EP0767888B1 - Vorrichtung zum erwärmen von brauchwasser - Google Patents

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EP0767888B1
EP0767888B1 EP95901259A EP95901259A EP0767888B1 EP 0767888 B1 EP0767888 B1 EP 0767888B1 EP 95901259 A EP95901259 A EP 95901259A EP 95901259 A EP95901259 A EP 95901259A EP 0767888 B1 EP0767888 B1 EP 0767888B1
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Herbert Bremstaller
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D3/00—Hot-water central heating systems
    • F24D3/08—Hot-water central heating systems in combination with systems for domestic hot-water supply
    • F24D3/082—Hot water storage tanks specially adapted therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
    • F24H1/18—Water-storage heaters
    • F24H1/20—Water-storage heaters with immersed heating elements, e.g. electric elements or furnace tubes
    • F24H1/208—Water-storage heaters with immersed heating elements, e.g. electric elements or furnace tubes with tubes filled with heat transfer fluid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/04—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being spirally coiled

Definitions

  • the invention relates to a device for heating domestic water, consisting of a domestic hot water tank and one in the domestic hot water tank arranged heat exchanger, the at least one with the Hot water in the hot water tank directly in the heat exchange has a standing pipe coil with several turns for a heating medium, which extend over the bottom of the domestic hot water tank Area.
  • a heat exchanger (FR-B 2 301 795) Form flow channels between two profiled sheet metal walls, which in an annular area are bent in spiral turns. The between the flow channels formed in parallel with the sheet metal walls are therefore superimposed on what is related to the vertical between the individual turns of the sheet metal walls Flow paths for the liquid to be heated a vertical flow this liquid supports and thus in the case of domestic water heating destroys the stratification of the process water. Besides, it is due to the flow channels lying one on top of the other determining height of the heat exchanger not possible, the storage volume of the domestic hot water tank as usable volume. Additional to that, that in the area of the upper flow channels for the heating medium, the process water already has a higher temperature, so that in this area Heat transfer from the heating medium to the domestic water is impaired.
  • the invention is therefore based on the object of avoiding these deficiencies and a device for heating domestic water of the aforementioned Art to improve so that essentially the entire storage volume of the domestic hot water tank is available as usable volume and a good heat transfer from the heating medium to the domestic water ensured becomes.
  • the invention solves the problem in that the at least essentially Windings of the pipe coil distributed over the entire floor area form only one turn layer in height.
  • the overall height of the heat exchanger essentially on the cross-sectional dimensions of the pipe coil forming Pipe are limited so that with an arrangement of the heat exchanger immediately above the bottom of the domestic hot water tank Usable volume essentially the storage volume of the domestic hot water tank corresponds.
  • there is a particularly good use of heat of the heating medium because of the Heat exchanger according to its arrangement in an over the bottom of the domestic hot water tank extending surface can always be in the area of cold water.
  • the coils of the pipe coil are in one over the other
  • the coils of the surface formed by the coil do not need to be parallel to the ground To be cross-sectional level.
  • the coil from a constricted in terms of its cross-section from two opposite sides, upright pipe.
  • This "dragonfly-like" cross-sectional shape increases the heat exchange area in relation to the volume of the heating medium and due to the upright arrangement of these pipes, one is necessary for heat transfer advantageous water flow between the pipe coils.
  • the laying of the coil in the form of a spiral can be due to thermal expansion or external influences to undesirable shifts of the individual Lead turns against each other.
  • To such shifts in turns can avoid the turns of the spiral coil in a holder are held with star-shaped bracket arms that directly with the Domestic hot water tank, for example by welding, can be connected.
  • the device shown for heating domestic water consists essentially for the sake of clarity only shown in the floor area Domestic hot water tank 1 and one arranged in this domestic hot water tank Heat exchanger 2, which is located directly above the drain line 3 connected bottom 4 of the domestic hot water tank 1 is arranged.
  • This Heat exchanger 2 is formed by a coil 5, which has several turns 6 is laid in the form of a single-layer spiral, which extends over the bottom in a extending cross-sectional plane.
  • These turns 6 are from a bracket 7 added, which consists of star-shaped bracket arms 8, in which Slots 9 are provided for receiving the individual turns 6.
  • For installing the heat exchanger 2 in the hot water tank 1 only need the bracket arms 8 on the Wall of the domestic hot water tank 1 to be welded.
  • the coil 5 was made from an initially round tube, which in Area of the turns 6 was compressed from opposite sides, in order to obtain a dragonfly-like cross-sectional shape, as is particularly shown in FIG. 2 can be seen.
  • This cross-sectional shape of the coil 5 brings not only because the upright alignment makes bending the spiral easier, but also leads to a significantly cheaper heat transfer, because initially the Cross-sectional area is reduced compared to the cross-sectional circumference and between the individual turns 6 advantageous flow channels for the warming water result in a cold water pipe 11 in the hot water tank 1 flows, the one covering the drain line 3 Baffle plate 12 opens. As can be seen in FIG.
  • the heat exchanger is located 7 in the cold water area of the hot water tank 1 immediately above the Bottom 4, so that the resulting usable volume above the heat exchanger 7 of the domestic hot water tank 1 is hardly less than the total tank volume.
  • the extension of the heat exchanger 2 in advantageous hot water heating over the entire tank cross-section which results in an optimal stratification of the water.

