DE2352120B2

DE2352120B2 - Elektrischer Heißwasserspeicher

Info

Publication number: DE2352120B2
Application number: DE19732352120
Authority: DE
Inventors: Julius Dipl.-Ing. 8221 Vachendorf Husslein
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-10-17
Filing date: 1973-10-17
Publication date: 1975-08-14
Also published as: DE2352120A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Heißwasserspeicher mit eine τι thermisch isoliertem Wasserbehälter, der ein im unteren Bereich mündendes Zulaufrohr und ein im oberen Bereich endendes Ablaufrohr aufweist, mit mindestens zwei räumlich übereinander angeordneten, getrennt voneinander zu- oder abschaltbaren Heizkörpern, und mit einem Regler, der die Stromzuführung zu den Heizkörpern abhängig von der Abweichung der Wassertemperatur von einem einstellbaren Sollwert steuert.

Es sind derartige Heißwasserspeicher bekannt, die zugleich Eigenschaften eines Durchlauferhitzers aufweisen; bei diesen sogenannten Großdurchlauferhitzern ist eine thermische Steuerung in Verbindung mit einem Heizkörper niedrigerer Leistung für Speicherbetrieb und einem Heizkörper wesentlich höherer Leistung für den Durchlaufbetrieb vorgesehen. Der Regler ist dabei so ausgebildet, daß er eine einstellbare, meist bei 85°C liegende Wassertemperatur mit dem kleinen Heizkörper konstant zu halten sucht; sinkt jedoch die Wassertemperatur nach Erschöpfen des Heißwasservorrats um einen erheblichen Betrag, beispielsweise auf unter 37°C ab, dann schaltet der Regler die hohe Leistung zu.

Bei diesen Geräten ergibt sich somit beim Übergang von Speicher- auf Durchlaufbetrieb ein erheblicher Temperatursprung; außerdem ist die Temperatur des ausfließenden Wassers von der jeweils eingestellten Durchflußmenge abhängig.

Bei einem weiteren bekannten Heißwasserbereiter mit mehreren, insbesondere zwei Heizkörpern ist für die Zu- oder Abschaltung des unteren Heizkörpers die Temperatur des Gesamtinhaltes des Wasserbehälters ,maßgebend. Auch damit läßt sich keine individuelle, von den unterschiedlichen Temperaturverhältnissen im Wasserbehälter abhängige Temperaturregelung durchführen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Heißwasserspeicher Her eingangs genannten Art so auszubilden, daß sich die Temperatur des ausfließenden Wassers beim Übergang von Speicherauf Durchlaufbetrieb möglichst wenig ändert.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Heißwasserspeicher der eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet, daß die vom Regier jeweils eingeschaltete Leistung in der Weise von der Höhe der Grenzschicht zwischen Heißwasser mit Solltemperatur und darunterliegendem Frischwasser mit einer vom Sollwert abweichenden Temperatur abhängig ist, daß beim Ansteigen dieser Grenzschicht der unterste Heizkörper und die darüberliegenden Heizkörper in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur nacheinander zugeschaltet werden.

Beim Zapfen von Heißwasser wird daher je nach Lage der Grenzschicht und damit der Menge des zugeströmten Frischwassers eine unterschiedlich hohe und räumlich verschieden lokalisierte Heizleistung eingeschaltet. Bei entsprechender Bemessung der einzelnen Heizkörper, ihrer Zahl und Anordnung läßt sich so erreichen, daß die Grenzschicht beim Erreichen der Mündung des Auslaufrohres gerade wieder auf die gewünschte Solltemperatur aufgeheizt ist.

Besonders günstige Verhältnisse ergeben sich, wenn die Heizkörperhöhe mindestens 70% der Höhe des Wasserbehälters und der Durchmesser der Heizkörper mindestens ²h des Innendurchmessers des Wasserbehälters beträgt.

Andererseits sollte zwischen der Oberkante des obersten Heizkörpers und der Mündung des Ablaufrohres ein Abstand von 10% bis 25% der Behälterhöhe bestehen, um so eine gute Durchmischung des Warmwassers vor dessen Auslauf zu gewährleisten.

Zweckmäßigerweise wählt man drei übereinander angeordnete Heizkörper, die — von den Zuleitungen abgesehen — mechanisch und elektrisch gleich bemessen sein können und dementsprechend jeweils höchstens '/3 der gesamten Heizkörperhöhe einnehmen.

