DE102007056720B3

DE102007056720B3 - Schichtenbeladeeinrichtung mit mehreren über die Höhe verteilten Auslässen

Info

Publication number: DE102007056720B3
Application number: DE102007056720A
Authority: DE
Inventors: Rolf Dipl.-Ing. Lohse; Stefan Dr.-Ing. Göppert; Thorsten Dr.-Ing. Urbaneck; Ulrich Dr.-Ing. Schirmer; Bernd Prof. Dr.-Ing. Platzer
Original assignee: Technische Universitaet Chemnitz
Current assignee: Kompoferm GmbH
Priority date: 2007-11-26
Filing date: 2007-11-26
Publication date: 2009-06-04
Anticipated expiration: 2027-11-27

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schichtenbeladeeinrichtung für einen thermischen Speicher mit einem Speicherbehälter und einer Fluidzuführung, die wenigstens ein in dem Speicherbehälter vertikal vorgesehenes Zuführrohr mit wenigstens einem Fluidauslass aufweist, wobei an dem wenigstens einen Fluidauslass ein Auslassstutzen vorgesehen ist. Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Beladeeinrichtung der genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, die es ermöglicht, beim Beladen des Speichers Ansaugeffekte weitgehend zu verhindern und bei der Einschichtung von warmem oder kaltem Fluid die Vermischung mit anders temperiertem Fluid so gering wie möglich zu halten. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Schichtenbeladeeinrichtung der oben genannten Gattung gelöst, wobei der Auslassstutzen einen Fluidsammelbereich, dessen Höhe zu der Höhe des Fluidauslasses in Strömungsrichtung des Fluids in dem Zuführrohr versetzt ist, und einen Stutzenauslass aufweist, dessen Höhe zu der Höhe des Fluidauslasses entgegen der Strömungsrichtung des Fluids in dem Zuführrohr versetzt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schichtenbeladeeinrichtung für einen thermischen Speicher mit einem Speicherbehälter und einer Fluidzuführung gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1.
In thermischen Speichern ist es günstig, eine möglichst gute Temperaturschichtung zu erzielen. Dies bedarf geeigneter Beladesysteme, die in der Lage sind, das Beladefluid seiner Temperatur entsprechend in eine thermische Schichtung einzuleiten. Dabei darf es nicht zu starken Vermischungen von warmem und kaltem Fluid im Beladesystem als auch im Speicher kommen. Dies führt zum Abbau der thermischen Schichtung und internen Speicherverlusten.
Im Stand der Technik sind Schichtenbeladeeinrichtungen bekannt, die vertikale Zuführrohre und seitlich übereinander angeordnete Fluidauslässe aufweisen. Mit Hilfe derartiger Schichtenbeladeeinrichtungen soll Fluid, das eine bestimmte Temperatur besitzt, vorzugsweise nur in diejenige Schicht in dem Speicher eingebracht werden, in der annähernd die gleiche Temperatur vorherrscht. Hierfür werden die Dichteunterschiede, welche zwischen kaltem und warmem Fluid bestehen, genutzt. Das beispielsweise an einem unteren Ende in ein Zuführrohr einströmende warme Fluid hat eine höhere Temperatur und somit eine geringere Dichte als das Fluid im unteren Bereich des Speichers und strömt aufgrund dieses Dichteunterschiedes in dem Zuführrohr bis in die Ebene des Schichtenspeichers, in der die Temperatur des Fluids im Schichtenspeicher mit der Temperatur des Fluids im Zuführrohr im Wesentlichen übereinstimmt. Das Fluid strömt hier durch einen in dieser Ebene angeordneten Fluidauslass in den Schichtenspeicher ein.
Die bekannten Schichtenbeladeeinrichtungen besitzen den Nachteil, dass es bei dem Versuch, das Beladefluid seiner Temperatur entsprechend mittig in eine bestehende Schichtung im Speicher einzuleiten, zur Ansaugung von warmem Fluid bei einer Beladung von oben bzw. von kaltem Fluid bei einer Beladung von unten durch die freien Auslassöffnungen kommt.
