DE102011010669B4

DE102011010669B4 - Pufferspeicher

Info

Publication number: DE102011010669B4
Application number: DE102011010669.3A
Authority: DE
Inventors: Frank Roßig
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-02-08
Filing date: 2011-02-08
Publication date: 2017-01-12
Anticipated expiration: 2031-02-09
Also published as: DE102011010669A1

Abstract

Pufferspeicher (1), welcher im Wesentlichen aus einem zylindrischen Gehäuse (2) mit einem Deckel (3) und Boden (4) besteht, wobei der derartig gebildete und im Betriebszustand eine vertikal verlaufende Längsachse (5) einschließende Pufferspeicher (1) einen Innenraum (6) begrenzt, der mindestens einen, den Innenraum (6) in übereinander liegende Temperaturzonen (7, 8, 9) teilenden und partiell bündig zur Innenhaut des Pufferspeichers (1) angeordneten, großflächig mit einer Vielzahl von Öffnungen (11) ausgestatteten Zwischenboden (12) aufweist, ein mit einer Vorlaufleitung (14) bzw. einer Rücklaufleitung (15) verbundener, in den Pufferspeicher (1) einmündender Vorlaufstutzen (16) bzw. Rücklaufstutzen (17) befindlich ist, dem jeweils ein Verteilerelement (18) zugeordnet ist, wobei die Vorlaufleitung (14) und die Rücklaufleitung (15) einen Temperaturfühler (21) beinhalten, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Temperaturzonen (7, 8, 9) ein mit der Vorlaufleitung (14) bzw. der Rücklaufleitung (15) verbundener, in den Pufferspeicher einmündender Vorlaufstutzen (16) bzw. Rücklaufstutzen (17) mit beigeordnetem Verteilerelement (18) zugeordnet ist, wobei sich der Vorlaufstutzen (16) bzw. Rücklaufstutzen (17) koaxial zur Längsachse (5) des Pufferspeichers (1) in Richtung des jeweils anderen Stutzens (16, 17) erstreckt und axial geöffnet ausgestaltet ist, dass das Verteilerelement (18) aus einer gewölbten Scheibe (19) mit einem zentrisch angeformten kegelstumpfförmigen Fortsatz besteht, dessen Deckfläche die Öffnung (20) bildet, wobei beabstandet und zentriert über dieser Öffnung (20) der jeweilige Vorlaufstutzen (16) bzw. Rücklaufstutzen (17) endet und der Durchmesser vom Strömungskanal des Vorlaufstutzens (16) größer als der Durchmesser der Öffnung (20) der gewölbten Scheibe (19) ausgestaltet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Pufferspeicher zur geschichteten Beladung mit Warmwasser von unterschiedlicher Temperatur. Sie bezieht sich auf die direkte Speicherung von in Form von Warmwasser primär zur Verfügung gestellter Energie. Energiequellen für die Warmwassererzeugung können Solaranlagen, Festbrennstoffkessel oder erneuerbare Energiesysteme sein. Außerdem kann der Eintrag von Warmwasser in Verbindung mit der Nutzung industrieller Abwärme (z. B. Abluftanlagen, Abgaswärmetauscher, Blockheizkraftwerke) erfolgen. Sekundär stellt der Pufferspeicher die vom Verbraucher (Warmwasserbereitung, Heizungssysteme, z. B. Fußbodenheizungen und Flächenheizungen) benötigte gepufferte Energie bereit.
Aus der DE 10 2007 009 199 A1 ist ein Pufferspeicher bekannt, welcher im Wesentlichen aus einem zylindrischen Gehäuse mit einem Deckel und Boden besteht, wobei der derartig gebildete und im Betriebszustand eine vertikal verlaufende Längsachse einschließende Pufferspeicher einen Innenraum begrenzt, der mindestens einen, den Innenraum in übereinander liegende Temperaturzonen teilenden Zwischenboden aufweist sowie mindestens einen Kaltwasserzulauf am unteren Ende des Pufferspeichers und mindestens ein Warmwasserablauf am oberen Ende des Pufferspeichers vorgesehen sind. Dabei ist der Zwischenboden zumindest partiell zur Bildung mindestens einer spaltförmigen Öffnung mit Abstand zur umlaufenden Wand des Gehäuses des Pufferspeichers angeordnet, wodurch die Möglichkeit geschaffen werden soll, dass durch die spaltförmige Öffnung relativ wärmeres Wasser als weitgehend laminare Strömung von einer Temperaturzone des Pufferspeichers in dessen darüber liegende Temperaturzone geführt werden kann.
