DE69708076T2 - Wassererhitzer mit doppelter Kammer zur direkten Wärmeübertragung - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wassererhitzer mit direktem Kontakt und insbesondere einen Wassererhitzer mit doppeltem Abschnitt bzw. Abteilung, wobei er zwei Quellen für warmes Wasser aufweist; eine erste Quelle für Wasser mit erhöhter Temperatur und eine zweite Quelle für Wasser mit einer niedrigeren Temperatur. Man erwärmt das in dem Speicher vorhandene Wasser mit einem einfachen Brenner oder Vielfachbrenner oder einer einzigen Wärmequelle (zum Beispiel Verbrennungsgase) und man rezirkuliert es in einer geschlossenen Schleife mit oder ohne äußerer Wärmeaustauschvorrichtung, die mit dieser letzteren verbunden ist. Man erhält so eine Erhöhung des Wirkungsgrades, der von der Temperatur des Wassers abhängt, das zu den Einspritzvorrichtungen rezirkuliert wird, die erneut warmes Wasser einspritzen, das in den zwei Abschnitten des Wassererhitzers abgekühlt wurde, um die aufsteigenden warmen Gase, die durch den Brenner erzeugt wurden und/oder in die Einheit eindringen, wieder zu erwärmen und abzukühlen.
• Man kennt Wassererhitzer mit direktem Kontakt mit:
• - einem Gehäuse,
• - einem ersten geschlossenen Kühlkreislauf mit einer ersten Düse zur Wasserzerstäubung, wobei die Düse in dem Gehäuse angeordnet ist, um zu erwärmendes Wasser in Abwärtsrichtung auf eine erste Auskleidung von Wärmeaustauschelementen zu zerstäuben, welche in einem Bereich des Gehäuses durch ein Stützmittel gehalten ist,
• - einer Gasauslaßleitung in Verbindung mit einem oberen Teil des Gehäuses,
• - einem ersten Wasserspeicher, der im Inneren des Gehäuses vorhanden ist,
• - einem Brenner, der mit einem unteren Teil des Gehäuses verbunden und zum Erwärmen von Wasser in dem ersten Wasserspeicher angeordnet ist,
• - einer zweiten Auskleidung von Wärmeaustauschelementen, die oberhalb des ersten Wasserspeichers durch ein zusätzliches Stützmittel im Abstand gehalten ist.
• Das Patent US-A-5,293,861 beschreibt eine solche Brenneranordnung mit außerdem einer zweiten Wärmequelle, die zu dem Brenner unterschiedlich ist, der mit dem Wassererhitzer verbunden und an der Basis des Gehäuses montiert ist, und die durch eine äußere Quelle von aus äußeren Vorrichtungen wiedergewonnenen warmen Gasen gebildet ist. Indessen ist man sich darüber im klaren, daß der Wirkungsgrad des Wassererhitzers mit direktem Kontakt dieses Typs auf drastische Weise abnahm, wenn einmal die Eintrittstemperatur des Wassers, das man gewöhnlich quer durch eine Zerstäubungsdüse am Scheitel des Gehäuses entspannt, 60ºC überscheitet. Dies begrenzt also die Verwendung von Wassererhitzern mit direktem Kontakt, die dazu bestimmt sind, eine Quelle von sehr heißem Wasser auf wirksame Weise zu bilden.
• Ein Gesichtspunkt der Erfindung besteht darin, einen Wassererhitzer mit direktem Kontakt vorzuschlagen, der doppelte Speicherabschnitte für warmes Wasser aufweist, wobei das Wasser in den Speichern durch einen einzigen Brenner oder Vielfachbrenner und/oder äußere Wärmequellen (insbesondere warme Verbrennungsgase, die aus anderen Vorrichtungen stammen) erwärmt wird.
• Ein anderer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Wassererhitzer mit direktem Kontakt vorzusehen, der doppelte Speicherabschnitte für warmes Wasser vorsieht, wobei das sich hier befindliche Wasser verschiedene Temperaturen hat, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Abschnitte nebeneinander angeordnet ist, um ein kompaktes Wassererhitzergehäuse zu erhalten.
• Ein anderer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Wassererhitzer mit direktem Kontakt vorzusehen, der doppelte Speicherabschnitte mit warmem Wasser besitzt, die vertikal übereinander gestapelt sind, und für die Verbrennungsgase, die quer durch die Abschnitte steigen, bevor sie am Scheitel des Gehäuses austreten, eine wirkungsvolle Abkühlung sicherzustellen.
• Ein anderer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Wassererhitzer mit direktem Kontakt vorzusehen, der doppelte Speicherabschnitte mit warmem Wasser besitzt und ein eingetauchtes Brennergehäuse verwendet, das als einzige Wärmequelle verwendet wird, um das Wasser zu erwärmen, das durch die Verkleidungen dringt, die mit jedem der Abschnitte des Wassererhitzers verbunden sind.
• Ein anderer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Wassererhitzer mit direktem Kontakt mit doppelten Speicherabschnitten mit warmem Wasser vorzusehen, der eine zweite Quelle mit warmen Gasen aus einem äußeren System aufweist, die mit dem ersten oder zweiten Abschnitt des Wassererhitzers verbunden ist.
