EP1239236A2 - Heizeinrichtung zur kombinierten Heiz- und Brauchwassererwärmung - Google Patents

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EP1239236A2
EP1239236A2 EP01130360A EP01130360A EP1239236A2 EP 1239236 A2 EP1239236 A2 EP 1239236A2 EP 01130360 A EP01130360 A EP 01130360A EP 01130360 A EP01130360 A EP 01130360A EP 1239236 A2 EP1239236 A2 EP 1239236A2
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EP
European Patent Office
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heat exchanger
heating
heating device
water
heat
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EP01130360A
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English (en)
French (fr)
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EP1239236A3 (de
EP1239236B1 (de
EP1239236B8 (de
Inventor
Franz Grammling
Gerhard Rambacher
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Rotex Heating Systems GmbH
Original Assignee
Rotex GmbH
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Publication of EP1239236A3 publication Critical patent/EP1239236A3/de
Publication of EP1239236B1 publication Critical patent/EP1239236B1/de
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    • 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
    • F24H1/48—Water heaters for central heating incorporating heaters for domestic water
    • F24H1/52—Water heaters for central heating incorporating heaters for domestic water incorporating heat exchangers for domestic water
    • 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
    • F24H7/00—Storage heaters, i.e. heaters in which the energy is stored as heat in masses for subsequent release
    • F24H7/02—Storage heaters, i.e. heaters in which the energy is stored as heat in masses for subsequent release the released heat being conveyed to a transfer fluid
    • F24H7/04—Storage heaters, i.e. heaters in which the energy is stored as heat in masses for subsequent release the released heat being conveyed to a transfer fluid with forced circulation of the transfer fluid
    • F24H7/045—Storage heaters, i.e. heaters in which the energy is stored as heat in masses for subsequent release the released heat being conveyed to a transfer fluid with forced circulation of the transfer fluid using fluid fuel
    • F24H7/0466—Storage heaters, i.e. heaters in which the energy is stored as heat in masses for subsequent release the released heat being conveyed to a transfer fluid with forced circulation of the transfer fluid using fluid fuel the transfer fluid being water

Definitions

  • the invention relates to a heating device for combined heating and Domestic water heating.
  • the object of the invention is a heating device of the type mentioned to improve that the above problems described are avoided and a simple design high efficiency under hygienically perfect heating conditions is achieved.
  • An advantageous layer storage can be done without any special installation effort thereby achieve that the primary heat exchanger, the charge heat exchanger and the domestic water heat exchanger to form a Warm zone in the heat storage liquid preferably with the same Immersion depth arranged in an upper section of the storage container are, while the storage container in a preferably over at least 1/5 of the container height extending lower container area for training a cold zone is kept free of heat exchangers. That is also with small temperature differences, a simple supply of solar heat possible. This can advantageously be achieved in that in the lower Container area of the storage container the mouths of collector lines for preferably intermittent circulation of heat storage fluid arranged from the storage container via a solar collector are.
  • tubular elongate Immerse the immersion kettle centrally from above into the storage tank. It is especially for a good decrease in heating power the burner through the heating water when the immersion boiler is through an insulating jacket at least partially against the heat storage fluid is heat insulated.
  • the primary heat exchanger can preferably formed by its lower end portion, directly on the outside have heat-conducting fluid acted on with heat storage fluid. It is advantageous here if the heat-conducting part protrudes outwards Thermal fins is provided.
  • the immersion boiler has a shield to limit a convection zone in the heat storage fluid.
  • An advantageous embodiment sees here before that the insulating jacket in the region of a lower end portion of the Primary heat exchanger forms an insulating bell open at the bottom, whereby an annular space between the insulating bell and the primary heat exchanger Convection zone for the heat storage fluid is kept clear.
  • the double-walled primary heat exchanger advantageously has an inner gas channel for the passage of the combustion gases and a ring surrounding the gas channel, to which the heating water can be applied Edelwasserkanal.
  • the heated heating water can run out the primary heat exchanger via a directional valve either in a heating circuit or the charge heat exchanger can be fed.
  • a structurally advantageous embodiment provides that the storage container can be closed at an upward-facing container opening erectable container pot includes. Another constructive improvement is achieved in that the storage container in the immersion tank, carrying the charge heat exchanger and the hot water heat exchanger Has lid part.
  • the storage container preferably as Double-shell blow molded part made of plastic.
  • a highly heat-insulating and damage-proof design provides that the storage container an inner shell and an outer shell made of plastic, preferably Polypropylene and a preferably made of rigid polyurethane foam Has formed insulating foam layer between the inner and outer shell.
