DE3033948A1

DE3033948A1 - Vorrichtung zur bereitung warmen wassers

Info

Publication number: DE3033948A1
Application number: DE19803033948
Authority: DE
Inventors: Antrag Auf Nichtnennung
Original assignee: Individual
Current assignee: Rauch Gerhard 7580 Buehl De John Jun Franz 7
Priority date: 1980-09-10
Filing date: 1980-09-10
Publication date: 1982-03-18
Also published as: DE3033948C2

Description

Vorrichtung zur Bereitung warmen Wassers
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bereitung warmen Wassers für eine Heizungsanlage, zur Warmwasserversorgung od. dgl., mit einem Wärmetauscher oder einem Behälter (Boiler) zur Erwärmung des Wassers und mit einem metallischen Heizeinsatz, insbesondere einem Kondensator einer Wärmepumpe, sowie mit einer über Zuführleitungen mit dem Heizeinsatz verbundenen Wärmequelle, wobei der Heizeinsatz sowie dessen Zuführleitungen mittels isolierender Dichtungen aus Kunststoff gegen den Tauscherkörper oder den Behälter isoliert sind.
Mit Wärmetauscher oder Behälter sind also zum einen Warmnsserspeicher oder Boiler im klassischen Sinne zum andern aber auch Durchlauferhitzer gemeint.
Bei derartigen Vorrichtungen zur Bereitung von Warmwasser besteht die Gefahr der Korrosion durch die metallischen Heizeinsätze. Diese dektrochemiache Korrosion entsteht durch ein Lokaleleient, d.h. zwei räumlich getrennte Stellen mit verschiedenem Potential, die miteinander einer seits leitend verbunden sind. Darüber hinaus ist ein Elektrolyt, also im allgemeinen Wasser mit Ionen, vorhanden, der mit dem Metall unter lonenbildung in chemische Reaktion treten kann. Das Lokalelement entsteht durch die elektrisch leitende Verbindung verschiedener Metalle (in Einzelfällen kann durch verschiedene Krümmungsradien etc. dies auch bei gleichen Metallen geschehen), also hier durch den Behälter bzw. die Tauscheraußenwand einerseits und den Heizeinsatz andererseits.
Die Behälterinnenwände sind zunächt emailliert oder~mit Kunststoff beschichtet. Allerdings lassen sich in diesen Beschichtungen Fehlstellen nicht grundsätzlich vermeiden.
Zum ki2tdischen Schutz gegenelektrochemische Korrosion werden Schutzanoden vorgesehen, die Korrosionsschäden an Emaill- oder Kunststoffehlstellen vermeiden. Als Schutzanoden kommen zum einen Elektroden aus einem unedleren Metall in Frage, die mit dem zu schützenden Metall verbunden sind und bei diesem als Anode zum Korrosionsschutz wirken und sich allmählich auflösen. Sie müssen deshalb von Zeit zu Zeit ersetzt werden. Solche Schutzanoden werden als Opfer- oder Aktivanoden bezeichnet. Ein herkömmlicher Werk stoff für solche Opferanoden ist Magnesium. Es können aber auch Fremdstromanoden vorgesehen sein, bei denen aktiv ein Fremdstrom zur Erzeugung des gewünschten Potentialunterschiedes verwendet wird.
Üblicherweise ist kein allzu großer Stromfluß notwendig, da die zulessige Flächensumme aller Fehlstellen auf 7 2 2 emaillierter oder sonstiger beschichteter Behälterfläche limitiert ist. Die Fehlstellenfläche darf also grundsätzlich nur maximal 0,07 % betragen. Wird nun aber in einen solchen Behälter ein üblicher Heizeinsatz, beispielsweise in Form 2 eines Rohrbündeltauschers von 2 m Oberfläche eingesetzt, so führt diese um mehrere Stellen größere Oberfläche zu einer drastischen Erhöhung des erforderlichen Schutzstromes.
Hieraus ergibt sich in nachteiliger Weise bei Magnesiumopferanoden ein wesentlich schnellerer Verbrauch deelben.