• Ein anderer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Wassererhitzer mit direktem Kontakt mit doppelten Speicherabschnitten mit warmem Wasser vorzusehen, der zwei Quellen mit warmem Wasser mit unterschiedlichen Temperaturen erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß der Wirkungsgrad des Wassererhitzers deutlich abhängig von der Wasserzufuhrtemperatur steigt, das den Abschnitten geliefert wird, die mit einer geschlossenen Schleife oder mit einer offenen Schleife verbunden sind, die mit äußeren Wärmeaustauschvorrichtungen versehen ist.
• Nach den oben erwähnten Gesichtspunkten sieht die vorliegende Erfindung im weiteren Sinn einen Wassererhitzer mit direktem Kontakt vor, welcher die Merkmale nach Anspruch 1 aufweist.
• Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welchen:
• Fig. 1 ein vereinfachtes Bild ist, welches einen Wassererhitzer mit direktem Kontakt mit doppelten Abschnitten zur Wassererwärmung und doppelten Wasserspeichern darstellt, wobei jeder Rezirkulierkreise mit geschlossener Schleife aufweist, die jeweils mit einem Wärmeaustauscher verbunden sind, wobei jeder Abschnitt des Wassererhitzers übereinander in einem vertikalen, verlängerten, zylinderförmigen Gehäuse angeordnet ist;
• Fig. 2A und 2B Bilder sind, welche eine äußere Wärmequelle darstellen, die mit den ersten und zweiten Abschnitten des Wassererhitzers mit doppeltem Abschnitt verbunden ist;
• Fig. 3 eine andere schematische Ansicht unter Veranschaulichung der heißen Gase ist, die aus einer äußeren Quelle stammen, welche mit dem ersten Abschnitt des Wassererhitzers mit doppeltem Abschnitt verbunden ist;
• Fig. 4 ein schematisches Bild unter Veranschaulichung einer anderen Ausführungsform der Kammer des Wassererhitzers ist, in welcher die Abschnitte nebeneinander liegen, um einen Wassererhitzer mit verringerter Höhe zu erhalten;
• Fig. 5 ein Bild unter Veranschaulichung einer eingetauchten Brennkammer ist, die mit dem Wasserspeicher des ersten Abschnittes des Wassererhitzers mit doppeltem Abschnitt verbunden ist;
• Fig. 6 eine vereinfachte Ansicht ist wie Fig. 5 unter Veranschaulichung eines Endes der Brennkammer; und
• Fig. 7 eine graphische Darstellung unter Veranschaulichung des Wirkungsgrades des Wassererhitzers mit doppeltem Abschnitt der vorliegenden Erfindung im Vergleich mit einem Wassererhitzer mit direktem Kontakt mit einem einzigen Warmwasserspeicher ist.
• Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen und insbesondere auf Fig. 1 sieht man im allgemeinen bei 10 den Wassererhitzer mit direktem Kontakt und mit doppeltem Abschnitt der vorliegenden Erfindung. Der Wassererhitzer 10 weist ein Gehäuse 11 mit einer ersten Wasserzerstäubungsdüse 12 auf, die über einer ersten Auskleidung 13 von Wärmeaustauschelementen ohne Darstellung, dem Fachmann jedoch klar angeordnet ist, wobei die Auskleidung in einem oberen oder zweiten Abschnitt B des Gehäuses gehalten wird, der durch die Bezugszahl 14 gekennzeichnet ist. Die Auskleidung 13 wird in diesem Abschnitt an einer vorbestimmten Stelle durch ein Stützmittel 15 gehalten, insbesondere ein geeignetes Gitter, das um die ganze innere Oberfläche der kreisrunden Wand 11' des Gehäuses befestigt ist.
• Eine Gasauslaßleitung 16 liegt an dem Ende des oberen Teils B des Gehäuses; um die heißen, abgekühlten Gase entweichen zu lassen, die durch einen Brenner 17 erzeugt werden, der an dem unteren Teil A liegt, welcher durch die Bezugszahl 18 dargestellt ist, und den Teil mit hoher Temperatur des Wassererhitzers 10 bildet. Wie in den Zeichnungen dargestellt ist, ist der Brenner 17 mit der Wand 11' des Gehäuses 11 verbunden und angeordnet, um Wasser in einem ersten Wasserspeicher 19 des unteren Teils A des Gehäuses 11 zu erhitzen. Der Brenner 17 erzeugt eine Flamme 17' in einem Bereich 20 des unteren Teils 18 oberhalb des ersten Speichers 19. Der Brenner 17 ist wie dargestellt ein Brenner mit Erdgas, der fähig ist, Wasser, das in den unteren Teil des ersten Speichers 19 eindringt, auf ausreichende Temperaturen für eine Verwendung in Heizsystemen von großen Gebäuden, insbesondere Hotels, Krankenhäusern usw. zu erhitzen. Eine zweite Auskleidung 21 von Wärmeaustauschelementen ist über dem ersten Wasserspeicher 19 angeordnet und wird zudem an dieser Stelle durch ein Stützmittel 22 gehalten. Der untere Teil 18 oder wenigstens der den Brenner 17 einschließende Teil kann mit doppelter Wand aufgebaut sein, wie bei 23 dargestellt ist, um einen Wasserkühlungsmantel um das Abteil des Brenners 10 zu bilden. Eine Wasserzerstäubungsdüse 24 ist auch über der zweiten Auskleidung 21 befestigt, um das Wasser nach unten auf die zweite Auskleidung 21 so zu zerstäuben, daß das Wasser durch Kontakt mit den Wärmeaustauschelementen und mit den aufsteigenden heißen Gasen, welche durch die Flamme 17' erzeugt werden, erwärmt bzw. erhitzt wird.
