<Desc/Clms Page number 1>
Heisswasserspeicher Die Erfindung betrifft einen Heisswasserspeicher, insbesondere zur Erwärmung von Konsumwasser, mit einem Behälter und einer Anzahl von gruppenweise im wesentlichen waagrecht liegenden Heizrohren, welche von einem Heizmittel, z. B. in der Form von heissem Wasser oder Dampf, durchströmt werden, und zwecks Einführung in den Behälter von zu erwärmendem Wasser mit längs des Heizrohres liegenden Einlass- und Verteilungsrohren mit am Ende gesperrtem Durchlauf, aber mit seitlichen Öffnungen zur Ausströmung des Wassers in den Behälter.
Bei den bekannten Heisswasserspeichern dieser Art ist jedes Verteilungsrohr so im Verhältnis zu den Heizrohren angeordnet, dass die Strahlen des aus den öff- nungen des Verteilungsrohres austretenden Wassers die nächstliegenden Heizrohre treffen, welche dadurch einen verhältnismässig grossen thermischen Wirkungsgrad aufweisen, aber das weitere Eindringen des Wassers zwischen die übrigen, gewöhnlich in weit grösserer Anzahl vorhandenen Heizrohre hemmen, wodurch der thermische Wirkungsgrad der letzteren Rohre verhältnismässig geringer als beabsichtigt wird.
Es gilt dies für Heisswasserspeicher zur Erwärmung von Konsumwasser bei sowohl grossem als auch kleinem Heisswasserkonsum, aber auch in den Fällen, wo der Heisswasserspeicher in einer Anlage angeordnet ist, worin das erwärmte Wasser in die Anlage an die Konsumstellen und das nicht verbrauchte Wasser zurück nach dem Heisswasserspeicher geleitet wird, um wieder erwärmt zu werden. Das zurückströmende Wasser dringt in dem Falle direkt vom Verteilungsrohr zwischen die Heizrohre hinein und verursacht dadurch den weiteren Nachteil, dass die vorteilhafte natürliche thermische Selbstzirkulation des im Behälter befindlichen Wassers zwischen die Heizrohre nach oben gehemmt wird.
Beim Anschluss des Heisswasserspeichers an Fernheizungswerke wird man gewöhnlich versuchen, den möglichst grössten Unterschied zwischen der Temperatur des Fernheizungswassers bei dessen Einlass in den Heisswasserspeicher und der Temperatur bei dessen Auslass aus dem Heisswasserspeicher zu erzielen. Bei Heisswasserspeichern der erwähnten Art zur Erwärmung von Konsumwasser wird die Abflusstemperatur des Fernheizungswassers auf die gewünschte Temperatur des Konsumwassers im Behälter begrenzt, d. h. gewöhnlich mindestens 50 C.
Ziel der Erfindung ist, den Nachteilen der vorstehend erwähnten Art entgegenzutreten sowie in den respek- tiven Fällen die möglichst grösste Abkühlung des Fernheizungswassers zu erzielen und im übrigen die Leistungsfähigkeit des Heisswasserspeichers zu vergrössern.
Dies wird erfindungsgemäss dadurch erzielt, dass an den zwei gegenüberliegenden Seiten eines im wesentlichen in waagrechter Ebene gelegenen offenen Raums, welcher die Heizrohre in eine obere und eine untere Gruppe im Behälter aufteilt, je ein Verteilungsrohr angeordnet ist, und zwar mit gegen den Raum nach innen gerichteten Öffnungen.
Beim Betrieb des Heisswasserspeichers wird das Heizmittel auf gewöhnliche Weise nach den zu oberst liegenden Heizrohren geleitet, d. h. nach den Heizrohren der oberen Gruppe, und strömt von dort aus durch die Heizrohre in die untere Gruppe, bevor es abgeleitet wird. Das zu erwärmende Wasser wird nach den beiden Verteilungsrohren geleitet und strömt durch die öff- nungen der Rohre von beiden Seiten der Gruppen frei in den Raum dazwischen.
Die somit gegeneinander, von je ihrer Seite, kommenden Wasserströme können sich von dem Raum nur nach oben und unten im Behälter verteilen, indem sie quer auf alle Heizrohre darin strömen, und werden somit gezwungen, unter steigender Temperatur die Wärme abgebenden Rohre zu passieren, die gleichzeitig alle ohne Ausnahme von Wärme aufnehmendem Wasser umspült werden und dadurch jedes für sich effektiv am Wärmeaustausch teilnimmt.
