DE2013565A1

DE2013565A1 - Warmwasserheizung

Info

Publication number: DE2013565A1
Application number: DE19702013565
Authority: DE
Inventors: John Edward; Lucas Kevin; Capenhurst Cheshire Randell (Großbritannien)
Original assignee: Electricity Council
Current assignee: Electricity Council
Priority date: 1969-03-20
Filing date: 1970-03-20
Publication date: 1970-10-01
Also published as: BE747632A; FR2039749A5; JPS507291B1; SE347072B; DE7010442U; GB1296992A; DE2013565B2

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. R Wetckmann,

Dipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. R A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

S MÜNCHEN 86, DEN POSTFACH 860 820 IG-A ■ MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 48 39 21/22

THE ELEOTEIGITI COOTÖIL

Wa rmwa s serhei zung

Die Erfindung bezieht siGh. auf Wasserheizsysteme, wie sie ■beispielswej.se als Warmwasserheizungen oder Zentralheizungen in Gebäuden verwendet, werden.

Die Erfindung nutzt die hohe Energiespeicheirkapazität .aus, welche mit thermischen Speichereinheiten erreicht werden kann. Solche Einheiten haben eine sehr hohe Energie-Speicherkapazität pro VOlumeneinheit, und es ist daher möglich, solche Einheiten als ein Speichermedium zu verwenden, von dem Wärme mit einer hohen Entnahmerate entnommen ■werden kann, wenn es erforderlich ist. Solche Einheiten können durch elektrische Heizmittel auf einer geeigneten hohen Temperatur gehalten werden. Die elektrischen Heizmittel formen beispielsweise Widerstandsheizer sein, die in der Einheit eingebettet sind.

Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Wasserheizsystem, das folgende Teile umfaßt: Einen thermischen Speicherkern, Mittel zur Erhitzung des Kernes auf eine Temperatur oberhalb des Siedepunktes von Wasser, einen Dampf- und Wasseroberhalb des Kernes, Mittel die den erwähnten Raum

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mit einer WasserZuführungsquelle und einen] Durchgang, d. h. einer Röhre verbinden, welche sich von dem Raum in den Kern erstreckt, wobei der Durchgang sich nach oben in den Raum erstreckt und eine Dampföffnung wowie ein unterhalb der Dampföffnung angeordnetes Wasserzuführungsloch aufweist, so daß der sich in dem Raum durch Verdampfung von Wasser innerhalb des Durchganges entwikkelnde Druck den Wasserpegel in dem Raum außerhalb des Durchganges unter das Wasserzuführungsloch drückt.

Das Wasser in dem Raum kann entweder direkt als Heiß- ■ ψ wasser, d. h. für häusliche Zwecke oder für Zentralheizungszwecke verwendet werden oder es kann durch eine Wärmeaustauschersystera geschickt werden, um anderes Wasser zu erhitzen.

Bei dieser Anordnung fällt in die Röhre eirfc retendes Wasser durch das Wasserzuführungsloch nach unten in den Kern und wird verdampft. Der Dampf erzeugt Druck in dem zuvor erwähnten Dampf- und Wasserraum oberhalb des Kernes; der Raum ist bis auf das Wasserzuführungsloch abgeschlossen. Der Dampfdruck drückt den Was3erpegel gegen den Zuführungsdruck nach unten, bis der Wasserpegel un- | terhalb des Zuführungsloches liegt. Das System ist selbstregulierend, derart, daß es einen Druck aufrechterhält, der gleich dem Zuführungsdruck ist, der serh gering sein kann. Das Wasser kann zu diesem Zweck aus einem Hilfsreservoir entnommen und dem System zugeführt werden; ein solches Reservoir reduziert die Schwankungen des Wasserpegels.

Das Wasser in dem Raum kann direkt als Heißwasser abgezogen werden, vorzugsweise wird es jedoch dazu benutzt, um anderes Wassor indirekt in einem Wärmeaustauscher zu

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erhitzen* Dieses andere Wasser kann sich beispielsweise in einem Hantellcühler "befinden., der den Dampf- und Wasser~ raum umgibt. Wenn Wasser direkt aus dem Raum abgezogen wird* so tritt kaltes Wasser in den Raum und kondensiert dem Dampf· Wenn Wasser aus dem Wärmeaustauscher abgezogen wird_y so wird ebenfalls Dampf kondensiert. In jedem Pail steigt ·■ der Wasserpegel und wenn er das Zuführungsloch erreicht, tritt Wasser, in den Durchgang ein,, so daß wiederum mehr Dampf erZBUgt wird. Wenn ein Wärmeaustauscher verwendet wird, so sieht man einen Puffertank vor, damit eine Anpassung an das schwankende Volumen des aus· dem verdampften Wasser entstehenden Dampfes erfolgt. .

Der zuvor erwähnte Durchgang kann von einer Röhre oder von mehreren-Röhren gebildet sein. In einigen lallen ist es auch zweckmäßig, den Durchgang als Hohlplatte auszubilden, die an einem Ende offen ist. Ein Teil des Durchgangs kann von dem Material des Kernes gebildet sein. Oberhalb des Kernes ist der Durchgang von einemEohlelement gebildet _v welches zweckmäßigerweise eine Röhre ist.