• Ein zweiter Wasserspeicher 25 ist mit dem oberen Teil B verbunden und wird von einer Mittelwand 26 gebildet, die umfangsmäßig auf der inneren Oberfläche der Wand 11' befestigt ist. Er ist mit einer zentralen Leitung 27 und einer Schutzkappe 28 versehen, welche über der Leitung 27 im Abstand angeordnet ist, um das Aufsteigen der heißen Gase von dem Teil A zu erlauben, die quer durch den zweiten Wärmespeicher 25 des Teils B steigen, um das Wasser zu erhitzen, welches quer durch die Auskleidung 13 zirkuliert und das durch die Zerstäubungsdüse 12 zerstäubt wird. Die Schutzkappe 28 hindert das Wasser, welches durch Schwerkraft quer durch die obere Auskleidung 13 zirkuliert, daran, in den unteren heißen Teil des Brenners einzutreten. Die Gase, die von dem heißen Teil A aufsteigen, durch die Pfeile 29 dargestellt, sind in der Form von heißem Dampf vorhanden, der kondensiert, indem er quer durch die Auskleidung 13 und quer durch das kältere (weniger warme) von der oberen Düse 12 zerstäubte Wasser steigt. Obendrein kondensiert dieser heiße Dampf und zirkuliert durch den unteren Teil bis in den zweiten Speicher 25. Folglich befindet sich das in dem unteren Speicher 19 vorhandene Wasser bei einer Temperatur, die deutlich höher ist als diese des Wassers, das sich in dem oberen Speicher 25 befindet, weil die einzige Wärmequelle in dem unteren Teil A des Gehäuses angeordnet ist, und es kühlt sich in dem Maße ab, wie es quer durch die untere Auskleidung 21 und die obere Auskleidung 13 und ebenfalls quer durch das die Zerstäubungsdüsen zerstäubte Wasser steigt. In typischer Weise kann sich das in dem heißen Teil insbesondere durch die Zerstäubungsdüse 24 zerstäubte Wasser bei einer Temperatur von ungefähr 60ºC befinden, während das Wasser, welches in den oberen Teil quer durch die Düse 12 eindringt, sich bei einer Temperatur von ungefähr 6ºC befinden kann. Die Gase, welche durch die Leitung 16 austreten, sind bis auf eine Temperatur niedriger als ungefähr 38ºC (insbesondere bei 37,7ºC) abgekühlt, womit so ein sehr wirksamer Betrieb sichergestellt wird.
• Wie oben beschrieben wurde, kann das in dem heißen Teil 18 und in dem ersten Speicher 19 vorhandene Wasser für industrielle Anwendungen verwendet werden, und wie dargestellt, zirkuliert dieses heiße Wasser in einem geschlossenen Kreislauf 30 quer durch eine Wärmeaustauschvorrichtung 31 mittels einer Pumpe 32, die mit dem geschlossenen Kreislauf 30 verbunden ist. An einem Ausgang 34 der Wärmeaustauschvorrichtung 31 wird das Wasser durch Wärmeaustausch mit dem Fluid, das in die Wärmeaustauschvorrichtung 31 durch einen Einlaß 33 eintritt, abgekühlt. Dieses abgekühlte, warme Wasser tritt durch den Auslaß 34 aus, der direkt mit der Wasserzerstäubungsdüse 24 verbunden ist, wo es zerstäubt und auf eine höhere Temperatur erwärmt wird, während es quer durch die Auskleidung, die heißen aufsteigenden Gase und die Flamme 17' zirkuliert. Wie dargestellt, kann sich das Wasser, welches in die Wärmeaustauschvorrichtung 31 eindringt, bei einer Temperatur von ungefähr 74ºC befinden, und es erwärmt sich in der Wärmeaustauschvorrichtung 31 aufgrund des Wassers des Warmwasserspeichers 19, um die Wärmeaustauschvorrichtung an einem Ausgang 35 bei einer Temperatur von ungefähr 85ºC zu verlassen.
• In dem oberen kälteren Teil 14 des Gehäuses 11 rezirkuliert das Wasser des Speichers 25 auch mittels einer Pumpe 32' in einem geschlossenen Kreislauf 36 quer durch eine Wärmeaustauschvorrichtung 37 und kehrt zu der Zerstäubungsdüse 12 durch die Leitung 34' zurück. Dieses Wasser befindet sich bei einer niedrigeren Temperatur und kann als Wärmequelle zum Erwärmen bzw. Erhitzen von Haushaltswasser verwendet werden. In typischer Weise kann Haushaltswasser in einem Speicher (nicht dargestellt) aufbewahrt werden. Das heiße Wasser des Speichers tritt in den Wärmeaustauscher 37 bei einem Einlaß 38 mit einer Temperatur von ungefähr 10º ein und tritt bei einem Auslaß 39 mit einer Temperatur von ungefähr 60ºC aus. Das heiße Wasser des geschlossenen Kreislaufs 36, welches die Wärmeaustauschvorrichtung 37 verläßt, wird zu der Zerstäubungsdüse 12 geschickt und findet sich in typischer Weise bei einer Temperatur von ungefähr 15,5ºC wieder. Dieses abgekühlte Wasser ist ausreichend, um die heißen Gase abzukühlen, welche quer durch die Auskleidung 13 steigen, was dem Wassererhitzer 10 mit doppeltem Abschnitt erlaubt, einen Wirkungsgrad von ungefähr 95% unter Benutzung eines einfachen Brenners oder Vielfachbrenners 17 zu erhalten.
