DE2013565B2 - Wasserheizsystem mit einem auf eine temperatur oberhalb der siedetemperatur von wasser aufheizbaren waermespeicherkern - Google Patents

Description

13. Wasserheizsystem nach einem der Ansprüche 3 bis 12, gekennzeichnet durch einen zweiten Wärmeaustauscher, wobei der eine für das Wasser einer Zentralheizung und der andere für zum häuslichen Verbrauch bestimmtes Heißwasser vorgesehen ist und wobei die beiden separaten Wärmeaustauscher mit dem Dampf aus der Kammer arbeiten.

14. Wasserheizsystem nach Anspruch !3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Wärmeaustauscher einen Wasser enthaltenden Behälter (65, 66) und eine Rohrschlange (63,64) aufweist, daß die Rohrschlangen (63. 64) mit der Kammer verbunden sind und sich so weit über eine vertikale Länge erstrecken, daß die Rohrschlangen (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 Wasserpegel in der Kammer.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Wasserheizsystem mit einem auf eine Temperatur oberhalb der Siedetemperatur von Wasser aufheizbaren Wärmespeicherkern, mit piner oberhalb des Wärmespeicherkerns angeordneten, mit Dampf und teilweise mit Wasser gefüllten Kammer und mit einem im Wärmespeicherkern eingelassenen, sich nach oben erstreckenden und im Dampfraum der Kammer mündenden Kanal, der unterhalb seiner Mündung eine Wasserzuführungsöffnung aufweist, durch die Wasser aus der Kammer dem Speicherkern zur Umwandlung in Dampf zuführbar ist.

Derartige, beispielsweise als Warmwasserheizung oder Zentralheizung in Gebäuden verwendbare Wasserheizsysteme sind bekannt (CH-PS 2 14 860, 2 23 907 und FR-PS 14 28 854). Die bekannten Wasserheizsysteme nutzen zwar die mit Wärmespeicherkernen erreichbare sehr hohe Energiespeicherkapazität pro Volumeneinheit aus, die ihrerseits eine hohe Wärmeentnahmerate ermöglicht, sie haben jedoch den Nachteil, daß das für den Wärmeaustausch zu verdampfende Wasser

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dem Wärmespeicherkern über ein Ventil zugeführt werden muß. Dieses Ventil muß, wie im Fall der CH-PS 2 14 860 und der CH-PS 2 23 907, von Hand eingestellt werden, oder es muß, wie im Fall der FR-PS 14 28 854, über einen Temperaturfühler mit Hilfe einer elektronisehen Steuerung gestellt werden, wenn die Temperatur des Dampfs in der Kammer konstant bleiben soll.

Darüber hinaus ist es bekannt (DT-AS 12 44 366), die Beaufschlagung des Wärmespeicherkerns mit zu verdampfendeir Wasser selbsttätig zu regeln und den Kreislauf des vom Wärmespeicherkern zu verdampfenden Wassers mit Hilfe eines Kondensators von dem in der Warmwasserheizungsanlage umlaufenden Wasser zu trennen. Das zu verdampfende Wasser wird jedoch an gegenüberliegenden Seiten des Wärmespeicherkerns zugeführt bzw. zum Kondensator hin abgeführt. Die bevorzugt auf der Unterseite des Wärmespeicherkerns gelegene Zufuhröffnung des Verdampfers ist entweder über Rohrleitungen mit einem Ausgleichsgefäß oder über eine Kondensatrückleitung mit der gegenüberliegenden Seite verbunden. In der das zu verdampfende Wasser zuführenden Leitung ist ein Rückschlagventil angeordnet, durch das starke Druckschwankungen im Verdampfer verringert werden sollen. Die bewegten Teile des Rückschlagventils können jedoch. etwa auf Grund von Korrosion, zu Störungen der Anlage führen.