Vorteilhafterweise sieht man Ventilierungsmittel vor, um den sich innerhalb der Kappe ausbildenden Dampf abzusaugen. ' ^;

Die Ventilierungsmittel können von einem Puffertank mit einer Luftschleuse gebildet sein, wobei die Luftschleuse ein Äurchraischen des zirkulierenden Wassers und des zu erhitzenden Wasser verhindert.

Insbesondere bei einem System ohne Wärmeaustauscher ist es vorteilhaft, eine kleine Luftdurchtrittsöffnung zu dem Dampfraum vorzusehen, damit die Luft innerhalb der Kappe entweichen kann*

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Um die Schwankung (Schwingung) des Wasserpegels zu reduzieren, kann ein Reservoir vorgesehen werden, welches ein zweites Zuführungsloch für die Zuführung von Wasser in das Reservoir aufweist. Dieses Zuführungsloch kann oberhalb oder unterhalb des Loches liegen, das das Reservoir mit dem Durchgang verbindet. Eine Möglichkeit der Steuerung der Wassertemperatur besteht darin, ein temperatürempfindliches Gerät vorzusehen, welches das zweite Zuführungsloch bei einer vorbestimmten Temperatur schließt. Bei einer anderen Anordnung zur Steuerung der Temperatur weist der Wärmeaustauscher fewei Räume auf, durch welche das zu erhitzende Wasser strömen kann. Die beiden Räume sind durch eine temperaturempfindliche Einrichtung so miteinander verbunden, daß eine Mischung des Wassers in den Räumen möglich ist, wenn die Einrichtung offen ist und daß eine Mischung des Wassers verhindert wird, wenn die Einrichtung geschlossen ist. Die Wärmeübertragungsrate hängt von dem Betrieb dieser Einrichtung ab. Zweckmäßigerweise hat nur einer der Räume eine Wärmeübertragungsfläche. Die Erhitzung des Wassers kann dadurch gestopt werden, daß der FlyUß zu diesem Raum blockiert wird.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben.

Es zeigen:

Pig. 1 einen Schnitt durch eine Ausführungsform eines Heizwassersystems;

Fig. 2 einen Schnitt durch eine modifizierte Ausführungsform deslfeizwassersystems;

Pig. 3 einen Schnitt durch ein Heizwassersystem, das eine

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Temperatursteuerungseinrichtung aufweist;

Fig, 4 einen Schnitt durch ein Heizwassersystem, das mit einer anderen Temperatursteuerungseinrichtung versehen ist;

Pig, 5 die schematische Darstellung einer Gebäudezentral·· heizung und eines Heißwasserzufülirungssystems·

Bei den in den Zeichnungen dargestellten Systemen ist ein thermischer Speicherkern 10 verwendet· Ein geeignetes Material für den Kern 10 ist beispielsweise Gußeisen oder feuerbeständiger Ziegelstein* Dieses Material kann auf eine sehr hone Temperatur weit über den Siedepunkt von Wasser erhitzt werden· Die Br&ttangfcantf elektrieoiv bei» spielsweise durch einen Widerstandserhitzer erfolgen, der in den thermischen Speicherkern eingebettet ist· Der Einfachheit halber sind die Heizmittel in den Zeichnungen weggelassen worden· Infolge der großen W&rmespeioherkapa-· zität ist es zweckmäßig, den Speicherkern TO während der Jfaohtstunden aufzuheizen, da in diaser Zeit der Stromtarif geringer ist. Im allgemeinen kann das thermische Speichern eystem vorteilhafterweise dort eingesetzt werden, wo es auf die hohe Speicherkapazität und darauf ankommt, daß große Wärraeenergiemengen schnell zur Verfügung atehen, wenn heißes Wasser erforderlich ist.

In Fig. 1 ist ein Wasser enthaltender Kessel oberhalb des thermischen Speicherkernes 10 angeordnet. Der thermische Speicherkern 10 ist von einer thermischen Isolation 11 umgeben· Eine Hohlplatte oder Röhre 12 ers^reckt sich von. dem Kessel 9 aus nach unten in den thermischen Speicherkern· Der Kessel 9 kann von einem thermischen Isoiationsmatorlal

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umgeben sein, welches in den Jfeichnungen der Einfachheit halber weggelassen ist. Über der Röhre 12 erstreckt sich eine Kappe 15. An der Unterseite der Kappe 15 strömt in diese Wasser von dem Kessel 9 ein. We'nn der Wasserpegel die Höhe eines Zuführungsloches 14 in der Platte oder Röhre 12 erreicht, tritt das Wasser in.die Platte oder Röhre und fällt nach unten in den in dem Kern 10 "befindlichen Teil der Röhre, wo ea verdampft wird. Der gebildete Dampf sammelt sich innerhalb der Kappe 15, welche einen Dampfspeicherraum bildet.

