EP0569732B1 - Gasbeheizter Wassererhitzer - Google Patents

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EP0569732B1
EP0569732B1 EP93106194A EP93106194A EP0569732B1 EP 0569732 B1 EP0569732 B1 EP 0569732B1 EP 93106194 A EP93106194 A EP 93106194A EP 93106194 A EP93106194 A EP 93106194A EP 0569732 B1 EP0569732 B1 EP 0569732B1
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EP
European Patent Office
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valve
heat exchanger
connection
flow
water
Prior art date
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EP93106194A
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English (en)
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EP0569732A1 (de
Inventor
Manfred Dipl.-Ing. Oehrlein (Fh)
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D19/00—Details
    • F24D19/10—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F24D19/1006—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems
    • F24D19/1009—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for central heating
    • F24D19/1015—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for central heating using a valve or valves
    • F24D19/1021—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for central heating using a valve or valves a by pass valve

Definitions

  • the invention is based on a gas-heated water heater according to the preamble of the main claim.
  • the amount of water circulating in the heating network is dependent on the flow characteristics in the heating network, which are influenced, for example, by thermostatic valves on the radiators, which increasingly reduce the passage cross-sections for the water as the heat requirement decreases. Without additional measures, this would lead to increased, disturbing flow noises and possibly also to high post-heating of the water in the heat exchanger and to an efficiency-reducing short-cycle operation of the device.
  • the overflow valve is a non-return valve with a fixed valve seat on a valve passage to the bypass and one slidably guided valve body, which is acted upon by the water pressure in the flow line against a closing spring force and lifts off the valve seat when the water pressure exceeds a predetermined value.
  • the arrangement according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that the overflow valve is a purely fluidic component that works exclusively due to flow effects, has no moving parts subject to wear and is insensitive to contamination.
  • the swirl chamber valve is installed with its tangential inlet and the axial outlet in the inlet line of the internal line system leading from the heat exchanger to the inlet connection. This ensures that the heat exchanger is also included in the internal short-circuit circuit controlled by the swirl chamber valve, so that increased post-heating or an efficiency-reducing short-cycle operation of the gas burner with increased flow resistance in the heating network is avoided.
  • FIG. 1 shows a hot water central heating system with a water heater according to the first exemplary embodiment
  • FIG. 2 shows in perspective the swirl chamber valve of the water heater according to FIG. 1
  • FIG. 3 shows a water heater according to the second exemplary embodiment.
  • the central heating system according to FIG. 1 has a water heater 10 surrounded by a dash-dotted line, which is provided with a gas burner 12 as a heating source.
  • a gas burner 12 Arranged above the gas burner 12 is a heat exchanger 14 which is acted upon by the combustion gases and which consists of a lamellar block with a water pipe coil 16 passed through it. This is inserted into an internal line system of the water heater 10, which connects a return connection 18 for an external heating network 20 to a flow connection 22.
  • the heating network 20 leads over a plurality of radiators 24 connected in parallel to one another, each of which is controlled by a thermostatic valve 26.
  • the internal line system of the water heater 10 has a first return line 28 which leads from the return connection 18 to the suction connection of a circulation pump 30.
  • the pressure connection of the circulation pump 30 is connected via a second return line 32 to the input of the heat exchanger 14, the output of which is connected via a first flow line 34 to the inlet connection 36 of a swirl chamber valve 38.
  • Swirl chamber valve 38 has two outlet ports 40, 42, one of which, 40, is connected to the flow connection 22 via a second flow line 44.
  • the other outlet connection 42 is connected via a bypass line 46 to the first return line 28 or to the suction side of the circulation pump 30.
  • the swirl chamber valve 38 which in the present context performs the function of an overflow valve, is shown in more detail in FIG. 2 of the drawing.
  • the valve has a circular cylindrical swirl chamber 50, into which the inlet connection 36 opens tangentially.
  • the outlet connector 40 opens out of the swirl chamber 50 at a central point.
  • the second, radially extending outlet connection 42 is attached to the swirl chamber 50 in addition to the mouth of the inlet connection 36.
  • the swirl chamber valve 38 works as follows: If there is a high heat requirement, that is to say when the thermostatic valves 26 are open and therefore low flow resistances in the heating network 20, a large amount of water can flow out of the valve to the flow connection 22.
  • the amount of water flowing tangentially into the swirl chamber 50 via the inlet connection 36 can build up a strong flow vortex 52, indicated in FIG. 2 by the dashed line, in this and in the axial outlet connection 40. This is able to shut off the radial outlet connection 42 almost completely, so that almost no water can flow back through the bypass line 46 to the suction side of the circulation pump 30.
  • the water heater according to FIG. 3 essentially corresponds to the device according to FIG. 1, so that the functionally identical parts are provided with the same reference numbers in both figures.
  • the swirl chamber valve 38 is inserted into the return line 32 between the circulating pump 30 and the heat exchanger and the heat exchanger 14 is connected to the flow connection 22 via a continuous flow line 56.

