DE2325526A1 - Durchflussgeraet zum einsatz in das heizwasser eines brauchwasserspeichers - Google Patents

Description

• zum Einsatz in das Heizwasser eines Brauchwasserspeichers" Die Erfindung betrifft ein Durchflußgerät zum Einsatz in das Heizwasser des Brauchwasserspeichers eines Elektrospeichers oder eines Durchflußkessels, das aus einem den Brauchwasserspeicher in seiner Länge durchsetzenden Durchflußkanal und einem in ihm angeordneten Wärmeübertrager für das Brauchwasser besteht, dessen Vorlauf leitung mit einer Kaltwasserzuführungsleitung und dessen Rücklauf leitung über eine Zirkulationspumpe mit einer Zapfstelle verbunden sind.
• Es ist ein Durchflußgerät dieser Art bekannt, bei dem das heiße Heizwasser von z.B. 700 - 900 C ständig die Außenseite des Wärmeübertragers umspült, so daß je nach Lange der Zapfintervalle das auf der Innenseite des Wärmeübertragers von der Zirkulationspumpe ständig umcrewIzte Braucilwasser sich relativ rasch erwärmt und der Temperatur des Heizwassers annähert. Die Folge ist, insbesondere bei längeren Zapfintervallen, eine zu hohe Temperatur des vor der Zapfstelle anstehenden Brauchwassers und damit relativ hohe Wärmeverluste infolge von Transmissionsverlusten durch den Zirkulationskreislauf sowie bei Brauchwassertemperaturen oberhalb von 600 C Kalkablagerungen auf der Innenseite des Wärmeübertragers und damit eine Verschlechterung seiner Wärmedurchgangszahl k. Beim Abzapfen von Brauchwasser muß erst über kostspielige Mischventile und Regelarmaturen kaltes Frischwasser zugemischt werden, was aufgrund der Trägheit des Gesamtsystems auch erst dann erreicht werden kann, wenn bereits eine nennenswerte Wassermenge aus der Zapfstelle ausgeflossen ist, von eventuellen Veletzungen der Hände beim Prüfen der Ausflußtemperatur ganz abzusehen.
• Die vorliegende Erfindung hat sich nun die Aufgabe gestellt, unter Vermeidung der vorgenannten Nachteile ein Durchflußgerät der eingangs genannten Gattung zu schaffen, das mit einfachen Mitteln eine gewünschte, jederzeit konstante unmittelbar vor der Zapfstelle anstehende Brauchwassertemperatur von maximal 550 C sicherstellt, die von der Höhe der Heizwassertemperatur weitgehend unabhängig ist. Weiterhin soll das Durchflußgerät in jedem herkömmlichen Brauchwasserspeicher eines Elektrospeichers oder eines Durchflußkessels einge.setzt werden können, ohne daß dieser Speicher in seinem prinzipiellen Aufbau geändert werden mußte.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Durchflußkanal vor und/oder hinter dem Wärmeübertrager mit einer regelbaren Absperrvorrichtung sowie über seine gesamte Einzelfläche mit einem Stoff von geringer Wärmeleitfähigkeit a versehen ist. Aufgrund dieser Wärmeisolation in Verbindung mit der Durchflußmengenregelung kann die Temperatur des Brauchwassers exakt den Erfordernissen angepaßt werden. Auch ist es nunmehr nicht erforderlich, den Durchflußkanal aus teurem, rostfreien Stahl zu fertigen, sondern er kann ebensogut auch aus einem Stahlblech bestehen, das an seiner äußeren und/oder inneren Mantelfläche mit einem stark warmedammenden Kunststoff von hoher Temperaturbeständigkeit, z.B. mit einem Polytetrafluoräthylen oder einem Polyamid, beschichtet ist. Besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn der Durchflußkanal selbst aus einem warmfesten Kunststoff, z.B. aus einem Polytetrafluoräthylen, einem Polyamid oder einem hochtemperatur- und hydrolysebeständigen Polyolefin, mit geringer Wärmeleitfähigkeit besteht.
