Vorrichtung zum Erwärmen von BrauchwasserDevice for heating domestic water
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Erwärmen von Brauchwasser, bestehend aus einem Brauchwasserspeicher und einem im Brauchwasserspeicher angeordneten Wärmetauscher, der wenigstens eine Rohrschlange mit mehreren Win¬ dungen für ein Heizmedium aufweist, die in einer sich über den Boden des Brauch¬ wasserspeichers erstreckenden Fläche liegen.The invention relates to a device for heating hot water, consisting of a hot water tank and a heat exchanger arranged in the hot water tank, which has at least one coil with a plurality of windings for a heating medium, which extends in a surface that extends over the bottom of the hot water tank lie.
Um Brauchwasser in einem Brauchwasserspeicher zu erwärmen, ist es bekannt, in den Brauchwasserspeicher einen Wärmetauscher aus einer Rohrschlange für ein Heizmedium, üblicherweise Warmwasser, einzusetzen, die in mehreren Windungen schraubenlinienförmig verlegt ist. Werden diese Rohrwindungen entlang der Innensei¬ te des Brauchwasserspeichers mit vertikaler Schraubungsachse verlegt, so ergibt sich bei einer entsprechend großen Wärmeaustauschfläche wegen der dann größeren Höhe des Wärmetauschers ein gegenüber dem gesamten Speichervolumen erheblich geringeres Nutzvolumen des Brauchwasserspeichers oberhalb des Wärmetauschers. Bei einer Rohrschlangenverlegung mit horizontaler Schraubungsachse ergeben sich für größere Schraubungsdurchmesser gleiche Nachteile. Außerdem besteht die Gefahr, daß sich in den oberen Windungsabschnitten Luft ansammelt und sich in den unteren Windungsabschnitten Ablagerungen ansammeln, was den Wärmeübergang vom Heizmedium auf das Brauchwasser beeinträchtigt.In order to heat service water in a service water tank, it is known to use a heat exchanger from a coil for a heating medium, usually hot water, in the service water tank, which is laid helically in several turns. If these pipe windings are laid along the inside of the domestic hot water tank with a vertical screw axis, then with a correspondingly large heat exchange surface, because of the then greater height of the heat exchanger, a usable volume of the domestic hot water tank above the heat exchanger which is considerably lower than the total storage volume results. When laying coils with a horizontal screw axis, the same disadvantages arise for larger screw diameters. There is also the risk that air will accumulate in the upper winding sections and deposits will accumulate in the lower winding sections, which impairs the heat transfer from the heating medium to the process water.
Darüber hinaus ist es bei einem Wärmetauscher bekannt (FR-B 2 301 795), die Strömungskanäle zwischen zwei profilierten Blechwänden zu bilden, die in einemIn addition, it is known for a heat exchanger (FR-B 2 301 795) to form the flow channels between two profiled sheet metal walls, which in one
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Ringbereich in spiralförmigen Windungen gebogen sind. Die zwischen den Blechwän¬ den gebildeten, strömungstechnisch parallelgeschalteten Strömungskanäle liegen daher übereinander, was im Zusammenhang mit den sich zwischen den einzelnen Windungen der Blechwände ergebenden, vertikalen Strömungswegen für die zu erwärmende Flüssigkeit eine vertikale Strömung dieser Flüssigkeit unterstützt und damit im Falle einer Brauchwassererwärmung die angestrebte Schichtung des Brauchwassers zerstört. Außerdem ist es aufgrund der sich aus den mehrlagig übereinanderiiegenden Strömungskanälen bestimmenden Höhe des Wärmetauschers nicht möglich, das Speichervolumen des Brauchwasserspeichers als Nutzvolumen auszunützen. Dazu kommt noch, daß im Bereich der oberen Strömungskanäle für das Heizmedium das Brauchwasser bereits eine höhere Temperatur aufweist, so daß in diesem Bereich der Wärmeübergang vom Heizmedium zum Brauchwasser beein¬ trächtigt ist.E Ring area are bent in spiral turns. The flow channels which are formed between the sheet metal walls and are connected in parallel in terms of flow technology therefore lie one above the other, which, in connection with the vertical flow paths for the liquid to be heated, which results between the individual turns of the sheet metal walls, supports a vertical flow of this liquid and thus, in the case of hot water heating, the desired Stratification of the process water destroyed. In addition, due to the height of the heat exchanger, which is determined from the multilayered flow channels, it is not possible to use the storage volume of the domestic hot water storage tank as the usable volume. In addition, the process water in the area of the upper flow channels for the heating medium is already at a higher temperature, so that the heat transfer from the heating medium to the process water is impaired in this area.