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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erwärmung von Brauchwasser, insbesondere
zum Beheizen von Schwimmbädern,
gemäß Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Zur
Verbesserung der Energieausnutzung in Heizungsanlagen, die mit fossilen
Brennstoffen betrieben werden, wird die sogenannte Brennwerttechnik
angewendet, bei der das wasserdampfhaltige Abgas im Primärkreislauf
eines Wärmeübertragers (auch
Wärmetauscher
genannt) soweit abgekühlt wird,
dass der Wasserdampf kondensiert und die dabei freiwerdende Wärme auf
das im Sekundärkreislauf
zirkulierende Heizungswasser übertragen
wird.
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Dazu
muss die Rücklauftemperatur
des Heizungswassers in den Heizkessel so niedrig sein, dass der
Taupunkt des Wasserdampfs unterschritten wird. Alternativ kann die
im Abgas gespeicherte Wärme
auf die Verbrennungsluft übertragen
werden, die dann anstelle des Heizungswassers im Sekundärkreislauf
zirkuliert. Die Vorwärmung
der Verbrennungsluft trägt
ebenfalls zu einer Erhöhung
des Wirkungsgrads bei.
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Nachteilig
an der Brennwerttechnik ist, dass ihr Einsatz in transportablen
Heizgeräten
schwer realisierbar ist, da das bei dieser Technologie anfallende
Kondensat vor der Einleitung in öffentliche
Abwasserleitungen zunächst
neutralisiert werden muss, derartige Anlagen meist mit Gas betrieben
werden und daher eine ortsfeste Installation notwendig ist. Darüber hinaus
sind solche Anlagen im Allgemeinen zur festen Verbindung mit einem
Heizwasserkreislauf vorgesehen, so dass eine variable Verwendung
an wechselnden Orten mit Schwierigkeiten verbunden ist.
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Zur
Erwärmung
von Schwimmbädern
in Haushalten sind Elektroheizungen, Solarheizungen, die Anbindung
an stationäre
Hausheizanlagen sowie Kombinationen daraus bekannt. Während Elektroheizungen
hohe Energiekosten verursachen, sind reine Solarheizungen von der
Intensität
der Sonnenstrahlung abhängig
und daher nicht bedarfsgerecht einsetzbar. Die Anbindung an Hausheizanlagen
wiederum erfordert eine vollständige
Entkopplung von den zur Beheizung des Hauses vorgesehenen Heizkörpern, da
Schwimmbäder
im allgemeinen in der warmen Jahreszeit genutzt werden, während der
eine Beheizung des Hauses unerwünscht
ist.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur Erwärmung von
Brauchwasser, insbesondere zum Beheizen von Schwimmbädern, anzugeben,
die eine gute Energieausnutzung bei geringem Brennstoffverbrauch
bietet und kompakt ist. Eine weitere Aufgabe besteht darin, das
Warmwasserheizgerät
so auszubilden, dass es für
vielfältige Zwecke
einsetzbar ist. Weiterhin soll das Warmwasserheizgerät externe
Wärmequellen
zur Erwärmung des
Wassers nutzen können.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe gelöst durch
eine Vorrichtung zur Erwärmung
von Brauchwasser mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Erwärmung
von Brauchwasser umfasst ein Heizgerät zur Erwärmung einer Wärmeträgerflüssigkeit
durch Verbrennung eines fossilen Brennstoffs unter Entstehung von
Abgas, einen ersten Wärmeübertrager
zur Wärmeübertragung
von der Wärmeträgerflüssigkeit auf
das Brauchwasser und einen zweiten Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung
vom Abgas auf das Brauchwasser, wobei das Heizgerät mit dem
ersten Wärmeübertrager
zu einem ersten, mit einer Wärmeträgerflüssigkeit
gefüllten
Primärkreislauf
und mit dem zweiten Wärmeübertrager
zu einem zweiten, vom Abgas durchströmten Primärkreislauf verbunden ist, und
wobei die Vorrichtung mit einem Brauchwasserspeicher durch eine
Vorlaufleitung und eine Rücklaufleitung
so verbindbar ist, dass der Brauchwasserspeicher mit dem ersten
Wärmeübertrager und
dem zweiten Wärmeübertrager
einen Sekundärkreislauf
bildet, in dem das Brauchwasser aus dem Brauchwasserspeicher durch
die Rücklaufleitung
in die Vorrichtung geführt
wird, in der Vorrichtung nacheinander die Sekundärseiten des zweiten Wärmeübertragers
und des ersten Wärmeübertragers
durchfließt
und anschließend
durch die Vorlaufleitung in den Brauchwasserspeicher zurückgeführt wird.
