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Dokumentenidentifikation DE10340923A1 07.04.2005
Titel Verkalkungsschutzeinrichtung für ein Warmwassergerät
Anmelder Stiebel Eltron GmbH & Co. KG, 37603 Holzminden, DE
Erfinder Weber, Wolfgang, 37269 Eschwege, DE
DE-Anmeldedatum 05.09.2003
DE-Aktenzeichen 10340923
Offenlegungstag 07.04.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 07.04.2005
IPC-Hauptklasse C02F 5/02
Zusammenfassung Bei einer Verkalkungsschutzeinrichtung für ein Warmwassergerät ist im Wasserspeicher 1 oberhalb eines Heizkörpers 7 ein Granulatbehälter 9 mit Kristallisationskeime lieferndem Granulat angeordnet. Zur Verbesserung der Durchströmung des Granulatbehälters 9 ohne Unterdrückung der Temperaturschichtung im Wasserspeicher 1 weist der Granulatbehälter 9 seitliche Wassereintrittsöffnungen 11 auf und ist an eine Fördereinrichtung, insbesondere Wasserstrahlpumpe 18, angeschlossen, die mit Kristallisationskeimen angereichertes Wasser nach unten zum Heizkörper 7 fördert.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Verkalkungsschutzeinrichtung für ein Warmwassergerät, wobei in einem Wasserspeicher oberhalb eines Heizkörpers ein Granulatbehälter mit einem Kristallisationskeime liefernden Granulat angeordnet ist und der Granulatbehälter von Speicherwasser durchströmbar ist. Der Heizkörper kann ein elektrischer Heizkörper oder ein Wärmetauscher sein.

Eine derartige Verkalkungsschutzeinrichtung ist in der WO 02/42220 A1 beschrieben. Das Granulat gibt Kristallisationskeime an das Speicherwasser ab. Diese Kristallisationskeime binden Kalziumionen und Karbonationen aus dem Wasser, so dass der Heizkörper und die Wandung des Wasserspeichers weitgehend frei von Kalkablagerungen bleiben.

Die Einrichtung nach der WO 02/42220 A1 ist so gestaltet, dass sich im Speicherwasser infolge der Erwärmung durch den Heizkörper eine Konvektionsströmung durch das Granulat einstellt. Diese Konvektionsströmung ist vergleichsweise schwach, was zur Folge hat, dass die in das Speicherwasser transportierte Anzahl der Kristallisationskeime nur klein ist. Der Strömungswiderstand des Granulats verringert die Konvektionsströmung. Die Konvektionsströmung endet zwangsläufig, wenn der Heizkörper abgeschaltet ist.

Nachteilig bei der Einrichtung nach der WO 02/42220 A1 ist auch, dass infolge der Konvektionsströmung eine an sich im Wasserspeicher gewünschte Temperaturschichtung, bei der das Wasser oben – beim Warmwasserauslauf – wärmer als unten ist, kaum zu erreichen ist.

In der WO 02/42220 A1 ist zum Stand der Technik angegeben, dass eine Zirkulation über das Granulat bei einem Elektroboiler mittels Zirkulationsleitung bekannt ist und dass diese nachteilig ist, weil eine Zirkulationsleitung mit Zirkulationspumpe und Energie für deren Betrieb nötig ist und durch die Zirkulation Wärmeverluste entstehen und außerdem die Zirkulation bei Schichtspeichern problematisch ist.

In der DE 200 22 322 U1 ist ein Heißwasserboiler mit einer solchen Zirkulationsleitung beschrieben. Eine Umwälzpumpe fördert am Heißwasseranschluss des Boilers entnommenes Wasser über den Granulatbehälter und führt es dem Kaltwasseranschluss des Boilers wieder zu. Diese Zirkulation hat die in der WO 02/42220 A1 genannten Nachteile. Sie ist baulich aufwändig und wegen des Energiebedarfs der Umwälzpumpe und des Wärmeverlusts in der Zirkulationsleitung energetisch ungünstig. Außerdem behindert ihre Funktion die Temperaturschichtung im Wasserspeicher. Die Zirkulationsleitung mit ihren Aggregaten ist als Baueinheit außerhalb des Warmwassergeräts angeordnet. Während des Zapfbetriebs ist die Zirkulationsleitung unwirksam.

In der AT 406 826 B ist eine Vorrichtung zum Desinfizieren einer Wasserbehandlungseinheit im Kaltwasserteil oder Warmwasserteil einer Trinkwasserhausinstallation beschrieben. Diese Vorrichtung ist außerhalb des eigentlichen Warmwassergeräts angeordnet.