Ferner ist aus der DT-AS 12 99 393 ein Warmwassererzeuger mit einem Wärmespeicherkern bekannt, durch den ein Zuleitungskanal führt, an dessen Oberseite über Düsen und eine Zulaufleitung Wasser zugeführt wird. Das Wasser sammelt sich in einer Wärmetauschkammer, in der es in Wärmetauschkontakt mit dem Wärmespeicherkern steht. Da der Wärmespeicherkern eine oberhalb der Siedetemperatur von Wasser liegende Temperatur hat, drückt der entstehende Wasserdampf das Wasser ganz oder teilweise aus der Wärmetauschkammer und regelt damit selbsttätig den Wärmeiauschkontakt. Der Druck des Wasserdampfes muß damit so groß sein, daß er den Wasserpegel etwa im Bereich der Unterkante des Wärmespeicherkerns hält. Er muß den Druck einer Wassersäule zwischen dem Wasserpegel in einem Ausgleichsbehälter und dem Wasserpegel an der Unterkar.te des Wärmespeicherkerns ausgleichen. Das Wasser kann damit nicht auf Grund reiner Konvektion durch Heizkörper sowie die Zulaufleitung auf der Oberseite des Wärmespeicherkerns zirkulieren; hierzu ist notwendigerweise eine Umwälzpumpe erforderlich. Bei Verwendung einer Umwälzpumpe kann es naturgemäß zu Störungen kommen. Die Umwälzpumpe wäre darüber hinaus auch bei der Erzeugung heißen Nutzwassers, etwa für ein Waschbecken oder ein Bad, erforderlich, was bedingen würde, daß das Pumpsystem beim Aufdrehen eines Wasserhahns eingeschaltet werden müßte.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Wasserheizsyslem der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Wasserzufuhr zum Wärmespeicherkern selbsttätig und ohne Verwendung von Ventilen und Pumpen und damit betriebssicher regelbar ist.

Ausgehend von dem eingangs näher erläuterten Wasserheizsystem löst die Erfindung diese Aufgabe dadurch, daß der Kanal durch den Wasserraum hindurchgeführt und die Wasserzuführungsöffnung in dem in die Kammer hineinragenden Kanalbereich angeordnet ist und daß der Boden der Kammer über eine öffnung mit einem Wasservorratsbehälter verbunden ist, derart, • daß bei Erhöhung des Dampfdrucks in der Kammer der Wasserpegel unter die Wasserzuführbngsöffnung absenkbar ist Hierdurch wird unter Vermeidung von Ventilen oder elektronischen Regeleinrichtungen eine automatische Regelung der den Wärmespeicherkern zum Verdampfen zugeführten Wassermenge ermöglicht. Durch Verdampfen des Wassers wird der Dampfdruck in der Kammer erhöht und der Wasserpegel hierdurch automatisch abgesenkt, bu er unterhalb der Wasserführungsöffnung verläuft Die Wasserzufuhr und damit auch die Dampferzeugung wird somit so lange unterbrochen, bis dem Wasserheizsystem Wärme entzogen wird. Wird dem Wasserheizsystem Wärme entzogen, so kondensiert der Dampf in der Kammer und der Wasserpegel steigt wieder. Hat der Wasserpegel das Wasserzuführungsloch erreicht, so wird dem Wärmespeicherkern erneut Wasser zugeführt und verdampft, der Dampfdruck in der Kammer also wieder erhöht. Das Wasserheizsystem ist selbstregelnd, derart, daß es einen Druck aufrechterhält, der gleich dem Zuführungsdruck ist. Der Zuführungsdruck kann sehr gering sein. Das zuzuführende Wasser kann zur Reduzierung von Schwankungen des Wasserpegels aus einem Reservoir entnommen werden.

Das Wasser der Kammer kann entweder direkt als Heißwasser, d. h. für häusliche Zwecke oder für Zentralheizungszwecke abgezogen werden, vorzugsweise wird jedoch damit anderes Wasser in einem Wärmeaustauscher erhitzt Geeignet ist z. B. ein Mantelkühler, der die Kammer umgibt. Wird Wasser direkt aus der Kammer abgezogen, so tritt kaltes Wasser in die Kammer ein und kondensiert den Dampf. Wenn Wasser aus dem Wärmeaustauscher abgezogen wird, so wird ebenfalls Dampf kondensiert. In jedem Fall steigt der Wasserpegel, womit, wenn er die Wasserzuführungsöffnung erreicht. Wasser in den Kanal eintritt, so daß wiederum mehr Dampf erzeugt wird. Wird ein Wärmeaustauscher verwendet, so sieht man zur Anpassung an das schwankende Volumen des aus dem verdampften Wasser entstehenden Dampfes einen Wasservorratsbehälter vor.

Weitere verteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen Schnitt durch eine Ausführungsform eines Wasserheizsystems,

F i g. 2 einen Schnitt durch eine modifizierte Ausführungsform des Wasserheizsystems,

F i g. 3 einen Schnitt durch ein Wasserheizsystem, das eine Temperatursteuerungseinrichtung aufweist,

F i g. 4 einen Schnitt durch ein Wasserheizsystem,' das mit einer anderen Temperatursteuerungseinrichtung versehen ist,

F i g. 5 die schematische Darstellung einer Gebäudezentralheizung und eines Heißwasserzuführungssystems.

