DE60304702T2 - Gasbeheizter wasserkessel - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft einen gasgespeisten Wassererhitzer, insbesondere einen solchen, der mit einem Thermoisolationssystem versehen ist, das um den Bereich des Brenners angeordnet ist, um Wärmeverluste zu vermeiden.
• Es ist bekannt, dass Wassererhitzer, die üblicherweise kurz als "Erhitzer" bezeichnet werden, mit Gas oder elektrisch betrieben werden können. Die gasgespeisten Wassererhitzer vom Akkumulationstyp umfassen einen im Allgemeinen zylindrischen oder parallelepipedischen Behälter, in welchem ein Gasbrenner und ein das zu erhitzende Wasser enthaltender Kessel angeordnet sind. Dabei nimmt der Brenner im Allgemeinen den unteren Teil des Behälters ein und ist oben mit einem Wärmetauscher verbunden, der im Kessel angeordnet ist, wodurch das darin enthaltende Wasser erhitzt wird.
• Der Behälter wird im Allgemeinen von einer doppelten Wand gebildet, wobei in dem Zwischenraum darin ein Isolationsmaterial angeordnet ist, das erforderlich ist, um Wärmeverluste zu vermeiden, durch welche selbstverständlich der energetische Wirkungsgrad des Wassererhitzers gesenkt werden würde. Insbesondere ist in dem Teil des an den Kessel angrenzenden Zwischenraums üblicherweise ein polymeres Isolationsmaterial, beispielsweise ein Polyurethanschaum, eingefügt, während in dem an die Position des Brenners angrenzenden Teil Glas- oder Gesteinswolle als Isolationsmaterial verwendet wird.
• Ein solcher Wassererhitzer ist in US 5 421 475 beschrieben.
• Dieser Typ einer Wärmeisolation hat jedoch den Nachteil, dass es, um eine gute Wärmedichtheit in dem Brennerbereich sicherzustellen, der sich auf einer sehr hohen Temperatur (die 250 bis 300 °C erreichen kann) befindet, erforderlich ist, eine sehr dicke Gesteinswolleschicht zu verwenden, wodurch der gesamte Platzbedarf des Wassererhitzers zunimmt oder dessen Leistung abnimmt.
• Deshalb liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Wassererhitzer bereitzustellen, der mit einem Thermoisolationssystem versehen ist, das in der Lage ist, Wärmeverluste wirkungsvoll zu vermeiden, ohne dass dadurch das Volumen des Wärmeisolationsmaterials gegenüber den bisher verwendeten Systemen vergrößert wird. Diese Aufgabe wird durch einen Wassererhitzer gelöst, dessen Hauptmerkmale in dem ersten Patentanspruch und dessen weitere Merkmale in den nachfolgenden Patentansprüchen definiert sind.
• Es ist festgestellt worden, dass es, indem ein erfindungsgemäßes zweischichtiges Thermoisolationssystem wenigstens in dem Bereich des Zwischenraums eines Wassererhitzers angeordnet wird, der zu dem Brenner benachbart ist, möglich ist, die Wärmeisolation dieses Wassererhitzers zu verbessern, wodurch eine Energieeinsparung von etwa 10 % erhalten wird.
• Insbesondere wird der beste energetische Wirkungsgrad des Wassererhitzers erreicht, wenn die auf Gesteins- oder Glaswolle basierende innere Schicht etwa 70 bis 80 % des Volumens einnimmt, das für das Thermoisolationssystem zur Verfügung steht, wobei das übrige Volumen von dem Vakuumelement eingenommen wird.
• Die Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Wassererhitzers werden dem Fachmann anhand der folgenden speziellen Beschreibung einer Ausführungsform unter Bezugnahme auf die im Anhang befindlichen Zeichnungen näher erläutert, wobei
• 1 einen Längsschnitt durch einen Wassererhitzer entsprechend dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform und
• 2 einen Querschnitt durch den Wassererhitzer entlang der Linie I-I' von 1 zeigt.