  • Heat storage fluid without pressure and as a closed volume of fluid held free of removal in the storage container.
  • the charge heat exchanger can by a preferably made of stainless steel, the immersion boiler concentrically surrounding, through which the heating water can flow Pipe coils can be formed, while the process water heat exchanger advantageously than one made of plastic pipes, preferably extruded Polyethylene existing ring-shaped, through which process water flows Pipe register is formed.
  • the heating device shown in the drawing serves both for heating of heating water as well as process water in a heating system 10 of a building. It essentially consists of a storage container 12 for receiving storage water 14 as a heat storage medium, one immersion boiler 16 arranged therein with gas burner 18 and primary heat exchanger 20 for heating heating water, a charge heat exchanger 22 for heating the storage water and a domestic water heat exchanger 24 for heating domestic and drinking water.
  • the storage container 12 comprises a standing container pot 26, which at an upward-pointing container opening 28 through a Submersible boiler 16, the charge heat exchanger 22 and the domestic water heat exchanger 24 supporting cover part 30 is closed. It exists as a double-shell Blow molded part made of plastic, with an inner shell 32 and an outer shell 34 made of polypropylene, an insulating foam layer 36 made of rigid polyurethane foam is provided. No special is required Structural strength because the storage water 14 alone for heat storage serves and without operating overpressure to atmosphere and free of withdrawal is kept standing in the storage container 12.
  • the tubular, elongate design is immersed Immersion boiler 16 from the cover part 30 centrally into the storage container 12 down one.
  • the gas-fired via a speed-controlled fan 38 Burner 18 is in an extended combustion chamber 40
  • Upper end portion of the submersible 16 is arranged during it subsequent lower part of the immersion boiler 16 through the primary heat exchanger 20 is formed.
  • the primary heat exchanger 20 is double-walled Made of aluminum and has an inner gas channel 42 for passage the combustion gases and a ring surrounding the gas channel, heating water channel 44 to which heating water can be applied. For enlargement of the surface around which the combustion gases flow are in the Gas channel 42 arranged heat conducting body 46.
  • the outlet of the combustion gases takes place via a at a lateral distance parallel to the primary heat exchanger 20 extending through the cover part 30 Exhaust pipe 48.
  • the deepest is to discharge condensate Place the exhaust pipe a branch line 49 laterally from the container pot 26 led out.
  • the heating water channel 44 is through a thermally conductive inner tube 50 Gas channel 42 separated and by a coaxial over spacing ribs 52 Outer jacket 54 limited radially outwards and at the front downwards.
  • the heating water channel 44 is supplied with heating water from the cover part 30 via a return 56 and a forward 58.
  • the primary heat exchanger 20 In order to prevent unwanted heat removal from the storage water 14, is the primary heat exchanger 20 with a heat insulating jacket 60 envelops.
  • the insulating jacket 60 lies over a wide range liquid-tight to the outer jacket 54 of the heating water channel 44.
  • the insulating jacket 60 in the Area of a lower end portion 55 of the primary heat exchanger 20, however is the insulating jacket 60 forming an insulating bell open at the bottom 62 extends radially, so that an upward and laterally shielded Annulus 64 as a locally limited convection zone compared to the Outer jacket 54 of the heating water channel 44 is kept clear.
  • the lower end section 55 of the primary heat exchanger 20 thus forms one on the inside with heating water and on the outside with storage water Heat-conducting section, with projecting heat-conducting ribs on the jacket side 68 are provided to improve heat transfer.
  • the Thermally conductive section 55 it is possible to be stored in the storage water Feeding heat back into the heating water, resulting in little Power requirements a heating operation can also be realized without a burner.
  • the cooled down Storage water sinks down in the convection zone 64 down to the bottom of the container.
  • the charge heat exchanger 22 is a stainless steel, the Immersion boiler 16 formed concentrically surrounding coiled tubing, which Inlet 68 and an outlet 70 with heated in the immersion tank 16 Heating water can be applied.
  • the heating water can be from the Primary heat exchanger 20 by means of circulating pump 69 via a three-way valve 71 controlled by the charge heat exchanger 22 or via a Pass heating circuit 73 through a radiator 75 (Fig. 1).
  • the domestic water heat exchanger 24 consists of a concentric the ring-shaped plastic pipe register arranged in the charge heat exchanger 22, which is surrounded by storage water 14 and the process water via a mains connection 72 and a hot water outlet 74 to one Consumer 75 can flow through in the manner of a water heater.
  • the pipe register has a suitable pipe volume of, for example 50 liters so that sufficient hot water can be drawn continuously.