Bei den in den Zeichnungen dargestellten Systemen ist ein Wärmespeicherkern IC verwendet. Ein geeignetes Material für den Wärmespeicherkern 10 ist beispielsweise Gußeisen oder feuerbeständiger Ziegelstein. Dieses Material kann auf eine sehr hohe Temperatur weit über den Siedepunkt von Wasser erhitzt werden. Die Erhitzung kann elektrisch beispielsweise durch Widerstandsheizelementc erfolgen, die in den Wärmespeicherkern 10 eingebettet sind. Der Einfachheit halber sind die Heizmitte! in den Zeichnungen weggelassen worden. Infolge der großen Wärme-

Speicherkapazität ist es zweckmäßig, den Wärmespeicherkern 10 während der Nachtstunden aufzuheizen, da in dieser Zeit der Stromtarif geringer ist.

Im allgemeinen kann diese Art der Wärmespeicherung vorleilhafterweise dort eingesetzt werden, wo es auf die hohe Speicherkapazität und darauf ankommt, daß große Wärmeenergiemengen schnell zur Verfugung stehen, wenn heißes Wasser erforderlich ist.

In F i g. 1 ist ein Wasser enthaltender Vorratsbehälter 9 oberhalb des Wärmespeicherkerns 10 angeordnet. Der Wärmespeicherkern 10 isi von einer thermischen Isolation 11 umgeben. Ein durch eine Hohlplatte oder ein Rohr gebildeter Kanal 12 erstreckt sich von dem Vorratsbehälter aus nach unten in den Wärmespeicherkern 10. Der Vorratsbehälter 9 kann von thermischem Isolationsmaterial umgeben sein, welches in den Zeichnungen der Einfachheit halber weggelassen ist. Über dem Rohr erstreckt sich eine Kappe. An der Unterseite der Kappe strömt in diese Wasser von dem Vorratsbehälter 9 ein. Wenn der Wasserpegel die Höhe einer Wasserzuführungsöffnung 14 im Kanal 12 erreicht, tritt das Wasser in das Rohr ein und fällt nach unten in den im Wärmespeicherkern 10 befindlichen Teil des Rohrs, wo es verdampft. Der gebildete Dampf sammelt sich innerhalb der Kappe, welche eine Dampfspeicherkammer 15 bildet.

Das zu erhitzende Wasser wird von einem Einlaß 16 in den Vorratsbehälter 9 eingeführt und strömt durch einen Auslaß 17 am oberen Teil des Behälters 9 aus diesem aus. Bei der Kondensation des im Wärmespeicherkern 10 erzeugten Dampfes wird das Wasser innerhalb des Behälters 9 erhitzt, bis es nahezu siedet. Inzwischen ist der Pegel des Wassers innerhalb der Kammer oder Kappe 15 durch die Wirkung des sich vergrößernden Dampfvolumens in der Kappe 15 so weit gefallen, bis er die Zuführungsöffnung 14 erreicht und diese schließlich freiliegt. Wenn die Zuführungsöffnung 14 freiliegt, kann kein Wasser mehr von dem Behälter 9 über das Rohr zurück in den Wärmespeicherkern fließen. Ist daher das gesamte Wasser im Wärmespeicherkern 10 verdampft, so findet keine weitere Verdampfung mehr statt bis der Wasserpegel wieder über die Zuführungsöffnung 14 hinaus angestiegen ist.

Wenn über den Auslaß 17 heißes Wasser abgezogen wird, so strömt kaltes Wasser über den Einlaß 16 nach. Das kalte Wasser erniedrigt die Temperatur des Wassers innerhalb des Behälters 9, wodurch ein Teil des Dampfes kondensiert und sich das Dampfvolumen reduziert. Die Reduzierung des Dampfvolumens läßt den Wasserpegel in der Kappe 15 wieder über die Zuführungsöffnung 14 ansteigen, so daß Wasser in den Wärmespeicherkern 10 einströmen kann. Es beginnt nun wieder ein Verdampfungszyklus, bei dem das Wasser in dem Behälter 9 erhitzt wird, bis sich ein Gleichgewichtszustand eingestellt hat und die Zuführungsöffnung 14 wieder frei liegt In der Kappe 15 ist als Entlüftungsmittel 13 eine Luftdurchtrittsöffnung vorgesehen, die sich oberhalb des durch die Zuführungsöffnung 14 definierten Pegels befindet Durch die Luftdurchtrittsöffnung 13 kann Luft aus der Kappe 15 entweichen, so daß auf diese Weise eine Luftblockierung verhindert wird. Die Menge des über die Luftdurchtrittsöffnung 13 entweichenden Dampfes ist demgegenüber unerheblich.

