DE7010442U

DE7010442U - Heizkessel zur erhitzung von wasser

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Publication number: DE7010442U
Application number: DE19707010442
Authority: DE
Original assignee: Electricity Council
Current assignee: Electricity Council
Priority date: 1969-03-20
Filing date: 1970-03-20
Publication date: 1974-11-21
Also published as: GB1296992A; JPS507291B1; SE347072B; FR2039749A5; DE2013565A1; DE2013565B2; BE747632A

Description

Patentanvälte Dipl.-Ing. fVWeick'mann,

Dipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A-Weickmann, Dipl.-Chkm. B. Huber

t MÜNCHEN 86, DEN 29.

G 70 10 442.6 postfach i6os2o MDHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 913921/22

THE ELECTRICITY COUNCIL 30 Millbank, London S₈W.1 England

/fle:i.zke.Bsel zur Erhitzung von Wasser^v

Die Neuerung bezieht sich auf einen .Heizkessel zur Erhitzung von Wasser, im folgenden Heißwassererzeuger genannt, wie

er beispielsweise fUr Warmwasserheizungen oder Zentralheizungen in Gebäuden verwendet werden kann.

Die Neuerung nutzt die hohe Energiespeicherkapazität aus, welche mit thermischen Speichereinheiten erreicht werden kann. Solcüe Einheiten haben eine sehr hohe Energiespeicherkapazität pro Volumeneinheit, und es ist daher möglich, solche Einheiten als ein Speichermedium zu verwenden, von dem Wärme mit einer hohen Entnahmerate entnommen werden kann, wenn es erforderlich ist. Solche Einheiten können durch elektrische Heizmittel auf einer geeigneten, hohen Temperatur gehalten werden. Die elektrischen Heizmittel können beispielsweise Widerstandsheizer sein, die in der Einheit eingebettet sind.

Die Neuerung betrifft einen Heißwassererzeuger, der folgende Teile uäifa3t: einen thermischen Speicherkern, Mittel zur Erhitzung

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des Kernes auf sine Temperatur oberhalb des Siedepunktes von Wasser, einen Dampf- und Wasserraum oberhalb des Kernes, Mittel die den erwähnten Raum mit einer Wasserzuführungsquelle und einem Durchgang, d.h. einer Röhre verbinden, welche sich von dem Raum in den Kern erstreckt, wobei der Durchgang sich nach oben in den Raum erstreckt und eine Dampföffnung sowie ein unterhalb der Dampföffnung angeordnetes Wasserzuführungsloch aufweist, so daß der sich in dem Raum durch Verdampfung von Wasser innerhalb des Durchganges entwickelnde Druck den Wasserpegel in dem M_>y Raum außerhalb des Durchganges unter das Wasserzuführungsloch drückt.

Das Wasser in dem Raum kann entweder direkt als Heißwasser-, d. h. für häusliche Zwecke oder für Zentralheizungszwecke verwendet werden oder es kann durch ein W&rmeaustauschersystea geschickt werden, um anderes Wasser zu erhitzen.

Bei dieser Anordnung fällt in die Röhre eintretendes

,. Wasser durch das Wasserzuführungsloch nach unten in den

Kern und wird verdampft. Der Dampf erzeugt Druck in dem zuvor erwähnten Dampf- und Wasserraum oberhalb des Kernes; der Kaum ist bis auf das Wasserzuführungsloch abgeschlossen. Der Dampfdruck drückt den Wasserpegel gegen den Zuführungsdruck nach unten, bis der Wasserpegel unterhalb des Zuführungsloches liegt. Das System ist selbstregulierend, derart, daß es einen Druck aufrechterhält, der gleich dem Zuführungsdruck ist, der sehr gering sein kann. Das Wasser kann zu diesem Zweck aus einem Hilfsreservoir entnommen und dem System zugeführt werden; ein solches Reservoir reduziert die Schwankungen des Wasserpegels.

Das Wasser in dem Raum kann direkt als Heißwasser abgezogen werden, vorzugsweise wird es jedoch dazu benutzt, um anderes Wasser indirekt in einem Wärmeaustauscher zu

erhitzen. Dieses andere Wo0ser >ann sich beispielsweise f. in einem Mantelkühler befinden, der den Dampf- und Wasser- | raum umgibt. Wenn Wasser direkt aus dem Raum abgezogen wird, J so tritt kaltes Wasser in den Raum und kondensiert den ;.

Dampf. 'nenn Wasser aus dein Wärmeaustauscher abgezogen wird, | so wird ebenfalls Dampf kondensiert. In jedem Fall steigt der Wasserpegel und wenn er das Zuführungsloch erreicht, tritt Wasser in den Durchgang ein, so daß wiederum mehr Dampf erzeugt wird. Wenn ein Wärmeaustauscher verwendet wird, so sieht man einen Puffertank vor, damit eine Anpassung an das schwankende Volumen des aus dem verdampften Wasser entstehenden Dampfes erfolgt.

