DE9319278U1

DE9319278U1 - Durchflußwassererwärmer mit verbesserter Schüttleistung

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Publication number: DE9319278U1
Application number: DE9319278U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-12-18
Filing date: 1993-12-18
Publication date: 1994-06-01
Anticipated expiration: 2003-12-19

Description

SOLARTECHNIK JÖRG BUSCHBECK
FALKENAUER STRASSE 7

D 09569 BREITENAU

Durchflußwassererwarmer mit verbesserter Schüttleistung

Die Erfindung betrifft einen Durchflußwassererwarmer mit verbesserter Schüttleistung für alle Speichersysteme, bei denen die in einem flüssigen Speichermedium gespeicherte Wärmeenergie mittels in oder an diesen Speichern befindlichen Wärmetauschern auf das zu erwärmende Trink- oder Brauchwasser übertragen wird. Auch Speichersysteme mit einer Kombination aus Durchfluß- und Speichererwärmung, wie z.B. in einem größeren Speicher befindliche Wassererwärmer mit Beheizung direkt über ihren Mantel, gehören ausdrücklich zum Anwendungsgebiet. Wärmetauscher im Sinne der folgenden Beschreibung sind also auch innenliegende Speicher, die über ihren Mantel beheizt werden.

Aus Gründen der Wasserhygiene werden zunehmend Wege gesucht, Trink- und Brauchwassererwärmer (Warmwasserspeicher) als Durchflusserwärmer zu konzipieren. Literatur dazu: "Energiesparen und die Legionellen", R. Dörr, sbz SD aus 13/93; DVGW Regelwerk und Arbeitsblatt W 551. Das zu erwärmende Speichermedium ist dabei nicht mehr das zu zapfende Trink- oder Brauchwasser. Vielmehr wird ein anderes flüssiges Speichermedium, zumeist Wasser aus der

Heizungsanlage, erwärmt und über Durchflußwarmetauscher überträgt das Speichermedium seine Wärme auf das zu zapfende Trink- oder Brauchwasser.

Bisher bekannte Speicher mit solchen Wasserwärmern nach dem Durchflußprinzip oder Kombinationslösungen mit innenliegenden verkleinerten Wasserspeicher erreichen zwar die Einhaltung der geforderten hygienischen Bedingungen; aber sie haben jedoch einen gravierenden energetischen Nachteil gegenüber den die hygienischen Bedingungen nicht einhaltenden konventionellen Speichersysteme ohne Wärmetauscher. Die entnehmbare Wassermenge, Schüttleistung genannt, ist bei den bisher bekannten Speichern mit Wärmetauschern bei Einhaltung der Zapftemperatur und ohne Nachheizung relativ gering im Verhältnis zur gesamten zu erwärmenden Speichermenge. Zumindest ist eine im Verhältnis zur Zapftemperatur sehr hohe Speichertemperatur erforderlich. Dies führt zu geringeren Anlagenwirkungsgraden besonders bei Solaranlagen, Wärmepumpensystemen und Brennwertkesseln. So ist aus den Produktunterlagen der Fa. Werit/Altenkirchen für CALO-bloc Wärmespeicher CWS 1000-H + 2CWT10.2 aus den Diagrammen in Punkt (Technische Daten im überblick) bei einem Durchflußwassererwärmer mit :

1000-1-Speicher,

Wärmetauschergröße 2 &khgr; 22 m²,

Zapfgeschwindigkleit 30 l/min,

Zapftemperatur 40° C

mittlere Speichertemparatur 45° C

nur 30 Liter Entnahmemenge ohne Nachheizung möglich. Für eine Entnahmemenge von 1000 Liter ohne Nachheizung ist eine mittlere Speichertemperatur von ca. 73° C erforderlich.

