DE4311004A1 - Kombinierter Wasserheizer - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen kombinierten Wasserheizer zur Bereitung von Brauch- und Heizungswasser zur Versorgung einer Heizanlage, bei welchem Wasserheizer ein von einem Brenner beauf­ schlagter Wärmetauscher vorgesehen ist, der einen Primärkreis ei­ nes weiteren Wärmetauschers versorgt.

Bei derartigen bekannten Wärmetauschern wird das Heizwasser im vom Brenner beaufschlagten Wärmetauscher erwärmt, wobei mit dem Heiz­ wasser in einem weiteren Wärmetauscher das Brauchwasser erwärmt wird.

Dabei ergibt sich jedoch der Nachteil, daß das Heizwasser auf eine entsprechend hohe Temperatur gebracht werden muß, auch wenn dies für den Heizbetrieb nicht unbedingt erforderlich ist. Damit ergibt sich ein entsprechend verminderter Wirkungsgrad des Wasserheizers. Außerdem können sich bei diesen bekannten Ausführungen häufig sehr kurze Brennerlaufzeiten mit nachteiligen Konsequenzen für die Ab­ gasabfuhr und für die Schadstoffemissionen ergeben. Besonders fällt dies bei abnehmendem wärmebedarf für Heizzwecke ins Gewicht.

Unter diesen Voraussetzungen nimmt die Bedeutung der Brauchwas­ sererwärmung zu.

Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und einen Wasserheizer der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, der sich durch einen hohen Wirkungsgrad und ausreichend lange Brennerlauf­ zeiten auszeichnet.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der vom Brenner beaufschlagte Wärmetauscher wahlweise mit einer Brauchwasserzapf­ stelle oder dem Primärkreis des weiteren Wärmetauschers verbindbar ist, dessen Sekundärkreis mit der Heizanlage verbunden ist.

Auf diese Weise wird sichergestellt, daß der Wärmetauscher ledig­ lich auf die Erwärmung des Brauchwassers ausgelegt werden muß, wo­ bei die Brennerleistung entsprechend der gespeicherten Wärmekapa­ zität reduziert werden kann. Insbesondere in Zeiten mit abnehmen­ dem Wärmebedarf für Raumheizzwecke, nimmt die Bedeutung der Brauchwasserheizung zu. Da die Kaltwassertemperatur deutlich nied­ riger ist als die Heizungsrücklauftemperatur, kann sich durch die vorgeschlagene Maßnahme für die Brauchwassererwärmung ein effekti­ verer Brennwertnutzeffekt ergeben als für die Heizung, wodurch sich eine entsprechende Erhöhung des Wirkungsgrades des Wasserhei­ zers ergibt.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann vorgesehen sein, daß der vom Brenner beaufschlagbare Wärmetauscher und der Primär­ kreis des weiteren Wärmetauschers in einem geschlossenen Kreis miteinander verbunden sind, in dem eine Förderpumpe und mindestens ein Ventil angeordnet sind und in den eine Kaltwasserleitung mün­ det.

Auf diese Weise kann während der Betriebsphase des Brenners einer­ seits für eine entsprechende Umwälzung des Wasservolumens gesorgt werden, die eine entsprechende Aufheizung des Heizungswassers er­ möglicht, wobei andererseits Kaltwasser zur Bereitung von Brauch­ wasser eingespeist werden kann.

Weiter kann vorgesehen sein, daß der Ausgang des vom Brenner be­ aufschlagten Wärmetauschers mit dessen Eingang über ein Ventil verbindbar ist.

Durch diese Maßnahmen ergibt sich die Möglichkeit einer raschen Erwärmung des Inhaltes des Wärmetauschers.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann vorgesehen sein, daß der vom Brenner beaufschlagte Wärmetauscher eine in einem Flammrohr angeordnete und den Brenngasen direkt ausgesetzte Rohr­ schlange aufweist, die von einer Ringkammer umgeben ist, mit deren Innenraum die Rohrschlange ausgangsseitig verbunden ist, wobei die Rohrschlange eingangsseitig mit einem weiteren die Ringkammer um­ gebenden Ringraum verbunden ist, in dessen oberem Bereich der Ein­ lauf des Wärmetauschers angeordnet ist, wobei die Außenwand des Ringraumes von den Brenngasen beaufschlagbar ist und die Rohr­ schlange mit den unteren Bereichen der Ringkammer und des Ringrau­ mes verbunden ist.

