Stand der Technik
[0001] Die Erfindung geht aus von einem Warmwasser-Speicher nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Bei bekannten Speichern dieser Gattung (DE-OS-37 14 596) ist ein als einfache Rohrschlange
ausgebildeter Wärmeübertrager mit Anschlüssen für ein Leitungsnetz im Speicher für
die Brauchwasserbereitung vorgesehen. Darüber hinaus kann der Speicher über entsprechende
Anschlüsse mit einem Heizungsnetz verbunden werden, über das ein Heizmedium auf die
im Speicher angeordnete Rohrschlange übertragen wird. Über die am Wärmeübertrager
angebrachten Anschlüsse kann das Brauchwasser entnommen werden. Um bei den Speichern
der genannten Art Brauchwasser ohne nennenswerte Verzögerung mit der gewünschten Temperatur
in ausreichender Menge zapfen zu können, ist eine entsprechende Dimensionierung des
Speichers bzw. des Wärmeübertragers notwendig.
Vorteile der Erfindung
[0002] Die erfindungsgemäße Anordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs
hat den Vorteil, daß die Effektivität und Geschwindigkeit des Wärmeaustausches zwischen
dem Heizmedium und dem Brauchwasser gesteigert ist, was sich positiv auf das Leistungs/Volumen-Verhältnis
des Speichers beziehungsweise des gesamten Heizgeräts auswirkt. Damit wird eine Verbesserung
des Brauchwasserkomforts ohne nennenswerte Volumenvergrößerung des Heizgeräts erreicht.
[0003] Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen
der Anordnung nach dem Hauptanspruch möglich.
[0004] Dadurch, daß die zur Rohrschlange koaxial verlaufende Leitung im Querschnitt kreisförmig
ausgebildet ist und sich im wesentlichen über die gesamte Länge der Rohrschlange erstreckt,
ist eine effektive Wärmeübertragung vom im Koaxialrohr strömenden Heizwasser auf das
in der Rohrschlange fließende Brauchwasser möglich.
[0005] Über eine Manschette wird auf einfache Art und Weise das mit dem Rücklaufanschluß
verbundene Ende der koaxialen Leitung von der Rohrschlange abgezweigt.
[0006] Der Wärmeübertrager mit der koaxialen Leitung arbeitet in vorteilhafter Weise nach
dem Gegenstromprinzip, da dieses Prinzip die wärmetechnisch vorteilhafteste Variante
ist.
[0007] Da die Rohrschlange mit einem Leitungsnetz verbunden ist, ist es notwendig, die Rohrschlange
aus druckbeständigem Material auszubilden. Es ist vorteilhaft, als Material Kupfer
zu verwenden, da es druckbeständig ist und eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist.
[0008] Da die koaxiale Leitung als Strömungsführung dient und zwischen dem innerhalb und
außerhalb der koaxialen Leitung fließenden Heizwasser nur geringe Druckunterschiede
bestehen, ist es vorteilhaft, die koaxiale Leitung und die Manschette aus kostengünstigem
Kunststoff herzustellen.
[0009] Die Rohrschlange ist durch Rippen von der koaxialen Leitung beabstandet. Rippen und
Rohrschlange sind in vorteilhafter Weise einteilig herstellbar und bestehen beide
aus einem Material mit hohem Wärmeleitkoeffizienten. Dadurch wird die Wärmeübertragung
vom Heiz- auf das Brauchwasser in vorteilhafter Weise weiter erhöht.
[0010] Weiterhin ist es besonders vorteilhaft, den Speicher mit einer elastischen Zwischenwand
sowie mit einer gasgefüllten Kammer zu versehen. Diese Merkmale ermöglichen den gleichzeitigen
Einsatz des Speichers als Ausdehnungsgefäß in einem Heizungsnetz. Diese Funktionsintegration
trägt wesentlich zu einer kompakten Bauweise eines Heizgeräts für Raumheizung und
Brauchwassererwärmung bei.
