DE69308624T2

DE69308624T2 - Domestic hot water boiler

Info

Publication number: DE69308624T2
Application number: DE1993608624
Authority: DE
Inventors: Johanus Albertus Hen Willemsen
Original assignee: VRIES METAAL BV
Current assignee: Heatex BV
Priority date: 1992-04-23
Filing date: 1993-04-22
Publication date: 1997-10-02
Anticipated expiration: 2013-04-23
Also published as: EP0567199A1; NL9200745A; EP0567199B1; DE69308624D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Brauchwassererhitzer mit einem geschlossenen Wassertank mit einem ersten Anschluß zum Zuleiten von kaltem Wasser, einem zweiten Anschluß zum Zapfen warmen Wassers sowie einer geschlossenen Rohrleitung in dem Wassertank, durch welche im Betrieb von einer geeigneten Warmwasserquelle geliefertes warmes Wasser zirkuliert, wobei die Rohrleitung eine doppelte gewundene Spule mit einem äußeren wendelförmig gebogenen Rohr, das sich in einigem Abstand von der Innenwand des Wassertanks befindet, und einem inneren wendelförmig gebogenen Rohr aufweist.The present invention relates to a domestic water heater comprising a closed water tank with a first connection for supplying cold water, a second connection for tapping hot water and a closed pipe in the water tank through which, during use, hot water supplied from a suitable hot water source circulates, the pipe comprising a double spiral coil with an outer spirally bent pipe located at some distance from the inner wall of the water tank and an inner spirally bent pipe.

Brauchwassererhitzer sind in verschiedenen Ausfühungsformen bekannt und werden normalerweise in Kombination mit einem Zentralheizungstank verwendet. Der Zentralheizungstank ist mit der Rohrleitung in dem Wassertank verbunden und leitet warmes Wasser unter Steuerung durch einen Thermostat durch die Rohrleitung. Über die Rohrleitung wird Wärme des Zentralheizungswassers an das Brauchwasser im Wassertank übertragen. Es sei darauf hingewiesen, daß auch eine andere Warmwasserquelle, beispielsweise ein Solarkollektor, verwendet werden kann.Domestic water heaters are known in various designs and are normally used in combination with a central heating tank. The central heating tank is connected to the pipe in the water tank and directs warm water through the pipe under the control of a thermostat. Heat from the central heating water is transferred to the domestic water in the water tank via the pipe. It should be noted that another hot water source, such as a solar collector, can also be used.

Die Rohrleitung besteht üblicherweise aus einem wendelförmig gebogenen Rohr, das auch als Spule bezeichnet wird und sich im Wassertank entlang dessen Wand erstreckt. Bei bekannten Brauchwassererhitzern erstreckt sich die Spule über im wesentlichen die gesamte Höhe des Wassertanks, wobei die Zufuhr des Warmwassers zur Spule in der Nähe des Bodens des Wassertanks und die Rückleitung zur Warmwasserquelle am oberen Ende des Wassertanks erfolgt.The piping usually consists of a helically bent tube, also called a coil, which extends along the wall of the water tank. In known domestic water heaters, the coil extends over essentially the entire height of the water tank, with the hot water supply to the coil near the bottom of the water tank and the return to the hot water source at the top of the water tank.

Die Kaltwasserzufuhr ist derart ausgebildet, daß das Kaltwasser dem im unteren Teil des Wassertanks enthaltenen Wasser zugegeben wird. Die Warmwasserzapfstelle ist am oberen Ende vorgesehen, d.h. das Warmwasser kommt aus dem oberen Bereich.The cold water supply is designed in such a way that the cold water is added to the water contained in the lower part of the water tank. The hot water tap is located at the upper end, i.e. the hot water comes from the upper area.

Es ist ein Nachteil dieser bekannten Brauchwassererhitzer, daß die im unteren Bereich befindliche Wassermenge in dem Tank oftmals kalt bleibt, d.h. Temperaturen in der Größenordnung von 10-20ºC aufweist. Im oberen Bereich kann die Wassertemperatur ±60ºC betragen. Dies bedeutet jedoch, daß ein solcher Erhitzer im Verhältnis zum Inhalt des Wassertanks nur einen relativ geringen Anteil, beispielsweise in der Größenordnung von 50-60% des Gesamtinhalts, an Warmwasser der gewünschten Temperatur enthält. Ferner entsteht in einem solchen Erhitzer eine Zone, in der die Temperatur ±40ºC beträgt. In dieser Zone können unerwünschterweise die gefährlichen Legionella- Bakterien gedeihen.A disadvantage of these known domestic water heaters is that the amount of water in the lower part of the tank often remains cold, i.e. has temperatures in the order of 10-20ºC. In the upper part, the water temperature can be ±60ºC. However, this means that such a heater only contains a relatively small proportion of hot water at the desired temperature in relation to the content of the water tank, for example in the order of 50-60% of the total content. Furthermore, a zone is created in such a heater in which the temperature is ±40ºC. In this zone, the dangerous Legionella bacteria can undesirably thrive.