Bei Fremditromanoden ist eine höhere Leistung rforderlich. Weit problematischer aber als diese höhere Leistung ist, daß sich Fehlstellen in der Schutzschicht der Behälterwand im Stromschatten des Heizeinsatzes befinden können. Dies bedingt, daß der Strom überwiegend auf die Heizflächen des Heizeinsatzes fließt, der Anteil des Stromes der aber auf eine dahinter liegende Fehlstelle gelangt, viel zu klein ist, um eine ausreichende katodische Polarisation zu bewirken.
Zur Vermeidung dieser Nachteile ist vorgeschlagen worden, zum einen die Zuleitungen der Heizeinsätze bei der Durchführung durch die Behälterwand mittels Kunststoffbuchsen oder Kunststoffhülsen isoliert durch die Behälterwand hindurchzuführen und zum anderen die Zuleitungen über Kunststoffisolierverschraubungen weiter gegen die Wärmequelle zu isolieren. Eine solche Verringerung des problematischen Massenschlusses bei herkömmlichen Wärmetauschern wurde beispielsweise in einem Sonderdruck der Zeitschrift IKZ, Heft 1011980 vorgeschlagen.
Bei herkömmlichen Anordnungen, bei Tauschern in emaillierten Speichern, in denen die Wärmetauschung beispielsweise durch zugeführtes heißes Wasser oder dgl. erfolgt , ist diese Lösung der Problematik des zu hohen Massenschlusses durchaus aufriedensteflena.
Nicht eingesetzt werden können die bekannten Kunststoffisolierelemente, zumindest bei der Verbindung der Zuleitungen des Heizeinsatzes mit der Wärmequelle, wenn es sich beim Heizeinsatz um einen Kondensator einer Wärmepumpe handelt, die mit einem Kaltemittel, wie Frigen, arbeitet.
Denn bei der Verwendung von bekannten Iunststoffzwischenstücken würden sich für das Kältemittel eine hohe Undichtigkeit ergeben und daher große Diffusionsverluite des Kältemittels auftreten.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Trennung des Heizeinsatzes, insbesondere eines Kondenstators einer Wärmepumpe1 in einem Wärmetauscher oder Behälter zur Erwärmung des Wassers gegen die Wärmequelle, also insbesonderte die weiteren Elemente einer Wärmepumpe, zu erreichen, die dennoch eine hohe Dichtigkeit für Kältemittel, Wärmetauschergase, wie Helium, aber auch Dampf usw. gewährleistet und Diffusionaverluste vermeidet.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Vorrichtung zur Bereitung warmen Wassers für eine Heizungsanlage, zur Warm-Wasserversorgung od. dgl. der eingangs benannten Art dadurch gelöst, daß in den Zuleitungen zwischen dem Heizeinsatz und der Wärmequelle Zwischenstücke aus metallischem Werkstoff mit relativ hohem spezifischem Widerstand vorgesehen sind.
Da sich im Behälter oder im Außenraum des Wärmetauschers weiterhin Wasser befindet, können die Zuleitungen zum Heizeinsatz gegen den Behälter durchaus weiterhin mittels Kunststoffbuchsen isoliert werden. In den Zuleitungen selbst, in denen das Kältemittel fließt, kann eine solche Isolierung nicht erfolgen. Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, daß ein metallischer Werkstoff verwendet wird, der einen relativ hohen spezifischen Widerstand aufweist.
Gemäß bevorzugter Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Zwischenstücke einen spezifischen Widerstand von größer als 1,0 Ohm sm2/r2 aufweisen und insbesondere daß die Zwischen-22 stücke einen spezifischen Widerstand von etwa 1,44 Ohm mm haben. Beispielsweise wurde bei dem letztgenannten Wert erreicht, daß sich gegenüber einer völligen Isolierung die zusätzlich erforderliche Leistung nur um 120 mW erhöht, während bei Verzicht auf jede elktrische Trennung, der bisher bei Verwendung von Kältemitteln notwendig war, da Kuststofftrennungen nicht eingesetzt werden konnten, ein. erhöhter Leistungsbedarf von cO aW gegeben war. Als Material für die Zwischenstücke eignen sich insbesondere Chrom-Nickel- und Chrem-Aluminium-Legierungen, die sinen ausreichand hohen spezifischen Wider@@and aufwoisen.
