DE69515220T2

DE69515220T2 - Kesselvorrichtung, insbesondere Kombikessel mit unmittelbarer Abgabe von heissem Brauchwasser

Info

Publication number: DE69515220T2
Application number: DE69515220T
Authority: DE
Inventors: Giorgio Scanferla
Original assignee: GIANNONI SpA
Current assignee: GIANNONI SpA
Priority date: 1994-07-15
Filing date: 1995-07-01
Publication date: 2000-11-09
Anticipated expiration: 2015-07-02
Also published as: IT1271673B; EP0692682B1; ES2146286T3; DE69515220D1; ITMI941487A1; EP0692682A1; ITMI941487A0

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Boilereinrichtung, bevorzugt, aber nicht ausschließlich vom sogenannten kombinierten Typ, die folgendes aufweist: einen Boileroder Boiler, einen ersten Gas-Wasser-Wärmetauscher, um heißes Primärwasser zur Raumheizung zu erzeugen, der mit einem zweiten Wasser- Wasser-Wärmetauscher, um heißes Brauchwasser zu erzeugen, durch ein primäres Leitungssystem in einer Wärmetauschrelation ist.
In der nachstehenden Beschreibung und in den beigefügten Ansprüchen bezeichnet der Begriff "Boiler" bzw. "Kessel" vom sogenannten kombinierten Typ einen Boiler oder Kessel, der imstande ist, sowohl heißes Wasser zur Raumheizung oder Primärwasser und heißes Brauchwasser zu liefern.
Wie bekannt ist, steigt auf dem Gebiet von Haushaltskesseln für den Haushaltsgebrauch und insbesondere derjenigen vom sogenannten kombinierten Typ ständig der Bedarf, eine unmittelbare Abgabe von Brauchwasser mit der gewünschten Temperatur sicherzustellen, und immer kompaktere und leichtere Boilerherzustellen.
Um dieses Erfordernis zu befriedigen, werden in der Technik sogenannte Speicherboiler in großem Umfang verwendet, bei denen eine bestimmte Menge an gebrauchsfertigem heißem Wasser, und zwar als Brauchwasser oder zur Raumheizung, in einem Tank gespeichert ist, der in dem primären Leitungssystem des Kessels vorgesehen ist und dazu verwendet wird, innerhalb einer relativ kurzen Zeit heißes Brauchwasser zu liefern.
Demgemäß beschreibt beispielsweise das deutsche Gebrauchsmuster DE-U-91 15 237 einen Speicherkessel, der folgendes aufweist: einen ersten Gas-Wasser-Wärmetauscher, einen zweiten Wasser-Wasser-Wärmetauscher und einen Speicherungs- und Expansionstank, der an seiner Außenoberfläche mit Isolier schichten versehen und in Reihe mit dem zweiten Wärmetauscher angeordnet ist.
Speicherboiler erfüllen zwar im wesentlichen den Zweck; sie ermöglichen es jedoch nicht, daß die gewünschte bauliche Vereinfachung des Kessels und die Eigenschaften einer hohen Kompaktheit und einer geringen Größe, die vom Markt immer mehr verlangt werden, vollständig erreicht werden.
Das der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende technische Problem besteht also darin, eine Boilereinrichtung, insbesondere, aber nicht ausschließlich vom sogenannten kombinierten Typ, zu entwickeln und anzugeben, die es ermöglicht, das obengenannte Erfordernis, eine unmittelbare Abgabe von heißem Brauchwasser sicherzustellen und gleichzeitig eine möglichst geringe Größe und ein möglichst geringes Gewicht zu haben, die mit der von dem Boiler zu erbringenden Leistung kompatibel sind, in all seinen Aspekten zu befriedigen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dieses Problem von einer Boilereinrichtung des obengenannten Typs gemäß der Definition in dem beigefügten Anspruch 1 gelöst.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die gewünschte Größen- und Gewichtsverringerung der Boilereinrichtung dadurch erreicht, daß in dem primären Leitungssystem des Boilers eine kombinierte Einheit vorgesehen ist, wobei die Reservoire, die erforderlich sind, um heißes Wasser zu speichern und die Wärmeausdehnung des in dem primären Leitungssystem (Expansionskammer) zirkulierenden Wassers zu kompensieren, in einem einzigen und gemeinsamen Tank kombiniert sind, der eine Blasenmembran aufweist.
Gemäß der Erfindung weist die Speicherungs- und Expansionseinheit einen einzigen Tank auf, der eine geeignete Einrichtung hat, die sowohl die Speicherung von heißem Primärwasser als auch die Kompensation der Wärmeausdehnung, der das Wasser während des Betriebs des Kessels ausgesetzt ist, ermöglicht, wobei die obengenannte Einrichtung die Blasenmembran ist, in der eine in dem Tank gehalterte Speicherzone für heißes Wasser gebildet ist, wobei sich die Blasenmembran in Abhängigkeit von der Temperatur des gespeicherten heißen Wassers frei ausdehnen oder zusammenziehen kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Speicherungs- und Expansionseinheit zwischen dem obengenannten ersten und zweiten Wärmetauscher und im Inneren des Boilerkörpers installiert.
