DE2325526C3 - DurchfluBgerät zum Einsatz in das Heizwasser eines Brauchwasserspeichers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Durchflußgerät zum Einsatz in das Heizwasser des Brauchwasserspeichers eines Elektrospeichers oder eines Durchflußkessels, das aus einem den Brauchwasserspeicher in seiner Lange durchsetzenden Durchflußkanal und einem in ihm angeordneten Wärmeübertrager für das Brauchwasser besteht, dessen Vorlaufleitung mit einer Kaliwasser/uführungsleitung und dessen Rücklaufleitung über eine Zirkulationspumpe mit einer Zapfstelle verbunden sind. wobei die Brauchwassertemperatur über eine Regelvorrichtung regelbar ist.

Bei einem bekannten Durchflußgerät dieser Art wird dessen Wärmeübertrager ständig von der an seiner Außenseite zirkulierenden heißen oberen Wasserspeicherschicht beaufschlagt. Das hat zur Folge, daß in dem geschlossenen Zirkulationskreislauf von Wärmeübertrager. Vorlaufleitung. Zirkulationspumpe und Rücklaufleitung ständig Temperaturen von über 6O⁰C vorhanden sind, wodurch Kalkablagerungen auf der Innenseite des Wärmeübertragers und damit eine Verschlechterung seiner Wärmedurchgangszahl k unvermeidlich sind. Durch ein Mischventil kann von der Zirkulationspumpe über eine Kaltwasserarmatur kaltes Wasser der Vorlaufleitung beigemischt und die Zapftemperatur auf z. B. 45°C gesenkt werden. Trotz dieser Senkung der Zapftemperatur können jedoch die beschriebenen Kalkablagerungen nicht vermieden werden.

Bei einem weiteren Durchflußgerät anderer Art (nach der DL-PS 36 464) ist der Wärmeübertrager außerhalb des eigentlichen Durchflußgerätes angeordnet, dem hier lediglich die Bedeutung eines Steigrohres zukommt. Dabei wird über eine thermostatische Regelvorrichtung das Heizwasser geregelt, nicht jedoch die Vorlauftemperatur des den Wärmeübertrager durchfließenden Wassers an der Entnahmestelle. Das hat zur Folge, daß die Temperatur des in der Rohrschlange des Wärmeübertragers befindlichen Wassers an seiner F.ntnahmestelle dem Zufall überlassen bleibt und sich erst während des Zapfintervalls auf einen stationären, jedoch unkontrollierbaren Zustand einstellt, der im wesentlichen von der Temperatur des Heizwassers im Warmwasserbereiter, von der Speicherdicke des Heizwassers im Warmwasserbereiter sowie vom Öffnungsbzw. Schließzustand einer im Boden des Warmwasserbereiters angeordneten Klappe abhängig ist. Da dieser Klappe einerseits lediglich die Funktion eines Auf-Zu-Schiebers zukommt und andererseits beim Einschießen von heißem Wasser aus einer Mischkammer in den Warmwasserbereiter sich dessen mittlere Tem-

peratur sprunghaft erhöht und bei einer entsprechenden Entnahmemenge sich entsprechend erniedrigt, pendelt die mittlere Temperatur im Warmwasserbereiter und damit der Wärmeübergang an den darin angeordneten Wärmeübertrager mit relativ großen Amplituden um einen durchschnittlichen Mittelwert.