  • the domestic water is therefore not in one as with conventional storage tanks large-volume container heated and stored, but it will constantly updated in the pipe register.
  • the muzzle 80 of the return 82 and the outlet point below 84 of the flow 86 of a collector line 88 in the area of the cold zone 78 the storage water 14 advantageously in an intermittent Operation with temporary emptying of the collector line 88 by means of Pump 90 is circulated via the solar collector 92 (Fig. 1). That in the collector 92 heated storage water will be according to its temperature layered in the storage container 12.
  • the heater 10 In regular heating mode, this is heating water heated by the gas burner 18 to a heat consumer 75, for example a floor heating.
  • the retrograde - cold - heating water cools the combustion gases in the gas channel 42 so far from that the condensation heat released can be used.
  • the Insulating jacket 60 prevents excessive heat input from the Storage water. With a low heating requirement, however, it is an appropriate one Heat supply from the storage water via the heat conduction 55 des Primary heat exchanger 20 possible in the heating water. In any case a cold zone is maintained in the lower container area, in which solar heating is possible even with a small temperature difference, the so warmed storage water due to its lower specific Weight automatically rises to the warm zone 76.
  • In charging mode is the heating water heated by the gas burner 18 by the Charge heat exchanger 22 passed so as to store water in the Warm zone 76 to heat up.
  • the domestic water is heated in this Warm zone 76 via the domestic water heat exchanger 24 according to the first-in-first-out principle, i.e. the cold water fed in from the network is called continuous column of liquid heated up, due to the large tube volume a high level of hot water comfort in terms of constant availability of uniformly hot domestic water.

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Abstract

Die Erfindung betrifft Heizeinrichtung zur kombinierten Heiz- und Brauchwassererwärmung mit folgenden Merkmalen: a) einem mit Wärmespeicherflüssigkeit (14) befüllbaren Speicherbehälter (12), b) einem in den Speicherbehälter (12) eintauchenden Tauchkessel (16), welcher einen Brenner (18) zur Erzeugung von Verbrennungsgasen und einen Primärwärmetauscher (20) zur Erwärmung von Heizwasser durch die Verbrennungsgase aufweist, c) einem in dem Speicherbehälter (12) angeordneten, mit Heizwasser aus dem Primärwärmetauscher (20) beaufschlagbaren Ladewärmetauscher (22) zur Erwärmung der Wärmespeicherflüssigkeit (14), d) einem in dem Speicherbehälter (12) angeordneten Brauchwasserwärmetauscher (24) zur Erwärmung von durchlaufendem Brauchwasser unter Wärmeentnahme aus der Wärmespeicherflüssigkeit (14). <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Heizeinrichtung zur kombinierten Heiz- und Brauchwassererwärmung.
Bei herkömmlichen Einrichtungen dieser Art dient ein großvolumiger Stahlbehälter zur Erwärmung und Aufbewahrung von Brauchwasser, welches unter Druck entnommen wird. Die Erwärmung des Brauchwassers erfolgt über einen Wärmetauscher, welcher aus einem gesondert aufgestellten Heizkessel gespeist wird. Nachteilig hierbei sind neben der aufwendigen Installation und der Wärmeverluste in den Umgebungsraum des Heizkessels wasserhygienische Probleme, wie sie aufgrund von strömungsarmen Zonen, Ablagerungen von Kalk, Schlamm oder sonstigen Sedimenten und Anwachsen von Keimen entstehen können. Daneben machen sich Korrosionsprobleme und Schwierigkeiten bei der Anbindung von Solarkollektoren nachteilig bemerkbar.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Heizeinrichtung der genannten Art dahingehend zu verbessern, daß die vorstehend geschilderten Probleme vermieden werden und bei einfacher Bauweise ein hoher Wirkungsgrad unter hygienisch einwandfreien Erwärmungsbedingungen erreicht wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird die im Patentanspruch 1 angegebene Merkmalskombination vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, den Heizkessel in den Speicherbehälter zu integrieren und das Brauchwasser mittelbar über ein zwischengeordnetes Wärmespeichermedium bedarfsgerecht zu erwärmen. Dementsprechend wird erfindungsgemäß eine Heizeinrichtung mit folgenden Merkmalen vorgeschlagen:
  • a) einem mit Wärmespeicherflüssigkeit, insbesondere Speicherwasser befüllbaren Speicherbehälter
  • b) einem in den Speicherbehälter eintauchenden Tauchkessel, welcher einen Brenner zur Erzeugung von Verbrennungsgasen und einen Primärwärmetauscher zur Erwärmung von Heizwasser durch die Verbrennungsgase aufweist,
  • c) einem in dem Speicherbehälter angeordneten, mit Heizwasser aus dem Primärwärmetauscher beaufschlagbaren Ladewärmetauscher zur Erwärmung der Wärmespeicherflüssigkeit,
  • d) einem in dem Speicherbehälter angeordneten Brauchwasserwärmetauscher zur Erwärmung von durchlaufendem Brauchwasser unter Wärmeentnahme aus der Wärmespeicherflüssigkeit.