Eine derartige, gattungsgemäße Beladeeinrichtung ist beispielsweise in der Druckschrift DE 100 00 352 A1 offenbart. Die beschriebene Schichtenbeladeeinrichtung weist ein von unten in einen Speicherbehälter ragendes Zuführrohr mit jeweils übereinander angeordneten Fluidauslässen auf. An den Fluidauslässen sind Auslassstutzen in Form zweischenkliger Rohrwinkelstücke vorgesehen, wobei der jeweils zweite Schenkel nach unten in den Speicherbehälter ragt. Die offenen Enden der zweiten Schenkel sind in gleichen Abständen entlang des Zuführungsrohres angeordnet. Bei dieser Vorrichtung ist nachteilig, dass die Einleitung des Beladefluids in den Speicherbehälter immer senkrecht zur Schichtung erfolgt. Zudem besteht bei der bekannten Vorrichtung die Gefahr, dass das Beladefluid den Auslass nicht völlig ausfüllt, wodurch warmes Fluid, bei der beschriebenen Beladung von unten, im Beladesystem mitgerissen werden kann. Umgekehrt kann bei einer Beladung von oben bei einer solchen Anordnung kaltes Fluid im Auslassstutzen mitgerissen werden.
Zudem ist zu beobachten, dass bei der Einschichtung von Beladefluid mit einer Dichte b, welches von oben bzw. unten in ein Zuführrohr eines Schichtenspeichers eingebracht wird, es zu starken Ansaugungen von Fluid mit einer geringeren Dichte a bei einer Beladung von oben bzw. von Fluid mit einer größeren Dichte c bei einer Beladung von unten kommt (Dichte a < Dichte b < Dichte c). Dies wird durch die lokalen Dichteunterschiede zwischen dem Fluid im Beladesystem und dem Fluid im Schichtenspeicher, welche durch die unterschiedlichen Temperaturen entstehen, hervorgerufen. Um diesen Effekt zu verhindern, ist es grundsätzlich möglich, Systeme mit mechanischen Klappen vorzusehen. Die beweglichen Teile sind jedoch störanfällig, können ihre Funktion nicht über lange Zeit aufrecht erhalten und sind für große Speicher, wie Tank- und Erdbeckenspeicher, nicht geeignet.
Aus der DE 197 04 914 C1 oder der DE 298 23 740 U1 ist eine Vorrichtung zur vertikalen Temperaturschichtung eines Fluids in einem Speicherbehälter bekannt. Diese Vorrichtung umfasst einen vertikalen Hauptstromkanal, von dem eine Mehrzahl von seitlichen Auslässen eine Verbindung zu dem umgebenden Fluid herstellen. Diese Auslässe sind in gleichen Abständen entlang des vertikalen Hauptstromkanals angeordnet und als Ausströmkanäle ausgebildet, wobei eine Richtungsumkehr von mehr als 90° für seitlich aus dem Hauptstromkanal ausströmendes Fluid bewirkt wird.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schichtenbeladeeinrichtung der oben genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, die es ermöglicht, beim Beladen des Speichers Ansaugeffekte weitgehend zu verhindern und bei der Einschichtung von warmer oder kaltem Fluid die Vermischung mit anders temperiertem Fluid so gering wie möglich zu halten.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Schichtenbeladeeinrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen dargelegt.
Erfindungsgemäß sind an dem Zuführrohr mehrere Fluidauslässe vorgesehen, die in verschiedenen Auslassebenen angeordnet sind. Hierdurch kann das Beladefluid in verschiedenen Ebenen des Speicherbehälters in diesen eingebracht werden, wobei unabhängig von der Auslassebene Vermischungen des Beladefluids mit dem Fluid in dem Speicherbehälter weitgehend verhindert werden können.
Der Höhenunterschied zwischen den Stutzenauslässen an den Auslassstutzen und den Fluidauslässen an dem Zuführrohr ist in unterschiedlichen Auslassebenen verschieden. Durch die derart angepasste Auslegung der Schenkelhöhen der Auslassstutzen ist es möglich, Ansaugungen in der erfindungsgemäßen Beladeeinrichtung in der Regel zu vermeiden. Die erfindungsgemäße Beladeeinrichtung kann auf diese Weise ohne mechanisch bewegliche Teile wie Klappenventile ausgebildet werden und kann damit über längere Zeit problemlos betrieben werden.
Der Höhenunterschied zwischen den Stutzenauslässen an den Auslassstutzen und den Fluidauslässen an dem Zuführrohr wird in Strömungsrichtung des Fluids im Zuführrohr geringer. Somit nimmt am Anfangsbereich des vertikalen Zuführrohres, wo das Fluid zugeführt wird, die Höhendifferenz zwischen Fluidauslass und Stutzenauslass den größten Betrag an, während sich die Höhendifferenzen in Richtung zum Ende des Zuführrohres verkleinern. Hierdurch können Ansaugeffekte und damit ungewollte Vermischungen im Speicherbehälter fast völlig vermieden werden.
Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Lösung sammelt sich das Beladefluid in dem Fluidsammelbereich des Auslassstutzens und füllt dadurch den Strömungsquerschnitt vollständig aus und kann über den in der Höhe zum Fluidauslass versetzten Stutzenauslass ohne nennenswerte Ansaugeffekte in den Speicherbehälter geleitet werden. Auf diese Weise können Vermischungen innerhalb des Beladesystems vermieden werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Fluidsammelbereich etwa U- oder V-förmig ausgebildet. So kann sich in der durch die U- bzw. V-Form ausgebildeten Senke Fluid gut ansammeln, wodurch der Strömungsquerschnitt vollständig ausgefüllt werden kann und Ansaugeffekte bzw. Vermischungen im Speicherbehälter weitgehend vermieden werden können.
Vorzugsweise ist dabei derjenige Schenkel des U- bzw. V-fömigen Fluidsammelbereiches, der in Strömungsrichtung des Fluids näher an dem Zuführrohr ist, kürzer als derjenige Schenkel des Fluidsammelbereiches, der näher an dem Stutzenauslass ist. Durch die angepasste Schenkellänge der Schenkel des U- oder V-förmigen Fluidsammelbereiches werden Ansaugeffekte im Beladesystem nahezu eliminiert und das Beladefluid kann ohne große Vermischungen in den Speicher eingebracht werden.
Gemäß einer bevorzugten Variante der Erfindung werden diejenigen Schenkel der Fluidsammelbereiche der Auslassstutzen an den Fluidauslässen des Zuführrohrs, die näher an den Stutzenauslässen sind, in Strömungsrichtung des Fluids in dem Zuführrohr kürzer. Hierdurch kann auf einfache Weise der Höhenunterschied zwischen den Stutzenauslässen an den Auslassstutzen und den Fluidauslässen an dem Zuführrohr in Strömungsrichtung des Fluids im Zuführrohr kontinuierlich verringert werden. Somit können, wie oben beschrieben, Ansaugeffekte und damit Vermischungen im Speicherbehälter nahezu vollständig verhindert werden.
In einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung weist der Stutzenauslass ein horizontales Rohrstück auf. Damit kann das Beladefluid auf einfache Weise waagerecht zur Schichtung in den Speicherbehälter eingeleitet werden.
In einem weiteren Beispiel der vorliegenden Erfindung weist der Stutzenauslass eine Beladetasse und/oder eine Prallplatte auf. Hierdurch kann ebenfalls das Beladefluid weitgehend waagerecht zur Schichtung in dem Speicherbehälter in diesem eingebracht werden. Entsprechend schichtet sich das Beladefluid vorteilhaft in den Speicherbehälter ein, wodurch Vermischungen im Speicherbehälter verringert bzw. vermieden werden können.
Die erfindungsgemäße Schichtenbeladeeinrichtung 1 eignet sich prinzipiell für den Einsatz bei allen thermischen Speichern mit Schichtenbeladevorrichtungen. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Schichtenbeladeeinrichtung 1 bei großen Speichern mit einem Volumen von bis zu 10.000 m³ eingesetzt werden. Darüber hinaus ist die Schichtenbeladeeinrichtung 1 aber auch für häusliche Puffer-Schichtenspeicher oder in Kombi-Schichtenspeichern unter Nutzung von Solarenergie einsetzbar. Die erfindungsgemäße Schichtenbeladeeinrichtung 1 ist ferner für große Tank- und Erdbeckenspeicher für Wohn- oder Bürokomplexe, aber auch für Krankenhäuser, Seniorenheime oder Studentenwohnheime besonders gut geeignet. Mit Hilfe der Schichtenbeladeeinrichtung 1 lassen sich große Pufferspeicher mit Pufferzeiten von einem Tag bis einer Woche (Kurzzeit-Wärmespeicher) ausrüsten. Ferner kann die Schichtenbeladeeinrichtung 1 für einen Monatsspeicher mit Speicherzyklen von mehreren Wochen genutzt werden. Es ist jedoch auch möglich, die Schichtenbeladeeinrichtung 1 in Langzeit-Wärmespeichern mit langen Speicherzyklen von einem halben Jahr oder mehr zu verwenden.
Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, deren Merkmale und Vorteile werden im Folgenden anhand der Figuren der Zeichnung näher erläutert, wobei
1 schematisch einen Speicherbehälter mit einer Beladeeinrichtung für eine Beladung von unten (links in der Abbildung) und eine Beladung von oben (rechts in der Abbildung) zeigt;
2 schematisch eine Ausführungsform eines Auslassstutzens für eine Verwendung bei der Beladeeinrichtung zeigt;
3 eine weitere Ausführungsvariante eines Auslassstutzens für eine Verwendung bei der Beladeeinrichtung zeigt; und
4 eine weitere mögliche Ausführungsvariante eines Auslassstutzens zeigt, der bei der Beladeeinrichtung zum Einsatz kommen kann.
1 zeigt schematisch eine mögliche Ausführungsform einer in einem beliebig ausgebildeten Speicherbehälter 2 eines thermischen Speichers vorgesehenen Schichtenbeladeeinrichtung 1. Links in 1 ist schematisch eine Beladung von unten dargestellt, während rechts in 1 eine Beladung von oben gezeigt ist.
Bei der Beladung von unten wird Fluid entsprechend der mit dem Pfeil A gekennzeichneten Richtung in ein im Speicherbehälter 2 senkrecht vorgesehenes Zuführrohr 3 eingebracht. Wird am unteren Ende in das Zuführrohr 3 warmes Fluid eingebracht, so besitzt dieses eine höhere Temperatur und somit eine geringere Dichte als das Fluid im unteren Bereich des Speicherbehälters und strömt aufgrund dieses Dichteunterschiedes in dem Zuführrohr 3 bis in die Ebene des Schichtenspeichers, in der die Temperatur des Fluids im Schichtenspeicher mit der Temperatur des Fluids im Zuführrohr 3 übereinstimmt. Das Fluid strömt hier durch einen in dieser Ebene angeordneten Fluidauslass 5 in den Speicherbehälter 2 des Schichtenspeichers 1.
Gemäß 1 wird entsprechend der durch den Pfeil B gekennzeichneten Beladerichtung Beladefluid von oben in ein senkrecht in dem Speicherbehälter 2 des Schichtenspeichers vorgesehenes Zuführrohr 4 eingeleitet. Wird am oberen Ende in das Zuführrohr 4 kaltes Fluid eingebracht, so hat dieses eine geringere Temperatur und somit eine höhere Dichte als das Fluid im oberen Bereich des Speichers und strömt aufgrund dieses Dichteunterschiedes in dem Zuführrohr 4 bis in die Ebene des Schichtenspeichers, in der die Temperatur des Fluids im Schichtenspeicher mit der Temperatur des Fluids im Zuführrohr 4 übereinstimmt. Das Fluid strömt hier durch einen in dieser Ebene angeordneten Fluidauslass 5 in den Schichtenspeicher ein.
In der in 1 gezeigten Anordnung sind sowohl an dem Zuführrohr 3 als auch an dem Zuführrohr 4 mehrere Fluidauslässe 5 vorgesehen, welche sich in verschiedenen Ebenen in dem Speicherbehälter 2 des Schichtenspeichers befinden. Dabei können in jeder Auslassebene ein oder mehrere Fluidauslässe 5 vorgesehen sein.
An den Fluidauslässen 5 sind jeweils Auslassstutzen 6 vorgesehen. In dem in 1 gezeigten Beispiel sind die Auslassstutzen 6 im Wesentlichen U-förmig ausgebildet, sie können jedoch auch beispielsweise V-förmig ausgebildet sein. Dabei befindet sich die durch die U- bzw. V-Form ausgebildete Senke in den Auslassstutzen 6 jeweils in Strömungsrichtung des in das jeweilige Zuführrohr 3 oder 4 eingebrachten Fluids. Die Senken der U- oder V-förmigen Auslassstutzen 6 bilden jeweils Fluidsammelbereiche 9, 10 aus, in welchen sich das aus den Zuführrohren 3, 4 ausströmende Fluid vor der eigentlichen Einleitung in den Speicherbehälter 2 sammeln kann. Durch die Sammlung des Fluids in den Fluidsammelbereichen 9, 10 wird der Strömungsquerschnitt in den jeweiligen Auslassstutzen 6 vollständig ausgefüllt. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass warmes Fluid bei einer Beladung von unten bzw. kaltes Fluid bei einer Beladung von oben in der Beladeeinrichtung 1 mitgerissen wird und es zu ungewollten starken Vermischungen innerhalb der Beladeeinrichtung 1 kommt.