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, diese Mängel zu vermeiden und eine Vorrichtung zum Erwärmen von Brauchwasser der eingangs geschilderten Art so zu verbessern, daß im wesentlichen das gesamte Speichervolumen des Brauchwasser¬ speichers als Nutzvolumen zur Verfügung steht und ein guter Wärmeübergang vom Heizmedium auf das Brauchwasser sichergestellt wird.The invention is therefore based on the object to avoid these deficiencies and to improve a device for heating domestic water of the type described in such a way that essentially the entire storage volume of the domestic water storage is available as the usable volume and good heat transfer from the heating medium to the Industrial water is ensured.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß die zumindest im wesentlichen über die gesamte Bodenfläche verteilten, vorzugsweise eine Spirale bildenden Win¬ dungen der Rohrschlange der Höhe nach lediglich eine Windungslage bilden.The invention achieves the object in that the windings of the pipe coil, which are distributed at least substantially over the entire floor surface and preferably form a spiral, form only one winding layer in height.
Durch die Anordnung der Windungen der Rohrschlange des Wärmetauschers in einer einzigen Lage, die sich im wesentlichen über die gesamte Bodenfläche des Brauch¬ wasserspeichers erstreckt, kann die Bauhöhe des Wärmetauschers im wesentlichen auf die Querschnittsabmessungen des die Rohrschlange bildenden Rohres be¬ schränkt werden, so daß bei einer Anordnung des Wärmetauschers unmittelbar oberhalb des Bodens des Brauchwasserspeichers das Nutzvolumen im wesentlichen dem Speichervolumen des Brauchwasserspeichers entspricht. Abgesehen davon wird eine besonders gute Wärmeausnützung des Heizmediums ermöglicht, weil der
Wärmetauscher zufolge seiner Anordnung in einer sich über den Boden des Brauch¬ wasserspeichers erstreckenden Fläche stets im Bereich des Kaltwassers liegen kann. Die über die Bodenfläche verteilten Windungen der Rohrschlange ermöglichen außerdem eine über den Querschnitt des Brauchwasserspeichers im Vergleich zu schraubenförmig gewundenen Rohrschlangen gleichmäßigere Brauchwassererwär¬ mung, was sich wiederum in einer optimalen Schichtung des Brauchwassers in¬ nerhalb des Brauchwasserspeichers auswirkt.By arranging the turns of the coil of the heat exchanger in a single layer, which extends essentially over the entire bottom surface of the domestic water storage tank, the overall height of the heat exchanger can be restricted essentially to the cross-sectional dimensions of the tube forming the coil, so that with an arrangement of the heat exchanger immediately above the bottom of the domestic hot water tank, the usable volume essentially corresponds to the storage volume of the domestic hot water tank. Apart from that, a particularly good heat utilization of the heating medium is made possible because of the According to its arrangement, the heat exchanger can always lie in the area of the cold water in a surface extending over the bottom of the domestic water storage tank. The turns of the pipe coil distributed over the bottom surface also enable a more uniform process water heating over the cross-section of the process water storage compared to helically coiled pipe coils, which in turn results in an optimal stratification of the process water within the process water store.
Da es darauf ankommt, die Windungen der Rohrschlange in einer sich über den Boden erstreckenden Fläche einlagig anzuordnen, ist es nicht zwingend erforderlich, diese Windungen in Form einer Spirale zu verlegen, obwohl sich durch eine spiralför¬ mige Verlegung besonders einfache Konstruktionsverhältnisse vor allem im Hinblick auf eine über die Bodenfläche gleichmäßige Windungsverteilung einstellen. Die durch die Windungen der Rohrschlange gebildete Fläche braucht keine zum Boden parallele Querschnittsebene zu sein. Die Spirale aus den einzelnen Rohrschlangenwindungen könnte zur besseren Entleerung auch auf einer flachen Kegelfläche liegen.Since it is important to arrange the windings of the pipe coil in a single layer in a surface that extends over the floor, it is not absolutely necessary to lay these windings in the form of a spiral, although particularly simple constructional conditions result from spiral-shaped laying, especially with regard to set for a uniform winding distribution over the floor area. The area formed by the coils of the coil does not need to be a cross-sectional plane parallel to the ground. The spiral from the individual coil windings could also lie on a flat cone surface for better emptying.