Die Nachteile dieser Lösung bestehen darin, dass beim Einströmen des Warmwassers mit hohem Energieeintrag in eine der Temperaturzonen des Pufferspeichers keine vollflächige Durchflutung des gesamten Pufferspeichers stattfindet, aufgrund der Einschichtung immer nur eine Temperaturzone beladen und die Beladung nicht kontinuierlich, stufenlos und vollflächig von der beladenen Temperaturzone auf die angrenzenden Temperaturzonen vorgenommen werden kann, weil das thermisch physikalische Verhalten von Warmwasser keiner vollflächigen Nutzung unterziehbar ist.
Eine den nächstliegenden Stand der Technik darstellende Lösung für einen Pufferspeicher ist aus der DD 282 507 A5 bekannt. Diese weist im Wesentlichen mehrere Zwischenböden auf, die großflächig mit einer Vielzahl von Öffnungen ausgestattet sind. Ein Vorlaufstutzen bzw. ein Rücklaufstutzen ist jedoch nur im oberen bzw. unteren Teil des Pufferspeichers und damit in fernliegenden Temperaturzonen angeordnet. Auf die pufferspeicherseitigen und zur Wandung des Pufferspeichers ausgerichteten Enden der beiden Stutzen ist ein Sieb aufgesetzt, welches in axialer Richtung geschlossen ist und von einem kegelförmigen Einbau überdacht wird.
Die Nachteile dieser Lösung bestehen darin, dass durch die einmalige Anordnung von Vorlaufstutzen bzw. Rücklaufstutzen in unterschiedlichen und fernliegenden Temperaturzonen sowie deren Ausrichtung in Verbindung mit dem kegelförmigen Verteilerelement, keine temperaturgeführte Beladung der Temperaturzonen ermöglicht ist, die Beladung nicht kontinuierlich, stufenlos und vollflächig auf die an die beladene Temperaturzone angrenzenden Temperaturzonen vorgenommen werden kann sowie beim Beladen des Pufferspeichers mit Warmwasser die Volldurchflutung des gesamten Pufferspeichers verhindert wird.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Pufferspeicher vorzuschlagen, der die Be- und Entladung mehrerer Temperaturzonen temperaturgeführt gestattet, die Beladung kontinuierlich, stufenlos und vollflächig auf die temperaturgeführte Einschichtung der Temperaturzonen ermöglicht sowie bei dem beim Beladen mit Warmwasser die Volldurchflutung des gesamten Pufferspeichers abgesichert werden kann.
Diese Aufgabe wird wobei deren Ausgestaltungen aus den Patentansprüchen 2 bis 4 ersichtlich sind.
Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass ein Pufferspeicher zur Verfügung gestellt wird, der die Volldurchflutung des gesamten Pufferspeichers beim Beladen mit Warmwasser ermöglicht, die Beladung mehrerer Temperaturzonen gestattet und dessen Beladung kontinuierlich, stufenlos und vollflächig auf die an die beladene Temperaturzone angrenzenden Temperaturzonen erfolgen kann.
Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert werden.
Es zeigen:
1 eine Prinzipskizze des erfindungsgemäßen Pufferspeichers
2 eine Schnittdarstellung gemäß der Linie A-A der 1
3 einen Längsschnitt des Verteilerelements