In F i g. 2 ist eine modifizierte Ausführungsform der in F i g. 1 dargestellten Konstruktion gezeigt bei der das Wasser indirekt erhitzt wird. Wie in F i g. 1 ist hier ein Wärmespeicherkern 10 mit einer Isolation 11 und einem Rohr (oder einer Hohlplatte) 12 vorgesehen welches innerhalb des Wärmespeicherkerns 10 nacl oben geführt ist und in einen Dampfspeicherraum rag! Der Dampfspeicherraum befindet sich in einer innerer Kammer 20 eines Wärmeaustauschers, in dessen äuße ren Kessel 21 das zu erhitzende Wasser bei 22 eingc führt wird. Das heiße Wasser wird bei 23 abgezogen Der äußere Kessel 21 bildet in der dargestellten Kon struktion einen zylindrischen Mantel um die innen

ίο Kammer 20 und weist ferner eine ringförmige Kamme 24 auf, welche zusätzliche Wärmeaustauschflächen bil det. Durch die ringförmige Kammer 24 führen Durch gänge 25. welche die Bereiche der inneren Kammer 20 in der sich Dampf sammeln kann, miteinander verbin den.

Das vom oberen Ende des Wärmespeicherkerns K aus nach oben sich erstreckende Rohr 12 ist von einen röhrenförmigen Wasserreservoir 26 umgeben, welche; an seinem oberen Ende offen ist und an seinem unterer Ende eine Durchtrittsöffnung 27 aufweist. Durch dii Durchtrittsöffnung 27 kann Wasser von der innerer Kammer 20 in das Reservoir 26 eintreten. Von den Reservoir 26 kann Wasser über die Zuführungsöffnuni 14 (wie bei der in F i g. 1 gezeigten Anordnung) in da:

Rohr 12 eintreten. Das in das Rohr 12 eintretende Was ser verdampft: der sich bildende Dampf sammelt sich ir der inneren Kammer 20 und drückt den Wasscrpege nach unten, bis der Gleichgewichtsstand im Bereich dci Zuführungsöffnung 14 erreicht ist.

Die innere Kammer 20 wirkt als geschlossener Kes sei. Wird der Wasserpegel durch den Dampfdruck nacr unten gedrückt, so wird überschüssiges Wasser nacr unten in einen Vorratsbehälter 28 gepreßt. Der Vor ratsbehälter 28 hat an seinem oberen Ende einen Luft Verschluß 29, welcher verhindert, daß sich das im äuße ren Kessel 21 zu erhitzende Wasser mit dem in dci inneren Kammer 20 zirkulierenden Wasser vermischt.

Wenn heißes Wasser aus dem äußeren Kessel 21 ab

gezogen wird und kaltes Wasser in den Kessel eintritt so erfolgt eine Kondensation des Dampfes, wodurcr sich gleichzeitig das Dampfvolumen verringert. In die sem Fall fließt Wasser durch die Durchtrittsöffnung 2\ in das Reservoir 26 und durch die Zuführungsöffnunj 14 in das Rohr 12. Die Durchtrittsöffnung 27 kann au

dem gleichen Pegel wie die Zuführungsöffnung 14 odei oberhalb liegen. Die Einströmeigenschaften hänger von den relativen Positionen der Zuführungsöffnung I·: und der Durchtrittsöffnung 27 ab.

Das Reservoir 26 reduziert die Schwankunger

(Schwingungen) des Wasserpegels, womit das Wassei gleichmäßiger in den Wärmespeicherkern 10 einströ men kann. Ferner soll das Reservoir 26 die unterhalt der Zuführungsöffnung 27 notwendige Tiefe des äuße ren Kessels 21 verringern. Die innere Kammer 20 wire

anfangs mit Wasser aus dem äußeren Kessel 21 gefüllt darauf werden die Wasserpegel in den beiden Kesselt dadurch auf gleichen Stand gebracht daß man Wassei über eine Kante 30 des Vorratsbehälters 28 zurück ir den äußeren Kessel 21 fließen läßt Danach erfolgt kei

ne Mischung des Wassers aus dem äußeren Kessel unc der inneren Kammer mehr. Wenn der Wasserpegel in nerhalb der inneren Kammer 20 beispielsweise durcr Verdampfung stark sinkt so läßt es der LuftverschluC 29 zu, daß Wasser aus dem Vorratsbehälter 28 über die

Kante 30 nachfließt

Zwischen der inneren Kammer 20 und dem Vorrats behälter 28 ist als Entlüftungsmittel 31 eine Luftdurch tnttsöffnung in Form eines Röhrchens vorgesehen

durch welches Luft aus dem inneren Kessel 20 entweichen kann. Die über das Röhrchen 3t entweichende Dampfmenge ist unerheblich.

