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Warmwasserbereiter
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Warmwasserbereiter, mit einem
Zu- und Ablaufanschlüsse aufweisenden Warmwasserbehälter und mit einer als Wärmepumpe
arbeitenden Kältemaschine, die einen Verdichter, einen mit Ventilator versehenen
Verdampfer, dessen Abgang an den Verdichter angeschlossen ist, und einen eingangsseitig
an den Verdichter und ausgangsseitig an den Eingang des Verdampfers angeschlossenen
Kondensator aufweist, der als das Arbeitsmittel des Kältekreislaufes führender Wärmetauscher
ausgebildet und innerhalb des Warmwasserbehälters angeordnet ist, wobei die Kältemaschine
als Kasteneinheit innerhalb eines geschlossenen Gehäuses angeordnet ist, das an
einer Gehäuseseitdem Verdampfer benachbart, Zulufteintrittsöffnungen und auf etwa
gleicher Höhe an der gegenüberliegenden Gehäuseseite Abluftaustrittsöffnungen aufweist,
und wobei mittels des Ventilators durch die Zulufteintrittsöffnungen Umgebungsluft
angesaugt, im geradlinigen Durchgang durch den Verdampfer unter Wärmeabgabe an diesen
und durch das Gehäuse geführt und durch die Abluftaustrittsöffnungen abgegeben wird.
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Bekannte Warmwasserbereiter dieser Art nutzen den Wärmeinhalt der
Umgebungsluft und die Möglichkeit, die Kältemaschine als Wärmepumpe zu betreiben.
Die notwendige Wärme, die dem Verdampfer zum Verdampfen des flüssigen Arbeitsmittels
des Kältekreislaufes zugeführt werden muß, wird dabei aus der Umgebung, z.B. Umgebungsluft,
gewonnen, indem die Umgebungsluft mittels des Ventilators. in Wärmeaustausch mit
dem Verdampfer gebracht wird. Dadurch verdampft das Arbeitsmittel unter Aufnahme
der in der Umgebungsluft enthaltenen Wärme. Im Verdichter wird der Arbeitsmitteldampf
verdichtet, wobei mit Druckerhöhung eine weitere Temperaturerhöhung einhergeht.
Nach Austritt aus dem Verdichter wird der erwärmte Arbeitsmitteldampf durch den
als Wärmetauscher gestalteten Kondensator geführt und über Drosselstelle wieder
im geschlossenen Kreislauf zum Verdampfer zurückgeführt. Im Wärmetauscher kondensiert
der Arbeitsmitteldampf unter Abgabe von Wärme an das im Inneren des Warmwas serbehälters
befindliche, ggf. zirkulierende, Wasser. Auf diese Weise kann somit sonst nutzlos
an die Umgebung abgegebene Wärmeenergie in der Umgebungsluft zur Erwärmung von Brauchwasser
genutzt werden.