Auf diese Weise ist es möglich, optimale Eigenschaften hinsichtlich Kompaktheit und baulicher Vereinfachung des Boilers zu erreichen und gleichzeitig die Speicherkapazität von gebrauchsfertigem heißem Wasser im wesentlichen unverändert aufrechtzuerhalten.
Weitere Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich deutlicher aus der genauen Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, die nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beispielhaft erfolgt. Die Zeichnungen zeigen in:
Fig. 1 eine Perspektivansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer Boilereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine Perspektivansicht einer zweiten Ausführungsform der Boilereinrichtung gemäß Fig. 1; und
Fig. 3 ein vereinfachtes Leitungsdiagramm der Boilereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Es wird nun auf die obengenannten Figuren der Zeichnung Bezug genommen. 1 bezeichnet einen Boiler, insbesondere einen Wandboiler vom sogenannten kombinierten Typ, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Der Boiler 1 weist einen Behälter 2 auf, der von im wesentlichen parallelepipedförmiger Gestalt ist und an der Vorderseite ein Bedienfeld 3 hat, das eine elektronische Steuereinheit aufweist, wobei das Bedienfeld 3 eine an sich bekannte elektronische Steuereinheit zum Steuern und Regulieren des Boilers aufweist.
In dem Behälter 2 sind die verschiedenen Komponenten des Boilers 1 - die in Fig. 3 schematisch gezeigt sind - herkömmlich auf an sich bekannte Weise gehaltert.
Insbesondere weist der Boiler 1 einen Gas-Wasser-Wärmetauscher 4 zum Erzeugen von heißem Primärwasser zur Raumheizung (nachstehend als "Primärwärmetauscher" bezeichnet) auf, der - durch ein primäres Leitungssystem, das pauschal mit 5 bezeichnet ist - mit einer Vielzahl von Radiatorelementen 6 und mit einem zweiten Wasser-Wasser-Wärmetauscher 7 zur Erzeugung von heißem Brauchwasser (nachstehend als "zweiter Wärmetauscher" bezeichnet) in Fluidverbindung steht.
In dem primären Leitungssystem 5 sind drei Fluidbahnen, die zu einer Schleife zusammengeschlossen sind und in paralleler Beziehung zueinander stehen, ausgebildet, um den ersten Wärmetauscher 4 mit den Radiatorelementen 6, mit einer ersten Wasserspeicherungs- und Expansionseinheit 8 bzw. mit dem zweiten Wärmetauscher 7 zu verbinden.
Eine erste Bahn, die in Fig. 3 mit 9 bezeichnet ist, weist folgendes auf: einen ersten Zweig 9a, der in dem Boiler 1 gebildet ist und Kanäle 10, 11 zur Wasserabgabe an den ersten Wärmetauscher 4 bzw. zur Rückleitung daraus aufweist, und einen zweiten Zweig 9b, der außerhalb des Boilers 1 angeordnet ist und Abgabe- und Rückleitungskanäle 12, 13 aufweist, die mit den Radiatorelementen 6 verbunden sind.
Der obengenannte innere Zweig 9a und der obengenannte äußere Zweig 9b der Fluidbahn 9 sind durch ein in den Figuren nicht gezeigtes Paar von Anschlußeinheiten vom herkömmlichen Typ miteinander verbunden.
Eine zweite Fluidbahn ist mit 14 bezeichnet und weist folgendes auf: einen Wärmetauscher 4, ein Paar von Kanälen 15, 16, die der Speicherungs- und Expansionseinheit 8 Primärwasser zuführen bzw. Primärwasser daraus entnehmen, ein hydraulisch gesteuertes Dreiwegeventil 17 und ein Paar von Kanälen 18, 19, die Primärwasser zu dem Wärmetauscher 4 zurückleiten.
Eine dritte Fluidbahn 20 weist folgendes auf: den Kanal 10 zur Wasserabgabe an den ersten Wärmetauscher 4, die Kanäle 15, 16, die der Speicherungs- und Expansionseinheit 8 Primärwasser zuführen bzw. Primärwasser daraus entnehmen, das Dreiwegeventil 17 und ein Paar von Abgabe- und Rückleitungskanälen 21, 22, die mit dem zweiten Wärmetauscher 7 verbunden sind.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der obengenannte Kanal 22 auf bekannte Weise mit dem Kanal 19 zum Rückleiten des Primärwassers zu dem Wärmetauscher 4 verbunden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der in Fig. 1 gezeigten Boilereinrichtung sind die Fluidbahnen 14 und 20 vollständig innerhalb des Behälters 2 gehaltert.
Gemäß einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung wird der Durchfluß von Primärwasser in jeder der Fluidbahnen 9, 14 und 20 durch eine drehzahlregelbare Pumpe 23 vom bekannten Typ, die ein Dreiwegeventil aufweist, gefördert.