Das zu erhitzende Wasser wird von einem Einlass 16 in den Kessel 9 eingeführt und strömt durch einen Auslass 17 an oberen Teil des Kessels 9 aus diesem aus· Bei der Kondensation» des aus dem Kern 10 stammenden Dampfes wird das Wasser innerhalb des Kessels 9 erhitzt, bis es nahezu siedet. Inzwischen ist der Pegel des Wassers innerhalb der Kappe 15 durch die Wirkung des aioh vergrößernden Dampfvolunens in der Kappe so weit gefallen, bis er das Zuführungeloch 14 erreicht und bis dieses schließlich, freiliegt. Wenn das Zuführungslooh 14 freiliegt, kann kein Wasser mehr von den Kessel 9 zurück in den Kern über die Röhre 12 fließen. Wenn daher das gesamte Wasser in dem Kern 10 verdampft ist, findet keine weitere Verdappfung mehr statt, bis der Wasserpegel wieder Über das ZufUhrungslooh 14 gestiegen 1st.

Wenn über den Auslass 17 heißes Wasser abgezogen wird, so strömt kaltes Wasser über den Einlass 16 nach. Der Effekt des kalten Wassers besteht darin, daß es die Temperatur des Was3ora innerhalb des Kessels 9 reduziert, wodurch ein Teil des Dampfes kondensiert und sich das Dampfvolumen reduziert. Die Reduktion des Dampfvolumens bewirkt, daß der Was3erpegel in der Kappe über das Zuführungslooh 14 steigt, so daß Wasser in den Kernbereioh einströmen kann. Es beginnt nun wieder der Verdampfungsayklus, wo-

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"bei das Wasser in dem Kessel 9 wieder erhitzt wird, "bis sich ein Gleichgewichtszustand eingestellt hat, wenn das Zuführungsloch wieder freiliegt. In der Zappe 15 ist eine Luftdurchtrittsöffnung 13 vorgesehen, die sieh oberhalb des durch das Zuführungsloch 14 definierten Tegels "befindet. Durch die LuftdurchtrittsÖffnung Ϊ3 kann Luft aus der Kappe.15 entweichen, so daß auf diese Weise eine Luftblockierung verhindert wird. Man hat festgestellt, daß die Menge des über die LuftdurchtrittsÖffnung 13 entweichenden Dampfes unerheblich ist.

In Pig. 2 ist eine modifizierte Ausführungsform der in Pig. 1 dargestellten Konstruktion gezeigt, "bei der das Wasser indirekt erhitzt wird. Wie in Pig. 1 ist hier ein thermischer Speicherkern 10 mit einer Isolation 11 und einer Röhre (oder Hohlplatte) 12 vorgesehen, welche innerhalb des Kernes lach oben geführt ist und in einen Wasserdampf spei cherraum 20 ragt. Der Wasserdampfspeieherraum 20 befindet sich in einem inneren Kessel eines Wärmeaustauschers, der noch einen äußeren Kessel 21 aufweist, in welchen das zu erhitzende Wasser bei 22 eingeführt wird. Das heiße Wasser wird bei 23 abgezogen. Der äußere Kessel bildet in der dargestellten Konstruktion einen zylindrischen Mantel um den inneren Kessel 20 und v/eist ferner eine ringförmige Kammer 24 auf, welche zusätzliche Wärmeaustauschflächen bildet. Durch die ringförmige Kammer 24 führen Durchgänge 25, welche die Bereiche des Kessels 20 miteinander verbinden, in welchen sich Dampf sammeln kann.

Die Röhre 12, welche sich von dem oberen Endes des Kernes 10 aus nach oben erstreckt, ist von einem röhrenförmigen Reservoir 26 umgeben, welches an seinem oberen Ende offen ist und an seinem unteren Ende eine Durchtrittsöffnung 27 aufweist. Durch die Durchtrittsöffnung 27 kann Was* ser von dem Kessel 20 in das Reservoir eintreten. Von

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dem Reservoir 26 kann Wasser über die Durchtrittsöffnung 14 (wie in der in Pig. 1 gezeigten Anordnung) in die Röhre 12 eintreten. Das in die Röhre 12 eintretende Wasser verdampft; der sich bildende Dampf sammelt sich in dem Kessel 20 und drückt den Wasserpegel nach unten'^ bis er den Gleichgewichtsstand, im Bereich des Zuführungsloches 14 erreicht.

Der innere Kessel ist effektiv ein geschlossener Kessel; wenn der Wasserpegel durch den Dampfdruck nach unten gedrückt wird, so wird überschüssiges Wasser nach unten in fe einen Puffertank 28 gepresst. Der Puffertank 28 hat an seinem oberen Ende einen Luftverschluß 29» welcher verhindert, daß sich das in dem Kessel 21 au erhitzende Wasser und das in dem Kessel 20 zirkulierende Wasser miteinander vermischen.

Wenn heißes Wasser von dem äußeren Kessel 20 abgezogen wird und kaltes Wasser in den Kessel eintritt, so erfolgt eine Kondensation des Dampfes, wodurch sich gleichzeitig das Dampfvolumen verringert. In diesem Fall fließt Wasser durch die Durchtrittsöffnung 27 in das Reservoir 26 und durch das Eintrittsloch 14 in die Röhre 12. Die Durchtrittsöffnung 27 kann auf dem gleichen Pegel wie das ^in-P trittsloch 14 oder oberhalb des Eintrittsloches 14 liegen. Die Einströmeigenschaften hängen von dem relativen Positionen des Einströmloches und der Durchtrittsöffnung ab.