• In 1 ist gezeigt, dass der erfindungsgemäße gasgespeiste Wassererhitzer auf bekannte Weise einen zylindrisch geformten doppelwandigen Behälter 1 umfasst, worin ein Brenner 2 und darüber ein Kessel 3 mit dem zu erhitzenden Wasser angeordnet sind. Der Brenner 2 ist oben mit einem Wärmetauscher 4 verbunden, der durch den Kessel 3 hindurchgeht, wodurch das darin enthaltende Wasser erhitzt wird. Die doppelte Wand bildet einen Zwischenraum 5, dessen unterer Bereich 5' an den Raum angrenzt, der von dem Brenner eingenommen wird, während der obere Bereich 5'' an den Raum des Kessels angrenzt, wobei die Strichellinie in der Zeichnung die Trennung zwischen den zwei Bereichen 5' und 5'' markiert.
• In 2 ist ein Querschnitt durch den Wassererhitzer quer zu dessen Achse in Höhe des Bereichs 5' gezeigt. Wie in 2 gezeigt, ist in dem unteren Bereich des Zwi schenraums ein Thermoisolationssystem eingefügt, das wenigstens zwei unterschiedliche Schichten umfasst, d.h. eine innere Schicht 6, die sich näher an dem Brenner 2 befindet und von Gesteins- oder Glaswolle gebildet wird, und eine äußere Schicht 7, die aus wenigstens einem Vakuumthermoisolationselement gebildet wird.
• Dieses Element, das Kunststoffe umfasst, kann nicht in direktem Kontakt mit der den Brenner begrenzenden Wand angeordnet werden, die Temperaturen von über 250 °C erreicht. Die Schicht 6 hat jedoch solche Thermoisolationseigenschaften, dass die Fläche dieser Schicht, die sich auf der anderen Seite als diejenige befindet, die sich mit dem Brenner in Berührung befindet, eine niedrigere Temperatur als diejenige hat, der das Vakuumelement widerstehen kann. Umgekehrt hat das Vakuumelement, mit welchem die Schicht 6 umhüllt ist, bessere Thermoisolationseigenschaften als eine Glas- oder Gesteinswolleschicht mit derselben Dicke des Vakuumelements haben würde. Indem die Schicht 6 mit dem Vakuumelement umhüllt wird, wird ein Synergieeffekt erhalten, wobei die innere Schicht das Vakuumelement vor einer thermischen Schädigung schützt und von dem Vakuumelement die Thermoisolation des Systems bei derselben Gesamtdicke beträchtlich verbessert wird.
• Das zweischichtige Thermoisolationssystem kann sogar in dem Bereich 5'' des Zwischenraums vorhanden sein; wobei jedoch, da die Temperaturen in diesem Bereich niedriger sind und keine Thermoisolation mit sehr hoher Wirksamkeit erfordern, es bevorzugt ist (auch aus ökonomischen Gründen), diesen Bereich 5'' mit einem beliebigen bekannten Thermoisolationsmaterial, beispielsweise einem geschäumten polymeren Material, zu füllen. Dabei kann die Trennung zwischen den Bereichen 5' und 5'' des Zwischenraums nur eine geometrische oder eine durch ein Trennelement erhaltene sein.
• Wie bekannt, wird das Vakuumthermoisolationselement aus einer Ummantelung hergestellt, in welcher ein unter Vakuum stehendes Füllmaterial vorhanden ist. Die Ummantelung hat die Aufgabe, das Eindringen von Atmosphärengasen in das Vakuumelement zu verhindern (oder soweit wie möglich zu verringern), sodass eine Vakuumhöhe aufrechterhalten wird, die sich mit dem Thermoisolationsgrad verträgt, der für diese Verwendung erforderlich ist, und wird aus so genannten "Sperrfolien" hergestellt, die sich durch eine Gaspermeabilität auszeichnen, die so niedrig wie möglich ist. Das Füllmaterial hat die Hauptaufgabe, die zwei einander gegenüberliegenden Seiten der Ummantelung voneinander beabstandet zu halten, wenn das Vakuum in dem Vakuumelement angelegt ist, und muss eine poröse oder diskontinuierliche innere Struktur derart haben, dass seine Porositäten oder Zwischenräume evakuiert werden können, damit es die Aufgabe der Thermoisolation erfüllt.