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Bekannte Warmwasserbereiter dieser Art sind durch die Zusammenfassung
des Gehäuses mit Kältemaschine und des Warmwasserbehälters relativ kompakt. Sie
lassen sich als insgesamt kastenförmige Baueinheit auch bei relativ kleinem, zur
Verfügung stehenden Platz einbauen. Bei diesen bekannten Warmwasserbereitern ist
die Kältemaschine jedoch so aufgebaut und an den Warmwasserbehälter angeschlossen,
daß für Wartungs- und Inspektionsarbeiten, z.B. zur Reinigung, des Warmwasserbehälters
umfangreiche Montagearbeiten sowohl im Bereich der Kältemaschine als auch des Warmwasserbehälters
notwendig sind. Der in den Warmwasserbehälter eintauchende Wärmetauscher sitzt daran
fest und muß, will man einen Zugang zum Warmwasserbehälter schaffen, vom Kältekreislauf
der
Kältemaschine abgetrennt werden. Dies bedeutet also, daß dazu in den Bereich der
Kältemaschine eingegriffen wird. Dies wiederum können nur Fachleute durchführen,
was einen beträchtlichen Aufwand und hohe Kosten erfordert. Kritischer Teil eines
solchen Warmwasserbereiters nach Wärmepumpen-Prinzip ist der als Wärmetauscher gestaltete
Kondensator, da er unmittelbar vom im Warmwasserbehälter befindlichen Brauchwasser
umströmt ist. Evtl. Undichtigkeiten des Wärmetauschers, z.B. bedingt durch äußere
Einflüsse, Materialfehler od. dgl., führen dazu, daß das im Wärmetauscher geführte
Arbeitsmittel des Kältekreislaufes, zaBo Frigen, und das zusammen damit geführte
Schmieröl des Verdichters sich mit dem Brauchwasser innerhalb des Warmwasserbehälters
vermischen. Nachteilig ist zudem, daß ein derartiger Defekt von außen her nicht
erkennbar fest, also nicht sofort entsprechende Gegenmaßnahmen eingeleitet werden
können. Scmit führen Undichtigkeiten des Wärmetauschers unerkannt zur Verseuchung
des Brauchwassers im Warmwasserbehälter mit dem Arbeitsmittel des Kältekreislaufes,
vor allem mit dem mitgeführten Schmieröl des Verdichters, dessen Anteil immerhin
ca. 3 % ausmacht. Neben den Schäden im Wasserhaushalt an sich kann dies zusätzlich
zu sehr schwerwiegenden Gesundheitsschäden führen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Warmwasserbereiter
der eingangs genannten Art zu schaffen, der unter Beibehaltung möglichst kompakter
und kleiner Abmessungen es gestattet, ohne zusätzlich notwendige Durchbrüche, Mannlöcher
od.dgl. im Warmwasserbehälter letzteren zur Wartungs-, Inspektions- und Reinigungsarbeiten
schnell und einfach im Bereich derjenigen Öffnung freizulegen, durch die der Wärmetauscher
der Kältemaschine in den Warmwasserbehälter hinein eintaucht, ohne dabei den Wärmetauscher
selbst vom Kältekreislauf abmontieren oder sonstige Eingriffe in der Kältemaschine
vornehmen zu müssen, wodurch ein schneller und leichter Zugang zum Inneren des Warmwasserbehälters
und zugleich die Möglichkeit geschaffen ist, daß dieser auch von Laien inspiziert,
insbesondere gereinigt, werden kann.
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Zugleich soll der Befestigungs- und Abdichtaufwand für die Befestigung
des Gehäuses der Kältemaschine am Warmwasserbehälter und die Abdichtung der Öffnung
in der oberen Deckelwandung des Warmwasserbehälters, durch die hindurch der Wärmetauscher
in das Innere des Warmwasserbehälters eintaucht, so klein wie möglich sein.
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Die Aufgabe ist bei einem Warmwasserbereiter der eingangs genannten
Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das Gehäuse mit enthaltener Kältemaschine
an derjenigen Seite, vorzugsweise Unterseite, die der oberen Deckelwandung des Warmwasserbehälters
zugewandt ist, als die Öffnung in der oberen Deckelwandung, durch die der Wärmetauscher
hindurch in den Warmwasserbehälter eintaucht, verschließender Abdeckflansch ausgebildet
ist, unmittelbar und zwischenraumfrei auf die obere Deckelwandung mit dichtender
Überdeckung der Öffnung aufgesetzt ist und mittels Flanschschrauben als en bloc
mitsamt dem Wärmetauscher vom Warmwasserbehälter unter Freigabe seiner Öffnung zu
dessen Inspektions Wartung od. dgl. ablösbare Einheit an der oberen Deckelwandung
angeflanscht ist.
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Der Wärmetauscher sitzt dabei fest an der Kältemaschine und deren
Gehäuseunterseite, die zugleich als Abdeckflansch für die Öffnung des Warmwasserbehälters
gestaltet ist. Ein besonderer Abdeckflansch ist somit entbehrlich. Es ist ausreichend,
lediglich einen Dichtungsring auf die obere Deckelwandung rings um deren Öffnung
aufzulegen und sodann das Gehäuse mit enthaltener Kältemaschine darauf aufzusetzen.
