DE2903250C2 - Kessel zum Erhitzen und Speichern von Wasser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kessel zum Erhitzen und Speichern von Wasser, mit einem im unteren Endbereich des isolierten Kessels angeordneten Zulauf für das zu erhitzende Wasser, mit einem in seinem oberen Endbereich angeordneten Ablauf für das erhitzte Wasser, und mit einem im unteren Kesselabschnitt angeordneten, als Heizschlange ausgebildeten Verflüssiger eines Kältemittelkreislaufs zum Erhitzen des Wassers.

Bekannte Kessel weisen üblicherweise ein frei im Kesselraum liegendes Heizelement auf, über dem durch lokale Wassererwärmung ein Strom erwärmten Wassers aufsteigt. Nachteilig ist dabei die sich auf Grund der Konvektionsströmung im Kesselraum einstellende durchschnittlich annähernd gleiche Wassertemperatur. Zur Entnahme erhitzten Wassers muß daher zunächst der gesamte Kesselinhalt aufgeheizt werden.

Bei einem Kessel der der Erfindung zugrunde liegenden Art, dem als Heizelement ein nur zeitweise arbeitender Verflüssiger eines Kältemittelkreislaufs zur Verfügung steht, würde bei einer Wasserentnahme infolge Kaltwasserzulaufs die Temperatur des zu entnehmenden Wassers relativ rasch absinken. Als weiterer Nachteil kommt hinzu, daß bei gleichmäßig erwärmtem Kesselinhalt auch die gesamte Oberfläche des Kessels relativ hohe Wärmeverluste verursacht.

Zur Abhilfe solcher Nachteile wurde bereits vorgeschlagen, das Heizelement innerhalb des Kessels im unteren Teil eines Steigrohres anzuordnen, in welches Steigrohr das Wasser unten einströmt und bis oben nahe an den oberen Abschluß des Kessels aufsteigt (beispielsweise CH-PS 5 24 115; DE-OS19 03 774).

Die genannten Vorveröffentlichungen zeigen zwar eine allgemeine Anwendung des Steigrohrprinzips bei einem Heizkessel, jedoch handelt es sich bei den Heizelementen in beiden Fällen um solche, die gegebenenfalls hohe Wandtemperatur aufweisen können, weswegen dem Steigrohr mehr die Funktion einer geregelten Strömung im Bereich der Heizelemente zukommt, als die Ausbildung einer schichtweisen Verteilung der Wärmehorizonte in der anzuwärmenden Flüssigkeit Dies erweist sich besonders deutlich bei der bekannten Vorrichtung nach der DE-OS 19 03 774 bei Ausbildungen gemäß Figur 3, Figur 5, wobei die einseitige Anordnung des Steigrohrs eine torusartige Strömung im Heizkessel und damit eine relativ gleichmäßige Wärmeverteilung im anzuwärmenden Medium verursacht

Ähnliches gilt auch für die genannte CH-PS 5 24 115, bei welcher zur Beherrschung der sich dabei ergebenden Wärmeübergänge eine Steuerung der zugeführten Heizenergie erfolgt.

