DE2623829B1

DE2623829B1 - Durchfluss- oder Speicher-Brauchwasser-Erwaermer

Info

Publication number: DE2623829B1
Application number: DE19762623829
Authority: DE
Inventors: Dirk Muehlena; Dietrich Schoeps
Original assignee: DMS KALT und WARMWASSERTECHNIK
Current assignee: DMS KALT und WARMWASSERTECHNIK
Priority date: 1976-05-28
Filing date: 1976-05-28
Publication date: 1977-10-27
Also published as: DE2623829C2

Description

Die Erfindung betrifft einen Durchfluß- oder Speicher-Brauchwasser-Erwärmer mit einem aus mehreren Rohrwindungen bestehenden Wärmeübertrager sowie einem Leitrohr.

Bei einem bekannten Brauchwasser-Erwärmer dieser Art (Recknagel-Sprenger, »Taschenbuch für Heizung- und Klimatechnik«, 74/75, Seite 1226, Bild 434-7) besteht das Leitrohr aus einem dünnwandigen Stahlblech. Dies führt dazu, daß infolge des Wärmeübertragers von der heißen, außen liegenden Speicherschicht des Heizwassers an den abgekühlten Speicherstrom im Inneren des Leitrohres während der Zapfung von Brauchwasser eine erhebliche Verminderung der Durchflußgeschwindigkeit durch das Leitrohr und damit ein schlechterer Wärmeübertragungseffekt am Wärmeübertrager eintritt. Entsprechendes gilt auch nach längeren Zapfpausen, in denen das im Leitrohr befindliche Heizwasser auf Grund des Wärmeüberganges Zeit hatte, seine für den Auftrieb unerläßlichen Dichteunterschiede zur heißen, außen liegenden Speicherschicht geringer werden oder gar ausgleichen zu lassen. Auch kann sich hierdurch der Anlauf des auf dem Schwerkraftprinzip beruhenden Zirkulationsbetriebs erheblich verzögern.

Bei einem anderen Brauchwasser-Erwärmer (nach der DT-OS 23 25 526) wurde zur Lösung der anders gelagerten Aufgabenstellung, nämlich Kalkablagerungen im Wärmeübertrager und der damit in Strömungsverbindung stehenden Teile auszuschließen, vorgeschlagen, daß der Durchflußkanal vor und/oder hinter dem Wärmeübertrager mit einer regelbaren Absperrvorrichtung sowie über seine gesamte Mantelfläche mit einem Stoff von geringer Wärmeleitfähigkeit λ versehen ist. Eine solche Anordnung kann jedoch nur bei einem neuen Brauchwasser-Erwärmer berücksichtigt und verwendet werden. Ein nachträglicher Einbau auf bereits vorhandene herkömmliche Erwärmer dieser Art dürfte mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden, wenn nicht sogar unmöglich sein.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Durchfluß- oder Speicher-Brauchwasser-Erwärmer der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß mit einfachen, auch bei herkömmlichen Erwärmern praktikablen Mitteln eine nennenswerte Verminderung des nachteiligen Wärmedurchganges durch das Leitrohr sichergestellt und damit ein besserer Wärmeübergang am Wärmeübertrager gewährleistet wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Leitrohr aus einem Außenrohr und einem konzentrisch angeordneten Innenrohr gebildet und der zwischen den Rohren befindliche Ringraum an seinem dem Wärmeübertrager zugewandten Ende geschlossen ist.

Auf Grund dieser Leitrohrausbildung, die durch Anbringung des Außenrohres an einem herkömmlichen, bereits mit einem Innenrohr versehenen Durchflußoder Speicher-Brauchwasser-Erwärmer auch nachträglich vorgenommen werden kann, wird in überraschender Weise trotz des im Ringraum vorhandenen Wassers dennoch der Wärmedurchgang durch das nunmehr doppelwandige Leitrohr so stark gemindert, daß eine erhebliche Verbesserung des Wärmeüberganges am Wärmeübertrager der Durchflußbatterie festzustellen ist.

Eine vorteilhafte Ausbildung des Leitrohres wird dadurch erzielt, daß dessen Ringraum auch an seinem vom Wärmeübertrager abgewandten Ende geschlossen, jedoch nicht wasserdicht geschlossen ist Eine nicht wasserdichte und damit auch nicht luftdichte Schließung des Ringraumes des Leitrohres ist deshalb erforderlich, um einerseits bei Erwärmung einen Druckausgleich

ORiGfNAL

zuzulassen und um andererseits eine Zusammendrükkung des Innen- und des Außenrohres infolge eines im Speicher herrschenden Überdruckes zu verhindern.