Ein Brauchwassererhitzer des zuvor beschriebenen Typs mit einer doppelten gewundenen Spule, die sich über im wesentlichen die gesamte Höhe des Wassertanks erstreckt, ist in DE-A-1779233 offenbart. Zwar schafft eine doppelte gewundene Spule einen verbesserten Austausch zwischen der Rohrleitung und dem Wasser in dem Wassertank, jedoch bestehen bei diesem bekannten Brauchwassererhitzer ähnliche Nachteile wie die zuvor beschriebenen.A domestic water heater of the type described above with a double wound coil extending over substantially the entire height of the water tank is disclosed in DE-A-1779233. Although a double wound coil provides an improved exchange between the pipe and the water in the water tank, this known domestic water heater has similar disadvantages to those described above.

Die Europäische Patentanmeldung 0 320 673 offenbart ferner einen Brauchwassererhitzer mit einer in dem Zwischenraum zwischen zwei konzentrischen Hülsen angeordneten Spule, wobei es sich bei der Spule um eine Doppelspule handeln kann. In dem Bereich oberhalb der Spule verjüngt sich die äußere Hülse zu einem Steigrohr mit relativ kleinem Durchmesser, das mit in der Steigrohrwand ausgebildeten seitlichen Auslaßöffnungen versehen ist. Die innere Hülse ist am oberen oder am unteren Ende geschlossen. Die Warmwasserzapfstelle liegt unmittelbar über dem oberen Ende des Steigrohrs.European patent application 0 320 673 further discloses a domestic water heater with a coil arranged in the space between two concentric sleeves, whereby the coil can be a double coil. In the area above the coil, the outer sleeve tapers to a riser pipe with a relatively small diameter, which is provided with lateral outlet openings formed in the riser pipe wall. The inner sleeve is closed at the upper or lower end. The hot water tap is located directly above the upper end of the riser pipe.

Durch die Verwendung der geschlossenen inneren Hülse und der äußeren Hülse, welche die Spule vollständig umschließt und sich nach oben hin verjüngt, ist die freie Zirkulation des Wassers im Warmwassertank sehr stark eingeschränkt. Dieser Effekt wird durch die Tatsache verstärkt, daß die Warmwasserzapfstelle sich unmittelbar über dem oberen Ende des verjüngten Teils der äußeren Hülse befindet. Aufgrund dieser Konstruktion ist der Füllgrad des Erhitzers nicht optimal. Der Füllgrad eines Erhitzers hängt mit der Wassermenge (gemessen als Prozentanteil des Gesamtinhalts des Tanks) zusammen, die gezapft werden kann, bevor die Temperatur des gezapften Wassers erheblich sinkt. Ferner bilden sich bei der bekannten Konstruktion Zonen mit sich nur wenig bewegendem Wasser mit einer Temperatur in der Größenordnung von ungefähr ±40ºC, welches eine ideale Bedingung für die gefährlichen Legionella-Bakterien darstellt.By using the closed inner sleeve and the outer sleeve, which completely encloses the coil and tapers towards the top, the free circulation of the water in the hot water tank is very much restricted. This effect is exacerbated by the fact that the hot water tap is located just above the top of the tapered part of the outer sleeve. Due to this design, the filling level of the heater is not optimal. The filling level of a heater is related to the amount of water (measured as a percentage of the total content of the tank) that can be drawn before the temperature of the drawn water drops significantly. Furthermore, the known design creates zones of little moving water with a temperature of the order of approximately ±40ºC, which is an ideal condition for the dangerous Legionella bacteria.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Brauchwassererhitzer zu schaffen, bei dem die genannten Nachteile nicht gegeben sind oder in geringerem Maße auftreten. Im allgemeinen ist es die Aufgabe der Erfindung einen hoch effizienten Brauchwassererhitzer mit einer gleichmäßigeren Temperaturverteilung im Wasser des Wassertanks zu schaffen.It is therefore an object of the invention to create an improved domestic water heater in which the disadvantages mentioned do not exist or occur to a lesser extent. In general, the object of the invention is to create a highly efficient domestic water heater with a more uniform temperature distribution in the water in the water tank.