Die in 1 dargestellten U-förmigen Auslassstutzen 6 sind direkt mit den jeweiligen Fluidauslässen 5 an den Zuführrohren 3, 4 gekoppelt. Die Auslassstutzen 6 weisen in dem gezeigten Beispiel einen sich direkt an den Fluidauslass 5 anschließenden horizontalen Bereich 15 auf. An den horizontalen Bereich 15 schließt sich ein im Wesentlichen senkrechter kurzer U-Schenkel 13 an. Dann folgt ein langer U-Schenkel 14, wobei in dem zwischen dem kurzen Schenkel 13 und dem langen Schenkel 14 ausgebildeten Übergangsbereich der Fluidsammelbereich 9 ausgebildet wird. Der lange U-Schenkel 14 mündet in einen Stutzenauslass, welcher in dem in 1 gezeigten Beispiel durch ein horizontales Rohrstück 11 ausgebildet wird.
Der U-förmig ausgebildete Auslassstutzen 6 ist somit so mit dem jeweiligen Fluidauslass 5 gekoppelt, dass das Fluid nach dem seitlichen, horizontalen Rohrabgang an dem Fluidauslass 5, also vor dem umlenkenden U-Bogen, der den Fluidsammelbereich 9 ausbildet, in die gleiche Richtung wie die Hauptströmung im Zuführrohr 3, 4 fließt.
Die Fluidsammelbereiche 9 weisen durch die U- oder V-förmige Ausbildung der Auslassstutzen 6 selbst eine U- oder V-Form auf. Die Fluidsammelbereiche 9 sind jeweils so angeordnet, dass ihre Höhe zu der Höhe des zugehörigen Fluidauslasses 5 in Strömungsrichtung A, B des Fluids in dem jeweiligen Zuführrohr 3, 4 versetzt ist. Dagegen sind die Stutzenauslässe, aus welchen das Beladefluid in das Innere des Speicherbehälters 2 eintritt, so ausgebildet, dass ihre Höhe zu der Höhe der jeweiligen zugehörigen Fluidauslässe 5 entgegen der Strömungsrichtung A, B des Fluids in dem jeweiligen Zuführrohr 3, 4 versetzt ist.
In der in 1 dargestellten Ausführungsvariante der Beladeeinrichtung 1 sind diejenigen Schenkel 13 des U- oder V-förmigen Fluidsammelbereiches 9, die in Strömungsrichtung A, B des Fluids näher an dem jeweiligen Zuführrohr 3, 4 sind, das heißt die oben als kurze Schenkel 13 bezeichneten Rohrabschnitte, kürzer als diejenigen Schenkel 14, des Fluidsammelbereiches 9, die näher an dem jeweiligen Stutzenauslass 11 sind.
In der in 1 dargestellten Ausführungsform der Beladeeinrichtung 1 sind die Höhenunterschiede zwischen den Stutzenauslässen 11 an den Auslassstutzen 6 und den Fluidauslässen 5 in den jeweiligen Zuführrohren 3, 4 in den unterschiedlichen Auslassebenen verschieden. Dabei wird der jeweilige Höhenunterschied zwischen den Stutzenauslässen an den Auslassstutzen 6 und den Fluidauslässen 5 an den Zuführrohren 3, 4 in Strömungsrichtung A, B des Fluids in dem jeweiligen Zuführrohr 3, 4 schrittweise geringer. Grundsätzlich ist jedoch der Höhenunterschied zwischen dem Fluidauslass 5 bzw. dem Rohrabgang am vertikalen Zuführrohr 3, 4 und der eigentlichen Auslassöffnung für das Fluid in den Schichtenspeicher am Stutzenauslass 11 variabel, wobei der Höhenunterschied je nach Auslassebene durch Variation der U-Schenkellänge des zweiten bzw. langen Schenkels 14 verschieden groß ausgelegt und angepasst werden kann. Vorzugsweise ist der Höhenunterschied jedoch so zu gestalten, dass er im Anfangsbereich des vertikalen Zuführrohres 3, 4, wo das Fluid zugeführt wird, den größten Betrag annimmt. Entsprechend ist die Beladeeinrichtung 1 in 1 so ausgestaltet, dass diejenigen Schenkel 14 der Fluidsammelbereiche 9 der Auslassstutzen 6 an den Fluidauslässen 5 der Zuführrohre 3, 4, die näher an den Stutzenauslässen sind, in Strömungsrichtung A, B des Fluids in dem Zuführrohr 3, 4 kürzer werden.