Es ist aber auch möglich, den Innenraum des Leitrohres an beiden Enden zu schließen und ihn dann zur Verhinderung einer Zusammendrückung des Außenrohres und des konzentrisch darin eingesetzten Innenrohres zwischen diesen beiden Rohren mit schlecht wärmeleitenden Distanzhaltern zu versehen. Noch vorteilhafter ist es, den Ringraum des Leitrohres _t0 mit einem wärmedämmenden Stoff, z. B. mit Polystyrol, vollkommen auszuschäumen. In einem solchen Fall kann der Ringraum des Leitrohres sogar weitgehend evakuiert sein.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung im Sinne der Aufgabenstellung und eine Verbesserung des Wärmeüberganges am Wärmeübertrager wird dadurch erzielt, daß der Wärmeübertrager an seiner dem Leitrohr abgewandten Seite geschlossen und an seiner dem Leitrohr zugewandten Seite bis auf den Durch-Strömquerschnitt des Leitrohres sowie an der Mantelfläche offen ausgebildet ist, wobei zwischen den Rohrwindungen des Wärmeübertragers Leitbleche angeordnet sind, die am Innenumfang mit einem Biegeradius zum Leitrohr hin und am Außenumfang mit einem Biegeradius zum in den Wärmeübertrager einströmenden Wasser hin versehen sind.

Auf diese Weise wird gegenüber den bislang bekannten Durchflußbatterien der hier in Rede stehenden Art der freie Einströmquerschnitt erheblich vergrößert, der Strömungswiderstand abgebaut und ein erheblich besserer Wärmedurchgang im Wärmeübertrager erzielt, der sich vor allem darin bemerkbar macht, daß die Wärmeübertragungsfläche bei gleicher Wärmeübertragungsleistung gegenüber den bisher bekannten Wärmeübertragern der eingangs genannten Art verringert werden kann.

Die Erfindung wird anhand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1: Die Ansicht des Querschnittes durch einen Durchfluß-Brauchwasser-Erwärmer

Fig.2: die Ansicht des Querschnittes durch einen Speicher-Brauchwasser-Erwärmer.

In F i g. 1 ist die neue Durchflußbatterie 1 in einem Durchfluß-Brauchwasser-Erwärmer 2 eingesetzt. Die Durchflußbatterie 1 besteht im wesentlichen aus einem den Durchfluß-Erwärmer 2 durchsetzenden Leitrohr 3 und einem in den sich oben erweiternden Teil 4 eingesetzten Wärmeübertrager 5. Zwischen den einzelnen Rohrwindungen des Wärmeübertragers 5 sind Leitbleche 6 eingesetzt. Die Leitbleche 6 sind an ihrem Innenumfang zum Leitrohr hin mit einem Biegeradius 6' und an ihrem Außenumfang gleichfalls mit einem zu dem in den Wärmeübertrager 5 einströmenden Wasser hin abgebogenen Biegeradius 6" versehen. Weiterhin ist der Wärmeübertrager 5 an seiner vom Leitrohr 3 abgewandten Seite 5' geschlossen und an seiner dem Leitrohr 3 zugewandten Seite lediglich bis auf den Durchströmquerschnitt 5" des Leitrohres 3 sowie außerdem an seiner Mantelfläche 5'" zum radialen Durchtritt von Wasser geöffnet. Das Leitrohr 3 wird über seine gesamte Länge von einem Außenrohr 3' und einem konzentrisch darin eingesetzten Innenrohr 3" gebildet Der zwischen den Rohren 3', 3" befindliche Ringraum 3'" ist an seinem den Wärmeübertrager 5 zugewandten Ende 3^VI geschlossen, an seinem entgegengesetzten Ende 3^V ebenfalls geschlossen, jedoch nicht wasserdicht geschlossen.

An diesem Ende 3^V weist das Innenrohr 3" eine Erweiterung 3^win Form einer nach außen gebördelten Kante auf, wodurch die Auslaufverlustziffer verbessert wird. Der Abstand a zwischen der Wandung des Innenrohres 3" und der Wandung des Außenrohres 3' beträgt im vorliegenden Fall etwa 25 mm. Beide Rohre 3' und 3" sind aus einem dünnen Stahlblech hergestellt. Zur Zentrierung sowie zur Vermeidung von Schwingungen sind bei nicht geschlossenem Ende 3 ^vdes Leitrohres 3 (siehe Fig. 1) in den Ringraum 3'" zwischen dem Innenrohr 3" und dem Außenrohr 3' Abstandshalter 16 aus schlecht wärmeleitendem Material vorgesehen, die z. B. um je 120° zueinander versetzt an einer Ringfläche zwischen den Rohren 3', 3" angeordnet sind.