    • Durch diese Anordnung werden folgende Vorteile erzielt:
    • Der Tauchkessel ist unter Verringerung des Installationsaufwandes raumsparend in den Speicherbehälter integriert, wobei etwaige Abwärme noch nutzbringend an das Speichermedium abgegeben wird;
    • Die Wärme wird nicht im Brauchwasser selbst, sondern im davon völlig getrennten Speicherwasser gespeichert. Strömungsarme oder nicht durchwärmte Zonen auf der Brauchwasserseite sind dadurch gänzlich ausgeschlossen.
    • Die von der Brauchwasserseite getrennte Wärmespeicherung vereinfacht die Einspeisung von Solarenergie;
    • Der Wärmeinhalt des Speichermediums kann bidirektional brauchwasser- und heizungsseitig genutzt werden;
    • Aufgrund des abgeschlossenen Speichervolumens bestehen an allen mit der Wärmespeicherflüssigkeit in Berührung stehenden Wärmetauscherflächen keine Probleme durch Kalkablagerungen. Bei herkömmlichen Speichern hingegen treten in dem nachgespeisten Speicherwasser vor allem bei Temperaturspitzen schädliche Kalkausfällungen auf.
    Eine vorteilhafte Schichtenspeicherung läßt sich ohne besonderen Installationsaufwand dadurch erreichen, daß der Primärwärmetauscher, der Ladewärmetauscher und der Brauchwasserwärmetauscher zur Bildung einer Warmzone in der Wärmespeicherflüssigkeit vorzugsweise mit derselben Eintauchtiefe in einem oberen Abschnitt des Speicherbehälters angeordnet sind, während der Speicherbehälter in einem vorzugsweise über mindestens 1/5 der Behälterhöhe sich erstreckenden unteren Behälterbereich zur Ausbildung einer Kaltzone von Wärmetauschern freigehalten ist. Damit ist auch bei geringen Temperaturdifferenzen eine einfache Einspeisung solarer Wärme möglich. Dies läßt sich vorteilhafterweise dadurch erreichen, daß im unteren Behälterbereich des Speicherbehälters die Mündungstellen von Kollektorleitungen zur vorzugsweise intermittierenden Umwälzung von Wärmespeicherflüssigkeit aus dem Speicherbehälter über einen Solarkollektor angeordnet sind.
    Eine weitere vorteilhafte Ausführung sieht vor, daß der rohrförmig langgestreckte Tauchkessel von oben her zentral in den Speicherbehälter eintaucht. Dabei ist es insbesondere für eine gute Abnahme der Heizleistung des Brenners durch das Heizwasser günstig, wenn der Tauchkessel durch einen Isoliermantel zumindest teilweise gegenüber der Wärmespeicherflüssigkeit wärmeisoliert ist.
    Um einen direkten Wärmeaustausch zwischen dem Heizwasser und dem Speicherwasser zu ermöglichen, kann der Primärwärmetauscher eine vorzugsweise durch seinen unteren Endabschnitt gebildete, außenseitig direkt mit Wärmespeicherflüssigkeit beaufschlagte Wärmeleitpartie aufweisen. Hierbei ist es günstig, wenn die Wärmeleitpartie mit nach außen abstehenden Wärmeleitrippen versehen ist.
    Für eine weitgehende Aufrechterhaltung der Temperaturschichtung in dem Speicherbehälter unter allen Betriebsbedingungen ist es von Vorteil, wenn der Tauchkessel eine Abschirmung zur Begrenzung einer Konvektionszone in der Wärmespeicherflüssigkeit aufweist. Eine vorteilhafte Ausführung sieht hier vor, daß der Isoliermantel im Bereich eines unteren Endabschnitts des Primärwärmetauschers eine nach unten offene Isolierglocke bildet, wobei zwischen der Isolierglocke und dem Primärwärmetauscher ein Ringraum als Konvektionszone für die Wärmespeicherflüssigkeit freigehalten ist.