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Das
Heizgerät
kann beispielsweise eine handelsübliche
Stand- oder Zusatzheizung,
wie sie im Automobilbau Verwendung findet, sein. Diese Heizgeräte sind
kompakt, robust, preiswert und energieeffizient. Weiter können spezielle
Heizgeräte
mit einer geringen Heizleistung, beispielsweise mit weniger als
16 kW, verwendet werden.
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Das
Brauchwasser wird in der erfindungsgemäßen Vorrichtung in zwei Stufen
erwärmt.
Zunächst durchfließt das Brauchwasser
den zweiten Wärmeübertrager
sekundärseitig.
Dabei wird die in den heißen
Abgasen, die den zweiten Wärmeübertrager
primärseitig
durchströmen,
gespeicherte Wärme
auf das Brauchwasser übertragen,
so dass die Temperatur des Brauchwassers steigt.
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Die
Abgase durchströmen
den zwischen dem Heizgerät
und dem zweiten Wärmeübertrager gebildeten
zweiten Primärkreislauf.
Es handelt sich dabei um einen offenen Kreislauf, in den vor dem Heizgerät Frischluft
aus der Umgebung eingespeist wird, die im Heizgerät bei der
Verbrennung des Brennstoffs zu heißem Abgas umgewandelt und hinter
dem zweiten Wärmeübertrager
als gekühltes
Abgas an die Umgebung abgegeben wird.
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In
der zweiten Stufe der Erwärmung
durchströmt
das Brauchwasser nach dem Verlassen des zweiten Wärmeübertragers
den ersten Wärmeübertrager
sekundärseitig.
Dabei wird die in der heißen Wärmeträgerflüssigkeit,
die den ersten Wärmeübertrager
primärseitig
durchströmt,
gespeicherte Wärme auf
das Brauchwasser übertragen,
so dass die Temperatur des Brauchwassers nochmals steigt.
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Die
Wärmeträgerflüssigkeit
durchströmt
den zwischen dem Heizgerät
und dem ersten Wärmeübertrager
gebildeten zweiten Primärkreislauf.
Es handelt sich dabei um einen geschlossenen Kreislauf, in dem sich
die Wärmeträgerflüssigkeit
befindet, die im Heizgerät
bei der Verbrennung des Brennstoffs erwärmt und hinter dem ersten Wärmeübertrager
als gekühlt
in das Heizgerät
zurückgeführt wird.
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Die
besonders effektive Energieausnutzung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ergibt sich daraus, dass das Brauchwasser mit relativ geringer Ausgangstemperatur
zunächst
von den Abgasen und erst anschließend durch die Wärmeträgerflüssigkeit erwärmt wird.
Dadurch besteht eine relativ große Temperaturdifferenz zwischen
dem Brauchwasser und dem Abgas, so dass dem Abgas mehr Wärme entzogen
werden kann. Bei der Wärmeträgerflüssigkeit
ist eine große
Temperaturdifferenz zum Brauchwasser aufgrund der höheren spezifischen
Wärmekapazität der Wärmeträgerflüssigkeit
gegenüber
den Abgasen von untergeordneter Bedeutung.
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Versuche
haben gezeigt, dass sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung brennwertbezogene Wirkungsgrade
von 96 bis 98 Prozent erzielen lassen.
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Grundsätzlich könnte der
erste Primärkreislauf
nach dem Schwerkraftprinzip betrieben werden. Zur Erzielung einer
hohen Heizleistung ist jedoch vorteilhaft im ersten Primärkreislauf
mindestens eine Umwälzpumpe
zum Umwälzen
der Wärmeträgerflüssigkeit
vorgesehen. Die Umwälzpumpe
beschleunigt den Umlauf der Wärmeträgerflüssigkeit
im ersten Primärkreislauf
und gestattet dadurch den Abtransport einer größeren Wärmemenge aus dem Heizgerät.
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In
einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist weiter
vorgesehen, dass im Sekundärkreislauf
mindestens eine Umwälzpumpe
zum Umwälzen
der Wärmeträgerflüssigkeit
vorgesehen ist, durch die das Brauchwasser umgewälzt wird, um eine verbesserte
Energieausnutzung zu erzielen.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung ist im ersten Primärkreislauf ein Druckausgleichsbehälter zum
Ausgleich von Druckschwankungen vorgesehen ist. Vorteilhaft ist
dieser Druckausgleichsbehälter
ein Membran-Ausdehnungsgefäß. Membran-Ausdehnungsgefäße sind
kompakt und preiswert und gestatten einen Druckausgleich innerhalb
eines geschlossenen Kreislaufs. Dadurch werden unter anderem Verlust
von Wärmeträgerflüssigkeit
und Korrosion im Kreislauf verhindert.