Zu diesem Zweck ist erfindungsgemäß in einem Brauchwassererhitzer des genannten Typs die doppelte gewundene Spule vollständig in der unteren Hälfte des Wassertanks angebracht, und zwar derart, daß die Spule in direktem Kontakt mit dem von der Spule umgebenen Wasser und mit dem Wasser zwischen der Spule und der Innenwand des Wassertanks ist, und wobei der Wassertank aus zwei tiefgezogenen Gehäusebereichen besteht, die durch eine ungefähr in der Hälfte des Tanks befindliche Schweißnaht verbunden sind.For this purpose, according to the invention, in a domestic water heater of the type mentioned, the double wound coil is mounted entirely in the lower half of the water tank, in such a way that the coil is in direct contact with the water surrounded by the coil and with the water between the coil and the inner wall of the water tank, and the water tank consists of two deep-drawn housing sections which are connected by a weld located approximately halfway through the tank.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der zugehörigen Zeichnungen näher beschrieben, welche zeigen:The invention is described in more detail below with reference to the accompanying drawings, which show:

Fig. 1 - eine schematische Schnittdarstellung eines Beispiels für einen bekannten Brauchwassererhitzer; undFig. 1 - a schematic sectional view of an example of a known domestic water heater; and

Fig. 2 - eine schematische, teilweise geschnittene Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Brauchwassererhitzers.Fig. 2 - a schematic, partially sectioned representation of an embodiment of the domestic water heater according to the invention.

Fig. 1 ist eine schematische Schnittdarstellung eines herkömmlichen Brauchwassererhitzers 1 mit einem geschlossenen Wassertank 2, bei dem ein wendelförmig gebogenes Rohr 3, das oft als Spule bezeichnet wird, sich entlang der Innenwand über einen großen Teil der Höhe des Wassertanks erstreckt. Die Spule 3 weist ein unteres Ende 4 auf das im Betrieb über eine Zuleitung 5 mit einer Warmwasserquelle, beispielsweise mit einem Zentralheizungsbrenner, zum Zuführen von beispielsweise 90ºC warmem Wasser zur Spule verbunden ist. Die Spule weist ferner ein oberes Ende 6 auf, von dem das Zentralheizungswasser über die Rücklaufleitung 7 zum Zentralheizungsbrenner zurückfließt. Das rücklaufende Wasser kann beispielsweise eine Temperatur von 70º C haben.Fig. 1 is a schematic sectional view of a conventional domestic water heater 1 with a closed water tank 2 in which a helically bent tube 3, often referred to as a coil, extends along the inner wall over a large part of the height of the water tank. The coil 3 has a lower end 4 which is connected in use via a supply line 5 to a hot water source, for example to a central heating burner, for supplying water of, for example, 90ºC to the coil. The coil also has an upper end 6 from which the central heating water flows back to the central heating burner via the return line 7. The returning water may, for example, have a temperature of 70ºC.

Der Wassertank weist ferner einen ersten Anschluß 8 zum Zuführen kalten Wassers aus den Versorgungsleitungen und einen zweiten Anschluß 9 zum Zapfen warmen Wassers aus dem Wassertank auf. Bei dem dargestellten Beispiel ist der Anschluß 8 am oberen Ende des Wassertanks angeordnet, jedoch ist er mit einem sich in dem Wassertank bis nahe an den Boden erstreckendes Rohr 10 verbunden, das eine Auslaßöffnung am Boden des Wassertanks aufweist, so daß die Kaltwasserzufuhr am Boden des Wassertanks erfolgt.The water tank further comprises a first connection 8 for supplying cold water from the supply lines and a second connection 9 for tapping hot water from the water tank. In the example shown, the connection 8 is arranged at the upper end of the water tank, but it is connected to a pipe 10 extending in the water tank up to close to the bottom, which has an outlet opening at the bottom of the water tank, so that the cold water supply takes place at the bottom of the water tank.

Die Warmwasserzapfstelle 9 ist am oberen Ende des Wassertanks vorgesehen und zieht Wasser aus dem oberen Bereich des Wassertanks ab, da das warme Wasser im Tank steigt.The hot water tap 9 is located at the top of the water tank and draws water from the upper part of the water tank as the hot water in the tank rises.