In der DE 195 27 252 A1 ist ein Verfahren zum Entkalken von Wasser beschrieben, wobei dem Wasser Kristallkeime zugeführt werden und im Wasser durch Erwärmung leicht lösliches Bikarbonat zu schwer löslichem Karbonat umgewandelt wird. Die Karbonate werden zur Zusammenballung zu Kristallaggregaten an den Kristallkeimen gebracht, welche dann abgeschieden werden.

Aus der EP 0 621 239 B1 ist eine weitere Wasseraufbereitsanlage auf Ionenaustauscherbasis bekannt.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Verkalkungsschutzeinrichtung der eingangs genannten Art die Durchströmung des Granulats zu verstärken und die Temperaturschichtung im Speicher möglichst wenig zu stören.

Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Mittels der Fördereinrichtung wird der Granulatbehälter zwangsweise durchströmt. Wasser aus dem oberen, warmen Wasserschichtbereich tritt durch die seitlichen Wassereintrittsöffnungen in ihn ein, wird im Granulat mit Kristallisationskeimen angereichert und nach unten in den kalten Wasserschichtbereich in die Nähe des Heizkörpers (z.B. elektrischer Rohrheizkörper oder fluiddurchflossener Wärmetauscher) gefördert. Hier entfalten die Kristallisationskeime während der Erwärmung ihre Wirkung als Kalkschutz. Der ausfällende Kalk lagert sich an den Kristallisationskeimen und nicht an dem Heizkörper oder der Speicherwandung an. Er bleibt im Wasser in Schwebe.

Bei einem folgenden Zapfvorgang werden die in Schwebe befindlichen Kalkpartikel aus dem Speicher gespült. Das so behandelte Wasser hat die vorteilhafte Eigenschaft, dass der sich am Perlator durch Verdunstung absetzende Kalk leicht abwischbar ist und auch in einem Becken durch Austrocknung abgelagerter Kalk nur leicht anhaftet.

Durch die definierte und zwangsweise Durchströmung des Granulatbehälters ergibt sich eine große Anzahl von Kristallisationskeimen, auch wenn das Volumen des Granulatbehälters nicht besonders groß ist. Dies steigert die Kalkschutzwirkung. Umgekehrt kann auch mit einem vergleichsweise kleinen Granulatbehälter eine hohe Kalkschutzwirkung erreicht werden. Da der Granulatbehälter im warmen Wasserschichtbereich angeordnet ist, ist mit der Bildung einer hohen Anzahl von Kristallisationskeimen zu rechnen.

Die gewünschte Temperaturschichtung im Wasserspeicher wird kaum gestört, da Wasser nicht von unten in den Granulatbehälter gesaugt wird. Da der Granulatbehälter im Innern des Wasserspeichers angeordnet ist, sind die Wärmeverluste und der Installationsaufwand gering.

Vorzugsweise ist zwischen dem Granulatbehälter und dem Heizkörper ein Schutzschild angeordnet. Dieses unterstützt den Erhalt der Temperaturschichtung, in dem es dafür sorgt, dass Wasser nicht direkt von unten angesaugt wird. Das Schutzschild kann so gestaltet sein, dass es eine thermische Isolation zwischen dem Heizkörper und dem Granulatbehälter bildet, was sich bei einem etwaigen Trockengang des Wasserspeichers als vorteilhaft erweisen kann.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist die Fördereinrichtung von einer Wasserstrahlpumpe gebildet, die bei dem Wasserspeicher zulaufenden Kaltwasser mit Kristallisationskeimen angereichertes Wasser aus dem Granulatbehälter absaugt und dem Kaltwasser beimischt. Die Wasserstrahlpumpe benötigt keine elektrische Energie, so dass auch elektrische Anschlüsse entfallen. Sie kann außerhalb oder innerhalb des Wasserspeichers angeordnet sein.

Die Wassersttahlpumpe arbeitet selbständig, wenn Kaltwasser in den Wasserspeicher eingelassen wird bzw. Warmwasser gezapft wird.

Die Einrichtung kann bei den verschiedensten Warmwassergeräten, beispielsweise mit Druckspeichern oder drucklosen Speichern, eingesetzt werden.