Es gibt mehrere Möglichkeiten, um die Temperatur des erhitzten Wassers zu steuern. Eine Möglichkeit ist in F i g. 3 dargestellt. Hier ist wiederum ein Wärmespcicherkern 10 mit einer Isolation 11 und einem Rohr (oder Hohlplatte) 12 vorgesehen. Das Rohr 12 erstreckt sich in einer als Dampfspeicherraum dienenden eine Kammer 40 bildenden Kappe nach oben. Die Kappe 40 überragt einen äußeren Tank 41. Der Teil der Kappe 40, der über dem Tank 41 liegt, ist ummantelt. Das sich von dem Wärmespeicherkern 10 aus nach oben erstreckende Rohr 12 ist von einem Reservoir 42 umgeben, welches eine Zuführungsöffnung 43 und eine unterhalb der Zuführungsöffnung 43 angeordnete zweite Zuführungsöffnung 44 aufweist. Eine temperaturempfindliche Einrichtung 45, wie beispielsweise eine Wachskapsel oder ein mit einer Expansionsflüssigkeit betriebenes Gerät, schließt die zweite Zuführungsöffnung 44, wenn die Wassertemperatur einen vorbestimmten Wert erreicht. Das Schließen der zweiten Zuführungsöffnung 44 hat zur Folge, daß der Wasserpegel außerhalb des Reservoirs 42 steigt. Dadurch wird verhindert, daß vom Wärmespeicherkern 10 kommender Dumpf den Teil der Kappe 40 füllt, der von dem zu erhitzenden Wasser in dem äußeren Tank 41 umgeben ist. Wenn die Zuführungsöffnung 44 geschlossen ist, arbeitet die temperaturempfindliche Einrichtung weiter: die Übertragung von Wärme auf das Wasser in dem äußeren Tank 41 ist jedoch vernachlässigbar.

Wenn die zweite Zuführungsöffnung 44 offen ist. strömt Wasser durch die zweite Zuführungsöffnung 44 in das Reservoir 42 und dann über die Zuführungsöffnung 14 in den Kern. Da der Wasserpegel in der Kappe 40 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 temperaturempfindliche Einrichtung 45 die zweite Zuführungsöffnung 44 schließt, so ist verhindert, daß Dampf den Teil der Kappe 40 füllt, welcher innerhalb des äußeren 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 die Temperatur in dem äußeren Tank 14 unter den vorbestimmten Wert fällt, so öffnet die temperaturempfindliche Einrichtung 45 die zweite Zuführungsöffnung 44, wodurch der Wärmeübertragungsbereich vergrößert wird. Die Vergrößerung setzt sich fort, bis die vorbestimmte Temperatur überstiegen ist Darauf schließt die temperaturempfindliche Einrichtung 45 wiederum die zweite Zuführungsöffnung 44, der Wärmeübertragungsbereich wird wieder reduziert. Auf diese Weise ist also die Temperaturregelung des zu erhitzenden Wassers erreicht

!n der in Fig.3 dargestellten Anordnung ist ein als Puffertank dienender Wasservorratsbehälter 46 vorgesehen, der separat von dem Wärmeaustauscher angeordnet ist und es ermöglicht daß zirkulierendes Wasser abgezogen werden kann und nachläuft.

In Fig.4 ist eine zweite Ausführungsform einer Temperaturregelungseinrichtung gezeigt. Ein Wärmespeicherkern 10 befindet sich innerhalb einer Isolation 11. Er weist ein Rohr 12 auf, das sich nach oben zu dem oberen Teil eines einen Kessel 50 bildenden Isolierteils erstreckt, das die Form eines umgekehrten Bechers hat. Das Isolierteil 50 umschließt eine Dampf- und Wasserraumkammer 49. Die durch das Isolierteil 50 gebildete thermische Isolation stellt sicher, daß eine Wärmeübertragung von Dampf zu Wasser nur innerhalb des Isolierteiles 50 erfolgt. Ein Behälter 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 Wärmeübertragungsfläche umgeben. Die zweite Kammer 53 befindet sich außerhalb des Isolierteils 50. Ein Temperaturregelventi! 54, wie beispielsweise eine Wachskapsel, ist in einer Öffnung, die einen Durchgang 55 zwischen den zwei Kammern 52, 53 bildet, im Heißwasserbereich vorgesehen. Das Temperaturregelventil 54 steuert den Durchfluß des Wassers durch die öffnung 55 zwischen den beiden Kammern 52, 53. Die beiden Kammern 52, 53 sind unterhalb des Isolierteiles 50 frei miteinander verbunden. Wenn die Wassertemperatur in der zweiten Kammer 53 einen vorbestimmten Wert überschreitet, dann schließt das Temperaturregelventil 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 Dampfraum 49 jedoch unter dem Wassereinlaß 56. Eine weitere Wärmeübertragung erfolgt so lange nicht, bis Wasser über einen Auslaß 17 abgezogen wird und das Temperaturregelventil 54 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 zweiten Kammer 53 entsprechend erhöht. Ein als Puffertank dienender Wasservorratsbehälter 58 sorgt dafür, daß zirkulierendes Wasser in dem Reservoir 57 nachläuft und Schwankungen (Schwingungen) des Wasserpegels reduziert werden.