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Weiter
vorteilhaft ist im ersten Primärkreislauf
eine Sicherheitseinrichtung, umfassend einen Druckmesser oder/und
ein Überdruckventil
oder/und einen Druckschalter, vorgesehen. Durch diese Maßnahme kann
die Sicherheit der Vorrichtung signifikant erhöht werden, so dass Havarien
aufgrund von Überdrücken verhindert
werden.
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In
einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist im zweiten Primärkreislauf
zwischen dem Heizgerät
und dem zweiten Wärmeübertrager
mindestens ein Abgasschalldämpfer
zur Verringerung von Geräuschemissionen
vorgesehen. Durch die zyklische Verbrennung des Brennstoffs in dem
Heizgerät
kommt es zu einer Geräuschentwicklung,
die störend
wirkt. Dem kann mit einem Abgasschalldämpfer begegnet werden.
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Besonders
vorteilhaft ist zwischen den Anschlüssen für die Vorlaufleitung und die
Rücklaufleitung
eine sperrbare Bypassleitung vorgesehen. Diese Bypassleitung kann
beispielsweise dazu genutzt werden, das Brauchwasser durch mehrmaliges
Zirkulieren auf eine besonders hohe Temperatur zu bringen oder andere
Verbraucher, beispielsweise eine Raumheizung, mit warmem Wasser
zu versorgen, oder eine Zirkulation des Brauchwassers in der Vorrichtung
auch dann sicherzustellen, wenn eine Vorlauf- oder Rücklaufleitung
verstopft sein sollte.
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Die
Brennstoffversorgung der Vorrichtung kann beispielsweise über eine
Brennstoffleitung aus einem externen Brennstofftank, beispielsweise
dem zu einer Hausheizanlage gehörenden
Brennstofftank, erfolgen. Im Hinblick auf eine möglichst ortsunabhängige Einsetzbarkeit
der Vorrichtung ist jedoch eine Ausgestaltung von Vorteil, bei der
die Vorrichtung einen eigenen Brennstofftank aufweist.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung weist daher auch die Vorrichtung
ein Gehäuse
mit von außen zugänglichen
Anschlüssen
für die
elektrische Spannungsversorgung oder/und die Vorlaufleitung oder/und
die Rücklaufleitung
oder/und einer Luftansaugöffnung
oder/und einer Abgasausstoßöffnung oder/und
Bedienelementen zur Bedienung der Vorrichtung auf.
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Zur
weiteren Komfortsteigerung bei der Benutzung der Vorrichtung durch
die Unterdrückung von
Geräuschemissionen
ist weiterhin vorgesehen, dass das Gehäuse schallgedämmt ausgeführt ist.
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Um
die Vorrichtung problemlos an wechselnden Einsatzorten verwenden
zu können,
ist vorgesehen, dass das Gehäuse
Räder oder
Rollen zum Transport der Vorrichtung aufweist.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
ist geeignet zur Erwärmung
von Brauchwasser, insbesondere zum Beheizen von Schwimmbädern. Sie
bietet eine gute Energieausnutzung bei geringem Brennstoffverbrauch
und ist kompakt. Die Vorrichtung ist darüber hinaus für vielfältige Zwecke,
beispielsweise die Beheizung von Wohnräumen, Gewächshäusern, Garagen usw. einsetzbar.
Zur Erwärmung
des Wassers können
externe Wärmequellen
genutzt werden, wenn die Vorrichtung mit diesen verbunden wird.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen
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1 in
schematischer Darstellung den Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung
und
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2 ein
vorteilhaftes Ausführungsbeispiel.
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In 1 ist
eine erfindungsgemäße Vorrichtung
schematisch dargestellt.
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Die
Vorrichtung 1 weist ein Gehäuse 11 auf. In dem
Gehäuse
sind ein Heizgerät 2,
ein erster Wärmeübertrager 31 und
ein zweiter Wärmeübertrager 32 angeordnet.
Der Brenner 23 des Heizgeräts 2 wird über eine
Brennstoffleitung 22 aus einem Brennstofftank 21,
der ebenfalls im Gehäuse 11 untergebracht ist,
mit Brennstoff versorgt.
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Im
Heizgerät 2 wird
die Wärmeträgerflüssigkeit,
die sich im ersten Primärkreislauf 41 befindet, erhitzt.
Gleichzeitig wird die Luft, die durch eine Luftansaugöffnung 13 angesaugt
wird, zu einem heißen
Abgas umgewandelt, das den offenen zweiten Primärkreislauf 42 durchströmt und die
Vorrichtung 1 an der Abgasausstoßöffnung 14 verlässt.