Auf diese Weise können beim Brauchwasser-Zapfbetrieb die Brenngase sehr weit abgekühlt werden, wobei es auch zur Kondensatbildung kommen kann, wodurch auch die Kondensatwärme der Brenngase ausge­ nutzt werden kann.

Weiter kann vorgesehen sein, daß im oberen Bereich der Ringkammer ein Temperaturfühler angeordnet ist, der auf die Steuerung des Brenners einwirkt.

Dies ermöglicht es, den Brenner nicht schon bereits bei Zapfbeginn in Betrieb zu nehmen, sondern erst, wenn der Inhalt des Wärmetau­ schers entsprechend weit abgekühlt worden ist. Dadurch ergibt sich eine weitere Verbesserung des Wirkungsgrades des Wasserheizers.

Um lange Brennphasen und lange Stillstandsphasen des Brenners zu ermöglichen kann weiter vorgesehen sein, daß der weitere Wärmetau­ scher einen Speicher zur Aufnahme des Heizungswassers aufweist. Auf diese Weise wird auch erreicht, daß der Brauchwassererwärmer die Wärmeversorgung der Heizungsanlage mit übernimmt.

Nach einer anderen Variante der Erfindung, insbesondere wenn der vom Brenner beaufschlagte Wärmetauscher durch einen in einem Heiz­ schacht angeordneten Lamellenwärmetauscher zur Erwärmung von Brauchwasser gebildet ist, kann vorgesehen sein, daß im oberen Be­ reich des Speichers des weiteren Wärmetauschers ein Temperaturfüh­ ler angeordnet ist, der auf die Steuerung des Brenners einwirkt.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert.

Dabei zeigen:

die Fig. 1 und 2 verschiedene Ausführungsformen eines erfin­ dungsgemäßen Wasserheizers.

Bei dem Wasserheizer nach der Fig. 1 ist der Brenner 5 über eine Gasleitung 4 und ein in einer von einem Abgasrohr 8 umgebenen Frischluftzufuhrleitung 1 angeordnetem Gebläse 2, das einer Misch­ kammer 3 vorgeordnet ist, mit einem Gas-Luft-Gemisch beaufschlagt. Dabei ist der Brenner 5 in einem Flammrohr 6 angeordnet. Der Bren­ ner 5 beaufschlagt einen Wärmetauscher 34, der aus einer im Flamm­ rohr 6 angeordneten Rohrschlange 10, einer Ringkammer 11 und einem Ringraum 9 gebildet ist.

Das Flammrohr 6 ist von einer Ringkammer 11 umgeben, der als Brauchwasserspeicher dient. Diese Ringkammer 11 ist von einem Ringraum 9 umgeben, wobei die Rohrschlange 10 mit den unteren Be­ reichen der Ringkammer 11 und dem Ringraum 9 verbunden ist.

Zwischen der Außenwand des Ringraumes 9 und der Innenwand des mit einer Isolierung 17 versehenen Gehäuses 32 verbleibt ein Zwischen­ raum 7 der mit dem Abgasrohr 8 verbunden ist. In diesen Zwischen­ raum 7 ragen ringförmige Rippen 9.1, an denen sich Kondensat ab­ scheiden und nach außen ablaufen kann.

Weiter ist das Gehäuse 32 mit einem Kondensatablauf 9.2 versehen, an den sich ein Siphon 9.3 anschließt.

An dem oberen Ausgang der Ringkammer 11 ist eine Warmwasserleitung 13 angeschlossen, die zu einem Zapfventil 14 mit zwei Schaltstel­ lungen für kleinere beziehungsweise größere Zapfmengen führt und von der ein Bypass 15 abzweigt, in dem eine Pumpe 16 angeordnet ist. Dieser Bypass 15 ist über ein Magnetventil 18 mit einer Kalt­ wasserleitung 12 verbunden, in der ein Rückschlagventil 30 ange­ ordnet ist. Weiter ist der Bypass 15 über ein Magnetventil 19 und eine Zirkulationsleitung 20 mit dem durch eine Rohrschlange 21 ge­ bildeten Primärkreis eines weiteren Wärmetauschers 33 verbunden, der einen Heizwasserspeicher 23 aufweist, der von der Rohrschlange 21 durchsetzt ist. Dieser Heizwasserspeicher 23 ist mit einer Iso­ lierung 24 versehen und mit einem Heizungsrohrnetz 25 verbunden, in dem Heizkörper 26 und eine Umlaufpumpe 27 sowie ein Drei-Wege- Ventil 28 angeordnet sind, von dem ein Bypass 29 abzweigt.