Dabei taucht der Wärmetauscher als Bestandteil der Kältemaschine durch die Öffnung
hindurch in den Warmwasserbehälter ein. Durch Anziehen der Flanschschrauben erfolgt
einmal die Befestigung des Gehäuses mit Kältemaschine am Warmwasserbehälter. Zum
anderen erfolgt gleichzeitig die Abdeckung und Abdichtung der Öffnung in der oberen
Deckelwandung des Warmwasserbehälters. Soll das Innere des Warmwasserbehälters gewartet,
inspiziert und insbesondere gereinigt werden, so kann dies von jedem Laien durchgeführt
werden. Dazu brauchen lediglich
die Flanschschrauben gelöst zu
werden. Sodann kann das Gehäuse mit enthaltener Kältemaschine einschließlich Wärmetauscher
von der oberen Deckelwandung des Warmwasserbehälters unter Freigabe der darin enthaltenen
Öffnung abgenommen werden. Hierzu bedarf es keines Eingriffes in die Kältemaschine,
insbesondere einzelne Teile des Kältekreislaufes, z.B. auch den Wärmetauscher. Dadurch
ist die Möglichkeit geschaffen, daß auch jeder Laie sich Zugang zum Warmwasserbehälter
durch Demontage des Gehäuses mit kompletter Kältemaschine verschaffen kann. Zugleich
ist der Aufwand für die Befestigung des Gehäuses mit Kältemaschine am Warmwasserbehälter
auf ein Mindestmaß reduziert Gleiches gilt auch für den zum Abdecken und Abdichten
der Öffnung in der oberen Deckelwandung des Warmwasserbehälters notwendigen Aufwand.
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Ferner sieht die Erfindung vor, daß der Wärmetauscher als mit Doppelwandung
versehener Sicherheitsaustauscher gestaltet ist. Dabei ist es von besonderem Vorteil,
wenn der Sicherheitsaustauscher als Rohrschlange gestaltet ist und ein das Arbeitsmittel
des Kältekreislaufes führendes Innenrohr sowie ein das Innenrohr umgebendes Mantelrohr
aufweist und wenn die Enden des zwischen dem Innenrohr und dem Mantelrohr gebildeten
Mantelraumes außerhalb des Innenraumes des Warmwasserbehälters angeordnet sind und
im Innenbereich des Gehäuses der Kältemaschine liegen. Die Enden des Mantelraumes
sind dabei mittels einer Dichtung verschlossen, z.B.
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versiegelt. Vorteilhaft ist es dabei ferner, wenn der Mantelraum mit
einem Wärmeträgermedium, insbesondere einer Wärmeträgerflüssigkeit, z.B. Wasser,
gefüllt ist.
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Die Gestaltung des Wärmetauschers als mit Doppelwandung versehener
Sicherheitsaustauscher führt zu Sicherheit gegen die Gefahr evtl. Verseuchung des
Brauchwasser, das durch das Innere des Warmwasserbehälters geführt wird; denn eine
evtl. Undichtigkeit im Innenrohr des Sicherheitsaustauschers hat zur Folge, daß
aus dem Innenrohr das Arbeitsmittel des Kältekreislaufes mit Schmieröl austritt
und dann in den Mantelraum gelangt.
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Dort erfolgt eine Vermischung mit dem im Mantelraum enthaltenen Wärmeträgermedium.