Zur Veranschaulichung der bisherigen Situation wird auf Zeichnung 2 verwiesen. Die Warmwassererwärmung mittels Wärmetauscher erfordert, daß zumindest im oberen Speicherbereich die Temperatur wesentlich über der Zapftemperatur liegt. Diese Temperaturdifferenz ist abhängig von der Entnahmegeschwindigkeit und der Wärmetauscherleistung. Bei der Warmwasserentnahme aus dem Speicher läuft nun folgendes ab. Beim Zapfen wird das Speichermedium am Wärmetauscher abgekühlt. Dies führt dazu, daß schon nach ganz geringen Entnahmemengen durch das Abkühlen des umgebenden Speichermediums eine Verwirbelung des umgebenden mit dem entfernteren Speichermedium einsetzt, die zunächst wieder ausreichend erwärmtes Speichermedium an den Wärmetauscher heranführt. Durch die unkontrollierte Verwirbelung wird alsbald das Speichermedium in der Umgebung des Wärmetauschers eine Mischtemperatur erreichen, die ohne Nachheizen keine ausreichende Temperaturdifferenz zwischen Temperatur des umgebenden Speichermediums und Zapftemperatur mehr aufrecht erhalten kann.

Der in dem Schutzanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Durchflußwassererwärmer mit verbesserter Schüttleistung zu schaffen, bei dem ohne Nachheizung die · Speicherwärme effektiver und auf eine größere zapfbare Wassermenge mit der gewünschten Zapftemperatur übertragen wird und der damit eine wirkungsvolle Ausnutzung der gespeicherten Wärmemenge bei Einhaltung der wasserhygienischen Forderungen erlaubt.

Dieses Problem wird mit den Maßnahmen des Schutzanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen aufgezeigt. ,

Mit der Erfindung wird im angegebenen Anwendungsfall erreicht, daß die unkontrollierte Verwirbelung des erwärmten Speichermediums in eine gezielte für Energieaustausch optimale ein Gegenstromprinzip zwischen zu zapfendem Kaltwasser und wärmeabgebendem Speichermedium erzeugende Strömung verwandelt und damit eine geschichtete Entladung des Speichers erreicht wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand Zeichnung 2 erläutert. Zur Verdeutlichung der Unterschiede wird auch der Stand der Technik dargestellt. Es zeigen:

Zeichnung 1: Prinzipskizze Durchflußwassererwärmer mit

verbesserter Schüttleistung Zeichnung 2: Stand der Technik

Folgend Bezugszeichen werden verwendet:

1 Durchflußwassererwärmer

2 Wärmetauscher

3 Kaltwassereingang

4 Warmwasserausgang

5 Strömungsleiteinrichtung

6 Konvektionsströmungen

7 Speichermedium

Der in Zeichnung 2 dargestellte Stand der Technik (Beschreibung siehe dort) zeigt nochmals die unkontrollierte Verwirbelung durch die Konvektionsströmungen 6 des durch die Wärmeübergabe abgekühlten Wassers mit dem umgebenden heißeren Wasser. In Zeichnung 1 ist der erfinderische Durchflußwassererwärmer mit verbesserter Schüttleistung dargestellt. Der Wärmetauscher 2 wird senkrecht und nahezu über die gesamte Höhe des inneren Speicherraumes reichend montiert. Der Kaltwassereingang 3 wird unten und der Warmwasserausgang 4 wird oben in der Strömungsleiteinrichtung 5 angeordnet. Die eigentlichen Leitungsdurchführungen durch die Isolation erfolgen, abweichend von der schematischen Darstellung in Zeichnung 1, vorteihafterweise im unteren kühleren Bereich. Die Strömungsleiteinrichtung 5 umgibt den Wärmetauscher 2 in seiner gesamten Länge oder sogar darüberhinaus, wenn derselbe kürzer ausgeführt wird. Beim Zapfen abgekühltes Speichermedium 7 wird in der Strömungsleiteinrichtung 5 im Gegenstrom zu dem zu erwärmenden Wasser nach unten sinken und sich dabei bis nahezu auf die Kaltwassertemperatur abkühlen. Warmes Speichermedium 7 wird dadurch oben nachgesaugt. Bei der Warmwasseerentnahme entsteht also ein natürlicher Kreislauf durch den Dichteunterschied zwischen warmen und abekühlten Speichermedium (Konvektionsströmung). Dabei kommt es kaum zu unkontrollierten Vermischungen. Es wird eine geschichtete Entladung des Speichers und eine erhöhte Schüttleistung durch das erreichte Gegenstromprinzip für den Wärmeaustausch erreicht.

