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Die Erfindung betrifft Vorrichtung zur Erwärmung von Brauchwasser, insbesondere in Wohngebäuden, mit
- – einem Behälter zur Speicherung eines heißen fluiden Speichermediums,
- – mindestens einer innerhalb des Behälters angeordneten Rohrleitung zur Durchleitung des Brauchwassers, bei der eine Erwärmung des Brauchwassers durch das Speichermedium erfolgt, und
- – mindestens einer die Rohrleitung umgebenden Leiteinrichtung, die eine separierte Strömung des sich bei der Erwärmung des Brauchwassers abkühlenden Speichermediums in den unteren Bereich des Behälters und damit die Beibehaltung einer thermischen Schichtung im Behälter gewährleistet.
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Eine derartige Vorrichtung ist aus der
EP 0 578 126 B1 wie auch der
DE 101 21 842 C2 bekannt. Bei diesen Warmwasser-Schichtenspeichern zur geschichteten Entladung von Wärmeenergie wird beim Zapfen von Brauchwasser kaltes Brauchwasser durch die im oberen Bereich des Speicherbehälters sprialförmig angeordnete und sich nach außen hin erweiternde Rohrleitung nach oben transportiert und hierbei erwärmt. Dabei kühlt sich im Behälter befindliches heißes Speicherwasser ab, welches durch die Leiteinrichtung in den unteren kalten Bereich des Speicherbehälters geleitet wird. Durch diese Konstruktion wird verhindert, dass das lokal abgekühlte Speicherwasser die Schichtung des Speicherwassers im Behälter stört, so dass eine möglichst hohe Temperatur des Speicherwassers im oberen Bereich des Behälters auch nach dem Zapfvorgang gewährleistet ist. Mit Hilfe der Leiteinrichtung wird somit eine direkte Vermischung von abgekühltem Speicherwasser mit noch heißem Speicherwasser vermieden. Nachteilig ist bei diesen bekannten Konstruktion, dass aufgrund des vergleichsweise eng bemessenen Zwischenraums zwischen Leiteinrichtung und Rohrleitung die separierte Strömung einen relativ hohen Strömungswiderstand erfährt, der die Strömung behindert. Darüber hinaus erfährt aufgrund des relativ kleinen Strömungsquerschnitts der Rohrleitung auch das Brauchwasser während der Wärmeübertragung einen vergleichsweise hohen Druckverlust.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung mit den eingangs beschriebenen Merkmalen anzugeben, welche eine möglichst ungehinderte Ausbildung der separierten Strömung sowie eine druckverlustarme Erwärmung des Brauchwassers ermöglicht.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass im Behälter mehrere nebeneinander angeordnete, vorzugsweise parallel zueinander ausgerichtete, Leiteinrichtungen vorgesehen sind, in denen jeweils mindestens eine Rohrleitung angeordnet ist. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass mittels der Anordnung von mehreren Leiteinrichtungen mit jeweils zugeordneten Rohrleitungen die separierte Strömung zur Aufrechterhaltung der thermischen Schichtung auf mehrere Bereiche verteilt wird und hierdurch der Strömungswiderstand in den einzelnen Leiteinrichtungen sehr niedrig gehalten werden kann. Diese druckverlustarme Konstruktion ermöglicht somit, dass auch bereits geringe Instabilitäten in der Schichtung des Speichermediums durch eine entsprechende separierte Strömung ausgeglichen werden und damit die ungewünschte Vermischung von heißem und abgekühlten Speichermedium auf ein Minimum reduziert werden kann. Die separierte Strömung kann sich erfindungsgemäß in den Leiteinrichtungen praktisch ungehindert ausbilden. Hierdurch ist gewährleistet, dass sich bei einem Zapfvorgang von Brauchwasser sehr schnell die gewünschte thermische Schichtung mit sehr heißem Speichermedium oben und kühlerem Speichermedium unten wieder einstellt, ohne dass es hierbei zur beschriebenen ungewünschten Vermischung kommt. Das Brauchwasser wird zu seiner Erwärmung entsprechend in Teilströme aufgeteilt, die durch die einzelnen Rohrleitungen fließen. Dies hat zur Folge, dass der dem Brauchwasser bei der Wärmeübertragung zur Verfügung stehende gesamte Strömungsquerschnitt deutlich größer bemessen werden kann als bei den aus dem Stand der Technik bekannten Konstruktionen. Das Brauchwasser teilt sich auf die mehreren Rohrleitungen auf und kann somit vergleichsweise langsam durch die Rohrleitungen strömen, was sich vorteilhaft auf den Druckverlust des Brauchwassers während der Wärmeübertragung auswirkt. Durch die Anordnung mehrerer Rohrleitungen zur Wärmeübertragung kann ferner eine deutlich größere Wärmeübertragungsfläche bereitgestellt und die Wärmeübertragung hierdurch verbessert werden. Im Rahmen der Erfindung liegt es im Übrigen auch, dass anstelle von Brauchwasser andere fluide Medien mittels der Vorrichtung erwärmt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind mindestens drei Leiteinrichtungen vorgesehen. Vorzugsweise bilden deren Längsachsen im Querschnitt die Eckpunkte eines zumindest im wesentlichen gleichseitigen Mehrecks. Dies erlaubt eine effektive Reduzierung des Strömungswiderstandes im Bereich der separierten Strömung und gleichzeitig eine platzsparende Anordnung innerhalb des Behälters.