Wird dann durch erhöhten Druck im Mantelraum die Dichtung des letztgenannten gesprengt,
so tritt das Gemisch aus Arbeitsmittel, Schmieröl und Wärmeträgermedium nicht etwa
in das Innere des Warmwasserbehälters ein, sondern vielmehr außerhalb dieses Innenraumes
im Bereich des Gehäuses der Kältemaschine aus. Die Flüssigkeit läuft dann an der
Gehäuseverkleidung außen sichtbar herab, so daß der Benutzer sofort den aufgetretenen
Defekt feststellen und entsprechende Gegenmaßnahmen einleiten kann, und zwar so
rechtzeitig, daß bei weiterem Betrieb des Warmwasserbereiters insbesondere die Kältemaschine
keinen Schaden nimmt. Von Vorteil ist vor allem, daß die Gefahr einer Verseuchung
des im Warmwasserbehälter geführten Brauchwassers gebannt ist. Im Schadensfall wird
somit das Brauchwasser nicht belastet, insbesondere verseucht. Vor allem besteht
keinerlei Besorgnis hinsichtlich evtl., schwerwiegender Gesundheitsschäden im Schadensfall.
Bei allem ist der Aufwand für diese erreichte, hohe Sicherheit außerordentlich gering.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung gezeigten
Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen schematischen Schnitt
mit teilweiser, schematischer Ansicht eines Warmwasserbereiters nach Wärmepumpen-Prinzip,
Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II - II in Fig. 1 in größerem Maßstab.
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Der gezeigte Warmwasserbereiter, der statt Wasser natürlich in gleicher
Weise auch andere Flüssigkeiten erwärmen oder erhitzen kann, weist einen Warmwasserbehälter
10 auf, der als Wasserspeicher gestaltet ist und dessen Wandung 11 ringsum z.B.
mit einem besonderen Kunststoffschaum 12 isoliert ist. Der Warmwasserbehälter 10
ist mit einem Zulaufanschluß 13 mit Entleerung 14, mit einem Ablaufanschluß 15 und
dazwischen mit einem Zirkulationsanschluß 16 versehen.
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Über den Zulaufanschluß 13 tritt Kaltwasser in das Innere 17 des Warmwasserbehälters
10 ein. Im Inneren 17 wird das Wasser in noch zu beschreibender Weise erwärmt. Das
erwärmte Wasser tritt als Warmwasser über den Ablaufanschluß 15 aus dem Warmwasserbehälter
10 aus und kann z.B. als Brauchwasser zum Waschen, zum Heizen od. dgl. abgeführt
und genutzt werden.
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Bestandteil des Warmwasserbereiters ist ferner eine als Wärmepumpe
arbeitende Kältemaschine 20. Letztere weist einen Verdichter 21, einen mit Ventilator
22 versehenen Verdampfer 23, dessen Abgang über die Leitung 24 an den Verdichter
21 angeschlossen ist, und ferner einen Kondensator 25 auf. Letzterer ist als das
Arbeitsmittels des Kältekreislaufes führender Wärmetauscher 26 ausgebildet und im
Inneren
17 des Warmwasserbehälters 10 angeordnet. Der Wärmetauscher 26 weist einen Zufuhrstutzen
27 und Abfuhrstutzen 28 auf, die durch eine obere Öffnung 29 in der Deckelwandung
30 des Warmwasserbehälters 10 hindurchgeführt sind. Die Öffnung 29 ist ansonsten
druckdicht verschlossen. Der Zufuhrstutzen27 bildet den Eingang des Kondensators
25, während der Abfuhrstutzen 28 dessen Ausgang bildet. Der Zufuhrstutzen 27 ist
über die Eingangsleitung 31 an den Verdichter 21 angeschlossen. Der Abfuhrstutzen
28 ist über eine Abgangsleitung 32 an den Eingang des Verdampfers 23 angeschlossen.
Im Verfolg der Abgangsleitung 32 befinden sich noch ein Sammler 33, ein Trockner
34, ein Schauglas 35 und ein Einspritz- oder Expansionsventil 36.
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Durch die Öffnung 29 ist in das Innere 17 des Warmwasserbehälters
10 von oben her ferner ein zusätzlicher Tauchheizkörper 37 eingehängt. Unterhalb
des Wärmetauschers 26 ist im Inneren 17 des Warmwasserbehälters 10 als Zusatzteil
noch eine gestrichelt angedeutete Rohrwendel 38 z.B.
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für indirekte Beheizung angeordnet.
