EP0118539B1

EP0118539B1 - Brennstoffbeheizter wasserspeicher

Info

Publication number: EP0118539B1
Application number: EP83902986A
Authority: EP
Inventors: Franz Wilhelm
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-09-22
Filing date: 1983-09-17
Publication date: 1986-11-12
Also published as: DE8226584U1; EP0118539A1; WO1984001206A1; DE3367669D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen brennstoffbeheizten Wasserspeicher gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Solche brennstoffbeheizten Wasserspeicher werden in der Regel zur Beheizung warmen Gebrauchswassers eingesetzt. Sie weisen einen hohlzylindrischen Wasserspeicher auf, dessen Zentrum von einem Flammrohr gebildet ist, das von Abgasen eines den Wasserspeicher erhitzenden Brenners durchstrichen ist. Um einen solchen brennstoffbeheizten Wasserspeicher zur Speisung einer Zentralheizungsanlage verwenden zu können, ist es bereits vorgeschlagen worden, in den Wasserspeicher eine Rohrschlange einzubringen, die an die Zentralheizungsanlage angeschlossen wird. Der Nachteil hierbei ist, daß der gesamte Brauchwasserinhalt aufgeheizt werden muß, bevor an die Zentralheizungsanlage warmes Wasser abgegeben werden kann.
Ein solcher Wasserspeicher ist aus der CH-A-382 203 bekanntgeworden. Er weist einen unten liegenden zentralen Feuerraum auf, in den ein Sturzbrenner hineinragt. Oberhalb des Brennraums ist ein Flammrohr angeordnet, durch das die Abgase abziehen können. Der Flammraum ist umgeben von einem ringförmigen heizungswasserenthaltenden Raum, der durch ein senkrechtstehendes Ablenkblech in zwei Teilringräume unterteilt ist, die oben und unten frei miteinander verbunden sind. An der Unterseite etwa in der Höhe des Endes des Sturzbrenners mündet der Rücklaufanschluß der Heizung, der Vorlaufanschluß der Heizung mündet an der obersten Stelle des erwähnten Ringraumes ab. Der Ringraum ist seinerseits von einem weiteren Ringraum umgeben, der einen Brauchwasserspeicher darstellt. Dieser Ringraum ist an seiner stirnseitigen Unterseite und an seinem Mantel auf der Innenseite vom Heizungswasser umspült und wird durch dieses erwärmt. Bei einer Erwärmung des Brauchwassers ist es mithin notwendig, das gesamte Heizungswasser zu erwärmen, außerdem stimmt die Temperatur des Heizungswassers zwangsläufig mit der Brauchwassertemperatur etwa überein. Eine thermische Trennung beider Temperaturen ist kaum möglich, da zur Wärmeübertragung von den Brennergasen auf das Brauchwasser eine Zirkulation des Heizungswassers in den Ringräumen zwingend notwendig ist.
Aus der NL-A-6 516 660 ist ein Warmwasserkessel bekanntgeworden, der als liegender Zylinder gestaltet ist. Den zentralen Innenraum bildet ein Flammrohr, das von einem Ringraum umgeben ist, das das Wasser einer Zentralheizungsanlage erwärmt. Der Mantel dieses Ringraums ist mit Lamellen versehen, die ihrerseits zu einer Übertragung des ursprünglich vom Brenner auf das Heizungswasser abgegebenen Wärme seinerseits auf das Brauchwasser dienen. Auch hier sind die Temperaturen des Heizungswassers und Brauchwassers miteinander gekoppelt, da ersteres als Wärmeübertragungsmedium benutzt wird.