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Erwärmen von Brauchwasser, bestehend aus einem Brauchwasserspeicher und einem im Brauchwasserspeicher angeordneten Wärmetauscher, der wenigstens eine mit dem Brauchwasser im Brauchwasserspeicher unmittelbar im Wärmeaustausch stehende Rohrschlange mit mehreren Windungen für ein Heizmedium aufweist, die in einer sich über den Boden des Brauchwasserspeichers erstreckenden Fläche liegen.
Um Brauchwasser in einem Brauchwasserspeicher zu erwärmen, ist es bekannt, in den Brauchwasserspeicher einen Wärmetauscher aus einer Rohrschlange für ein Heizmedium, üblicherweise Warmwasser, einzusetzen, die in mehreren Windungen schraubenlinienförmig verlegt ist. Werden diese Rohrwindungen entlang der Innenseite des Brauchwasserspeichers mit vertikaler Schraubungsachse verlegt, so ergibt sich bei einer entsprechend großen Wärmeaustauschfläche wegen der dann größeren Höhe des Wärmetauschers ein gegenüber dem gesamten Speichervolumen erheblich geringeres Nutzvolumen des Brauchwasserspeichers oberhalb des Wärmetauschers. Bei einer Rohrschlangenverlegung mit horizontaler Schraubungsachse ergeben sich für größere Schraubungsdurchmesser gleiche Nachteile. Außerdem besteht die Gefahr, daß sich in den oberen Windungsabschnitten Luft ansammelt und sich in den unteren Windungsabschnitten Ablagerungen ergeben, was den Wärmeübergang vom Heizmedium auf das Brauchwasser beeinträchtigt.
Darüber hinaus ist es bei einem Wärmetauscher bekannt (FR-B 2 301 795), die Strömungskanäle zwischen zwei profilierten Blechwänden zu bilden, die in einem Ringbereich in spiralförmigen Windungen gebogen sind. Die zwischen den Blechwänden gebildeten, strömungstechnisch parallelgeschalteten Strömungskanäle liegen daher übereinander, was im Zusammenhang mit den sich zwischen den einzelnen Windungen der Blechwände ergebenden, vertikalen Strömungswegen für die zu erwärmende Flüssigkeit eine vertikale Strömung dieser Flüssigkeit unterstützt und damit im Falle einer Brauchwassererwärmung die angestrebte Schichtung des Brauchwassers zerstört. Außerdem ist es aufgrund der sich aus den mehrlagig übereinanderliegenden Strömungskanälen bestimmenden Höhe des Wärmetauschers nicht möglich, das Speichervolumen des Brauchwasserspeichers als Nutzvolumen auszunützen. Dazu kommt noch, daß im Bereich der oberen Strömungskanäle für das Heizmedium das Brauchwasser bereits eine höhere Temperatur aufweist, so daß in diesem Bereich der Wärmeübergang vom Heizmedium zum Brauchwasser beeinträchtigt ist.
Schließlich ist es bekannt (US-A 2 285 998), einen Durchlauferhitzer mit einem Brauchwasserspeicher zu vereinigen, indem der Durchlauferhitzer in Form einer einlagigen, auf dem Boden des Brauchwasserspeichers angeordneten, doppelwandigen Rohrschlange verlegt wird. Das durch den Doppelmantel in den Brauchwasserspeicher strömende Brauchwasser wird von dem im Inneren der Rohrschlange geführten Heizmedium erwärmt und tritt mit der geforderten Brauchwassertemperatur in den Brauchwasserspeicher ein, so daß sich in einem solchen Brauchwasserspeicher grundsätzlich keine Temperaturschichtung ergibt, wie sie bei einer Brauchwassererwärmung auftritt, bei der die Rohrschlange für das Heizmedium mit dem Brauchwasser im Brauchwasserspeicher unmittelbar im Wärmeaustausch steht.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, diese Mängel zu vermeiden und eine Vorrichtung zum Erwärmen von Brauchwasser der eingangs geschilderten Art so zu verbessern, daß im wesentlichen das gesamte Speichervolumen des Brauchwasserspeichers als Nutzvolumen zur Verfügung steht und ein guter Wärmeübergang vom Heizmedium auf das Brauchwasser sichergestellt wird.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß die zumindest im wesentlichen über die gesamte Bodenfläche verteilten Windungen der Rohrschlange der Höhe nach lediglich eine Windungslage bilden.
Durch die Anordnung der Windungen der Rohrschlange des Wärmetauschers in einer einzigen Lage, die sich im wesentlichen über die gesamte Bodenfläche des Brauchwasserspeichers erstreckt, kann die Bauhöhe des Wärmetauschers im wesentlichen auf die Querschnittsabmessungen des die Rohrschlange bildenden Rohres beschränkt werden, so daß bei einer Anordnung des Wärmetauschers unmittelbar oberhalb des Bodens des Brauchwasserspeichers das Nutzvolumen im wesentlichen dem Speichervolumen des Brauchwasserspeichers entspricht. Abgesehen davon wird eine besonders gute Wärmeausnützung des Heizmediums ermöglicht, weil der Wärmetauscher zufolge seiner Anordnung in einer sich über den Boden des Brauchwasserspeichers erstreckenden Fläche stets im Bereich des Kaltwassers liegen kann. Die über die Bodenfläche verteilten Windungen der Rohrschlange ermöglichen außerdem eine über den Querschnitt des Brauchwasserspeichers im Vergleich zu schraubenförmig gewundenen Rohrschlangen gleichmäßigere Brauchwassererwärmung, was sich wiederum in einer optimalen Schichtung des Brauchwassers innerhalb des Brauchwasserspeichers auswirkt.