Weitere Maßnahmen zur Regelung der Temperatur in den Anordnungen nach den F i g. 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 zi erhitzende Wasser eingetauchter Thermostat kann der Luftkompressor ein- und ausschalten, so daß die Temperatur des zu erhitzenden Wassers je nachdem, ob dei Kompressor ein- oder ausgeschaltet ist, fällt bzw. steigt Um eine Warmwasserheizung oder eine Zentralheizung eines Gebäudes zu steuern, kann ein einzigei Kompressor und Luftspeicher vorgesehen werden. Dei Luftspeicher speichert die von dem Kompressor gelie fette Luft derart daß die Luft über von Wasserthermo staten in den Wärmeaustauschern betätigte Luftdurch laßventile je nach Bedarf in den Dampfraum eingeführ werden kann. Es kann auch Luft von dem Dampfraun kontinuierlich oder intermittierend abgezogen werder (das kann beispielsweise durch einen thermostatisd geregelten Entlüfter erfolgen). Das öffnen und Schlie Ben der Luftventile ermöglicht es, mehr oder wenigci Luft in den Dampfraum eintreten zu lassen, so daß di<

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Temperatur des zu erhitzenden Wassers entsprechend dem von dem Thermostaten angezeigten Wert fällt oder steigt.

In einigen Fällen kann es zweckmäßig sein, die Aufheizung des Wassers dadurch zu erreichen, daß man Dampf von dem Dampf- und Wasserraum oberhalb des Kerns durch eine in einem Wassertank eingetauchte Schlange leitet. Das kann beispielsweise vorteilhaft sein, wenn das Wasser von zwei separaten Quellen zu erhitzen ist. Bei einer Gebäudeheizung, die aus einem Heißwassererzeuger und aus einem Zentralheizungssystem besteht, kann ein einziger Wärmespeicherkern mit zwei separaten Wärmeaustauschersystemen verwendet werden, wobei ein System für den Warmwassererzeuger und das andere für die Zentralheizung vorgesehen ist.

F i g. 5 zeigt schematisch eine Gebäudeheizung, die aus einem Warmwassererzeuger und einem Zentralheizungssystem besteht.

Ein Wärmespeicherkern 10 ist von einer Isolation 11 umgeben und wird durch elektrische Widerstandsheizer 60 erhitzt. In dem Wärmespeicherkern 10 sind einen Kanal 61 bildende Röhren eingebettet, welche nach oben zu einem Dampfsammeirohr 62 führen. Von dem Dampfsammeirohr 62 wird den rohrförmigen Heizschlangen 63, 64, welche zwei Wärmeaustauscher für das Heißwasser in den Behältern 65, 66 bilden. Dampf zugeführt. Ein Rohr 67 ist mit einem Rohr 69 verbunden und verbindet dadurch die unteren Enden der beiden Rohrschlangen 63, 64 mit einem einen Puffertank bildenden Wasservorratsbehälter 68. Der Wasserpegel in den Rohrschlangen 63, 64 hat einen entsprechenden Pegel in einer ein Zuführungsreservoir bildenden Kammer 70, welche über eine Leitung 71 mit dem Dampfsammeirohr 62 und über eine Leitung 72 mit dem Rohr 67 verbunden ist.

Wenn Dampf in den Rohrschlangen 63, 64 kondensiert, so steigt der Wasserpegel in dem Reservoir 70, bis er über dem Eingang zu einem Zuführungsrohr 73 liegt. In diesem Fall strömt Wasser durch das Zuführungsrohr 73 und Verteilerröhren 74 in die Röhren 61. Der in den Röhren 61 erzeugte Dampf drückt den Wasserpegel in den Rohrschlangen 63 und 64 und bewirkt, daß der Wasserpegel in dem 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 Dampfgefüllt bleiben.