Es ist unmittelbar ersichtlich, dass die Heizrohre, welche in der Nähe des offenen Raums zwischen den beiden Gruppen liegen, welche von dem kältesten Was-
<Desc/Clms Page number 2>
ser umspült werden, eine grössere Abkühlung des Heiz- mittels, z. B. des Fernheizungswassers, geben können als die äussersten Rohre der Gruppen, welche im wesentlichen von bereits erwärmtem Konsumwasser im Behälter umgeben sind; es wird aber doch bei derselben Anzahl von Heizrohren eine grössere resultierende Abkühlung des Heizmittels als bei den vorstehend erwähnten bekannten Heizwasserspeichern erzielt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Heisswasserspeichers nach der Erfindung, wobei die Heizrohre des Vor- und des Rücklaufes des Heizmittels im Behälter an dem einen Ende miteinander in offener Verbindung stehen, vorzugsweise paarweise durch Ausführung von je zwei Rohren in der Form eines Rohrbügels, und das andere Ende der Heizrohre des Vorlaufes bzw. des Rücklaufes an eine Heizmittel-Einlass- kammer bzw.
an eine Heizmittel-Ablasskammer angeschlossen sind, welche Kammern von einem Deckel abgeschlossen sind, steht die Einlasskammer mit den zu oberst in der oberen Gruppe liegenden Heizrohren in offener Verbindung, während die Ablasskammer in offener Verbindung mit den zu unterst in der oberen Gruppe und in der Nähe des die Heizrohre in zwei Gruppen aufteilenden Raumes steht, und eine ebenfalls vom Dek- kel abgeschlossene dritte Kammer ist vorhanden, welche mit allen Heizrohren der unteren Gruppe in offener Verbindung steht.
Die Heizrohre, welche der Ableitungskammer am nächsten angeschlossen sind, werden somit von dem kältesten Konsumwasser bestrichen, und man nähert sich hierdurch dem ideellen Gegenstromprinzip und behält doch die mit freiliegenden Heizrohren offenbar verknüpften Vorteile bei.
Bei geringem oder keinem Konsum von Wasser verteilt und mischt sich dieses im Behälter schnell bei der natürlichen thermischen Zirkulation des Wassers zwischen allen Heizrohren der beiden Gruppen praktisch ohne Hemmung verursacht von den Verteilungsrohren und vom aus diesen austretenden Wasser.
Anschliessend wird die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung beschrieben, worin Fig. 1 teilweise im Längsschnitt einen Heisswasserspeicher mit eingebauten bügelförmigen Heizrohren und parallel damit liegenden Wasserverteilungsrohren für die Zuleitung des zu erwärmenden Wassers, Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-11 in Fig. 1, Fig. 3 perspektivisch die Heizrohre und die Verteilungsrohre schräg von vorne und in Seitenansicht, Fig. 4 die Verteilungsrohre in geänderter Ausführung, aber auf dieselbe Weise wie in Fig. 3 gesehen,
und Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel des Heisswasserspeichers ähnlich dem in Fig. 1 gezeigten, aber mit einem geänderten Durchlauf für das Heizmittel zeigt.
1 bezeichnet einen waagrecht liegenden zylindrischen Behälter, mit einem vorderen Endboden 2, welcher unten einen ausgebauten Stutzen 3 mit einem Flansch 4 hat, woran ein Deckel 5 befestigt ist, und eine zwischen dem Deckel und dem Flansch 4 eingespannte Rohrplatte 6. An der Rohrplatte 6 sind die Enden einer Anzahl von waagrecht liegenden Heizrohren 7 befestigt, und zwar in der Form von in senkrechten Ebenen verhältnismässig dicht aneinander liegenden Rohrbügeln, wobei zwischen den innersten Schenkeln der Rohrbügel ein im wesentlichen in waagrechter Ebene liegender Raum 8 gebildet wird, der an den Enden sowie oben und unten von den Heizrohren und der Rohrplatte begrenzt, aber an den Seiten offen ist.
Der Deckel 5 schliesst zwei durch eine Wand 9 getrennte Kammern 10 und 11 mit Ein- und Ablassstutzen 12 bzw. 13 ab. Die obere Kammer 10 steht in offener Verbindung mit den zu oberst liegenden Bügelschenkeln, welche eine Gruppe der Heizrohre 7 über den Raum 8 bilden, während die zu unterst liegenden Bügelschenkel eine andere Gruppe von Heizrohren unter dem Raum 8 bilden, die in offener Verbindung mit der unteren Kammer 11 im Deckel 5 steht.
14 bezeichnet zwei Verteilungsrohre zur Verteilung des zu erwärmenden Wassers nach dem Einlass in den Behälter 1, und welche ausserhalb der beiden Gruppen von Heizrohren 7 an je einer von zwei gegenüberliegenden Seiten des Raums 8 zwischen den Gruppen liegen. An der dem Raum 8 zugewandten Seite haben die an den Enden geschlossenen Verteilungsrohre über ihre ganze Länge Öffnungen 15 oder Spalte. Die beiden Verteilungsrohre 14 sind über je ein Abzweigstück 16 mit einem gemeinsamen Wasserzuleitungsrohr 17 verbunden, welche dichtschliessend unten durch den Behältermantel 1 durchgeführt ist. Der Behältermantel besitzt unten ein Schlammablassventil 18 und oben einen Ablassstutzen 19 für warmes Wasser.