Der Durchfluß-Brauchwasser-Erwärmer arbeitet wie folgt:

Das zum Beispiel von einem Heizkessel hergeleitete Heizwasser tritt durch den Eintrittsstutzen 7 in den Durchfluß-Erwärmer 2 ein und verläßt ihn in abgekühltem Zustand durch den Austrittsstutzen 8. Die heiße Speicherschicht an Heizwasser beginnt sich von oben nach unten nach der Höhe ihres Temperaturgradienten im Durchfluß-Erwärmer 2 zu schichten.

Das kalte Brauchwasser tritt durch den Eintrittsstutzen 9 in den Wärmeübertrager 5 ein, durchfließt dessen Rohrschlangen und verläßt ihn wieder in erwärmten Zustand durch den Austrittsstutzen 10, der zu einer nicht dargestellten Verbraucherzapfstelle führt. Oder mit anderen Worten: Das aufzuwärmende Brauchwasser »durchfließt« — wie die Bezeichnung »Durchfluß-Erwärmer« aussagt — die Innenseite der Rohrschlangen, um von dem die Außenseite der Rohrschlangen beaufschlagenden Heizwasser »erwärmt« zu werden.

Während der Brauchwasserzapfung kühlt sich die Umgebung des Wärmeübertragers 5 ab, wodurch diese abgekühlten Speicherschichten des Heizwassers auf Grund ihres größeren Schwerkraft durch das Leitrohr 3 in Pfeilrichtung K in einem solchen Maße nach unten sinken wie zugleich radial heiße Speicherschichten in Pfeilrichtung Hin den Wärmeübertrager 5 einströmen.

Geht man einmal davon aus, daß der Durchfluß-Erwärmer 2 bis zu der gestrichelt eingezeichneten Niveauhöhe N von oben nach unten mit einer heißen Speicherschicht an Heizwasser von z.B. 70°—90°C aufgeladen worden sei, so geschah bei den vorbekannten Durchflußbatterien folgendes:

Während einer Zapfpause konnte das oberhalb des Niveaus N befindliche Heizwasser einen Teil seiner Wärme durch das Leitrohr 3 hindurch an das darin befindliche, bereits abgekühlte Heizwasser abgeben. Das führte bei Beginn der Brauchwasserzapfung dazu, daß das nunmehr wieder erwärmte Heizwasser im Innenraum des Leitrohres 3 entgegengesetzt der Pfeilrichtung K nach oben strömte und mit den herabsinkenden kälteren Speicherschichten zusammenprallte, wobei es zu einer mit entsprechenden Turbulenzen behafteten Vermischung kam. Diese Vermischung verminderte in jedem Fall die Durchflußmenge an Heizwasser durch das Leitrohr und damit den Wärmeübertragungseffekt im Wärmeübertrager 5. Nunmehr besteht das Leitrohr aus zwei im Abstand a konzentrisch ineinandersteckenden Rohren 3' und 3". Wie die Praxis zwischenzeitlich überraschend gezeigt hat, reicht bereits ein Abstand a von 25 mm aus, um die vorgeschilderte Vermischung auch bei längeren Zapfpausen nicht mehr eintreten zu lassen und zwar selbst dann nicht, wenn die Rohre 3' und 3" an dem vom Wärmeübertrager 5 abgewandten Ende 3^V nicht

wasserdicht geschlossen und mit Wasser gefüllt sind. Ein noch besserer Wärmedämmeffekt wird dadurch erzielt, daß das Innenrohr 3" und das Außenrohr 3' aus einem wärmedämmenden Kunststoff, z. B. aus einem Polytetrafluorethylen, bestehen und auch an ihren Enden 3 ^v unter Vorsehung von entsprechenden Abstandshaltern im Ringraum 3'" geschlossen sind.

In F i g. 2 ist die Funktionsweise der neuen Durchflußbatterie an Hand eines Speicher-Brauchwasser-Erwärmers 12 dargestellt, wobei entsprechende Teile der F i g. 1 mit entsprechenden Bezugsziffern versehen sind. Im Gegensatz zu Fig. 1 fließt nunmehr das z. B. von einem Heizkessel hergeleitete Heizwasser in den Eintrittsstutzen 11 ein, beaufschlagt die Innenseite der Rohre des Wärmeübertragers 5 und verläßt letzteren sodann durch den Austrittsstutzen 13. Das kalte, z. B. von einem Stadtwassemetz hergeleitete Brauchwasser tritt durch den Eintrittsstutzen 14 in den Speicher-Brauchwasser-Erwärmer 12 ein, beaufschlagt die Außenseite der Rohre des Wärmeübertragers 5 und steigt erwärmt in dem Leitrohr 3 nach oben, wo es in erhitztem Zustand den Speicher-Erwärmer 12 durch den Austrittsstutzen 15 wieder verlassen kann. Während der Brauchwasserzapfpause strömt kaltes Brauchwasser in Richtung des Pfeiles K radial in den Wärmeübertrager 5 ein und zugleich schichtet sich in entpsrechendem Maße nach der Höhe seines Temperaturgradienten dieses erwärmte sowie ständig in Pfeilrichtung Wodurch das Leitrohr 3 nach oben steigende Brauchwasser im Speicher-Erwärmer 12 von oben nach unten. Oder in einem Wort: Das Heizwasser beaufschlagt hierbei die Innenseite der Rohrschlangen um das die Außenseite der Rohrschlangen beaufschlagende Brauchwasser — wie die Bezeichnung »Speicher-Brauchwasser-Erwärmer« besagt — zu »erwärmen« und im Speicher-Erwärmer 12 zu »speichern«.

