EP1239236B1 - Heizeinrichtung zur kombinierten Heiz- und Brauchwassererwärmung - Google Patents

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EP1239236B1
EP1239236B1 EP01130360A EP01130360A EP1239236B1 EP 1239236 B1 EP1239236 B1 EP 1239236B1 EP 01130360 A EP01130360 A EP 01130360A EP 01130360 A EP01130360 A EP 01130360A EP 1239236 B1 EP1239236 B1 EP 1239236B1
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EP
European Patent Office
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heating
transfer means
installation according
heat transfer
heating installation
Prior art date
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Expired - Lifetime
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EP01130360A
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English (en)
French (fr)
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EP1239236A3 (de
EP1239236A2 (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 date
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Publication of EP1239236A3 publication Critical patent/EP1239236A3/de
Publication of EP1239236B1 publication Critical patent/EP1239236B1/de
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Publication of EP1239236B8 publication Critical patent/EP1239236B8/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 heater for combined heating and domestic water heating.
  • the present invention seeks to improve a heating device of the type mentioned in that the above-described problems are avoided and a simple design, high efficiency is achieved under hygienic heating conditions.
  • An advantageous layer storage can be achieved without special installation effort in that the primary heat exchanger, the charge heat exchanger and the domestic water heat exchanger for forming a hot zone in the heat storage liquid are preferably arranged with the same immersion depth in an upper portion of the storage container, while the storage container in a preferably at least 1 / 5 of the container height extending lower tank area is kept free to form a cold zone of heat exchangers.
  • This can advantageously be achieved by arranging the mouth points of collector lines for the preferably intermittent circulation of heat storage liquid from the storage tank via a solar collector in the lower tank area of the storage tank.
  • a further advantageous embodiment provides that the tubular elongated immersion tank is immersed centrally from above into the storage tank. It is favorable in particular for a good decrease in the heating power of the burner by the heating water when the immersion tank is thermally insulated by an insulating at least partially against the heat storage liquid.
  • the primary heat exchanger can preferably a directly formed by its lower end portion, outside Have acted upon with heat storage fluid heat conduction. It is advantageous if the planteleitpartie is provided with outwardly projecting heat conduction ribs.
  • the immersion vessel has a shield for limiting a convection zone in the heat storage liquid.
  • the insulating jacket forms a downwardly open insulating bell in the region of a lower end portion of the primary heat exchanger, wherein an annular space is kept free as a convection zone for the heat storage fluid between the insulating bell and the primary heat exchanger.
  • the double-walled primary heat exchanger has an inner gas channel for passing the combustion gases and an annular channel surrounding the gas channel, can be acted upon by the heating water Schuwasserkanal.
  • the heated heating water can be fed from the primary heat exchanger via a directional control valve either in a heating circuit or the charging heat exchanger.
  • a structurally advantageous embodiment provides that the storage container comprises a closable on an upwardly facing container opening, standing up container pot.
  • a further design improvement is achieved in that the storage container has a lid part carrying the immersion vessel, the charge heat exchanger and the domestic water heat exchanger.
  • the storage container preferably consists of a double-shell blow molded plastic.
  • a highly heat-insulating and damage-resistant design provides that the memory container having an inner shell and an outer shell made of plastic, preferably polypropylene and a preferably made of rigid polyurethane foam Isolierschaum Mrs between the inner and outer shell has.
  • the heat storage liquid is pressureless and kept as a closed liquid volume free from removal in the storage container.
  • the burner which is fired by a fan with gas, is arranged in an upper end section of the immersion vessel which forms an enlarged combustion chamber.
  • the charging heat exchanger can be formed by a preferably made of stainless steel, the immersion tank concentrically surrounding, can be flowed through by the heating water coiled tubing, while the domestic water heat exchanger is formed before geous legally as a plastic pipes preferably made of extruded polyethylene, flowed through the service water annular pipe register.
  • the heater shown in the drawing is used to heat both heating water and service water in a heating system 10 of a building. It consists essentially of a storage container 12 for receiving storage water 14 as a heat storage medium, arranged therein immersion tank 16 with gas burner 18 and primary heat exchanger 20 for heating heating water, a charging heat exchanger 22 for heating the storage water and a domestic water heat exchanger 24 for heating domestic hot water or drinking water.
  • the storage container 12 comprises a container bowl 26 which can be erected and which is closed at an upwardly directed container opening 28 by a cover part 30 carrying the immersion vessel 16, the charge heat exchanger 22 and the service water heat exchanger 24. It consists of a two-shell blow molded plastic, wherein between an inner shell 32 and an outer shell 34 made of polypropylene insulating foam layer 36 is provided from rigid polyurethane foam. In this case, it requires no special structural strength, because the storage water 14 is used solely for heat storage and is maintained in the storage tank 12 without operating overpressure to the atmosphere and collection-free standing.
  • the tubular-elongated immersion vessel 16 emerges centrally from the cover part 30 into the storage container 12 downwards.