Da et bei der Vorrichtung sur Erzielung einer guten elektrischen Trennung i wasentlichen auf die Größe des Gesamtwideratanden swischen des Heizeinestz im Behälter oder Wärnetauscher einerseits und den weiteren Teilen der Heizungsanlage, beispielsweise einer Wärmepumpe, ankommt, ist gemäß einer weiteren bevorsugten Ausgestaltung vorgesehen, daß die Zwischenstücke vollständig die Zuleitung bilden.
Weiterhin wird die elektrische Trennung dadurch verbessert, daß die Zwischenstücke eine geringe Wandstärke aufweisen, wobei torsugsteise die Zwischenstücke gewandelt sind, um auf kleinem Raum eine möglichst große Länge der elektrisch trennenden Zwischenstücke zu erreichen. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Vorrichtung weist auch gegenüber den bekannten Einsätzen von Isolierverschraubungen den fertigungstechnischen Vorteil auf, daß vorgesehen sein kann, daß die Zwischenstücke zwischen Heizeinsatz und Wärmequelle durch Hartlöten verbunden sind. Solche Verbindungen durch Hartlöten sind preiswert und einfach herzustellen.
Zusammenfassend ist festzustellen, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung das Potential der metallischen Heizfläche wesentlich vermindert, ohne daß, wie bei anderen Isoliermöglichkeiten, drohende Undichtigkeiten und Diffussionsverluste auftreten. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Vorrichtung ist also voll auf den Erfordernissen des Arbeitens mit Lältemitteln in der Kältetechnik angepaßt.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel der erfindung anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert ist. Dabei zeigt die einzige Figur eine Vorrichtung mit erfindungsgenäß vorgesehenen Zwischenstücken, teilweise im Schnitt.
Die Vorrichtung 1 zur Bereitung warzen Wassers weist im dargestellten Ausführungsbeispiel als Behälter für den Värsetauechter einen Warmwasserspeicher oder Boiler 3 auf. In dem Warmwasserspeicher 3 ist ein Verflüssiger oder Kondensator 5 einer Wärmepumpe 7 untergebracht. Der Kondensator 5 der Wärmepumpe 7 ist über Zuleitungen 9,11 mit den restlichen Elementen der Wärmepumpe verbunden. Der Kondensator 5 besteht beim dargestellten Ausführungsbeispiel vorteilhafterweise aus Kupfer, welches gegebenenfalls verzinkt ist, oder aus ldelstahl.
Die weiteren Ileiente der Wärmepumpe 7, mit denen der Kondonator 5 über die Zuleitungen 9 und 11 verbunden ist, sind eine Drossel oder ein Drosselventil 13, ein Verdampfer 15 als Wärmequelle für die Bereitung warmen Wassers und ein Verdichter oder Kompressor 17. Wird die zur Bereitung warmen Wassers mittels der Wärmepumpe 7 bereitgestellte Wärme der Luft entzogen, so ist üblicherweise, wie im dargestellten Ausführungsbeispiel, zur Erhöhung der Luftzufuhr ein Ventilator 19 vorgesehen.
Die Zuleitungen 9 und 11 sind bei der Durchführung durch die Wand 21 des Warmwasserspeichers 3 mittels Kunststoffhülsen 23,25 gegen den Wasserspeicher 3 isoliert. Derart wird zunächst eine direkte elektrische Verbindung zwischen dem Warmwasserspeicher 3 und dem Kondensator 5 verhindert, die zur Bildung eines Lokalelementes und damit zu elektrochemischer Korrosion beitragen könnte.