• Das durch den bei 25' gezeigten Ort gelieferte frische Wasser kann auch der Zerstäubungsdüse 12 zugeführt werden, wobei ein Ventil 25" geschlossen und ein Ventil 26' geöffnet wird. Das heiße Wasser kann anschließend zu der Austrittsleitung 36' unter Öffnung eines Ventils 36" geschickt und für industrielle oder kommerzielle Anwendungen verwendet werden.
• Wie in den Fig. 2a, 2b und 3 dargestellt ist, kann der Wassererhitzer 10 der vorliegenden Erfindung mit direktem Kontakt und zwei Abschnitten auch mit einer sekundären Wärmequelle 45 verbunden sein. In dem vorliegenden Fall der Fig. 2a und 2b handelt es sich um einen Kessel, der in einer entfernten Stelle liegt, um die heißen Gase des Kessels wiederzugewinnen, die sich normalerweise bei Temperaturen von ungefähr 315,5ºC befinden, und sie erneut in den Wasserkessel mit doppeltem Abschnitt einzuführen.
• Wie in Fig. 2a dargestellt ist, ist ein Ausgang 46 zur Wiedergewinnung von heißen Gasen in der Wand 11' des Gehäuses 11 vorgesehen und steht mit einem Raum 47 in Verbindung, der über dem Wasserspeicher 25 und unter der ersten Auskleidung 13 liegt. In typischer Weise befinden sich die quer durch diesen Raum 47 aufsteigenden heißen und durch den Brenner 17 erzeugten Gase bei einer Temperatur von ungefähr 77ºC und sind mit Wasserdampf gesättigt. Folglich läßt es die sekundäre Quelle an heißen Gasen geschehen, daß sich die Temperatur des Wassers, das quer durch die Auskleidung 13 zirkuliert, erhöht, und läßt die Temperatur des Wassers in dem Speicher 25 in dem oberen Teil B ansteigen.
• Wie in Fig. 2b dargestellt ist, ist ein Ausgang 46' zur Wiedergewinnung der heißen Gase in der Wand 11' des Gehäuses 11 vorgesehen und steht mit einem Raum 47' in Verbindung, der über dem Wasserspeicher 19 und unter der Auskleidung 21 liegt.
• Fig. 3 ist eine andere Version des äußeren Systems zur Wiedergewinnung der heißen Gase, gemäß welchem der Gaseintritt 46 hier dargestellt ist, wie er mit der Wand 11' des Gehäuses 11 verbunden ist, aber mit einem Raum 20 über dem ersten Wasserspeicher 19 des unteren Teils A in Verbindung steht.
• Bezieht man sich nun auf Fig. 4, so ist ein anderer Aufbau des Gehäuses 111 des Wassererhitzers 10 mit direktem Kontakt der vorliegenden Erfindung dargestellt. Wie dargestellt ist, sind die zwei Teile 114 und 118 nebeneinander derart angeordnet, daß die Höhe des Gehäuses 111 beträchtlich verringert ist. Dies kann abhängig von dem Ort, in welchem das Gehäuse vorgesehen werden soll, wünschenswert sein. Wie dargestellt, bildet der untere Teil des ersten Teils 114 den Wasserspeicher 125, der unter einer Auskleidung 113 angeordnet ist. Die Zerstäubungsdüse 112 ist über der Auskleidung 113 und unter einer Auslaßleitung 116 angeordnet. Ein kommunizierender Durchgang 48 ist zwischen dem Bereich 49, der über dem Speicher 125 liegt, und dem oberen Ende 50 des zweiten Teils 118 in der Nähe der Wasserzerstäubungsdüse 124 vorgesehen. Der Wasserspeicher 119 des Teils 118 liegt an der Basis des Teils 118 und unter der Auskleidung 121. Um mit dem zur Verfügung stehenden Raum sparsam umzugehen, führt man ein Brennergehäuse 120 in den Speicher 119 ein und taucht es mindestens zum Teil in diesen letzteren ein. Wie in den Fig. 5 und 6 dargestellt ist, erzeugt der Brenner 117 eine Flamme 117' im Inneren des Gehäuses 120, um das das Gehäuse 120 umgebende Wasser zu erhitzen.
• Wie dargestellt, ist das Brennergehäuse 120 mit einem Auslaßausgang 54 versehen, der über dem hohen Niveau des im Inneren des Speichers 119 vorhandenen Wassers liegt, wodurch das Ausleeren von heißen Gasen aus der Brennerkammer 120 erlaubt wird, wie durch die Pfeile 55 dargestellt ist.
• Wie man besser in den Fig. 5 und 6 sieht, ist der Auslaßausgang 54 an einem Ende eines vertikalen Abschnitts 57 der Gehäuseleitung 120 gebildet, wobei die Auslaßöffnung 54 die Form einer seitlichen Öffnung hat, die gegenüber dem geöffneten Bereich 58 über dem in dem Speicher 119 vorhandenen Wasser liegt. Weil die durch die Auslaßöffnung 54 geleerten Gase sehr heiß sind, ist es notwendig, den vertikalen Abschnitt 57 der Leitung abzukühlen und die aufsteigenden Gase zu den Wassertröpfchen abzulenken, die durch Schwerkraft der Auskleidung 121 entweichen. Folglich erhält man so einen Gaskühlaufbau.
