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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur
Abgabe von Warmwasser, die aus einem
Warmwasserspeicher, d. h. einem Behälter besteht, der
zum Speichern entsprechender Wärmeeinheiten eine unter
Druck stehende Warmwassermenge aufnehmen kann, die
insbesondere als sanitäres Brauchwasser dient, wobei
das Volumen der Wassermenge im allgemeinen in der
Größenordnung von einigen 100 Litern und seine
Temperatur zwischen etwa 50 und 80º liegt.
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Bei bekannten Einrichtungen dieser Art sind an
derartige Speicher zwei Rohre angeschlossen, von denen
das eine ein Zufuhrrohr ist, das mit dem
Kaltwasserdrucknetz in Verbindung steht und in den
unteren Teil des Speichers mündet, während das andere
zur Abgabe von Brauchwasser dient und mit wenigstens
einem Ventil zur Entnahme von Warmwasser verbunden ist
und im oberen Teil des Speichers mündet.
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Das Öffnen des Ventils führt zu einer Entnahme von
Warmwasser aus dem oberen Abschnitt des Speichers,
wobei die Menge des entnommenen Wassers selbsttätig
durch Zufuhr einer entsprechenden Menge an unter Druck
stehendem Kaltwasser in den unteren Teil des Speichers
kompensiert wird.
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Die Wärmemengen, die zum Aufheizen des in dem Speicher
enthaltenen Wassers erforderlich sind, werden
wenigstens zum größeren Teil im allgemeinen durch
einen geschlossenen, unabhängigen Wasserkreislauf
übertragen, der in Reihe ein Schlangenrohr, das in dem
Speicher angeordnet ist, eine Umwälzpumpe und einen
Wärmeaustauscher enthält, der mit einer Wärmequelle
z. B. dem Brenner einer Heizung verbunden ist.
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Das Schlangenrohr ist verhältnismäßig teuer und der
damit erzielbare Wärmeaustausch gering.
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Um diese Nachteile zu vermeiden, wurde bereits
vorgeschlagen, bei einer Einrichtung mit Solarheizung,
die mit einem Speicher der obigen Art ausgestattet ist,
auf die in dem Speicher angeordnete Heizschlange zu
verzichten; dabei münden die Enden des Heizrohres, die
bisher mit den beiden Enden der Heizschlange verbunden
waren, nunmehr direkt in den Speicher. Mit dieser
Lösung konnte eine günstigere Wärmebilanz erzielt
werden als mit den eingangs erwähnten Lösungen.
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Sie hat jedoch den Nachteil, daß es erforderlich ist,
vier getrennte Anschlüsse vorzusehen, die dicht durch
die Wandung des Speichers geführt werden müssen und
zwar die vier Anschlußrohre für kaltes und warmes
Wasser.
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Um diesen Nachteil zu vermeiden, wurde vorgeschlagen,
die Anzahl der Anschlüsse auf drei zu beschränkten.
Bei diesen bekannten Einrichtungen (siehe DD-A-239 844)
erfolgt die Aufheizung oder die Wiedererwärmung des
Speichers verhältnismäßig langsam, wenn die beiden
Funktionen, die Entnahme und die Wiedererwärmung des
Speichers, gleichzeitig erfolgen, d. h., wenn
Warmwasser während einer Aufheizperiode des Speichers
entnommen wird.
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Der Erfindung liegt vor allem die Aufgabe zugrunde,
diesen Nachteil zu vermeiden.