Und schließlich ist ein Wärmeübertrager zur Bereitung von warmem Gebrauehswasser durch umlaufendes Heizungswasser (nach dem DT-Gbm 69 08 258) bekannt, bei dem ein Heizkessel an seiner Außenwand mit einer aufgelöteten Rohrschlange versehen ist. die wiederum von einer Wärmedämmschicht umgeben wird. Dieser nicht von Wasser benetzten Wärmedämmschicht kommt die Aufgabe zu, die Abstrahlungsverluste des metallischen Kessels an seine atmosphärisehe Umgebung in Grenzen zu halten, was prinzipiell bei jedem Kessel, so auch beim Kessel des Anmeldungsgegenstandes, zum Stand der Technik gehört.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Durchflußgerät der eingangs genannten Gattung zu schaffen, das Kalkablagerungen im Wärmeübertrager und der damit in Strömungsverbindung stehenden Teile ausschließt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Regelvorrichtung aus einer vor und/oder hinter dem Wärmeübertrager im Durchflußkanal angeordneten, die Durchflußmenge regelnde Absperrvorrichtung besteht und daß der Durchflußkanal über seine gesamte Mantelfläche mit einem Stoff von geringer Wärmeleitfähigkeit λ versehen ist. Aul Grund dieser Wärmedämmung in Verbindung mit der Durchflußmengenregelung kann die Temperatur des Brauchwassers exakt begrenzt und den Erfordernissen angepaßt werden. Der aus Stahlblech bestehende Durchflußkanal kann nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung an seiner äußeren und/oder inneren Mantelfläche mit einem stark wärmedämmendem Kunststoff von hoher Temperaturbeständigkeit. /. B. mit einem Polytetrafluorethylen oder einem Polyamid, beschichtet sein. Besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn der Durch flußkanal selbst aus einem wannfesten Kunststoff. /.. B. i'inem Polytetrafluoräthylen. einem Polyamid oder einem hochtemperatur- und hydrolysebesiändigen Pclyolefin mit geringer Wärmeleitfähigkeit λ besteht.

Eine weitere Lösung der Aufgabe besteht darin, daß die Regelvorrichtung eine vor und/oder hinter dem Wärmeübertrager im Durchflußkanal angeordnete, die Durchflußmenge regelnde Absperrvorrichtung ist. wobei der Durchflußkanal über seine gesamte Mantelfläche mit einem Stoff von geringer Wärmeleitfähigkeit \ ersehen ist und der Wärmeübertrager innerhalb des Durchflußkanals dort angeordnet ist, wo die mittlere Temperaturdifferenz zwischen der Heizwassertemperatur und der gewünschten Brauchwassertemperatur von /.. B. 5S⁰C am geringsten ist. Auf diese Weise wird die Enthalpiedifferenz uind damit die Wärmeübertragung pro Zeiteinheit /wischen dem auf der Innen- und auf der Außenseite des Durchflußkanals befindlichen 1 leizwasser erheblich herabgesetzt.

Um die Trägheit des Gesarntss stems, insbesondere der Regelung, durch Verringerung der Regelstrecke sowie der Einströmverluste in dem Durchflußkanal /u verringern, ist die Absperrvorrichtung als Einströmdüse ausgebildet, deren Quotient von Bördelradius /u Einstiömdurehmesser vorteilhaft optimal groß gewählt wird. Durch diese Anordnung braucht die Einströmdiise an ihrem Eintritt nur um einen geringen Betr;<>:
öffnet zu werden, um einerseits die /ur Beaufschlag' ig des Wärmeübertragers erforderliche heiße Speicherschicht einschießen zu lassen und um andererseits die Einströmdüse ebenso rasch auf Grund der kurzen Regelstrecke absperren zu können, falls eine Erwärmung des Wärmeübertragers auf über 60⁰C und die damit verbundenen Kalkablagerungen drohen. Dabei wird der Einströmquerschnitt der Einströmdüse durch einen Deckel oder Kolben absperrbar sowie stufenlos verstellbar gestaltet und die Einströmdüse und der Deckel aus dem gleichen wärmedänimenden Werkstoff wieder Durchflußkanal hergestellt.

N;ach einem weiterer, vorteilhaften Merkmal der Erfindung ist die Absperrvorrichtung eine in Durchl'lnßrichtung hinter dem Wärmeübertrager angeordnete, verstellbare Absperrklappe. Diese Absperrklappe und der Absperrdeckel der Einströmdüse sind durch einen im Zirkulationskreislauf des Brauchwassers kurz \or der Zapfstelle angeordneten Thermostaten, tier zudem noch auf die jeweils gewünschte ßrauchwasseriempe ratur einjustiert werden kann, zu regeln.