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Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einem gasbeheizten Wassererhitzer nach der Gattung des Hauptanspruchs. Die im Heizungsnetz umlaufende Wassermenge ist entsprechend der Pumpenkennlinie von den Strömungswiderständen im Heizungsnetz abhängig, die beispielsweise durch Thermostatventile an den Heizkörpern beeinflußt sind, welche mit abnehmenden Wärmebedarf die Durchlaßquerschnitte für das Wasser zunehmend drosseln. Das würde ohne zusätzliche Maßnahmen zu erhöhten, störenden Strömungsgeräuschen und gegebenenfalls auch zu einer hohen Nachheizung des Wassers im Wärmeübertrager und zu einem Wirkungsgrad mindernden Kurztaktbetrieb des Gerätes führen. Mit der Anordnung eines Bypasses und eines den Bypass steuernden Überströmventils werden diese Nachteile dadurch vermieden, daß im Heizungsnetz ein konstanter Wasserdruck aufrechterhalten bzw. ein vorgegebener Höchstwert des Wasserdrucks nicht überschritten und gegebenenfall die Wasserströmung im Wärmeübertrager des Heizgerätes nicht bzw. nicht über einen vorgegebenen Wert hinaus gedrosselt wird (siehe z.B. die EP-A-0 199 894). Bei den bekannten Wassererhitzern der eingangs genannten Art ist das Überströmventil als Rückschlagventil mit einem festen Ventilsitz an einem Ventildurchgang zum Bypass und einem verschiebbar geführten Ventilkörper ausgebildet, der vom Wasserdruck in der Vorlaufleitung entgegen einer Schließfederkraft beaufschlagt ist und vom Ventilsitz abhebt, wenn der Wasserdruck einen vorgegebenen Wert überschreitet. Bei diesen Überströmventilen der mechanischen Bauart können die Teile nach längerer Betriebszeit u.U. verschmutzen bzw. sich abnutzen, so daß eine einwandfreie Funktion nicht mehr gewährleistet ist.
    • Vorteile der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Anordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß das Überströmventil ein rein fluidisch arbeitendes Bauelement ist, das ausschließlich aufgrund von Strömungseffekten arbeitet, keine beweglichen, der Abnutzung unterliegenden Teile hat und gegen Verschmutzung unempfindlich ist.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Wirbelkammerventil mit seinem tangentialen Eingang und dem axialen Ausgang in den vom Wärmeübertrager zum Vorlaufanschluß führenden Vorlaufstrang des internen Leitungssystems eingebaut. Dadurch ist erreicht, daß auch der Wärmeübertrager in den vom Wirbelkammerventil gesteuerten geräteinternen Kurzschlußkreis einbezogen ist, so daß eine erhöhte Nachheizung bzw. ein Wirkungsgrad mindernder Kurztaktbetrieb des Gasbrenners bei erhöhtem Strömungswiderstand im Heizungsnetz vermieden wird.
    • Zeichnung
  • Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine Warmwasser-Zentralheizungsanlage mit einem Wassererhitzer nach dem ersten Ausführungsbeispiel, Figur 2 perspektivisch das Wirbelkammerventil des Wassererhitzers nach Figur 1, und Figur 3 einen Wassererhitzer nach dem zweiten Ausführungsbeispiel.
    • Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • Die Zentralheizungsanlage nach Figur 1 hat einen durch einen strichpunktierten Linienzug umrandeten Wassererhitzer 10, der mit einem Gasbrenner 12 als Heizquelle versehen ist. Über dem Gasbrenner 12 ist ein von den Verbrennungsgasen beaufschlagter Wärmeübertrager 14 angeordnet, der aus einem Lamellelenblock mit hindurchgeführter Wasserrohrschlange 16 besteht. Diese ist in ein internes Leitungssystem des Wassererhitzers 10 eingefügt, welches einen Rücklaufanschluß 18 für ein externes Heizungsnetz 20 mit einem Vorlaufanschluß 22 verbindet. Das Heizungsnetz 20 führt über mehrere parallel zueinander geschaltete Heizkörper 24, die je von einem Thermostatventil 26 gesteuert sind.
  • Das interne Leitungssystem des Wassererhitzers 10 hat einen ersten Rücklaufstrang 28, der vom Rücklaufanschluß 18 zum Sauganschluß einer Umwälzpumpe 30 führt. Der Druckanschluß der Umwälzpumpe 30 ist über einen zweiten Rücklaufstrang 32 mit dem Eingang des Wärmeübertragers 14 verbunden, dessen Ausgang über einen ersten Vorlaufstrang 34 an den Eingangsstutzen 36 eines Wirbelkammerventils 38 angeschlossen ist. Das nachstehend noch näher beschriebene Wirbelkammerventil 38 hat zwei Ausgangsstutzen 40, 42, von denen der eine, 40, über einen zweiten Vorlaufstrang 44 mit dem Vorlaufanschluß 22 verbunden ist. Der andere Ausgangsstutzen 42 ist über eine Bypassleitung 46 an den ersten Rücklaufstrang 28 bzw. an die Saugseite der Umwälzpumpe 30 angeschlossen.
  • Das Wirbelkammerventil 38, das im vorliegenden Zusammenhang erfindungsgemäß die Funktion eines Überströmventils ausübt, ist in Figur 2 der Zeichnung näher dargestellt. Das Ventil hat eine kreiszylindrische Wirbelkammer 50, in welche der Eingangsstutzen 36 tangential einmündet. Der Ausgangsstutzen 40 mündet an zentraler Stelle aus der Wirbelkammer 50 aus. Der zweite, radial verlaufende Ausgangsstutzen 42 ist neben der Einmündung des Eingangsstutzens 36 an die Wirbelkammer 50 angesetzt. Das Wirbelkammerventil 38 arbeitet wie folgt:
    Bei hohem Wärmebedarf, das heißt bei geöffneten Thermostatventilen 26 und daher geringen Strömungswiderständen im Heizungsnetz 20, kann eine große Wassermenge aus dem Ventil zum Vorlaufanschluß 22 abfließen. Das führt dazu, daß die über den Eingangsstutzen 36 tangential in die Wirbelkammer 50 einströmende Wassermenge in dieser und im axialen Ausgangsstutzen 40 einen kräftigen, in Figur 2 durch die strichlinierte Linie angedeuteten Strömungswirbel 52 aufbauen kann. Dieser ist in der Lage, den radialen Ausgangsstutzen 42 fast vollständig abzusperren, so daß fast kein Wasser über die Bypassleitung 46 zurück zur Saugseite der Umwälzpumpe 30 abfließen kann.
  • Mit abnehmenden Wärmebedarf, das heißt bei teilweise geschlossenen Thermostatventilen 26 und größeren Strömungswiderständen im Heizungsnetz 20, stellt sich in der Wirbelkammer 50 ein Übergangszustand ein. Der Strömungswirbel 52 gibt jetzt in Abhängigkeit vom Übergangsverhalten der jeweiligen Ventilauslegung und abhängig vom jeweiligen Strömungswiderstand im axialen Ausgangsstutzen 40 den radialen Ausgangsstutzen 42 mehr oder weniger frei. Dadurch fließt eine durch die punktierte Linie angedeutete Teilmenge 54 des Wassers über die Bypassleitung 46 am Heizungsnetz 20 vorbei zur Umwälzpumpe 30 zurück. Die Durchflußmenge im Wärmeübertrager 14 bleibt dabei annähernd konstant, so daß die eingangs geschilderten Mängel sowohl bezüglich des Heizungsnetzes als auch bezüglich des Wassererhitzers selbst vermieden sind.
  • Wenn bei minimalen Wärmebedarf bzw. bei geschlossenen Thermostatventilen 26 der Strömungswiderstand im axialen Ausgangsstutzen 40 des Wirbelkammerventils 38 auf einen vorgegebenen Grenzwert ansteigt, kann über die Ausgangsstutzen 40 nur noch wenig oder gar kein Wasser mehr abströmen. Dadurch kann sich auch in der Wirbelkammer 50 kein Strömungswirbel mehr ausbilden. Die Folge davon ist, daß die gesamte zulaufende Wassermenge in den radialen Ausgangsstutzen 42 gedrückt wird und über die Bypassleitung 46 zurück zur Saugseite der Umwälzpumpe 30 gelangt.
  • Der Wassererhitzer nach Figur 3 stimmt im wesentlichen mit dem Gerät nach Figur 1 überein, so daß in beiden Figuren die funktionsgleichen Teile mit den gleichen Bezugszahlen versehen sind. Bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel ist jedoch das Wirbelkammerventil 38 in den Rücklaufstrang 32 zwischen Umwälzpumpe 30 und Wärmeübertrager eingesetzt und der Wärmeübertrager 14 über einen durchgehenden Vorlaufstrang 56 mit dem Vorlaufanschluß 22 verbunden.