Die Zuleitungen 9 und 11 zum Kondensator 5 bestehen aus sehreren Abschnitten. Zunächst ist direkt mit dem Kondensator 5 in Jeder Zuleitung 9 bzw. 11 ein Abschnitt 27 bzw. 29 serbundes, der aus einem Material mit herkömmlichem Widerstand, beispielsweise aus dem gleichen Material wie der Kondensator, also aus Kupfer, gegebenenfalls verzinkt, oder aus Edelstahl bestehen. An Jedem dieser Abschnitte 27,29 schließt sich über eine Hartlötstelle 31 bzw. 33 beweis ein Zwischenstück 35,37 aus einem metallischen Werkstoff, wie einer Chroi.Nickel-Legierung an, der einen hohen spezifischen Widerstand, im dargestellten Ausführungsbeispiel von 1,44 Ohm mm²/m bei 20° C aufweist. Die Länge der Zwischenstücke beträgt bei einer konkreten Ausgestaltung 1,5 m und die Wanddicke 0, @@@. Diese Zwischenstücke sind dann mit dem Anschlußstutzen 39 bzw. 51 des Drosselventils 13 einerseits und des Verdichters 17 andererseits verbunden, die wieder aus herkömmlichen Werkstoffen mit üblichen spezifischen Widerständen bestehen können.
Durch die Zwischenstücke 35,37 mit hohem spezifisches elektrischen Widerstand wird der Kondensator 5 gegenüber den anderen Elementen 13,15 und 17 der Wärmepumpe 7 und damit indirekt auch gegenüber dem Warmwasserspeicher 3 elektrisch isoliert, da im allgemeinen sowohl der War@wasserspeicher 3, als auch die übrigen Elemente der Wärmepumpe, insbesondere der Verdampfer geerdet sind bzw. über die Erde miteinander verbunden sind. Hierdurch wird auch die indirekte Bildung eines Kontaktelementes, das zu elektroche.ischen torrocionsprozessen beitragen könnte, zwischen Kondensator 5 und Warmwasserspeicher 3 vermieden.
1. übrigen ist in üblicher herkömmlicher Weise im Warmwasserspeicher 3 eine Schutzanode 43 vorgesehen, die in bekannter Weise eine Fremdatromanode oder aber eine Opfer- oder Aktivanode, beispielsweise aus Magnesium, sein kann.
Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Vorrichtung 1 zur Bereitung warmen Wassers wird durch die erfindungsgemäß vorgesehene zusätzliche Isolierung des Kondensators 5 gegenüber dem Warmwasserspeicher 3 eine wesentliche Verringerung des Massenschlusses erreicht. Bei einem Versuch wurde der Leistungsbedarf einer berkömmlichen Vorrichtung zur Warmwasserbareitung ohne die erfindungsgemäßen Zwischenstücke einerseits und andererseits einer erfindungss@@äßen Vorrichtung gemessan. Hierzu wurde der in der Zeichnung dargestellte 300 1 Warmwasserspeicher verwendet. In diesem Warmwasse3rspeicher war ein Kondensater in herkömmlicher Weise durch Kunststoffhülsen iseliert eingebamt. Die Verbindung vom Kondensator zu den anderson Elementen der Wärmepumpe 7 bestand bei einer Wersuchsdurchführung aus Xupferleitungen, während bei einer anderen Versuchsdurchführung der erfindungsgemäße Werkstoff mit hohen spezifischem elektrischen Widerstand von 1,44 Ohm mm²/m verwendet wurde. Zur Kontrelle wurde darüber hinaus eine weitere Messung durchgeführt, bei der die Verbindungsrohre zwischen dem Kondensator der Wärme~ pumpe vollständig getrennt waren.
Bei einer herkömmlichen Vorrichtung zur Bereitung warmen Wassers mit einer Wärmepumpe und den Verbindungsleitungen aus Kupfer ergab sich eine Spannung von 12 Volt und ein Strom von 95 mA, also ein Fremdleistungsbedarf von 1140 mW. Dem gegenüber ergab sich bei der erfindungsgemäß ausgestalteten Vorrichtung eine Spannung von 17 Volt, dafür aber nur ein Strom von 20 mA. also eine Leistung von 340 mW. Bei der völligen Trennung zwischen Kondensator und sonstigen Teilen der Wärmepumpe ergab sich eine Spannung von 20 Volt und ein Strom von 12 mA, also eine Leistungsaufnahme von 220 PW.
