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Warmwasserbereiter
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Die Erfindung betrifft einen Warmwasserbereiter, der durch Sonnenenergie,
Erdwärme, od. dgl. beheizt ist, mit einem Behälter, einem Kaltwasser-Zulaufstutzen
und einem Warmwasser-Ablaufstutzen sowie mit vom Heizmedium durchströmten sich zwischen
den Stutzen erstreckenden Rohren, wobei zwischen den Stutzen eine den Behälterinnenraum
in zwei Kammern unterteilende bewegliche Trennwand angeordnet ist.
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Sonnenenergie ausnutzende Warmwasserbereiter haben im allgemeinen
den Nachteil, daß sich bei abgeschalteter Solarheizung, z.B. nachts, das bei der
Entnahme von Warmwasseer zustrdmende Kaltwasser mit der im Behälter verbleibenden
Wassermenge vermischt, so daß die Wassertemperatur in dem Behälter erheblich abfällt,
selbst dann, wenn nur eine relativ geringe Menge an Warmwasser entnommen wird. In
der Praxis kann das zur Folge haben, daß eine statische Heizung in einem dem Warmwasseerbereiter
mit Solarheizung nachgeschaltetem Behälter frühzeitig eingeschaltet werden muß,
obwohl - wenn keine Vermischung eintreten würde - an sich noch genügend Warmwasser
mit der gewuzischten Temperatur zur Verfügung stünde.
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Ferner kann sich die Vermischung von Warmwasser und Kaltwasser bei
abgeschalteter Solarheizung auch bei der Wiederaufnahme des Betriebs der Solarheizung
ungünstig auswirken.
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Liegt nämlich' Mischtemperatur in dem an die Solarheizung angeschlossenen
Behälter über der Temperatur des Solarmediums, so kann die Solarheizung, obwohl
das Solarmedium über die Sonnenkollektoren bereits Solarenergie aufnimmt, beispielsweise
in den frühen Morgenstunden, nicht wirksam werden.
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Srst wenn das Solarmedium eine höhere Temperatur hat als die des Wassers
in dem Behälter, tritt ein Heizeffekt auf, der umso größer ist, je größer der Temperaturunterschied
ist.
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Es ist zwar bereits ein Warmwasserbereiter der eingangs genannten
Art durch die DZ'AS 12 48 265 bekannt geworden, bei dem ferner das Heizmedium in
einem den Behälter umgebenden Mantel hindurchströmt, jedoch ist die den Behälterinnenraum
in zwei Kammern unterteilende bewegliche Trennwand als ausstlllpbare den Kaltwasser-Zulaufstutzen
immer vom Warmwasser-Ablaufstutzen trennende Membran ausgebildet.
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Da diese Strömungsmitteltrennung nicht aufhebbar ist, ist eine Umsteuereinrichtung
für den Kaltwasssr-Zulauf und den Warmwasser-Ablauf dergestalt vorgesehen, daß nach
vollständiger Entnahme des Warmwassers aus der einen Kammer das zwischenzeitlich
nachgeflossene und aufgeheizte Wasser aus der anderen Kammer entnehmbar ist, wobei
das Kaltwasser nun dann in der einen Kammer einläuft.
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Dieses System ist von der Konstruktion her sehr störanfällig und kann
nicht als normaler Durchlauferhitzer verwendet werden. Es ist daher für eine Solarheizung
od. dgl. nur wenig geeignet.
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Aus der DE-OS 27 29 668 ist ein Warmwasserbereiter bekannt, dessen
Behälterinnenraum durch eine feststehende Trennwand in zwei Kammern unterteilt ist,
die außerdem mehrere Öffnungen aufweist. Diese Anlage ist in erster Linie für einen
landwirtschaftlichen
Nilchwirtschaftbetrieb konzipiert.
