DE2637482A1 - Stehender, isolierter doppelmantelwaermetauscher - Google Patents

Stehender, isolierter doppelmantelwaermetauscher

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DE2637482A1 DE19762637482 DE2637482A DE2637482A1 DE 2637482 A1 DE2637482 A1 DE 2637482A1 DE 19762637482 DE19762637482 DE 19762637482 DE 2637482 A DE2637482 A DE 2637482A DE 2637482 A1 DE2637482 A1 DE 2637482A1
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Description

Essen, den 19. August 1976 PZ 3050
Patentanmeldung:
Stehender, isolierter Doppelmantelwärmetauscher
Anmelder: Thyssen Industrie AG, Essen
Die Erfindung betrifft einen stehenden, isolierten Doppelmantelwärmetauscher für ein Heizmittel und warmes Speicherwasser mit Temperaturschichtung, einem unteren Speicherwasserzulauf und einem oberen Ablauf. Bekannt sind Wärmetauscher, bei denen der Wärmeaustausch zwischen dem Heizungsmittel und dem Speicherwasser möglichst im Gegenstromverfahren erfolgt, wobei der Heizmitteleintritt nicht veränderlich ist. Durch das Gegenstromverfahren wird erreicht, daß das Heizmittel im heißesten Zustand mit dem bereits aufgeheizten Speicherwasser seine Temperatur ausgleicht und in etwas abgekühltem Zustand die Wärme mit dem noch kälteren Speicherwasser austauscht. Dieser gleichmäßige Austausch über die gesamte Wärmetauscherfltche funktioniert dann nicht mehr, wenn die Temperatur des Heizmittels annähernd gleich der Maximaltemperatur des Speicherwassers geworden ist oder durch Schwankungen der Temperatur des zur Verfügung stehenden Heizmittels sogar darunter liegt. In letzterem Falle kann es durch Wärmeentzug aus den obersten Schichten des Speicherwassers sogar zu einer Störung der natürlichen Temperaturschichtung kommen. Es ist auch bekannt, Speicherwasser mit Heizbündeln oder Heizeinsätzen aufzuheizen, die von der Temperatur des Speicherwassers gesteuert werden.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik wird die Aufgabe der Erfindung darin gesehen, einen stehenden, isolierten Doppelmantelwärmetauscher für ein Heizmittel und warmes Speicherwasser mit Temperaturschichtung, einem unteren Speicherwasserzulauf und einem oberen Ablauf so auszubilden, daß auch bei unterschiedlichen Temperaturen des Heizmittels und des Speicherwassers die Aufheizung optimal und ohne Störung der natürlichen Temperaturschichtung des Speicherwassers erfolgen kann.
Diese Aufgabe wird bei einem Doppelmantelwärmetauscher der obigen Gattung gelöst durch eine Mehrzahl von von einer Zuführungsleitung abzweigenden Zuführungsstutzen in den Doppelmantelraum mit Ventilen für das Heizmittel in verschiedenen Höhenlagen des Wärmetauschers, durch einen unten liegenden Heizmittelabführungsstutzen, durch in verschiedenen Höhenlagen des Wärmetauschers in dessen Speicherwasserraum ragende Temperaturfühler und durch einen Temperaturfühler in der Zuführungsleitung für das Heizmittel. Bei diesem Wärmetauscher kann durch einen Vergleich der Temperatur des Heizmittels in der Zuführungsleitung mit den Temperaturen des Speicherwassers in den verschiedenen Höhenlagen des Wärmetauschers das Heizmittel in den höchsten Zuführungsstutzen zugeführt werden, in dessen Höhenlage die Temperatur des Heizmittels noch höher oder wenigstens genauso hoch ist, wie die Temperatur des Speicherwassers. Dazu werden das betreffende Ventil zu dem Stutzen geöffnet und die Ventile zu den übrigen Stutzen geschlossen. Das Heizmittel strömt dann durch diesen Stutzen ein, von da aus durch den Doppelmantelraum nach unten, wobei es seine Wärme unter Abkühlung an jeweils kältere Anteile des Speicherwassers abgibt. Dadurch, daß so vermieden wird, daß tiefer liegende Teile des Speicherwassers stärker als höher liegende Anteile
