DE2749877A1

DE2749877A1 - Vorrichtung zum erhitzen von brauchwasser in einem fluessigkeitsgefuellten speicherkessel

Info

Publication number: DE2749877A1
Application number: DE19772749877
Authority: DE
Inventors: Otto Ing Grad Kreibaum
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-11-08
Filing date: 1977-11-08
Publication date: 1979-05-10

Description

Glawe, Delfs, Moll & Partner - ρ Θ558/77 - Seita 3

27A 9877

Be sch reibung

Das Uauptpatent betrifft eine Vorrichtung zum Erhitzen von Brauchwasser und ggf. von Heizungsflüssigkeit in einem flüssigkeitsgefüllten Speicherkessel, der einen Wärmetauscher zur Wärmeübertragung von einer hoch temperiert en Wärmequelle auf das Brauchwasser bzw. die Heizungsflüssigkeit enthält.

Die Erfindung gemäß Hauptpatent ermöglicht eine besonders wirtschaftliche Betriebsweise dadurch, daß in dem Speicherkessel unterhalb des genannten, zweiten Wärmetauschers ein erster Wärmetauscher zur Wärmeübertragung von einem niedrig temperierten Wärmeträger wie dem Medium einer Solar-Kollektoranlage auf das Brauchwasser, bevor dieses dem zweiten Wärmetauscher zugeführt ist, angeordnet ist.

Die vorliegende Erfindung will den Gegenstand des Hauptpatents im Sinne vielseitiger Anwendbarkeit und größerer Wirtschaftlichkeit weiterbilden.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der erste und der zweite Wärmetauscher nicht untereinander in demselben Speicherkessel sondern in getrennten Speicherkesseln angeordnet sind. Dadurch kann das Speichervolumen für Solarenergie unabhängig von der Größe des als hoch temperierte Wärmequelle benutzten Brenners (und umgekehrt) bemessen werden. Auch die Wärmedämmung kann entsprechend den unterschiedlichen Temperaturen unterschiedlich bemessen werden. Schließlich können auch Gesichtspunkte für eine Aufstellung an unterschiedlichem Ort sprechen; denn beispielsweise kann es zweckmäßig sein, den Speicherkessel für die Solarenergie nahe den Solarkollektoren anzuordnen, während für die Anordnung des Brenners andere Gesichtspunkte gelten.

Wenn ein HeizungsflUssigkeitskreislauf vorgesehen ist, der einen von dem niedrig temperierten Medium bespülten Wärmetauscher und einen fossil beheizten Brenner einschließt, ist

909819/0394

Glawe, Delfs, Moll & Partner - ρ 8558/77 - Seite 4

27Α9877

dieser Brenner zweckmäßigerweise alternativ zu einem auf das Brauchwasser einwirkenden elektrischen Heizelement als hoch temperierte Wärmequelle mit dem zweiten Wärmetauscher verbindbar. Dasselbe gilt, wenn an die Stelle eines fossil beheizten Brenners ein fern beheizter Wärmetauscher tritt. Diese Anordnung gestattet neben einer Winter-Verfahrensweise, bei der der Brenner sowohl die Heizungsflussigkeit als auch (als hocli temperierte Wärmequelle) das Brauchwasser erhitzt, eine Verfahrensweise für die Übergangszeit, bei der die Heizungsflüssigkeit ausschließlich durch den niedrig temperierten Wärmeträger auf beispielsweise 4o° beheizt wird, während das Brauchwasser, für das man im allgemeinen eine Temperatur von etwa 5o° wünscht, elektrisch aufgeheizt wird, ohne daß dafür der im Sommer verlustreich arbeitende fossil beheizte Brenner in Anspruch genommen werden muß. Schließlich schließt diese Vorrichtung eine Sommer-Verfahrensweise nicht aus, bei der sowohl die Heizungsflüssigkeit als auch das Brauchwasser ausschließlich von dem niedrig temperierten Medium aufgeheizt werden.

