DE29609629U1 - Vorrichtung zum Erwärmen von Brauchwasser mit Hilfe eines Heizmediums - Google Patents

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PATENT- UND RECHTSANWALTSSOZIETÄT Patentanwalt Dipl.-Ing. H. Schmitt

_ _«,„_,,, Patentanwalt Dipl.-Ing. W. Maucher

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Vorrichtung zum Erwärmen von Brauchwasser mit Hilfe eines Heizmediums Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Erwärmen von Brauchwasser mit Hilfe eines Heizmediums, bestehend aus einem Warmwasserspeicher, von dem im oberen Speicherbereich eine mit einem Mischventil versehene Warmwasserleitung ausgeht und der im Bodenbereich einen Kaitwasseranschiuß besitzt, und aus einem Wärmetauscher zwischen dem Heizmedium und dem Brauchwasser im Warmwasserspeicher.

Um die fühlbare Wärme eines Heizmediums beispielsweise einer Fernheizanlage vorteilhaft ausnützen zu können, wird der Zustrom des Heizmediums zu einem Wärmetauscher von seiner Rücklauftemperatur abhängig gemacht, so daß nur dann Wärme abgegeben werden kann, wenn die Rücklauftemperatur des Heizmediums unterhalb eines vorgegebenen oberen Grenzwertes liegt. Daraus ergibt sich für die vorteilhafte Erwärmung des Brauchwassers eines Warmwasserspeichers mit einer ausgeprägten Temperaturschichtung die Forderung nach einem möglichst kleinen Übergangsbereich zwischen dem warmen Brauchwasser im oberen Speicherbereich und dem bei einer Warmwasserentnahme zulaufenden kalten Brauchwasser im unteren Speicherbereich. Das diesem Übergangsbereich zuordbare Speichervolumen hängt vom jeweiligen Ladezustand des Warmwasserspeichers ab und läßt sich bei den gegebenen Konstruktionsverhältnissen bekannter Warmwasserspeicher, die einerseits über die jeweilige Warmwasserentnahme bzw. die diese Warmwasserentnahme ersetzende Kaltwasserzufuhr und anderseits über die Rücklauftemperatur des Heizmediums gesteuert werden, nicht beeinflussen, und zwar unabhängig davon, ob das Heizmedium über eine im Warmwasserspeicher vorgesehene Rohrschlange oder im Ringraum zwischen dem Außen- und dem Innenmantel eines Doppelmantelspeichers geführt wird. Eine Temperaturbegrenzung des dem Warmwasserpeicher entnommenen Warmwassers durch ein Zumischen von Kaltwasser über ein Misch-

ventil in der Warmwasserieitung kann in diesem Zusammenhang unberücksichtigt bleiben, weil sie keine Rückwirkung auf den Warmwasserspeicher hat.

Wird zur Brauchwassererwärmung ein Wärmetauscher in Form eines Durchlauferhitzers eingesetzt, so können aufgrund des Wärmeaustausches zwischen strömenden Medien die jeweils günstigsten Verhältnisse bezüglich des Wärmeüberganges vom Heizmedium auf das Brauchwasser eingehalten werden, insbesondere wenn der Wärmetauscher einen Innen- und einen Außenmantei und wenigstens eine schraubenlinienförmig verlaufende Rohrschlange aufweist, deren Windungen zwischen dem Innen- und dem Außenmantel so eingeschlossen sind, daß sich zwischen den Windungen und dem Innen- und dem Außenmantel ein zusätzlicher Strömungskanal ergibt, durch den beispielsweise das Heizmedium strömt, während das Brauchwasser im Gegenstrom dazu durch die Rohrschlange geführt wird. Nachteilig bei solchen Gegenstromwärmetauschem ist im Vergleich zu Warmwasserspeichern allerdings, daß sich aufgrund des begrenzten Wärmeangebotes durch das Heizmedium eine Beschränkung für die in der Zeiteinheit entnehmbare Warmwassermenge ergibt.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Erwärmen von Brauchwasser mit Hilfe eines Heizmediums der eingangs geschilderten Art mit einfachen konstruktiven Mitteln so auszugestalten, daß das Wärmeangebot durch das Heizmedium trotz einer Rücklauftemperaturbegrenzung besser für die Brauchwassererwärmung im Warmwasserspeicher ausgenützt werden kann.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß der Warmwasserspeicher eine an das Mischventil der Warmwasserleitung angeschlossene Entnahmeleitung für den unteren Speicherbereich mit Abstand oberhalb des Kaltwasseranschiusses aufweist.