Fühler und Regler werden zweckmäßigerweise so ausgebildet und den einzelnen Heizkörpern zugeordnc daß jeder Heizkörper zugeschaltet wird, wenn mii Jestens ¹Ii seine Höhe unterhalb der Ci wnzschicht liegen und wieder abgeschaltet wird, wenn weniger als ¹Ii seiner Höhe unterhalb der Grenzschicht liegen. Auch diese Bemessung trägt dazu bei, daß keine spürbare Veränderung der Temperatur des auslaufenden Wassers feststellbar ist, wenn sich die Grenzschicht nach längerer Zapfdauer — mit entsprechend hoher Temperatur — dem Ende des obersten Heizkörpers nähert.

Als Fühler dient vorzugsweise ein Ausdehnungsfühler, der sich über mindestens 75% der Höhe des Behälters erstreckt und mit seinem aktiven Teil möglichst bis zur Mündung des Ablaufrohres reicht und innerhalb oder in gutem Wärmekontakt an der Außenseite der Behälterwand angeordnet sein kann; geeignet sind sowohl Stabausdehnungsfühler wie auch Flüssigkcitsausdehnungsfühler.

Dem Fühler ist ein Stufenschalter mit der Zahl der Heizkörper entsprechender Stufenzahl zugeordnet, wobei die Empfindlichkeit des Fühlers und die des Stufenschalters so aufeinander abgestimmt sind, daß die einzelnen Heizkörper bei steigender oder sinkender Grenzschicht der Reihe nach zu- bzw. abgeschaltet werden; der unterste Heizkörper wird dabei zuletzt ausgeschaltet und dient während des reinen Speicherbetriebs zur Deckung der Wärmeverluste und somit zur Aufrechterhaltung der einstellbaren, beispielsweise 40⁰C betragenden Solltemperatur.

Ein Ausführungsbeispiel dieser Art ist in der Figur dargestellt Es handelt sich dabei um einen Druckspeicher 1, mit einem Behälter 12 und einer darüberliegenden thermischen Isolation 11; Zulaufrohr 14 und Ablaufrohr 15 sind hierbei durch die Behälterwand geführt.

Die Behälteröffnung 13 ist durch eine Flanschplatte 2 verschlossen, die drei übereinander angeordnete, spiralförmig gewundene Rohrheizkörper 21, 22 und 23 trägt; innerhalb dieser Rohrheizkörper ist das Fühlrohr 25 eines Sicherheitstemperaturbegrenzers 24 und das Fühlrohr 27 eines Temperaturreglers 26 angeordnet; letzterer reicht mit seinem aktiven Teil über den obersten Heizkörper 23 hinaus.

In der Figur sind auch die bereits erwähnten Abmessungen für die Behälterhöhe H, für die Heizkörperhöhe /7, für den Behälterdurchmesser D und für den Heizkörperdurchmesser d angegeben. Außerdem ist die Grenzschicht G zwischen dem auf Solltemperatur befindlichen Warmwasser und dem zugeflossenen Frischwasser mit einer unter dem Sollwert liegenden Wassertemperatur eingezeichnet.

Bemessung und Anordnung der Heizkörper, insbesondere im Verhältnis zu den Abmessungen des Behälters sowie die Steuerung und Regelung sind so aufeinander abgestimmt, daß die oberste, das Abflußrohr erreichende Wasserschicht bei vorgegebenem maximalen Zu- bzw. Abfluß (Liter pro Minute) gerade die gewünschte Temperatur von insbesondere 40° erreicht. Die erwähnte Temperatur ergibt besonders günstige Bemessungsverhältnisse und ermöglicht die Verwendung des Speicherinhalts zur Körperpflege ohne Zumischung von Kaltwasser.

Beim Durchlaufbetrieb ist es besonders zweckmäßig, die Steuerung so auszulegen, daß der oberste Heizkörper 23 erst zugeschaltet wird, wenn mindestens ²I) sei ner Höhe unterhalb der Grenzschicht liegt, die hier etwa zwischen Wasser mit 40°C und solche mit 30°C verläuft. Beim Zuschalten des obersten Heizkörpers wird daher noch eine kleine Schicht mit 40⁰C Wasser aufgewärmt; dieses vermischt sich jedoch mit dem unter der Grenzschicht liegenden, kühleren Wasser, bevor es die öffnung des Ablaufrohres 15 erreicht. Hierzu können zusätzlich Umlenkbleche zwischen Abflußöffnung und obersten Heizkörper angeordnet sein.

Bei reinem Speicherbetrieb (Zapfmengen, die kleiner als das Fassungsvermögen des Behälters sind) wird der Behälterinhalt in an sich bekannter Weise auf der eingestellten Solltemperatur gehalten, mit dem einen Unterschied, daß die der Aufheizung dienende Leistung von der Menge des zugeflossenen Frischwassers abhängig ist.