Der Durchfluß von Primärwasser wird auch durch das Dreiwegeventil 17 zu der einen oder der anderen der im Inneren des Boilers vorgesehenen parallelen Fluidbahnen 14 und 20 hin gerichtet, wie nachstehend im einzelnen beschrieben wird.
Insbesondere wird das Dreiwegeventil 17 auf bekannte Weise von einem einen Durchflußsensor aufweisenden Stellglied 31, das an einem Kanal 24 angebracht ist, angetrieben, wobei der Kanal 24 vorgesehen ist, um dem zweiten Wärmetauscher 7 kaltes Brauchwasser, das aus der Hauptwasserleitung entnommen wird, zuzuführen.
25 bezeichnet einen Kanal, der sich von dem zweiten Wärmetauscher 7 aus erstreckt und heißes Brauchwasser an die Verbraucher abgeben soll.
Auf ein Weise, die zu der für die Kanäle 12 und 13 angegebenen äquivalent ist, sind die obengenannten Kanäle 24 und 25 ebenfalls mit - nicht gezeigten - Anschlußeinheiten vom herkömmlichen Typ zur Verbindung mit einem externen System zur Verteilung des heißen Brauchwassers an die Verbraucher versehen, wobei das System seinerseits mit entsprechenden, ebenfalls nicht gezeigten Anschlußeinheiten versehen ist, die wasserdicht daran zu montieren sind.
Gemäß der Erfindung weist die Speicherungs- und Expansionseinheit 8 für heißes Primärwasser einen Tank 26 auf, in dem eine Membran 27 vom sogenannten Blasentyp herkömmlich gehaltert ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist in der Membran 27, die zum Kompensieren der Wärmeausdehnung des Primärwassers vorgesehen ist, eine Zone 28 zum Speichern einer vorbestimmten Menge an heißem Primärwasser gebildet, dessen Temperatur von einem Thermostat 30 vom herkömmlichen Typ ständig gemessen und geregelt wird.
Zwischen der Membran 27 und dem Tank 26 ist außerdem ein Luftraum 29 mit veränderlichem Volumen gebildet, der Luft, die fakultativ unter Druck steht, oder ein anderes geeignetes Gas aufweist.
Der Betrieb des vorstehend beschriebenen Boilers 1 ist wie folgt.
Wenn kein Brauchwasser entnommen wird und die Einrichtung in dem Raumheizungsmodus ist, fördert die Pumpe 23 die Zirkulation des Fluids von dem Kanal 13 zu dem Kanal 10 für eine Wasserabgabe an den ersten Wärmetauscher 4 und schaltet den Kanal 19 ab, während das Dreiwegeventil 17 den Kanal 16 schließt.
In dieser Betriebsart zirkuliert das heiße Primärwasser ausschließlich in der Fluidbahn 9, um einen Teil der dieser von dem primären Wärmetauscher 4 zugeführten Wärme an die Radiatorelemente 6 abzugeben.
Wenn kein Brauchwasser entnommen wird, wird ferner die Temperatur des in der Einheit 8 gespeicherten heißen Primärwassers aufgrund des Eingreifens des Thermostats 30 auf einem konstanten Wert gehalten.
Immer wenn die Temperatur des gespeicherten Wassers unter einen vorgegebenen Schwellenwert fällt, treibt dieser Thermostat den Brenner des Boilers an, um an den ersten Wärmetauscher 4 die maximale Wärmeleistung abzugeben, stoppt jeden Fluiddurchfluß in der Bahn 9 mit Hilfe der Pumpe 23 und schaltet das Dreiwegeventil 17 ein, um einen Durchfluß von Primärwasser von dem Kanal 16 zu dem Kanal 18 zu ermöglichen.
Auf diese Weise fließt das Primärwasser nur in der Fluidbahn 14 und umgeht sowohl die Radiatorelemente 6 als auch den zweiten Wärmetauscher 7.
Sobald heißes Brauchwasser entnommen wird, treibt das den Durchflußsensor aufweisende Stellglied 31 die Pumpe 23 und das Dreiwegeventil 17 an, um einen Durchfluß von Primärwasser von dem Kanal 16 zu dem Kanal 21, d. h. von der Speicherungs- und Expansionseinheit 8 zu dem zweiten Wärmetauscher 7 und von dort zu dem ersten Wärmetauscher 4 zu ermöglichen.
In dieser Betriebsart fließt daher das Primärwasser ausschließlich in der Fluidbahn 20 unter Umgehung der Radiatorelemente 6.
Auf diese Weise wird in der Einheit 8 gespeichertes heißes Primärwasser unmittelbar zu dem zweiten Wärmetauscher 7 geschickt, wo es seine Wärme an das aus der Hauptwasserleitung entnommene kalte Wasser abgibt und somit eine rasche Abgabe von heißem Wasser aus dem Boiler 1 ermöglicht.
Das von dem ersten Wärmetauscher 4 erwärmte Primärwasser wird durch die Pumpe 23 der Einheit 8 zugeführt, um das gespeicherte heiße Wasser zu ersetzen, das an den zweiten Wärmetauscher 7 abgegeben wurde.
Durch Einstellen der durch die Pumpe 23 abgegebenen Durchflußmenge ist es möglich, aus der Einheit 8 die kleinste Menge an heißem Primärwasser zu entnehmen, die erforderlich ist, um den gewünschten Temperaturpegel des Brauchwassers zu erzielen.