Bei jedem Zapfen von Warmwasser wird kaltes Wasser mit einer Temperatur von beispielsweise 10-20ºC am Boden des Wasserts zugeführt. Daher besteht eine kalte Zone am unteren Ende des Wassertanks fort, so daß die Kapazität des Wassertanks nur teilweise genutzt wird.Every time hot water is drawn, cold water with a temperature of, for example, 10-20ºC is added to the bottom of the water tank. Therefore, there is a cold Zone at the bottom of the water tank, so that the capacity of the water tank is only partially used.

Am oberen Ende des Wassertanks ist das Wasser am wärmsten, beispielsweise 60ºC, so daß zwischen der kalten und der oberen warmen Zone ein Übergangsbereich besteht, in dem eine Temperatur in der Größenordnung von ungefähr 40ºC herrscht. Dies ist eine Temperatur, bei der die Legionella-Bakterien gut gedeihen, was unerwünscht ist. Ferner entsteht in der oberen Erhitzerhälfte kaum eine Strömung, wodurch das Bakterienwachstum gefördert wird und das Erreichen einer gleichmäßigen Temperaturverteilung im Wasser behindert wird.At the top of the water tank the water is warmest, for example 60ºC, so that between the cold and the upper warm zone there is a transition area, where the temperature is in the order of about 40ºC. This is a temperature at which the Legionella bacteria thrive, which is undesirable. In addition, there is hardly any flow in the upper half of the heater, which promotes bacterial growth and hinders the achievement of an even temperature distribution in the water.

Fig. 2 ist eine schematische, teilweise geschnittene Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Erhitzers. Bei dem dargestellten Beispiel weist der Brauchwassererhitzer 20 einen Wassertank 23 auf, der aus einem unteren und einem oberen tiefgezogenen Gehäuseteil 21, 22 besteht. Die beiden Gehäuseteile sind, wie bei 24 dargestellte, etwa in der Mitte des Tanks zusammengeschweißt. In dem dargestellten Beispiel sind sämtliche Anschlüsse am Boden des Tanks angeordnet, jedoch ist dies nicht unbedingt erforderlich. Bei 25 ist ein Kaltwasserzuleitungsanschluß dargestellt. Im Wassertank, auf der Höhe des Anschlusses 25, ist eine Ablenkeinrichtung 26 vorgesehen, die eine Verteilung des einströmenden Kaltwassers bewirkt. Bei dem dargestellten Beispiel ist die Ablenkeinrichtung plattenförmig.Fig. 2 is a schematic, partially sectioned view of an embodiment of a heater according to the invention. In the example shown, the domestic water heater 20 has a water tank 23, which consists of a lower and an upper deep-drawn housing part 21, 22. The two housing parts are welded together approximately in the middle of the tank, as shown at 24. In the example shown, all connections are arranged at the bottom of the tank, but this is not absolutely necessary. A cold water supply connection is shown at 25. In the water tank, at the level of the connection 25, a deflection device 26 is provided, which distributes the incoming cold water. In the example shown, the deflection device is plate-shaped.

Bei 27 ist die Warmwasserzapfstelle dargestellt. Diese Zapfstelle besteht aus einem Anschlußstück 28, das mit einem Rohr 29 verbunden ist, welches sich in dem Wassertank in die Nähe des oberen Endes erstreckt, so daß das gezapfte Wasser vom oberen Bereich des Tanks kommt.The hot water tap is shown at 27. This tap consists of a connector 28 which is connected to a pipe 29 which extends into the water tank near the upper end so that the tapped water comes from the upper part of the tank.

Der Hauptunterschied zwischen dem Erhitzer der Fig. 1 und demjenigen der Fig. 2 besteht in der mit der Warmwasserquelle, beispielsweise einem Zentralheizungsbrenner, verbundenen Rohrleitung. Eine doppelte gewundene Spule, die vollständig in der unteren Hälfte des Wassertanks angeordnet ist, erstreckt sich zwischen einem ersten Anschlußpunkt 31 zum Zuleiten von Warmwasser, der an dem Boden des Wassertanks vorgesehen ist, und einem Anschlußpunkt 30 für eine Rücklaufleitung zum Zentralheizungsbrenner, die bei diesem Beispiel ebenfalls am Boden angeordnet ist. Die doppelte gewundene Spule weist einen äußeren Teil 32 mit einem relativ großen Durchmesser und einen inneren Teil 33 auf, der in dem äußeren Teil angeordnet ist und einen kleineren Durchmesser hat.The main difference between the heater of Fig. 1 and that of Fig. 2 is the connection to the hot water source, for example a central heating burner. connected pipework. A double wound coil, arranged entirely in the lower half of the water tank, extends between a first connection point 31 for supplying hot water, provided at the bottom of the water tank, and a connection point 30 for a return pipe to the central heating burner, which in this example is also arranged at the bottom. The double wound coil comprises an outer part 32 with a relatively large diameter and an inner part 33 arranged in the outer part and having a smaller diameter.