Zeichnung
[0011] Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung unter Angabe weiterer Vorteile näher erläutert. Es zeigen Figur 1 einen
in einem Heizkreislauf angeordneten Speicher in vereinfachter Form, Figur 2 eine vergrößerte
Teildarstellung des Speichers im Schnitt, Figur 3 eine Seitenansicht des Speichers
und Figuren 4, 5, 6, 7 und 8 Schnittdarstellungen von koaxialen Leitungen.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
[0012] Figur 1 zeigt einen Speicher 10 für die Brauchwassererwärmung in einem Heizwasser
führenden Leitungssystem 12, 14 eines Heizgerätes. Ein im Leitungssystem 12, 14 angeordneter
und durch einen Brenner 15 von Verbrennungsgasen beaufschlagter Primärwärmeübertrager
16 versorgt den Speicher 10 über den Vorlaufabschnitt 12 dieses Leitungssystems und
über einen Vorlaufanschluß 12a des Speichers 10 mit Heizwasser für die Brauchwassererwärmung.
Der Rücklaufabschnitt 14 des Leitungssystems führt von einem Rücklaufanschluß 14a
des Speichers 10 über ein Dreiwegeventil 18 und eine Heizwasserpumpe 20 zum Primärwärmeübertrager
16 zurück. Dabei geben die durchgezogen dargestellten Pfeile die Strömungsrichtung
des Heizwassers an. Das Dreiwegeventil 18 ermöglicht die Versorgung eines mit Vor-
und Rücklaufanschlüssen 22, 24 angedeuteten Heizungssystems mit Heizungswasser durch
dieselbe Wärmequelle.
[0013] Im Innern des Speichers 10 sind die als Rohrschlange ausgebildeten Übertragungsflächen
eines Wärmeübertragers 26 angeordnet, der über einen Anschluß 28 mit einem Kaltwasser-Zulauf
verbunden ist. Durch einen Warmwasser-Anschluß 30 am anderen Ende der Rohrschlange
26 kann warmes Brauchwasser entnommen werden. Die gestrichelt dargestellten Pfeile
geben die Strömungsrichtung des Brauchwassers an.
[0014] Der Speicher 10 wird durch ein an sich bekanntes Verfahren mit Heizwasser geladen.
Ein im Speicher 10 angeordneter, nicht dargestellter Temperaturfühler mißt die Temperatur
des Heizwassers im Speicher, der dann mit Heizwasser durch den Primärwärmeübertrager
16 und durch das heizwasserführende Leitungssystem 12, 14 nachgeladen wird, wenn die
Temperatur des Heizwassers unter einen bestimmten Wert sinkt.
[0015] Um den Wirkungsgrad der Wärmeübertragung vom Heizwasser auf das in der Rohrschlange
26 fließende Brauchwasser zu erhöhen, verläuft eine Leitung 32 koaxial zu der im Speicher
10 liegenden Rohrschlange 26. Dabei ist das eine Ende der koaxialen Leitung 32 als
im Speicher 10 liegendes offenes Ende 34 ausgebildet, während das andere Ende 36 mit
dem Rücklaufabschnitt 14 des Heizwasser führenden Leitungssystems 12, 14 verbunden
ist. Die koaxiale Leitung 32 ist dabei ebenso wie die Rohrschlange 26 im Querschnitt
kreisförmig ausgebildet und erstreckt sich im wesentlichen über die gesamte Länge
der Rohrschlange 26. Die Rohrschlange 26 und die koaxiale Leitung 32 sind im Ausführungsbeispiel
gemäß Fig. 1 als einfache Windung ausgebildet, wobei sich diese im wesentlichen entlang
einer Innenwand 38 des Speichers 10 erstreckt.