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Erfindungsgemäß besteht eine Vorrichtung zur Abgabe von
Warmwasser aus einem Warmwasserspeicher, der mit
insgesamt drei Leitungen zum Fördern von Wasser
ausgerüstet ist, nämlich einer ersten Leitung, die mit
dem Anschluß für unter Druck stehendes Wasser verbunden
ist und im unteren Teil des Speichers mündet, einer
zweiten Leitung zur Entnahme von Warmwasser, die im
oberen Abschnitt des Speichers mündet und einer dritten
Heizleitung, die unterhalb der Entnahmeleitung in dem
Speicher mündet, wobei die dritte Leitung in Reihe mit
der Sekundärseite eines Wärmeaustauschers geschaltet
und mit einer Umwälzpumpe versehen ist, die so
eingebaut ist, daß das Wasser in Richtung des Speichers
gefördert wird und wobei ferner dar strömungsaufwärts
liegende Ende der dritten Leitung (bei P) an die erste
Leitung angeschlossen und in das Leitungsstück des
ersten Rohres zwischen der in dem Speicher liegenden
Mündungsöffnung der Leitung und dem Punkt (P), an dem
die Leitung mit dem strömungsaufwärts liegenden Ende
des dritten Rohres verbunden ist, ein Rückschlagventil
so eingesetzt ist, daß durch das Leitungsstück nur aus
dem Speicher abströmendes Wasser fließen kann.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht
vor, daß das Ende des dritten Rohres, das in dem
Speicher mündet, an seinem Ende verschlossen und mit
seitlichen Schlitzen versehen ist, deren Breite größer
ist als der Abstand der Schlitze voneinander.
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Die Erfindung betrifft darüber hinaus bestimmte andere
Anordnungen, die vorzugsweise gleichzeitig benutzt und
nachstehend ausführlicher beschrieben werden.
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Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung dargestellt, auf das diese jedoch nicht
beschränkt ist. Es zeigen:
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Fig. 1 schematisch eine erfindungsgemäß ausgestattete
Vorrichtung zur Entnahme von sanitärem
Warmwasser mit einem Speicher während einer
Aufheizperiode des Speichers ohne Entnahme,
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Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende schematische
Darstellung während einer Entnahme von
Warmwasser ohne Aufheizung des Speichers und
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Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung der
Mündungsöffnung der Heizleitung.
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In an sich bekannter Weise enthält der Speicher 1 eine
unter Druck stehende Warmwassermenge, deren Wärme durch
eine geeignete thermische Isolierung gespeichert wird;
das Volumen der Wassermenge liegt beispielsweise in der
Größenordnung von einigen 100 Litern.
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Der Speicher 1 ist mit einem ersten Rohr 2, das im
unteren Teil mündet, und einem zweiten Rohr 3 zur
Entnahme von Warmwasser versehen, das im oberen
Abschnitt des Speichers mündet.
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Das Ende des Rohres 2, das am weitesten von dem
Speicher 1 entfernt ist, wird unter Zwischenschalten
eines Sicherheitsventils 4 an das Leitungsnetz für
unter Druck stehendes Kaltwasser angeschlossen. Das
strömungsabwärts liegende Ende des Rohres 3 ist mit
einem Entnahmehahn 6 versehen. Ferner ist ein
Thermofühler 7 vorgesehen, der mit einem Betriebskreis
8 verbunden ist, der die Aufwärmung des in dem Speicher
enthaltenen Wassers steuern kann sobald die Temperatur
des Wassers auf einem vorgegebenen Niveau unter einen
vorgegebenen Schwellenwert absinkt.
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Darüber hinaus ist eine dritte Leitung 9 vorhanden, die
auf einer dazwischenliegenden Höhe, jedoch im
allgemeinen ziemlich nahe am Unterteil des Speichers in
diesen mündet. Es ist so, daß dieses Niveau bei einem
zylindrischen Speicher mit einem Durchmesser zwischen
400 und 500 mm im allgemeinen in einem senkrechten
Abstand H von 0 bis 200 mm oberhalb der mittleren Höhe
der Mündung des Rohres 2 liegt.
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Die durchgehende Umwälzleitung für das Wasser zur
erneuten Aufheizung des Speichers, die teilweise aus
dem Rohr 9 besteht, durchquert nacheinander einen
Wärmeaustauscher 10, wobei sie selbst den Sekundärteil
102 bildet, und eine Umwälzpumpe 11, die so eingebaut
ist, daß das Wasser in Richtung des Speichers strömt.
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Der Wärmeaustauscher 10 könnte auch direkt der Heizteil
eines Kessels sein, wobei dann der Primärteil des
Austauschers von den verschiedenen Durchlässen gebildet
werden, die dem bei der Verbrennung eines geeigneten
Brennglases erzeugten heißen Gas angeboten werden.