Bei dieser Vorrichtung können der Brenner als hoch temperierte Wärmequelle und der zweite Wärmetauscher zur Erhitzung des Brauchwassers in einem und demselben Speicherkessel untergebracht sein. Vorteilhafter ist aber eine Ausführungsform, bei der diese Anordnung aufgeteilt ist in einen den zweiten Wärmetauscher aufnehmenden und elektrisch gesondert beheizbaren Speicherkessel und einen mittels des Brenners beheizbaren Kessel, wobei diese beiden Kessel abschaltbar miteinander verbunden sind. Während des Sommer- und Ubergangs-Betriebs kann dann nämlich der den Brenner enthaltende Kessel totgeschaltet werden, so daß die sonst in diesen Bereich durch den Schornsteinzug verursachten Wärmeverluste vermieden werden. Dies schließt nicht aus, daß der Kessel kurzzeitig auch im Sommerbetrieb eingeschaltet wird, wenn beispielsweise stoßartig größere Brauchwassermengen abgenommen werden.

909819/0394

Glawe, DeIfs, Moll & Partner - ρ 8558/77 - 3eit3 5

Der Kaltwasserzufluß zur Brauchwasserversorgung durchläuft In jedem Fall den ersten Wärmetauscher, der von dem niedrig temperierten Wärmeträger bespült ist. Wenn ein urauchwasserzirkulationskreis vorgesehen ist, wäre es aber unzweckmäßig, den Rücklaufzweig dieses Kreises stets durch den ersten Wärmetauscher zu führen, weil die Möglichkeit besteht, daß die RUcklauftemperatur höher ist als die Temperatur des niedrig temperierten Wärmeträgers. Jedoch möchte man auch nicht auf die Möglichkeit verzichten, das zirkulierende Brauchwasser durch den niedrig temperierten Wärmeträger aufzuheizen, wenn dessen Temperatur im Sommerbetrieb hoch genug ist. Bs ist deshalb zweckmäßig, wenn der Brauchwasserzirkulationskreis umschaltbar entweder den von dem niedrig temperierten Medium bespülten ersten Wärmetauscher oder den zweiten Wärmetauscher durchläuft. Die Umschaltung wird abhängig von der Temperatur des niedrig temperierten Wärmeträgers vorgenommen, und zwar vorzugsweise automatisch.

Die Erfindung wird im folgenden näher unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert, die vorteilhafte Ausführungsbeispiele veranschaulicht. Darin zeigen:

Fig. 1 bis 3 Schaltbilder unterschied

licher Anlagen

Gemäß Fig. 1 enthält der Speicherkessel 21 einen Brenner Der Brenner ist unten in dem Speicherkessel angeordnet. Getrennt von dem Speicherkessel 21 ist ein Speicherkessel 23 vorgesehen, der mit einem weiteren gleichartigen Speicherkessel 24 durch Leitungen 25 und 26 großen Querschnitts oben und unten verbunden ist, so daß beide durch Schwerkraftströmung miteinander verbunden sind und somit als einhe-itliches Gefäß betrachtet werden können. Je nach dem gewünschten Speiehervolumen kann eine größere Zahl derartiger Kessel zusammengeschaltet werden. Einer der Kessel 2 3, 24 enthält einen Wärmetauscher 5, der von den Medium der Solarkollektoren durchströmt ist und die Flüssigkeit in den Speicherkesseln 23,

909819/0394

Glawe, Delfs, Moll & Partner - ρ 8558/77 - Seite 6

24 auf mäßige Temperatur aufheizt. Im oberen Bereich eines Speicherkessels 23, 24 befindet sich der sogenannte erste Wärmetauscher 13, in welchem das aus dem Wetz durch die Leitung 2 7 kommende, kalte Wasser je nach der Temperatur des in den Speicherkesseln 23, 24 enthaltenen Mediums aufgeheizt wird. Das Brauchwasser wird dann weitergeführt durch die Leitung 2 8 zu dem zweiten Wärme ta us die r 15, den es durch die Brauchwasserleitung 29 verläßt.

Das Heizungswasser tritt über die Rücklaufleitung 3o in einen Speicherkessel 23, 24 unten ein. Ks verläßt diesen Kessel oben durch die Leitung 31, die zum unteren Bereich des Speicherkessels 21 führt, aus dem das Heizungswasser durch die Vorlaufleitung 32 wieder austritt.