Der zuvor erwähnte Durchgang kann von einer Röhre oder von mehreren Röhren gebildet sein. In einigen Fällen ist es auch zweckmäßig, den Durchgang als Hohlplatte auszubilden, die an einem Ende offen ist. Ein Teil des Durchgangs kann von dem Material des Kernes gebildet sein. Oberhalb des Kernes ist der Durchgang von einem Hohlelement gebildet, welches zweckmäßigerweise eine Röhre ist.

Vorteilhafterweise sieht man Ventilierungsmittel vor, um desn sich innerhalb der Kappe ausbildenden Dampf abzusaugen.

Die Ventilierungsmittel können von einem Puffertank mit einer Luftschleuse gebildet sein, wobei die Luftschleuse ein Durchmischen des zirkulierenden Wassers und des zu erhitzenden Wassers verhindert.

Insbesondere bei einem Heißwassererzeuger ohne Wärmeaustauscher ist es vorteilhaft, eine kleine Luftdurchtrittsöffnung zu dem Dampfratun vorzusehen, damit die Luft innerhalb der Kappe entweichen kann.

Um die Schwankung (Schwingung) des Wasserpegels zu reduzieren, kann ein Reservoir vorgesehen werden, welches ein zweites Zuführungsloch für die Zuführung von Wasser in das Reservoir aufweist. Dieses Zuführungsloch kann oberhalb oder unterhalb des Loches liegen, das das Reservoir mit dein Durchgang verbindet. Eine Möglichkeit der Steuerung der Wassertemperatur besteht darin, ein temperaturempfindliches Gerät vorzusehen, welches das zweite Euführungsloch bei einer vorbestimmten Temperatur schließt. Bei einer anderen Anordnung zur Steuerung der Temperatur weist der Wärmeaustauscher zwei Räume auf, durch welche das zu erhitzende Wasser strömen kann. Die beiden Räume sind durch eine temperaturempfindliche Einrichtung so miteinander verbunden, daß eine Mischung des Wassers in den Räumen möglich ist, wenn die Einrichtung offen ist und daß eine Mischung des Wassers verhindert wird, wenn die Einrichtung geschlossen ist. Die Wärmsübertragungsrate hängt von dem Betrieb dieser Einrichtung ab. Zweckmäßigerweise hat nur einer der Räume eine Wärmeübertragungs fläche. Die Erhitzung des Wassers kann dadurch gestoppt werden, daß der PIuO zu diesem Raum blockiert wird.

Nachfolgend wird die Neuerung anhand der Zeichnungen beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Ausführungsform eines Heißwassererzeugers ;

Fig. 2 einen Schnitt durch eine modifizierte Ausführungsform des Heißwassererzeugers;

Fig. 3 einen Schnitt durch einen Heißwassererzeuger, der eine

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Temperatursteuerungseinrichtung aufweist;

Fig- 4 einen Schnitt durch Pxnen Heißwassererzeuger, der mit einer anderen Temperatursteuerungseinrichtüng versehen ist;

Fig. 5 die schematische Darstellung eines Heißwassererzeugers für ;eine Gebäudezentralheizung.

/?* Bei den in den Zeichnungen dargestellten Heißwassererzeugern ist ein thermischer Speicherkern 10 verwendet. Ein geeignetes Material für den Kern 10 ist "beispielsweise Gußeisen oder feuerbeständiger Ziegelstein. Dieses Material kann auf eine sehr hohe Temperatur weit Über den Siedepunkt von Wasser erhitzt werden. Die Erhitzung kann elektrisch beispielsweise durch einen Widerstandserhitzer erfolgen, der in den thermischen Speieherkern eingebettet ist. Der Einfachheit halber sind die Heizmittel in den Zeichnungen weggelassen worden. Infolge der großen Wärmespeicherkapazität ist es zweckmäßig, den Speicherkern 10 während der Nachtstunden aufzuheiezn, da in dieser Zeit der Stromtarif geringer ist. Im allgemeinen kann der thermische Speicherkern vorteilhafterweise dort eingesetzt werden, wo es auf die hohe Speicherkapazität und darauf ankommt, daß große Wärmeenergiemengen schnell zur Verfügung stehen, wenn heißes Wasser erforderlich ist.

In Fig. 1 ist ein Wasser enthaltender Kessel oberhalb des thermischen Speicherkernes 10 angeordnet. Der thermische Speicherkern 10 ist von einer thermischen Isolation 11 umgeben. Eine Hohlplatte oder Rohre 12 erstreckt sich von dem Kessel 9 aus nach unten in den thermischen Speicherkern. Der Kessel 9 kann von einem thermischen Isolationsmaterial

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umgeben sein, welches in den Zeichnungen der Einfachheit halber weggelassen ist. Über der Röhre 12 erstreckt sich eine Kappe 15. An der Unterseite der Kappe 15 strömt in diese Wasser von dem Kessel 9 ein* Wenn der Wasserpegel die Höhe eines Zi .führungsloches 14 in der Flatte oder Röhre 12 erreicht, tritt das V/asser in die Platte oder Röhre und fällt nach unten in den in dem Kern 10 befindlichen Teil der Röhre, wo es verdampft wird. Der gebildete Dampf sammelt sich innerhalb der Kappe 15» welche einen Dampfspeicherraum bildet.