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Zweckmäßigerweise erstrecken sich die Rohrleitungen jeweils bis in den unteren Endbereich der Leiteinrichtungen, so dass die separierte Strömung durch die immer weitere Abkühlung des Speichermediums entlang der Rohrleitungen bis in den unteren Endbereich der Leiteinrichtungen forciert wird. Auf diese Weise wird also ein kontinuierlicher Anstieg der Dichte der absinkenden Heizmediumsmasse erzielt, die deren gewünschten Absinkvorgang damit weiter intensiviert. Das Brauchwasser kann zumindest weitgehend im Gegenstrom zur separierten Strömung fließen. Dadurch ist ein Wärmeübergang bei möglichst geringer Temperaturdifferenz gewährleistet, was sich positiv auf den Wirkungsgrad der Vorrichtung auswirkt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Leiteinrichtungen als Mantel ausgebildet, die die Rohrleitungen lediglich nach außen hin vom restlichen Behältervolumen abtrennen. Hierdurch ist ein ungehindertes Absinken des abgekühlten Speichermediums durch die Leiteinrichtung sicher gestellt. Die Leiteinrichtungen können einen in Längsrichtung konstanten Querschnitt aufweisen und sind vorzugsweise kreiszylindrisch ausgebildet.
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Zweckmäßigerweise weisen die Rohrleitungen jeweils eine spiralförmige Wicklung mit vorzugsweise konstanter Krümmung auf. Hierdurch ist ein platzsparender Wärmeaustausch innerhalb der Leiteinrichtungen sicher gestellt. Die Rohrleitungen können zur Gewährleistung einer möglichst guten Wärmeübertragung aus Metall, z. B. Edelstahl, bestehen und sind vorzugsweise als Wellrohre oder Rippenrohre ausgebildet. Die Leiteinrichtungen bestehen hingegen vorzugsweise aus einem nicht metallischen Werkstoff, insbesondere Kunststoff, um eine möglichst gute thermische Abschirmung der separierten Strömung zu bewerkstelligen.
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Die Rohrleitungen können schlaufenförmig ausgebildet sein, so dass der Anfang und das Ende der Rohrleitungen nebeneinander, vorzugsweise im Bereich der Behälterdecke, angeordnet sind. Zweckmäßigerweise sind die Rohrleitungen an ihrem Anfang an ein gemeinsames Verteiler- und an ihrem Ende an ein gemeinsames Sammelelement angeschlossen. Hierdurch erfolgt die Aufteilung des Brauchwassers vor dem Eintritt in die einzelnen Rohrleitungen in die jeweiligen Einzelströme und die Wiedervereinigung der erwärmten Einzelströme nach ihrem Austritt aus den Rohrleitungen.
