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Warmwasserbereiter
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Warmwasserbereiter der im Oberbegriff
des Anspruchs 1 definierten Art.
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Ein solcher Warmwasserbereiter (OE-GM 78 29 991) ist in dieser Gestaltung
vor allem zur Bereitstellung von Brauchwasser bestimmt und geeignet. Dazu wird in
sinnvoller Weise der Wärmeinhalt der Umgebungsluft und die Möglichkeit genutzt,
die Kältemaschine als Wärmepumpe zu betreiben. Auf diese Weise kann z.B. der in
der Umgebungsluft enthaltene Energieinhalt zur Erwärmung von Brauchwasser im Warmwasserbehälter
herangezogen werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe'zugrunde, einen Warmwasserbereiter
dieser Art so auszubilden, daß er einer weiteren Nutzung nach dem Wärmepumpenprinzip
zugänglich ist, und dies bei möglichst geringem Aufwand, vor allem hinsichtlich
der jeweils zu erwartenden Betriebskosten und unter Beibehaltung der Gestaltung
als kompakte, kastenförmige Baueinheit mit relativ kleinen Abmessungen, wobei der
Warmwasserbereiter komplett anschlußbereit als nur wenig Platz erfordernder Komplettbaustein
installiert werden kann.
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Die Aufgabe ist bei einem Warmwasserbereiter der im Oberbegriff des
Anspruchs 1 definierten Art gemäß der Erfindung durch die Merkmale im Kennzeichnungsteil
des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Ansprüchen
2 - 8.
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Eine besonders vorteilhafte Alternativgestaltung ergibt sich aus den
Ansprüchen 9 - 10. Weitere vorteilhafte Maßnahmen enthalten die Ansprüche 11 - 20.
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Auf diese Weise ist erreicht, daß eine Wechselwirkung der jeweiligen,
Wärmeenergie erzeugenden Elemente mit einhergehender Kostenersparnis bei der Energieerzeugung
möglich ist. Die sonst bei separat installiertem Heizkessel als Verlust abgehenden
Strahlungsverluste werden hier vom Wasser im Warmwasserbehälter aufgenommen und
genutzt. Damit verbessert sich der Wirkungsgrad.
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Von Vorteil ist ferner eine außerordentlich große erzielbare Platzersparnis
und Kostenersparnis. Die Wärmepumpe und der Heizkessel arbeiten auf das gleiche
Medium, nämlich das im Behälterinneren geführte Wasser. Bei der einen Alternative
der Gestaltung ist das Wasser Brauchwasser. Hier führt der Heizkessel in einem eigenen,
demgegenüber geschlossenen Kreis das Vorlauf- und Rücklaufwasser. Bei der anderen
Alternative hat der Heizkessel selbst keinen eigenen Heizwasserkreis. Vielmehr ist
das im Behälterinneren enthaltene Wasser hier das zur Heizung verwendete Wasser,
auf das der Heizkessel selbst und die Wärmepumpe zur Erwärmung direkt einwirken.
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Die erfindungsgemäße Gestaltung macht es im übrigen möglich, die Sperrzeiten
der EVU für den Wärmepumpenbetrieb zu überbrücken.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der
nachfolgenden Beschreibung.
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Der vollständige Wortlaut der Ansprüche ist vorstehendallein zur Vermeidung
unnötiger Wiederholungen nicht wiedergegeben, sondern statt dessen lediglich durch
Nennung der Anspruchsnummer darauf Bezug genommen, wodurch jedoch alle diese Anspruchsmerkmale
als an dieser Stelle ausdrücklich und erfindungswesentlich offenbart zu gelten haben.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen gezeigten
Ausführungsbeispielen näher erläutent. Es zeigen: Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt
mit teilweiser Seitenansicht eines Warmwasserbereiters nach dem Wärmepumpen-Prinzip
gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, Fig. 2undjeweils-einen schematischen Längsschnitt
ent-Fig. 3 sprechend demjenigen in Fig. 1 eines zweiten zw. dritten Ausführungsbeispieles.
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Der gezeigte Warmwasserbereiter, der statt Wasser natürlich in gleicher
Weise auch andere Flüssigkeiten erwarmen oder erhitzen kann, weist einen Warmwasserbehälter
10 auf, der als Wasserspeicher gestaltet ist und dessen Wandung 11 ringsum- in nicht
weiter gezeigter Weise z.B.
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mit einem besonderen Kunststoffschaum isoliert ist.