• und damit die Wärmeübertragung pro Zeiteinheit zwischen dem auf der Innen- und auf der Außenseite des Durchflußkanals befindlichen Heizwassers erheblich herabgesetzt.
• Um die Trägheit des Gesamtsystems durch Verringerung der Einströmverluste in den Durchflußkanal zu verkleinern, ist dieser vor dem Wärmeübertrager mit einer strömungstechnisch günstigen Einströmdüse versehen, deren Quotient von Bördelradius zu Einströmdurchmesser optimal groß ist. Hierdurch wird die Einlaufverlustziffer bei erhöhter Einströmgeschwindigkeit erheblich herabgesetzt. Dabei wird der Durchflußquerschnitt der Einströmdüse durch einen Deckel, Kolben oder dergl. absperrbar sowie stufenlos verstellbar gestaltet und die Einströmdüse und der Deckel aus dem gleichen wärmedämmenden Werkstoff wie der Durchflußkanal hergestellt.
• Nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal der Erfindung ist in den Durchflußkanal in Durchflußrichtung hinter dem Wärmeübertrager eine verstellbare Absperrklappe angeordnet. Diese Absperrklappe und der Absperrdeckel sind durch einen im Zirkulationskreislauf des Brauchwassers kurz vor der Zapfstelle angeordneten Thermostaten, der zudem auf die jeweils gewünschte Brauchwassertemperatur einjustiert werden kann, zu regeln.
• Sämtliche Teile der Brauchwasservorlauf- und der Brauchwasserrücklaufleitung, die sich in dem Heizwasser des Brauchwasserspeichers befinden, sind vorteilhaft mit einem wärmedämmenden Werkstoff versehen, um eventuell auftretende Wärmeübertragungsvorgänge an diesen Stellen erheblich zu dämmen.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
• Darin ist mit 1 der Brauchwasserspeicher eines herkömmlichen, nicht dargestellten Elektrospeichers oder eines Durchflußkessels bezeichnet, der zur Wärmedämmung mit einer dicken Wärmedämmschicht 1 aus z.B. Mineralwollmatten an seiner Mantelaußenseite versehen ist. Dieser Brauchwasserspeicher ist mit einem Stutzen 2 zum Anschluß an den Vorlauf des Heizwassers und mit einem wei teren Stutzen 2' zum Anschluß an den Rücklauf des Heizwassers ausgestattet. Innerhalb des Brauchwasserspeichers 1 schichtet sich das Heizwasser je nach Höhe des Temperaturgradienten von oben nach unten. In dem Brauchwasserspeicher l ist das Durchflußgerät 3 eingesetzt. Dieses Durchflußgerät 3 besteht im wesentlichen aus einem Durchflußkanal 3¢, der im dargestellten Fall an seiner Mantelaußenseite mit einem hochwarmfesten und stark wärmedämmenden Kunststoff, zOBo mit einem Polytetrafluoräthylen 3", beschichtet ist. In seinem oberen Teil ist der Durchflußkanal 3 zur Aufnahme eines Wärmeübertragers 4 erweitert sowie mit einer Einströmdüse 5 versehen. Der Vorlauf 4' des Wärmeübertragers 4 ist an eine Kaltwasserleitung 6, z.B, eines Stadtwassernetzes, angeschlossen, während der Rücklauf 4" des llärmeübertragers mit einer oder mehreren Zapfstellen 7 verbunden ist. Zwischen der RücklauFleitung 9 und der Vorlaufleitung 9' des Brauchwassers ist in einer BypasSleitun 8' eine Zirkulationspunpe 8 eingesetzt.