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aufgeheizt werden, bleibt die natürliche Temperaturschichtung erhalten. Die Zufuhr an der höchsten Stelle, an der die Heizmitteltemperatur wenigstens gerade noch gleich der Speicherwassertemperatur ist, sorgt für die optimale Ausnutzung der Wärme des Heizmittels. Der Doppelmantelwärmetauscher wird besonders vorteilhaft dann eingesetzt, wenn die Temperaturen des Heizmittels stark schwanken, wie es z.B. der Fall ist, wenn das Heizmittel von Sonnenkollektoren aufgeheizt wird. Um befriedigende Temperaturen des Speicherwassers zu erreichen, ist es dann wichtig, zur Zeit der stärksten Sonneneinstrahlung das dann heiße Heizmittel zur Aufheizung des wärmsten Bereiches des Speicherwassers auszunutzen und bei schwächerer Sonneneinstrahlung die Temperaturschichtung nicht durch Verwirbelung zu zerstören und damit das zur Verfügung stehende Wärmespeicherwasser durch Vermischen mit dem kälteren abzukühlen, aber trotzdem auch das dann kältere Heizmittel optimal für die Aufheizung der kälteren Teile des Speicherwassers auszunutzen. Auch bei insgesamt niedriger Heizmitteltemperatur und schwankenden Speicherwassertemperaturen ermöglicht die Erfindung optimale Ausnutzung der Heizmittelwärme und durch Vermeidung der Störung der Temperaturschichtung die höchstmögliche Speicherwassertemperatur am Auslauf.
Die Erfindung kann wie folgt vorteilhaft ausgestaltet sein.
Durch einen engen Zwischenraum des Doppelmantels erreicht man hohe Strömungsgeschwindigkeiten und einen guten Wärmeübergang zwischen dem Heizmittel und dem an das Speicherwasser angrenzenden Wand des Wärmetauschers. Der Wärmeaustausch kann noch verbessert werden durch Umlenkstreifen im Doppelmantelraum zwischen je zwei Zuführungsstutzen mit einer Durchtrittsöffnung.
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Zweckmäßig bringt man die Temperaturfühler jeweils geringfügig unterhalb der Höhenlage der Stutzen an. Dadurch wird das höherliegende Ventil erst dann geschlossen, wenn die Temperatur des Heizmittels bereits etwas unter die Temperatur des Brauchwassers in Höhe des Ventils gesunken ist. Dies führt noch nicht zu einer Zerstörung der Temperaturschichtung im Brauchwasser, läßt jedoch die Wärme des Heizmittels besser ausnutzen.
Die oben beschriebene Steuerung der Zuführung des Heizmittels kann nach Ablesen der Temperaturmeßwerte von Hand erfolgen oder bei periodisch wiederkehrenden Verlaufen dementsprechend über ein festes Programm gesteuert werden, vorteilhaft gestaltet man jedoch die Steuerung selbsttätig. Dazu werden die Ventile in den Zuführungsstntzen als Magnetventile ausgebildet, die über einen Verstärker mittels der Temperaturfühler so gesteuert sind, daß nur das Magnetventil, in dessen Höhenlage die Differenz, Heizmitteltemperatur abzüglich Speicherwassertemperatur, den kleinsten positiven Wert hat,geöffnet ist und die übrigen Magnetventile geschlossen sind.
In einer einfachen Ausführungsart der Erfindung weist der obere Wärmetauscherteil nur einen Mantel auf und wirkt dadurch lediglich als Warmwasserspeicher. Dieser Behälterteil hat zweckmäßig rund 1/3 des Gesamtinnenvolumens des Wärmetauschers.
Der obere Wärmetauscherteil kann jedoch auch doppelwandig ausgeführt werden. Dadurch kann auch dann, wenn keine Sonnenenergie gewonnen werden kann, z.B. im Winter, mit dem Wasser des Heizungskreislaufs des Hauses über diesen zusätzlichen, an den Heizungswasserkreislauf angeschlossenen Zwischenraum des Wärmetauschers das Brauchwasser aufgeheizt werden.
