigen Körpers angeordnet ist, der seinerseits stehend im Speicher angeordnet ist. Wenn die von der Wärmequelle gelieferte Vorlauftemperatur relativ niedrig ist, ist die Heizleistung des Warmwasserspeichers unbefriedigend, da das oben liegende warme Wasser den Aufstieg des geringer erwärm­ ten Wassers verhindert. Damit bricht die Strömung in dem mittig angeordneten rohrförmigen Körper ab und die Heiz­ spirale verliert deutlich an Leistung. Um diesen Nachteil zu kompensieren, wird bei einer aus DE-43 01 723-A1 bekannten Lösung der rohrförmige Körper mit aufwendigen Rückschlagven­ tilklappen-Konstruktionen versehen. Die Klappen sind in ver­ schiedenen Höhen des rohrförmigen Körpers angeordnet und ermöglichen somit einen Wärmeaustausch in unterschiedlichen Höhenlagen und unterschiedlichen Temperaturbereichen. Dieser bekannte Warmwasserspeicher arbeitet nicht als Durchlauf­ erhitzer, sondern das aufzuheizende Brauchwasser bildet den Inhalt des Warmwasserspeichers und das Heizmedium wird in der bzw. den Heizspirale(n) geführt.

Ein gattungsgemäßer Warmwasserspeicher ist aus DE-197 24 805-A1 bekannt. Bei diesem Warmwasserspeicher ist die Heizspirale, die vom Heizmedium durchströmt wird, außerhalb eines rohrförmigen Elementes und dieses umgebend angeordnet. Das rohrförmige Element befindet sich dabei in unmittelbarer Nähe der Wärmequelle und erstreckt sich an­ nähernd über die gesamte Höhe des Warmwasserspeichers, um mit dem Boden bzw. Deckel des Speicherbehälters Zu- und Ab­ strömspalte zu bilden. Durch den Zuströmspalt am Boden ge­ langt das aufzuwärmende Brauchwasser in den Ringspalt, der durch die Außenwand des Behälters und das rohrförmige Ele­ ment gebildet wird und in dem die Heizspirale angeordnet ist. Durch die Konvektion in dem Ringspalt entsteht eine re­ lativ hohe Strömungsgeschwindigkeit, die einen guten Wärme­ übergang ergibt. Das warme Brauchwasser gelangt durch den Abströmspalt in den oberen Bereich des Warmwasserspeichers. Auch dieser Warmwasserspeicher arbeitet nicht als Durchlauf­ erhitzer.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen gattungsgemäßen Warmwas­ serspeicher, der durch wenigstens ein flüssiges Heizmedium indirekt beheizt wird, so weiterzuentwickeln, daß er als Durchlauferhitzer betrieben werden kann und gleichzeitig in der Lage ist, Überschußwärme aus vorzugsweise solaren Wärme­ erzeugeranlagen für einen späteren Abruf zu speichern.

Diese Aufgabe wird bei einem Warmwasserspeicher der eingangs bezeichneten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sich das rohrförmige Element mit der Heizspirale nur im unteren Bereich des Behälters erstreckt und wenigstens oberhalb des rohrförmigen Elementes eine vom Brauchwasser durchströmte Brauchwasserheizspirale angeordnet ist, die direkt mit dem Kaltbrauchwasserzulauf und dem Warmbrauchwasserablauf verbunden ist und mit einem im Behälter aufgenommenen, von der Heizspirale erwärmten flüssigen Wärmeträger im indirek­ ten Wärmeaustausch steht.

Es steht somit ein Warmwasserspeicher zur Verfügung, der so­ wohl in der Lage ist, Überschußwärme zu speichern als auch Brauchwasser im Durchlaufprinzip zu erwärmen. Dabei ist der Warmwasserspeicher in seinem unteren Bereich als Schichten­ speicher ausgebildet, wobei Speicherinhalt nicht das Brauch­ wasser selbst, sondern ein flüssiger Wärmeträger, beispiels­ weise ebenfalls Wasser, ist. Dieser flüssige Wärmeträger wird in dem schmalen Ringraum zwischen dem rohrförmigen Ele­ ment und der Behälterwandung von dem durch die Heizspirale strömenden Heizmedium erwärmt. Durch diese Anordnung ergibt sich ein schneller Wärmeübergang, mit der eine vergleichsweise geringe Wassermenge auf ein hohes Wärmepo­ tential trifft. Daraus ergibt sich eine rasche Aufheizung des Wärmeträgers, was zur Erwärmung des Brauchwassers dient, welches durch die Brauchwasserheizspirale strömt. Die Erwär­ mung des Brauchwassers erfolgt somit im Durchlaufprinzip im indirekten Wärmeaustausch mit dem flüssigen Wärmeträger.