Das Reservoir 25 dient dazu, um die Schwankungen (Schwingungen) des Wasserpegela zu reduzieren. Das erfolgt dadurch, daß man das Einströmen des Wassers in den Kern gleichmäßiger gestaltet. Ferner dient das Reservoir 25 dazu, um die unterhalb des Zuführungsloches 27 notwendige Tiefe der Kappe 21 zu verringern. Der innere Kessel 20 wird anfangs mit Wasser λο η dem äußeren Kessel 21 ge-

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füllt; darauf werden die Wasserpegel in den beiden Kesseln dadurch auf gleichen Stand gebracht, daß man Wasser über eine Kante 30 des Puffertaiks 28 zurück in den äußeren Kessel 21 fließen läßt. Danach erfolgt keine Mischung des Wassers aus dem äußeren und inneren Kessel mehr. Wenn der Wasserpegel innerhalb des inneren Tanks 18 beispielsweise durch Verdampfung stark sinkt, so läßt es die Luftdichtung 29 zu, daß Wasser aus dem Puffertank 28 über die Kante 30 nachfließt.

Zwischen dem inneren Kessel 20 und dem Puffertank 28 ist ein Luftdurchtritt in Form.eines Röhrchens 31 vorgesehen, durch welches Luft aus dem Kessel 20 entweichen kann. Die über das Röhrchen entfachende Dampfmenge ist unerheblich.

Es gibt mehrere Möglichkeiten, um die Temperatur des erhitzten Wassers zu steuern. Eine Möglichkeit ist in Fig. 3 dargestellt. Hier ist wie^derum ein thermischer Speicherkern 10 mit einer Isolation 11 und einer Röhre (oder Hohlplatte) 12 vorgesehen. Die Röhre erstreckt sich in einer Dampfkappe 4-0 nach oben. Die Dampfkappe 40 überragt einen äußeren Tank 41. Der Teil der Kappe 40, der über dem Tank liegt, ist ummantelt. Die Röhre 12, die sich von dem Kern 10 aus nach oben erstreckt, ist von einem Reservoir 42 umgeben, welches eine Öffnung 43 und ein zweites Zuführungsloch 44 enthält, welches unterhalb der Öffnung 43 angeordnet ist. Eine temperaturempfindliche Einrichtung 45 wie beispielsweise eine Wachskapsel oder ein mit einer Expansionsflüssigkeit betriebenes Gerät schließt das zweite Zuführungsloch 44» wenn die Wassertemperatur einen vorbestimmten Wert erreicht. Das Schließen des zweiten Zuführungsloches .44 hat zur Folge, daß der Wasserpegel außerhalb dee Reservoirs 42 steigt. Dadurch wird verhindert,

daß von dem Kern kommender Dampf den Teil der Kappe 40 füllt, welcher von zu erhitzendem Wasser in dem äußeren Tank 41 umgeben ist. Wenn das Zuführungsloch 44 geschlossen ist, arbeitet die iemperaturempfindliche -Einrichtung weiter; die Übertragung von Wärme aus das Wasser in der größeren Röhre 41 ist jedoch vernachlässigbar.

V/enn das zweite Zuführungsloch 44 offen ist, strömt Wasser durch das zweite Zuführungsloch 44 in das Reservoir 42 und dann über das Zuführungsloch 14 in den Kern. Da der Wasserpegel in der Kappe infolge des sich vergrößernden Dampfvolumens fällt, wird ein Gleichgewichtszustand wie im zuvor beschriebenen Fall erreicht, jedoch ist der Wasserpegel jetzt wesentlich niedriger, es wird nun Wärme von dem Dampf außerhalb des Reservoirs 42 auf das Wasser in dem äußeren Tank 41 übertragen. Wenn die vorbestimmte Temperatur erreicht ist und die ifiemperaturempfindliche Einrichtung 45 das zweite Zuführungsloeh 44 schließt, so ist verhindert, daß Dampf den Teil der Kappe 40 füllt, welcher innerhalb des Tanks 41 liegt. Der Wärmeübertragungsbereich zwischen dem zirkulierenden Wasser und dem innerhalb des Tanks 41 zu erhitzenden Wasser ist reduziert, so daß auf diese Weise die Temperatur des zu erhitzenden Wassers entsprechend geregelt ist. Wenn das Wasser in dem äußeren Tank 41 unter den vorbestimmten Wert fällt, so kann die iemperaturempfindliche Einrichtung 45 das zweite Zuführungsloeh 44 öffnen, wodurch der Wärmeübertragungsbereich vergrößert wird. Die Vergrößerung setzt sich fort, bis die vorbestiramte Temperatur überstiegen ist. Darauf schließt die wärmeempfindlich^ Einrichtung 45 wiederum das zweite Zuführungslooh 44» der Wärmeübertragungabereich wird wieder reduziert. Auf dieae Weise ist also die !Temperaturregelung des zu erhitzenden Wassers erreicht.

In der in Fig. 3 dargestellten Anordnung ist eine Puffer-

tank 46 vorgesehen, der separat von dem Wärm eau statischer angeordnet ist und es ermöglicht, daß zirkulierendes Wasser abgezogen werden kann und nachläuft.