Der in der 1 dargestellte Pufferspeicher 1, welcher im Wesentlichen aus einem zylindrischen Gehäuse 2 mit einem Deckel 3 und Boden 4 besteht, wobei der derartig gebildete und im Betriebszustand eine vertikal verlaufende Längsachse 5 einschließende Pufferspeicher einen Innenraum 6 begrenzt, der mindestens einen, den Innenraum horizontal in übereinander liegende Temperaturzonen 7, 8, 9 teilenden, gemäß 2 mit partiell bündig zur Innenhaut 10 des Pufferspeichers 1 angeordnetem und großflächig mit einer Vielzahl von Öffnungen 11 versehenen Zwischenboden 12, 13 aufweist, so dass eine Entkopplung der Temperaturzonen 7, 8, 9 während des Einschichtens (Beladens) bzw. Entladen des Pufferspeichers zwischen den aufzubauenden bzw. der aufgebauten Temperaturzonen 7, 8, 9 erfolgen kann. Vorteilhafterweise weist der Pufferspeicher 1 zwei derartige Zwischenböden 12, 13 auf, wodurch dieser 3 unterschiedliche Temperaturzonen 7, 8, 9 umfasst. Am Boden 4 sind mindestens 3 höhenjustierbare Füße (nicht dargestellt) für die lotrechte Aufstellung des Pufferspeichers 1 vorgesehen.
Weiterhin sind dem Pufferspeicher 1 eine Vorlaufleitung 14 und eine Rücklaufleitung 15 zugeordnet, die mit in den Pufferspeicher 1 einmündenden Vorlaufstutzen 16 bzw. Rücklaufstutzen 17 verbunden sind, wobei zu einer laminaren horizontalen Einleitung des Warmwassers über den Vorlauf bzw. des Kaltwassers über den Rücklauf und damit zu einer gleichmäßigen vertikalen Durchströmung der jeweiligen Temperaturzone 7, 8, 9 sowohl den Vorlaufstutzen 16 als auch den Rücklaufstutzen 17 ein Verteilerelement 18 beigeordnet ist. Daraus resultiert der Vorteil eines gleichmäßigen Energieeintrags in den zu beladenden Temperaturzonen 7, 8, 9.
Jedes der Verteilerelemente 18 besteht nach 3 aus einen gewölbten Scheibe 19 mit einem zentrisch angeformten kegelstumpfförmigen Fortsatz, dessen Deckfläche die Öffnung 20 bildet, wobei beabstandet und zentriert über dieser Öffnung 20 der jeweilige Vorlaufstutzen 16 bzw. Rücklaufstutzen 17 endet und der Durchmesser vom Strömungskanal des Vorlaufstutzens 16 größer als der Durchmesser der Öffnung 20 der gewölbten Scheibe 19 ausgestaltet ist.
Damit wird eine Warmwasserverteilung erreicht, die den bei der Beladung ankommenden Wasserstrom teilt, so dass dessen Strömung oberhalb sowie unterhalb der gewölbten Scheibe 19 des Verteilerelements 18 im Wesentlichen horizontal, radial und in laminarer Form über die gesamte Fläche der Scheibe 19 bewirkt wird. Dadurch kann eine vollständige Durchflutung der jeweiligen Temperaturzone 7, 8, 9 gewährleistet werden. Das Verteilerelement 18 kann sowohl als Zulaufventil sowie auch als Rücklaufventil eingesetzt werden. In vorteilhafter Ausgestaltung ist die gewölbte Scheibe 19 als eine Kugelkappe ausgebildet.
Alle Verteilerelemente 18 einer Temperaturzone 7, 8, 9 sind bezogen auf den Querschnitt des Pufferspeichers 1 zentriert und spiegelbildlich gegenüberliegend angeordnet. So ist in der Temperaturzone 7 im oberen Bereich des Deckels 3 das Verteilerelement 18 vorgesehen, dessen Scheibe 19 nach unten gewölbt ausgeführt ist, während unmittelbar oberhalb des die Temperaturzone 7 von der Temperaturzone 8 trennenden Zwischenbodens 12 das Verteilerelement 18 sitzt, dessen Scheibe 19 nach oben gewölbt ausgebildet ist.
In der Temperaturzone 8 ist unmittelbar unterhalb des Zwischenbodens 12 das Verteilerelement 18 vorgesehen, dessen Scheibe 19 nach unten gewölbt ausgebildet ist, während unmittelbar oberhalb des die Temperaturzone 8 von der Temperaturzone 9 trennenden Zwischenbodens 13 das Verteilerelement 18 angeordnet ist, dessen Scheibe 19 eine nach oben gewölbte Ausgestaltung aufweist.
Weiterhin ist in der Temperaturzone 9 unmittelbar unterhalb des Zwischenbodens 13 das Verteilerelement 18 vorgesehen, dessen Scheibe 19 wiederum nach unten gewölbt ausgeformt ist. Das mit einer nach oben gewölbten Scheibe 19 ausgestattete Verteilerelement 18 ist im unteren Bereich des Bodens 4 des Pufferspeichers 1 angeordnet. Alle Vorlaufstutzen 16 und Rücklaufstutzen 17 des Pufferspeichers 1 sind mit Ventilen A, B, C, D, E, F (z. B. motorisch wirkende Absperrventile) bestückt.
Letztlich sind sowohl