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Die erfindungsgemäße Lehre kann auch zur Beladung der Vorrichtung eingesetzt werden, indem also das Speichermedium mit einem Heizmedium erwärmt wird. Bei diesem Heizmedium kann es sich z. B. um die Sole eines Solarkollektorkreislaufes handeln. Gegenstand der Erfindung ist daher auch eine Vorrichtung zur Erwärmung eines Speichermediums, insbesondere in Wohngebäuden, mit
- – einem Behälter zur Speicherung eines zu erwärmenden fluiden Speichermediums,
- – mindestens einer innerhalb des Behälters angeordneten Rohrleitung zur Durchleitung eines fluiden heißen Heizmediums, bei der eine Erwärmung des Speichermediums durch das Heizmedium erfolgt und
- – mindestens einer die Rohrleitung umgebenden Leiteinrichtung, die eine separierte Strömung des sich erwärmenden Speichermediums in den oberen Bereich des Behälters und damit die Beibehaltung einer thermischen Schichtung im Behälter gewährleistet,
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Erfindungsgemäß sind hier analog im Behälter mehrere, vorzugweise parallel nebeneinander angeordnete, Leiteinrichtungen vorgesehen, in denen jeweils mindestens eine Rohrleitung angeordnet ist. Selbstverständlich kann diese Lehre mit der Lehre des Anspruchs 1 auch gemeinsam in einer Vorrichtung verwirklicht werden.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlich erläutert. Es zeigen schematisch:
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1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erwärmung von Brauchwasser in einer Seitenansicht
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2 die Ansicht A in 1
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3 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erwärmung eines Speichermediums in einer Seitenansicht und
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4 die Ansicht B in 3.
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Die 1 zeigt eine Vorrichtung zur Erwärmung von Brauchwasser 1 in Wohngebäuden. Die Vorrichtung weist einen wärmegedämmten Behälter 2 zur Speicherung von (z. B. mittels Solarenergie bereit gestellten) heißem Speicherwasser 3 auf. Innerhalb des Behälters 3 sind mehrere Rohrleitungen 4 zur Durchleitung des Brauchwassers 1 angeordnet. Bei der Durchleitung erfolgt eine Erwärmung des Brauchwassers 1 durch das Speicherwasser 3. Der 1 ist ferner zu entnehmen, dass jede Rohrleitung 4 jeweils von einer Leiteinrichtung 5 umgeben ist. Die Leiteinrichtungen 5 gewährleisten eine separierte Strömung 6 des sich bei der Erwärmung des Brauchwassers 1 abkühlenden Speicherwassers 3 in den unteren Bereich des Behälters 2 und damit die Beibehaltung einer thermischen Schichtung im Behälter 2. Die Leiteinrichtungen 5 sind nebeneinander angeordnet und parallel zueinander ausgerichtet. Die separierte Strömung 6 bildet sich somit in allen Leiteinrichtungen 5 parallel aus. Die Rohrleitungen 4 erstrecken sich jeweils bis in den unteren Endbereich der Leiteinrichtungen 5, so dass die separierte Strömung 6 durch die immer weitere Abkühlung des Speicherwassers 3 entlang der Rohrleitungen 4 bis in den unteren Endbereich der Leiteinrichtungen 5 forciert wird. Die Rohrleitungen 4 weisen jeweils eine spiralförmige Wicklung 7 mit konstanter Krümmung auf. Das Brauchwasser 1 fließt weitgehend im Gegenstrom zur separierten Strömung 6, da es zunächst durch den gestreckten Abschnitt 8 der Rohrleitungen 4 nach unten und danach durch den wesentlich längeren spiralförmig gewickelten Abschnitt 9 der Rohrleitungen 4 nach oben zurück fließt. Die Rohrleitungen 4 sind schlaufenförmig ausgebildet, so dass der Anfang und das Ende der Rohrleitungen 4 nebeneinander im Bereich der Behälterdecke angeordnet sind. Die Rohrleitungen 4 sind ferner an Ihrem Anfang an ein gemeinsames Verteiler- und an ihrem Ende an ein gemeinsames Sammelelement angeschlossen (nicht dargestellt).
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Der 2 ist zu entnehmen, dass im Ausführungsbeispiel drei Leiteinrichtungen 5 vorgesehen sind, deren Längsachsen x im Querschnitt die Eckpunkte eines gleichseitigen Dreiecks 10 bilden. Einer vergleichenden Betrachtung der 1 und 2 ist zu entnehmen, dass die Leiteinrichtungen 5 als Mantel ausgebildet sind, die die Rohrleitungen 4 lediglich nach außen hin vom restlichen Behältervolumen abtrennen. Die Leiteinrichtungen 5 weisen einen in Längsachse x konstanten Querschnitt auf und sind kreiszylindrisch ausgebildet. Die Rohrleitungen 4 bestehen aus Edelstahl und sind als Wellrohre ausgebildet. Die Leiteinrichtungen 5 bestehen hingegen aus einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit, z. B. Kunststoff.