In Fig. 4 ist eine zweite Ausführungsform einer Temperaturregelungseinrichtung gezeigt. Ein thermischer Speicherkern 10 befindet sich innerhalb einer Isolation 11. Er weist eine Röhre 12 auf, die sich nach oben zu dem oberen Teil eines Isolierteiles'50 erstreckt, das die Form eines umgekehrten Bechers hat. Das Isolierteil 50 umschließt einen Dampf- und Wasserraum 49· Die thermische Isolation, die durch das Isolierteil 50 gebildet ist, stellt sicher, daß eine Wärmeübertragung von Dampf zu Wasser nur innerhalb des Isolierteiles 50 erfolgt. Der Kessel 51, der das zu erhitzende Wasser enthält, ist in zwei Kammern geteilt. Die erste Kammer 52 ist von dem Isolierteil 50 umschlossen und ist von einer Wärraeübertragungsflache umgeben. Die zweite Kammer 53 befindet sich außerhalb des- Isolierteiles 52. Bb. Temperaturregelungsventil 54» wie beispielsweise eine Wachskapsel (wax capsule) ist in einer Öffnung 55 zwischen den zwei Kammern 52, 53 im Heißwasserbereich vorgesehen. Das Yentil 54 steuert den Durchfluß des Wassers durch die Öffnung 55 zwischen den beidai Kammern. Die beiden Kammern sind unterhalb des Isolierteiles 50 frei miteinande^verbunden. Wenn die Wassertemperatur in der zweiten Kammer 53 einen vorbestimmten Wert überschreitet, dann schließt das Ventil 54 die Öffnung 55 zwischen, den beiden Kammern 52, 53· Durch das Schließen der Öffnung 55 wird verhindert, daß heißes Wasser von der ersten Kammer 52 in die zweite Kammer 53 gelangt. Das Wasser und der Dampf in dem Wasser- und Dampfraum 49 erreichen bei einer hohen Temperatur des Wassers in der Kammer 52 rasch eine Gleichgewichtstemperatur, infolge des Dampfes liegt der Wasserpegel in dem Wasser- und Dampfraura 49 jedoch unter dem Wassereinlass 56. Eine weitere

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Wärmeübertragung erfolgt so lange nicht, "bis Wasser über einen Auslass 17 abgezogen wird und. das Ventil !34 infolge des über einen Einlass 16 nachströmenden kalten Wassers öffnet. Das heißere Wasser in der ersten Kammer 52 kann dadurch nach oben in die zweite Kammer 53 diffundieren. Die Folge davon ist, daß sich die Temperatur des Wassers in der zvölten Kammer 53 entsprechend erhöht. Ein Puffertank 58 sorgt dafür, daß zirkulierendes Wasser in dem Reservoir 57 nachläuft und Schwankungen (Schwingungen) des Wasserpegels reduziert werden.

fc Weitere Haßnahmen zur Regelung der !Temperatur in den Anordnungen nach den Figuren 1 bis 4 können darin bestehen, daß man mit Hilfe eines Kompressors komprimierte Luft in den Dampfraum einführt. Die Einführung der komprimierten Luft reduziert den Dampfdruck und damit die Temperatur. Ein in das zu erhitzende Wasser eingetauchte Thermostat kann den Luftkompressor ein- und ausschalten, so daß die Temperatur des zu erhitzenden Wassers je nachdem, ob der Kompressor ein- oder ausgeschaltet ist, fällt bzw. steigt. Um eine Warmwasserheizung oder Zentralheizung in Gebäuden zu steuern, kann ein einziger Kompressor und Luftspeicher vorgesehen werden. Der Luftspeicher speichert die von dem Kompressor gelieferte Luft und Wasserthermostaten in den

ψ Wärmeaustauschern betätigen Luftdurchlassventile derart, daß die Luft je nach Bedarf in den Dampfraum eingeführt werden kann. Es kann auch Luft von dem Dampfraum kontinuierlich oder intermittierend abgezogen werden (das kann beispielsweise durch einen thermostatisch geregelten Entlüfter erfolgen). Das Öffnen und Schließen der Luftventile ermöglicht es, mehr oder weniger Luft in den Dampfraum eintreten zu lassen, so daß die Temperatur des zu erhitzenden Wassere entsprechend dem von dem Thermostaten angealgten Wert fällt oder steigt.

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In einigem fällen kann es zweckmäßig sein, die Aufreizung des Wassers dadurch .zu erreichen,' daß man Dampf von dem Dampf- und Wasserraum oberhalb des Kernes durch eine in einem Wassertank eingetauchte Schlange leitet. Das kann beispielsweise vorteilhaft sein, wenn das Wasser von zwei separaten Quellen vzu erhitzen ist. Bei einer Gebäudeheizung, die aus einer Warmwasserheizung und aus einem Zentralheizungssystem besteht, kann ein einziger thermischer Speicherkern mit zwei separaten WärmeaustauscherBystemen verwendet v/erden, wobei ein System für die .Heißwasserquelle und das andere für die Zentralheizung vorgesehen ist.