• Der Gaskühlaufbau wird durch die obere Wand 59 der vertikalen Leitung sichergestellt, welche an ihrem oberen Teil ein offenes Becken 60 bestimmt und sich bei 60' um Wände herum verlängert, um die Wassertröpfchen 63 zu sammeln, die nach unten von der Auskleidung 121 aus zirkulieren, um die obere Wand 59 abzukühlen. Obendrein sind Ablenkungsplatten 61 und 62 so angeordnet, daß sie die heißen Gase, die, wie durch den Pfeil 55 dargestellt ist, entweichen, nach oben in Richtung der zweiten Auskleidung leiten, um diese heißen Gase durch Wärmeaustausch mit den Wassertröpfchen 63, die aus der Auskleidung 121 stammen, zu kühlen.
• Wie dargestellt, ist die Ablenkungsplatte 62 gekrümmt und schmaler als die Auslaßöffnung 54, um die Gase nach oben und seitlich ablenken zu lassen. Eine andere Ablenkungsplatte 64 ist an jeder Seite der Basis der Platte 62 vorgesehen, um eine andere Ablenkung der heißen Gase nach oben und zu den Seiten sicherzustellen. Diese Ablenkungsplatten 62 und 64 sind an dem Brennergehäuse 120 befestigt, wie in Fig. 6 dargestellt ist. Die Ablenkungsplatte 62 ist längs der oberen Kante der Austrittsöffnung 54 befestigt, um die heißen Gase gegen die Ablenkungsplatte 62 zu schicken, um die Gase zu dispergieren, wie dies durch den Pfeil 55 dargestellt ist.
• Man hat den doppelten Wassererhitzer 10 mit direktem Kontakt der vorliegenden Erfindung aufgebaut und seinen Wärmewirkungsgrad ausgewertet, wie dies in der folgenden Tabelle dargestellt ist, welche ausgehend von den Teilen A und B des Wassererhitzers erhaltene Messungen gibt. In typischer Weise ist der Teil A der Teil, welcher Wasser bei erhöhter Temperatur erzeugt und einen Gasbrenner verwendet, um die notwendige Energie für die Produktion von Wasser mit hoher Temperatur zu liefern. Der Teil B wird für die Wiedergewinnung der in den Gasen vorhandenen Energie verwendet, die von dem Teil A aufsteigen, und dies erzeugt heißes Wasser, das ausreichend ist, um eine Warmwasserquelle zu bilden, die von der Gemeindeverwaltung geliefertes Wasser aus dem Wasserhahn im Verhältnis zu der in den heißen Gasen verfügbaren Energie erwärmen und sie im Inneren des Speichers 25 des Teils B halten kann. Die in dem Teil B verfügbare Energie ist abhängig von der Temperatur der Gase der Leitung.
• Die folgende Tabelle 1 gibt die Resultate wieder, die ausgehend von einem Versuch erhalten wurden, der an einem Prototyp des nach der vorliegenden Erfindung aufgebauten Wassererhitzers durchgeführt wurde. TABELLE 1 Wärmewirkungsgrad - Doppelter Wassererhitzer mit direktem Kontakt
• Bemerkung: der Luftfaktor ist 1,3.
• Bezieht man sich nun auf Fig. 7, so wird ein Vergleich der Resultate, die mit dem Wassererhitzer der vorliegenden Erfindung mit doppeltem Abschnitt erhalten wurden, im Verhältnis zu theoretischen Kurven gegeben, die für einen Wassererhitzer nach dem Stand der Technik mit direktem Kontakt erhalten wurden, der einen einzigen Wasserspeicher hat. Fig. 7 zeigt die Kurve 70 des Wirkungsgrades des Wassererhitzers mit doppeltem Abschnitt der vorliegenden Erfindung, verglichen mit der eines Wassererhitzers mit direktem Kontakt mit einem einzigen Warmwasserspeicher 71. Auf dieser Kurve hat man auch die Kurve 72 des Wirkungsgrades des heißen Teils A des doppelten Brenners gezeigt, und man kann bemerken, daß der Wirkungsgrad dieses betrachteten Teils A unabhängig schnell sinkt, wenn sich einmal die Eintrittswassertemperatur, d. h. das Wasser an der Zerstäubungsdüse 24, über 60ºC befindet. Die Kombination mit dem Teil B erlaubt jedoch dem Wassererhitzer, seinen Wirkungsgrad über 90% mit den in der Tabelle 1 dargestellten Parametern zu erhöhen.
• Man bemerkt ferner, daß der Wassererhitzer 10, wenn er sich in "Sommer"-Betrieb befindet, kein Wasser mit hoher Temperatur von dem unteren Teil A zur Erwärmung der Gebäude benötigt. Folglich kann das Wasser des Speichers 19 direkt wieder zu der Zerstäubungsdüse 24 quer durch den Ablenkungskreislauf 30' umlaufen, um gesättigte heiße Gase zu erzeugen, die quer durch den Teil B steigen, um an die Haushaltsquelle für warmes Wasser Wärme abzugeben. Dieselbe Wirkung könnte durch einfaches Schließen der Zirkulation des Fluids an der sekundären Seite des Wärmeaustauschers 31 (Eintritt 33 und Austritt 35) erhalten werden.