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Die Kältemaschine 20 ist als Kasteneinheit innerhalb eines im wesentlichen
allseitig geschlossenen Gehäuses 39 angeordnet. An der einen, in Fig. 1 linkensGehäuseseite
40 sind, dem Verdampfer 23 benachbart, nicht besonders gezeigte Zulufteintrittsöffnungen
vorgesehen. Der Zuluftstrom ist mit Pfeilen 41 in diesem Bereich angedeutet. Auf
etwa gleicher Höhe wie die Zulufteintrittsöffnungen weist das Gehäuse 39 an der
gegenüberliegenden Gehäuseseite 42 nicht besonders dargestellte Abluftaustrittsöffnungen
auf. Der Verlauf der Abluft in diesem Bereich ist durch Pfeile 43 angedeutet.
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Mittels des Ventilators 22 wird durch die Zulufteintrittsöffnungen
in der Gehäuseseite 40 in Pfeilrichtung 41 Umgebungsluft von außen her angesaugt,
die ein höheres Temperaturniveau hat, als die Abluft gemäß Pfeilen 43. Die
angesaugte
Zuluft (Pfeile 41) wird im geradlinigen Durchgang durch den Verdampfer 23 unter
Wärmeabgabe an letzteren und durch das Gehäuse 39 geführt und durch die Austrittsöffnungen
der Gehäuseseite 42 als Abluft (Pfeile 43) an die Umgebung abgegeben.
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Das Gehäuse 39 mit enthaltener Kältemaschine 20 ist, wie Fig. 1 zeigt,
an die obere Deckelwandung 30 des Warmwasserbehälters 10 unmittelbar und zwischenraumfrei
angesetzt.
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Das Gehäuse 39 ist mit dem Warmwasserbehälter 10 zu einer in sich
geschlossenen, z.B. etwa kastenförmigen, Kompakteinheit verbunden, wie Fig. 1 zeigt.
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Dem Verdampfer 23 wird über die Abgangsleitung 32 das Arbeitsmittel
des Kältekreislaufes in flüssiger Form zugeführt. Derartige Arbeitsmittel sind ungiftig,
verdampfen bereits bei niedrigen Temperaturen und nehmen dabei Wärme auf. Letzteres
geschieht beim Durchgang des Arbeitsmittels von der Abgangsleitung 32 durch den
Verdampfer 23 zur Leitung 24. Die Leitung 24 führt Arbeitsmitteldampf; denn im Verdampfer
23 ist das ihm über die Abgangsleitung 32 zugeführte, flüssige Arbeitsmittel unter
der Wirkung der demgegenüber warmen Umgebungsluft (Pfeile 41) verdampft mit einhergehender
Wärmeaufnahme. Der Arbeitsmitteldampf wird über die Leitung 24 dem Verdichter 21
zugeführt. Dort wird der Arbeitsmitteldampf verdichtet. Mit Druckerhöhung steigt
die Temperatur des Arbeitsmitteldampfes an. Der erwärmte Arbeitsmitteldampf wird
vom Verdichter 21 über die Leitung 31 und den Zufuhrstutzen 27 dem Kondensator 25
in Gestalt des Wärmetauschers 26 zugeführt. In letzterem-gibt der erwärmte Arbeitsmitteldampf
seine Wärme an das im Inneren 17 des Warmwasserbehälters 10 enthaltene, den Wärmetauscher
26 umströmende Wasser ab, mit einhergehender Verflüssigung des Arbeitsmitteldampfes.
Das flüssige Arbeitsmittel wird vom Wärmetauscher 26 über den Abfuhrstutzen 28
und
die Leitung 32 wieder auf den Verdampfer 23 mit Schliessen des Kreislaufes zurückgeführt,
wobei das Ventil 36 das Arbeitsmittel wieder auf den Anfangszustand zurückführt.
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Der gesamte Warmwasserbereiter ist kompakt und als in sich geschlossene
Kompakteinheit ein handelsfähiger, beliebig nutzbarer und aufstellbarer gegenstand.