Es ist auch möglich, die Einrichtung in einem Durchlauferhitzer zu verwenden, der beispielsweise mit einem Rohrheizkörper oder einem Blankdrahtheizkörper ausgestattet ist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung liefert der Warmwasserspeicher auch keimfreies Wasser. Dazu wird er in einem Temperaturbereich zwischen ca. 60 und 85°C betrieben oder in Intervallen – z.B. über eine Zeitschaltuhr oder Elektronik gesteuert – auf ca. 70°C aufgeheizt. Der Temperaturbereich zwischen 60 und 85°C ist in einer einfachen Ausgestaltung durch mechanische Begrenzungen am Einstellknopf erreicht. In einem elektronischen Regler ist dies über das Einstellen von Grenzwerten erreicht.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung. In der Zeichnung zeigen:

1 eine Schnittansicht der Verkalkungsschutzeinrichtung bei einem Warmwassergerät,

2 eine gegenüber 1 vergrößerte Schnittansicht der Wasserstrahlpumpe und

3 eine weitere Schnittansicht der Einrichtung nach 1.

Ein Warmwassergerät, beispielsweise ein druckloser Untertischboiler, weist einen Wasserspeicher 1 aus Kunststoff mit oben liegendem Kaltwasser-Zulaufstutzen 2 und oben liegenden Warmwasser-Ablaufstutzen 3 auf. Ein Kaltwasser-Einströmrohr 4 erstreckt sich außerhalb des Wasserspeichers 1 vom Kaltwasser-Zulaufstutzen 2 zu einer Mündung 5 unten im Wasserspeicher 1. An einem Bodenflansch 6 sind ein unten im Wasserspeicher 1 liegender elektrischer Heizkörper 7 und Wärmefühler-Schutzrohre 8 angeordnet. Auf die Schutzrohre 8 ist im Innern des Wärmespeichers 1 ein Granulatbehälter 9 aufgesetzt, der oberhalb des Heizkörpers 7 liegt. Im Granulatbehälter 9 befindet sich ein in Wasser Kristallisationskeime bildendes Kalkschutzgranulat 10. Der Granulatbehälter 9 weist seitlich an seinem Umfang eine Vielzahl von Wassereintrittsschlitzen 11 auf, deren Breite beispielsweise etwa 0,2 mm beträgt und die eine leichte Durchströmbarkeit gewährleisten. Der Granulatbehälter 9 weist oben, mutig, einen Anschluss 12 auf, in den eine Wasserförderleitung 13 mündet. Vor dem Anschluss 12 ist ein Sieb 14 angeordnet, um ein Ausspülen des Granulats zu vermeiden.

Die Wasserförderleitung 13 besteht aus einem elastischen, flexiblen Schlauchstück 15, das Stöße aufnimmt, und einem am Wasserspeicher 1 ausgebildeten, nach außen führenden Rohrstück 16.

Im Rohrstück 16 ist ein Rückschlagventil 17 angeordnet. Das Rohrstück 16 ist an die Wasserstrahlpumpe 18 angeschlossen, die am Kaltwasser-Zulaufstutzen 2 liegt. Die Wasserstrahlpumpe 18 arbeitet mit einer Venturidüse 19, die in ihrem Unterdruckbereich Kristallisationskeime enthaltendes Wasser durch die Wasserförderleitung 13 aus dem Granulatbehälter 9 ansaugt. Parallel zur Venturidüse 19 ist ein Bypass 20 mit einem Bypassventil 21 vorgesehen.

Zwischen dem im warmen Wasserschichtbereich liegenden Granulatbehälter 9 und dem im kalten Wasserschichtbereich liegenden Heizkörper 7 ist ein gewölbtes, über den Granulatbehälter 9 überstehendes Schutzschild 22 angeordnet. Über dem wannenförmigen Schutzschild 22 weist der Granulatbehälter 9 an seinem Boden Öffnungen 23 auf, durch die über das Schutzschild 22 zusätzlich Wasser aus dem warmen Wasserschichtbereich angesaugt werden kann. Das Schutzschild 22 bewirkt den Erhalt der Temperaturschichtung im Wasserspeicher 1, indem nur Wasser aus dem oberen, warmen Speicherbereich angesaugt wird. Außerdem bietet das Schutzschild 22 einen thermischen Schutz des Granulatbehälters 9 gegenüber dem Heizkörper 7.

Sobald Warmwasser gezapft wird und entsprechend Kaltwasser in den Zulaufstutzen 2 strömt, baut sie Wasserstrahlpumpe 18 einen Unterdruck auf. Ab einer Durchflussmenge von etwa 1 l/min öffnet das Rückschlagventil 17 und es wird aus dem Granulatbehälter 9 mit Kristallisationskeimen angereichertes, warmes Wasser dem Kaltwasser-Volumenstrom zugemischt. Die Warmwassermenge kann bis zu 50% des gezapften Kaltwasser-Volumenstromes betragen. An der Mündung, in der Nähe des Heizkörpers 7, strömt das mit Kristallisationskeimen angereicherte Wasser in den Speicher 1. Hier entfalten die Kristallisationskeime während des Aufheizvorganges ihre Wirkung als Kalkschutz, indem der ausfällende Kalk sich an den Kristallisationskeimen und nicht an der Oberfläche des Heizkörpers 7 oder der Wandung des Wasserspeichers 1 anlagert. Die Kalkpartikel bleiben in Schwebe und werden beim weiteren Zapfvorgang oder einem folgenden Zapfvorgang über den Warmwasser-Ablaufstutzen 3 ausgespült.

