DE8911523U1 - Device for heating or cooling liquids - Google Patents
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Description
Vorrichtung zum Erwärmen oder Kühlen von Flüssigkeiten Device for heating or cooling liquids
Die Erfindung betrifft eine Verrichtung ?,um Erwärmen ode' Kuhlen von Flüssigkeiten, insbesondere Wasser, mit einem Be.iälttr, in dessen unteren Bereich und oberen Bereich eine E :flußleitung bzw. eine Abflußleitung münden und mit einer in dem Behälter angeordneten Heizoder Kühleinrichtung.The invention relates to a device for heating or cooling liquids, in particular water, with a container, into the lower area and upper area of which an inflow line and a discharge line respectively open, and with a heating or cooling device arranged in the container.
Vorrichtungen der vorstehenden Art werden zum Beispiel als Warmwasserboiler genutzt. Die Heizeinrichtung, bei der es sich um eine elektrische Heizeinrichtung oder einen an den Heizwasserkreis einer Gebäudeheizung angeschlossenen Wärmetauscher handeln k?,nn, ist üblicherweise im unteren Bereich dee Behälters angeordnet, um eine gleichmäßige Erwärmung des Behälterinhalts zu erreichen. Derartige Boiler haben vielfach ein vergleichsweise großes Volumen, das, wenn der Warmwasserbedarf nur gering ist, unnötigerweise mitgeheizt werden muß. Kühlvorrichtungen dieser Art werden zum Beispiel in der Getränkeindustrie benutzt.Devices of the above type are used, for example, as hot water boilers. The heating device, which can be an electric heating device or a heat exchanger connected to the heating water circuit of a building heating system, is usually arranged in the lower part of the container in order to achieve uniform heating of the container contents. Such boilers often have a relatively large volume, which, if the hot water requirement is only small, has to be heated unnecessarily. Cooling devices of this type are used, for example, in the beverage industry.
Es ist Aufgabe der Erfindung, die Wirtschaftliciikeit einer Vorrichtung der eingangs erläuterten Art zuIt is the object of the invention to improve the economic viability of a device of the type described above.
erhöhen, wenn die Vorrichtung unter Betriebsbedingungen eingesetzt wird, bei welchen der Bedarf an erwärmter bzw. gekühlter Flüssigkeit erkennbar geringer als die der Vorrichtung ist.increase if the device is used under operating conditions where the requirement for heated or cooled liquid is noticeably lower than that of the device.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelost, daß der Behälter zwischen den Mündungen der ZuflußleitungThis object is achieved according to the invention in that the container between the mouths of the inflow line
und der Abflußleitung durch eine mit Durchfluß^ffnungen versehene stationäre Trennwand in zwei übereinanderge-( J legene Kammern unterteilt ist und daß die Heizeinrichtung in der oberen Kammer bzw„ die Kühleinrichtung in der unteren Kammer angeordnet ist.and the drain line is divided into two chambers located one above the other by a stationary partition provided with flow openings and that the heating device is arranged in the upper chamber and the cooling device in the lower chamber.
Bei verringertem Bedarf zum Beispiel an Warmwasser wird der Behälterinhalt hauptsächlich über die in der oberen Kammer angeordnete Heizeinrichtung erwärmt. Das Wasser in der oberen Kammer wird damit auf Betriebstemperatur erwärmt, während das Wasser der unteren Kammer mehr oder weniger thermisch isoliert auf einem kühleren Niveau gehalten wird. Die Durchflußöffnungen in der vorzugsweise in der oberen Hälfte und insbesondere etwa -a 25 auf zwei Drittel der maximalen Füllhöhe des Behälters angeordneten Trennwand erlauben den gedrosselten Durchtritt von kühlerem Wasser, wenn über die in der oberen Kammer mündende Abflußleitung aus der oberen Kammer Warmwasser abgezogen wird. Die Trennwand ist bevorzugt wärmeisolierend ausgebildet und kann beispielsweise eine aus Kunststoff bestehende Platte umfassen, die auf zumindest einer Seite mit einer Trägerplatte aus Metall, insbesondere nicht rostendem Stahl, ausgesteift ist. Die Trennwand kann aber aus mehreren übereinander angeordneten, horizontal sich nur teilweise überlappen-If the need for hot water is reduced, for example, the contents of the container are heated mainly by the heating device arranged in the upper chamber. The water in the upper chamber is thus heated to operating temperature, while the water in the lower chamber is kept at a cooler level, more or less thermally insulated. The flow openings in the partition wall, which is preferably arranged in the upper half and in particular at about two thirds of the maximum filling level of the container, allow the throttled passage of cooler water when hot water is drawn from the upper chamber via the drain line opening into the upper chamber. The partition wall is preferably designed to be thermally insulating and can, for example, comprise a plate made of plastic which is stiffened on at least one side by a carrier plate made of metal, in particular stainless steel. The partition wall can, however, consist of several plates arranged one above the other and only partially overlapping horizontally.