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Der Erfindung liegt
die Aufgabe zugrunde, den eingangs als bekannt vorausgesetzten Warmwasserbereiter
derart auszubilden, daß bei hoher Betriebssicherheit eine optimale Nutzung der Sonnenenergie,
Erdwärme od. dgl. möglich ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Rohre innerhalb
des Behälters angeordnet sind, die bewegliche Trennwand als steife, zwischen den
Stutzen verschiebbare Trennscheibe ausgebildet ist, die bei Bewegung vom Warmwasser-Ablaufstutzen
zum Kaltwasser-Zulaufstutzen sich öffnende Ventile aufweist und in einer Endstellung
einen Wasserdurchlauf vom Kaltwasser-Zulaufstutzen zum Warmwasser-Ablaufstutzen
zuläßt.
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Im normalen Betrieb des Warmwasserbereiters bei voll wirksamer Solarheizung
befindet sich die Trennscheibe beispielsweise am Kaltwasser-Zulaufstutzen und läßt
das nachdringende Kaltwasser in den Behälterinnenraum kommen, wo es sich mit dem
dort vorhandenen Warmwasser vermischt. Der dadurch bedbngte Temperaturabfall wird
durch die Solarheizung aufgefangen.
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Wird die Solarheizung abends abgeschaltet, so wird die Trennscheibe
entriegelt und bewegt sich nunmehr entsprechend der zuströmenden Kaltwassermenge
vom Kaltwasser-Zulaufstutzen zum Warmwasser-Ablaufstutzen, wobei sie den Behälterinnenraum
in zwei gegeneinander strömungsmitteldichtver schlossene Kammern unterteilt, so
daß eine Vermischung des nachfließenden Kaltwassers mit dem abfließenden Warmwasser
verhindert wird. Das bei abgeschalteter Solarheizung aus dem Behälter entnommene
Warmwasser hat also, wenn man von den Wärmeverlusten an die Umgebung absieht, trotz
des
nachlaufenden Kaltwassers die gleiche Temperatur wie bei eingeschalteter
Solarheizung. Erst wenn das Warmwasser aus dem Behälter vollständig abgelaufen ist
und sich die Trennscheibe am Warmwasser-Ablaufstutzen befindet,
das nachlaufende Kaltwasser in den Warmwasser-Ablaufstutzen strömen. Spätestens
dann muß eine eventuell vorhandene statische Heizung in einem dem Warmwasserbereiter
mit Solarheizung nachgeschalteten Boiler eingeschaltet werden.
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Wenn soviel Warmwasser aus dem Behälter bei abgeschalteter Solarheizung
entnommen worden ist, daß sich die Trennscheibe am Warmwasser-Ablaufstutzen des
Behälters befindet, dann wird vor dem Einschalten der Solarheizung die Trennscheibe
von dem Warmwasser-Ablaufstutzen zum Kaltwasser-Zulaufstutzen, beispielsweise über
einen außen angebrachten Stellhotor, bewegt, um die oben beschriebene Funktion der
Trennscheibe für die nächste Abschaltung der Solarheizung sicherzustellen. Diese
Bewegung gegen das stehende Wasser wird durch die sich dabei öffnenden Ventile ermöglicht.
Sollte aber, was gewöhnlich bei nicht zu klein dimensioniertem Behälter und in Anbetracht
der Tatsache, daß bei abgeschalteter Solarheizung, als nachts, in der Regel weniger
Warmwasser entnommen wird, nur ein Teil des zu Anfang zur Verfügung stehende Warmwassers
während der Abschaltung der Solarheizung verbraucht worden sein, so befindet sich
die Trennscheibe zwischen dem Kaltwasser-Zulaufstutzen und dem Warmwasser-Ablaufstutzen
und wird nicht vor dem Einschalten der Solarheizung zum Kaltwasser-Zulaufstutzen
bewegt. Die zu Beginn des Tages relativ geringe Abnahme an Solarenergie beim Einschalten
der Solarheizung kann dann bereits zum Aufheizen des Kaltwasseranteils in der entsprechenden
Kammer aufgrund der dort vorhandenen Temperaturdifferenz verwendet werden. Erst
mit zunehmender Erwärmung des Kaltwassers wird dann die
Trennscheibe
zum; Kaltwasser-Zulaufstitzen des Behälters bewegt.