• In der Rücklaufleitung 9 des Brauchwassers befindet sich unmittelbar vor der Zapfstelle 7 ein Thermostat lOo Dieser auf die jeweils gewünschte Brauchwassertemperatur einjustierbare Thermostat 10 steuert über Stellmotoren 11 bzw. 12 durch Abheben des Deckels 5' von der Einströmdüse 5 einerseits sowie durch Umlegen der Absperrklappe 13 andererseits die Durchflußmenge des Heizwassers durch den Durchflußkanal 3. Um die Einlaufverlustziffer der Einströmdüse 5 bei abgehobenem Deckel 5' möglichst klein zu halten, ist die Einströmdüse 5 mit einem Bördelradius R versehen, dessen Verhältnis mit dem Einlaufdurchmesser D je nach möglichem Platzbedarf optimal groß zu wählen ist.
• Weiterhi st wesentlich, daß der Wärmeübertrager 4 möglichst an der Stelle innerhalb des Durchflußkanales 3 angeordnet wird, an der die Temperatur des Heizwassers auf der Außenseite des Durchflußkanals 3 der gewünschten Temperatur des Brauchwassers 0 von z.B. 55 C am nächsten kommt. Die Einströmdüse könnte zu diesem Zweck entsprechend verlängert werden. Eine solche Anordnung hat darüberhinaus den Vorteil, daß nunmehr der obere Teil des Brauchwasserspeichers infolge einer tieferen als der dargestellten Anordnung des lJärmeübertragers 4 ein größeres Volumen an Heizwasser mit einem hohen Temperaturgradienten aufnehmen kann. Da Wasser von Haus aus ein guter Wärmeisolator ist, wird hierdurch auch der Auftrieb und damit die Durchflußgeschwindigkeit des Heizwassers vergrößert.
• In dem dargestellten Fall besteht der Wärmeübertrager 4 aus einem kompakten Rohrsystem 4'§ mit berippter Außenfläche, welches zur optimalen Wärmeübertragung an einem Schikaneblech 14 in bekannter Weise vorbeigeführt ist. Auf diese Weise wird das in die Einströmdüse 5 eintretende Heizwasser auf seinem radialen Fluß nach außen und seinem anschließenden radialen Fluß im unteren Teil von außen nach innen gezwungen, sämtliche Rohre des Rohrsystems 4"' zu beaufschlagen. Beim Einsatz von anderen Wärmeübertragern 4 in den Durchflußkanal 3 kann es vorteilhaft sein, den Durchflußkanal 3 an seinem oberen Ende zu schließen und in dieser Stirnseite oder in der Mantelseite Durchflußöffnungen vorzusehen, die durch ein abdeckendes Blech oder einen zylindrischen Mantel mit entsprechenden Öffnungen bei kleinem Drehwinkel stufenlos freigegeben werden können.
• Die Funktionsweise des neuen Durchflußgerätes läßt sich wie folgt beschreiben: Bei geschlossener Zapfstelle 7 wird das Brauchwasser von der Zirkulationspumpe 8 über das Ventil 15, die Rückschlagklappe 16, die Brauchwasservorlaufleitung 9' und die Vorlaufleitung 4' in den Wärmeübertrager 4 gedrückt, aus dem es über die Rücklaufleitung 4", über den Thermostaten 10 und die Rücklaufleitung 9 zur Zirkulationspumpe 8 gelangt. Wird vom Thermostaten 10 eine geringere Brauchwassertemperatur als beispielsweise die maximal gewünschte von 55o C angezeigt, so betätigt dieser über die Stelimotoren 11 bzw. 12 den Deckel 5' bzw. die Absperrklappe 13.
• Hierauf beginnt Heizwasser aus der oberen heißen Grenzschicht in den Durchflußkanal 3 einzuströmen und die Außenseite des Wärmeübertragers 4 zu beaufschlagen. Bei Erreichen der gewünschten Brauchwassertemperatur wird der Durchflußkanal mittels des Deckels 5' und der Absperrklappe 13 wieder geschlossen. Dabei sorgt die Wärmedämmschicht 3" des Durchflußkanals 3 dafür, daß das im Durchflußkanal 3 befindliche Heizwasser nicht in unzulässiger Weise durch das an der Mantelaußenseite befindliche Heizwasser aufgeheizt wird.
