DE7902340U1 - Kessel zur speicherung und erzeugung von erhitztem wasser - Google Patents

Description

Die Neuerung betrifft einen Kessel zur Speicherung und Erzeugung von erhitztem Wasser, in welchem das Wasser durch ein Heizelement erhitzt wird, welches vorzugsweise der Verflüssiger eines Kälteaggregates ist und wobei in dem gegen Wärmeverluste isolierten Kessel das Wasser unten zufließt und oben abgezogen wird.

Diese bekannten Kessel weisen in der Regel ein frei im Kesselraum liegendes Heizelement auf, das oberhalb des Bodens angeordnet ist und über dem durch die lokale Wassererwärmung ein aufsteigender Strom erhitzten Wassers entsteht. Nachteilig ist bei diesen bekannten Kesseln, daß sich aufgrund der Konvektionsstromung im Kessel eine praktisch im gesamten Kessel gleiche, durchschnittliche Wassertemperatur einstellt und daß daher zur Entnahme des gewünschten, erhitzten Wassers also erst der gesamte Kessel aufgeheizt werden muß.

Entsprechend nachteilig muß erst eine erhebliche Zeit gewartet werden, bis nach Inbetriebnahme des Kessels Wasser von genügend hoher Temperatur entnommen werden kann und bei einem Betrieb mit einem nur zeitweise arbeitenden Erhitzer wird bei einer Wasserentnahme und

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Kaltwasserzulauf die Temperatur des entnehmbaren Wassers sofort wieder absinken, wenn der Erhitzer nicht mehr arbeitet. Nachteilig ist weiterhin, daß die gesamte Oberfläche des Kessels von dem erhitzten Wasser beaufschlagt wird und daher unnötige Wärmeverluste auftreten.

Es ist demgegenüber Aufgabe der Neuerung, einen Kessel zur Speicherung und Erzeugung von erhitztem Wasser zu finden, welcher insbesondere für die Ausnutzung der Abwärme eines Kondensators eines Kälteaggregates geeignet ist und der es ermöglicht, direkt nach dem Betriebsbeginn des Erhitzers bereits Wasser mit der maximal höchst möglichen Temperatur zu entnehmen und es andererseits aber gestattet, diese Wasserentnahme von Wasser mit der größtmöglichen Temperatur auch dann fortzusetzen, wenn der Erhitzer nicht mehr in Tätigkeit ist.

Der neuerungsgemäße Kessel soll weiterhin einfach aufgebaut sein, wirtschaftlich herstellbar sein und einen störungsfreien Dauerbetrieb über große Zeiträume hinweg ermöglichen.

Diese Aufgabe wird neuerungsgemäß dadurch gelöst.

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daß das Heizelement im unteren Teil eines Steigrohres angeordnet ist, in welches das Wasser unten einströmt und das oben bis nahe an den oberen Abschluß des Kessels reicht und in dem Kessel eine Schichtung von Wasserschichten unterschiedlicher Temperatur besteht.

Um die richtige Durchflußgeschwindigkeit einzustellen, bei der einerseits genügend Wasser mit einer genügenden Strömungsgeschwindigkeit durch das Heizelement strömt und andererseits aber das aus dem Steigrohr austretende Wasser nur eine Geschwindigkeit besitzt, welche eine laminare Strömungsausbildung hervorruft und eine Schichtung des Wassers in dem Kessel erlaubt, weist das Steigrohr einen oberen Teil auf, der eine geringere Querschnittsfläche aufweist, als der untere Teil, in welchem das Heizelement angeordnet ist. Durch diese Verengung wird die Durchflußgeschwindigkeit gedrosselt und es wird verhindert, daß sich eine im Kessel umlaufende Strömung ausbilden kann bzw. daß die Durchströmung txucimlent wird und damit die Wasserschichtung in dem Kessel verhindert.

Im einzelnen ist vorteilhaft, das Steigrohr unten an dem Boden des Behälters befestigt und nahe dem Boden liegt eine öffnung für den Wassereintritt vor, die so klein

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bemessen ist, daß ebenfalls eine Durchflußdrosselung erfolgt.

Zur Verbesserung der Wärmeübertragung von dem Heizelement in das Wasser ist dieses als schraubenförmig gewendeItes Rohr ausgebildet, wobei in dem Innenraum der

Wendel ein Verdrängungszylinder angeordnet ist. Eben-

falls zur Verbesserung der Wärmeübertragung und zur

notwendigen Durchflußdrosselung besteht das Heizele-

P ment aus einem Rippenrohr und die Wandung des Steig-

P rohres umschließt das Heizelement dicht.