Es ist andererseits durch die DE-OS 27 14 618 ein Warmwasserbereiter bekannt mit einem Kessel, der in seinem unteren Teil einen Verflüssiger einer insbesondere einem Kühlgerät zugeordneten Wärmepumpe als Heizeinrichtung aufweist. Dabei besteht die vom Verflüssiger gebildete Heizeinrichtung lediglich aus annähernd horizontal angeordneten Schleifen eines Heizelementes, wobei ein Steigrohr fehlt und daher eine beruhigte Wasserschichtung mit begrenzten Temperaturhorizontalen nicht erreicht wird. Die nachteilige Folge dieser bekannten Anordnung wird bei dem bekannten Warmwasserbereiter dadurch wenigstens zum Teil ausgeglichen, daß im oberen Abschnitt des Kessels ein elektrisches Heizelement angeordnet ist. Dadurch wird jedoch der Warmwasserbereiter erheblich verteuert, und es ergeben sich, wie bei elektrisch beheizten Boilern bekannt, regeltechnische Probleme, die nur mit einem entsprechenden Aufwand an Geräten gelöst werden können.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Kessel zum Erhitzen und Speichern von Wasser zu erreichen, daß die Temperatur des aufströmenden Wasser wenigstens annähernd der Oberflächentemperatur des Heizelementes entspricht, wobei als Heizelement ein als Heizschlange ausgebildeter Verflüssiger eines Kältekreislaufmittels vorgesehen ist. Es soll im oberen Bereich des Kessels eine Temperaturschichtung erzielt werden, ohne daß diese aufgrund der unvermeidlichen Wasserzirkulation wesentlich herabgesetzt wird.

Die Lösung der Aufgabe gelingt bei einem Kessel der eingangs genannten Gattung dadurch, daß im Kessel ein sich annähernd über die Gesamthöhe des Kessels erstreckendes, an beiden Enden mit jeweils einer Öffnung versehenes senkrechtes Steigrohr angeordnet ist, das in seinem unteren Bereich zur Aufnahme der Heizschlange und eines in Achsrichtung des Steigrohres angeordneten Verdrängungszylinders einen größeren Durchmesser aufweist als in seinem oberen Bereich, wobei die Heizschlange um den Verdrängungszylinder schraubenförmig gewickelt und von der Innenwand des Steigrohres eng umhüllt ist.

Mit der Anordnung nach der Erfindung wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß sich im Kessel in dessen oberem Bereich eine etwa der Oberflächentemperatur des Heizelementes entsprechende Temperatur des angewärmten Wassers einstellt, so daß ein solcher

Heizkessel auch für die Verwertung der intermittierend anfallenden und teilweise geringen Abwärme des Verflüssigers eines Kälteaggregates in zufriedenstellender Weise geeignet ist Dies gelingt mit der Anordnung nach der Erfindung im Gegensatz zt; bekannten Heizkesseln dadurch, daß zwangsläufig in dem engen Spalt zwischen dem Verdrängungszylinder und der Außenwandung des unteren Steigrohrteiles alle Stromfäden unmittelbar und direkt mit der Oberfläche des Heizrohres bzw. der Heizwände in Kontakt gebracht ι ο werden.

Weitere Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen enthalten.

Mit dem erfindungsgemäßen Kessel gelingt es, eine Wasserschichtung innerhalb des Kessels einzustellen, der die Abnahme von heißem Wasser relativ kurzfristig nach Inbetriebnahme des Heizelementes ermöglicht, und bei welchem nicht die Einspeisung sehr großer Wärmemengen abgewartet werden muß. Innerhalb des Heizkessels stellt sich eine Schichtung des Wassers nach seiner Temperatur ein, wobei eine Zwischenschicht mit einer mittleren Temperatur von sehr geringer Höhe vorliegt

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kessels anhand einer Zeichnung näher beschrieben.

Ein Kessel 4 weist eine in dem unteren Bereich 2 eines senkrechten Steigrohres 1,2 angeordnete Heizschlange 5 auf, die aus einem gewendelten Rippenrohr besteht, durch welches ein Kältemedium oder ein anderes, geeignetes Wärmeübertragungsmedium fließt. Die Heizschlange 5 wird von oben nach unten durchströmt, so daß im Verhältnis zu dem das Steigrohr 1, 2 durchströmenden Wasser ein Gegenstrom-Wärmeaustausch mit den höchstmöglichen Endtemperaturen besteht. Die Wendel der Heizschlange 5 ist innen mit einem Verdrängungszylinder 3 versehen und die Wandung des unteren Teils 2 des Steigrohrs 1, 2 liegt dicht um die Wendel herum, so daß die Strömung des zu erwärmenden Kesselwassers durch den ireien Raum zwischen den Rippen des Rippenrohres erfolgt Es wird so sichergestellt, daß der aufsteigende Heißwasserstrom eine möglichst hohe Durchschnittstemperatur erhält.