Aufgrund dieser Versuche ergibt sich, daß die Kondensatorfläche bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ein Fremdstrom-Leistungsbedarf von lediglich 120 mW gegenüber einem Boiler ohne Kondensator aufweist, während dieser Frexdstrombedarf bei herkömmlich ausgebildeten Vorrichtungen mit Kupferleitungsverbindungen 920 mW beträgt.
Es zeigt sich also, daß durch die erfindungsgemäße Aus staltung der Vorrichtung zur Bereitung warmen Wassers zum einen die besonderen Probleme der Kältetechnik, nämlich die Vermeidung von Undichtigkeiten und Diffussionsverlusten vollauf gemeistert werden können und zum anderen die Probleme elektrochemischer Korrosion dadurch wesentlich verringert werden können, indem das Potential der matallischen Heizfläche wesentlich vermindert wird. Die erfindungsgemäße Vor richtung wird insbesondere und vorteilhaft als Kleinanlage ausgestaltet, wobei die Zwischenstücke aus metallischem Warkstoff mit hohem spezifischem Widerstand, gegebenenfalls nicht gestreckt, sondern vielmehr mäanderförmig ausgebildet sein können.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in der Zeichnung, sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmal. der Erfindung können sowohl einzeln, als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ansführungsformen wesentlich sein.

Claims

PATENTANSPRÜCHE 1. Vorrichtung zur Bereitung warmen Wassers für eine Heizungsanlage, zur Warmwasserversorgung od. dgl., mit einem Wärmetauscher oder einem Behälter (Boiler) zur Erwärmung des Wassers und mit einem metallischen Heizeinsatz, insbesondere einem Kondensator einer Wärmepumpe, sowie mit einer über Zuführleitungen mit dem Heizeinsatz verbundenen Wärmequble, wobei der Heizeinsatz sowie dessen Zuführleitungen mittels isolierender Dichtungen aus Kunststoff gegen den Tauscherkörper oder den Behälter isoliert sind, dadurch gekennzeichnet, daß in den Zuleitungen (9,11) zwischen dem Heizeinsatz (5) und der Wärmequelle (13,15,17) Zwischenstücke (35,37) aus metallischem Werkstoff mit relativ hohem spezifischem Widerstand vorgesehen sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenstücke(35,3() gewendet sind und daß die einzelnen Wendelabschnitte der Zwischenstücke (35,37) gegeneinander isoliert sind.
3 Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenstücke (35,37) einen wesentlichen Teil der Zuleitungen (9, 11) ausmachen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Zwischenstücke (35, 37) vollständig die Zuleitung (9, 11) bilden.
5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Zwischenstücke (35, 37).

einen spezifischen Widerstand von größer als 1,0 Ohm mm²/m aufweisen.
6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Zwischenstücke (35, 37) einen spezifischen Widerstand von etwa 1,44 Ohm mm²/m haben.
7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Zwischenstücke (35, 37) aus einer Chrom-Nickel-Legierung bestehen.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Zwischenstücke (35, 37) aus einer Chrom-Aluminium-Legierung bestehen.
9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Zwischenstücke (35, 37) eine Länge von mindestens 1 m aufweisen.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Zwischenstücke (35, 37) eine Länge von 1,5 m aufweisen.
11. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Zwischenstücke (35, 37) eine geringe Wandstärke aufweisen.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Zwischenstücke eine Wanddicke von weniger als 1 mm aufweisen.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenstücke eine Wanddicke von 0,3 - 0,5 rpia aufweisen.
14. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenstücke (35, 37) zwischen Heizeinsatz (5) und Wärmequelle (13, 15, 17) durch Hartlöten gasdicht verbunden sind.
15 Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenstücke (35, 37) mit dem Heizeinsatz (5) und/oder Anschlußteilen der Wärmequelle (13, 15, 17) durch Plasmaschweißen gasdicht verbunden sind.