Abweichend von diesem Ausführungsbeispiel kann auch jedem Heizkörper ein gesonderter Fühler mit Schalter zugeordnet sein. Die Fühler sind dann übereinander z. B. in einem durch den Behälter verlaufenden Schutzrohr oder außen an der Wand des Behälters befestigt oder ragen von der Seitenwand des Behälters nach innen. Die den Fühlern zugeordneten Schalter können dabei auf dieselbe Temperatur ansprechen. Die Ansprechtemperaturen können auch in Richtung auf den Auslauf etwas ansteigend eingestellt sein. Zweckmäßig liegen die einzelnen Fühler innerhalb des obersten Drittels des zugeordneten Heizkörpers.

Bei symmetrischer Ausbildung des Speichers, insbe-

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

sondere der Heizkörper und Fühler, in bezug auf seine Mittelachse ist nur ein einfaches Umklemmen (geänderte Zuordnung von Fühlern und Heizkörpern) der Heizkörper nötig, um den Speicher von Über- auf Unterbeckenbetrieb umzustellen.

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrischer Heißwasserspeicher mit einem thermisch isoliertem Wasserbehälter, der ein im unleren Bereich mündendes Zulaufrohr und ein im oberen Bereich endendes Ablaufrohr aufweist, mit mindestens zwei räumlich übereinander angeordneten, getrennt voneinander zu- oder abschaltbaren Heizkörpern, und mit einem Regler, der die Stromzuführung zu den Heizkörpern abhängig von der Abweichung der Wassertemperatur von einem einstellbaren Sollwert steuert, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Regler (26) jeweils eingeschaltete Leistung in der Weise von der Höhe der Grenzschicht zwischen Heißwasser mit Solltemperatur und darunterliegendem Frischwasser mit einer vom Sollwert abweichenden Temperatur abhängig ist, daß beim Ansteigen dieser Grenzschicht (G) der unterste Heizkörper und die darüberliegenden Heizkörper (21, 22, 23) in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur nacheinander zugeschaltet werden.

2. Heißwasserspeicher nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler so ausgebildet ist, daß er die Heizkörper bei sinkender Grenzschicht (G) der Reihe nach von oben nach unten wieder abschaltet.

3. Heißwasserspeicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler den einzelnen Heizkörper zu- oder abschaltet, wenn mindestens ²Zi bzw. weniger als ²Zi seiner Höhe unterhalb der Grenzschicht liegen.

4. Heißwasserspeicher nach einem der Ansprüche

1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizkörper (4) mindestens 70% der Höhe (H) des Wasserbehälters (12) beträgt.

5. Heißwasserspeicher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser (d)der Heizkörper mindestens ²/s des Innendurchmessers (D) des Wasserbehälters (12) beträgt.

6. Heißwasserspeicher nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der Oberkante des obersten Heizkörpers (23) und der Mündung des Ablaufrohres. (15) 10% bis 25% der Behälterhöhe (W) beträgt.

7. Heißwasserspeicher nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Heizkörper — von den Zuleitungen abgesehen — mechanisch und elektrisch gleich bemessen sind.

8. Heißwasserspeicher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des einzelnen Heizkörpers höchstens '/3 der Heizkörperhöhe (h) ist.

9. Heißwasserspeicher nach eimern der Ansprüche

1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtleistung aller Heizkörper so bemessen ist, daß sie gerade ausreicht, um den gesamten Speicherinhalt während der Füllzeit bei maximalem Durchfluß auf die maximal einstellbare Solltemperatur von z. B. 40° C zu erwärmen.

10. Heißwasserspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Fühler (27) ein sich über mindestens 75% der Höhe (H) des Behälters (12) erstreckender Ausdehnungsfühler dient, daß ihm ein verstellbarer Stufenschalter mit der Zahl der Heizkörper (21, 22, 23) angepaßter Stufenzahl zugeordnet ist, und daß die Empfindlichkeit des Fühlers und die des Stufenschalter so aufeinander abgestimmt sind, daß die einzelnen Heizkörper bei steigender oder sinkender Grenzschicht (G) der Reihe nach zu- bzw. abgeschaltet werden.

11. Heißwasserspeicher nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler in gutem Wärmekontakt an der Außenseite der Wand des Behälters angebracht ist.

12. Heißwasserspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet daß jedem Heizkörper ein gesonderter Fühler mit Schalter zugeordnet ist, daß diese Fühler übereinander angeordnet sind.

13. Heißwasserspeicher nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühler innerhalb des obersten Drittels des jeweils zugeordneten Heizkörpers liegen.

14. Heißwasserspeicher nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühler innen oder außen an der Seitenwand des Behälters angeordnet sind.

15. Heißwasserspeicher nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühler übereinander in einem durch den Behälter verlaufenden Schutzrohr untergebracht sind.