Da zur Begrenzung der Warmwassertemperatur zufolge dieser Maßnahme dem aus dem Warmwasserspeicher entnommenen Warmwasser nicht kaltes Wasser aus einer Kaltwasserleitung, sondern vorgewärmtes Brauchwasser aus dem Übergangsbereich des Warmwasserspeichers zwischen dem oberen Speicherbereich für das warme Brauchwasser und dem unteren kalten Speicherbereich zugemischt wird, wird auch der diesem Übergangsbereich zuordbare Speicherbereich vorteilhaft ausgenützt. Das

für die Temperaturbegrenzung entnommene vorgewärmte Brauchwasser wird dabei durch über den Kaltwasseranschluß nachfließendes Kaltwasser ersetzt, so daß sich gegenüber herkömmlichen Warmwasserspeichern zunächst ein vergrößerter unterer Speicherbereich für kaltes Wasser einsteilt, der für eine frühzeitige Nachladung des Warmwasserspeichers über den hiefür vorgesehenen Wärmetauscher sorgt, weil eine entsprechend niedrige Rücklauftemperatur für das Heizmedium sichergestellt werden kann. Dazu kommt, daß wegen des Zumischens von vorgewärmtem Brauchwasser zum Warmwasser für eine vorgegebene Warmwassersoiltemperatur die dem Warmwasserspeicher zu entnehmende Warmwassermenge kleiner gehalten werden kann.

Besonders vorteilhafte Erwärmungsbedingungen für das Brauchwasser können in weiterer Ausbildung der Erfindung dadurch erhalten werden, daß der als Gegenstromwärmetauscher ausgebildete Wärmetauscher zwei einerseits vom Heizmedium und anderseits vom Brauchwasser durchströmte Strömungskanäle aufweist, von denen einer aus einer schraubenförmig auf dem Mantel des Warmwasserspeichers aufgewickelten Rohrschlange besteht, deren von einem Außenmantel umschlossene Windungen zwischen sich und den beiden Mänteln den anderen Strömungskanal einschließen, und daß der an eine Kaltwasserleitung angeschlossene Strömungskanal für das Brauchwasser mit seinem warmen Ende im Warmwasserspeicher mündet, dessen Kaltwasseranschluß für eine gegenüber der Kaitwasserleitung gedrosselte Kaltwasserzufuhr vorgesehen ist. Bei einer Warmwasserentnahme aus dem Wärmespeicher erfolgt die Kaltwasserzufuhr einerseits über die an den Gegenstromwärmetauscher angeschlossene Kaitwasserleitung und anderseits über den Kaltwasseranschluß des Warmwasserspeichers, und zwar in einer durch die Drosselung des Kaitwasseranschlusses bestimmten Aufteilung. Es wird daher aus der Kaltwasserleitung dem Gegenstromwärmetauscher zuströmende Brauchwasser durch das Heizmedium erwärmt, bevor es oben in den Warmwasserspeicher fließt. Das über den Kaltwasseranschiuß dem Warmwasserspeicher unmittelbar zugeführte Kaltwasser ersetzt zumindest teilweise das aus dem Warmwasserspeicher über die Entnahmeleitung abgezogene vorgewärmte Brauchwasser zur Temperatureinsteliung des Warmwassers, mit der Wirkung, daß sich im unteren Speicherbereich des Warmwasserspeichers Kaltwasser sammelt, das über den Mantel des Warmwasserspeichers vom Heizmedium erwärmt werden kann, und zwar unabhängig von einer

Warmwasserentnahme. Der Mantel des Warmwasserspeichers bildet ja eine Wärmetauscherfläche zwischen dem Brauchwasser im Warmwasserspeicher und dem Heizmedium, das zwischen dem Mantel des Warmwasserspeichers und dem Außenmantei strömt. Es können somit in einer solchen Konstruktion die Vorteile einer unmittelbaren Brauchwassererwärmung in einem Gegenstromwärmetauscher mit den Vorteilen eines Warmwasserspeichers verbunden werden, ohne die jeweiligen Nachteile in Kauf nehmen zu müssen.