– in der Vorlaufleitung 14 ein Temperaturfühler 21,
– in der Temperaturzone 7 – auf Höhe des Verteilerelements 18 des Deckels 3 ein Temperaturfühler 22 und im Höhenbereich zwischen dem Zwischenboden 12 und dem Verteilerelement 18 ein Temperaturfühler 23,
– in der Temperaturzone 8 – im Höhenbereich zwischen dem Zwischenboden 12 und dem Verteilerelement 18 ein Temperaturfühler 24 und im Höhenbereich zwischen dem Zwischenboden 13 und dem Verteilerelement 18 ein Temperaturfühler 25 als auch
– in der Temperaturzone 9 – im Höhenbereich zwischen dem Zwischenboden 13 und dem Verteilerelement 18 ein Temperaturfühler 26 sowie auf Höhe des Verteilerelements 18 des Bodens 4 ein Temperaturfühler 27 befindlich.

Beim Beladen des Pufferspeichers können die Temperaturen des Warmwassers für die Einschichtung in die jeweilige Temperaturzone je nach Anlagencharakteristik frei gewählt werden.
Ausgehend davon, sind beispielhaft folgende Temperaturen an den Temperaturfühlern vorgegeben:
Temperaturfühler 23/70°C,
Temperaturfühler 25/50°C,
Temperaturfühler 27/30°C.
Der Temperaturfühler 21 in der Vorlaufleitung 14 nimmt eine Vergleichsmessung zu den Temperaturfühlern 23, 25, 27 vor.
Erfolgt die Warmwassererzeugung beispielhaft von einer Solaranlage 28, so findet eine Vergleichsmessung zwischen dem Temperaturfühler 27 des Pufferspeichers 1 und dem Temperaturfühler 29 der Solaranlage 28 statt. Ist der Wert des Temperaturfühlers 29 der gemessene Wert unterhalb 50°C wird in Temperaturzone 9 eingeschichtet. Dabei sind die Ventile A, B, D, E geschlossen sowie die Ventile C und F geöffnet.
Übersteigt die gemessene Vorlauftemperatur 50°C wird in die Temperaturzone 8 eingeschichtet. Die Ventile A, C, D, F sind geschlossen und die Ventile B, E geöffnet. Übersteigt die gemessene Vorlauftemperatur 70°C wird in Temperaturzone 7 eingeschichtet, wobei dann die Ventile B, C, E, F geschlossen und die Ventile A, D geöffnet sind.
Ist ein Zustand erreicht, dass der Temperaturfühler 23 den gleichen Wert (z. B. 90°C) wie Temperaturfühler 21 ermittelt, wird die Temperaturzone 8 zur Einschichtung hinzugezogen. Somit wird nunmehr über Temperaturzonen 7 und 8 eingeschichtet. Dazu sind die Ventile B, C, D, F geschlossen, während die Ventile A, E geöffnet sind.
Wird vom Temperaturfühler 25 derselbe Wert wie von Temperaturfühler 21 (90°C) ermittelt, wird von Temperaturzone 7 durch die Temperaturzone 8 in die Temperaturzone 9 eingeschichtet und damit eine Volldurchflutung des Pufferspeichers 1 realisiert. Dabei sind die Ventile B, C, D, E geschlossen sowie die Ventile A, F geöffnet. Unterschreitet die Vorlauftemperatur am Temperaturfühler 21 den gemessenen Wert am Temperaturfühler 23 und Temperaturfühler 25, dann wird in die nun zutreffende Temperaturzone 9 eingeschichtet.
Tritt der Fall ein, dass die Vorlauftemperatur am Temperaturfühler 21 unterhalb des gemessenen Wertes des Temperaturfühlers 23 liegt, dann erfolgt die Einschichtung in die Temperaturzone 8.
Kann vom Anlagenbetreiber sichergestellt werden, dass der Energieeintrag komplett vom Pufferspeicher 1 mit der dazu gehörigen Vorlauftemperatur aufgenommen wird, kann gleich eine Volldurchflutung des Pufferspeichers 1 erfolgen. Die Volldurchflutung kann an der Vergleichsregelung eingestellt werden. Temperaturfühler 22 beendet den Beladevorgang bei Erreichen der Maximaltemperatur (95°C).
Wird zum Betreiben eines beispielhaften Verbrauchers 30 (Heizungsanlage für die Raumheizung) bei einer geforderten Vorlauftemperatur der Heizungsanlage von 50°C die Entladung des Pufferspeichers 1 vollzogen, so ermittelt zunächst der Temperaturfühler 26 in der Temperaturzone 9, ob die erforderliche Vorlauftemperatur überhaupt zur Verfügung steht. Ist dies gegeben, sind Ventile A, B, D, E sind geschlossen und die Ventile C, F geöffnet. Wird der geforderte Wert für die Vorlauftemperatur am Temperaturfühler 26 der Temperaturzone 9 unterschritten, erfolgt ein Vergleich über die Temperaturfühler 22 bzw. 24 dahingehend, ob die Temperatur von 50°C in der Temperaturzone 7 bzw. 8 anliegt. Die Temperaturzone, die näher am geforderten Temperaturwert von 50°C liegt wird aktiviert. In diesem Fall betrifft dies beispielhaft die Temperaturzone 8, welche über den Temperaturfühler 24 freigegeben wird. Die Ventile A, C, D, F sind geschlossen und die Ventile B, E geöffnet.
Wird nachfolgend vom Temperaturfühler 24 der Temperaturzone 8 die Unterschreitung der geforderten Vorlauftemperatur von 50°C gemeldet, erfolgt die Umschaltung auf die Temperaturzone 7. Dabei sind die Ventile B, C, E, F geschlossen und die Ventile A, D geöffnet.
Bezugszeichenliste