Das Heizmittel in der Form von heissem Wasser oder Dampf wird der Kammer 10 zugeleitet und strömt von dieser Kammer durch die Heizrohre 7 in die oberste Gruppe und durch die Rohre der untersten Gruppe in die Kammer 11 zurück, von wo aus es durch den Stutzen 13 abgeleitet wird. Das kalte Wasser wird den Verteilungsrohren 14 durch das Einlassrohr 17 und die Abzweigstücke 16 zugeleitet und tritt, wie in Fig. 4 angedeutet, durch die Öffnungen 15 in den Verteilungsrohren von beiden Seiten in den Raum 8, von wo aus es im wesentlichen gleichmässig verteilt auf- und abwärts zwischen alle Heizrohre der beiden Gruppen dieser hineindringt.
Die stärkste Erwärmung erfolgt in der oberen Gruppe, die zuerst vom Heizmittel umspült wird. Dieses wird indessen auch wesentlich in der unteren Gruppe abgekühlt, deren Heizrohre ebenfalls während der Erwärmung von Wasser umspült werden, und das Heizmittel verlässt somit den Heisswasserspeicher, nachdem es auf zweckmässige Weise Wärme an das Wasser im Behälter 1 abgegeben hat.
Insbesondere bei geringem oder ganz eingestelltem Konsum von warmem Wasser erfolgt eine natürliche thermische Zirkulation des Wassers nach oben zwischen die Heizrohre. In diesen Perioden hält das Wasser im Behälter somit stets die grösstmögliche Temperatur. Bei danach eintretendem grossem Konsum von warmem Wasser fängt die Erwärmung von zuströmendem kaltem Wasser, wie vorstehend beschrieben, sofort wieder an.
Bei der Erwärmung von kalkhaltigem Konsumwasser, wobei bei der Erwärmung Kalk ausgeschieden wird, welcher sich erfahrungsgemäss an den Rohren absetzt, aber wieder davon abbröckelt, wenn kaltes Wasser in grossem Umfange plötzlich zugeleitet wird, können Kalkschalen ungehindert in den untersten Teil des Behälters herabsinken, und der Kalkschlamm kann dann gelegentlich durch das Ablassventil 18 entfernt werden.
Bei der Aufteilung der Wasserverteilungsrohre 14 in mindestens zwei Teile 14a und 14b mit Abzweigstücken 16a bzw. 16b, wie in Fig. 4 gezeigt, kann dem Heisswasserspeicher gleichzeitig ganz kaltes und teilweise erwärmtes Wasser zugeleitet werden. Das von den Verteilungsrohren 14a austretende Wasser wird sich
<Desc/Clms Page number 3>
zwischen den Heizrohren 7 der ober- und unterhalb des Raumes 8 liegenden Partien von diesen Rohrgruppen verteilen, und zwar praktisch genommen ohne sich mit dem Wasser zu mischen, das den Verteilungsrohren 14b zugeleitet wird und sich von dort aus zwischen den Heizrohren der anderen Partien der Gruppen verteilt.
Eventuell kann im Behälter eine senkrechte Trennung eingebaut sein, die jedenfalls teilweise das Wasser im Behälter mit gegenseitig verschiedener Temperatur trennt.
Die vorstehend beschriebene Wassererwärmungs- weise kann insbesondere bei Heisswasserversorgungs- anlagen Anwendung finden, wo das von den Konsumenten nicht abgenommene Wasser zwecks Wiedererwärmung zum Heisswasserspeicher zurückzirkuliert wird.
Bei dem in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel des Heisswasserspeichers wird eine verhältnismässig sehr grosse Abkühlung des Heizmittels, z. B. des Fernhei- zungswassers, erzielt. Die oberste Kammer 10 in Fig. 1 ist hier durch eine Wand 20 in zwei Kammern 10a und 10b geteilt, und der Ablassstutzen 13 ist derart angeordnet, dass er das Rücklaufwasser zur Fernheizungs- quelle von der Kammer 10b ableitet.
Das vom Einlassstutzen 12 kommende Heizmittel läuft von der Kammer 10a in die äussersten Heizrohre 7 der oberen Gruppe und läuft von dort aus in die entsprechenden äussersten Rohre 7 der unteren Gruppe, um alsdann in die Kammer 11a zurückzukehren und durch die sowohl in der unteren als auch in der oberen Gruppe restlichen innersten Heizrohre, welche dem Raum 8 am nächsten liegen, dem das kalte Wasser zugeleitet wird, hin und zurück um den Raum zu strömen, um schliesslich in die Kammer lob hineinzulaufen,
von wo aus es durch den Stutzen 13 zur Wärmequelle zurückgeleitet wird. Das Heizmittel wird durch diesen Verlauf durch den Heisswasserspeicher nach und nach der Abkühlung durch Konsumwasser mit niedriger und niedrigster Temperatur ausgesetzt, und zwar entsprechend dem bei Wärmeaustausch zwischen Flüssigkeiten angestrebten Gegenstromsprinzip.
Der Heisswasserspeicher kann statt mit bügelförmi- gen Heizrohren mit geradlinigen waagrecht liegenden Heizrohren in zwei Gruppen ausgeführt werden, welche an jedem Ende mit einer Rohrplatte und einem Deckel versehen sind, indem der innen im Behälter 1 liegende Deckel in dem Falle keine Einlass- und Ablassstutzen 12 und 13 besitzt.