    Vorteilhafterweise besitzt der doppelwandig ausgebildete Primärwärmetauscher einen inneren Gaskanal zum Durchleiten der Verbrennungsgase und einen den Gaskanal ringförmig umgebenden, mit dem Heizwasser beaufschlagbaren Heizwasserkanal. Dabei kann das erwärmte Heizwasser aus dem Primärwärmetauscher über ein Wegeventil wahlweise in einen Heizkreis oder den Ladewärmetauscher eingespeist werden.
    Eine baulich vorteilhafte Ausführung sieht vor, daß der Speicherbehälter einen an einer nach oben weisenden Behälteröffnung verschließbaren, stehend aufstellbaren Behältertopf umfaßt. Eine weitere konstruktive Verbesserung wird dadurch erreicht, daß der Speicherbehälter ein den Tauchkessel, den Ladewärmetauscher und den Brauchwasserwärmetauscher tragendes Deckelteil aufweist.
    Herstellungstechnisch und auch im Hinblick auf eine hohe Korrosionsbeständigkeit ist es von Vorteil, wenn der Speicherbehälter vorzugsweise als zweischaliges Blasformteil aus Kunststoff besteht. Eine hochwärmedämmende und beschädigungssichere Ausführung sieht vor, daß der Speicherbehälter eine Innenschale und eine Außenschale aus Kunststoff, vorzugsweise Polypropylen sowie eine vorzugsweise aus Polyurethan-Hartschaum gebildete Isolierschaumschicht zwischen der Innen- und Außenschale aufweist.
    Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Wärmespeicherflüssigkeit drucklos und als abgeschlossenes Flüssigkeitsvolumen frei von Entnahme in dem Speicherbehälter vorgehalten.
    In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der über ein Gebläse mit Gas befeuerte Brenner in einem einen erweiterten Brennraum bildenden oberen Endabschnitt des Tauchkessels angeordnet. Der Ladewärmetauscher kann durch eine vorzugsweise aus Edelstahl bestehende, den Tauchkessel konzentrisch umgebende, von dem Heizwasser durchströmbare Rohrwendel gebildet sein, während der Brauchwasserwärmetauscher vorteilhafterweise als ein aus Kunststoffrohren vorzugsweise aus extrudiertem Polyethylen bestehendes, vom Brauchwasser durchströmtes ringförmiges Rohrregister ausgebildet ist.
    Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung in schematischer Weise dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen
    Fig. 1
    ein Blockschaltbild einer Heizanlage mit einer Heizeinrichtung zur kombinierten Heiz- und Brauchwassererwärmung;
    Fig. 2
    einen Speicherbehälter mit darin eintauchendem Tauchkessel im Vertikalschnitt.
    Die in der Zeichnung dargestellte Heizeinrichtung dient zur Erwärmung sowohl von Heizwasser als auch von Brauchwasser in einer Heizanlage 10 eines Gebäudes. Sie besteht im wesentlichen aus einem Speicherbehälter 12 zur Aufnahme von Speicherwasser 14 als Wärmespeichermedium, einem darin angeordneten Tauchkessel 16 mit Gasbrenner 18 und Primärwärmetauscher 20 zur Erwärmung von Heizwasser, einem Ladewärmetauscher 22 zur Erwärmung des Speicherwassers und einem Brauchwasserwärmetauscher 24 zur Erwärmung von Brauch- bzw. Trinkwasser.
    Der Speicherbehälter 12 umfaßt einen stehend aufstellbaren Behältertopf 26, der an einer nach oben weisenden Behälteröffnung 28 durch ein den Tauchkessel 16, den Ladewärmetauscher 22 und den Brauchwasserwärmetauscher 24 tragendes Deckelteil 30 geschlossen ist. Er besteht als zweischaliges Blasformteil aus Kunststoff, wobei zwischen einer Innenschale 32 und einer Außenschale 34 aus Polypropylen eine Isolierschaumschicht 36 aus Polyurethan-Hartschaum vorgesehen ist. Dabei bedarf es keiner besonderen Strukturfestigkeit, weil das Speicherwasser 14 allein zur Wärmespeicherung dient und ohne Betriebsüberdruck gegenüber Atmosphäre und entnahmefrei stehend in dem Speicherbehälter 12 vorgehalten wird.