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Bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung handelt es sich bei dem Wärmeaustauscher 10
um einen Austauscher mit gutem thermischen
Wirkungsgrad, dessen Primärteil 10&sub1; in Reihe mit dem
Wärmeaustauscher 12 eines Heizkessels 13, wie er gerade
beschrieben wurde geschaltet ist und einen
geschlossenen Kreis mit diesem und einer zweiten
Umwälzpumpe 15 bildet.
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Der Kreis 14 bildet vorteilhafterweise die "kurze"
Schleife einer gemischten Feuerungsanlage, d. h. einer
Anlage, die gleichzeitig als Zentralheizung durch in
Radiatoren umlaufendes Warmwasser und zur Lieferung von
sanitärem Brauchwasser dient, wobei die lange Schleife
16 dieser Einrichtung an Radiatoren 17 angeschlossen
ist, die parallel zu der Schleife 14 geschaltet sind
und die Umschaltung von einer dieser Schleifen auf die
andere selbstätig durch ein Dreiwegeventil 18 gesteuert
wird.
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An dem Abschnitt des Rohres 2 zwischen dem Punkt P und
der Einmündung des Rohres in den Speicher 1 ist darüber
hinaus ein Rückschlagorgan 21 vorgesehen, das so
ausgebildet ist, daß die Zirkulation des Wassers in dem
Teilstück nur in Richtung des Austritts aus dem
Speicher möglich ist. Das Organ 21 kann an der
Einmündung des Rohres 2 angebracht sein.
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Die oben beschriebene Vorrichtung arbeitet wie folgt:
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Zu Beginn ist das in dem Speicher befindliche Wasser
kalt, d. h. die Temperatur liegt unterhalb der
Solltemperatur bei der der Betriebskreis 8 schaltet.
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Der Kreis wird daher erregt, wodurch gleichzeitig die
beiden Pumpen 11 und 15 eingeschaltet werden und das
Ventil 18 in die Stellung bewegt wird, die einer
"Entnahme" entspricht, d. h. bei der die kurze Schleife
14 mit dem Wärmeaustauscher 12 des Heizkreises
verbunden wird. Das Einschalten der Pumpe 15 bewirkt,
daß der Brenner 19 des Kessels 13 gezündet wird, so daß
sich das Wasser in dem Kreis 14 ebenso wie das in dem
Austauscher 10 befindliche Wasser erwärmt. Das
Einschalten der Pumpe 11 hat zur Folge, daß das Wasser
in dem geschlossenen Kreis zirkuliert, der in Reihe aus
dem Rohr 9 (und damit der Pumpe 11 und der
Sekundärwicklung 102 des Austauschers 10), dem unteren
Abschnitt des Speichers 1 und dem Teilstück des Rohres
2 zwischen dem Punkt P und dem Ende des Rohres besteht,
das in dem Speicher mündet.
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Das Wasser wird der unteren, kälteren Zone des
Speichers 1 entnommen, und dann in dem Wärmeaustauscher
10 aufgeheizt, worauf das so erwärmte Wasser aus dem in
Strömungsrichtung hinteren Ende des Rohres 9 wieder in
den Speicher eingeführt wird.
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Diese Betriebsweise zur Aufheizung des Speichers wird
fortgeführt bis die durch den Fühler 7 ermittelte
Temperatur einen gegebenen Schwellenwert erreicht; von
diesen Augenblick an schaltet der Kreis 8 die Pumpe 11
und die Pumpe 15, wenn diese nicht ohnehin beaufschlagt
wird, aus.
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Von da an genügt es, den Hahn 6 zu öffnen, um warmes
Wasser zu entnehmen.
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Die Entnahme von warmem Wasser über das Rohr 3 wird
sofort durch Zufuhr einer identischen Menge an
Kaltwasser in den Speicher über das Rohr 9 kompensiert.
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Die beiden beschriebenen Funktionen treten meist in
unterschiedlichen Augenblicken auf, da in der Praxis
einerseits die Dauer der Perioden der Entnahme und der
Wiederaufwärmung verhältnismäßig kurz sind und sich
nicht überlappen und andererseits die Warmwassermenge,
die im oberen Teil des Speichers dauernd zur Verfügung
steht und im allgemeinen ausreicht, um den
verschiedentlichen Bedarf an Warmwasser durch den
Benutzer der Einrichtung zu decken.