Die Rohrschlange 21 ist über eine Zirkulationsleitung 22 unter Zwischenschaltung eines Rückschlagventiles 30 mit der Kaltwasser­ leitung 12 und dem Einlaß des Ringraumes 9 verbunden.

Im oberen Bereich der Ringkammer 11 ist ein Thermostat 31 angeord­ net, der über eine nicht dargestellte Steuerung den Brenner 5 be­ einflußt.

Mit diesem Wasserheizer können sich die folgenden Betriebszustände ergeben:

A Reiner Speicherbetrieb

Das Zapfventil 14 befindet sich in der Schaltstellung für kleinere Zapfmengen. Der Brenner 5 und die Pumpe 16 sind außer Betrieb, und die Magnetventile 18 und 19 sind geschlossen. Beim Zapfen strömt Warmwasser aus der Ringkammer 11 über die Warmwasserleitung ab, und Kaltwasser strömt über die Kaltwasserleitung 12, den Ringraum 9 und die Rohrschlange 10 unten in die Ringkammer 11 ein. Erreicht das Kaltwasser den Thermostaten 31, so schaltet dieser und der Brenner 5 wird gestartet.

B Durchlaufspeicherbetrieb

Das Zapfventil 14 befindet sich in der Schaltstellung für große Zapfmengen, zum Beispiel für Wannenfüllungen. In dieser Schaltstellung des Zapfventiles 14 geht der Brenner 5 samt Gebläse 2 in Betrieb. Dabei ist die Pumpe 16 außer Betrieb, und die Magnetventile 18 und 19 sind geschlossen. Die maximale Zapfleistung ergibt sich dabei aus der Brennerleistung und der gespeicherten Wärmekapazität.

C Speicheraufheizung

Diese wird durch den Thermostat 31 ausgelöst. Der Brenner 5 samt Gebläse 2 geht in Betrieb, desgleichen die Pumpe 16, wobei das Magnetventil 18 geöffnet und das Magnetventil 19 geschlossen ist. Die Ringkammer 11 füllt sich dabei von unten nach oben mit aufgeheiztem Wasser, wobei der Einlaß des vom Brenner 5 beaufschlagten Wärmetauschers mit dessen Auslaß verbunden ist und das in Aufheizung begriffene Wasser im Kreis gefördert wird. Dieser Vorgang wird beendet, sobald der Thermostat 31 auf eine entsprechend hohe Temperatur gebracht ist und umschaltet, wodurch der Brenner 5 stillgesetzt wird. Die Pumpe 16 kann dabei noch für einige Zeit in Betrieb gehalten werden, um die Nachwärme aus dem Wärmetauscher, insbesondere der Rohrschlange 10, abzuführen.

D Heizbetrieb

Zunächst geht lediglich die Pumpe 27 in Betrieb, und der Wärmebedarf wird aus dem Speicher 23 gedeckt. Unterschreitet der Thermostat 31.1 einen Soll-Wert, geht auch die Pumpe 16 in Betrieb. Das Magnetventil 18 ist geschlossen, und das Magnetventil 19 ist geöffnet. Dabei wird aufgeheiztes Wasser über die Rohrschlange 21 des weiteren Wärmetauschers 33 und den die Rohrschlange 10 gefördert, wodurch der Inhalt des Heizwasserspeichers 23 erwärmt wird, aus dem die Heizungsanlage 25, 26, 27, 28 und 29 versorgt wird. Der Brenner 5 wird dabei eingeschaltet, sobald der Thermostat 31 wegen Unterschreitung der vorgesehenen Schalttemperatur ein entsprechendes Signal liefert. Bei diesem Betrieb ist eine Vorrangschaltung für das Zapfen von Brauchwasser möglich.