In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß sich die Brauchwasserheizspirale bis in das Innere des rohrförmigen Elementes erstreckt. Auf diese Weise wird eine zusätzliche Vorwärmung des Brauchwassers erreicht, welche die Leistungsfähigkeit des Brauchwassererhitzers deutlich verbessert. Gleichzeitig wird die Austrittstempera­ tur am Rücklauf der Heizspirale (beispielsweise am Rücklauf des Solarkreislaufes) herabgesetzt, was den Wirkungsgrad der Solaranlage deutlich verbessert.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist vorgesehen, daß zusätzliche Zu- und Abläufe für flüssige Wärmeträger vorge­ sehen sind, die in direktem Wärmeaustausch mit dem im Behäl­ ter aufgenommenen Wärmeträger stehen. Auf diese Weise ist es möglich, parallel als weitere Wärmequelle andere Heizein­ richtungen, wie beispielsweise durch fossile Brennstoffe be­ heizte Kesselanlagen, Wärmepumpenanlagen usw. einzusetzen. Da das Brauchwasser selbst nur in der Brauchwasserheizspira­ le zirkuliert, kann die Wärme aus einer solchen Zusatzhei­ zung durch unmittelbaren Wärmeaustausch eingebracht werden, d. h. der flüssige Wärmeträger, der in einer weiteren Wärme­ quelle aufgeheizt wird, gelangt direkt in den Warmwasser­ speicher ohne Zwischenschaltung eines Wärmeaustauschers und vermischt sich dort mit dem Wärmeträger im Speicher. Dies erhöht zum einen den Wirkungsgrad und es senkt zum anderen die Kosten des Warmwasserspeichers.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung bei­ spielsweise näher erläutert. Diese zeigt in der einzigen Figur in einem Längsschnitt einen erfindungsgemäßen Warm­ wasserspeicher.

Ein erfindungsgemäßer Warmwasserspeicher ist in der Zeich­ nung allgemein mit 1 bezeichnet. Dieser Warmwasserspeicher weist einen wärmeisolierten geschlossenen Speicherbehälter 2 auf. In diesem Behälter 2 befindet sich ein stehend angeord­ netes rohrförmiges Element 3, und zwar mit Abstand zum Be­ hälterboden 4 und mit deutlichem Abstand zum Behälterdeckel 5. Dieses rohrförmige Element 3 ist außenseitig von einer Heizspirale 6 umgeben, die mit einem aus dem Speicherbehäl­ ter 2 geführten Heizmediumzulauf 7 und Heizmediumablauf 8 verbunden ist.

Erkennbar erstreckt sich dabei das rohrförmige Element 3 nur im unteren Bereich des Speicherbehälters 2 und wenigstens oberhalb desselben ist eine vom Brauchwasser durchströmte Brauchwasserheizspirale 9 angeordnet, die direkt mit einem Kaltbrauchwasserzulauf 10 und einem Warmbrauchwasserablauf 11 verbunden ist. Diese Brauchwasserheizspirale 9 kann sich vorzugsweise auch bis in das Innere des rohrförmigen Elemen­ tes 3 erstrecken, dieser Bereich der Brauchwasserheizspirale ist mit 9a bezeichnet.

Im Speicherbehälter 2 ist ein flüssiger Wärmeträger 12 auf­ genommen, bei dem es sich beispielsweise um Wasser handeln kann. Mit diesem flüssigen Wärmeträger 12, der von der Heiz­ spirale 6 erwärmt wird, steht die Brauchwasserheizspirale 9, 9a im indirekten Wärmeaustausch.

Der flüssige Wärmeträger 12 kann in direktem Wärmeaustausch mit weiteren flüssigen Wärmeträgern, vorzugsweise ebenfalls Wasser, stehen, die über zusätzliche Zu- und Abläufe für flüssige Wärmeträger in den Behälter 2 einleitbar sind. Sol­ che Zuläufe sind mit den Bezugszeichen 13 und 14 bezeichnet, die entsprechenden Rückläufe mit den Bezugszeichen 15 und 16. Zudem ist noch ein weiterer Rücklauf 17 angedeutet.