Der obere Teil 1 des Steigrohres 1, 2 weist einen geringeren Querschnitt als der untere Teil 2 auf. Die öffnung 6 für den Wassereintritt unten in dem Steigrohr 1, 2 ist relativ klein, so daß ein genügend großer Strömungswiderstand entsteht und die Strömung genügend verlangsamt ist um beim Austritt aus dem Steigrohr 1, 2 nicht turbulent eine gleichmäßige Wasserverteilung über dem Kesselquerschnitt zu gewährleisten.

Beim Betrieb des Kessels 4 stellt sich oben eine Schicht 7 heißen Wassers ein, darunter liegt eine Zwischenschicht 8 geringer Höhe mit einer mittleren Wassertemperatur und darunter die Schicht 9 des kalten Wassers. Das heiße Wasser wird jetzt oben abgezogen und das kalte Wasser strömt unten in den Kessel 4 ein, so daß auch beim Wasserabzug die einmal eingestellte Schichtung der Wasserschichten unterschiedlicher Temperatur erhalten bleibt. Die Drosselung des Umlaufes wird noch dadurch erhöht, daß der obere Teil 1 des Steigrohrs 1, 2 eine Öffnung 10 aufweist, deren Querschnittsfläche kleiner als die des oberen Teils 1 ist. Das Steigrohr 1, 2 besteht ebenso wie der eigentliche Kessel 4 und der Verdrängungszylinder 3 aus Kunststoff oder aus Material, welches für den Kontakt mit Lebensmitteln zugelassen ist. Um zu verhindern, daß sich aufgrund der Temperaturunterschiede zwischen dem Wasser in dem Steigrohr 1, 2 und dem Kessel 4 Konvektionsströmungen ausbilden und das heiße Wasser in dem Steigrohr 1, 2 selbst von dem kälteren Umgebungswasser abgekühlt werden könnte, besteht das Steigrohr 1, 2 aus einem isolierenden Material oder ist mit einer Isolationsschicht versehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1 Patentansprüche:

1. Kessel zum Erhitzen und Speichern von Wasser, mit einem im unteren Endbereich des isolierten Kessels angeordneten Zulauf für das zu erhitzende Wasser, mit einem in seinem oberen Endbereich angeordneten Ablauf für das erhitzte Wasser, und mit einem im unteren Kesselabschnitt angeordneten, als Heizschlange ausgebildeten Verflüssiger eines Kältemittelkreislaufs zum Erhitzen des Wassers, dadurch gekennzeichnet, daß im Kessel (4) ein sich annähernd über die Gesamthöhe des Kessels (4) erstreckendes, an den beiden Enden mit jeweils einer Öffnung (6, 10) versehenes senkrechtes Steigrohr (1,2) angeordnet ist, das in seinem unteren Bereich (2) zur Aufnahme der Heizschlange (5) und eines in Achsrichtung des Steigrohres (1, 2) angeordneten Verdrängungszylinders (3) einen größerem Durchmesser aufweist als in seinem oberen Bereich (1), wobei die Heizschlange (5) um den Verdrängungszylinder (3) schraubenförmig gewikkelt und von der Innenwand des Steigrohres (1, 2) eng umhüllt ist

2. Kessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steigrohr (1,2) am Boden des Behälters (4) befestigt ist

3. Kessel nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche der Öffnung (10) des oberen Steigrohrteils (1) wesentlich kleiner als die des oberen Steigrohrteils (l)ist.

4. Kessel nach Anspruch 1—3, dadurch gekennzeichnet, daß das Steigrohr (1, 2) aus isolierendem Material besteht oder eine Isolationsschicht trägt.