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den Wandabschnitten bestehen, die ein Durchflußlabyrinth zwischen der oberen und der unteren Kanuner zwischen sich bilden. Für die Kühlung von Flüssigkeiten ergeben sich inverse räumliche Verhältnisse/ so daß nun die kleinere Kammer« wie auch die Mündung der Abflußleitung unten gelegen ist.the wall sections that form a flow labyrinth between the upper and lower chambers. For the cooling of liquids, inverse spatial conditions arise, so that the smaller chamber as well as the outlet of the drain line are now located at the bottom.
Zweckmäßigerweise ist auch in der unteren Kammer wenigstens eine Heizeinrichtung bzw. auch in der oberenIt is advisable to provide at least one heating device in the lower chamber and also in the upper
Heizeinrichtung der oberen Kammer im wesentlichen nur für die Erwärmung des Wassers in der oberen Kammer ( ausgelegt ist, kann eine der Heizeinrichtungen derHeating device of the upper chamber is essentially only designed for heating the water in the upper chamber (, one of the heating devices of the
unteren Kanuner herkömmlich für die Erwärmung des gesamjg ten Behälterinhalts gegebenenfalls in Verbindung mit der Heizeinrichtung der oberen Kammer bemessen sein. Entsprechendes filt für die Kühleinrichtungen. Die Heizeinrichtungen können herkömmlich als elektrische Heizeinrichtungen oder auch als Wärmetauscher ausgebil-2Q det sein, die an den Heizwasserkreis zum Beispiel einer Gebäudeheizanlage angeschlossen sind.The lower chambers are usually designed to heat the entire contents of the container, possibly in conjunction with the heating device in the upper chamber. The same applies to the cooling devices. The heating devices can usually be designed as electrical heating devices or as heat exchangers that are connected to the heating water circuit of a building heating system, for example.
Tn einer hovr>r?ziicr*-on liiBführunocnecfaH-itnti ict in der -, 3 — ^ . ^ Tn a hovr>r?ziicr*-on liiBführungunocnecfaH-itnti ict in the -, 3 — ^ . ^
unteren Kammer jedoch zur Unterstützung der Heizeinrichtung der oberen Kammer während des "Sparbetriebs" einlower chamber, however, to support the heating system of the upper chamber during "economy mode"
zusätzlicher Wärmetauscher vorgesehen, der beispielsweise an einen Wärmetauscherkreis einer Solaranlage oder, was bevorzugt ist, an einen die Rauchgaswärme der Gebäudeheizanlage rückgewinnenden Wärmetauscherkreis angeschlos-QQ sen ist. Der in der unteren Kammer angeordnete zusätzliche Wärmetauscher sorgt für eine Vorerwärmung des in die untere Kammer einströmenden Kaltwassers, welches nachfolgend durch die Durchflußoffnungen der Trennwand nach oben in die obere Kammer steigt. Der die Rauchgasgg wärme zurückgewinnende Wärmetauscher ist bevorzugt alsAn additional heat exchanger is provided, which is connected, for example, to a heat exchanger circuit of a solar system or, what is preferred, to a heat exchanger circuit that recovers the flue gas heat of the building heating system. The additional heat exchanger arranged in the lower chamber ensures preheating of the cold water flowing into the lower chamber, which then rises through the flow openings of the partition wall upwards into the upper chamber. The heat exchanger that recovers the flue gas heat is preferably designed as
ir einer Axiallängsebene teilbare Manschette ausgebildet, so daß er ohne das Rauchgasrohr der Heizanlage abbauen zu müssen, auf das Rauchgasrohr aufgesetzt werden kann.It is designed as a sleeve that can be divided in an axial longitudinal plane, so that it can be placed on the flue gas pipe without having to dismantle the flue gas pipe of the heating system.