Ferner ist die Beladeeinrichtung 1 aus 1 so ausgebildet, dass der Abstand zwischen den mehreren Fluidauslässen 5 in Strömungsrichtung A, B des Fluids in dem jeweiligen Zuführrohr 3, 4 schrittweise geringer wird.
Durch die angepasste Schenkellänge der Schenkel 3, 4 der Auslassstutzen 6 kann beim Einschichten von Fluid in den Speicherbehälter 2 die Ansaugung aus dem Speicher stark verringert werden. Dadurch werden Vermischungen und damit interne Speicherverluste wirksam verhindert. Entsprechend kommt ein Schichtenbelader mit der Beladeeinrichtung ohne mechanisch bewegliche Teile, wie Klappenventile oder dergleichen, zur Reduzierung von Ansaugeffekten aus und ist somit langzeitbeständig. Darüber hinaus ist die Beladeeinrichtung einfach aufgebaut sowie leicht und kostengünstig herstellbar.
2 zeigt schematisch eine mögliche Ausführungsform eines mit einem Zuführrohr 4 gekoppelten Auslassstutzens 6, wie er in der Ausführungsform von 1 verwendet wird, in einer vergrößerten perspektivischen Ansicht. An dem Zuführrohr 4 ist in einer bestimmten Höhe ein Fluidauslass 5 vorgesehen, an welchen der Auslassstutzen 6 gekoppelt ist. Ausgehend von dem Fluidauslass 5 verläuft ein horizontaler Rohrabgang 15, welcher mit einer 90°-Krümmung in Hauptströmungsrichtung im Haupt- bzw. Zuführrohr 4 in einen ersten, kurzen Schenkel 13 eines U-förmigen Rohrstücks übergeht. Der kurze Schenkel 13 ist im Wesentlichen parallel zu dem Zuführrohr 4 ausgerichtet und geht über einen Übergangsbereich, der eine Senke ausbildet, in einen ebenfalls parallel zum Zuführrohr 4 ausgerichteten zweiten, langen Schenkel 14 über. Der zweite bzw. lange Schenkel 14 ist länger als der erste bzw. kurze Schenkel 13.
Nach dem U-förmigen Röhrstück erfolgt im Anschluss an den langen Schenkel 14 eine Strömungsumlenkung in die horizontale Richtung durch ein horizontal ausgerichtetes Rohrstück 11.
In 2 ist nochmals deutlich zu sehen, dass zwischen dem Fluidauslass am Zuführrohr 4 und der Auslassöffnung 11 am Stutzenauslass ein Höhenunterschied besteht, wobei die Höhendifferenz zwischen dem Fluidauslass am Zuführrohr 4 und der Auslassöffnung 11 auf jeder Auslassebene der Beladeeinrichtung verschieden ausgelegt werden kann.
3 zeigt schematisch eine weitere mögliche Variante eines Auslassstutzens 7, wie er beispielsweise anstelle des Auslassstutzens 6 in der Ausführungsform der Beladeeinrichtung 1 aus 1 verwendet werden kann. Der Auslassstutzen 7 unterscheidet sich von dem Auslassstutzen 6 aus 2 im Wesentlichen darin, dass hier die Strömungsumlenkung ausgehend von dem langen Schenkel 14 in die horizontale Richtung über eine Prallplatte bzw. eine Beladetasse 12 erfolgt. Die Beladetasse 12 weist zwei waagerecht in dem Speicherbehälter 2 vorgesehene tellerförmige Platten auf, zwischen welchen das Fluid verlangsamt und im Wesentlichen waagerecht in den Speicherbehälter 2 des Schichtenspeichers ausströmen kann. Hierdurch verringert sich der Eintrag von Turbulenz in den Speicher.
In der Beladeeinrichtung 1 ist das Vorsehen eines horizontalen Rohrelementes, wie dem horizontalen Rohrstück 11 in 1 und 2 oder der Beladetasse bzw. der Prallplatte 12 in 3 für die Funktion der Beladeeinrichtung 1 jedoch nicht zwingend erforderlich ist.