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Der Warmwasserbehälter 10 ist mit einem in das Innere 12 hineinführenden,
unteren Zulaufstutzen 13 und mit einem oben gelegenen Ablaufstutzen 14 versehen,
der ebenfalls mit dem Inneren 12 in Verbindung steht. An beide Stutzen 13 und 14
lassen sich in üblicher Weise die Kaltwasserzulaufleitung bzw. Brauchwasserablaufleitung
anschließen. Dann tritt über den unteren Zulaufstutzen 13 Kaltwasser in das Innere
12 des Warmwasserbehälters 10 ein. Es wird darin in noch zu beschreibender Weise
erwärmt. Das erwärmte Wasser tritt als warmes Brauchwasser über den Ablaufstutzen
14 am oberen Ende aus und kann als Brauchwasser, z. B. zum Waschen, zum Heizen od.dgl.,
abgeführt und benutzt werden.
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Am oberen Ende des Warmwasserbehälters 10 kann ferner ein zusätzlicher,
z.B. elektrisch beheizbarer Tauchheizkörper 15 sitzen, der in das Innere 12 eingesteckt
ist.
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Bestandteil des Warmwasserbereiters 10 ist ferner eine als Wärmepumpe
arbeitende Kältemaschine 20 für die Erwärmung des im Inneren 12 enthaltenen Wassers.
Die Kältemaschine 20 weist einen nur schematisch angedeuteten Verdichter 21, einen
z.B. als Luft/Kältemittel/Wärmetauscher ausgebildeten und daher mit Ventilator 22.
versehenen, nur schematisch angedeuteten Verdampfer 23 und ferner einen Kondensator
25 auf. Der Abgang des Verdampfers 23 ist über eine Leitung 24 an den Verdicht-er
21 angeschlossen. Der Abgang des Verdichters 21 ist über eine Leitung 26 an den
Kondensator 25 angeschlossen.
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Über eine Leitung 27 führt der Ausgang des Kondensators 25 zum Eingang
des Verdampfers 23. In der Leitung 27 sitzt ein Einspritz- oder Expansionsventil
28. Die übrigen, bei derartigen Kältemaschinen noch vorhandenen Bestandteile, wie
z.B. Sammler, Trockner, Schauglas und dergleichen, -sind der besseren Übersicht
wegen nicht besonders gezeigt.
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Der Kondensator 25 ist als das Arbeitsmittel des Kältekreislaufes
führender Wärmetauscher ausgebildet und im Inneren 12 des Warmwasserbehälters 10
angeordnet. Er steht dortmitdem im Inneren 12 geführten Wasser im unmittelbaren
Wärmeaustausch.
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Im Inneren 12 des Warmwasserbehälters 10 ist außerdem ein besonderer
Heizkessel 40 mit außen sitzendem Brenner 41 angeordnet. Der Heizkessel 40 steht
ebenfalls im Wärmeaustausch mit dem im Inneren 12 des Warmwasserbereiters 10 enthaltenen
Wasser. Der Heizkessel 40 verläuft quer zum Warmwasserbehälter 10. Er durchsetzt
diesen im wesentlichen diametral vom einen zum anderen Ende, wobei der Heizkessel
40 im Vergleich zum Warmwasserbehälter 10 einen wesentlich kleineren Durchmesser,
z.B.
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in der Größenordnung von einem Drittel,aufweist. Die Wandung 11 des
Warmwasserbereiters 10 enthält zur Aufnahme des Heizkessels 40 entsprechende Durchbrüche
42,43, die mittels besonderer Flansche 44, 45 am Heizkessel 40 dicht
verschlossen
sind. Wie ersichtlich, verläuft der Heizkessel 40 etwa auf halber Höhe des Warmwasserbehälters
10.
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Dabei sitzt der Brenner 41 außerhalb des Warmwasserbehälters 10 am
einen Ende des Heizkessels 40. Am anderen Ende, ebenfalls außerhalb des Inneren
12 des Warmwasserbehälters 10, weist der Heizkessel 40 einen Abgasstutzen 46 sowie
einen eigenen Vorlaufstutzen 47 und Rücklaufstutzen 48 auf, die am gleichen Ende
sitzen.
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Der den inneren Brennraum 49 außen abschließende Kesselmantel 50 des
Heizkessels 40 ist von einem Doppelmantel 51 umgeben, der hier z.B. aus rost- und/oder
säurebeständigem Material, z.B. V2A, besteht. Der Doppelmantel 51 bildet mit dem
Kesselmantel 50 einen Ringraum 52 herkömmlicher Art, der für den Heizkreis das Vorlaufwasser
und Rücklaufwasser führt.