Claims (15)

1. Wassererhitzer (10) mit direktem Kontakt mit:

einem Gehäuse (11),

einem ersten geschlossenen Kühlkreislauf (36) mit einer ersten Düse (12) zur Wasserzerstäubung, wobei die Düse (12) in dem Gehäuse (11) angeordnet ist, um zu erwärmendes Wasser in Abwärtsrichtung auf eine erste Auskleidung (13) von Wärmeaustauschelementen zu zerstäuben, welche in einem Bereich des Gehäuses (11) durch ein Stützmittel (15) gehalten ist,

einer Gasauslaßleitung (16) in Verbindung mit einem oberen Teil des Gehäuses (11), einem ersten Wasserspeicher (19), der im Inneren des Gehäuses (11) vorhanden ist, einem Brenner (17), der mit einem unteren Teil des Gehäuses verbunden und zum Erwärmen von Wasser in dem ersten Wasserspeicher (19) angeordnet ist,

einer zweiten Auskleidung (21) von Wärmeaustauschelementen, die oberhalb des ersten Wasserspeichers (19) durch ein zusätzliches Stützmittel (22) im Abstand gehalten ist, einem zweiten geschlossenen Kühlkreislauf (30) mit einer zweiten Düse (24) zur Wasserzerstäubung, wobei die Düse (24) in dem Gehäuse (11) oberhalb der zweiten Auskleidung (21) zur Zerstäubung von Wasser in Abwärtsrichtung auf die zweite Auskleidung (21) angeordnet ist,

einem zweiten Warmwasserspeicher (25), der in dem Gehäuse (11) in einem Bereich vorgesehen ist, welcher unterhalb der ersten Auskleidung (13) angeordnet ist,