Für den Fachmann überraschend gelingt es mit dem neuerungsgemäßen Kessel erstmalig, eine Wasserschichtung innerhalb des Kessels einzustellen, der die Abnahme von heiöem Wasser direkt nach Inbetriebnahme des Heizelementes ermöglicht und bei welchem nicht die Einstellung einer genügend hohen mittleren Temperatur abgewartet werden muß. Innerhalb des Kessels stellt sich für den Fachmann weiterhin überraschend eine Schichtung des Wassers nach seiner Temperatur ein, wobei eine Zwischenschicht mit einer mittleren Temperatur von nur sehr geringer Höhe vorliegt. Da das Heißwasser oben abgezogen wird und sieh das Heißwasser aufgrund seines geringeren Gewichtes oben in dem Kessel sammelt,· kann aus diesem

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jederzeit das maximal erhitzte Wasser abgezogen werden, auch wenn der größte Teil des Kessels noch mit kaltem Wasser angefüllt ist. Der Gegenstand der Neuerung stellt also eine ideale Lösung der vorhandenen Probleme dar und gestattet besonders günstig die Ausnutzung der Wärme eines Kondensators eines Kälteaggregates, welches ja naturgemäß in Abhängigkeit von einer Thermostatsteuerung in einem Kühlraum mit Unterbrechungen arbeitet.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Neuerung anhand von Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 den schematischen Aufbau eines Wasserspeicherund ErMtzungs kesseis.

Figur 2 das Schema einer Kälteanlage in Verbindung mit dem neuerungsgemäßen Kessel und

Figur 3 einen Schnitt durch einen gefüllten Kessel mit der darin vorhandenen Wasserschichtung.

Gemäß Figur 2 besteht ein typischer Kreislauf für die Ausnutzung der Kondensatorwärme eines Kälteaggregates aus einem Kompressor, einem Verdampfer in dem zu küh-

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lenden Raum, einem Kondensator bzw. Verflüssiger innerhalb des Kessels 4 und den notwendigen Leitungen, Ventilen und dergleichen. Da solche Kreisläufe bekannt sind, braucht nicht näher auf sie eingegangen zu werden. | Sie arbeiten in der Regel thermostatgesteuert in Abhängigkeit von der Temperatur in dem zu kühlenden Raum und die Wärme fällt daher in dem Verflüssiger nicht kontinuierlich, sondern nur in Intervallen an.

Das neuerungsgemäße Prinzip läßt sich aber natürlich j nicht nur in Verbindung mit solchen diskontinuierlich laufenden Aggregaten verwenden, sondern kann darüber hinaus auch in Heiz- und Speicherkesseln mit kontinuierlicher Wärmeerzeugung verwendet werden. Als Heizelement kann selbstverständlich auch ein elektrisch oder mit einem anderen Heizmedium betriebener Erhitzer dienen.

Gemäß Figur 3 ist es das neuerungsgemäße Prinzip, daß sich in dem Kessel selbst eine Schichtung der Wasserschichten mit unterschiedlicher Temperatur einstellt, wobei durch die Isolation der Wandung des Kessels vermieden wird, daß sich das Wasser dort abkühlt und sich so durch verschiedene Temperaturen innerhalb der gleichen Schicht eine Konvektionsströmung einstellt, die den

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gesamten Kesselinhalt auf eine mittlere Temperatur bringen würde, wie dies herkömmlich der Fall ist.

Neuerungsgemäß stellt sich also nach dem Betrieb des Erhitzers oben im Kessel eine Schicht heißen Wassers 7 ein, darunter liegt eine Zwischenschicht 8 geringerer Höhe mit einer mittleren Wassertemperatur und darunter die Schicht des kalten Wassers 9. überraschend kann dabei sogar eine Temperaturdifferenz von z. B. 50° eingestellt werden, d. h. das kalte Wasser kann unten z. B. zwischen 5 - 20° C aufweisen, während das erhitzte Wasser oben bis zu 60 C heiß sein kann.

Diese neuerungsgemäße Wasserschichtung stellt sich durch ein Steigrohr 1, 2 ein, welches mit ssinen Strömungswiderständen so bemessen ist, daß eine genügend große Durchströmung des Heizelementes erfolgt, um den Verflüssiger auf seiner gewünschten Betriebstemperatur zu halten, andererseits aber die Strömung so lajigsam sein läßt, daß oben am Wasseraustritt keine Verwirbelung auftritt und das Heißwasser turbulenzfrei sich gleichmäßig über den Kesselquerschnitt verteilt.