Die FR-A-2442408 zeigt einen aufrechtstehenden zylindrischen Wasserspeicher mit einem zentralen Flammrohr, das von Abgasen eines unten angeordneten Brenners durchsetzt wird. Unmittelbar um das Flammrohr sind Ringräume angeordnet, die zur Aufheizung von Wasser einer Zentralheizung dienen. Auch hier ist es also notwendig, zunächst das Wasser der Zentralheizungsanlage zu erwärmen, bevor die Wärme an das Brauchwasser übertragen werden kann. Auch hieraus resultiert eine thermische Kopplung zwischen der erzielbaren Temperaturen des Brauchwassers und des Heizungswassers.
Schließlich ist aus der DE-A-1 814 902 ein senkrechtstehender zylindrischer Wasserspeicher mit zentralem Flammrohr und unten angeordnetem Brenner bekanntgeworden, bei dem ein Zentralheizungssystem an einen das Flammrohr unmittelbar umgebenden Ringraum angeschlossen ist, wobei dieser Ringraum an seiner Außenseite wiederum mit dem Wasserspeicher in Verbindung steht. Auch hier ist die thermische Kopplung zwischen Zentralheizungswasser und Brauchwasser zwingend.
Somit liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, diese thermische Kopplung zwischen den Temperaturen des Brauchwassers und des Heizungswassers bei Heizbetrieb zu verhindern.
Zur Lösung der Aufgabe schlägt die Erfindung die aus dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs ersichtlichen Merkmale vor.
Weitere Ausgestaltungen und besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche beziehungsweise gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figur der Zeichnung näher erläutert.
Die Figur zeigt eine schematische Längsschnittdarstellung eines gasbeheizten Speichers.
Der gasbeheizte Speicher weist ein mit einer Isolierschicht versehenes Gehäuse 1 auf, das aus einem Zylindermantel 2, einer Bodenplatte 3 und einer mit Ausnehmungen versehenen Deckplatte 4 besteht, die allseitig dicht miteinander verbunden sind.
Das zentrale Innere des Gehäuses 1 ist von einem Flammrohr 5 gebildet, dem an seinem sich unten erweiternden Ende 6 ein Gasbrenner 7 zugeordnet ist, der über eine mit einem Brennstoffmagnetventil 8 versehene gasleitung 9 gespeist ist. Statt Gas als Energieträger könnte auch Öl oder ein fester Brennstoff in Frage kommen. Die Wand des Flammrohres bildet einen Wärmetauscher zu einem sich um den Zylindermantel des Flammrohres erstreckenden doppelten Ringraum 10, der zwei Schenkel 11 und 12 bildet, die durch ein Trennblech 13 voneinander getrennt sind und die Form eines U's mit einer unten im Brennerbereich liegenden Umlenkung 14 aufweisen. An den inneren Schenkel 11 des doppelten Ringraums ist im Bereich des Deckels 4 eine Vorlaufleitung 15 angeschlossen, in der eine von einem Motor 16 angetriebene Umwälzpumpe 17 und ein Dreiwegeumschaltventil 18 angeordnet sind, welches von einem Stellmotor 19 verstellt werden kann. Der Motor 16 beziehungsweise der Stellmotor 19 sind über eine Stelleitung 20 an eine Regel- und Steuereinrichtung 21 angeschlossen, die über eine Leitung 22 das Magnetventil zum Brenner 7 beherrscht und an die über eine Meßleitung 23 ein Temperaturfühler 24 angeschlossen ist, der im Innenraum 25 des Wasserspeichers angeordnet ist. Das Flammrohr 5 und der Doppelringraum 10 bilden konzentrisch zu einer gemeinsamen