Vorrichtung zum Erwärmen von Brauchwasser
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.
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.
Darüber hinaus ist es bei einem Wärmetauscher bekannt (FR-B 2 301 795), die Strömungskanäle zwischen zwei profilierten Blechwänden zu bilden, die in einem
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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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.