Die Funktion dieser Anlage ist analog der im Hauptpatent beschriebenen: Die Speicherkessel 2 3, 24 sind mit dem aus der Rücklauf leitung stammenden, niedrig temperierten Heizungswasser gefüllt, das sich am Wärmetauscher 5 je nach Sonneneinstrahlung mehr oder weniger aufheizt und außerdem im Wärmetauscher 13 das Brauchwasser vorheizt. In dem von dem Brenner 22 hoch temperierten Speicherkessel 21 wird das vorgeheizte Heizungswasser auf die gewünschte Temperatur aufgeheizt und durch die Vorlaufleitung 32 abgeführt. Außerdem heizt das den Speicherkessel 21 füllende, hoch temperierte Heizungswasser das vorgeheizte Brauchwasser im Wärmetauscher 15 auf. Im Sommerbetrieb kann der Wärmebedarf ggf. ohne den Brenner 22 ausschließlich durch die Sonnenenergie oder durch den auf sonstige Weise niedrig temperierten Wärmeträger gedeckt werden.

Die Ausführung gemäß Fig. 2 ist der vorher erläuterten ähnlich. Die Wärmetauscher 13 und 15 sind als Speicherbehälter ausgebaut. Der Speicherbehälter 15 enthält ein elektrisches Heizelement 33. Die »Bärauchwasserve rs orgung ist zu einer Zirkulationsleitung mit Vorlauf leitung 29 und

909819/0394 *"· ⁷

Glawe, Delfs, Moll & Partner - ρ 8558/77 - Seite 7

Rücklaufleitung 34 ausgebaut, wobei die letztere mittels eines Dreiwegehahns 35 abhängig von der Temperatur im Speicherkessel 23, 24 entweder mit dem Wärmetauscher 13 oder dem Wärmetauscher 15 verbindbar ist.

Im Winterbetrieb durchläuft nur das der Brauchwasserzirkulation zugeführte Kaltwasser aus der Leitung 27 den Wärmetauscher 13, während die Rücklauf leitung 34 unmittelbar auf den Wärmetauscher 15 geschaltet ist, weil sonst das im Speicherkessel 2 3, 24 befindliche verhältnismäßig kühle Heizungs-Rücklaufwasser vom Brauchwasserkreislauf aufgeheizt würde. Im Wärmetauscher 15 wird es von dem Brenner über das in dem Speicherkessel 21 befindliche, hoch temperierte Uei-zungswasser aufgeheizt. Im Ubergangsbetrieb genügt die im Speicherkessel 23, 24 auf das Heizungswasser übertragene Solarenergie unter Umständen zur Deckung des Ueizbedarfs bei einer Temperatur von beispielsweise 35 bis 5o°. Für die Brauchwassererhitzung reicht diese Temperatur jedoch nicht aus. Die Rücklaufleitung 34 der Brauchwasserzirkulation bleibt daher auf den Wärmetauscher 15 geschaltet, wo das Brauchwasser durch die elektrische Heizpatrone 33 auf die gewünschte Temperatur - beispielsweise 55° C -aufgeheizt wird. Der Brenner 22 braucht nicht in Betrieb genommen zu werden· Das den Brenner umgebende Wasser hat nur die Temperatur, die es im Speicherkessel 23, 24 aufgrund von Solarbeheizung angenommen hat. Die höhere Temperatur des Wärmetauschers 15 wirkt nämlich infolge der Temperaturschichtung praktisch nicht nach unten. Die Wärmeverluste infolge der den Brenner durchströmenden Luft bleiben daher gering.

tfahezu gänzlich können diese Verluste mit der Ausführung gemäe Fig. 3 ausgeschaltet werden. Diese unterscheidet sich von derjenigen gemäß Fig. 2 dadurch, daß der Speicherkessel in einen Kessel 37 mit dem Brenner 22 und einen Speicherkessel 38 mit dem Wärmetauscher 15 und der Heizpatrone 33 aufgeteilt ist. Der Kessel 37 und der Speicherkessel 38 stehen durch Rohrleitungen 39, 4o mit Pumpe 41 in Verbin-

909819/0394

Glawe, Delfs, Moll & Partner - _ti b5^r.H.m - halte 8

dung, die abschaltbar ist. Wie im Fall der Fig. 2 ist der Brauchwasserrücklauf 34 mittels des Ventils 35 entweder auf den Wärmetauscher 13 über Leitung 42 oder über Leitung 43 auf den Wärmetauscher 15 schaltbar. Außerdem ist vorgesehen, daß die Leitung 31, durch die das Heizungswasser oben aus dem Speicherkessel 23, 2 4 austritt, mittels eines Ventils 44 entweder unmittelbar mit der Vorlaufleitung 32 oder mit dem Kessel 37 über Leitung verbindbar ist.