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Während also der untere Zulaufstutzen 13 und obere Ablaufstutzen 14
für das im Inneren 12 zu erhitzende Brauchwasser bestimmt sind, hat der Heizkessel
40 einen gegenüber dem Inneren 12 abgeschirmten eigenen Wasserkreislauf mit Vorlaufstutzen
47 und Rücklaufstutzen 48. Dabei werden die Strahlungsverluste des Heizkessels 40
vom Wasser im Inneren 12 aufgenommen. Insoweit wird also die sonst als Verlust'nutzlos
abgehende Wärmeenergie zusätzlich zur Brauchwassererwärmung genutzt. Die Kältemaschine
20 und der Heizkessel 40 arbeiten hier also jeweils auf den gleichen Puffer in Gestalt
des Warmwasserbehälters 10.
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Es ist im übrigen eine außerordentlich große Platzersparnis zu verzeichnen.
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Wie Fig. 1 zeigt, ist der Kondensator 25 im unteren Bereich des Warmwasserbehälters
10 und in Abstand unterhalb des Heizkessels 40 angeordnet. Er verläuft ebenfalls
z.B, diametral zum Warmwasserbehälter 10.
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Gestrichelt ist eine Variante eingezeichnet, gemäß der der Warmwasserbehälter
10 oberhalb des Heizkessels 40 im Inneren 12 einen besonderen Brauchwasserbehälter
60 mit kleinerem Fassungsvermögen aufweist, der mit eigenem Zuflußstutzen 61 und
Abflußstutzen 62 versehen ist.
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Der Tauchheizkörper 15 kann dabei auch in dem kleineren Brauchwasserbehälter
60 eintauchen.
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Die Kältemaschine 20 ist innerhalb eines zumindest im wesentlichen
geschlossenen Gehäuses angeordnet, was hier durch das untere Gehäuse 29 und obere
Gehäuse 30 versinnbildlicht sein soll. Beide können zu einer Kompakteinheit zusammengefaßt
und dabei entweder unterhalb des Warmwasserbehälters 10 angeordnet sein, der dann
daraufsteht, oder aber oberhalb des Warmwasserbehälters 10 angeordnet sein, auf
dem dann diese Baueinheit montiert ist.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist die Kältemaschine 20
seitlich an den Warmwasserbehälter 10 angesetzt. Sie ist zusammen mit dem Brenner
41 des Heizkessels 40 in einem mittels eines Mantels 31 nach außen abgeschlossenen
Gehäuse untergebracht. Bei dieser Anordnung sitzt der Verdampfer 23 oberhalb des
Heizkessels 40 und der Kondensator 25 mit Verdichter 21 unterhalb dieses.
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Im Betrieb wird mittels des Ventilators 22 in Pfeilrichtung 32 Umgebungsluft
von außen her angesaugt, die ein höheres Temperaturniveau hat als die Abluft gemäß
Pfeil 33. Die angesaugte Zuluft (Pfeil 32) wird durch den Verdampfer 23 unter Wärmeabgabe
an diesen geführt und sodann in Pfeilrichtung 33 als Abluft wieder an die Umgebung
abgegeben. Dem Verdampfer 23 wird über die Leitung 27 das Arbeitsmittel des Kältekreislaufs
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 Leitung 27 durch den Verdampfer 23 bis hin
zur Leitung 24. Die Leitung 24
führt Arbeitsmitteldampf';denn im
Verdampfer ?3 ist das ihm über die Leitung 27 zugeführte, flüssige Arbeitsmittel
unter der Wirkung der demgegenüber warmen Umgebungsluft (Pfeil 32) verdampft mit
einhergehender Wärmeaufnahme. Der Arbeitsmitteldampf wird über die Leitung 24 dem
Verdichter 21 zugeführt und dort verdichtet. Mit Druckerhöhung steigt die Temperatur
des Arbeitsmitteldampfes an. Letzterer wird vom Verdichter 21 über die Leitung 26
dem Kondensator 25 im Inneren 12 des Warmwasserbehälters 10 zugeführt. Dabei gibt
der erwärmte Arbeitsmitteldampf seine Wärme an das im Inneren 12 enthaltene Wasser
ab, unter einhergehender Verflüssigung des Arbeitsmitteldampfes. Das im Inneren
12 befindliche Wasser wird dabei auf Brauchwassertemperatur erwärmt. Es tritt z.B.
mit einer Temperatur von max.
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600 C über den Ablaufstutz-en 14 aus. Das flüssige Arbeitsmittel im
Kondensator 25 wird von dort über die Leitung 27 wieder dem Verdampfer 23 unter
Schließung des Kreislaufes zugeführt, wobei das Expansionsventil 28 das Arbeitsmittel
wieder auf den Anfangszus.tand zurückführt.
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Bei dem in Fig. 2 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel sind für die
Teile, die dem ersten Ausführungsbeispiel entsprechen, um 100 größere Bezugszeichen
verwendet.