[0016] Wie in der Figur 2 deutlicher dargestellt, weist der mit dem Ende 36 der koaxialen
Leitung 32 verbundene Rücklauf-Anschluß 14a eine Manschette 40 mit Anschlußstutzen
42, 44 auf. Der Anschlußstutzen 42 greift mit einer Innenwand 46 über eine Außenwand
48 der koaxialen Leitung 32, während der nach außen durch eine Öffnung 50 im Speicher
10 geführte Anschlußstutzen 44 mit einer Außenwand 52 gegenüber einer Innenwand 54
einer zum Rücklaufanschluß 14a gehörenden Muffe 56 abgeschlossen ist. Über die Muffe
56 wird die Verbindung mit dem Rücklaufabschnitt 14 des Leitungssystems 12, 14 hergestellt.
Die Manschette 40 weist darüber hinaus eine Öffnung 58 auf, durch die die Rohrschlange
26 zum Kaltwasser-Anschluß 28 geführt ist.
[0017] Im Ausführungsbeispiel nach Figur 3 ist die im Speicher 10 angeordnete Rohrschlange
26 und die koaxiale Leitung 32 als Doppelwendel mit zwei Windungen ausgebildet, wodurch
die Wärmeübertragungsfläche, gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel vergrößert ist.
[0018] Der Speicher 10 ist weiterhin mit einer als elastischer Membran 60 ausgebildeten
Zwischenwand versehen, die eine das Heizwasser führende Gehäusehälfte 62 von einer
ein Gasvolumen aufnehmenden Gehäusehälfte 64 trennt. Dabei weisen beide Gehäusehälften
62, 64 an ihren Enden umlaufende Kragen 66, 68 auf, zwischen denen die Membran 60
mit Hilfe einer Ringwulst 70 eingespannt ist. Der sich zwischen Membran 60 und der
Gehäusehälfte 64 ausbildende Raum ist mit Stickstoff gefüllt, der ein Druckpolster
aufbaut. Die Gehäusehälfte 62 ist weiterhin mit einem Anschlußstutzen 72 für einen
Schnellentlüfter versehen, durch den im Heizwasser befindlicher Sauerstoff ausgeschieden
werden kann.
[0019] Durch diese Merkmale ist es möglich, die im Speicher 10, oder, wenn der Speicher
10 in einem Heizungsnetz integriert ist, die im Heizungsnetz auftretenden Volumenänderungen
aufgrund von Temperaturschwankungen zu kompensieren. Der dann gleichzeitig als Ausdehnungsgefäß
ausgebildete Speicher 10 trägt zu einer besonders kompakten Bauweise eines Heizgeräts
bei.
[0020] Der Speicher 10 arbeitet auf folgende Art und Weise:
[0021] Bei Brauchwasserentnahme über die Rohrschlange 26 wird gleichzeitig durch die im
Rücklaufabschnitt 14 angeordnete Heizwasserpumpe 20 im Speicher 10 befindliches Heizwasser
durch das offene Ende 34 der koaxialen Leitung 32 gefördert, wobei ein erhöhter Wärmeaustausch
zwischen dem in der koaxialen Leitung 32 geförderten Heizungswasser und dem in der
Rohrschlange 26 fließenden Brauchwasser stattfindet.
[0022] Der Wärmeaustausch findet im Gegenstromprinzip statt, d. h. der Kaltwasseranschluß
28 und der Warmwasseranschluß 30 der Rohrschlange 26 sind so gewählt, daß in der Rohrschlange
26 fließendes Brauchwasser entgegengesetzt zu dem in der koaxialen Leitung 32 geförderten
Heizwasser fließt, wodurch der Wärmeübertragungsfaktor weiter verbessert wird. Im
Gegensatz zum Gleichstromprinzip kann die Endtemperatur des in der Rohrschlange 26
fließenden Brauchwassers über die Endtemperatur des in der koaxialen Leitung 32 fließenden
und sich abkühlenden Heizwassers gesteigert werden.