Claims (2)

  1. Gasbeheizter Wassererhitzer mit einem Vorlauf (22)- und einem Rücklaufanschluß (18) für ein Warmwasser-Heizungsnetz (20) und einem beide Anschlüsse verbindenden internen Leitungssystem, das einen Wärmeübertrager (14), eine Umwälzpumpe (30) und ein Überströmventil enthält, welches einen die beiden Anschlüsse für das Heizungsnetz (20) und gegebenenfalls auch den Wärmeübertrager überbrückenden Bypass (46) nach Maßgabe des Strömungswiderstandes im Heizungsnetz (20) steuert, dadurch gekennzeichnet, daß das Überströmventil als Wirbelkammerventil (38) ausgebildet, das mit seinem tangentialen Eingang (36) und dem axialen Ausgang (40) in einen von der Druckseite der Umwälzpumpe (30) zum Vorlaufanschluß (22) führenden Abschnitt (32, 16, 34, 44 bzw. 32, 16, 56) des internen Leitungssystems eingebaut ist und dessen radialer Ausgang (42) über den Bypass (46) mit der Saugseite der Umwälzpumpe (30) verbunden ist.
  2. Wassererhitzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wirbelkammerventil (38) mit seinem tangentialen Eingang (36) und dem axialen Ausgang (40) in den vom Wärmeübertrager (14) zum Vorlaufanschluß (22) führenden Vorlaufstrang (34, 44) des internen Leitungssystems eingebaut ist.
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