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Das erfindungsgemäße System arbeitet sehr zuverlässig, da die Trennscheibe
außer an der Behälterinnenwandung auch durch die sich durch den Behälter erstreckenden
Rohre geführt wird und Ventile, die im vorliegenden Fall als einfache RUckschlagventile
vorliegen, im allgemeinen äußerst zuverläasig arbeiten.
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Der in einer Endstellung der Trennscheibe vorhandene Wasserdurchlauf
vom Kaltwasser-Zulaufstutzen zum Warmwasser-Ableufstutzen kann dadurch hergestellt
werden, daß die Trennscheibe vor dem Kaltwasser-Zulaufstutzen bzw.
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hinter dem Warmwasser-Ablaufstutzen verschiebbar ist. Dies ist eine
besonders einfache Lösung. In einer anderen Ausführungsform wird für einen freien
Wasserdurchlauf in eine Endstellung der Trennscheibe mit Hilfe von in der Trennscheibe
vorgesehenen Ventilen gesorgt, die vorzugsweise als durch den Druck des Kaltwassers
in Schließstellung beaufschlagte Ventile ausgebildet sind, welche durch sumindost
am Warmwasser-Ablaufstutzen angeordnete Anschläge zu dffnen sind.
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Die Bewegung der die beiden Kammern gegeneinander dicht verschließenden
Trennscheibe vom Kaltwasse-Zulaufstutzen zum Warmwasser-Ablaufstutzen bei abgeschalteter
Solarheizung kann allein durch das nachströmende Kaltwasser erfolgen. In einer bevorzugten
Ausführungsform aber wird die Bewegung der Trennscheibe vom Kaltwasser-Zulaufstutzen
zum Warmwasser-Ablaufstutzen in Abhängigkeit von einem Wasserzähler
gesteuert.
Um den Wärmeübergang vom Warmwasser zum Kaltwasser möglichst
gering zu halten, kann ferner die Trennscheibe wärmeisoliert ausgebildet sein.
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Die Erfindung wird .- an einem bevorzugten Ausführungsbeispiel und
anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert.
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Figur 1 einen Längsschnitt durch einen Warmwasserbereiter entlang
der Linie A-A der Fig. 2
Figur 2 einen Querschnitt entlang der Linie B-B der Fig. 1. Der in der Zeichnung
dargestellte
bereiter mit Solarheizung weist einen wärmeisolierten Behälter 10 auf, der eine
zylindrische Form hat und vertikal stehend angeordnet ist. Eine untere Platte 12
ist im Abstand vom Behälterboden und eine obere Platte 14 im Abstand vom Behälterdeckel
angeordnet. Die Zwischenräume zwischen den Platten 12, 14 und dem Behälterboden
bzw. dem Behälterdeckel sind über eine Vielzahl von sich vertikal durch den Behälterinnenraum
erstreckende Rohre 16 miteinander verbünden. Der untere Zwischenraum weist einen
Einlaß für das von den Solarkollektoren zuströmende Solarmedium auf, während der
obere Zwischenraum einen Auslaß für das zu den Solarkollektoren hinströmende Solarmedium
aufweist. Der Raum zwischen den Platten 12 und 14 dient zur Aufnahme von Wasser
und ist unten mit einem Kaltwasser-Zulaufstutzen 18 und oben mit einem Warmwasser-Ablaufstutzen
20 versehen.
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Eine horizontale wärmeisolierte Trennscheibe 22 ist in vertikaler
Richtung beweglich in dem Raum zwischen den Platten 12 und 14 angeordnet und wird
durch die sie durchsetzenden Rohre 16 geführt. Die Trennscheibe 22 teilt den Raum
zwischen den Platten 12, 14 in zwei in strömungsmitteldichtender Weise voneinander
getrennte Kammern 24 und 26. Die Trennscheibe
22 weist, wie in
den Figuren 1 und 2 dargestellt, zwei Ventile V1 auf, die als Klappenventile ausgebildet
sind und normalerweise durch den höheren Wasserdruck in der unteren Kammer auotmatisch
in ihrer Schließstellung gehalten werden.