4 zeigt schematisch eine weitere mögliche Geometrievariante eines Auslassstutzens 8, wie er beispielsweise anstelle des Auslassstutzens 6 in der Variante der Beladeeinrichtung 1 aus 1 verwendet werden kann. Der Auslassstutzen 8 besitzt eine etwa V-förmige Ausbildung, wobei das Beispiel in 4 anhand einer Beladung von oben entsprechend dem mit dem Buchstaben B gekennzeichneten Pfeil dargestellt ist.
An einem Zuführrohr 4 sind in verschiedenen Höhen Fluidauslässe 5 vorgesehen, an welchen direkt die Auslassstutzen 8 angekoppelt sind. Die Auslassstutzen 8 weisen einen hier schräg nach unten gehenden Rohrabschnitt 13 und einen senkrecht nach oben, entgegen der Strömungsrichtung B in dem Zuführrohr 4 verlaufenden Rohrabschnitt 14 auf. Damit ist zwischen dem schräg nach unten verlaufenden kurzen Rohrabschnitt 13 und dem senkrecht nach oben verlaufenden langen Rohrabschnitt 14 eine Senke ausgebildet, welche einen Fluidsammelbereich 10 für das aus dem Zuführrohr 4 in den Auslassstutzen 8 einströmende Fluid ausbildet. Der Fluidsammelbereich 10 ist in der Ausführungsvariante aus 4 etwa V-förmig ausgebildet. In dem Fluidsammelbereich 10 wird das aus dem Zuführrohr 4 ausströmende Fluid derart angesammelt, dass sich der gesamte Strömungsquerschnitt des Auslassstutzens 8 mit Fluid füllt und dadurch das Beladefluid ohne große Vermischungen in den Speicherbehälter 2 eines thermischen Speichers eingeleitet werden kann.

Claims

Schichtenbeladeeinrichtung (1) für einen thermischen Speicher mit einem Speicherbehälter (2) und einer Fluidzuführung, die wenigstens ein in dem Speicherbehälter (2) vertikal vorgesehenes Zuführrohr (3, 4) mit einer Mehrzahl von Fluidauslässen (5), die in verschiedenen Auslassebenen angeordnet sind, aufweist, wobei an jedem Fluidauslass (5) ein Auslassstutzen (6, 7, 8) mit einem Stutzenauslass (11) vorgesehen ist, und eine Höhe des Stutzenauslasses (11) zu der Höhe des Fluidauslasses (5) entgegen der Strömungsrichtung (A, B) des Fluids in dem Zuführrohr (3, 4) versetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass – der Auslassstutzen (6, 7, 8) einen Fluidsammelbereich (9, 10) aufweist, dessen Höhe zu der Höhe des Fluidauslasses (5) in Strömungsrichtung (A, B) des Fluids in dem Zuführrohr (3, 4) versetzt ist, und – der Höhenunterschied zwischen den Stutzenauslässen (11) an den Auslassstutzen (6, 7, 8) und den Fluidauslässen (5) an dem Zuführrohr (3, 4) in unterschiedlichen Auslassebenen verschieden ist und in Strömungsrichtung (A, B) des Fluids im Zuführrohr (3, 4) geringer wird.
Schichtenbeladeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidsammelbereich (9, 10) etwa U- oder V-förmig ausgebildet ist.
Schichtenbeladeeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass derjenige Schenkel (13) des U- oder V-förmigen Fluidsammelbereiches (9, 10), der in Strömungsrichtung (A, B) des Fluids näher an dem Zuführrohr (3, 4) ist, kürzer als derjenige Schenkel (14) des Fluidsammelbereiches (9, 10) ist, der näher an dem Stutzenauslass (11) ist.
Schichtenbeladeeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass diejenigen Schenkel (14) der Fluidsammelbereiche (9, 10) der Auslassstutzen (6, 7, 8) an den Fluidauslässen (5) des Zuführrohrs (3, 4), die näher an den Stutzenauslässen (11) sind, in Strömungsrichtung (A, B) des Fluids in dem Zuführrohr (3, 4) kürzer werden.
Schichtenbeladeeinrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder Auslassebene ein oder mehrere Fluidauslässe (5) vorgesehen sind.
Schichtenbeladeeinrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stutzenauslass (11) ein horizontales Rohrstück aufweist.
Schichtenbeladeeinrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stutzenauslass eine Beladetasse (12) und/oder eine Prallplatte aufweist.