Um den Wärmeübergang zwischen dem Heizmedium und dem Brauchwasser zu verbessern, kann in weiterer Ausbildung der Erfindung die Rohrschlange aus einem bezüglich seines Querschnittes von zwei gegenüberliegenden Seiten eingeschnürten, hochkant verlegten Rohr gebildet werden. Diese "libellenartige" Querschnittsform vergrößert die Wärmeaustauschfläche in bezug auf das Volumen des Heizmediums und bedingt aufgrund der hochkantigen Anordnung dieser Rohre eine für den Wär¬ meübergang vorteilhafte Wasserströmung zwischen den Rohrwindungen.In order to improve the heat transfer between the heating medium and the process water, in a further embodiment of the invention the pipe coil can be formed from a pipe constricted with respect to its cross section from two opposite sides and laid upright. This "dragonfly-like" cross-sectional shape increases the heat exchange surface in relation to the volume of the heating medium and, due to the edgewise arrangement of these tubes, requires a water flow between the tube turns which is advantageous for heat transfer.
Die Verlegung der Rohrschlange in Form einer Spirale kann aufgrund von Wärme¬ dehnungen oder äußeren Einflüssen zu unerwünschten Verschiebungen der einzelnen Windungen gegeneinander führen. Um solche Verlagerungen der Windungen zu vermeiden, können die Windungen der spiralförmigen Rohrschlange in einer Halte- rung mit sternförmigen Halterungsarmen gehalten werden, die unmittelbar mit dem Brauchwasserspeicher, beispielsweise durch Schweißen, verbunden werden können.
ln der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erwärmen von Brauchwasser in einem Querschnitt durch den Brauchwasserspeicher und Fig. 2 diese Vorrichtung in einem Schnitt nach der Linie ll-ll der Fig. 1.The laying of the pipe coil in the form of a spiral can lead to undesirable displacements of the individual turns against one another due to thermal expansion or external influences. In order to avoid such displacements of the turns, the turns of the spiral pipe coil can be held in a holder with star-shaped holder arms, which can be connected directly to the process water tank, for example by welding. The subject matter of the invention is shown in the drawing, for example. 1 shows a device according to the invention for heating domestic water in a cross section through the domestic hot water tank, and FIG. 2 shows this device in a section along the line II-II of FIG. 1.
Die dargestellte Vorrichtung zum Erwärmen von Brauchwasser besteht im wesentli¬ chen aus einem aus Übersichtlichkeitsgründen nur im Bodenbereich dargestellten Brauchwasserspeicher 1 und einem in diesem Brauchwasserspeicher angeordneten Wärmetauscher 2, der unmittelbar oberhalb des an eine Entleereungsleitung 3 angeschlossenen Bodens 4 des Brauchwasserspeichers 1 angeordnet ist. Dieser Wärmetauscher 2 wird durch eine Rohrschlange 5 gebildet, die in mehreren Windun¬ gen 6 in Form einer einlagigen Spirale verlegt ist, die in einer sich über den Boden 4 erstreckenden Querschnittsebene liegt. Diese Windungen 6 werden von einer Halte- rung 7 aufgenommen, die aus sternförmigen Halterungsarmen 8 besteht, in denen Schlitze 9 zur Aufnahme der einzelnen Windungen 6 vorgesehen sind. Die zum Einlegen der Windungen 6 einseitig offenen Schlitze 9 werden durch mit den Halte¬ rungsarmen 8 verbundene Stege 10 verschlossen, so daß die Windungen 6 in der Halterung 7 radial unverschiebbar festgelegt sind. Zum Einbau des Wärmetauschers 2 in den Brauchwasserspeicher 1 brauchen lediglich die Halterungsarme 8 an der Wand des Brauchwasserspeichers 1 angeschweißt zu werden.The device for heating used water shown essentially consists of a used water tank 1, which is only shown in the floor area for reasons of clarity, and a heat exchanger 2 arranged in this used water tank, which is arranged directly above the bottom 4 of the used water tank 1 connected to an emptying line 3. This heat exchanger 2 is formed by a tube coil 5 which is laid in several windings 6 in the form of a single-layer spiral which lies in a cross-sectional plane extending over the base 4. These turns 6 are received by a holder 7, which consists of star-shaped holding arms 8, in which slots 9 are provided for receiving the individual turns 6. The slots 9 which are open on one side for inserting the windings 6 are closed by webs 10 connected to the holding arms 8, so that the windings 6 are fixed radially immovably in the holder 7. To install the heat exchanger 2 in the hot water tank 1, only the bracket arms 8 need to be welded to the wall of the hot water tank 1.