Dabei konnte es bei den bisherigen Leitrohrausführungen der vorbekannten Durchflußbatterien besonders zu Beginn des Aufheizvorganges, wenn das gesamte Leitrohr noch von kaltem Brauchwasser umgeben ist, aber auch bei einer Schichtung beispielsweise bis zur Niveauhöhe iVdes erwärmten Brauchwassers durch das einwandige Leitrohr 3 hindurch zu Wärmeübertragungen an das kältere Brauchwasser unterhalb der Niveauhöhe TV kommen, die ungewollt und an dieser Fläche nachteilig waren, da sie den Auftrieb des erwärmten Brauchwassers im Leitrohr verminderten, somit die Geschwindigkeit des nachströmenden kalten Brauchwassers reduzierten und damit den Effekt des Wärmeübertragers herabsetzen. Jedoch auch das ist in überraschender Weise mit der neuen Leitrohrausführung nicht der Fall, die im Ausführungsbeispiel der F i g. 2 an ihrem dem Wärmeübertrager S abgewandten Ende 3 ^v geschlossen, jedoch wegen des bei Erhitzung erforderlichen Druckausgleiches des Ringraumes 3'" nicht wasserdicht geschlossen ist

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Durchfluß- oder Speicher-Brauchwasser-Erwärmer mit einem aus mehreren Rohrwindungen bestehenden Wärmeübertrager sowie einem Leitrohr, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitrohr (3) aus einem Außenrohr (3') und einem konzentrisch angeordneten Innenrohr (3") gebildet und der zwischen den Rohren (3', 3") befindliche Ringraum (3'") an seinem dem Wärmeübertrager (5) zugewandten Ende (3^/v) geschlossen ist.

2. Durchfluß- oder Speicher-Brauchwasser-Erwärmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum (3'") des Leitrohres (3) an seinem dem Wärmeübertrager (5) abgewandten Ende (3^ geschlossen, jedoch nicht wasserdicht geschlossen ist.

3. Durchfluß- oder Speicher-Brauchwasser-Erwärmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum (3'") des Leitrohres (3) an beiden Enden (3^VI, 3¹O geschlossen und mit schlecht wärmeleitenden Distanzhaltern (16) versehen ist.

4. Durchfluß- oder Speicher-Brauchwasser-Erwärmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum (3'") des Leitrohres (3) mit einem wärmedämmenden Stoff, z. B. Polystyrol, ausgeschäumt ist.

5. Durchfluß- oder Speicher-Brauchwasser-Erwärmer nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum (3'") des Leitrohres (3) evakuiert ist.

6. Durchfluß- oder Speicher-Brauchwasser-Erwärmer nach Anspruch 1 bis 5* dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (3") des Leitrohres (3) an seinem dem Wärmeübertrager abgewandten Ende (3 v) eine Erweiterung (3 ^VI) aufweist.

7. Durchfluß- oder Speicher-Brauchwasser-Erwärmer nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrohr (3') und das Innenrohr (3") aus Stahlblech bestehen.

8. Durchfluß- oder Speicher-Brauchwasser-Erwärmer nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrohr (3') und das Innenrohr (3") aus Kunststoff, z. B. aus Polytetrafluorethylen, ausgebildet sind.

9. Durchfluß- oder Speicher-Brauchwasser-Erwärmer nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeübertrager (5) an seiner dem Leitrohr (3) abgewandten Seite (5') geschlossen und an seiner dem Leitrohr (3) zugewandten Seite bis auf den Durchströmquerschnitt (5") des Leitrohres (3) sowie an der Mantelfläche (5'") offen ausgebildet ist.

10. Durchfluß- oder Speicher-Brauchwasser-Erwärmer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Rohrwindungen des Wärmeübertragers (5) Leitbleche (6) angeordnet sind, die am Innenumfang mit einem Biegeradius (6') zum Leitrohr (3) hin und am Außenumfang mit einem Biegeradius (6") zum in den Wärmeübertrager (5) einströmenden Wasser hin versehen sind.