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In den oberen Wärmetauscherteil kann sowohl in der einals auch in der doppelwandigen Ausführungsart ein zweckmäßig elektrisch betriebenes Heizelement eingeführt sein, um in Perioden geringer Sonnenenergieeinstrahlung oder im Fall der doppelwandigen Ausführungsart bei zu geringer Heizungswassertemperatur der Hausheizung eine ausreichende Brauchwasserversorgung zu gewährleisten. Diese kann automatisch in Abhängigkeit von der Brauchwassertemperatur eingeschaltet werden oder auch periodisch, bevorzugt über Nachtstrom betrieben werden.
An einen Zuführungsstutzen am Fuß des oberen Teils des Wärmetauschers kann eine Leitung angeschlossen werden, die durch Aufrechterhaltung einer Zirkulationsströmung, auch unter Einsatz einer Pumpe, dafür sorgt, daß an den Zapfstellen jederzeit warmes Wasser zur Verfügung steht.
Im folgenden wird anhand einer Zeichnung ein Ausuhrungsbeispiel der Erfindung erläutert.
Es zeigen im einzelnen
Fig. 1 einen Schnitt durch einen stehenden, isolierten Doppelmantelwärmetauscher
Fig. 2 eine schematische Darstellung des Wärmetauschers nach Fig. 1 mit Zusatzaggregaten und einem Installationsplan eines von dem Wärmetauscher versorgten Hauses.
Der stehende, isolierte Dopjelmantelwärmetauschtrjfür ein Heizmittel und warmes Speicherwasser mit einer Temperaturschichtung, einem unteren Speicherwasserzulauf 2 und einem oberen Ablauf 3 weist eine Mehrzahl von Zuführungestutzen 4, 5, 6 auf, die mit Ventilen 7, 8, 9 versehen sind und
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ORIGINAL INSPECTED
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von einer Zuführungsleitung 1o für das Heizmittel abzweigen. Die Zuführungsstutzen 4,5,6 sind in verschiedenen Höhenlagen des Wärmetauschers angebracht. Unten am Wärmetauscher befindet sich ein Heizmittelabführungsstutzen 11. Mehrere Temperaturfühler 12,13,14 ragen in den Speicherwasserraum hinein. In der Zuführungsleitung 1o für das Heizmittel befindet sich ein weiterer Temperatur-fühler 15. In dem engen Zwischenraum 16 des Doppelmantels sind Umlenkstreifen 17 für das Heizmittel angebracht.
Die Funktionsweise des Doppelmantelwärmetauschers wird im folgenden anhand der Fig.2 für die selbsttätig arbeitende Ausführungsart erläutert. Die Ventile 7,8,9 in den Zuführungsstutzen 4,5,6 sind als Magnetventile ausgebildet. Sie werden über einen Verstärker 18 mittels der Temperaturfühler 12-15 so gesteuert, daß nur das Magnetventil, in dessen Höhenlage die Differenz . Heizmitteltemperatur abzüglich Speicherwassertemperatur den kleinsten positiven Wert hat, geöffnet ist und die übrigen Magnetventile geschlossen sind. Es sei z.B. die Temperatur des Heizmittels bei Mittagssonneneinstrahlung auf den Sonnenkollektor 19 besonders hoch und zwar höher als die höchste Temperatur des Speicherwassers. Dann wird das Heizmittel durch die Pumpe 2o über das geöffnete Magnetventil 7 in den Doppelmantel eingeleitet und im Kreislauf durch den Heizungsmittelabführungsstutzen in den Sonnenkollektor 19 zurückgeführt. Bei Nachlassen der Sonneneinstrahlung möge die Temperatur des Heizmittels unter die Temperatur des Speicherwassers in der Höhenlage des Thermoelementes 12 absinken. Dann wird das Magnetventil 7 durch den Verstärker 18 geschlossen und das Magnetventil 8, in dessen Höhenlage die durch das Thermoelement 13 gemessene Speicherwassertemperatur im allgemeinen noch tiefer liegt als die Heizmitteltemperatur, geöffnet. Sinkt die Temperatur des Heizmittels unter die tiefste Speicherwassertemperatur,
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ergibt also die Differenz Heizmitteltemperatur abzüglich Speicherwassertemperatur keinen positiven Wert, so werden sämtliche Magnetventile 7, 8, 9 geschlossen und die Pumpe 20 abgeschaltet. Ein Stutzern 21 ermöglicht eine dauernde Zirkulationsströmung des warmen Wassers durch die im rechten Teil der Fig. 2 angedeuteten Installationsleitungen, so daß dort an den Zapfstellen, wie der Dusche 22, sofort warmes Brauchwasser zur Verfügung steht. Sinkt die Temperatur des Speicherwassers im oberen Teil des Wärmetauschers unter einen vorbestimmten, durch einen Thermostaten 23 überwachten Wert, so wird über diesen automatisch eine Zusatzheizeinrichtung 24, die bevorzugt mit Nachtstrom betrieben wird, eingeschaltet. Der obere Teil des Wärmetauschers ist doppelwandig ausgebildet und über die Leitungen, 25, 26 mit dem Heizkessel 27 des Zentralheizungssystems des Hauses verbunden. Dadurch kann die Gebäudebeheizung, z.B. im Winter, für die Aufheizung des Brauchwassers im Wärmetauscher eingesetzt werden. Das Brauchwasser für den Doppelmantelwärmetauscher und für den Hausbedarf werden über eine gemeinsame Sicherungsgruppe 28 zugeführt.