[0023] Da die Rohrschlange 26 mit einem unter Druck stehenden Leitungsnetz verbunden ist
und als Wärmeübertrager fungiert, muß sie einerseits druckbeständig sein und andererseits
aus einem Material bestehen, daß eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweist; daher wird
als Material für die Rohrschlange 26 vorzugsweise Kupfer verwendet. Da die koaxiale
Leitung 32 und die Manschette 40 nur als Strömungsführung für das Heizwasser dienen,
sind beide aus Kunststoff herstellbar.
[0024] Um die koaxiale Leitung 32 von der Rohrschlange 26 zu beabstanden, sind zwischen
beiden längs verlaufende Stege 58 angeordnet, die, wie die Figuren 4 - 8 zeigen, unterschiedlich
ausbildbar sind. Figur 4 zeigt eine erste Ausführungsform von Stegen 58, die durch
ein einziges Fertigungsverfahren gleichzeitig mit der Herstellung der Rohrschlange
26 aus dem Rohrschlangenmaterial herstellbar sind. In Figur 5 sind die koaxiale Leitung
32 und die Stege 58 einteilig hergestellt, in Figur 6 sind sowohl koaxiale Leitung
32, Stege 58 und Rohrschlange 26 einteilig ausgebildet. Figur 7 und Figur 8 zeigen
eine vierte und fünfte Ausführungsform von Stegen 58, die in der Anordnung modifiziert
sind, aber von der Fertigung wie die ersten drei Ausführungsformen herstellbar sind.
1. Warmwasser-Speicher, insbesondere zur Brauchwassererwärmung einer Zentralheizungsanlage,
mit einem als Rohrschlange ausgebildeten und mit einem Leitungsnetz verbindbaren Wärmeübertrager
sowie mit einem Vor- und Rücklaufanschluß für ein Heizmedium, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Ende (36) einer zur Rohrschlange (26) koaxial verlaufenden Leitung (32) mit
dem Rücklaufanschluß (14a) der Heizungsanlage verbunden ist und das andere Ende (34)
der koaxialen Leitung (32) zum Eintritt des im Speicher (10) befindlichen Heizmediums
offen ist.
2. Speicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrschlange (26) aus einem
druckbeständigen Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit besteht.
3. Speicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die koaxiale Leitung
(32) aus Kunstoff besteht.
4. Speicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die koaxiale Leitung (32)
im wesentlichen über die gesamte Länge der Rohrschlange (26) erstreckt.
5. Speicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der
Rohrschlange (26) fließendes Brauchwasser entgegengesetzt zu dem in der koaxialen
Leitung (32) geförderten Heizwasser fließt.
6. Speicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der
Rücklaufanschluß (14a) eine Manschette (40) aufweist, die mit dem anschlußseitigen
Ende (36) der koaxialen Leitung (32) verbunden ist.
7. Speicher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Manschette (40) aus Kunstoff
besteht.
8. Speicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen
der Rohrschlange (26) und der koaxialen Leitung (32) Stege (58) vorgesehen sind, die
die Rohrschlange (26) von der koaxialen Leitung (32) beabstanden.
9. Speicher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (58) linienförmig
entlang der Rohrschlange (26) verlaufen und aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit
bestehen.
10. Speicher nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (58) einteilig
mit der Rohrschlange (26) sind.
11. Speicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Rohrschlange (26) und die koaxiale Leitung (32) in einer von zwei Gehäusehälften (62,64)
verlaufen, die durch eine als elastische Membran (60) ausgebildete Zwischenwand voneinander
getrennt sind.
12. Speicher nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der in der Gehäusehälfte (62)
mit der Rohrschlange (26) und der koaxialen Leitung (32) ausbildende Raum das Heizmedium
aufnimmt, während der in der anderen Gehäusehälfte (64) ausbildende Raum ein Gasvolumen
aufnimmt.
13. Speicher, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch
die Verwendung als Ausdehnungsgefäß in einem Heizungsnetz.