Da es darauf ankommt, die Windungen der Rohrschlange in einer sich über den Boden erstreckenden Fläche einlagig anzuordnen, ist es nicht zwingend erforderlich, diese Windungen in Form einer Spirale zu verlegen, obwohl sich durch eine spiralförmige Verlegung besonders einfache Konstruktionsverhältnisse vor allem im Hinblick auf eine über die Bodenfläche gleichmäßige Windungsverteilung einstellen. Die durch die Windungen der Rohrschlange gebildete Fläche braucht keine zum Boden parallele Querschnittsebene zu sein.
Um den Wärmeübergang zwischen dem Heizmedium und dem Brauchwasser zu verbessern, kann in weiterer Ausbildung der Erfindung die Rohrschlange aus einem bezüglich seines Querschnittes von zwei gegenüberliegenden Seiten eingeschnürten, hochkant verlegten Rohr gebildet werden. Diese "libellenartige" Querschnittsform vergrößert die Wärmeaustauschfläche in bezug auf das Volumen des Heizmediums und bedingt aufgrund der hochkantigen Anordnung dieser Rohre eine für den Wärmeübergang vorteilhafte Wasserströmung zwischen den Rohrwindungen.
Die Verlegung der Rohrschlange in Form einer Spirale kann aufgrund von Wärmedehnungen oder äußeren Einflüssen zu unerwünschten Verschiebungen der einzelnen Windungen gegeneinander führen. Um solche Verlagerungen der Windungen zu vermeiden, können die Windungen der spiralförmigen Rohrschlange in einer Halterung mit sternförmigen Halterungsarmen gehalten werden, die unmittelbar mit dem Brauchwasserspeicher, beispielsweise durch Schweißen, verbunden werden können.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen
Fig. 1
eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erwärmen von Brauchwasser in einem Querschnitt durch den Brauchwasserspeicher und
Fig. 2
diese Vorrichtung in einem Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1.
Die dargestellte Vorrichtung zum Erwärmen von Brauchwasser besteht im wesentlichen aus einem aus Übersichtlichkeitsgründen nur im Bodenbereich dargestellten Brauchwasserspeicher 1 und einem in diesem Brauchwasserspeicher angeordneten Wärmetauscher 2, der unmittelbar oberhalb des an eine Entleereungsleitung 3 angeschlossenen Bodens 4 des Brauchwasserspeichers 1 angeordnet ist. Dieser Wärmetauscher 2 wird durch eine Rohrschlange 5 gebildet, die in mehreren Windungen 6 in Form einer einlagigen Spirale verlegt ist, die in einer sich über den Boden 4 erstreckenden Querschnittsebene liegt. Diese Windungen 6 werden von einer Halterung 7 aufgenommen, die aus sternförmigen Halterungsarmen 8 besteht, in denen Schlitze 9 zur Aufnahme der einzelnen Windungen 6 vorgesehen sind. Die zum Einlegen der Windungen 6 einseitig offenen Schlitze 9 werden durch mit den Halterungsarmen 8 verbundene Stege 10 verschlossen, so daß die Windungen 6 in der Halterung 7 radial unverschiebbar festgelegt sind. Zum Einbau des Wärmetauschers 2 in den Brauchwasserspeicher 1 brauchen lediglich die Halterungsarme 8 an der Wand des Brauchwasserspeichers 1 angeschweißt zu werden.
Die Rohrschlange 5 wurde aus einem zunächst runden Rohr hergestellt, das im Bereich der Windungen 6 von gegenüberliegenden Seiten zusammengedrückt wurde, um eine libellenartige Querschnittsform zu erhalten, wie dies insbesondere in der Fig. 2 zu erkennen ist. Diese Querschnittsform der Rohrschlange 5 bringt nicht nur wegen der hochkantigen Ausrichtung ein einfacheres Biegen der Spirale mit sich, sondern führt auch zu einem erheblich günstigeren Wärmeübergang, weil zunächst die Querschnittsfläche gegenüber dem Querschnittsumfang verkleinert wird und sich zwischen den einzelnen Windungen 6 vorteilhafte Strömungskanäle für das zu erwärmende Wasser ergeben, das über eine Kaltwasserleitung 11 in den Brauchwasserspeicher 1 strömt, die oberhalb eines die Entleerungsleitung 3 abdeckenden Prallbleches 12 mündet. Wie der Fig. 2 entnommen werden kann, liegt der Wärmetauscher 7 im Kaltwasserbereich des Brauchwasserspeichers 1 unmittelbar über dem Boden 4, so daß das sich oberhalb des Wärmetauschers 7 ergebende Nutzvolumen des Brauchwasserspeichers 1 kaum geringer als das gesamte Speichervolumen ist. Abgesehen davon ergibt sich wegen der Erstreckung des Wärmetauschers 2 im wesentlichen über den gesamten Behälterquerschnitt eine vorteilhafte Brauchwassererwärmung, die eine optimale Schichtung des Wassers nach sich zieht.