Symmetrieachse liegende Zylinder- beziehungsweise Ringzylinderräume. Um den Doppelringraum 10 erstreckt sich ein weiterer Ringraum 26, der von dem Doppelringraum 10 durch einen dritten Ringraum 27 getrennt ist. Die einzelnen Ringräume 26, 27, 11 und 12 sind durch Ringbleche 28 voneinander getrennt. Während der dritte Ringraum über eine ringförmige Ausnehmung 29 im Bereich des Deckels mit der Atmosphäre in Verbindung steht, ist der weitere Ringraum 26 über einen Rücklaufleitungsanschluß 30 - gleichfalls im Bereich des Deckels 4 vorgesehen - mit einem Anschluß des Dreiwegeventils 18 verbunden. Vom Dreiwegeventil 18 führt eine Vorlaufleitung 31 zu einem nicht weiter dargestellten Verbraucher, der aus einer Serien- und/oder Parallelschaltung einer Vielzahl von Heizkörpern bestehen kann und der rücklaufseitig an eine Rücklaufleitung 32 angeschlossen ist, deren Anschlußstutzen im Bereich des Deckels in den äußeren Schenkel 12 des Doppelringraums 10 mündet.
Um den weiteren Ringraum 26 erstreckt sich der Innenraum 25 des Wasserspeichers 33, der nach innen von dem Trennblech 28 des weiteren Ringraums 16, von außen durch den Mantel 2 des Gehäuses 1 begrenzt ist.
Im unteren Bereich 34 des Gehäuses 1 ist eine Verbindungsleitung 35 vorgesehen, die sich etwa von der tiefsten Stelle des weiteren Ringraums 26 zur Umlenkungsstelle 14 zwischen den beiden Schenkeln 11 und 12 des Doppelringraums 10 erstreckt. Sowohl die Schenkel 11 und 12 als auch die Ringräume 26 und 27 erweitern sich im unteren Bereich 34, desgleichen der Innenraum des Flammrohres 5. Diese Erweiterung geht zu Lasten des Innenraums 25 des Wasserspeichers 33, der nicht bis zum Bereich des Bodens 3 hinunterreicht, sondern im Abstand davor endet. In den Innenraum 25 mündet in dessen unteren Bereich ein Kaltwasserzulaufrohr 36, von ihm geht im obersten Bereich ein Brauchwasserzapfrohr 37 ab.
Im unteren Bereich 34 kann die dem dritten Ringraum 27 zugewandte Innenseite des weiteren Ringraums 26 mit einer Isolierschicht 38 versehen sein. Der Temperaturfühler 24 ist im unteren Bereich 34 des Innenraums 25 des Wasserspeichers 33 angeordnet.
Der brennstoffbeheizte Wasserspeicher hat folgende Funktion : Wenn dieser Speicher nur zur Bereitung warmen Gebrauchswassers eingesetzt wird. und der Temperaturfühler 24 fordert Wärme an, so resultieren von der Steuer- und Regeleinrichtung 21 Stellsignale zum Öffnen des Magnetventils 8, zum Anlaufen des Motors 16 der Umwälzpumpe 17, zum Verstellen des Dreiwegeventils 18 in eine solche Richtung, daß der Vorlauf 31 abgesperrt wird. Der Brenner geht in Betrieb und saugt Frischluft durch die Luftöffnung 29 und den dritten Ringraum 27 an. Das vom Brenner 7 erzeugte Abgas steigt im Flammrohr 5 auf und verlässt den Wasserspeicher über ein nicht weiter dargestelltes Abgasrohr in Fortsetzung des Flammrohres 5.
Die Abgase des Brenners beheizen hiermit das Flammrohr 5, von dem die Wärme auf den inneren Schenkel 11 des Doppelringraums 10 übertragen wird. Angetrieben durch die Umwälzpumpe zirkuliert hier Wasser, das von dem Dreiwegeventil über die Leitung 30 in den weiteren Ringraum 26 gelangt. Von hier strömt das Wasser über die Verbindungsleitung 35 zu Umlenkpunkt 14 des Doppelringraums 10, den es am oberen Ende des inneren Schenkels 11 verlässt und zwar durch die Vorlaufleitung 15. Es wird darauf hingewiesen, daß die Pumpe 17 auch in der Rücklaufleitung 30 angeordnet sein kann.