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Wie ersichtlich ist, ist die Kältemaschine 120 völlig gleich derjenigen
in Fig. 1. Der Heizkessel 140 ist dagegen abgewandelt. Er hat keinen Doppelmantel.
Der den Brennraum 149 abschließende Kesselmantel 150 st-eht hier in direktem Wärmeaustausch
mit dem im Inneren 11-2 des Warmwasserbehälters 110 geführten Wassers. Bei diesem
Wasser handelt es sich um Heizwasser, das z.B. einer nicht weiter gezeigten Zentralheizungsanlage
zugeführt werden kann.
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Der Warmwasserbehälter 1-10 weist hier einen unteren Heizwasser-Rücklaufstutzen
148 und einen oberen Heizwasser-Vorlaufstutzen 147 auf, die hier in das Innere 112
einmünden und für den Rücklauf bzw. Vorlauf von im Inneren 112 geführtem Heizwasser
ausgebildet sind. Der Kessel mantel 150 kann hier aus Schwarzblech bestehen.
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Für die Brauchwassererwärmung ist im oberen Bereich des Warmwasserbehälters
110 so, wie in Fig. 1 gestrichelt angedeutet ist, ein besonderer Brauchwasserbehälter
160 mit Zuflußstutzen 161 und Abflußstutzen 162 sowie mit zusätzlichem, z.B. elektrischem,
Tauchheizkörper 115 vorgesehen.
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Bei dieser Gestaltung arbeitet sowohl die Wärmepumpe in Form der Kältemaschine
120 als auch der Heizkessel 140 auf das im Inneren 412 enthaltene Heizwasser. Letzteres
kann seine Wärme auch auf den Inhalt des Brauchwasserbehälters 160 abgeben, so daß
also je nach Einschaltung die von der Wärmepumpe und/oder vom Heizkessel 140 gelieferte
Wärme, neben der Beheizung, auch zur Brauchwassererwärmung herangezogen ist.
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Beiden-Ausführungsbeispielen in Fig. 1 und 2 ist neben der großen
Platzersparnis der Vorteil gemeinsam, daß mit dieser Ausbildung die von den EVU
(ElektroversorgungsZ unternehmen) als max. zulässig vorgegebenen Sperrzeiten für
Wärmepumpen überbrückt werden können. Außerdem ist der Gesamtaufwand relativ klein,
unter Berücksichtigung des Umstandes, daß mit einem derartigen Warmwasserbehälter
Heizung und Brauchwassererzeugung gleichzeitig möglich sind.
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Beim dritten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 ist im Vergleich zum
ersten und zweiten Ausführungsbeispiel der Brenner 241 des Heizkessels 240 etwas
verlegt dargestellt und gleichermaßen auch der Abgasstutzen 246. Bei diesem Ausführungsbeispiel
ist der Verdampfer 223 der KGltemaschine 220 im Abgaskanal 246 des Heizkessels 240
angeordnet. Dadurch wird erreicht, daß die im Abgas enthaltene Wärme von der Kältemaschine
220 aufgenommen und zur Erwärmung voll genutzt werden kann.
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Der Abgasstutzen 246 enthält in einem daran anschließenden, seitlich
Fremdluft mit aufnehmenden Rohrstutzen 270 den Verdampfer 223 und dessen Ventilator
222. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Rohrstutzen-270 an das Gehäuse 230
so angesetzt, daß das im Rohrstutzen 270 geführte, mit Umgebungsluft angereicherte
Abgas in Pfeilrichtung 232 in das Gehäuse 230 mit darin enthIte'nem Verdampfer 223
und Ventilator 222 eingeleitet und über den Rohrstutzen 271 in Pfeilrichtung 233
abgeleitet wird. Somit wird das Abgas, das etwa eine Temperatut von 1800 C hat,
unter Wärmeabgabe im Gehäuse 230 abgekühlt und erst hiernach über den Rohrstutzen
271 abgeleitet. Dabei erfolgt eine Abkühlung des Abgases auf ca. 300 C, so daß mittels
der Kältemaschine 220 auch die im heißen Abgas enthaltene Wärmeenergie praktisch
voll zur Warmwassererzeugung genutzt wird.
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Es versteht sich, daß diese Gestaltung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel
gleichermaßen auch beim ersten oder zweiten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 bzw.
Fig. 2 zur Anwendung kommen kann. Ferner liegen auch andere Ausführungsformen im
Bereich der Erfindung, soweit dabei die Wärme des Abgases des Heizkessels 240 durch
den Verdampfer 223 der Kältemaschine 220 zurückgewonnen wird.
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