1: Pufferspeicher
2: Gehäuse
3: Deckel
4: Boden
5: Längsachse
6: Innenraum
7: Temperaturzonen
8: Temperaturzonen
9: Temperaturzonen
10: Innenhaut
11: Öffnungen
12: Zwischenboden
13: Zwischenboden
14: Vorlaufleitung
15: Rücklaufleitung
16: Vorlaufstutzen
17: Rücklaufstutzen
18: Verteilerelement
19: Scheibe
20: Öffnung
21: Temperaturfühler
22: Temperaturfühler
23: Temperaturfühler
24: Temperaturfühler
25: Temperaturfühler
26: Temperaturfühler
27: Temperaturfühler
28: Solaranlage
29: Temperaturfühler
30: Verbraucher
A: Ventil
B: Ventil
C: Ventil
D: Ventil
E: Ventil
F: Ventil

Claims

Pufferspeicher (1), welcher im Wesentlichen aus einem zylindrischen Gehäuse (2) mit einem Deckel (3) und Boden (4) besteht, wobei der derartig gebildete und im Betriebszustand eine vertikal verlaufende Längsachse (5) einschließende Pufferspeicher (1) einen Innenraum (6) begrenzt, der mindestens einen, den Innenraum (6) in übereinander liegende Temperaturzonen (7, 8, 9) teilenden und partiell bündig zur Innenhaut des Pufferspeichers (1) angeordneten, großflächig mit einer Vielzahl von Öffnungen (11) ausgestatteten Zwischenboden (12) aufweist, ein mit einer Vorlaufleitung (14) bzw. einer Rücklaufleitung (15) verbundener, in den Pufferspeicher (1) einmündender Vorlaufstutzen (16) bzw. Rücklaufstutzen (17) befindlich ist, dem jeweils ein Verteilerelement (18) zugeordnet ist, wobei die Vorlaufleitung (14) und die Rücklaufleitung (15) einen Temperaturfühler (21) beinhalten, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Temperaturzonen (7, 8, 9) ein mit der Vorlaufleitung (14) bzw. der Rücklaufleitung (15) verbundener, in den Pufferspeicher einmündender Vorlaufstutzen (16) bzw. Rücklaufstutzen (17) mit beigeordnetem Verteilerelement (18) zugeordnet ist, wobei sich der Vorlaufstutzen (16) bzw. Rücklaufstutzen (17) koaxial zur Längsachse (5) des Pufferspeichers (1) in Richtung des jeweils anderen Stutzens (16, 17) erstreckt und axial geöffnet ausgestaltet ist, dass das Verteilerelement (18) aus einer gewölbten Scheibe (19) mit einem zentrisch angeformten kegelstumpfförmigen Fortsatz besteht, dessen Deckfläche die Öffnung (20) bildet, wobei beabstandet und zentriert über dieser Öffnung (20) der jeweilige Vorlaufstutzen (16) bzw. Rücklaufstutzen (17) endet und der Durchmesser vom Strömungskanal des Vorlaufstutzens (16) größer als der Durchmesser der Öffnung (20) der gewölbten Scheibe (19) ausgestaltet ist.
Pufferspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gewölbte Scheibe (19) als eine Kugelkappe ausgestaltet ist.
Pufferspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils obere Scheibe (19) des Verteilerelements (18) in den Temperaturzonen (7, 8, 9) nach unten gewölbt und die jeweils untere Scheibe (19) des Verteilerelements (18) in den Temperaturzonen (7, 8, 9) nach oben gewölbt ausgestaltet sind.
Pufferspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilerelemente (18) bezogen auf den Querschnitt des Pufferspeichers (1) in jeder der Temperaturzonen (7, 8, 9) zentriert und spiegelbildlich gegenüberliegend angeordnet sind.