Zweckmäßigerweise! sind in der Zuflußleitupg und/oder der Abflußleitung an sich bekannte Magnetgeräte angeordnet, die die zufließende oder abfließende Flüssigkeit einem Magnetfeld aussetzen. Geräte dieser Art sind bekannt und setzen die strömende Flüssigkeit in einerIt is advisable to arrange magnetic devices known per se in the inflow and/or outflow lines, which expose the inflowing or outflowing liquid to a magnetic field. Devices of this type are known and expose the flowing liquid in a
2Q Durchf luSkamir.er einem durch Permanentmagnete oder Elektromagnete erzeugten magnetischen Gleich- oder Wechselfeld aus. Es hat sich gezeigt, daß durch Geräte dieser Art nicht nur der Kalkansatz in dem Behälter und nachfolgenden Rohrleitungen vermindert werden kann,2Q Flow chambers are exposed to a direct or alternating magnetic field generated by permanent magnets or electromagnets. It has been shown that devices of this type can not only reduce the build-up of limescale in the tank and subsequent pipes,
jg sondern auch die Wärmeübertragungseigenschaften der Flüssigkeit bei der Erwärmung bzw. Kühlung verbessert werden.jg but also the heat transfer properties of the liquid are improved during heating or cooling.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung 2Q anhand einer Zeichnung naher erläutert. Hierbei zeigtIn the following, an embodiment of the invention 2Q is explained in more detail with reference to a drawing.
Fig. 1 eine teilweise aufgebrochene schematischeFig. 1 is a partially broken schematic
Darstelluna eines We.JT5!W6i5se2Tijoi!ers und Fig. 2 eine Variante des Warmwasserboilers.Representation of a We.JT5!W6i5se2Tijoi!ers and Fig. 2 a variant of the hot water boiler.
Der Warmwasserboiler umfaßt einen langgestreckt aufrechtThe hot water boiler comprises an elongated upright
stehenden Behälter 1, der durch eine Trennwand 3 in eine untere Kammer 5 und eine obere Kammer 7 unterteilt ist. In die untere Kammer 5 mündet im Bereich des QQ Behälterbodens 9 eine Zuflußleitung 11, während vomstanding container 1, which is divided by a partition wall 3 into a lower chamber 5 and an upper chamber 7. A supply line 11 opens into the lower chamber 5 in the area of the QQ container bottom 9, while from the
Dachbereich des Behälters 1 eine Abflußleitung 13 aus dem Behälter 1 herausführt. Die Trennwand 3 hat eine Vielzahl Durchflußöffnungen 15, die die beiden Kammern 5, 7 miteinander verbinden und besteht aus einer isoliegt renden Kunststoffplatte 17, die beiderseits durch Verstei-Roof area of the container 1, a drain line 13 leads out of the container 1. The partition wall 3 has a large number of flow openings 15 that connect the two chambers 5, 7 to one another and consists of an insulating plastic plate 17 that is reinforced on both sides.
fungsplatten 19, 21 zum Beispiel aus nicht rostendem Stahl ausgesteift ist. Die Trennwand 3 ist in der oberen Hälfte des Behälters 1 etwa auf der Höhe von zwei Drittel des maximalen Füllstands des Behälters 1 angeordnet.ing plates 19, 21, for example made of stainless steel. The partition wall 3 is arranged in the upper half of the container 1 at a height of approximately two thirds of the maximum filling level of the container 1.
In der unteren Kammer 5 ist im Bereich des Behälterbodens 9 eine erste Heizeinrichtung 23 angeordnet. Eine zweite Heizeinrichtung 25 ist in der oberen Kammer 7 vorgesehen. Die Heizeinrichtung 25 ist für eine geringere Heizlei-A first heating device 23 is arranged in the lower chamber 5 in the area of the container bottom 9. A second heating device 25 is provided in the upper chamber 7. The heating device 25 is designed for a lower heating power.