Vorteilhafterweise kann diese Einstellung durch einen nicht gezeigten Thermostat erfolgen, der an dem Kanal 25 vorgesehen ist und die durch die Pumpe 23 abgegebene Durchflußmenge und fakultativ auch die von dem Brenner an den ersten Wärmetauscher 4 abgegebene Wärmeleistung regelt.
Wenn die Brauchwasserentnahme beendet ist und in Abhängigkeit von der von dem Thermostat 30 detektierten Temperatur kehrt der Boiler zu den vorher bestehenden Betriebsbedingungen zurück oder speichert frisches heißes Primärwasser in der Einheit 8, wie vorstehend beschrieben wurde.
Es versteht sich, daß bei sämtlichen beschriebenen Betriebsarten die Einheit 8 nicht nur die wichtige Funktion eines Wärmespeichers erfüllt, der imstande ist, dem zweiten Wärmetauscher 7 gebrauchsfertiges heißes Wasser zu liefern, sondern sie kompensiert auch sämtliche thermischen Ausdehnungen/Kontraktionen des Primärwassers, so daß ein ordnungsgemäßer Betrieb des Boilers 1 gewährleistet ist.
In jeder der obengenannten Betriebsarten werden der Brenner des ersten Wärmetauschers 4 und/oder die Pumpe 23 - durch bekannte Verfahren - hochgefahren, wenn sie im Bereitschaftsmodus sind.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, die in Fig. 2 gezeigt ist, ermöglicht der Boiler 1 eine unmittelbare Abgabe von heißem Brauchwasser, wobei der Platzbedarf auch dann auf ein Minimum reduziert ist, wenn die Speicherungs- und Expansionseinheit 8 außerhalb des Behälters 2 installiert ist.
Bei einer anderen, nicht gezeigten Ausführungsform der Boilereinrichtung gemäß der Erfindung können sowohl die Speicherungs- und Expansionseinheit 8 als auch der zweite Wärmetauscher 7 mit zugeordneten Einlaß- und Auslaßkanälen außerhalb des Kessels 2 installiert sein.
Diese zusätzlichen Varianten ermöglichen - falls erforderlich - eine Installation des Boilerbehälters und der Einheit 8 und fakultativ des zweiten Wärmetauschers 7 in separaten Räumen und erreichen, wenn auch zu einem geringeren Grad, die gewünschte Verringerung der Gesamtgröße des Boilers.
Aus der vorstehenden Beschreibung und Erläuterung sind die verschiedenen Vorteile ersichtlich, die durch die vorliegende Erfindung erzielt werden.
Aus funktioneller Sicht ermöglicht die Boilereinrichtung der vorliegenden Erfindung zusätzlich zu der unmittelbaren Abgabe von heißem Brauchwasser mit auf ein Minimum verringerten Wartezeiten einen allmählichen und auf jeden Fall verringerten Verbrauch des in der Speicherungs- und Expansionseinheit 8 gespeicherten Primärwassers.
Der Boiler gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht also eine optimale Nutzung der gespeicherten Wärme, die dosiert werden kann, um den verschiedensten Anforderungen der Entnahme von heißem Brauchwasser auf eine äußerst flexible und dauerhafte Weise zu genügen.
Das Integrieren der Speicherungs- und Expansionsfunktionen in der gleichen Einheit ermöglicht es auch, die gewünschte unmittelbare Abgabe von heißem Brauchwasser zu erzielen, während gleichzeitig ein Boiler von äußerst geringer Größe und geringem Gewicht verwendet wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Größe des Boilers durch Einbauen der Speicherungs- und Expansionseinheit 8 im Inneren des Boilerbehälters auf ein Minimum reduziert.
Vorteilhafterweise trägt ferner der Luftraum 29 zwischen der Blasenmembran 27 und dem Tank 26 zur Wärmedämmung der Membran 27 bei, so daß ein Reduzieren und in manchen Fällen ein Eliminieren der Isolierschichten möglich ist, die normalerweise an der Außenoberfläche der bekannten Speichertanks vorgesehen sind.
Durch das Integrieren der Speicherungs- und Expansionsfunktionen in einer einzigen Konstruktion, d. h. der Einheit 8, wird der weitere beachtliche Vorteil einer "Selbstregelung" der Primärwasser-Speicherkapazit in der Membran 27 erzielt.
Im Winter, wenn das Primärwasser seine maximale Temperatur und somit auch seine maximale Volumenausdehnung erreicht, ist die Speicherkapazität in der Zone 28 auf ihrem höchsten Wert und ermöglicht also eine ausreichende Kompensation der Wärmeverluste in den verschiedenen Kanälen.
Im Sommer ist umgekehrt, wenn der Boiler 1 in dem Modus der Abgabe von heißem Brauchwasser arbeitet und das Primärwasser auf den untersten Grad der Volumenausdehnung fällt, die Speicherkapazität in der Zone 28 auf ihrem niedrigsten Wert und mit der geringeren thermischen Trägheit des zweiten Wärmetauschers 7 und den geringeren Wärmeverlusten aufgrund der verschiedenen Kanäle perfekt im Einklang.