Wie bereits ausgeführt wurde, hängt die Strömungsaufteilung der Kaltwasserzufuhr einerseits zum Gegenstromwärmetauscher und anderseits zum Warmwasserspeicher von der Drosselung des Kaltwasseranschlusses des Warmwasserspeichers ab und sollte so ausgelegt sein, daß das zur Mischung des Warmwassers benötigte vorgewärmte Brauchwasser durch Kaltwasser ersetzt wird. Da im allgemeinen mit einem weitgehend gleichbleibenden Warmwasserbedarf gerechnet werden kann, kann mit einer vorgegebenen, auf die durchschnittlichen Verhältnisse abgestimmten Drosselung des Kaltwasseranschlusses des Wärmetauschers das Auslangen gefunden werden. Bei einem überdurchschnittlichen zu einer Warmwasserentleerung des Warmwasserspeichers führenden Warmwasserverbrauch kann es allerdings vorteilhaft sein, die Kaltwasserzufuhr zum Warmwasserspeicher weiter zu drossein bzw. abzusperren. Für diesen Fall kann dem Kaltwasseranschluß eine in Abhängigkeit von der Brauchwassertemperatur im oberen Speicherbereich des Warmwasserspeichers steuerbare Drossel zugeordnet werden. Eine die Entnahmemenge des vorgewärmten Brauchwassers berücksichtigende Drosselsteuerung wird möglich, wenn eine von der Temperatur des über die Entnahmeleitung entnommenen Brauchwassers steuerbare Drossel vorgesehen wird.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erwärmen von Brauchwasser mit Hilfe eines Heizmediums in einem Blockschaltbild und

Fig. 2 eine gegenüber der Fig. 1 abgewandelte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ebenfalls in einem Blockschaltbild.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach der Fig. 1 wird das Brauchwasser im Warmwasserspeicher 1 über einen Wärmetauscher 2 erwärmt, der sich zwischen dem Mantel 3 des Warmwasserspeichers 1 und einem diesen mit radialem Abstand umschließenden Außenmante! 4 ergibt und einerseits an einen Vorlauf 5 sowie anderseits an einen Rücklauf 6 für ein Heizmedium beispielsweise einer Fernheizanlage angeschlossen ist. Das über den Ringraum 7 zwischen den beiden Mänteln 3 und 4 von oben nach unten strömende Heizmedium, üblicherweise Wasser, erwärmt das Brauchwasser im Warmwasserspeicher 1 im Wärmeaustausch über den Mantel 3, wobei sich innerhalb des Warmwasserspeichers 1 ein Temperaturgefälle zwischen dem oberen Speicherbereich für das erwärmte Brauchwasser und dem unteren Speicherbereich einstellt, in den das kalte Brauchwasser über einen bodenseitigen Kaltwasseranschluß 8 einer Kaitwasserleitung 9 nachfließt, wenn dem Warmwasserspeicher 1 erwärmtes Brauchwasser aus dem oberen Speicherbereich über eine Warmwasserleitung 10 entnommen wird.