Claims (4)

  1. Vorrichtung zum Erwärmen von Brauchwasser, bestehend aus einem Brauchwasserspeicher (1) und einem im Brauchwasserspeicher (1) angeordneten Wärmetauscher (2), der wenigstens eine mit dem Brauchwasser im Brauchwasserspeicher (1) unmittelbar im Wärmeaustausch stehende Rohrschlange (5) mit mehreren Windungen für ein Heizmedium aufweist, die in einer sich über den Boden (4) des Brauchwasserspeichers (1) erstreckenden Fläche liegen, wobei die zumindest im wesentlichen über die gesamte Bodenfläche verteilten Windungen (6) der Rohrschlange (5) der Höhe nach lediglich eine Windungslage bilden.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die über die Bodenfläche verteilten Windungen (6) der Rohrschlange (5) eine Spirale bilden.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrschlange (5) aus einem bezüglich seines Querschnittes von zwei gegenüberliegenden Seiten eingeschnürten, hochkant verlegten Rohr gebildet ist.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen (6) der spiralförmigen Rohrschlange (5) in an sich bekannter Weise in einer Halterung (7) mit sternförmigen Halterungsarmen (8) gehalten sind.
EP95901259A 1993-11-24 1994-11-24 Vorrichtung zum erwärmen von brauchwasser Expired - Lifetime EP0767888B2 (de)

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