• Patentansp'rüche

Claims (10)

1. P a t e n t a n s p r ü c h e : 1. Durchflußgerät zum Einsatz in das Heizwasser des Brauchwasserspeichers eines Elektrospeichers oder eines Durchflußkessels, das aus einem den Brauchwasserspeicher in seiner Länge durchsetzenden Durchflußkanal und einem in ihm angeordneten Wärmeübertrager für das Brauchwasser besteht, dessen Vorlaufleitung mit einer Kaltwasserzuführungsleitung und dessen Rücklaufleitung über eine Zirkulationspumpe mit einer zapfstelle verbunden sind, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t , daß der Durchflußkanal (3) vor und/oder hiner dem Wärmeübertrager (4) mit einer regelbaren Absperrvorrichtung (5', 13) sowie über seine gesamte Mantelfläche mit einem Stoff (3") von geringer Wärmeleitfähigkeit versehen ist.
2. 2. Durchflußgerät nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h II e t , daß der Durchflußkanal (3) aus einem Stahlblech (3') besteht, das an seiner äußeren und/oder inneren Mintelfläche mit einem stark wärmedämmenden Kunststoff (3") von hoher Temperaturbeständigkeit beschichtet ist, z.B. mit einem halogenierten Polyäthylen, insbesondere mit einem Polytrifluorchloräthylen oder einem Polytetrafluoräthylen, oder mit z.B. Polyvenylcarbazol, einem Polyacrylnitril, einem Phenolformaldehydharz, einem Silikonharz, mit einem chlorierten Polyäther oder mit höheren Polyolefinen, wie insbesondere mit einem Polypropylen, einem Polyvinylidenchlorid oder einem Polyisobutylen.
3. 3. Durchflußgerät nach Anspruch 1, . d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Durchflußkanal (3) selbst aus einem der in Anspruch 2 aufgeführten warmfesten Kunststoffe mit geringer Wärmeleitfähigkeit besteht.
4. 4. Durchflußgerät nach den Ansprüchen 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Wärmeübertrager (4) innerhalb des Durchflußkanals (3) dort angeordnet ist, wo die mittlere Ten eraturdifferenz zwischen der Heizwassertemperatur und der gewünschten Brauchwassertemperatur von z.B. 550 C am geringsten ist.
5. 5. Durchflußgerät nach den Ansprüchen 1 bis 4, d a d u r c h R e k e n n z e i c h n e t , daß der Durchflußkanal (3) vor dem Wärmeübertrager (4) mit einer Einströmdüse (5) versehen ist, deren Quotient von Bördelradius (R) zu Einströmdurchmesser (n) optimal groß ist.
6. 6. Durchflußgerät nach Anspruch 5, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Durchflußquerschnitt (D) der Einströmdüse (5) durch einen Deckel (5'), Kolben oder dgl. absperrbar sowie stufenlos verstellbar ist.
7. 7. Durchflußgerät nach den Ansprüchen 5 und 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Einströmdüse (5) und der Deckel (5') aus dem gleichen Werkstoff wie der Durchflußkanal (3) bestehen.
8. 8. Durchflußgerät nach den Ansprüchen 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß in dem Durchflußkanal (3) in Durchflußrichtung hinter dem Wärmeübertrager (4) eine verstellbare Absperrklappe (13) angeordnet ist.
9. 9. Durchflußgerät nach einem oder mehreren der Ansprüc-he 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß der Absperrdeckel (5') und die Absperrklappe (13) durch einen im Zirkulationskreislauf (9, 8', 8, 9', 4', 4, 4") des Brauchwassers kurz vor der Zapfstelle (7) angeordneten Thermostaten (10) regelbar sind.
10. 10. Durchflußgerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß sämtliche-Teile der Brauchwasservorlauf-und der Brauchwasserrücklaufleitung, die sich in dem Heizwasser des Brauchwasserspeichers (1) befinden, mit einem wärmedämmenden Werkstoff, z.B. aus Kunststoff, versehen sind.