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Außerhalb
der Vorrichtung 1 befindet sich ein Brauchwasserspeicher 61,
der über
eine Vorlaufleitung 62 und eine Rücklaufleitung 63 mit
der Vorrichtung 1 zu einem Sekundärkreislauf 43 verbunden
ist, so dass das Brauchwasser durch die Rücklaufleitung 63 zuerst
den zweiten Wärmeübertrager 32 und
anschließend
den ersten Wärmeübertrager 31 sekundärseitig
durchströmt,
wobei die Wärme
der Abgase bzw. der Wärmeträgerflüssigkeit
auf das Brauchwasser übertragen
wird. Anschließend
wird das erwärmte
Brauchwasser durch die Vorlaufleitung 62 in den Brauchwasserbehälter 61 zurückgeführt.
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In 2 ist
eine vorteilhafte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
schematisch dargestellt.
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Die
im Heizgerät 2 erwärmte Wärmeträgerflüssigkeit
wird in einem ersten Primärkreislauf 41 durch
einen ersten Wärmeübertrager 31 geleitet.
Dabei wird die Wärmeträgerflüssigkeit
durch eine Umwälzpumpe 411 umgewälzt, um
den Wärmetransport zu
erhöhen.
Zur Erhöhung
der Sicherheit beim Betrieb der Vorrichtung sind im ersten Primärkreislauf ein
Druckausgleichsbehälter 412 und
eine Sicherheitseinrichtung 413 mit einem Druckmesser 414,
einem Überdruckventil 415 und
einem Druckschalter 416 angeordnet.
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Die
bei der im Heizgerät 2 stattfindenden Verbrennung
anfallenden heißen
Abgase werden in einem zweiten Primärkreislauf 42 durch
einen zweiten Wärmeübertrager 32 geleitet.
Zwischen dem Heizgerät 2 und
dem zweiten Wärmeübertrager 32 ist ein
Abgasschalldämpfer 421 zur
Verringerung von Geräuschemissionen
angeordnet. Durch die Anordnung des Abgasschalldämpfers 421 vor dem
zweiten Wärmeübertrager 32 sind
die Abgase beim Durchströmen
des Abgasschalldämpfers 421 noch
so heiß, dass
Kondensatbildung verhindert wird.
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Ein
Brauchwasserspeicher ist über
eine Vorlaufleitung 62 und eine Rücklaufleitung 63 in
einem Sekundärkreislauf 43 mit
der Vorrichtung verbunden. Das Brauchwasser aus dem Brauchwasserspeicher wird
der Vorrichtung über
die Rücklaufleitung 63 zugeleitet.
In der Vorrichtung wird das Brauchwasser zunächst durch den zweiten Wärmeübertrager 32 und
anschließend
durch den ersten Wärmeübertrager 31 geleitet
und dabei erwärmt.
Dabei wird das Brauchwasser durch eine Umwälzpumpe 411 umgewälzt, um
den Wärmetransport
zu erhöhen.
Anschließend
wird das Brauchwasser durch die Vorlaufleitung 62 in den
Brauchwasserspeicher zurückgeführt.
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Der
zweite Wärmeübertrager 32 ist
in der Vorrichtung so angeordnet, dass die Austrittsöffnung der
Abgase unten liegt. Dadurch wird eventuell anfallendes Kondensat
durch Schwerkraft aus dem zweiten Wärmeübertrager 32 geleitet.
Zwischen der Vorlaufleitung 62 und der Rücklaufleitung 63 ist
eine Bypassleitung 431 zum Kurzschließen des Sekundärkreislaufs 43 vorgesehen.
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Zur
elektrischen Spannungsversorgung von Heizgerät 2 und Umwälzpumpen 411 ist
ein elektrischer Anschluss mit einem Netzstecker 51, Sicherungen 52 und
einem Netzteil 53 vorgesehen.
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- 1
- Vorrichtung
- 11
- Gehäuse
- 12
- Bedieneinrichtung
- 13
- Luftansaugöffnung
- 14
- Abgasausstoßöffnung
- 2
- Heizgerät
- 21
- Brennstofftank
- 22
- Brennstoffleitung
- 23
- Brenner
- 31
- Erster
Wärmeübertrager
- 32
- Zweiter
Wärmeübertrager
- 41
- Erster
Primärkreislauf
- 411
- Umwälzpumpe
- 412
- Druckausgleichsbehälter
- 413
- Sicherheitseinrichtung
- 414
- Druckmesser
- 415
- Überdruckventil
- 416
- Druckschalter
- 42
- Zweiter
Primärkreislauf
- 421
- Abgasschalldämpfer
- 43
- Sekundärkreislauf
- 431
- Bypassleitung
- 51
- Netzstecker
- 52
- Sicherungen
- 53
- Netzteil
- 61
- Brauchwasserspeicher
- 62
- Vorlaufleitung
- 63
- Rücklaufleitung