    Wie aus Fig. 2 ersichtlich, taucht der rohrförmig-langgestreckt ausgebildete Tauchkessel 16 vom Deckelteil 30 her zentral in den Speicherbehälter 12 nach unten ein. Der über ein drehzahlgesteuertes Gebläse 38 mit Gas befeuerte Brenner 18 ist in einem einen erweiterten Brennraum 40 bildenden oberen Endabschnitt des Tauchkessels 16 angeordnet, während der daran anschließende untere Teil des Tauchkessels 16 durch den Primärwärmetauscher 20 gebildet ist. Der Primärwärmetauscher 20 ist doppelwandig aus Aluminium ausgebildet und weist einen inneren Gaskanal 42 zum Durchleiten der Verbrennungsgase und einen den Gaskanal ringförmig umgebenden, mit Heizwasser beaufschlagbaren Heizwasserkanal 44 auf. Zur Vergrößerung der von den Verbrennungsgasen umspülten Oberfläche sind in dem Gaskanal 42 Wärmeleitkörper 46 angeordnet. Der Auslaß der Verbrennungsgase erfolgt über ein im seitlichen Abstand parallel zu dem Primärwärmetauscher 20 verlaufendes, durch das Deckelteil 30 hindurchgeführtes Abgasrohr 48. Um anfallendes Kondenswasser auszuleiten, ist an der tiefsten Stelle des Abgasrohres eine Abzweigleitung 49 seitlich aus dem Behältertopf 26 herausgeführt.
    Der Heizwasserkanal 44 ist durch ein wärmeleitendes Innenrohr 50 von dem Gaskanal 42 getrennt und durch einen über Abstandsrippen 52 koaxial gehaltenen Außenmantel 54 radial nach außen und stirnseitig nach unten begrenzt. Die Beaufschlagung des Heizwasserkanals 44 mit Heizwasser erfolgt vom Deckelteil 30 her über einen Rücklauf 56 und einen Vorlauf 58.
    Um eine ungewollte Wärmeentnahme aus dem Speicherwasser 14 zu verhindern, ist der Primärwärmetauscher 20 mit einem wärmeisolierenden Isoliermantel 60 umhüllt. Der Isoliermantel 60 liegt über einen weiten Bereich flüssigkeitsdicht an den Außenmantel 54 des Heizwasserkanals 44 an. Im Bereich eines unteren Endabschnitts 55 des Primärwärmetauschers 20 hingegen ist der Isoliermantel 60 unter Bildung einer nach unten offenen Isolierglocke 62 radial erweitert, so daß ein nach oben und seitlich abgeschirmter Ringraum 64 als lokal begrenzte Konvektionszone gegenüber dem Außenmantel 54 des Heizwasserkanals 44 freigehalten bleibt.
    Der untere Endabschnitt 55 des Primärwärmetauschers 20 bildet somit eine innenseitig mit Heizwasser und außenseitig mit Speicherwasser beaufschlagte Wärmeleitpartie, wobei mantelseitig abstehende Wärmeleitrippen 68 zur Verbesserung der Wärmeübertragung vorgesehen sind. Über die Wärmeleitpartie 55 ist es möglich, in dem Speicherwasser eingespeicherte Wärme in das Heizwasser zurück zu speisen, wodurch sich bei geringem Leistungsbedarf ein Heizbetrieb auch ohne Brenner realisieren läßt. Das abgekühlte Speicherwasser sinkt dabei in der Konvektionszone 64 nach unten zum Behälterboden hin ab.
    Grundsätzlich ist es auch denkbar, die Wärmeleitpartie 55 völlig von einer Wärmeisolierung freizuhalten, um einen Teil der Wärmeleistung des Brenners 18 direkt über den Primärwärmetauscher 20 in das Speicherwasser einbringen zu können.
    Der Ladewärmetauscher 22 ist durch eine aus Edelstahl bestehende, den Tauchkessel 16 konzentrisch umgebende Rohrwendel gebildet, die über einen Einlaß 68 und einen Auslaß 70 mit in dem Tauchkessel 16 erwärmtem Heizwasser beaufschlagbar ist. Dabei läßt sich das Heizwasser aus dem Primärwärmetauscher 20 mittels Umwälzpume 69 über ein Drei-Wege-Ventil 71 bedarfsgesteuert durch den Ladewärmetauscher 22 oder über einen Heizkreis 73 durch einen Heizkörper 75 leiten (Fig. 1).
    Der Brauchwasserwärmetauscher 24 besteht aus einem konzentrisch zu dem Ladewärmetauscher 22 angeordneten ringförmigen Kunststoff-Rohrregister, das von Speicherwasser 14 umgeben ist und vom Brauchwasser über einen Netzanschluß 72 und einen Warmwasserauslaß 74 zu einem Verbraucher 75 hin nach Art eines Durchlauferhitzers durchströmbar ist. Dabei weist das Rohrregister ein geeignetes Rohrvolumen von beispielsweise 50 Liter auf, so daß ständig ausreichend Warmwasser gezapft werden kann. Das Brauchwasser wird also nicht wie bei herkömmlichen Speichern in einem großvolumigen Behälter erwärmt und aufbewahrt, sondern es wird ständig in dem Rohrregister nachgeführt.