Da im allgemeinen der Warmwasserspeicher 1 so ausgelegt wird, daß die Brauchwassertemperatur im oberen Speicherbereich höher als die benötigte Warmwassertemperatur ist, wird dem dem Warmwasserspeicher 1 entnommenen warmen Brauchwasser kälteres Wasser zugemischt, und zwar über ein Mischventil 11 in der Warmwasserleitung 10. Im Gegensatz zu herkömmlichen Vorrichtungen dieser Art ist das Mischventil 11 jedoch nicht mit der Kaltwasserleitung 9 verbunden, sondern an eine Entnahmeleitung 12 angeschlossen, die mit Abstand oberhalb des Kaltwasseranschlusses 8 vorgewärmtes Brauchwasser aus dem Warmwasserspeicher 1 entnimmt, und zwar unterhalb des oberen Speicherbereiches für das erwärmte Brauchwasser. Das Zumischen von vorgewärmtem Brauchwasser zum über die Warmwasserleitung 10 entnommenen warmen Brauchwasser bringt den erheblichen Vorteil mit sich, daß auch dieses vorgewärmte Wasser aus dem Übergsangsbereich zwischen dem oberen Speicherbereich für das warme Brauchwasser und dem Kaltwasser im Bodenbereich für die Warmwasserbereitung in einem Ausmaß ausgenützt werden kann, das bei einer Zumischung von Kaltwasser nicht erreichbar ist. Dem Warmwasserspeicher 1 wird ja Kaltwasser zum Entnahmeausgleich nicht nur für das erwärmte Brauchwasser, sondern auch für das vorgewärmte Zumischwasser zugeführt, was im Speicherbereich unterhalb der Entnahmeleitung 12 eine entsprechend größere Kaltwassermenge

mit der Wirkung sicherstellt, daß der Wärmetauscher 2 früher und langer in Betrieb genommen werden kann, auch wenn die Rücklauftemperatur für das Heizmedium auf einen bestimmten Wert begrenzt wird, wie dies mit Hilfe des Ventiies 13 vorgesehen ist, das über einen Temperaturfühler 14 in Abhängigkeit von der Rückiauftemperatur des Heizmediums gesteuert wird. Es braucht wohl nicht gesondert hervorgehoben zu werden, daß diese Wirkungsweise von der Art des Wärmetauschers 2 unabhängig ist, wenn der Wärmetauscher für einen schichtartigen Temperaturaufbau innerhalb des Warmwasserspeichers 1 sorgt, wie dies beispielsweise auch bei einem Registerspeicher der Fall ist.

Die Ausführungsform nach der Fig. 2 unterscheidet sich von der gemäß der Fig. 1 vor allem durch die Art der Brauchwassererwärmung, für die der Wärmetauscher 2 ais Gegenstromwärmetauscher ausgebildet ist, der zwei einerseits vom Heizmedium und anderseits vom Brauchwasser durchströmte Strömungskanäie aufweist, von denen einer aus einer schraubenförmig auf dem Mantel 3 des Warmwasserspeichers 1 aufgewickelten Rohrschlange 15 besteht, deren von einem Außenmantel 4 umschlossene Windungen zwischen sich und den beiden Mänteln 3, 4 den anderen Strömungskanal 16 einschließen. Der durch die Rohrschlange 15 gebildete Strömungskanal für das Brauchwasser ist unten an eine Kaltwasserleitung 9 angeschlossen und mündet oben im Warmwasserspeicher 1, während das Heizmedium vom Vorlauf 5 im Gegenstrom dazu durch den Strömungskanal 16 zum Rücklauf 6 geführt wird, und zwar wiederum in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Rücklauftemperatur, über die das Ventil 13 gesteuert wird. Neben dieser Erwärmung des dem Warmwasserspeicher 1 zugeführten Brauchwassers wird auch das Brauchwasser innerhalb des Brauchwasserspeichers 1 im Wärmeaustausch mit dem Heizmedium über den Mantel 3 des Warmwasserbehälters 1 erwärmt, so. daß die Brauchwassererwärmung nicht auf die Zeit einer Warmwasserentnahme beschränkt ist, sondern auch von der Temperaturverteilung innerhalb des Warmwasserspeichers abhängt.

Die Warmwasserleitung 10 mit dem Mischventil 11 geht wieder vom oberen Speicherbereich für das erwärmte Brauchwasser aus, dem in gleicher Weise wie bei der Ausführungsform nach der Fig. 1 vorgewärmtes Brauchwasser über die Entnahmeleitung 12 zugemischt wird, um eine vorgegebene Warmwassertemperatur einhalten zu