Das zu erhitzende Wasser wird von einem Einlaß 16 in den Kessel 9 eingeführt und strömt durch einen Auslaß 17 am oberen Teil des Kessels 9 aus diesem aus. Bei der Kondensation des aus dem Kern 10 stammender« Dan^xes wird das Wasser innerhalb des Kessels 9 erhitzt, bxs es nahezu siedet. Inzwischen ist der Pegel des Walsers innerhalb der Kappe durch die Wirkung des sich vergrößerenden Dampfvolumens in der Kappe so weit gefallen, bis r das Zuführungsloch 14 erreicht und bis dieses schließlich freiliegt. Wenn das Zuführungsloch 14 freiliegt, kann kein Wesser mehr von dem Kessel 9 zurück in den Kern über die Röhre 12 fließen. Wenn daher das gesamte Wasser in dem Kern 10 verdampft ist, findet keine weitere Verdampfung mehr statt, bis der Wasserpegel wieder über das Zuführungsloch 14 gestiegen ist.

Wenn über den Auslaß 17 heißes Wasser abgezogen wird, so strömt kaltes Wasser über den Einlaß 16 nach. Der Effekt des kalten Wassers besteht darin, daß es die Temperatur des Wassers innerhalb des Kessels 9 reduziert, wodurch ein Teil des Dampfes kondensiert und sich das Dampfvolumen reduziert. Die Reduktion des Dampfvolumens bewirkt, daß der Wasserpegel in der Kappe über das Zuführungsloch 14 steigt, so daß Wasser in den Kernbereich einströmen kann. Es beginnt nun wieder der Verdampfungszyklus, wobei

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das Wasser in dem Kessel 9 wieder erhitzt wird, bis sich ein Gleichgewichtszustand eingestellt hat, wenn das Zuführungsloch wieder freiliegt. In der Kappe 15 ist eine Luftdurchtrittsoffnung 13 vorgesehen, die sich oberhalb des durch das Zuführungsloch 14 definierten Pegels befindet. Durch die Luftdurchtrittsoffnung 13 kann Luft aus der Kappe 15 entweichen» so daß auf diese Weise eine Luftblockierung verhindert wird. Man hat festgestellt, daß die Menge de3 über die Luftdurchtrittsoffnung 13 entweichenden Dampfes unerheblich ist.

In Fig. 2 ist eine modifizierte Ausführungsform der in Fig. 1 dargestellten Konstruktion gezeigt, bei der das Wasser indirekt erhitzt wird. Wie in Fig. 1 ist hier ein thermischer Speicherkern 10 mit einer Isolation 11 und einer Röhre (oder Hohlplatte) 12 vorgesehen, welche innerhalb des Kernes nach oben geführt ist und in einen Wasserdampfspeicherraum 20 ragt. Der Wasserdampfspeicherraum 20 befindet sich in eines: inneren Kessel eines Wärmeaustauschers, der noch einen äußeren Kessel 21 aufweist, in welchen das zu erhitzende Wasser bei 22 eingeführt wird. Das heiße Wasser wird bei 23 abgezogen. Der äußere Kessel bildet in der dargestellten Konstruktion einen zylindrischen Mantel um den inneren Kessel 20 und weist ferner eine ringförmige Kammer 24 auf, welche zusätzliche Wärmeaustauschflächen bildet. Durch die ringförmige Kammer 24 führen Durchgänge 25, welche die Bereiche des Kessel 20 miteinander verbinden, in welchen sich Dampf sammeln kann.

Die Röhre 12, welche sich von dem oberen Ende des Kernes 10 aus nach oben erstreckt, ist von einem röhrenförmigen Reservoir 26 umgeben, welches an seinem oberen Ende offen ist und an seinem unteren Ende eine Durchtrittsöffnung 27 aufweist. Durch die Durchtrittsöffnung 27 kann Wasser von dem Kessel 20 in das Reservoir eintreten. Von dem Reservoir

kann Wasser über die Durchtrittsöffnung 14 (wie in der In Fig. 1 gezeigten Anordnung) in die Röhre 12 eintreten. Das in die Röhre 12 eintretende Wasser verdampft; der sich bildende Dampf sammelt sich in dem Kessel 20 und drückt den Wasserpegel nach unten, bis er den Gleichgewichtsstand im Bereich des ZufUhrungsloches 14 erreicht

Der innere Kessel ist effektiv ein geschlossener Kessel; wenn der Wasserpegel durch den Dampfdruck nach unten gedrückt wird, so wird überschüssiges Wasser nach unten in K$ einen Puffertank 28 gepreßt. Der Puffertank 28 hat an seinem oberen Ende einen Luftverschluß 29 welcher verhindert, daß sich das in dem Kessel 21 zu erhitzende Wasser und das in dem Kessel 20 zirkulierende Wasser miteinander vermischen.