• Das in dem erfindungsgemäßen Wassererhitzer verwendete Vakuumelement umfasst als Füllmaterial ein inertes Materialpulver mit einer mittleren Partikelgröße von unter 100 Nanometern und vorzugsweise von 2 bis 20 Nanometern. Es ist bekannt, dass die Thermoisolationseigenschaften dieses Typs von Vakuumelementen nur leicht in Abhängigkeit von ihrem Innendruck variieren, der einige Zehn Millibar erreichen kann, ohne dass sich diese Eigenschaften verschlechtern. Aus diesen Gründen kann die Ummantelung dieser Vakuumelemente vorteilhafterweise aus einem gegebenenfalls metallisierten Kunststoff, beispielsweise einem Polyolefin, hergestellt werden.
• Entsprechend einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform ist das Inertmaterial des Pulvers Siliciumdioxid, das vorzugsweise mit Mineralfasern wie Glasfasern vermischt ist, sodass es sich leicht verdichten lässt, um bis zu einige Millimeter dicke Platten zu bilden, die sich relativ leicht biegen lassen.
• Die für die Erfindung verwendete Kieselsäure kann beispielsweise Fällungskieselsäure sein, die beispielsweise von der Degussa GmbH hergestellt wird. Vorzugsweise wird pyrogenes Siliciumdioxid verwendet, eine Form der Kieselsäure, die durch Verbrennen von SiCl₄ mit Sauerstoff in einer geeigneten Kammer erhalten wird, und das beispielsweise von der US-amerikanischen Gesellschaft CABOT Corp. unter dem Warenzeichen Nanogel^® oder von der Wacker GmbH hergestellt und vertrieben wird.
• Vom Fachmann können mögliche Veränderungen und/oder Zusätze zu der hier beschriebenen und veranschaulichten erfindungsgemäßen Ausführungsform vorgenommen werden, ohne dabei den Erfindungsumfang zu verlassen.

Claims (9)

1. Ein gasgespeister Wassererhitzer umfassend einen doppelwandigen Behälter (1), in dem ein Brenner (2) und ein Kessel (3) für das zu erhitzende Wasser angeordnet sind, wobei die doppelte Wand einen Zwischenraum (5) definiert, der ein Thermoisolations-system enthält, dadurch gekennzeichnet, dass das Thermoisolationssystem zumindest in dem Bereich (5') dieses Zwischenraums, der zu dem Brenner benachbart ist, eine innere Schicht (6) aus Steinwolle oder Glaswolle und eine äußere Schicht (7) umfasst, die aus mindestens einem Vakuumelement gebildet ist, das eine Ummantelung aufweist, welche ein Pulver aus Inertmaterial mit einer mittleren Partikelgröße von weniger als 100 Nanometern enthält.
2. Wassererhitzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Thermoisolationssystem der Volumenanteil der inneren Schicht (6) zwischen 70 bis 80 % des Gesamtvolumens beträgt.
3. Wassererhitzer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Thermoisolationssystem eine innere Schicht aus Steinwolle oder Glaswolle umfasst und mindestens ein Vakuumelement lediglich den Bereich (5') des Zwischenraums, der zu dem Brenner (2) benachbart ist, ausfüllt.
4. Wassererhitzer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich (5'') des Zwischenraums, der zu dem Kessel (3) benachbart ist, mit einem geschäumten polymeren Material gefüllt ist.
5. Wassererhitzer nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Pulver aus Inertmaterial Teilchen mit einer mittleren Größe von zwischen 2 und 20 Nanometern enthält.
6. Wassererhitzer nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ummantelung aus gegebenenfalls metallisiertem Kunststoffmaterial gemacht ist.
7. Wassererhitzer nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Pulver aus Inertmaterial mit mineralischen Fasern vermischt ist.
8. Wassererhitzer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mineralfasern Glasfasern sind.
9. Wassererhitzer nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Inertmaterial pyrogenes Siliciumdioxid ist.