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Warmwasserbereiter
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Die Erfindung betrifft einen Warmwasserbereiter gemäß dem Oberbegriff
des ersten Patentanspruchs.
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Bei einem bekannten Warmwasserbereiter dieser Art (DE-GM 1 800 743)
ist in Serie zu dem im Wasserkessel angeordneten Kondensator der Wärmepumpe in den
Eältemittelkreislauf ein weiterer außenliegender Kondensator eingebaut. Dieser außenliegende
Kondensator wird mittels Umschaltventilen dann in den Eältemittelkreislauf eingeschaltet,
wenn die Wärmeabgabe des innenliegenden Kondensators in Folge einer erhöhten Wassertemperatur
zu gering geworden ist. In diesem Fall wird der außenliegende Kondensator mittels
eines Gebläses gekühlt. Von Nachteil ist bei diesem Aufbau, daß hierbei ein Eingriff
in den hermetisch geschlossen zu haltenden Kältemittelkreislauf erforderlich ist,
sowie der Aufwand für die dazu notwendigen Umschaltventile.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Warmwasserbereiter
der Eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem eine Begrenzung des Kondensationsdruckes
im Kältemittelkreislauf der Wärmepumpe erfolgen kann, ohne einen Eingriff in den
Eältemittelkreislauf
vornehmen zu müssen.
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Die Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die kennzeichnenden
Merkmale des ersten Patentanspruchs erreicht.
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Durch die besondere Bemessung der Verlustleistung des Wasserkessels
kann somit über den Kondensator der Wärmepumpe stets die gesamte Leistung abgegeben
werden, ohne hierfür zusätzliche Kondensatoren oder einen Kühlwasserzufluß in den
Wasserkessel vorsehen zu müssen.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen
angegeben.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnungen von Ausführungsbeispielen
näher erläutert.
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Es zeigt: Figur 1 einen Warmwasserbereiter mit einem allseitig wärmeisolierten
Wasserkessel, Figur 2 einen Warmwasserbereiter mit einem teilweise wärmeisolierten
Wasserkessel, Figur 3 und Figur 4 Warmwasserbereiter mit allseits wärmeisoliertem
Wasserkessel und äußerem Wärmeübertrager.
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In den Wasserkesseln 1 der einzelnen Warmwasserbereiter ist ein Kondensator
2 einer nicht näher dargestellten Wärmepumpe angeordnet, deren Verdampfer beispielsweise
dem Kühlraum eines
Haushaltskühlschrankes zugeordnet ist. Der Kondensator
2 befindet sich dabei im unteren Bereich des Wasserkessels 1 nahe an dessen Boden.
Mittels eines Heizelementes 3 kann im Bedarfsfall eine zusätzliche Beheizung des
im Wasserkessel 1 befindlichen Wassers vorgenommen werden. Durch den Boden des Wasserkessels
1 ist eine Kaltwasserzuleitung 4 und durch den Deckel eine Warmwasserleitung 5 geführt.
An der Außenseite des Wasserkessels 1 ist eine Wärmeisolierschicht 6 vorgesehen.
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Gemäß Figur 1 umgibt die Wärmeisolierschicht 6 die gesamte äußere
Oberfläche des Wasserkessels 1. Dabei ist die Wärmeisolierschicht 6 so bemessen,
daß der Wärmedurchgang und damit die Verlustleistung beim Erreichen einer maximalen
Wassertemperatur gerade so groß ist, wie die in diesem Fall auftretende Nutzleistung
am Kondensator 2. Selbst wenn dann über einen längeren Zeitraum kein kaltwasser
in den Wasserkessel 1 einfließt, erreicht das Wasser im unteren Bereich des Wasserkessels,
in dem auch der Kondensator angeordnet ist, durch die stetige, der Verlustleistung
entsprechende Abkühlung nur eine Temperatur, die den Druck im Eältemittelkreislauf
innerhalb des Kondensators 2 auf einem bestimmten Wert hält. Durch die Wahl der
Verlustleistung des Wasserkessels 1 kann somit der Druck des Kältemittels auf einen
wählbaren Wert begrenzt werden.
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Bei der Ausführung nach Figur 2 ist im oberen Bereich des Wasserkessels
1 eine hochwertige Wärmeisolierung 6 vorgesehen, während im unteren Bereich eine
Wärmeisolierschicht völlig fehlt. Aufgrund der natürlichen Schichtung sammelt sich
das erwärmte Wasser im oberen Bereich des Wasserkessels 1, der eine vernachlässigbare
Verlustleistung aufweist. Erreichen dann aber die erwärmten Wasserschichten den
nichtisolierten Teil des Wasserkessels 1,
dann steigt die Verlust
leistung an den nichtisolierten Wandungsflächen stark an. Dabei nimmt die Verlustleistung
um so mehr zu, äe weiter die warmen Wasserschichten sich nach unten erstrecken.