Wenn heißes Wasser von dem äußeren Kessel 21 abgezogen wird und kaltes Wasser in den Kessel eintritt, so erfolgt eine Kondensation des Dampfes, wodurch sich gleichzeitig das Dampfvolumen verringert. In diesem Fall fließt Wasser durch die Durchtrittsöffnung 27 in das Reservoir 26 und durch das Eintrittsloch 14 in die Röhre 12. Die Durch- /r:\ trittsöffnung 27 kann auf dem gleichen Pegel wie das Ein-'■* trittsloch 14 oder oberhalb des Eintritts?*oshes 14 liegen. Die Einströmeigenschaften hängen von den relativen Positionen des Einströmloches und der Durchtrittsöffnung ab.

Das Reservoir 26 dient dazu, um die Schwankungen (Schwingungen) des Wasserpegels zu reduzieren. Das erfolgt dadurch, daß man das Einströmen des Wassers in den Kern gleichmäßiger gestaltet. Ferner dient das Reservoir 26 dazu, um die unterhalb des Zuführungsloches 27 notwendige Tiefe des äußeren Kessels 21 zu verringern. Der innere Kessel wird anfangs mit Wasser von dem äußeren Kessel 21 gefüllt;

darauf werden die Wasserpegel in den beiden Kesseln dadurch auf gleichen Stand gebracht, daß man Wasser über eine Kante 30 des Puffertanks 28 zurück in den äußeren Kessel 21 fließen läßt. Danach erfolgt keine Mischung des Wassers aus dem äußeren und inneren Kessel mehr. Wenn der Wasserpegel innerhalb des inneren Kessels 20 beispielsweise durch Verdampfung stark sinkt, so läßt es die Luftdichtung 29 zu, daß Wasser in den Puffertank 28 über die Kante 30 nachfließt.

Zwischen dem inneren Kessel 20 und dem Puffertank 28 ist ein Luftdurchtritt in Form eines Röhrchens 31 vorgesehen, durch welches Luft aus dem Kessel 20 entweichen kann. Die über das Röhrchen entweichende Dampfmenge ist unerheblich.

Es gibt mehrere Möglichkeiten, um die Temperatur des erhitzten Wassers zu steuern. Eine Möglichkeit ist in Fig. dargestellt. Hier ist wiederum ein thermischer Speicherkern 10 mit einer Isolation 11 und einer Röhre (oder Hohlplatte) 12 vorgesehen. Die Röhre erstreckt sich in einer Dampfkappe 40 nach oben. Die Dampfkappe 40 überragt einen äußeren Tank 41. Der Teil der Kappe 40, der über dem Tank liegt« ist ummantelt. Die Röhre 12, die sich von dem Kern 10 aus nach oben erstreckt, ist von einem Reservoir 42 umgeben, welches ein öffnung 43 und ein zweites Zuführungsloch 44 enthält, welches unterhalb der Öffnung 43 angeordnet ist. Eine temperaturempfindliche Einrichtung 45 wie beispielsweise eine Wachskapsel oder ein mit einer Expansionsflüssigkeit betriebenes Gerät schließt das zweite Zuführungsloch 44, wenn die Wassertemperatur einen vorbestimmten Wert erreicht. Das Schließen des zweiten Zuführungsloches 44 hat zur Folge, daß der Wasserpegel außerhalb des Reservoirs 42 steigt. Dadurch wird verhindert, daß

von dem Kern kommender Dampf den Teil der Kappe 40 füllt, welcher von zu erhitzendem Wasser in dem äußeren Tank 41 umgeben ist. Wenn das ZufUhrungsloch 44 geschlossen ist, arbeitet die temperaturempfindliche Einrichtung weiter; die Übertragung von Wärme an das Wasser in den äußeren Tank 41 ist jedoch vernachlässigbar.

Wenn das zweite Zuführungsloch 44 offen ist, strömt Wasser durch das zweite Zuführungsloch 44 in das Reservoir 42 und f4 dann über das Zuführungsloch 14 in den Kern. Da der Wasserpegel in der Kappe infolge des sich vergrößernden Dampfvolumens fällt, wird ein Gleichgewichtszustand wie im zuvor beschriebenen Fall erreicht, jedoch ist der Wasserpegel jetzt wesentlich niedriger, es wird nun Wärme von dem Dampf außerhalb des Reservoirs 42 auf das Wasser in dem äußeren Tank 41 übertragen. Wenn die vorbostimmte Temperatur erreicht ist und die temperaturempfindliche Einrichtung 45 das zweite Zuführungsloch schließt, so ist verhindert, daß Dampf den Teil der Kappe 40 füllt, welcher innerhalb des Tanks 41 liegt. Der Wärmeübertragungsbereich zwischen dem zirkulierenden Wasser und dem innerhalb des Tanks 41 zu erhitzenden Wasser ist reduziert, so daß auf diese Weise die Temperatur des zu erhitzenden Wassers entsprechend geregelt ist. Wenn das Wasser in dem äußeren Tank 41 unter den vorbestimmten Wert fällt, so kann die temperaturempfindliche Einrichtung 45 das zweite Zuführungsloch 44 öffnen, wodurch der Wärmeübertragungsbereich vergrößert wird. Die Vergrößerung setzt sich fort, bis die vorbestimmte Temperatur überstiegen ist. Darauf schließt die wärmeempfindliche Einrichtung 45 wiederum das zweite Zuführungsloch 44, der Wärmeübertragungsbereich wird wieder reduziert. Auf diese Weise ist also die Temperaturregelung des zu erhitzenden Wassers erreicht.