3 zeigt schematisch eine 'Gebäudeheizung, die aus el- mssr Warmwasserheizung und einem Zentralheizungssystem

Ein thermischer Speicherkern 10 ist von einer Isolation umgeben und wird durch elektrische Widerstandsheizer 60 erhitzt* Hn dem Kern 10 sind Röhren 61 eingebettet, welche nach oben zu einem Dampfsammeirohr 62 führen. Von dem Dampfsammeirohr 62 wird den Heizschlangen 63, 64, welche zv/ei Wärmeau stau scher für das Heizwasser in den lanks 65, 66 bilden, Dampf zugeführt. Ein Rohr 67 ist mit einem •^ohr 69 verbunden und verbindet dadurch die unteren En- a den der beiden Wärmeaustauscherschlangen 63, 64 mit einem Puffertank 68. Der Wasserpegel in den Wärmeaustauschaohlangen 63, 64 hat einen entsprechenden Pegel in einem Zuführungsreservoir 70, welches über eine Leitung 71 roit dem Dampfsammeirohr 62 und über eine Leitung 72 mit der Leitung 67 verbunden ist.

Wenn Dampf in den Wärmeaustauschschlangen 63» 64 kondensiert t so steigt der Wasserpegel in dem Reservoir 70, bis er über dem Eingang zu einem Zuführungarohr 73 liegt.

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In diesem Fall strömt V/asser durch das Rohr 73 und Verteilerröhren 74 in die Röhren 61. Der in den Röhren 61 erzeugten Dampf drückt den Wasserpegel in den Wärmeäustauschschlangen 63 und 64 und bewirbt, daß der Wasserpegel inddem Reservoir 70 fällt. Dadurch wird die Wasserzufuhr zu den Röhren 61 unterbrochen. Auf diese Weise ist die Wasserzufuhr so geregelt, daß die Wärmeaustauscher bis zu dem Arbeitspegel unabhängig von der Belastung mit Dampf gefüllt bleiben.

Um ein Gebäude zu heizen, wird V/asser mit Hilfe einer h Pumpe (nicht gezeigt) durch den Tank 65 gedrückt, welcher die Wärmeaustauschschlange 63 umgibt. Die Temperatur des zu dem Erhitzungskreis fließenden Wassers kann dadurch reduziert werden, daß ein Umgehungsventil 75 geöffnet wird, über das Wasser durch eine Umgehungsleitung 76 direkt von einem Einlassrohr 67 zu einem Auslassrohr strömen kann. Von dem Tank 66, der die Wärmeaustausehschlange 64 umgibt, kann für Hausgebrauchszwecke heißes Wasser entnommen werden. Der Tank 66 enthält genügend heißes Wasser, um als Puffer zu wirken, wenn einerseits heißes Wasser angefordert wird und auf der anderen Seite nur eine beschränkte Wärmemenge aus dem Speicherkern zur Verfügung steht. Bin Umgehungsventil 79 kann geöff-™ net werden, um die Wassertemperatur zu erniedrigen, Daduroh kann Wasser durch eine Umgehungsröhre 80 direkt von einer Einlassröhre 81 zu einem Auslass 82 fließen.

Tauohwände innerhalb des Tanks 66 sorgen für eine innere Zirkulation des Wassers, derart, daß im wesentlichen der gealarate Tank erhitzt wird. Eine dieser Tauchwände kann in den Seitenbereichen des Tanks liegen· Bin anderes Paar von Tauohwänden 84 kann im oberen Teil des Tanks 66 vorgesehen aein. Wenn der Kern 10 abkühlt und genügend

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Dampf produziert wird, um die Wärmeaustauschschlange 64 zu füllen, so wird nur der obere Teil des Wassers erhitzt, Die Tauchwände 84 sorgen in diesem Pail für eine innere Zirkulation des Wassers. . · '"-."■"

luft wird aus dem Dampfraum durch eine Röhre 85 abgezogen, Es kann aber auch Luft aus dem Dampfraum der Wärmeaustauscher abgezogen werden. . ■

Eine zusätzliche direkte Erhitzung des Wassers kann durch Heizelemente 86, 87 in den Tanks 65, 66 erfolgen. Das Heizelement 87 ist nahe dem-oberen Teil des Tanks 66 angeordnet, aber es könnte auch am Grund der Wärmeaustausch-Schlange 64 angeordnet sein, wobei ein Regelthermostat nahe dem oberen Ende des Tanks 66 vorzusehen wäre.

Die.durch die Isolation von dem Kern 10 des Boilers an die Atmosphäre abgegebene Wärme kann reduziert werden; ein großer. Teil der erzeugten Wärme kann zur Wassererhitzung dadurch ausgenutzt werden, daß die Wärme innerhalb der IsolatL on extrahiert wird.. Das kann mit Hilfe einer Rohrschlange 90 erfolgen. An der Kühlschlange 90 kann eine Platte (oder Plattenklammer 91 angeordnet sein, welche zur Verbesserung der Wärmeübertragung ■auf die Kühlschlange 9Q dient. Durch die Kühlschlange kann mit Hilfe, eines Wärmeaustauschers im Heißwassertank des Gebäudes Wasser geschickt werden, um das Wasser im unteren Teil zu erhitzen* In der gezeigten Anordnung dient die Kühlschlange in der Isolation jedoch dazu, um Dampf zu erzeugen, welcher dann über eine Röhre 91 in die Wärmeaustauschschlangen 63, 64 geleitet wird. Die Kühlschlange 90 wird von einer Röhre 92 gespeist, welche in das Wasserreservoir 70 an einer Stelle mündet, die tiefer als die Mündung der Zuführungsröhre 73 liegt* Die Rohrschlange in der Isolation 11 kann deshalb die unteren