Claims

1. Boilereinrichtung, insbesondere vom sogenannten kombinierten Typ, die folgendes aufweist:

- einen Boiler,

- einen ersten Gas-Wasser-Wärmetauscher (4), um heißes Primärwasser zur Raumheizung zu erzeugen,

- einen zweiten Wasser-Wasser-Wärmetauscher (7), um heißes Sanitärwasser zu erzeugen,

- ein primäres Leitungssystem (5), um den ersten Gas- Wasser-Wärmetauscher (4) und den zweiten Wasser-Wasser- Wärmetauscher (7) in eine Wärmetauschrelation zu bringen,

- eine Einheit (8), die einen Tank (26) zur Speicherung und Expansion von dem heißen Primärwasser aufweist, der in dem primären Leitungssystem (5) vorhanden ist, und

- eine Einrichtung, um die Einheit (8) in Fluidverbindung mit dem zweiten Wasser-Wasser-Wärmetauscher (7) zu bringen,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Tank (26) eine Blasenmembran (27) aufweist, in der eine Speicherzone (28) für das heiße Primärwasser gebildet ist.

2. Boilereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheit (8) zur Speicherung und Expansion von heißem Primärwasser zwischen dem ersten Gas-Wasser-Wärmetauscher (4) und dem zweiten Wasser-Wasser-Wärmetauscher (7) angeordnet ist.

3. Boilereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung, um die Einheit (8) zur Speicherung und Expansion von heißem Primärwasser in Fluidverbindung mit dem zweiten Wasser-Wasser-Wärmetauscher (7) zu bringen, mindestens eine Leitung (16, 21) mit entsprechenden Ventileinrichtungen (17) aufweist.

4. Boilereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtungen (17) von einem Betätigungsorgan (31) angetrieben sind, das einen Strömungsdetektor aufweist, der an einer Leitung (24) angebracht ist, um kaltes Sanitärwasser dem zweiten Wasser-Wasser-Wärmetauscher (7) zuzuführen.

5. Boilereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner in dem primären Leitungssystem (5) eine Einrichtung aufweist, um den zweiten Wasser-Wasser-Wärmetauscher (7) zu umgehen, wobei sie mindestens eine Leitung (18) mit einer entsprechenden Ventileinrichtung (17) aufweist.