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Die 3 zeigt eine Vorrichtung zur Erwärmung von Speicherwasser 3', insbesondere in Wohngebäuden, mit einem wärmegedämmten Behälter 2' zur Speicherung von zu erwärmendem Speicherwasser 3'. Innerhalb des Behälters 2' sind mehrere Rohrleitungen 4' zur Durchleitung eines fluiden heißen Heizmediums 1', z. B. einer Solarkollektorsole, angeordnet. Bei der Durchleitung erfolgt eine Erwärmung des Speicherwassers 3' durch das Heizmedium 1'. Die Rohrleitungen 4' sind jeweils von einer Leiteinrichtung 5' umgeben, die eine separierte Strömung 6' des sich erwärmenden Speicherwassers 3' in den oberen Bereich des Behälters 2' und damit die Beibehaltung einer thermischen Schichtung im Behälter 2' gewährleistet. Die Leiteinrichtungen 5' sind parallel nebeneinander angeordnet. Die separierte Strömung 6' bildet sich somit auch hier in allen Leiteinrichtungen 5' parallel aus. Die Rohrleitungen 4' erstrecken sich jeweils bis in den oberen Endbereich der Leiteinrichtungen 5', so dass die separierte Strömung 6' durch die immer weitere Erwärmung des Speicherwassers 3' entlang der Rohrleitungen 4' bis in den oberen Endbereich der Leiteinrichtungen 5 forciert wird. Die Rohrleitungen 4' weisen jeweils eine spiralförmige Wicklung 7' mit konstanter Krümmung auf. Das Heizmedium 1' fließt weitgehend im Gegenstrom zur separierten Strömung 6', da es zunächst durch den gestreckten Abschnitt 8 der Rohrleitungen 4' nach oben und danach durch den wesentlich längeren spiralförmig gewickelten Abschnitt 9' der Rohrleitungen 4' nach unten zurück fließt. Die Rohrleitungen 4' sind schlaufenförmig ausgebildet, so dass der Anfang und das Ende der Rohrleitungen 4' nebeneinander im Bereich des Behälterbodens angeordnet sind. Die Rohrleitungen 4' sind ferner an Ihrem Anfang an ein gemeinsames Verteiler- und an ihrem Ende an ein gemeinsames Sammelelement angeschlossen (nicht dargestellt).
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Der 4 ist zu entnehmen, dass auch in diesem Ausführungsbeispiel wiederum drei Leiteinrichtungen 5' vorgesehen sind, deren Längsachsen x' im Querschnitt die Eckpunkte eines gleichseitigen Dreiecks 10' bilden. Einer vergleichenden Betrachtung der 3 und 4 ist zu entnehmen, dass auch die Leiteinrichtungen 5' als Mantel ausgebildet sind, die die Rohrleitungen 4' lediglich nach außen hin vom restlichen Behältervolumen abtrennen. Die Leiteinrichtungen 5' weisen ebenfalls einen in Längsachse x' konstanten Querschnitt auf und sind kreiszylindrisch ausgebildet. Die Rohrleitungen 4' bestehen wiederum aus Edelstahl und sind als Wellrohre ausgebildet. Die Leiteinrichtungen 5' bestehen auch hier hingegen aus einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit, z. B. Kunststoff. Es versteht sich, dass das Ausführungsbeispiel gemäß 3 und 4. mit dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 und 2 kombiniert und somit in einem einzigen Behälter 2 bzw. 2' gemeinsam realisiert werden kann, so dass sowohl die Beladung als auch die Entladung des Speicherwassers 3 bzw. 3' mittels der erfindungsgemäßen Lehre erfolgt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Brauchwasser
- 1'
- Heizmedium
- 2, 2'
- Behälter
- 3, 3'
- Speicherwasser
- 4, 4'
- Rohrleitung
- 5, 5'
- Leiteinrichtung
- 6, 6'
- separierte Strömung
- 7, 7'
- spiralförmige Wicklung der Rohrleitung
- 8, 8
- gestreckter Abschnitt der Rohrleitung
- 9, 9'
- spiralförmig gewickelter Abschnitt der Rohrleitung
- 10, 10'
- gleichseitiges Dreieck
- x, x'
- Längsache der Leiteinrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0578126 B1 [0002]
- DE 10121842 C2 [0002]