Durch ein nicht dargestelltes Drei-Wege-Ventil zwischen Ausgang der Rohrschlange 10 und Eingang in den Ringraum 11 einerseits und Rohrleitung 15 (vor der Pumpe 16) andererseits können die Speicher 11 und 23 thermisch voneinander abgekoppelt und letzterer bei Bedarf höher temperiert werden.

Die Ausführungsform nach der Fig. 2 unterscheidet sich von jener nach der Fig. 1 dadurch, daß statt des Wärmetauschers 34 ein ein­ facher Lamellenwärmetauscher 35 vorgesehen ist, der von einem in einem Brennschacht 36 angeordneten Brenner 5 beaufschlagt ist, wo­ bei dieser Brenner 5 als atmosphärischer Brenner ausgebildet ist. Dabei ist oberhalb des Lamellenwärmetauschers 35 eine Abgashaube 38 und eine Strömungssicherung 37 angeordnet, die mit einem Abgasrohr 8 verbunden sind. Weiter ist der Thermostat 31.1 im Heizwas­ serspeicher 23 des weiteren Wärmetauschers 33 angeordnet, der bei Unterschreitung eines Soll-Wertes den Brenner 5 einschaltet.

Weiter ist die Pumpe 16 in der Zirkulationsleitung 22 angeordnet, die zum Einlaß des vom Brenner 5 beaufschlagten Wärmetauschers 35 führt. Dabei sind zwei Magnetventile 39 und 39.1 an den Auslaß des weiteren Wärmetauschers 33 beziehungsweise dessen Primärkreis, der durch die Rohrschlange 21 gebildet ist, angeschlossen, an dem ne­ ben der Leitung 22.1, die zur Pumpe 16 führt, eine diese kurz­ schließende Bypassleitung 40 angeschlossen ist.

Außerdem ist das Magnetventil 18 zwischen den Kaltwasseranschluß 12 und das Zapfventil 14 geschaltet. Der Kaltwasseranschluß 12 mündet in die zum Einlaß des Primärkreises des weiteren Wärmetau­ schers 33 führende Zirkulationsleitung 20. Die Magnetventile 18, 19, 39, 39.1 und die Pumpe 16 wie auch der Thermostat 31 und eine Gasarmatur 43, die in der Gaszuführleitung 4 angeordnet ist, sind über Leitungen 42 mit einer Steuerung 41 verbunden.

Bei dieser Ausführungsform ergeben sich folgende Betriebszustände:

A Heizungsbetrieb

Zunächst geht lediglich die Pumpe 27 in Betrieb, und der Wärmebedarf wird aus dem Speicher 23 gedeckt. Im Heizwasserspeicher 23 sind zum Beispiel 120 l Heizungswasser mit zum Beispiel 70°C gespeichert. Bei einer unteren Schalttemperatur von zum Beispiel 50°C ergibt sich dabei eine verfügbare Wärmeenergie von 2 800 Wh, mit der zum Beispiel bei einer erforderlichen Wärmeleistung von 3 kW der Wärmebedarf eines Verbrauchers 26 für ca. 1 Stunde gedeckt werden kann. Es ergibt sich daher, daß sich Brennpausen von ca. einer Stunde ergeben. In den Brennpausen bleibt die Pumpe 16 nur so lange in Betrieb, bis die Nachwärme nach dem Abschalten des Brenners 5 aus dem Wärmetauscher 35 abgeführt ist.

Ist die Temperatur im Speicher 23 unter einen bestimmten Wert abgesunken, so schaltet der Thermostat 31 und der Brenner 5, geht samt der Pumpe 16 in Betrieb, wobei das Magnetventil 18 und 39 geöffnet und das Magnetventil 39 und 39.2 geschlossen ist. Dabei zirkuliert das erwärmte Wasser durch den Wärmetau­ scher 35, die Warmwasserleitung 13, die Zirkulationsleitung 20, die Rohrschlange 21 und die Zirkulationsleitung 22 zurück zum Wärmetauscher 35.

B Brauchwassererwärmung

Befindet sich das Zapfventil 14 in der Schaltstellung für kleinere und mittlere Zapfmengen, so wird der Wärmebedarf aus dem Speicher 23 gedeckt. Dabei strömt das Kaltwasser über die Kaltwasserleitung 12 zu, wobei das Magnetventil 18 geschlossen ist. Das Kaltwasser strömt über die Rohrschlange 21, in der es durch das gespeicherte Heizungswasser im Speicher 23 erwärmt wird. Weiter strömt das Brauchwasser über das geöffnete Magnetventil 39.2 zum Zapfventil. Die Magnetventile 39 und 39.1 sind geschlossen. Wird dabei die vorgegebene Temperatur im Speicher 23 unterschritten, so startet der Brenner 5.