Das Rückschlagventil 17 verhindert eine ungewollte und für die Temperaturschichtung im Wasserspeicher 1 unvorteilhafte Einströmung von Kaltwasser durch den Granulatbehälter 9 in den Wasserspeicher 1.

Die Wasserstrahlpumpe 18 ist bevorzugt so dimensioniert, dass bereits bei einem geringen Volumenstrom ein signifikanter Unterdruck entsteht, was zwangsläufig zur Folge hat, dass zunächst keine hohen Volumenströme möglich sind. Der Bypass 20 erhöht den Kaltwasser-Volumenstrom, wobei das Bypassventil 21 bei einem definierten Volumenstrom öffnet.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Austausch des Granulatbehälters 9 beim Abbau des Bodenflansches 6 möglich. Es kann am Wasserspeicher 1 auch eine zusätzliche Öffnung vorgesehen sein, durch die sich der Granulatbehälter 9 austauschen lässt. Der Granulatbehälter 9 kann dann an einem Deckel oder Flansch der Öffnung befestigt sein.


Anspruch[de]
  1. Verkalkungsschutzeinrichtung für ein Warmwassergerät, wobei in einem Wasserspeicher des Warmwassergeräts oberhalb eines Heizkörpers ein Granulatbehälter mit einem Kristallisationskeime liefernden Granulat angeordnet ist und der Granulatbehälter von Speicherwasser durchströmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Granulatbehälter (9) an seinem Umfang seitliche Wassereintrittsöffnungen (11) aufweist, dass der Granulatbehälter (9) an eine Wasserförderleitung (13) angeschlossen ist, die mit einer Fördereinrichtung (18) verbunden ist, und dass die Fördereinrichtung (18) mit Kristallisationskeimen angereichertes Wasser aus dem Granulatbehälter (9) nach unten in einen kalten Wasserschichtbereich zum Heizkörper (7) fördert, wobei Wasser durch die Wassereintrittsöffnungen (11) aus einem warmen Wasserschichtbereich in den Granulatbehälter (9) eintritt.
  2. Verkalkungsschutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Granulatbehälter (9) und dem Heizkörper (7) ein Schutzschild (22) angeordnet ist, um Wasser überwiegend aus dem warmen Wasserschichtbereich in die Wassereintrittsöffnungen (11) gelangen zu lassen.
  3. Verkalkungsschutzeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzschild (22) Wasser aus dem warmen Wasserschichtbereich in untere Öffnungen (23) des Granulatbehälters (9) lenkt.
  4. Verkalkungsschutzeinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzschild (22) eine thermische Isolation zwischen dem Heizkörper (7) und dem Granulatbehälter (9) bildet.
  5. Verkalkungsschutzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung von einer Wasserstrahlpumpe (18) gebildet ist, die bei dem Wasserspeicher (1) zulaufenden Kaltwasser mit Kristallisationskeimen angereichertes Wasser aus dem Granulatbehälter (9) absaugt und dem Kaltwasser beimischt.
  6. Verkalkungsschutzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Wasserförderleitung (13) ein Rückschlagventil (17) angeordnet ist, das ein Eintreten von Kaltwasser in den Granulatbehälter (9) verhindert.
  7. Verkalkungsschutzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zur Wasserstrahlpumpe (18) ein Bypass (20, 21) angeordnet ist.
  8. Verkalkungsschutzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Granulatbehälter (9) an seinem Umfang eine Vielzahl von Wassereintrittsschlitzen (11) und vor der Wasserförderleitung (13) ein Sieb (14) aufweist, das Granulat im Granulatbehälter (9) zurückhält.
  9. Verkalkungsschutzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Granulatbehälter (9) an einem Flansch (6) des Wasserspeichers (1) oder an von einem Flansch (6) getragenen Temperaturfühlerrohren (8) befestigt ist.
  10. Verkalkungsschutzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserförderleitung (13) innerhalb des Wasserspeichers (1) elastisch flexibel ist.
Es folgen 3 Blatt Zeichnungen






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