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In der in Fig. 3 dargesteli^Λ -m- Anordnung ist ein Puffertank 46 vorgesehen, der separat von dem Wärmeaustauscher angeordnet ist und es ermöglicht, daß zirkulierendes Wasser abgezogen werden kann und nachläuft.

In Fig. 4 ist eine zweite Ausführungsform einer Temperaturregelungseinrichtung gezeigt. Ein thermischer Speicherkern 10 befindet sich innerhalb einer Isolation 11. Er weist eine Röhre 12 auf, die sich nach oben zu dem oberen

(J? Teil eines Isolierteiles 50 erstreckt, das die Form eines umgekehrten Bechers hat. Das Isolierteil 50 umschließt einen Dampf- und Viasserraum 49. Die thermische Isolation, dia durch das Isolierteil 50 gebildet ist_v stellt sicher, daß eine Wärmeübertragung von Dampf zu Wasser nur innerhalb des Isolierteiles 50 erfolgt. Der Kessel 51, der das zu erhitzende Wasser enthält, ist in zwei Kammern geteilt. Die erste Kammer 52 ist von dem Isolierteil 50 umschlossen und ist von einer Wärmeübertragungsfläche umgeben. Die zweite Kammer 53 befindet sich außerhalb des Isolierteiles 50. Ein Temperaturreglungsventil 54, wie beispielsweise eine Wachskapsel (wax capsule) ist in einer Öffnung zwischen den zwei Kammern 52, 53 im Heißwasserbereich vorge-

^ sehen. Das Ventil 54 steuert den Durchfluß des Wassers durch die Öffnung 55 zwischen den beiden Kammern. Die beiden Kammern sind unterhalb des Isolierteiles 50 frei miteinander verbunden. Wenn die Wassertemperatur in der zweiten Kammer einen vorbestimmten Wert Überschreitet, dann schließt das Ventil 54 die Öffnung 55 zwischen den beiden Kammern 52, Durch das Schließen der Öffnung 55 wird verhindert, daß heißes Wasser von der ersten Kammer 52 in die zweite Kammer gelangt. Das Wasser und der Dampf in dem Wasser- und Dampfraum 49 erreichen bei einer hohen Temperatur des Wassers in der Kammer 52 rasch eine Gleichgewichtstemperatur, infolge des Dampfes liegt der Viasserpegel in dem Wasser- und Dampfraum 49 Jedoch unter dem Viassereinlaß 56. Eine weitere Wärme-

Übertragung erfolgt so lange ηϊ,,Λΐ, bis Wasser über einen Auslaß 17 abgezogen wird und das Ventil 54 infolge des über einen Einlaß 16 nachströmenden kalten Wassers öffnet. Das heißere Wasser in dei ersten Kammer 52 kann dadurch nach oben in die zweite Kammer- 53 diffundieren. Die Folge davon ist, daß sich die Temperatur des Wassers in der zv/eiten Kammer 53 entsprechend erhöht. Ein Puffertank 58 sorgt dafür, daß zirkulierendes Wasser in dem Reservoir 57 nachläuft und Schwankungen (Schwingungen) des Viasserpegels reduziert werden.

Weitere Maßnahmen zur Regelung der Temperatur in den Anordnungen nsch den Fig. 1 bis 4 können darin bestehen, daß man mit Hilfe eines Kompressors komprimierte D.ift in den Dampfraum einführt. Die Einführung der komprimierten Luft reduziert den Dampfdruck und damit die Temperatur. Ein in das zu erhitzende Wasser eingetauchter'Thermostat kann den Luftkompressor ein- und ausschalten, so daß die Temperatur des zu erhitzenden Wassers je nachdem, ob der -■"-Kompressor ein- oder ausgeschaltet ist, fällt bzw. steigt. Um eine Warmwasserheizung oder Zentralheizung in Gebäuden zu steuern, kann ein einziger Kompresor und Luftspeicher vorgesehen werden. Der Luftspeicher speichert die von dem Kompressor gelieferte Luft und Wasserthermostaten in den von Wärmeaustauschern betätigten Luftdurchlaßventilenderart, daß die Luft je nach Bedarf in den Dampfraum eingeführt werden kann. Es kann auch Luft TOn dem Dampf raum kontinuierlich oder intermittierend abgezogen werden (das kann beispielsweise durch einen thermostatisch geregelten Entlüfter erfolgen). Das öffnen und Schließen der Luftventile ermöglicht es, mehr oder weniger Luft in den Dampfraum eintreten zu lassen, so daß die Temperatur des zu erhitzenden Wassers entsprechend dem von dem Thermostaten angezeigten Wert fällt oder steigt,