Um ein Gebäude zu heizen, wird Wasser mit Hilfe einer Pumpe (nicht gezeigt) durch den Behälter 65 gedrückt, welcher die Rohrschlange 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 77 Zn einem Auslaßrohr 78 strömen kann. Von dem Behälter 66, der die Rohrschlange 64 umgibt, kann für Hausgebrauchszwecke heißes Wasser entnommen werden. Der Behälter 66 enthält genügend heißes Wasser, um Ills Puffer zu wirken, wenn einerseits heißes Wasser angefordert wird und auf der anderen Seite nur eine be- »chränkte Wärmemenge aus dem Speicherkern 10 zur Verfügung steht Zur Erniedrigung der Wassertemperatur kann ein Umgehungsventil 79 geöffnet werden. Dadurch kann Wasser durch ein Umgehungsrohr 80 difekt von einem Einlaßrohr 81 zu einem Auslaß 82 flie-

Tauchwände 83,84 innerhalb des Behälters 66 sorgen für eine innere Zirkulation des Wassers, derart, daß in wesentlichen der gesamte Behälter 66 erhitzt wird Eine dieser Tauchwände kann in den Seitenbereicher des Behälters 66 liegen. Ein anderes Paar von Tauch wänden 84 kann im oberen Teil des Behälters 66 vorge sehen sein. Wenn der Wärmespeicherkern 10 abkühli und genügend Dampf produziert wird, um die Rohr schlange 64 zu füllen, so wird nur der obere Teil dci Wassers erhitzt. Die Tauchwände 84 sorgen in diesem Fall für eine innere Zirkulation des Wassers.

Luft wird aus dem Dampfraum durch ein Rohr 85 abgezogen. Es kann aber auch Luft aus dem Dampfraum der Wärmeaustauscher abgesogen werden.

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

Die durch die Isolation von dem Wärmespdcherkern 10 des Boilers an die Atmosphäre abgegebene Wärme kann reduziert werden; ein großer Teil der erzeugten Warme kann zur Wassererhitzung dadurch ausgenutzt werden, daß die Wärme innerhalb der Isolation extrahiert wird. Das kann mit Hilfe einer Rohrschlange 90 erfolgen. An der Rohrschlange 90 kann eine Platte 91 angeordnet sein, welche zur Verbesserung der Wärmeübertragung auf die Rohrschlange 90 dient Durch die Rohrschlange 90 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 Rohrschlange in der Isolation jedoch dazu, um Dampf zu erzeugen, welcher dann über ein Rohr in die zum Wärmeaustausch dienenden Rohrschlangen 63, 64 geleitet wird. Die Rohrschlange 90 wird von einer Röhre 92 gespeist, welche in das Reservoir 70 an einer Stelle mundet die tiefer als die Mündung des Zuführungsrohrs 73 liegt Die Rohrschlange 90 in der Isolation 11 kann deshalb die unteren Abschnitte der Hauptwärmeaustauscher erhitzen. Für den Fall, daß eine Belastung mcht vorliegt und die Behälter 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 Behälter 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 Dampfraum 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 m dem Wasser aufsteigt und unangenehme Geräusche erzeugt

Die zuvor beschriebenen Steuermittel können auch hier angewendet werdea und zwar, um die Temperatur

hÜn w"^{g Und deS im Haus zur} Verfügung stehenden heißen Wassers zu regeln.

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

Die Röhre 61 in Fig.5 und die Rohre 12 in den Fig.! bis 4 stehen in engem Kontakt mit dem Wärmespeicherkern. Es können rostfreie Stahlrohre verwendet werden, die in Eisenblöcke eingegossen sind. Die Rohre können aber auch Durchgänge in den Blöcken sein, die aus einem Material wie beispielsweise Chromstahl gegossen sind.

Auch das Speichermedium kann aus zwei Materialien bestehen, nämlich aus dem Material, aus dem die Rohre gegossen sind, sowie aus einem Material wie ·° Eisenoxid oder feuerbeständigem Ziegelslein, welches zwischen den Rohrblöcken angeordnet ist.

In der in F i g. 5 dargestellten Anordnung liegt das obere Ende der Wiirmeaustauscherschlange 64 in dem Behälter 66 für das Heißwasser höher als das obere Ende der Wärmeaustauscherschlange 63 auf der Heizseite. Wenn der Wärmespeicherkern 10 seine Wärme im wesentlichen abgegeben hat und nur noch eine geringe Dampfmenge erzeugen kann, so wird der Dampf vorzugsweise der Wärmeaustauscherschlange 64 zügeführt. Der Erhitzung von Wasser zur Herstellung von

Heißwasser für das Gebäude wird in diesem Fall der 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 Wärmeaustauscherschlangen auf der gleichen Höhe liegen, ist keine der beiden Seiten bevorzugt.