Wesentlich ist auch, daß der Stoff mit geringer War meleiifähigkeit neben der Mantelfläche des Durchflußkanals auch die Mantelflächen der sich im Hei/wusser des Brauchwassers befindenden Vor- und Rücklauf leitungen umfaßt, um eventuell auftretende Wärmeübertragungsvorgänge an diesen Stellen gleichfalls erheblich zu dämmen.

Ein Aus; jhrungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.

Darin ist mit 1 der Brauchwasserspeicher eines herkömmlichen, nicht dargestellten Elekirospe-iehers oiler eines DurehNußkesscls bezeichnet, der /ur Wärmedämmung mit einer dicken Wärmedammschicht I .ms /. B. Mineralwollmattcn an seiner Manielaiißenseite versehen ist. Dieser Brauchwasserspeicher ist mit einem Stutzen 2 /um Anschluß an ilen Vorlauf des llei/wassers und mit einem weiteren Siut/en 2' /um Anschluß an den Rücklauf des Heizwassers ausgestattet. Innerhalb des Brauchwasserspeichers 1 schichtet sich das Heizwasser je nach der Höhe des Temper;«tiirgradienten von oben nach unten. In dem Brauchwasserspeicher 1 ist das Durchflußgcrät 3 eingesetzt. Dieses DuivhfluOgerät 3 besteht im wesentlichen aus einem Durchflußkanal 3'. der im dargestellten Fall an seiner Mantel außenseite mit einem hochwarmfesten und stark wärmedämmenden Kunststoff, z. B. 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 Wärmeühci trägers 4 ist an eine Kaltwasserlcitung b. /. B. an ein Stadtwasser netz, angeschlossen, während der Rücklauf 4" des Wärmeübertragers mit einer oder mehreren Zapfstellen 7 verbunden ist. Zwischen der Rücklaufleitung 9 und der Vorlaufleitung 9' des Brauchwassers ist in einer Bypassleitung 8' eine Zirkulatior.spumpe 8 eingesetzt. In der Ri'iL'klauflcitung 9 des Brauchwassers befindet sich unmittelbar vor der Zapfstelle 7 ein Thermostat 10. Dieser auf die jeweils gewünschte Brauehv. .issertemperanir einjustierbare Thermostat 10 steuert über Stellmotoren Il bzw. 12 durch Abheben des Deckels 5' von der Einströmdüse S einerseits sowie durch Umlegen der Absperrklappe 13 andererseits die Durchflußmenge des I lei/wassers durch den Durchflußkanal 3. I'm die Einlaufvorlust/ilfer ί der Einsimmdüse ϊ bei abgehobenem Deckel 3' möglichst klein zu halten, ist die I instromdüse S mit einem Bördelradius R versehen, dessen Verhältnis mit dem Einlaufdi'rchmesser D je nach mög-

lichem Platzbedarf optimal groß /ii wählen ist.

Weiterhin ist wesentlich, daß der Wärmeübertrager 4 möglichst an der Stelle innerhalb des Durchflußkanals J angeordnet wird, an der die Temperatur des lleizwassers auf der Außenseite des Durchflußkanals 3 der gewünschten Temperatur des Brauchwassers von z. I?. Vi C am nächsten kommt. Die Einströmdüse könnte zu diesem Zweck entsprechend verlangen werden. Eine solche Anordnung hat darüber hinaus den Vorteil, daß nunmehr der obere Teil des Brauchwasserspeichers infolge einer tieferen als der dargestellten Anordnung des Wärmeübertragers 4 ein größeres Volumen an Heizwasser mit einem hohen Tempenturgradienten aufnehmen kann. Da Wasser von Haus aus eine gute Würmedämmflüssigkeit 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 Sehikaneblech 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 schlie-