Ansprüche:
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Claims (10)

Ansprüche; ■
1./Stehender, isolierter Doppelmantelwärmetauscher für ein ^- Heizmittel und warmes Speicherwasser mit Temperaturschichtung, einem unteren Speicherwasserzulauf und einem oberen Ablauf, gekennzeichnet_durch eine Mehrzahl von von einer Zuführungsleitung (10) abzweigenden Zuführungsstutzen (4, 5, 6) in den Doppelmantelraum (16) mit Ventilen (7, 8, 9) für das Heizmittel in verschiedenen Höhenlagen des Wärmetauschers, durch einen unten liegenden Heizmittelabführungsstutzen (11), durch in verschiedenen Höhenlagen des Wärmetauschers in dessen Speicherwasserraum ragende Temperaturfühler (12, 13, 14) und durch einen Temperaturfühler (15) in der Zuführungsleitung (10) für das Heizmittel.
2.Doppelmantelwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum (16) des Doppelmantels eng ist.
3. Doppelmantelwärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet__durch Umlenkstreifen (17) im Doppelmantelraum (16) zwischen je zwei Zuführungsstutzen (4, 5, 6) mit je einer Durchtrittöffnung.
4. Doppelmantelwärmetauscher nach einem der obigen Ansprüche, dadurch_gekennzeichnet, daß die Temperatur-
, fühler (12,13, 14) jeweils geringfügig unterhalb der Höhenlage der Stutzen (4, 5, 6) liegen.
5. Doppelmantelwärmetauscher nach einem der obigen Ansprüche, dadurch^gekennzeichnet, daß die Ventile (7, 8, 9) in den Zuf Uhrungstutzen (4, 5, 6) Magnetventile sind, die über einen Verstärker (18) mittels der Temperaturfühler (12-15) so gesteuert sind, daß nur das Magnet-
809808/0382 m/'
2637*4^2
ventil, in dessen Höhenlage die Differenz Heizmitteltemperatur abzüglich Speicherwassertemperatur den kleinsten positiven Wert hat, geöffnet ist und die übrigen Magnetventile geschlossen sind.
6. Doppelmantelwärmetauscher nach einem der obigen Ansprüche, dadurch_gekennzeichnet, daß der obere Wärmetauscherteil nur einen Mantel aufweist.
7. Doppelmantelwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch_gekennzeichnet, daß der obere Wärmetauscherteil doppelwandig ausgeführt ist.
8. Doppelmantelwärmetauscher nach Anspruch 6 oder 7,
^5§Hü£^-.S£iSSSS5Si2liSSi» ^a^ ein Heizelement (24) in den oberen Wärmetauscherteil eingeführt ist.
9. Doppelmantelwärmetauscher nach Anspruch 8, dadurch
S2iS2225£i2i?2£i» daß das Heizelement (24) elektrisch beheizt ist.
10. Doppelmantelwarmetauscher nach einem der obigen Ansprüche, gekennzeichnet_durch einen Zirkulationsstutzen in den Wärmetauscher am Fuß des oberen Teiles.
809808/0382
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