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inigen Fällen kann es zweckmäßig sein* rlie Aufhei- =

zung des Wassers dadurch zu erreichen, daß man Dampf von S dem Dampf- und Wasserraum oberhalb des Kernes durch eine I in einem Wassertank eingetauchte Schlange leitet. Das kann '* J beispielsweise vorteilhaft sein, wenn das. Wasser Von zwei separaten Quellen zu erhirzen ist. Bei einer Gebäudeheizung, die aus einer Warmwasseranlage und aus einer Zentralheizungsanlage besteht, kann ein einziger thermischer Speicherkern mit zwei separaten Wärmeaustauschersystemen verwendet werden, wobei ein System für die Heißwasserquelle und das andere für die Zentralheizung vorgesehen ist.

Fig. 5 zeigt schematisch einen Heißwassererzeuger für eine Gebäudeheizung, die aus einer Warmwasseranlage und einer Zentralheizungsanlage besteht.

Ein thermischer Speicherkern 10 ist von einer Isolation 11 umgeben und wird durch elektrische Widerstandsheizer 60 erhitzt. In dem Kern 10 sind Röhren 61 eingebettet, welche nach oben zu einem Dampfsammeirohr 62 führen. Von dem Dampfsammeirohr 62 wird den Heizschlangen 63, 64, welche zwei Wärmeaustauscher für das Heizwasser in den Tanks 65, 66 bilden, Dampf zugeführt. Ein Rohr 67 ist mit einem Rohr 69 verbunden und verbindet dadurch die unteren Enden der beiden Wärmeaustauscherschlangen 63, 64 mit einem Puffertank 68. Der Wasserpegel in den Wärmeaustauschschlangen 63, 64 hat einen entsprechenden Pegel in einem Zuführungsreservoir 70, welches über eine Leitung 71 mit dem Dampfsammelrohr 62 und über eine Leitung 72 mit der Leitung 67 verbunden ist.

Wenn Dampf in den Wärmeaustauschschlangen 63, 64 kondensiert, so steigt der Wasserpegel in dem Reservoir 70, bis er über dem Eingang zu einem Zuführungsrohr 73 liegt.

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In diesem Fall strömt Wasser durch das Rohr 73 und Verteilerröhren 74 in die Röhren 61. Der in den Röhren 61 erzeugte Dampf drückt den Wasserpegel in den Wärmeaustaus chschiangen 63 und 64 und bewirkt, daß der Viasserpegel in dem Reservoir 70 fällt. Dadurch wird die Wasserzufuhr zu den Roh] en 61 unterbrochen. Auf diese Weise ist die Wasserzufuhr so geregelt, daß die Wärmeaustauscher bis zu dem Arbeitspegel unabhängig von der Belastung mit Dampf gefüllt bleiben.

Um ein Gebäude zu heizen, wird Wasser mit Hilfe einer Pumpe (nicht gezeigt) durch den Tank 65 gedrückt, welcher die Wärmeaustauschschlange 63 umgibt. Die Temperatur des zu dem Erhitzungskreis fließenden V/assers kann dadurch reduziert werden, daß ein Umgehungsventil 75 geöffnet wird, über das Wasser durch eine Ußgf-h^iigsleitung 76 direkt von einem Einlaßrohr 67 zu einem λue>i&ßrohr 68 strömen kann. Von dem Tank 66, der die Wärmeuüstauschschlange 64 umgibt, kann für Hausgebrauchszwecke heißes Wasser entommen werden. Der Tank 66 enthält genügend heiße. Wasser, um als Puffer zu wirken, wenn einerseits heißes Wasser angefordert wird und auf der anderen Seite nur eine beschränkte Wärmemenge aus dem Speicherkern 10 zur Verfügung steht. Ein Umgehungsventil 79 kann geöffnet werden, um die Wassertemperatur zu erniedrigen. Dadurch kann Wasser durch eine Umgehungsröhre so direkt von einer Einlaßröhr^ 81 zu einem Auslaß 82 fließen.

Tauchwände innerhalb des Tanks 66 sorgen für eine innere Zirkulation des Wassers, derart, daß im wesentlichen der gesamte Tank erhitzt wird. Eine dieser Tauchwände kann in den Seitenbereichen des Tanks liegen. Ein anderes Paar von Tauchwänden 84 kann im oberen Teil des Tanks 66 vorgesehen sein. Wenn der Kern 10 abkühlt und genügend

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Dampf produziert wird, um die Wärmeaustauschechlange 64 zu füllen, so wird nur der obere Teil des V/assers erhitzt. Die Tauchwände 84 sorgen in diesem Fall für eine innere Zirkulation des Wassers.

Luft wird aus dem Dampfraum durch eine Röhre 85 abgezogen. Es kann aber auch Luft aus dem Dampfraum der Wärmeaus» tauscher abgezogen werden.

Eine zusätzliche direkte Erhitzung des Wassers kann durch Heizelemente 86, 87 in den Tanks 65, 66 erfolgen. Das Heizelement 87 ist nahe dem oberen Teil des Tanks 66 angeordnet, aber es könnte auch am Grund der Wärmeaustauschschlange angeordnet sein, wobei ein Regelthermostat nahe dem oberen Ende des Tanks 66 vorzusehen wäre.