Somit trägt das Umlaufwasser dazu bei, einerseits von den das Flammrohr durchstreichenden heißen Abgasen des Brenners Wärme aufzunehmen und zum anderen diese über das Blech 28, das den Innenraum 25 des Speicherbehälters 33 von dem Hohlzylinderraum des weiteren Ringraums trennt, abzugeben. Es findet somit eine indirekte Aufheizung des Gebrauchswassers statt, das durch Hineindrücken von frischem Kaltwasser durch den Zulaufstutzen 36 dem Warmwasserzapfstutzen 37 entnommen werden kann.
Soll hingegen mit dem brennstoffbeheizten Wasserspeicher die Heizungsanlage betrieben werden, so wird das Dreiwegeventil 18 durch den Stellmotor 19 entsprechend umgestellt. Die Pumpe fördert dann erhitztes Vorlaufwasser aus der Leitung 15 in die Vorlaufleitung 31 zu den nicht dargestellten Heizkörpern, die von denen das Wasser über die Rücklaufleitung 32 dem äußeren Schenkel 12 des Doppelringraums 10 und zwar an dessen oberen deckelseitigen Ende wieder zugeführt wird. Dieses kühle Rücklaufwasser durchströmt beide Schenkel des Doppelringraums und verlässt den Wasserspeicher durch die Vorlaufleitung 15.
Bei dieser Schaltung findet keine Aufheizung des Gebrauchswassers statt. Gegen Auskühlung ist das im Innenraum 25 des Wasserspeicherbehälters 33 gespeicherte Wasser gegenüber der kühlen Frischluft, die durch den dritten Ringraum 27 streicht, durch die Isolierung 38 weitestgehend geschützt. Es wäre möglich, die Isolierung über die gesamte Höhe des Gehäuses 1 an dem Blech 28 vorzunehmen, das den dritten Ringraum 27 außen gegenüber dem weiteren Ringraum 26 abschirmt, damit nicht bei Brauchwasseraufheizung das in den weiteren Ringraum 26 strömende Medium von der zugeführten frischen Zuluft gekühlt wird. Eine gleiche Isolierung könnte man auch außenseitig desjenigen Blechs 28 vornehmen. das den äußeren Schenkel 12 des Doppelringraums 10 begrenzt.
Durch den konzentrischen Aufbau der einzelnen Ringräume ist es besonders gut möglich, das Gerät abgas- und zuluftseitig über konzentrische Rohre an Schornsteine beziehungsweise Lüftungsschächte anzuschließen, hierin ein Frischluft- oder Abgasgebläse anzuordnen und auch mit einer Abgasklappe zu arbeiten.
Statt der Ringbleche, die aus Stahl oder Aluminium gefertigt sein können, können auch Keramikrohre verwendet werden. Es ist weiterhin möglich, den Wasserspeicher um 90° gekippt arbeiten zu lassen, sodaß also die Symmetrieachse nicht senkrecht, sondern waagerecht angeordnet ist und als Brenner einen Gas- oder Ölgebläsebrenner vorzusehen.
Falls die Auskühlung über die Luftführung im dritten Ringraum zu groß ist, kann die Öffnung 29 verschlossen werden und eine neue Zuluftöffnung im Bereich des Bodendeckels 3 angeordnet werden.
Durch den luftführenden Ringraum 27 wird eine thermische Trennung des Brauchwassers von dem die Heizung speisenden Wasser möglich. Daraus ergibt sich der Vorteil, das Brauchwasser auf einer vom die Heizung speisenden Wasser abweichenden, insbesondere höheren Temperatur zu halten.