Auch bei großen Zapfmengen wird der Brenner 5 eingeschaltet, wobei das Zapfventil 14 in der Stellung für große Zapfmengen ein entsprechendes Signal an die Steuerung 41 abgibt. Das Magnetventil 39 öffnet, und die Magnetventile 39.1 und 39.2 schließen.

Durch ein nicht dargestelltes Drei-Wege-Ventil in der Rohrlei­ tung 20, dessen dritter Ausgang über einen nicht dargestellten Bypass in die Rohrleitung 22 vor den Lamellenheizkörper 35 führt, ist es auch möglich, Zapfwasser direkt zu erwärmen, wo­ bei der Speicher 23 kurzgeschlossen ist.

Speicherwiederaufheizung

Der Thermostat 31.1 gibt bei einer zu niedrigen Temperatur entsprechendes Signal an die Steuerung 41 ab, die den Brenner 5 startet. Weiter startet auch die Pumpe 16, und das Magnetventil 18 und 39.1 öffnet, die Magnetventile 39 und 39.2 schließen. Dabei wird das Wasser im Kreis über die Wärmetauscher 35 und 33 geführt. Für eine Brauchwasserzapfung über das Zapfventil 14 kann eine Vorrangschaltung vorgesehen sein.

Claims (7)

1. Kombinierter Wasserheizer zur Bereitung von Brauch- und Heizungswasser zur Versorgung einer Heizanlage, bei welchem Wasserheizer ein von ei­ nem Brenner beaufschlagter Wärmetauscher vorgese­ hen ist, der einen Primärkreis eines weiteren Wärmetauschers versorgt, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Brenner (5) beaufschlagte Wärmetau­ scher (34, 35) wahlweise mit einer Brauchwasser­ zapfstelle oder dem Primärkreis (21) des weiteren Wärmetauschers (33) verbindbar ist, dessen Sekun­ därkreis mit der Heizanlage (26) verbunden ist.

2. Wasserheizer nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der vom Brenner (5) beaufschlagbare Wärmetauscher (34, 35) und der Primärkreis (21) des weiteren Wärmetauschers (33) in einem ge­ schlossenen Kreis miteinander verbunden sind, in dem eine Förderpumpe (16) und mindestens ein Ven­ til (19) angeordnet sind und in den eine Kaltwas­ serleitung (12) mündet.

3. Wasserheizer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Ausgang des vom Brenner (5) beaufschlagten Wärmetauschers (34) mit dessen Eingang über ein Ventil (18) verbindbar ist.

4. Wasserheizer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Brenner (5) beaufschlagte Wärmetauscher (34) eine in einem Flammrohr (6) angeordnete und den Brenngasen di­ rekt ausgesetzte Rohrschlange (10) aufweist, die von einer Ringkammer (11) umgeben ist, mit deren Innenraum die Rohrschlange (10) ausgangsseitig verbunden ist, wobei die Rohrschlange (10) ein­ gangsseitig mit einem weiteren die Ringkammer (11) umgebenden Ringraum (9) verbunden ist, in dessen oberem Bereich der Einlauf des Wärmetau­ schers (34) angeordnet ist, wobei die Außenwand des Ringraumes (9) von den Brenngasen beauf­ schlagbar ist und die Rohrschlange (10) mit den unteren Bereichen der Ringkammer (11) und des Ringraumes (9) verbunden ist.

5. Wasserheizer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im oberen Bereich der Ringkammer (11) ein Temperaturfühler (31) ange­ ordnet ist, der auf die Steuerung des Brenners (5) einwirkt.

6. Wasserheizer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Wärmetau­ scher (33) einen Speicher (23) zur Aufnahme des Heizungswassers aufweist.

7. Wasserheizer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im oberen Bereich des Speichers (23) des weiteren Wärmetauschers (33) ein Thermostat (31.1) angeordnet ist, der auf die Steuerung des Brenners (5) einwirkt.