Das Heizelement 5 besteht aus einem gewendelten Rippenrohr, durch welches das Kältemedium oder ein anderes,

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geeignetes Wärmeübertragungsmedium fließt. Die Wendel wird von oben nach unten durchströmt, so daß im Verhält-

ί nis zu dem das Steigrohr 1,2 durchströmenden Wasser

ein Gegenstrom-Wärmeaustaasch mit den höchstmöglichen Endtemperaturen besteht. Die Wendel des Heizelementes

E 5 ist innen mit einem Verdrängungszylinder 3 versehen

und die Steigrohrwandung des Teils 2 liegt dicht um die

; Wendel herum, so daß die Strömung des zu erwärmenden

Kesselwassers durch den freien Raum zwischen den Rippen

\ des Rippenrohres erfolgt. Es wird so sicher gestellt,

\ daß der aufsteigende Heißwasserstrom eine möglichst

-- hohe Durchschnitts temperatur erhält.

Der obere Teil 1 des Steigrohres ist mit einem geringeren Querschnitt versehen und die Öffnung 6 für den Wassereintritt unten in dem Steigrohr ist relativ klein, so daß ein genügend großer Strömungswiderstand entsteht und die Strömung genügend verlangsamt ist, um beim Austritt aus dem Steigrohr nicht turbulent eine gleichmäßige Wasserverteilung über dem Kesselquerschnitt zu gewährleisten. Das heiße Wasser wird jetzt oben abgesogen und das kalte Wasser strömt unten in den Kessel ein, so daß auch beim Wasserabzug die einmal eingestellte Schichtung der Wasserschichten unterschiedlicher Temperatur erhalten bleibt. Die Drosselung des Umlaufes

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wird noch dadurch erhöht, daß das Steigrohr oben einen Abschluß besitzt, der ebenfalls mit nur einer geringen öffnung versehen ist. Das Steigrohr 1,2 besteht ebenso wie der eigentliche Kessel 4 und der Verdrängungszylinder 3 aus Kunststoff oder Metall mit "Lebensmittelqualität" , d. h. aus Material, welches für den Kontakt mit Lebensmitteln zugelassen ist. Um zu verhindern, daß sich aufgrund der Temperaturunterschiede zwischen dem Wasser in dem Steigrohr und dem Kessel Konvektionsstromungen ausbilden und das heiße Wasser in dem Steigrohr selbst von dem kälteren Umgebungswasser abgekühlt werden könnte, besteht das Steigrohr aus einem isolierenden Material bzw. ist mit einer Isolationsschicht versehen.

Da gegenüber einen herkömmlichen Heizkessel für das Steigrohr nur ein unbedeutender Mehraufwand vorliegt, ist die Heißwassererzeugung nach der Neuerung also auch besonders wirtschaftlich, da ersichtlicherweise heißeres Wasser als sonst möglich jederzeit abgezogen werden kann und zugleich die Wärmeverluste gegenüber herkömmlichen Kesseln stark verringert sind.

Claims (7)

S chutzansprüche:

1. Kessel zur Speicherung und ERzeugung von erhitztem Wasser, in welchem das Wasser durch ein Heizelement erhitzt wird, welches vorzugsweise der Verflüssiger eines Kälteaggregates ist und wobei in dem gegen Wärmeverluste isolierten Kessel das Wasser unten zufließt und oben abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (5) in dem Kessel eine Schichtung von Wasserschichten unterschiedlicher -Temperatur einstellend im unteren Teil eines Steigrohres (1, 2) angeordnet ist, in welches das Wasser unten einströmt und das oben bis nahe an den oberen Abschluß des Kessels (4) reicht.

2. Kessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steigrohr einen oberen Teil (1) aufweist, der eine geringere Querschnittsfläche besitzt als der untere Teil (2), in welchem das Heizelement (5) angeordnet ist.

3. Kessel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steigrohr (1, 2) unten an dem Boden des Behälters (4) befestigt ist und nahe dem Boden eine öffnung (6) für den Wassereintritt vorliegt.

4. Kessel nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (5) aus einem schraubenförmig gewendelten Rohr besteht und in dem Innenraum der Wendel ein Verdrängungszylinder (3) angeordnet ist.

5. Kessel nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr des Heizelementes (5) ein Rippenrohr ist und die Wandung des Steigrohrteils (2) das Heizelement (5) dicht umschließt.

6- Kessel nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Steigrohrteil (1) oben einen Abschluß aufweist, in welchem eine Wasseraustrittsöffnung vorliegt, deren Querschnittsfläche wesentlich geringer als die des oberen Steigrohrteils ist.

7. Kessel nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Steigrohr (1, 2) aus isolierendem Material besteht oder eine Isolationsschicht trägt.