Die durch die Isolation von dem Kern 10 an die Atmosphäre abgegebene Wärme kann reduziert werden: ein großer Teil der erzeugten Wärme kann zur Wassererhitzung dadurch ausgenutzt werden, daß die Wärme innerhalb der Isolation extrahiert wird. Das kann mit Hilfe einer Rohrschlange 90 erfolgen. An der Rohrschlange 90 kann eine Platte oder Plattenkammer 91 angeordnet sein, welche zur Verbesserung der Wärmeübertragung auf die Rohrschlange 90 dient. Durch die Rohrschlange kann mit Hilfe eines Wärmeaustauschers im Heißwassertank des Gebäudes Wasser geschickt werden, um das Wasser im unteren Teil zu erhitzen. In der gezeigten Anordnung dient die Rohrschlange in der Isolation jedoch dazu, um Dampf zu erzeugen, welcher dann über eine Röhre 91 in die Wärmeaustauschschlangen 63r 64 geleitet wird. Die Rohrschlange 90 wird von einer Röhre 92 gespeist, welche in das Wasserreservoir an einer Stelle mündet, die tiefer als die Mündung der Zufiührungsröhre 73 liegt. Die Rohrschlange in der Isolation kann <oshalb die unteren Abschnitte der Hauptwärmeaustauscher

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erhitzen. Für den Fall, daß eine Belastung nicht vorliegt und die Tanks 65 und 66 der Wärmeaustauscher voll aufgeheizt werden, betätigt ein Wasserthermostat eine Heizpumpe (nicht gezeigt), wodurch die von der Rohrschlange 90 aufgenommene Hitze durch den mit dem Tank 65 verbundenen Heizkx-eis verbraucht wird. Im allgemeinen wird die aufgenommene Wärme zu normalen Heizzwecken oder dazu verwendet, um den Heißwasserbedarf in dem Gebäude zu decken. Anstatt eine einzige Verbindung zu dem Dampfraum vorzusehen, kann es zweckmäßig sein, zwei Verbindungen vorzusehen, eine die zu dem Dampfraum führt und eine, die zum Wasser führt, so daß verhindert wird, daß der Dampf in Form von Blasen in dem Wasser aufsteigt und unangenehme Geräusche erzeugt.

Die zuvor beschriebenen Steuermittel können auch hier angewendet werden, und zwar, um die Temperatur der Heizung und des Jm Haus zur Verfügung stehenden heißen Wassers zu regeln.

Der Puffertank 66 wird über ein Schwimmerventil 93 und eine Verbindung zu entweder dem Tank 66 (wie gezeigt) oder zu dem Tank 65 gefüllt. Der Puffertank 68 wird über ein Rohr 94 entlüftet, welches entweder gegen die Atmosphäre auf sein kann oder welches mit einem Druckkessel verbunden 1st, wodurch eine Entlüftung nur bei erhöhten Temperaturen erfolgt.

Die Röhren 61 in Fig. 5 und die Röhren 12 in den Figuren 1 bis 4, stehen in engem Kontakt mit dem thermischen Speicherkern. Es können rostfreie Stahlröhren verwendet werden, die in Eisenblöcke eingegossen sind. Die Röhren können aber auch Durchgänge In den Blöcken sein, die aus einem Material, wie beispielsweise Chromstahl gegossen sind.

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Auch das Speichermedium kann aus zwei Materialien bestehen, nämlich aus dem Material, aus dem die Röhren gegossen sind, sowie aus einem Material wie Eisenoxid oder feuerbeständigem Ziegelstein, welches zwischen den Röhrenblöcken angeordnet ist.

Bei dem in Fig. 5 dargestellten Heißwassererzeuger liegt das obere Ende der„Wärmeaustauscherschlange 64 in dem Heißwassertank 66 höher als" das obere Ende der Wärmeaustauscherschlange 63 auf der Heizseite. Wenn der Kern 10 seine Wärme im wesentlichen abgegeben hat und nur noch eine geringe <■? Dampfmenge erzeugen kann, so wird der Dampf vorzugsweise der Wärmeaustauscherschlange 64 augeführt. Der Erhitzung von Wasser zur Herstellung von Heißwasser für das Gebäude wird in diesem Fall der Vorzug gegeben. Entsprechend kann der Heizseite der Vorzug gegeben werden, wenn das obere Ende der Wärmeaustauscherschlange -63 höher gelegt wird. Wenn die oberen Enden der Wärmeaustauscherschlangen auf der gleichen Höhe liegen, hat keine der beiden Seiten einen Vorzug.

Es versteht sieh auch, daS in dem Tank 65 Tauchwände verwendet werden können, um die Wassergeschwindigkeit an den Wärmeaustauschflächen zu erhöhen und um damit den Wirkungs- /r%. grad des Wärmeaustauschers zu vergrößern.