-lq stung bemessen als die Heizeinrichtung 23, da sis in erster Linie lediglich den Inhalt der oberen Kammer erwärmen soll, während die Heizeinrichtung 23, gegebenen-' ' falls in Verbindung mit der Heizeinrichtung 25, den gesamten Behälterinhalt erwärmen soll. Durch Steuerung - l q power is dimensioned as the heating device 23, since it is primarily intended to heat only the contents of the upper chamber, while the heating device 23, if necessary in conjunction with the heating device 25, is intended to heat the entire container contents. By controlling
j5 der Heizeinrichtungen 23, 25 kann das Wasser in dem Behälter 1 bedarfsgerecht erwärmt werden. Bei hohem Warmwasserbedarf wird über die Heizeinrichtungen 23 und gegebenenfalls 25 der gesamte Behälterinhalt erwärmt. Bei geringem Warmwasserbedarf wird die Heizeinrichtung 23 abgeschaltet, und die Heizeinrichtung 25 erwärmt lediglich den Inhalt der oberen Kammer 7, der durch die Trennwand 3 thermisch vom Inhalt der unteren Kammer isoliert ist. wird über die Abflußleitung 13 Warniv?assrr aus der oberen Kammer 7 abgezogen, so kann kaltes Wasser durch die Durchflußöffnungen 15 der Trennwand in die obere Kammer 7 nachströmen. Bei den Heizeinrichtungen 23, 25 kann es sich um elektrische Widerstandsheizelemente oder aber um Wärmetauscher handeln, die an den Heizwasserkreis einer Gebäudeheizanlage angeschlos-j5 of the heating devices 23, 25, the water in the container 1 can be heated as required. If there is a high demand for hot water, the heating devices 23 and, if applicable, 25 heat the entire container contents. If there is a low demand for hot water, the heating device 23 is switched off and the heating device 25 only heats the contents of the upper chamber 7, which is thermally insulated from the contents of the lower chamber by the partition wall 3. If water is drawn off from the upper chamber 7 via the drain line 13, cold water can flow into the upper chamber 7 through the flow openings 15 of the partition wall. The heating devices 23, 25 can be electrical resistance heating elements or heat exchangers that are connected to the heating water circuit of a building heating system.
3q sen sind. 3 q sen are.
In der unteren Kammer 5 ist eine dritte Heizeinrichtung in Form eines Wärmetauschers 27 angeordnet, der über einen gegebenenfalls von einer Pumpe 29 unterstützten „&egr; Wärmetauscherkreis 31 an einen im Rauchgasweg 33 derIn the lower chamber 5, a third heating device in the form of a heat exchanger 27 is arranged, which is connected via a &egr; heat exchanger circuit 31, possibly supported by a pump 29, to a
Gebäudeheizanlage angeordneten Wärmetauscher 3 5 angeschlossen ist. Der Wärmetauscherkreis 31 gewinnt di* Rauchgasabwärme der Gebäudeheizanlage zurück und nutzt die zurückgewonnene Wärme zur Vorerwärmung des Wassers in der unteren Kammer 5 des Behälters 1. Die Rauchgaswärme-Rückgewinnung der vorstehend erläuterten Art ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn die Heizeinrichtungen 23, 25 ebenfalls aus der Gebäudeheizanlage gespeist v/erden. Insbesondere bei elektrischen Heizeinrichtungen '. Q kann der Wärmetauscher 27 auch Bestandteil siner Solar= anlage, insbesondere einer Solar-Wärmepumpenanlage, sein.The heat exchanger circuit 31 recovers the flue gas waste heat from the building heating system and uses the recovered heat to preheat the water in the lower chamber 5 of the container 1. The flue gas heat recovery of the type explained above is particularly useful when the heating devices 23, 25 are also fed from the building heating system. In particular with electrical heating devices '. Q, the heat exchanger 27 can also be part of a solar system, in particular a solar heat pump system.
Der Wärmetauscher 35 ist als in einer Axiallängsebene J5 teilbare Manschette ausgebildet, so daß er an das den Rauchgasweg bildende Rauchgasrohr 3 3 angebaut werden kann, ohne das Rauchgasrohr 3 3 abnehmen zu müssen. Die beiden Hälften der Manschette enthalten in nicht näher dargestellter Weise Wärmetauschkanäle, die durch Über-2Q brückungsleitungen 37 über die Teilungsebene der Manschette hinweg verbunden sind. Die beispielsweise in axialer Richtung verlaufenden Wärmetauschkanäle sind zueinander parallel an stirnseitige^ ringförmige Sanasei— kanäle 39, 41 der Manschette angeschlossen. Die Verbindungsleitungen 37 verbinden dann die Sammelkanalhälften miteinander. Der vorstehend erläuterte, als radial teilbare Manschette ausgebildete Wärmetauscher kann auch bei anderen Rauchgaswärme-Föickgewirmungspil 3en als der vorstehend erläuterten Vorrichtung eingesetzt werden.The heat exchanger 35 is designed as a sleeve that can be divided in an axial longitudinal plane J5, so that it can be attached to the flue gas pipe 33 forming the flue gas path without having to remove the flue gas pipe 33. The two halves of the sleeve contain heat exchange channels (not shown in detail) that are connected by bridging lines 37 across the division plane of the sleeve. The heat exchange channels, which run in the axial direction, for example, are connected parallel to one another to annular Sanasei channels 39, 41 on the front side of the sleeve. The connecting lines 37 then connect the collecting channel halves to one another. The heat exchanger explained above, designed as a radially divisible sleeve , can also be used in flue gas heat exchanger systems other than the device explained above.