Die Rohrschlange 5 wurde aus einem zunächst runden Rohr hergestellt, das im Bereich der Windungen 6 von gegenüberliegenden Seiten zusammengedrückt wurde, um eine libellenartige Querschnittsform zu erhalten, wie dies insbesondere in der Fig. 2 zu erkennen ist. Diese Querschnittsform der Rohrschlange 5 bringt nicht nur wegen der hochkantigen Ausrichtung ein einfacheres Biegen der Spirale mit sich, sondern führt auch zu einem erheblich günstigeren Wärmeübergang, weil zunächst die Querschnittsfläche gegenüber dem Querschnittsumfang verkleinert wird und sich zwischen den einzelnen Windungen 6 vorteilhafte Strömungskanäle für das zu erwärmende Wasser ergeben, das über eine Kaltwasserleitung 11 in den Brauchwas¬ serspeicher 1 strömt, die oberhalb eines die Entleerungsleitung 3 abdeckenden Prallbleches 12 mündet. Wie der Fig. 2 entnommen werden kann, liegt der Wärme-
tauscher 7 im Kaltwasserbereich des Brauchwasserspeichers 1 unmittelbar über dem Boden 4, so daß das sich oberhalb des Wärmetauschers 7 ergebende Nutzvolumen des Brauchwasserspeichers 1 kaum geringer als das gesamte Speichervolumen ist. Abgesehen davon ergibt sich wegen der Erstreckung des Wärmetauschers 2 im wesentlichen über den gesamten Behälterquerschnitt eine vorteilhafte Brauchwasser¬ erwärmung, die eine optimale Schichtung des Wassers nach sich zieht.The pipe coil 5 was produced from an initially round pipe, which was compressed in the area of the windings 6 from opposite sides in order to obtain a dragonfly-like cross-sectional shape, as can be seen in particular in FIG. 2. This cross-sectional shape of the coil 5 not only brings about a simpler bending of the spiral because of the upright orientation, but also leads to a considerably more favorable heat transfer, because first the cross-sectional area is reduced compared to the cross-sectional circumference and between the individual turns 6 advantageous flow channels for this result in warming water which flows via a cold water line 11 into the domestic water storage tank 1, which opens above a baffle plate 12 covering the drain line 3. As can be seen in FIG. 2, the heat Exchanger 7 in the cold water area of the hot water tank 1 immediately above the floor 4, so that the usable volume of the hot water tank 1 resulting above the heat exchanger 7 is hardly less than the total tank volume. Apart from this, because of the extension of the heat exchanger 2, there is an advantageous hot water heating over the entire tank cross section, which results in an optimal stratification of the water.
Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. So müßten die Windungen 6 der Rohrschlange 5 nicht in einer Quer¬ schnittsebene liegen, sondern könnten auch entlang einer flachen Kegelfläche verlegt sein, um für eine selbständige Entlüftung nach oben zu sorgen, obwohl die Gefahr von Luftansammlungen im Scheitelbereich des Rohres auch bei horizontaler Ver¬ legung gering ist. Außerdem könnte die Spirale mehrgängig ausgeführt sein.
The invention is of course not limited to the illustrated embodiment. Thus, the windings 6 of the coil 5 would not have to lie in a cross-sectional plane, but could also be laid along a flat conical surface in order to ensure independent ventilation upwards, although the risk of air accumulation in the apex region of the tube also with horizontal ver¬ is low. In addition, the spiral could have multiple threads.