Am Wärmeaustausch mit der Umgebung nehmen somit nur die Wasserschichten im unisolierten
Teil des Wasserbehälters 1 teil. Dagegen stehen die am höchsten erwärmten Wasserschichten
im oberen Abschnitt des Wasserkessels 1 praktisch nicht unter dem Einfluß von Wärmeverlusten
durch die Isolation. Durch die Größe des nichtisolierten Abschnitts des Wasserkessels
1 läßt sich somit die Verlustleistung des Wasserkessels so bestimmen, daß bei einem
wählbaren Druck im Kältemittelkreislauf des Kondensators 2 gerade die dabei erzeugte
Nutzwärme abgeführt wird.
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Beim Warmwasserbereiter nach Figur 3 ist der Wasserkessel 1 allseitig
mit einer hochwertigen Wärmeisolierung 6 versehen, die die Wärmeverlustleistung
auf ein unbeachtliches Maß absenkt. Um hierbei die Wassertemperatur im Bereich des
Kondensators 2 mit Rücksicht auf den Kältemitteldruck nicht über einen vorbestimmten
Wert ansteigen zu lassen, ist im Bereich des Kondensators 2 im Wasserkessel 1 ein
Wärmeübertrager 7 angeordnet. Der Wärmeübertrager 7 steht über Rohrleitungen 8 und
9 mit einem äußeren Wärmeübertrager 10 in Verbindung. Als Wärmeträgermittel kann
dabei Wasser oder dergleichen vorgesehen sein.
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Nachdem sich das Wasser im unteren Bereich des Wasserkessels 1 erst
zuletzt erwärmt, und der äußere Wärmeübertrager 10 räumlich oberhalb des inneren
Wärmeübertragers 7 angeordnet ist, tritt eine Zirkulation durch Schwerkraft in den
Wärmeübertragern 7, 10 zunächst praktisch nicht auf. Erst wenn sich auch das Wasser
im unteren Bereich des Wasserkessels 1 zu erwärmen beginnt,
setzt
die Schwerkraftzirkulation durch die Wärmetauscher 10 ein und steigert sich mit
zunehmender Temperatur des Wassers im unteren Kesselbereich. Eine Wärmeabfuhr bzw.
eine Verlustleistung tritt somit an diesem Kessel erst auf, wenn der gesamte Inhalt
des Wasserkessels 1 erwärmt ist und steigert sich mit zunehmender Temperatur im
unteren Bereich des Wasserkessels 1 auf seinen maximalen Wert, bei dem die über
den äußeren Wärmetauscher 10 abgeführte Wärmeleistung gleich der vom Kondensator
2 aufgebrachten Wärmeleistung ist. Um dabei einen Wärmeverlust solange als möglich
hinauszuzögern, kann in die Rohrleitung 9, die das aus dem Wärmeübertrager 10 austretende
gekühlte Wasser führt, ein MagnetventillOa eingeschaltet werden. Dieses Magnetventil
kann über einen Temperaturfühler 11 gesteuert werden, der im unteren Bereich des
Wasserkessels 1 angeordnet ist und ein Öffnen des Magnetventils 10 a erst dann bewirkt,
wenn eine vorbestimmte Temperatur erreicht ist.
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I)er in Figur 4 dargestellte Aufbau entspricht im Wesentlichen dem
Aufbau nach Figur 3. Hier ist Jedoch anstelle von Wasser eine bei relativ niedrigen
Temperaturen verdunstende Flüssigkeit als Wärmeträgermittel für die Wärmeübertrager
7, 10 vorgesehen. Dabei befindet sich flüssiges Kältemittel praktisch nur im inneren
Wärmeübertrager 7. Wird die Verdampfungstemperatur des Wärmeträgermittels so eingestellt,
daß es erst bei einer im Bezug auf den Druck im Kondensator 2 maximal zulässigen
Wassertemperatur zu verdampfen beginnt, dann setzt auch hier eine Erhöhung der Verlust
leistung auf den für die ausreichende Kühlung des Kondensators 2 erforderlichen
Wert erst ein, wenn der gesamte Inhalt des Wasserkessels 1 aufgeheizt
wird.
Hierbei sind aber keine zusätzlichen Steuerungsorgane zur Beeinflussung des Kühlkreislaufes
in dem Wärmeübertrager 10 erforderlich. Ein Druckausgleichgefäß 12 verhindert dabei
im Fehlerfalle einen zu hohen Druckanstieg in den Leitungen 8 und 9.