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Die beiden beschriebenen Funktionen, die Entnahme von
Warmwasser und die Wiedererwärmung des Wasser in dem
Speicher können jedoch vollständig miteinander
verknüpft werden.
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In allen Fällen zwingt das Rückschlagventil 21 in der
Leitung 2 die gesamte Kaltwassermenge, die dem Speicher
1 von dem Anschluß 5 zugeführt wird, durch den
Wärmeaustauscher 10. Die Antwortzeiten der Einrichtung
für die Wiedererwärmung des Wasser werden daher auf ein
Minimum reduziert.
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Um so weit wie möglich zu vermeiden, daß durch die
Zufuhr von wieder erwärmtem Wasser in den Speicher die
thermische Schichtbildung gestört wird, die natürlich
in dem in dem Speicher befindlichen Wasser auftritt,
wird vorteilhafter Weise das in Strömungsrichtung
hintere Ende des Rohres 9 so ausgebildet, daß das
Wasser, das durch dieses Ende austritt, in horizontalen
Richtungen verteilt wird, wie es durch die Pfeile G in
Fig. 1 dargestellt ist.
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Zu diesem Zweck verschließt man dieses Ende axial und
bringt waagerechte Schlitze 20 in der seitlichen
Wandung radial an, wie es in Fig. 3 dargestellt ist.
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Diese Schlitze haben vorteilhafterweise eine Breite l,
die größer ist als ihr gegenseitiger Abstand e
voneinander, um die Austrittsgeschwindigkeit des
aufgewärmten Wassers zu reduzieren. Die entsprechenden
Werte für die beiden Maße betragen beispielsweise 2 und
1,5 mm für einen Durchmesser des Rohres 9 von etwa
15 bis 18 mm liegt.
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Die Anbringung von waagerechten Schlitzen kann auch mit
Vorteil an dem Ende des Rohres 2 vorgesehen werden, das
in den Speicher mündet. Dies ist durch die Pfeile F in
Fig. 1 angedeutet. In einem solchen Fall ist das
Verhältnis zwischen der Länge und dem Abstand der
Schlitze im allgemeinen umgekehrt, wie das vorstehend
erwähnte Verhältnis.
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Unabhängig von der beschriebenen Ausführungsform erhält
man schließlich eine Vorrichtung zur Abgabe von
Warmwasser mit einem Speicher, dessen Aufbau und
Funktion vorstehend ausreichend beschrieben sind.
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Die Einrichtung hat verglichen mit bekannten
Einrichtungen dieser Art die folgenden Vorteile:
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- die Anzahl der Rohre, die in den Speicher eintreten,
ist von 4 auf 3 reduziert, wodurch gleichzeitig die
Anzahl der dichten Einführungen der Rohre in die
Wandung (im allgemeinen in die untere Wandung) des
Speichers verringert wird,
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- die Geschwindigkeit der Wiederaufheizung des
Speichers ist bei allen Betriebsverhältnissen
maximal,
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- der Speicher ist nicht mit einer üblichen
Heizschlange ausgerüstet und
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- der allgemeine thermische Wirkungsgrad der
Einrichtung ist ausgezeichnet, da man als
Wärmeaustauscher eine Konstruktion mit sehr erhöhtem
thermischen Wirkungsgrad einsetzen kann, wobei der
Wirkungsgrad deutlich höher liegt als bei eine,
Austausch zwischen dem in einem Speicher
befindlichen Wasser und dem Wasser, das in einer in
dem Speicher angeordneten Rohrschlange zirkuliert;
die Vehältnisse liegen so, daß es, wenn man eine
Einrichtung zur Abgabe von Warmwasser betrachtet,
die einen Speicher und einen Heizkessel enthält,
dessen thermische Leitung etwa 22 kW beträgt,
möglich ist, eine thermische Leitung in der
Größenordnung von 15 kW, mit der oben beschriebenen
Anlage wiederzugewinnen - entsprechend einer
Durchströmmenge von aufgeheiztem Wasser zwischen 500
und 800 l/h bei laufender Pumpe 11 -, während es
schwierig ist, mehr als 7 kW mit bekannten Anlagen
wiederzugewinnen.