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Abschnitte der Hau pt v/ärm eau st au sch er erhitzen. Für den Pail, daß eine Belastung nicht vorliegt und die Tanks 65 und 66 der Wärmeaustauscher voll aufgeheizt werden, betätigt ein Wasserthermostat eine Heizpumpe (nicht gezeigt), wodurch die von der Rohrschlange 90 aufgenommene Hitze durch den mit dem Tank 65 verbundenen Heizkreis verbraucht wird. Im allgemeinen wird die aufgenommene Warme zu normalen Heizzwecken oder dazu verwendet, um den Heißwasserbedarf in dem Gebäude zu decken. Anstatt eine einzige Verbindung zu dem Darapfraum vorzusehen, kann es zweckmäßig sein, zwei Verbindungen vorzusehen, eine die zu dem Dampfraum führt und eine, die zum Wasser führt, so daß verhindert wird, daß der Dampf in Form von Blasen in dem Wasser aufsteigt und unangenehme Geräusche erzeugt.

Die zuvor beschriebenen Steuermittel können auch hier angewendet werden, und zwar, um die Temperatur der Heizung und des im Haus zur Verfugung stehenden heißen Wassers zu regeln.

Der Puffertank 68 wird über ein Schwimmerventil 93 und eine Verbindung zu entweder dem Tank 66 (wie gezeigt) oder zu dem Tank 65 gefüllt. Der Puffertank 68 wird über ein Rohr 94 entlüftet, welches entweder gegen die Atmosphäre auf sein kann oder welches mit einem Druckkessel verbunden ist, wodurch eine Entlüftung nur bei erhöhten Temperaturen erfolgt.

Die Röhren 61 in Pig· 5 und die Röhren 12 in den Figuren 1 bis 4, stehen in engem Kontakt mit dem thermischen Speicherkern. Es können rostfreie Stahlröhren verwendet werden, die in Eisenblöcke eingegossen sind. Die Röhren können aber auch Durchgängen in den Blöcken sein, die aus einem Material wie beispielsweise Chromstahl gegossen sind·

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Auch das Speiehermedium kann aus zwei Materialien "bestehen, nämlich aus dem Material, aus dem die Röhren gegossen sind, sowie aus einem Material wie Eisenoxid oder feuerbeständigem Ziegelstein, welches zwischen den Röhrenblöcken angeordnet ist.

In der in Flg. 5 dargestellten Anordnung liegt das obere Ende der Wärmeaustauscherschlange 64 in dem Heißwassertank 66 höher als das obere Ende, der Wärmeaustauscherschlange 63 auf.der Heizseite. Wenn der Kern 10 seine Wärme im wesentlichen abgegeben hat und nur noch eine geringe Darapfmenge erzeugen kann, so wird der Dampf vorzugsweise der Wärmeaustauscherschlange 64 zugeführt. Der Erhitzung von Wasser zur Herstellung von Heißwasser für das Gebäude wird in diesem Fall dem Vorzug gegeben. Entsprechend kann der Heizseite der Vorzug gegeben werden, wenn das obere Ende der Wärmeaustauscherschlange 63 höher gelegt wird. Wenn die oberen Enden der Wärmeaustauschersclilangen auf der gleichen Höhe liegen, hat keine der beiden Seiten einen Vorzug.

Es versteht sich auch, daß in dem Tank 65 Tauchwände verwendet werden können, um die Wassergeschwindigkeit an den Wärmeaustauschflächen zu erhöhen und um damit den Wirkungsgrad des Wärmeaustauschers zu vergrößern.

Ein direkt wirkendes Heizelement kann verwendet werden, um auf das Kondensat unterhalb der Dampfkammer einzuwirken. Dadurch kann während der Zeitperioden, inAenen ein Betrieb des thermiachen Speicherkernes nicht erwüischt ist, für das Gebäude Heißwasser erzeugt werden oder die Heizung betrieben werden. Ein solches direkt wirkendes Heizelement kann durch einen Schwimmerschalter gesteuert werden*

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Claims

Patentansprüche

i\ Wasserheizungssystem, gekennzeichnet durch einen thermischen Speicherkern (10), durch Mittel zum Erhitzen des Kernes (10) auf eine Temperatur oberhalb des Siedepunktes von Wasser, durch einen Dampf- und Wasserraum oberhalb des Kernes (10), durch Verbindungsmittel zum Verbinden des Dampf- und Wasserraumes mit einer Wasser-Zuführungsquelle und durch einen sich von dem Kern (10) nach oben in den Dampf- und Wasserraum erstreckenden P Durchführungskanal (12,61), der eine Dampföffnung und ein Wasserzuführungsloch (14) aufweist, wobei das Uas~ serzuführungsloch (14) unterhalb der Dampföffnung angeordnet ist, so daß der sich durch die Verdampfung von Wasser innerhalb des Durchfülirungskanales (12, 61) entwickelnde Dampfdruck den Wasserpegel in dem Dampf- und Wasserraum außerhalb des Durchführungskanales (12,61) nach unten unterhalb des Zuführungsloches (14) drückt.
2. Wasserheizungs3ystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Abziehen von heißem Wasser aus deir; Dampf- und. Wasserrad vorgesehen sind.