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Die Ventile V1 wirken mit zwei vertikal nach unten von der oberen
Platte 14 vorstehenden als Anschläge wirkenden
28 zusammen, so daß sie in der oberen Stellung der Trennscheibe 22 automatisch durch
die
28 geöffnet werden. Die obere Stellung der Trennscheibe 22 ist dabei durch die Rohre
16 umgreifende und von der Trennscheibe 22 nach oben abstehende Hülsen 30 bestimmt,
die mit der Platte ILL zusammenwirken und als Abstandshalter dienen. Damit die
und die Ventile V1 in der oberen Stellung der Trennscheibe 22 öffnen können, muß
die Länge der Hülsen 30 kürzer als die Länge der
28 sein. Andererseits ist die Länge der Hülsen 30 so groß, daß die Trennscheibe
22 in der oberen Stellung sich noch dem Warmwasserablau:
befindet.
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ZU Die Trennscheibe weist außerdem, wie aus Figur 2 hervorgeht, noch
zwei weitere Ventile V2 auf, die als Rückschlagventile ausgebildet sind und das
Wasser in Richtung von unten nach oben durch die Trennscheibe
lassen, wenn in dieser Richtung der Wasserdruck einen bestimmten, durch eine nicht
dargestellte Federeinrichtung vorgesehenen Wert überschreitet. Die Ventile V2 ermöglichen
es, die Trennscheibe 22 bei mit Wasser gefüllten Behälter 10 von oben nach unten
zu bewegen.
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Schließlich weist die Trennscheibe 22 auf ihrer Unterseite noch mehrere
Abstandshalter 32 auf. die in der unteren Stellung der Trennscheibe mit der unteren
Platte
zusammenwirken, so daß auch in der unteren Stellung der Trennscheibe 22 eine gleichmäßige
Druckbeauschlagung der Trennscheibe durch das Kaltwasser gewährleistet ist.
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Im normalen Betrieb der Solarheizung befindet sich die Trennscheibe
22 in der oberen Stellung. in der die Ventile V aufgrund der
1 28 geöffnet sind und daher das über den Kaltwasser-Zulaufstutzen eingeleitete
Wasser nach Erwärmung durch das Solarmedium aus dem Warmwasser-Ablaufstutzen entweiche
kann. Soll die Solarheizung abgeschaltet werden, so wird zuvor die Trennscheibe
22, beispielsweise durch einen nicht gezeigten, außen am Behälter 10 angebrachten
Stellmotor, nach unten in ihre untere Stellung bewegt, bis sie mit den Abstandshaltern
32 auf der unteren Platte 12 aufliegt.
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Diese Bewegung wird durch die Ventile V2 ermöglicht, die sich dabei
öffnen. Wird dann bei abgeschalteter Solarheizung Warmwasser entnommen, so strömt
Kaltwasser von unten nach und die Trennscheibe 22 bewegt sich nach oben, wobei sie
die untere Kammer 24, in die das Kaltwasser einströmt, von der oberen Kammer 26,
aus der das Warmwasser ausströmt, in strömungsdichtender Weise trennt, da die Ventile
V1 und V2 geschlossen sind. Diese Bewegung wird vorzugsweise durch einen an dem
Kaltwasser-Zulaufstutzen angeschlossenen Wasserzähler gesteuert.
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Ist das Warmwasser vor Beginn des erneuten Einschaltens der Solarheizung
noch nicht vollständig aus dem Behälter 10 entnommen worden, so verbleibt die Trennscheibe
22 beim Einschalten der Solarheizung in ihrer Zwischenstellung und wird entsprechend
der Menge des nachiließenden Kaltwassers bewegt.
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Erst wenn das Kaltwasser in der unteren Kammer 24 die Temperatur des
Warmwassers in der oberen Kammer 26 übersteigt, wird die Trennscheibe 22 vollständig
in die oberste Stellung gebracht, in der die Trennscheibe durchlässig ist und nachströmendes
Kaltwasser mit dem im Behälter vorhandenen Warmwasser vermischt.