  • the gas-fired burner 18 via a speed-controlled blower 38 is arranged in an upper end section of the immersion vessel 16 forming an enlarged combustion chamber 40, while the adjoining lower section of the immersion vessel 16 is formed by the primary heat exchanger 20.
  • the primary heat exchanger 20 is double-walled formed of aluminum and has an inner gas passage 42 for passing the combustion gases and a ring surrounding the gas channel, acted upon by heating water heating water channel 44.
  • heat conducting bodies 46 are arranged in the gas channel 42.
  • the Schumacherkanal 44 is separated by a heat-conducting inner tube 50 of the gas passage 42 and bounded by a distance ribs 52 coaxially outer jacket 54 radially outward and frontally down.
  • the heating water channel 44 is charged with heating water from the cover part 30 via a return 56 and a flow 58.
  • the primary heat exchanger 20 is wrapped with a heat-insulating insulating jacket 60.
  • the insulating jacket 60 is liquid-tight over a wide range of the outer jacket 54 of Schumacherkanals 44 at.
  • the insulating jacket 60 is radially expanded to form a downwardly open insulating bell 62, so that an upwardly and laterally shielded annular space 64 is kept as a localized convection zone with respect to the outer jacket 54 of Hammerbergkanals 44.
  • the lower end portion 55 of the primary heat exchanger 20 thus forms an inside with heating water and externally acted upon with storage water heat conduction, wherein the shell side protruding heat conduction ribs 68 are provided to improve the heat transfer.
  • the heat-conducting part 55 it is possible to feed back heat stored in the storage water back into the heating water, whereby a heating operation can also be realized without a burner at a low power requirement.
  • the cooled storage water drops down in the convection zone 64 down to the bottom of the container.
  • the charging heat exchanger 22 is formed by an existing stainless steel, the immersion vessel 16 concentrically surrounding coiled tube, which is acted upon via an inlet 68 and an outlet 70 with heated in the immersion tank 16 heating water.
  • the heating water from the primary heat exchanger 20 can by means of circulation pump 69 via a three-way valve 71 according to demand through the charging heat exchanger 22 or via a heating circuit 73 by a radiator 75 conduct (Fig. 1).
  • the service water heat exchanger 24 consists of a concentric with the charging heat exchanger 22 arranged annular plastic tube register, which is surrounded by storage water 14 and from the service water through a network connection 72 and a hot water outlet 74 to a consumer 75 through in the manner of a water heater can be flowed through.
  • the pipe register on a suitable volume of pipe, for example, 50 liters, so that constantly sufficient hot water can be tapped.
  • the service water is therefore not heated and stored as in conventional storage in a large-volume container, but it is constantly updated in the pipe register.
  • the primary heat exchanger 20, the charge heat exchanger 22, and the process water heat exchanger 24 extend at the same depth of immersion over an upper portion of the storage tank 12, with a lower tank area exceeding about one quarter of the tank height to form a cold zone 78 of heat exchangers is kept free. This, as it were, cold swamp at storage water remains largely isolated from the hot zone 76 due to the relatively poor thermal conductivity of water.
  • the discharge point 80 of the return 82 and the underlying discharge point 84 of the feed line 86 of a collector 88 are arranged in the region of the cold zone 78, wherein the storage water 14 advantageously in an intermittent operation with temporary emptying of the collector line 88 by means of pump 90 via the solar collector 92 is circulated (Fig. 1).
  • the warmed in the collector 92 storage water is layered according to its temperature in the storage tank 12.
  • the heating device 10 In the regular heating operation, the heating water heated by the gas burner 18 is conducted to a heat consumer 75, for example a floor heating system.
  • the returning - cold - heating water cools the combustion gases in the gas channel 42 so far that the released heat of condensation can be used.
  • the insulating jacket 60 prevents excessive heat input from the storage water.
  • a corresponding supply of heat from the storage water on theticianleitpartie 55 of the primary heat exchanger 20 in the heating water is possible.
  • a cold zone is maintained in the lower tank area, in which a solar heating is possible even at low temperature difference, the thus heated storage water automatically rises due to its lower specific gravity up into the hot zone 76.
  • the heated by the gas burner 18 heating water is passed through the charging heat exchanger 22, so as to heat the storage water in the hot zone 76.
  • the domestic water heating takes place in this Warm zone 76 via the hot water heat exchanger 24 after the first infirst-out principle, ie the fed from the mains cold water is heated as a continuous column of liquid, with a high hot water comfort in terms of a constant availability of uniformly hot water is achieved by the large volume of pipes.

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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.
  • Ein derartiges System ist z.B in der Patentschrift DE 1579857 gezeigt.
  • 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 Speicher behälter eine Innenschale und eine Außenschale aus Kunststoff, vorzugsweise Polypropylen sowie eine vorzugsweise aus Polyurethan-Hartschaum gebildete Isolierschaumschicht zwischen der Innen- und Außenschale auf weist.
  • 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 vor teilhafterweise 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 tief sten 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 ver hindem, 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 Temperatumiveau 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 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 auf weist,
    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 8, 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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