Claims

1. Brennstoffbeheizter Wasserspeicher mit einem in einem Gehäuse (1) angeordneten wassergefüllten Ringraum (33), dessen Zentrum von einem von Abgasen eines Brenners beheizten Flammrohr (5) durchsetzt ist, wobei zwischen Flammrohr (5) und Innenwand (28) des Wasserbehälters (33) ein ringförmiger Aufheizraum (10) für Wasser einer Heizung angeordnet ist, der als doppelter Ringraum (10) in Form eines U's ausgestaltet ist, dessen beide Schenkel (11, 12) im unteren Bereich (34) durch eine Umlenkung (14) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der doppelte Ringraum (10) durch einen der Verbrennungsluftzuführung dienenden dritten Ringraum (27) vom Wasserspeicher (33) getrennt ist und daß ein weiterer Ringraum (26) eine Innenwand des Wasserspeichers (33) bildet.

2. Brennstoffbeheizter Wasserspeicher nach Anspruch eins, dadurch gekennzeichnet, daß alle Ringräume von einem Gehäuse (1) allseitig umgeben sind, das geschlossen ist und lediglich Öffnungen für eine Luftzufuhr (29) und eine Abgasabfuhr (5) an der Oberseite (4) aufweist.

3. Brennstoffbeheizter Wasserspeicher nach Anspruch eins oder zwei. dadurch gekennzeichnet, daß bei dem unteren Ende (34) divergierenden Ringräumen (11, 10, 27, 26) eine Isolierung (38) für den Wasserspeicher (33) im divergierenden Bereich vorgesehen ist.

4. Brennstoffbeheizter Wasserspeicher nach einem der Ansprüche eins bis drei, dadurch gekennzeichnet, daß am unteren Ende (34) des weiteren Ringraums (26) eine Verbindungsleitung (35) zur Umlenkstelle (14) des doppelten Ringraums (10) angeordnet ist.

5. Brennstoffbeheizter Wasserspeicher nach einem der Ansprüche eins bis vier, dadurch gekennzeichnet, daß die Wande (28) des dritten Ringraumes (27) nach beiden Seiten mit einer Isolierung versehen sind.

6. Brennstoffbeheizter Wasserspeicher nach einem der Ansprüche eins bis fünf, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände (28) der Ringräume aus Stahl- oder Aluminiumblechen bestehen.

7. Brennstoffbeheizter Wasserspeicher nach einem der Ansprüche eins bis fünf, dadurch gekennzeichnet, daß die Wande der Ringräume aus Keramik bestehen.

8. Brennstoffbeheizter Wasserspeicher nach einem der Ansprüche eins bis sieben, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines atmosphärischen Brenners die Achsen der Ringräume senkrecht stehen.

9. Brennstoffbeheizter Wasserspeicher nach einem der Ansprüche eins bis sieben, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Gebläsebrenners die Achsen der Ringräume waagerecht angeordnet sind.

10. Brennstoffbeheizter Wasserspeicher nach einem der Ansprüche ens bis neun, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der doppelte Ringraum (10) mit seinem inneren Ringraum und seinem äußeren Ringraum, und der weitere Ringraum (26) an der Oberseite des Gehäuses (1) des Wasserspeichers mit Rohranschlüssen versehen sind.

11. Die Verwendung des brennstoffbeheizten Wasserspeichers nach Anspruch zehn in einer Heizungsanlage, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohranschluß (15) des inneren Ringraums des doppelten Ringraums (10) unter Zwischenschaltung einer Umwälzpumpe (17) zu einem Dreiwegeumschaltventil (18) geführt ist, dessen einer Auslaß über eine Verbindungsleitung (30) mit dem weiteren Ringraum (26) und dessen anderer Auslaß über Heizkörper der Heizungsanlage mit dem Rohranschluß (32) für den äußeren Ringraum des doppelten Ringraums in Verbindung steht.

12. Die Verwendung des brennstoffbeheizten Wasserspeichers nach einem der Ansprüche eins bis zehn in einem Luftzuführ-/Abgasabführsystem, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsluftzufuhr und die Abgasabfuhr über eine konzentrische Rohrleitung erfolgt, die an der Oberseite (4) des Gehäuses (1) mündet und an das Innere des Flammrohrs (5) und an den weiteren Ringraum (27) angeschlossen ist.