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3. Wa3serLeisungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wärmeaustauscher sur Erhitzung von Wasser vorgesehen ist, welcher die Wärme des Dampfes und/oder des V/assers in dem Dampf- und Wasserrauiii auf das zu erhitzende Wasser überträgt.
4» tfasseriieizungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennaslcbtt.=!";, daß dar Wärmeaustauscher einen Kessel auf~ weist, aer den Dampf- und Wa 3 ϋ ar ram/) vollständig oder tsilvei.-ie umgibt.

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5. Wasserheizungssystem nach Anspruch 3»,- dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauscher einen Tank mit einer Rohrschlange aufweist, welche mit dem Dampf- und Wasser— raum zur Aufnahme von Dampf verbunden ist.
6. Wasserheizungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampf- und Was--" serraum von dem Innenraum einer Kappe (15) gebildet ist_s welche an ihrem unteren Ende eine Wasserdichtung aufweist.
7. Wasserheizungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Dampf?- und " Wasserraum ein Wasserreservoir (26,42) vorgesehen ist, J welches von einem vertikalen zylindrischen Behälter gebildet ist, der den Durchführungskanal oberhalb des Kernes^ (10) vollständig oder mindestens teilweise'umgibt und daß das Reservoir(26,42) sich bis zu einer Stelle oberhalb des Zuführungsloches (14) erstreckt.
8. Wasserheizungssystem nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß in der Vfand des Reservoirs (26,42) eine Öffnung (27,43) vorgesehen ist, welche den Innenraum des Reservoirs (26,42) mit dem Dampf-und Wasserraum verbindet, so daß Wasser in das Reservoir (26,42) von dem Dampf- und Wasserraum eintreten kann, und daß das Reservoir (26,42) oben gegen den Dampfbereich des Dampf- I und Wasserraumes offen ist.
9. Wasserheizungssystera nach einem der vorherstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampf*und Wasserraura nächst seinem unteren Ende mit einem Puffertank (28,46) in Verbindung steht.
10. WaseerheizungssysteiD nach einem der vorher stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für den Dampf« und . Wasserraum Entlüftungsraittel (-25,13) vorgesehen sind*

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11. Wasserheizungssystem nach einem der vorher stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine temperaturempfindliche Einrichtung (45) zur Steuerung de3 von dem Dampf- und. Wasserraum in das Reservoir (42) eintretende Wasser vorgesehen ist.
12. Wasserheisungssystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die temperaturempfindliche Einrichtung (45) eine unterhalb der erwähnten Öffnung (43) in der Wand des Reservoirs (42) liegende Öffnung (44) öffnet oder schließt.
13. Wasserheisungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein wärmeaustauscher vorgesehen ist, in dem eine te^peratureapfindliche Einrichtung (54) vorgesehen ist, welche den Fluß erhitzten Wassers von einem Bereich (52), in dem das V/asser durch den Wärmeaustauscher erhitzt wird, zu einem Bereich (53)» in dem das Wasser nur teilweise oder gar nicht erhitzt wird, steuert.
14» Wasserheizungssystera nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß dor Dampf- und Wasserraum von einem, geschlossenen, die Form eines umgekehrten Beckers aufweisenden Kessel (50) gebildet ist, der an seiner Außenseite isoliert und in einen äußeren Wasser enthaltenden Tank (51) eingesetzt ist, v/o durch eine Wärmeübertragung zu dem in dem Tank (51) befindlichen Wasser nur an der Innenseite dos die umgekehrte Becherform aufweisenden Kessels (50) erfolgen kann, und daß die Temperaturempfindliche Einrichtung (54) die öffnung eines Durchganges (55) an der Oberseite des eine umgekehrte Becherform aufweisenden Kessels (50) öffnet oder schließt.
15. Wasserheizimgasystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei separate Warmc-

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austauscher vorgesehen sind, einer für das Wasser einer Zentralheizung und der andere für zum häuslichen Verbrauch "bestimmtes Heißwasser, und daß die" bei den separaten Wärmeaustauscher mit dem Dampf aus dem Dampf- und Wasserraum arbeiten.
16. Wasserheizungssystem nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, daß jeder Wärmeaustauscher einen Wasser enthältenden Tank (65,66) und eine Rohrschlange (63,64) aufweist, daß die RohiEchlangen (63,64) mit dem Dampfund Wasserraum verbunden sind und sich über eine bestimmte vertikale Länge erstrecken, so daß die Rohr- I schlangen (63,64) teilweise mit Dampf und teilweise mit Wasser gefüllt sind, wobei der Wasserpegel in den Rohrschlangen (63,64) die gleiche Höhe hat wie..der Was-. serpegel in dem Dampf- und Wasserraum.

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