Erkennbar ist der Warmwasserspeicher 1 in der Lage, sowohl Überschußwärme zu speichern als auch Brauchwasser im Durch­ laufprinzip zu erwärmen. Der Warmwasserspeicher 1 ist dabei in seinem unteren. Bereich (Bereich des rohrförmigen Elemen­ tes 3) als Schichtenspeicher ausgebildet, wobei der Spei­ cherinhalt nicht das Brauchwasser selbst ist, das im Durch­ flußprinzip durch die Brauchwasserheizspirale 9 bzw. 9a strömt, sondern der flüssige Wärmeträger 12. Dieser wird in dem schmalen Ringraum zwischen dem rohrförmigen Element 3 und der Wandung des Behälters 2 von dem durch die Heizspira­ le 3 strömenden Heizmedium erwärmt. Durch diese Anordnung ergibt sich ein schneller Wärmeübergang, mit dem eine ver­ gleichsweise geringe Wassermenge auf ein hohes Wärmepoten­ tial trifft. Daraus ergibt sich eine rasche Aufheizung des Wärmeträgers 12, was zur Erwärmung des Brauchwassers dient, welches durch die Brauchwasserheizspirale 9, 9a strömt. Die Erwärmung des Brauchwassers erfolgt somit im Durchlaufprin­ zip im indirekten Wärmeaustausch mit dem flüssigen Wärmeträ­ ger 12. Durch den Bereich 9a der Brauchwasserheizspirale 9 ergibt sich eine zusätzliche Vorwärmung des Brauchwassers, welche die Leistungsfähigkeit des Brauchwassererhitzers deutlich verbessert. Gleichzeitig wird die Austrittstempera­ tur am Heizmediumablauf 8 herabgesetzt, was den Wirkungsgrad deutlich verbessert.

Durch die zusätzlichen Zu- und Abläufe 13, 14, 15, 16 ist es möglich, parallel als weitere Wärmequelle andere Heizein­ richtungen, wie beispielsweise durch fossile Brennstoffe beheizte Kesselanlagen, Wärmepumpenanlagen usw. einzusetzen. Da das Brauchwasser selbst nur in der Brauchwasserheizspira­ le 9, 9a zirkuliert, kann die Wärme aus einer solchen Zu­ satzheizung durch unmittelbaren Wärmeaustausch eingebracht werden, d. h. der flüssige Wärmeträger, der in einer weiteren Wärmequelle aufgeheizt wird, gelangt direkt in den Warmwas­ serspeicher, ohne Zwischenschaltung eines Wärmeaustauschers, und vermischt sich dort mit dem Wärmeträger 12 im Speicher.

Natürlich ist die Erfindung nicht auf das dargestellte Aus­ führungsbeispiel beschränkt, weitere Ausgestaltungen sind möglich, ohne den Grundgedanken zu verlassen. So kann sich z. B. die Brauchwasserheizspirale 9 nur oberhalb des rohrför­ migen Elementes 3 erstrecken.

Claims (3)

1. Warmwasserspeicher mit einem wärmeisolierten geschlossenen Speicherbehälter mit einem Kaltbrauchwasserzulauf in seinem unteren Bereich und einem Warmbrauchwasserablauf in seinem oberen Bereich, mit einem im Behälter stehend angeordneten rohrförmigen Element, das mit Abstand zum Behälterboden und zum Behälterdeckel angeordnet ist, und mit einer außenseitig um das rohrförmige Element angeordneten Heizspirale mit aus dem Speicherbehälter geführtem Heizmediumzu- und -ablauf, dadurch gekennzeichnet, daß sich das rohrförmige Element (3) mit der Heizspirale (6) nur im unteren Bereich des Behälters (2) erstreckt und we­ nigstens oberhalb des rohrförmigen Elementes (3) eine vom Brauchwasser durchströmte Brauchwasserheizspirale (9) an­ geordnet ist, die direkt mit dem Kaltbrauchwasserzulauf (10) und dem Warmbrauchwasserablauf (11) verbunden ist und mit einem im Behälter (2) aufgenommenen, von der Heizspirale (6) erwärmten flüssigen Wärmeträger (12) im indirekten Wärme­ austausch steht.

2. Warmwasserspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Brauchwasserheizspirale (9, 9a) bis in das Inne­ re des rohrförmigen Elementes (3) erstreckt.

3. Warmwasserspeicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche Zu- und Abläufe (13, 14, 15, 16, 17) für flüssi­ ge Wärmeträger vorgesehen sind, die in direktem Wärmeaus­ tausch mit dem im Behälter (2) aufgenommenen Wärmeträger (12) stehen.