Ilen und in dieser Stirnseite oder in der Mantelseite Durchflußöffnungen vorzusehen, die durch ein abdckkendes Blech oder einen zylindrischen Mantel mit entsprechenden Öffnungen bei kleinem Drehwinkeil 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 Rücklauflcitung 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 55°C angezeigt, so betätigt dieser über die Stellmotoren 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/oder der Absperrklappe 13 wieder geschlossen. Dabei sorgt die Wärmedämmschicht 3" des Durchflußkanals 3 dafür daß das im Durchflußkanal 3 befindliche Heizwassei nicht in unzulässiger Weise durch das an der Mantelau ßenseite befindliche Heizwasser aufgeheizt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

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 Vorlautleitung mit einer Kaltwasserzuführungsleitung und dessen Rücklaufleitung über eine Zirkulationspumpe mit einer Zapfstelle verbunden sind, wobei die Brauchwassertemperatur über eine Regelvorrichtung regelba» ist. dadurch gekennzeichnet, daß die Regelvorrichtung aus einer vor und/oder hinter dem Wärmeübertrager (4) im Durcbflußkanal (3') angeordneten, die Durch flußmenge regelnden Absperrvorrichtung (5', 13) besteht und daß der Durchflußkanal (3') über seine gesamte Mantelfläche mit einem Stoff (3") von geringer Wärmeleitfähigkeit (λ) versehen ist

2. Durchflußgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoff (3") ein stark wärmedämmender, an der äußeren und/oder inneren Mantelfläche des Durchflußkanals (3) angeordneter Kunststoff, z. B. ein halogeniertes Polyäthylen, insbesondere ein Polytrifluorchloräthylen oder ein Polytetrafluorethylen oder ein Polyvenylcarbazol, ein Polyacrylnitril, ein Phenolformaldehydharz, ein Silikonharz, ein chlorierter Polyether oder ein höheres Polyolefin, wie insbesondere ein Polypropylen, ein Polyvinylidenchlorid oder ein Polyisobutylen, ist.

3. Durchflußgerät nach Anspruch t, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelfläche des Durchflußkanals (3) aus einem Kunststoff nach Anspruch 2 besteht.

4. Durchflußgerät zum Einsatz in das Heizwasser des Brauchwasserspeichers eines Elektrospeichers oder eines Durchflußkessels, das aus einem den Brauchwasserspeicher in seiner Länge durchsetzenden Durchllußkanal und einem in ihm angeordneten Wärmeübertrager für das Brauchwasser besieht, dessen Vorlaufleitung mit einer Kaltwasserzuführungsleitung und dessen Rucklaufleitung über eine Zirkulationspumpe mit einer Zapfstelle verbunden sind, wobei die Brauchwassertemperaüir über eine Regelvorrichtung regelbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelvorrichtung aus einer vor und/oder hinter dem Wärmeübertrager (4) im Durchflußkanal (3') angeordneten, die Durchflußmenge regelnden Absperrvorrichtung (5', 13) besteht, und daß der Durchflußkanal (3') über seine gesamte Mantelfläche mit einem Stoff (3") von geringer Wärmeleitfähigkeit versehen ist, wobei der Wärmeübertrager (4) innerhalb des Durchflußkanals (3¹) dort angeordnet ist, wo die mittlere Temperaturdifferenz zwischen der Heizwassertemperatur und der gewünschten Brauchwassertemperatur von z. B. 55°C am geringsten ist.

5. Durchflußgerät nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Absperrvorrichtung eine Einströmdüse (5) ist.

6. Durchflußgerät nach Anspruch 5. dadurch gekennzeichnet, daß die Einströmdüse (5) einen durch einen Deckel (5') oder Kolben absperrbaren sowie stufenlos verstellbaren Durchflußquerschnitt (D) aufweist.

7. Durchflußgerät nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einströmdüse (5) und der Deckel (5') aus dem gleichen Werkstoff wie der Durchflußkanal (3') bestehen.

8. Durchflußgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Absperrvorrichtung (13)! eine in Durchflußrichtung hinter dem Wärmeübertrager (4) angeordnete verstellbare Absperrklappe ist.

9. Durchflußgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoff (3") neben der Mantelfläche des Durchflußkanals (3'j auch die Mantelfläche der sich im Heizwasser des Brauchwasserspeichers (1) befindenden Vor- und Rücklaufleitungen umfaßt.