einem Durchgangsmittel (27), welches den Durchgang der heißen Gase von der zweiten Auskleidung (21) zu einem Bereich erlaubt, der oberhalb des zweiten Speichers (25) liegt, einem ersten und zweiten Pumpmittel (32', 32), die mit dem ersten (25) bzw. dem zweiten (19) Wasserspeicher verbunden sind, um heißes Wasser aus diesen letzteren quer durch den ersten Kühlkreislauf (36) bzw. den zweiten Kühlkreislauf (30) zu einer ersten (37) bzw. einer zweiten (31) äußeren Wärmeaustauschvorrichtung zirkulieren zu lassen, wobei jeder Kühlkreislauf (36, 30) und jede äußere Wärmeaustauschvorrichtung (37, 31) voneinander unabhängig sind.

2. Wassererhitzer nach Anspruch 1, in welchem die ersten und zweiten Pumpmittel (32, 32') Wasserpumpen sind, die zwischen ihrem eigenen Wasserspeicher (19, 25) und einem Ende der ersten bzw. zweiten äußeren Wärmeaustauschvorrichtungen (31, 37) verbunden sind, wobei ein anderes Ende (34) der äußeren Wärmeaustauschvorrichtungen (31, 37) mit ihrer eigenen ersten (12) oder zweiten (24) Düse zur Wasserzerstäubung derart verbunden ist, daß Wasser der Speicher (19, 25) quer durch die äußeren Wärmeaustauschvorrichtungen (31, 37) gepumpt wird, wo die Temperatur sinkt, und anschließend auf ihre eigene Auskleidung (21, 13) zerstäubt wird, wo es wieder erwärmt wird, während es nach unten durch Schwerkraft zu ihrem eigenen Speicher (19, 25) zirkuliert.

3. Wassererhitzer nach Anspruch 2, in welchem sich das Wasser des ersten Wasserspeichers (19) bei einer höheren Temperatur als der des Wassers des zweiten Speichers (25) befindet, wobei die heißen Gase quer durch das Durchgangsmittel (27) hindurchgehen, wodurch eine Quelle von heißen Gasen sichergestellt wird, um die Wärmeaustauschelemente in der ersten Auskleidung (13) und das Wasser, welches quer durch diese letztere zirkuliert, zu erhitzen, wobei die Quelle der heißen Gase durch die erste Auskleidung (13) und die erste Wasserzerstäubung abgekühlt wird, bevor dieses letztere durch die Gasauslaßleitung (16) austritt.

4. Wassererhitzer nach Anspruch 3, in welchem auch ein Einlaß (46) für heiße Rückgewinnungsgase in einer Wand des Gehäuses (11) in Verbindung mit einem Bereich (47) zwischen dem zweiten Wasserspeicher (25) und der ersten Auskleidung (13) vorgesehen ist, wobei der Einlaß eines sekundären Wärmestromes in das Gehäuse erlaubt wird, der aus einer oder mehreren äußeren Wärmeaustauschvorrichtungen (45) wiedergewonnen wird.

5. Wassererhitzer nach Anspruch 3, in welchem auch ein Einlaß (46') für heiße Rückgewinnungsgase in einer Wand des Gehäuses in Verbindung mit einem Bereich (47') unter der zweiten Auskleidung (21) vorgesehen ist, was den Einlaß eines Stromes sekundärer heißer Gase in die Kammer erlaubt, welche aus einer oder mehreren äußeren Vorrichtungen (45) wiedergewonnen wurden.

6. Wassererhitzer nach Anspruch 1, in welchem das Gehäuse (11) verlängert, vertikal und rohrförmig ist, wobei die erste Wasserzerstäubungsdüse (12) in der Nähe eines oberen Endes des Gehäuses (11) angeordnet ist, die Gasauslaßleitung (16) mit dem oberen Ende in Verbindung steht, das oberhalb der ersten Wasserzerstäubungsdüse (12) liegt, der erste Wasserspeicher (19) in einem unteren Teil des Gehäuses (11) gebildet ist und die zweite Auskleidung (21) im Abstand über einem oberen Teil des Gehäuses (11) gestützt ist.

7. Wassererhitzer nach Anspruch 6, in welchem der Brenner (17) an dem Gehäuse (11) über dem ersten Wasserspeicher (19) befestigt ist und eine Flamme (17') in einer Kammer (20) des Brenners (17) erzeugt, die zwischen dem ersten Wasserspeicher (19) und der zweiten Auskleidung (21) gebildet ist.

8. Wassererhitzer nach Anspruch 6, in welchem das Durchgangsmittel (27) ein kommunizierender Durchgang ist, der sich quer durch den zweiten Wasserspeicher (25) für den Durchgang der heißen Gase erstreckt, die von der zweiten Auskleidung (21) aufsteigen und durch den Brenner (17) erzeugt werden.