    Zur Bildung einer Warmzone 76 in dem Speicherwasser 14 erstrecken sich der Primärwärmetauscher 20, der Ladewärmetauscher 22 und der Brauchwasserwärmetauscher 24 mit derselben Eintauchtiefe über einen oberen Abschnitt des Speicherbehälters 12, wobei ein unterer Behälterbereich über etwa ein Viertel der Behälterhöhe zur Ausbildung einer Kaltzone 78 von Wärmetauschern freigehalten ist. Dieser gleichsam kalte Sumpf an Speicherwasser bleibt aufgrund der vergleichsweise schlechten Wärmeleitfähigkeit von Wasser weitgehend von der Warmzone 76 isoliert.
    Auf diese Weise ist es möglich, einen Solarkollektor auf niedrigem Temperaturniveau noch mit gutem Wirkungsgrad anzukoppeln, ohne daß hierfür komplexe Anlagen erforderlich wären. Zu diesem Zweck sind also die Mündungsstelle 80 des Rücklaufs 82 und die darunterliegende Mündungsstelle 84 des Vorlaufs 86 einer Kollektorleitung 88 im Bereich der Kaltzone 78 angeordnet, wobei das Speicherwasser 14 vorteilhafterweise in einem intermittierenden Betrieb unter zeitweiliger Entleerung der Kollektorleitung 88 mittels Pumpe 90 über den Solarkollektor 92 umgewälzt wird (Fig. 1). Das im Kollektor 92 erwärmte Speicherwasser wird dabei entsprechend seiner Temperatur in dem Speicherbehälter 12 eingeschichtet.
    Gemäß den vorstehenden Ausführungen ergeben sich folgende Betriebsmöglichkeiten der Heizeinrichtung 10: Im regulären Heizbetrieb wird das durch den Gasbrenner 18 erwärmte Heizwasser zu einem Wärmeverbraucher 75, beispielsweise einer Fußbodenheizung geleitet. Das rücklaufende - kalte - Heizwasser kühlt die Verbrennungsgase in dem Gaskanal 42 so weit ab, daß die frei werdende Kondensationswärme genutzt werden kann. Der Isoliermantel 60 verhindert hierbei einen zu hohen Wärmeeintrag aus dem Speicherwasser. Bei geringem Heizbedarf ist es jedoch eine entsprechende Wärmezufuhr aus dem Speicherwasser über die Wärmeleitpartie 55 des Primärwärmetauschers 20 in das Heizwasser hinein möglich. In jedem Fall wird im unteren Behälterbereich eine Kaltzone aufrechterhalten, in welcher eine Solarerwärmung auch bei geringer Temperaturdifferenz möglich ist, wobei das so erwärmte Speicherwasser aufgrund seines geringeren spezifischen Gewichts selbsttätig nach oben in die Warmzone 76 steigt. Im Ladebetrieb wird das durch den Gasbrenner 18 erwärmte Heizwasser durch den Ladewärmetauscher 22 hindurchgeleitet, um so das Speicherwasser in der Warmzone 76 aufzuheizen. Die Brauchwassererwärmung erfolgt in dieser Warmzone 76 über den Brauchwasserwärmetauscher 24 nach dem First-infirst-out-Prinzip, d.h. das aus dem Netz eingespeiste Kaltwasser wird als durchlaufende Flüssigkeitssäule aufgeheizt, wobei durch das große Rohrvolumen ein hoher Warmwasserkomfort im Sinne einer ständigen Verfügbarkeit von gleichmäßig warmem Brauchwasser erreicht wird.

    Claims (20)

    1. Heizeinrichtung zur kombinierten Heiz- und Brauchwassererwärmung mit folgenden Merkmalen:
      a) einem mit Wärmespeicherflüssigkeit (14), insbesondere Speicherwasser befüllbaren Speicherbehälter (12),
      b) einem in den Speicherbehälter (12) eintauchenden Tauchkessel (16), welcher einen Brenner (18) zur Erzeugung von Verbrennungsgasen und einen Primärwärmetauscher (20) zur Erwärmung von Heizwasser durch die Verbrennungsgase aufweist,
      c) einem in dem Speicherbehälter (12) angeordneten, mit Heizwasser aus dem Primärwärmetauscher (20) beaufschlagbaren Ladewärmetauscher (22) zur Erwärmung der Wärmespeicherflüssigkeit (14),
      d) einem in dem Speicherbehälter (12) angeordneten Brauchwasserwärmetauscher (24) zur Erwärmung von durchlaufendem Brauchwasser unter Wärmeentnahme aus der Wärmespeicherflüssigkeit (14).