Er kann z.B. in der räumlichen Stellung, die Fig. 1 zeigt, aufgestellt werden, wobei
die gesamte Kältemaschine 20 mit Gehäuse 39 sich dann oberhalb des Warmwasserbehälters
10 befindet. Je nach Gegebenheiten kann diese Kompakteinheit auch in liegender Form
oder in umgestürzter Form zum Einbau kommen. Die Kompaktbauweise führt dazu, daß
der Warmwasserbereiter bausteinartig für alle Einsatzzwecke verwendet werden kann.
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Der Wärmetauscher 26 ist als mit Doppelwandung versehener Sicherheitsaustauscher
gestaltet, und zwar in Form einer Rohrschlange. Letztere weist, wie insbesondere
Fig. 2 zeigt, ein Innenrohr 44 aus Kupfer oder Edelstahl auf, in dessen Innerem
das Arbeitsmittel 45 des Kältekreislaufes geführt wird. Das Arbeitsmittel 45 ist
zwar ungiftig, enthält aber Anteile des Schmieröles des Verdichters 21, z.B. in
der Größenordnung von etwa 3 %. Eine Undichtigkeit des Innenrohres 44 im Inneren
17 des Wasserbehälters 10, z.B. bedingt durch irgendwelche äußeren Einflüsse, Materialfehler
oder Spannungsrisse od. dgl., würde dazu führen, daß das Arbeitsmittel 45 mit Schmieröl
aus dem Innenrohr 44 austreten und sich mit dem im Inneren 17 des Warmwasserbebehälters
10 befindlichen Brauchwasser vermischen würde. Aufgrund des Schmieröles würde damit
das Brauchwasser verseucht. Eine derartige Verseuchung wäre von außen her nicht
feststellbar, so daß der Schaden also nicht sofort bemerkt und behoben werden könnte.
Als Folge ergäben sich nicht nur evtl. Schäden am Verdichter 21 wegen Verlustes
des Schmieröles, sondern vor allem evtl. empfindliche Gesundheitsschäden.
Um
dem vorzubeugen, weist der Wärmetauscher 26 zusätzlich zum Innenrohr 44 ein letzteres
mit geringem Radialabstand umgebendes Mantelrohr 46, z.B. aus Kupfer, auf.
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Die Enden des zwischen dem Innenrohr 44- und dem Mantelrohr 46 gebildeten
Mantelraumes 47 sind außerhalb des Inneren 17 des Warmwasserbehälters 10 angeordnet
und liegen im Innenbereich des Gehäuses 39 der Kältemaschine 20. Diese Enden des
Mantelraumes 47 sind mittels einer nicht besonders gezeigten Dichtung verschlossen,
z.B. versiegelt. Der Mantelraum 47 ist mit einem z.B. flüssigen Wärmeträgermedium
48 gefüllt, wobei die endseitige Abdichtung des Mantelraumes 47 nicht nur einen
Austritt des Wärmeträgermediums 48 verhindert, sondern zugleich auch dessen Verdunsten.
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Evtl auftretende Undichtigkeiten des Innenrohres 44 im Inneren 17
des Warmwasserbehälters 10 führen nun dazu, daß das Arbeitsmittel 45 des Kältekreislaufes
zusammen mit darin enthaltenem Öl und dem Wärmeträgermedium 48 nicht im Bereich
des Inneren 17 des Warmwasserbehälters 10, sondern vielmehr oberhalb des letzteren
im-Bereich des Gehäuses 39 austritt und dann seitlich an der Gehäuseverkleidung
herabläuft. Dadurch wird der Benutzer sofort auf diesen Defekt aufmerksam und alarmiert.
Die Gefahr, daß das Brauchwasser im Inneren 17 des Warmwasserbehälters 10 unerkannt
mit dem Arbeitsmittel 45 des Kältekreislaufes, z.B. Frigen, und Öl vermischt wird,
ist zuverlässig gebannt.
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L e e r s e i t e