9. Wassererhitzer nach Anspruch 6, in welchem die Quelle der heißen Gase, welche durch die Gasauslaßleitung (16) austreten, sich bei einer Temperatur niedriger als ungefähr 38ºC befindet, die äußere Wärmeaustauschvorrichtung (31), welche mit dem ersten Wasserspeicher (19) verbunden ist, das Wasser durch Wärmeaustausch mit dem aus dem ersten Speicher (19) stammenden Wasser von einer Temperatur von ungefähr 71ºC auf eine Temperatur von ungefähr 85ºC erwärmt, die äußere Wärmeaustauschvorrichtung (37) mit dem zweiten Wasserspeicher (25) das Wasser durch Wärmeaustausch mit dem aus dem zweiten Speicher (25) stammenden heißen Wasser von einer Temperatur von ungefähr 10ºC bis auf eine Temperatur von ungefähr 60ºC erwärmt, wobei die erste Wasserdüse (12) eine Wasserzerstäubung bei einer Temperatur von ungefähr 15,5ºC sicherstellt.

10. Wassererhitzer nach Anspruch 1, in welchem das Gehäuse (111) aus zwei Teilen (A und B) aufgebaut ist, wobei der erste Teil (A) und der zweite Teil (B) nebeneinander angeordnet sind, die erste Düse (112) zur Wasserzerstäubung in der Nähe eines höher gelegenen Teils des zweiten Teils (B) und des zweiten Wasserspeichers (125) befestigt ist, der auf der Basis des zweiten Teils (B) gebildet ist, wobei die erste Auskleidung (113) in dem zweiten Teil (B) zwischen der ersten Düse (112) zur Wasserzerstäubung und dem zweiten Speicher (125) angeordnet ist, und die zweite Düse (124) zur Wasserzerstäubung in der Nähe eines höher gelegenen Teils des ersten Teils (A) und des ersten Wasserspeichers (119) befestigt ist, der auf der Basis des ersten Teils (A) unter der zweiten Auskleidung (121) gebildet ist.

11. Wassererhitzer nach Anspruch 10, in welchem der Brenner (117) an dem ersten Teil (A) in der Nähe des ersten Wasserspeichers (119) befestigt ist, ein Brennergehäuse (120) in dem ersten Wasserspeicher (119) mindestens zum Teil in diesen letzteren eingetaucht ist, wobei der Brenner (117) eine Flamme (117') in dem Brennergehäuse (120) erzeugt und das Brennergehäuse (120) eine Auslaßöffnung (54) aufweist, die sich über einem erhöhten Wasserniveau ausdehnt, das in dem ersten Speicher (119) vorhanden ist, um die heißen Gase des Brennergehäuses (120) austreten zu lassen.

12. Wassererhitzer nach Anspruch 1, in welchem der Brenner (117) an dem Gehäuse (111) in der Nähe des ersten Wasserspeichers (119) befestigt ist, ein Brennergehäuse (120) in dem ersten Wasserspeicher (119) mindestens zum Teil in diesen letzteren eingetaucht ist, wobei der Brenner (117) eine Flamme (117') in dem Brennergehäuse (120) erzeugt und das Brennergehäuse (120) eine Auslaßöffnung (54) aufweist, die sich über einem hohen Wasserniveau ausdehnt, das in dem ersten Speicher (119) vorhanden ist, um die heißen Gase des Brennergehäuses (120) austreten zu lassen.

13. Wassererhitzer nach Anspruch 12, in welchem die Auslaßöffnung (54) durch ein Ende des Brennergehäuses (120) gegenüber dem Brenner (117) gebildet ist und eine Leitung (57) vertikal mit der seitlichen Öffnung gegenüber einem geöffneten Bereich (58) zwischen dem ersten Wasserspeicher (119) und dem Gehäuse (120) und einen Gaskühlaufbau aufweist, der mit der vertikalen Leitung (57) und der seitlichen Öffnung verbunden ist.

14. Wassererhitzer nach Anspruch 13, in welchem der Gaskühlaufbau durch eine Wand (59) oberhalb der Leitung (57) und der Ablenkungsplatten (61, 62, 64) gebildet ist, die angeordnet sind, um die heißen Gase nach oben in Richtung der zweiten Auskleidung (121) zu leiten und um die Wassertröpfchen (63) aufzunehmen, die zirkulieren, um die Leitung und die Ablenkungsplatten (61, 62, 64) zu kühlen.

15. Wassererhitzer nach Anspruch 14, in welchem die Auslaßöffnung (54) in der Nähe einer Wand (59) oberhalb der vertikalen Leitung (57) angeordnet ist und eine gekrümmte vor der Auslaßöffnung (54) angeordnete Ablenkungsplatte (62) vorgesehen ist, um die ausgelassenen heißen Gase nach oben in dispergierter Form abzulenken.