Es versteht sich auch, daß in dem Behälter 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 verwendei werden, um auf das Kondensat unterhalb der Dampf kammer einzuwirken. Dadurch kann während der Zeit perioden. in denen ein Betrieb des thermischer Speicherkerns nicht erwünscht ist, für das Gebäudi Heißwasser erzeugt werden oder die Heizung betrie ben werden. Ein solches direkt wirkendes Heizelemen kann durch einen Schwimmerschalter gesteuert wer den.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Wasserheizsystem mit einem auf eine Temperatur oberhalb der Siedetemperatur von Wasser aufheizbaren Wärmespeicherkern, mit einer oberhalb des Wärmespeicherkerns angeordneten, mit Dampf und teilweise mit Wasser gefüllten Kammer und mit einem im Wärmespeicherkern eingelassenen, sich nach oben erstreckenden und im Dampfraum der Kammer mündenden Kanal, der unterhalb seiner Mündung eine Wasserzuführungsöffnung aufweist, durch die Wasser aus der Kammer dem Speicherkern zur Umwandlung in Dampf zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ka- '5 nal (12; 61) durch den Wasserraum hindurchgeführt und die Wasserzuführungsöffnung (14, 44, 56) in dem in die Kammer (15; 20; 40; 49; 70) hineinragenden Kanalbereich angeordnet ist und daß der Boden der Kammer (15; 20; 40; 49; 70) über eine Öff-Bung mit einem Wasservorratsbehälter (9; 28; 46; 58; 68) verbunden ist, derart, daß bei Erhöhung des Dampfdrucks in der Kammer (15; 20; 40; 49; 70) der Wasserpegel unter die Wasserzuführungsöffnung (14; 44; 56) absenkbar ist. ²S

2. Wasserheizsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Abziehen von heiiem Wasser aus der Kammer vorgesehen sind.

3. Wasserheizsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragung der Wärme des Dampfes und/oder des Wassers in der Kammer tuf das zu erhitzende Wasser durch einen Wärmeauslauscher erfolgt.

4. Wasserheizsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauscher einen Kessel aufweist, der die Kammer wenigstens teilweise umgibt.

5. Wasserheizsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauscher einen Behälter mit einer Rohrschlange aufweist, welche mit der Kammer zur Aufnahme von Dampf verbunden ist (F i g. 5).

6. Wasserheizsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (15) von dem Innenraum einer Kappe gebildet ist, welche an ihrem unteren Ende durch Eintauchen in Wasser abgedichtet ist.

7. Wasserheizsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kammer ein Wasserreservoir (26, 42) angeordnet ist, welches von einem vertikalen zylindrischen Behälter gebildet ist, der den Kanal innerhalb dcr Kammer mindestens teilweise umgibt und daß das Reservoir (26, 42) sich bis zu einer Stelle oberhalb der Wasserzuführungsöffnung (14) erstreckt, wobei das Reservoir (26, 42) oben gegen den Dampfbereich der Kammer offen und in der Wand des Reservoirs (26,42) eine Öffnung (27,43) vorgesehen ist, welche den Innenraum des Reservoirs (26, 42) mit der Kammer verbindet.

8. Wasserheizsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer Entlüftungsmittel (25,31,1?) aufweist.

9. Wasserheizsystem nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine temperaturempfindliche Einrichtung (45) zur Steuerung des von der Kammer in das Reservoir (42) eintretenden Wassers vorgesehen ist.

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10. Wasserheizsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die temperauirempfindüche Einrichtung (45) eine unterhalb der Öffnung (43) in der Wand des Reservoirs (42) liegende Öffnung (44) öffnet oder schließt

11. Wasserheizsystem mit einem Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Wärmeaustauscher eine temperaturempfindliche Einrichtung (54) vorgesehen ist, welche den Fluß erhitzten Wassers von einem Bereich (52), in dem das Wasser durch den Wärmeaustauscher erhitzt wird, zu einem Bereich (53), in dem das Wasser nur teilweise oder gar nich, erhitzt wird, steuert (F i g. 4).

12. Wasserheizsystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer von einem geschlossenen, die Form eines umgekehrten Bechers aufweisenden Kessel (50) gebildet ist, der an seiner Außenseite isoliert und in einen äußeren. Wasser enthaltenden Behälter (51) eingesetzt ist, derart, daß eine Wärmeübertragung zu dem in dem Behälter (51) befindlichen Wasser nur an der Innenseite des die umgekehrte Becherform aufweisenden Kessels (50) stattfindet, und daß die temperaturempfindliche Einrichtung (54J die Öffnung eines Durchgangs (55) rn der Oberseite des eine umgekehrte Becherform aufweisenden Kessels (50) öffnet oder schließt.