Die doppelte gewundene Spule befindet sich exakt im Bereich der kältesten Zone, so daß die Wärmeübertragung mit der größten Effizienz erfolgen kann. Somit ist eine geringere Gesamtlänge der Spule im Prinzip ausreichend.The double wound coil is located exactly in the coldest zone so that heat transfer can take place with the greatest efficiency. Thus, a shorter overall length of the coil is in principle sufficient.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich die äußere Spule 32 in einiger Entfernung von der Innenwand des Wassertanks. Diese Konfiguration kann zu einer Strömung im Wassertank führen, welche von dem Bereich in der Spule aufwärts gerichtet ist, sich im oberen Bereich des Wassertanks ausbreitet und anschließend entlang der Innenwand des Wassertanks zurückströmt. Eine solche Zirkulationsströmung führt zu einer gleichmäßigeren Wasserverteilung innerhalb des Wassertanks. Auf diese Weise wird ein wirkliche Kaltzone vermieden, ebenso wie eine Zone, die für das Wachstum von Bakterien und für stehendes Wasser vorteilhaft ist.In the illustrated embodiment, the outer coil 32 is located some distance from the inner wall of the water tank. This configuration can result in a flow in the water tank that is directed upwards from the area in the coil, spreads out in the upper area of the water tank and then flows back along the inner wall of the water tank. Such a circulating flow results in a more even distribution of water within the water tank. In this way, a true cold zone is avoided, as well as a zone that is favorable for the growth of bacteria and for stagnant water.

Experimente haben gezeigt, daß bei Verwendung einer doppelten gewundenen Spule in lediglich der unteren Hälfte des Wassertanks, das effektive Volumen des Wassertanks auf 90% und mehr des realen Tankvolumens ansteigen kann.Experiments have shown that by using a double wound coil in only the lower half of the water tank, the effective volume of the water tank can increase to 90% or more of the actual tank volume.

Bei dem dargestellten Beispiel fließt das Zentralheizungswasser zuerst durch die innere Spule 33 vom Boden nach oben und dann durch die äußere Spule 32 vom oberen Ende nach unten. Diese Art des Anschlusses begünstigt die Bildung einer Strömung im Brauchwasser des Wassertanks, wie bereits beschrieben.In the example shown, the central heating water flows first through the inner coil 33 from the bottom upwards and then through the outer coil 32 from the top downwards. This type of connection promotes the formation of a flow in the domestic water of the water tank, as already described.

Die Anschlußstellen 25, 27, 30 und 31 können an anderen Stellen durch die Tankwand geführt werden.The connection points 25, 27, 30 and 31 can be routed through the tank wall at other points.

Claims

1. Domestic water heater (20) with a closed water tank (22) with a first connection (25) for supplying cold water, a second connection (28) for tapping hot water and a closed pipe (32, 33) in the water tank (23) through which hot water supplied from a suitable hot water source circulates during operation, the pipe having a double-wound coil with an outer helically bent tube (32) located at some distance from the inner wall of the water tank and an inner helically bent tube (31), the double-wound coil being mounted entirely in the lower half (22) of the water tank (23) such that the coil is in direct contact with the water surrounded by the coil and with the water between the coil and the inner wall of the water tank (23), and the water tank consisting of two deep-drawn housing areas (21, 22) which are connected by a weld seam (24) located approximately halfway through the tank (23).

2. Domestic water heater according to the preceding claim, characterized in that the pipe (32, 33) is connected in such a way that, during operation, the water supplied by the hot water source first flows upwards from below through the inner spirally bent pipe (33) and then flows downwards from above through the outer spirally bent pipe (32).

3. Domestic water heater according to one of the preceding claims, characterized in that the connections for the pipeline (32, 33) and for supplying cold water and for tapping hot water are arranged in the bottom of the lower housing part (22).

4. Domestic water heater according to one of the preceding claims, characterized in that the connection (28) for tapping hot water in the lower part (22) of the water tank (23) and is provided with a pipe (29) which extends in the water tank (23) up to close to its upper wall.