Auch durch die in der Strömungsleiteinrichtung 5 gegenüber einer unkontrollierten Verwirbelung nach dem Stand der Technik größere Strömungsgeschwindigkeit wird die Leistung des Wärmetauschers 2 ebenfals erhöht.

• ·

Erst wenn der Speicher in einem Großteil seiner Höhe mit abgekühltem Speichermedium gefüllt ist, kommt der Kreislauf zu erliegen bzw. wird die nutzbare Wärmetauscherlänge zu klein. Die Schüttleistung kann also weiter erhöht werden, wenn der Speicher im unteren Bereich ein größeres Volumen als im oberen Bereich hat,

Die Parallelschaltung mehrerer Wärmetauscher 2 ist ebenso wie die Optimierung der Strömungsleiteinrichtungen 5 bezüglich Strömungswiderstände und Wasserinhalt eine selbstverständliche ingenieurtechnische Ausgestaltung.

Vorteilhafte Ausgestaltungen, die die Effektivität noch erhöhen können, sind Ausgestaltungen der Strömungsleiteinrichtung 5 und des Kaltwassereingangs 3 sowie des Warmwasserausgangs 4 nach den Unteransprüchen.

Claims

"Durchflußwassererwärmer mit verbesserter Schüttleistung" SCHUTZANSPRÜCHE

1. Durchflußwassererwärmer mit verbesserter Schüttleistung, bei dem die in einem flüssigen Speichermedium gespeicherte Wärmeenergie mittels Wärmetauschern auf das zu erwärmende Trinkoder Brauchwasser übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Wärmetauscher (2) von mindestens einer Strömungsleiteinrichtung (5) zur Vermeidung von unkontrollierten Vermischungen bei gleichzeitiger Erreichung eines Gegenstromwärmeaustauschs umgeben ist.

2. Durchflußwassererwärmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsleiteinrichtung (5) über die gesamte Höhe des Durchflußwassererwärmers (1) angeordnet ist und mit endseitigen Durchströmöffnungen versehen ist während der Wärmetauscher (2) nur im oberen Bereich oder über die gesamte Länge der Stromungsleitexnrichtung (5) angeordnet ist.

3. Durchflußwassererwärmer nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsleiteinrichtung (5) aus thermisch isolierendem Material besteht.

4. Durchflußwassererwärmer nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsleiteinrichtung (5) rohrförmig ausgebildet ist und die an ihren Enden befindlichen Durchströmöffnungen gleichzeitig als Füße bzw. Abstandshalter bildende Montage- und/oder Justiermittel für eine kraft- oder formschlüssige sowie lösbare oder unlösbare Befestigung im Durchflußwassererwärmer ausgebildet sind.

5. Durchflußwassererwärmer nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß Kaltwassereingang (3) und/oder ein Warmwasserausgang (4), zumindest aber die jeweiligen zum Wärmetauscher (2) führenden und/oder vom Wärmetauscher abführenden Leitungsbereiche, thermisch isoliert in der Srömungsleiteinrichtung (5) angeordnet sind.

6. Durchflußwassererwärmer nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der eigentliche Speicher des Durchflußwassererwärmer 5 im unteren Bereich erweitert ist gegenüber seinem oberen Bereich, vorzugsweise wird dazu eine pyramidenförmige, insbesondere auch im unteren Bereich sich verjüngende kegelförmige, Gestaltung angeordnet.