    2. Heizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Primärwärmetauscher (20), der Ladewärmetauscher (22) und der Brauchwasserwärmetauscher (24) zur Bildung einer Warmzone (76) in der Wärmespeicherflüssigkeit (14) vorzugsweise mit derselben Eintauchtiefe in einem oberen Abschnitt des Speicherbehälters (12) angeordnet sind.
    3. Heizeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherbehälter (12) in einem vorzugsweise über mindestens 1/5 der Behälterhöhe sich erstreckenden unteren Behälterbereich zur Ausbildung einer Kaltzone (78) von Wärmetauschern freigehalten ist.
    4. Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im unteren Behälterbereich des Speicherbehälters (12) die Mündungstellen (80,84) von Kollektorleitungen (82, 86) zur vorzugsweise intermittierenden Umwälzung von Wärmespeicherflüssigkeit (14) aus dem Speicherbehälter (12) über einen Solarkollektor (92) angeordnet sind.
    5. Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmig langgestreckte Tauchkessel (16) von oben her zentral in den Speicherbehälter (12) eintaucht.
    6. Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Tauchkessel (16) durch einen Isoliermantel (60) zumindest teilweise gegenüber der Wärmespeicherflüssigkeit (14) wärmeisoliert ist.
    7. Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Primärwärmetauscher (20) eine vorzugsweise durch seinen unteren Endabschnitt gebildete, direkt mit Wärmespeicherflüssigkeit (14) beaufschlagte Wärmeleitpartie (55) aufweist.
    8. Heizeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeleitpartie (55) des Primärwärmetauschers (20) mit nach außen abstehenden Wärmeleitrippen (66) versehen ist.
    9. Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Tauchkessel (16) eine Abschirmung (62) zur Begrenzung einer Konvektionszone (64) in der Wärmespeicherflüssigkeit (14) aufweist.
    10. Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Isoliermantel (60) im Bereich der Wärmeleitpartie (55) des Primärwärmetauschers (20) eine nach unten offene Isolierglocke (62) bildet, wobei zwischen der Isolierglocke (62) und dem Primärwärmetauscher (20) ein Ringraum als Konvektionszone (64) für die Wärmespeicherflüssigkeit (14) freigehalten ist.
    11. Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der doppelwandig ausgebildete Primärwärmetauscher (20) einen inneren Gaskanal (42) zum Durchleiten der Verbrennungsgase und einen den Gaskanal (42) ringförmig umgebenden, mit dem Heizwasser beaufschlagbaren Heizwasserkanal (44) aufweist.
    12. Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizwasser aus dem Primärwärmetauscher (20) über ein Wegeventil (71) wahlweise in einen Heizkreis (73) oder den Ladewärmetauscher (22) einspeisbar ist.
    13. Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherbehälter (12) einen an einer nach oben weisenden Behälteröffnung (28) verschließbaren, stehend aufstellbaren Behältertopf (26) umfaßt.
    14. Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherbehälter (12) ein den Tauchkessel (16), den Ladewärmetauscher (22) und den Brauchwasserwärmetauscher (24) tragendes Deckelteil (30) aufweist.
    15. Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherbehälter (12) vorzugsweise als zweischaliges Blasformteil aus Kunststoff besteht.
    16. Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherbehälter (12) eine Innenschale (32) und eine Außenschale (34) aus Kunststoff, vorzugsweise Polypropylen sowie eine vorzugsweise aus Polyurethan-Hartschaum gebildete Isolierschaumschicht (36) zwischen der Innen- und Außenschale aufweist.
    17. Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmespeicherflüssigkeit (14) drucklos und als abgeschlossenes Flüssigkeitsvolumen frei von Entnahme in dem Speicherbehälter (12) vorgehalten ist.
    18. Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der über ein Gebläse (38) mit Gas befeuerte Brenner (18) in einem einen erweiterten Brennraum (40) bildenden oberen Endabschnitt des Tauchkessels (16) angeordnet ist.
    19. Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladewärmetauscher durch eine vorzugsweise aus Edelstahl bestehende, den Tauchkessel (16) konzentrisch umgebende, von dem Heizwasser durchströmbare Rohrwendel (22) gebildet ist.
    20. Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Brauchwasserwärmetauscher durch ein aus Kunststoffrohren vorzugsweise aus extrudiertem Polyethylen bestehendes, vom Brauchwasser durchströmtes ringförmiges Rohrregister (24) gebildet ist.
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