Während die Betriebsweise bezüglich der Brauchwasserversorgung derjenigen der Anlage gemäß Fig. 2 gleicht, kann das Heizungswasser mittels des Ventils 44 entweder ausschließlich über den Speicherkessel 23, 24 geführt werden, wenn die darin herrschende Temperatur zur Aufheizung im Sommer- und Ubergangsbetrieb ausreicht, oder es kann außerdem über den Kessel 37 geführt werden, wenn die Solarenergie zur Aufheizung unzureichend ist. Das Ventil kann von der Temperatur im Speicherkessel 23, 24 und/oder von der Außentemperatur gesteuert sein.

Im Sommer- und Ubergangsbetrieb genügt im allgemeinen das elektrische Heizelement 33 zur Aufheizung des Brauchwassers im Behälter 38, wobei das in diesem Behälter den Wärmetauscher 15 umgebende Heizungswasser gleichzeitig als Speichermedium dient. Dabei treten keine Wärmeverluste zum Kessel 37 hin auf, weil die Pumpe 41 abgeschaltet ist. Im Winterbetrieb oder bei stoßweise hohem Brauchwasserverbrauch werden die Pumpe 41 und der Brenner 22 eingeschaltet.

Die Kessel 37 und 38 könnten auch durch große Querschnitte ohne Pumpe 41 miteinander verbunden sein, wobei dann die Abschaltung der Verbindung automatisch durch die Stillsetzung des Brenners 22 bewirkt würde, weil dann infolge des Fehlens eines Tenf>eraturgefälles von unten nach oben keine Strömung stattfinden würde.

909819/0394

Claims

Patentansprüche

'Vorrichtung zum Erhitzen von Brauchwasser und ggi . Ileizungswasser in einem flUssigkeits^efüllten Speicherkessel, der einen Wärmetauscher zur Wärmeübertragung von einer hoch temperierten Wärmequelle auf das Brauchwasser enthält, wobei nach Patent ... (Patentanmeldung P27 10 139.9) getrennt von dem genannten, zweiten Wärmetauscher ein erster Wärmetauscher zur Wärmeübertragung von einem niedrig temperierten Wärmeträger wie dem Medium einer Solar-Kollektoranlage auf das Brauchwasser, bevor dieses dem zweiten Wärmetauscher zugeführt ist, angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der erste (13) und der zweite (15) Wärmetauscher in getrennten Speicherkesseln ( 21 bzw. 23t Zk) angeordnet sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche des Hauptpatents, dadurch gekennzeichnet, daß ein Heizungsflüssigkeitskreislauf (30,32) vorgesehen ist, der einen von niedrig temperiertem Medium bespülten Wärmetauscher (5) und einen fossil beheizten Brenner (22) einschließt, der alternativ

909819/0304

Glawe, Delfs, Moll & Partner - ρ 8558/77 - Seite 2

zu einem auf das Brauchwasser einwirkenden elektrischen Heizelement (33) als hoch temperierte Wärmequelle mit dem zweiten Wärmetauscher (15) verbindbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der den zweiten Wärmetauscher (15) aufnehmende Speicherkessel (21) aufgeteilt ist in einen mit dem Brenner (22) beheizbaren Kessel (37) und einen den zweiten Wärmetauscher (15) aufnehmenden und elektrisch gesondert beheizbaren Speicherkessel (38), die abschaltbar miteinander verbunden sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Brauchwasserzirkulationskreis vorgesehen ist, der umschaltbar entweder den von niedrig temperiertem Medium bespülten ersten Wärmetauscher (13) oder den zweiten Wärmetauscher (15) durchläuft.

909819/0394