In der Zuflußleitung 11 und der Abflußleitung 13 sindIn the inflow line 11 and the outflow line 13
außerhalb des Behälters 1 Magnetgeräte 43, 45 angeordnet, die in einer Durchflußkammer 47, 49 das zu- bzw. abfließende Wasser dem Magnetfeld eines Magnets 51 bzw. gc 53 aussetzen. Bei dem Magnet 51, 53 kann es sich umMagnetic devices 43, 45 are arranged outside the container 1, which expose the incoming or outgoing water to the magnetic field of a magnet 51 or gc 53 in a flow chamber 47, 49. The magnet 51, 53 can be
eine Permanentinagnetanordnung oder auch eine Elektromagnetanordnung handeln. Insbesondere das in der Abflußleitung 13 angeordnete Magnetgerät 45 kann gegebenenfalls entfallen. Die Magnetgeräte 43, 45 mindern den Kalkansatz in dem Behälter 1 und nachfolgenden Rohrleitungen und verbessern das Wärmeübergangsverhalten des zu erwärmenden Wassers.a permanent magnet arrangement or an electromagnet arrangement. In particular, the magnetic device 45 arranged in the drain line 13 can be omitted if necessary. The magnetic devices 43, 45 reduce the limescale build-up in the container 1 and subsequent pipes and improve the heat transfer behavior of the water to be heated.
Fig. 2 zeigt schematisch eine Variante der Vorrichtung nach Fig. 1, die sich von dieser Vorrichtung in ersterFig. 2 shows schematically a variant of the device according to Fig. 1, which differs from this device in the first
Linie durch die Art der Trennwand unterscheidet. Gleichwirkende Teile sind mit den Bezugszahlen der Fig. 1 < bezeichnet und zur Unterscheidung mit dem Buchstaben a versehen. Zur Erläuterung des Aufbaus und der Wirkungsweise wird auf die Beschreibung der Fig. 1 Bezug genommen. Line is distinguished by the type of partition. Parts that function in the same way are designated with the reference numbers in Fig. 1 < and marked with the letter a to distinguish them. For an explanation of the structure and the mode of operation refer to the description of Fig. 1.
Die wiederum stationäre Trennwand 3a der Vorrichtung nach Fig. 2 besteht aus mehreren im Abstand übereinander angeordneten Wandabschnitten 55, 57, 59, die sich in horizontaler Richtung lediglich teilweise überlappen und ein Durchflußlabyrinth 15a bilden, welches eine direkte Wärmekonvektion zwischen der unteren Kammer 5a und der oberen Kammer 7a verhindert, den Durchfluß von f 25 Wasser jedoch zuläßt. Auch die Vorrichtung nach Fig. 2 kann mit einer Rauchgaswärme-Rückgewinnungseinrichtung und Magnetgeräten ähnlich Fig. 1 ausgerüstet sein.The again stationary partition wall 3a of the device according to Fig. 2 consists of several wall sections 55, 57, 59 arranged at a distance one above the other, which only partially overlap in the horizontal direction and form a flow labyrinth 15a which prevents direct heat convection between the lower chamber 5a and the upper chamber 7a, but allows the flow of f 25 water. The device according to Fig. 2 can also be equipped with a flue gas heat recovery device and magnetic devices similar to Fig. 1.
Durch Umkehrung der räumlichen Verhältnisse kann die «&Ogr; anhand der Fig. 1 und 2 erläuterte Vorrichtung auch zur Kühlung von Flüssigkeiten ausgenutzt werden. In diesem Fall ist jedoch die kleinere Kammer unter der größeren Kammer angeordnet, und die zu kühlende Flüssigkeit wird der oberen Kammer zugeführt und aus der unteren Kammer gg abgezogen.By reversing the spatial relationships, the device explained in Figs. 1 and 2 can also be used for cooling liquids. In this case, however, the smaller chamber is arranged under the larger chamber and the liquid to be cooled is fed into the upper chamber and withdrawn from the lower chamber.
Claims (1)
, ) 262. Device according to claim 1, characterized in that the partition wall (3) is provided in the upper half containing the heating device or the lower half of the container (1) containing the cooling device.
, ) 26
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