können. Zum Ausgleich des entnommenen vorgewärmten Brauchwassers ist der Warmwasserspeicher 1 mit einem Kaltwasseranschluß 8 versehen, über den jedoch !ediglich eine gegenüber der Kaltwasserleitung 9 gedrosselte Kaltwasserzufuhr möglich ist. Diese Drosselung wird durch eine Drossel 17 erreicht, die aber bei einer entsprechenden Bemessung des Strömungsquerschnittes der Anschlußleitung 18 entfallen kann. Es kommt ja lediglich darauf an, daß die Kaltwasserzufuhr in zwei Teilströmen erfolgt, deren Größenverhältnis einerseits von der Menge des über die Warmwasserleitung 10 entnommenen warmen Brauchwassers und anderseits von der Menge des über die Entnahmeieitung abgezogenen vorgewämten Brauchwassers bestimmt wird. Da für eine bestimmte Warmwassertemperatur bei einem durchschnittlichen Ladezustand dieses Verhältnis vorgegeben ist, wird eine Steuerung der Kaltwasserzufuhr in den Warmwasserspeicher entbehrlich, obwohl eine solche Steuerung durchaus möglich ist, insbesondere für den Fall, daß der Warmwasserspeicher 1 kein vollständig erwärmtes Brauchwasser enthält, so daß es im Sinne einer raschen Aufladung des Warmwasserspeichers 1 vorteilhaft ist, durch ein Schließen des Kaltwasseranschlusses 8 eine Kaltwasserzufuhr zum Warmwasserspeicher zu verhindern. Zu diesem Zweck kann dem Warmwasserspeicher 1 im oberen Speicherbereich ein Temperaturfühler 19 zugeordnet werden. Eine von der Temperatur des vorgewärmten Mischwassers abhängige Steuerung kann durch einen Temperaturfühler 20 für die Mischwassertemperatur sichergestellt werden. Die Steuerung der Drossel 17 könnte aber auch in Abhängigkeit von der Stellung des Mischventiles 11 erfolgen.

Um die Leistung des Wärmetauschers 2 an den Wärmebedarf des Warmwasserspeichers anpassen zu können, kann der Vorlauf 5 des Heizmediums in den mittleren Bereich des Wärmetauschers 2 eigeleitet werden. Zu diesem Zweck ist eine über ein Ventil 21 an den Vorlauf 5 angeschlossene Zweigleitung 22 vorgesehen, wobei das Ventil 21 über einen Temperaturfühler 23 im Warmwasserspeicher 1 gesteuert wird.

- Ansprüche -

Claims (3)

Schutzansprüche:

1. Vorrichtung zum Erwärmen von Brauchwasser mit Hilfe eines Heizmediums, bestehend aus einem Warmwasserspeicher, von dem im oberen Speicherbereich eine mit einem Mischventil versehene Warmwasserleitung ausgeht und der im Bodenbereich einen Kaltwasseranschluß besitzt, und aus einem Wärmetauscher zwischen dem Heizmedium und dem Brauchwasser im Warmwasserspeicher, dadurch gekennzeichnet, daß der Warmwasserspeicher (1) eine an das Mischventil (11) der Warmwasserleitung (10) angeschlossene Entnahmeleitung (12) für den unteren Speicherbereich mit Abstand oberhalb des Kaltwasseranschlusses (8) aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ais Gegenstromwärmetauscher ausgebildete Wärmetauscher (2) zwei einerseits vom Heizmedium und anderseits vom Brauchwasser durchströmte Strömungskanäie aufweist, von denen einer aus einer schraubenförmig auf dem Mantel (3) des Warmwasserspeichers (1) aufgewickelten Rohrschlange (15) besteht, deren von einem Außenmantel (4) umschlossene Windungen zwischen sich und den beiden Mänteln (3, 4) den anderen Strömungskanal (16) einschließen, und daß der an eine Kaltwasserleitung (9) angeschlossene Strömungskanal für das Brauchwasser mit seinem warmen Ende im Warmwasserspeicher (1) mündet, dessen Kaltwasseranschluß (8) für eine gegenüber der Kaltwasserieitung (9) gedrosselte Kaltwasserzufuhr vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kaltwasseranschluß (8) eine in Abhängigkeit von der Brauchwassertemperatur im oberen Speicherbereich des Warmwasserspeichers (1) bzw. von der Temperatur des über die Entnahmeleitung (12) entnommenen Brauchwassers steuerbare Drossel (17) zugeordnet ist.

(Henrich J

Patent- und Rechtsanwalt