Ein direkt wirkendes Heizelement kann verwendet werden, um auf das Kondensat unterhalb der Dampfkammer einzuwirken. Dadurch kann während der Zeitperioden, in denen ein Betrieb des thermischen Speicherkernes nicht erwünscht 1st, für das Oebäude Heißwasser erzeugt werden oder die Heizung betrieben werden. Ein solches direkt wirkendes Heizelement kann durch einen Schwimmerschalter gesteuert werden.

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Claims

Schutzansprüche

· Heizkessel/ zur Erhitzung von Wasser, gekennzeichnet durch einen über ein Verbindungsrohr (16;22) mit einer Wasserzuführungsquelle zu verbindenden Dampf- und Wasserraum (15;2o; 4o;49;7o) und durch einen von dem Dampf- und Wasserraum (15; 2o;4o;49;7o) ausgehenden, in einen thermischen Speicherkern (1o) eingeführten . Durchführungskanal (12; 61) , der eine Dampföffnung und ein Wasserzuführungsloch (14;44;56) aufweist, wobei das Was serzuf uhr ungs loch (14;44;56) unterhalb der Dampf-· öffnung angeordnet ist.

2. Heizkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daä an den Dampf- und Wasserraum (15;2o;4o;49) Rohre (17;23) zum Abziehen von heißem Wasser angeschlossen sind.

3. Heizkessel nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen die Wärme des Dampfes und/oder des Wassers in dem Dampf- und Wasserraum (2o;7o) auf das zu erhitzende Wasser übertragenden Wärmeaustauscher (21;24;65;66..

4· Heizkessel, nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der " Wärmeaustauscher (21,24) einen Kessel aufweist, der den Dampf-

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und Wassarraum (2o) vollständig oder teilweise umgibt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet; daß der Wärmeaustauscher (65,66) einen Tank mit einer Rohrschlange ai fweist, welche mit dem Dampf- und Wasserraum (7o) zur Aufnahme von Dampf verbunden ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampf- und Wasserraum von dem Innenraum einer Kappe (15) gebildet ist, welche an ihrem unteren Ende eine Wasserdichtung aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Dampf- und Wasserraum (2o;4o) ein Wasserreservoir (26_?42> vorgesehen ist, welches von einem vertikalen zylindrir; ..hc:i Behälter gebildet ist, der den Durchführungskanai (1/./ vollständig oder mindestens teilweise umgibt und daß das Reservoir (26,42) sich bis zu einer Stelle oberhalb des Zuf 'irungsloches (14) erstreckt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Wand des Reservoirs (26,42) eine öffnung (27,43) vorgesehen ist, welche den Innenraum .as Reservoirs (26,42) mit dem Dampf- und Wasserraum (2o;4o) verbindet, und daß das Reservoir (26,42) oben gegen den Dampfbereich des Dampfund Wasserraumes (2o;4o) offen ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampf- und Wasserraum (2o; 4o) nächst seinen unteren Ende mit einem Puffertank. (28, 46) verbunden ist.

1o. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch von dem Dampf- und We.sserraum (2o;4o) abführende Entlüftungsöffnungen (25,13).

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11. Heizkessel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine das von dem Dampf- und Wasserraum (2o;4o) in das Reservoir (42) eintretende Wasser steuernde temperaturempfindIiehe Einrichtung (45).

12. Heizkessel nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,

daß die temperaturempfindliche Einrichtung (45) eine unterhalb der erwähnten Öffnung (43) in der Wand des Reservoirs (42) liegende«öffnung (44) öffnet oder schließt.

13. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 1o, gekennzeichnet durch einen Wärmeaustauscher mit einer temperaturempfindlichen Einrichtung (54), welche den Fluß erhitzten Wassers von einem Bereich (52), in dem das Wasser durch den Wäremaustauscher erhitzt wird, zu einem Bereich (53), in dem das Wasser nur teilweise oder gar nicht erhitzt wird,steuert.

14. Heizkessel nach Anspruch 13, dad"rch gekennzeichnet, daß der Dampf- und Wasserraum von einem geschlossenen, die Form eines umgekehrten Bechers aufweisenden Kessel (5o) gebildet ist, der an seiner Außenseite isoliert und in einen äußeren, Wasser enthaltenden Tank (51) eingesetzt ist, und daß die temperaturempfindliehe Einrichtung (54) die Öffnung eines Durchganges (55) an der Oberseite des eine umgekehrte Becherform aufweisenden Kessels (5o) öffnet oder schließt.

15. Heizkessel nach einem der vorhergehenden Ansprüche,gekennzeichnet durch zwei separate Wärmeaustauscher, die beide mit dem Dampfbereich des Dampf- und Wasserraumes verbunden sind.

16· Heizkessel nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß

a jeder Wärmeaustauscher einen Wassertank · . ·· (65, p

66) und eine Rohrschlange (63,64) aufweist, daß die Rohrschlangen (63,64)>\mit dem Dampf- und Wasser raum (7o) verbünde: beidseitig

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sind und. sich über die Höhe des Wassertanks (65,66) erstrecken.

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