DE10237771B3

DE10237771B3 - Warmwasserschichtspeicher

Info

Publication number: DE10237771B3
Application number: DE10237771A
Authority: DE
Inventors: Andreas Rohner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-08-17
Filing date: 2002-08-17
Publication date: 2004-06-17
Anticipated expiration: 2022-08-18

Abstract

Es ist ein Warmwasserspeicher vorgesehen mit einem aufrecht stehenden Speicherbehälter, der im Mantelbereich oben einen Heißwasserentnahmestutzen 11, im mittleren Bereich einen Zuführstutzen 13 und im unteren Bereich einen Stutzen 12 zur Kaltwasserentnahme und zugleich zur Rücklaufwasserzuführung aufweist. Der mittlere Zuführstutzen 13 mündet am Speichermantel 1a in eine Verweilzone 20 einer aus Halbrohr und Speicherwand 1a gebildeten Leiteinrichtung 14. In der Leiteinrichtung 14 kann sich das in der Verweilzone 20 eintretende Wasser temperaturgeleitet orientieren und turbolenzfrei in der Leiteinrichtung 14 nach oben in Speicherschichten höherer Temperatur oder unten aus der Leiteinrichtung 14 heraus in Zonen niederer Temperatur strömen. Gleiches Verhalten wird durch ähnliche Anordnung beim Rücklaufzustrom von Rücklaufwasser durch den unteren Wasserstutzen 12 erzielt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Warmwasserschichtspeicher gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solcher Warmwasserschichtspeicher ist durch die DE 38 35 096 C2 bekannt. Dort ist ein Warmwasserschichtspeicher mit einem aufrechten Speicherbehälter vorgesehen, der obenliegende Zuführungs- und Entnahmestutzen für Wärme führendes und Wärme abführendes Wasser und einen unten liegenden Zuführungsstutzen für kaltes Wasser aufweist. Ein untenliegender Entnahmestutzen verbindet den Speicherbehälter mit Wärmetauscher und Wärmepumpe mit dem Wasserzuführungsstutzen zu einem Strömungskreis. Der obere Zuführungsstutzen ist im Behälter mit einem langgestreckten unten offenen inneren Leitrohr verbunden, das mit Spiel von einem äußerem Leitrohr umgeben ist, dessen überragendes Ende eine Eintrittzone bildet. Diese mündet in eine Verweilzone. Der Ringraum zwischen den beiden Leitrohren steht über Öffnungen mit dem oberen Bereich des Speicherbehälters in Verbindung. Die Anordnung ist so getroffen, daß sich eine im wesentlichen turbulenzfreie, laminare, von Injektorwirkungen freie Wasserströmung ausbilden kann.

Dieser Schichtspeicher ist durch die Anordnung des Leitwerks beim Transport und beim Aufstellen störungsanfällig, weil die beiden Leitrohre nur am oberen Zuströmstutzen befestigt sind. Weiterhin ist die Anordnung der beiden Leitrohre Material- und Kostenintensiv. Der Zuführungsstutzen ist mit dem langgestreckten inneren Leitrohr verbunden, welches obere und oberste Bereiche des Speichers durchläuft, welche häufig sehr heißes Speicherwasser beinhalten. In vielen Anwendungsfällen wird durch dieses Leitrohr aber Wasser mit geringerer Temperatur geführt, was zu Verlusten und ungünstigen Strömungen im Speichervolumen führt. Des weiteren erfordert der obere Zuführungsstutzen zur Inbetriebnahme einen Anschluß im obersten, im Betrieb meist heißesten Bereich des Speichers was zu erheblichen Verlusten durch die Wärmeabfuhr des Anschlußrohres und in ihm aufsteigendes heißes Wasser führt. Außerdem kann zugeführtes Warmwasser bei dieser Ausführung nur an zwei Positionen dem Speichervolumen zugeführt werden, nämlich am unteren Ende des Leitwerks und an den oberen Austrittsbohrungen, was zur Folge hat, daß einströmendes Wasser mit einer Temperatur größer als im Speicherbereich am unteren Ende des Leitwerks nach oben strömt, von nachfolgendem aufsteigenden Wasser weiter aufwärts gedrückt wird, und im oberen Speicherbereich aus dem Leitwerk austreten muß, auch wenn seine Temperatur geringer ist als die des dort befindlichen Wassers. Bei einem Speicher dieser Bauart wird das Wasser des Rücklaufs nach der Wärmeabgabe in keiner Weise im Speicher gemäss seiner Temperatur geführt, sondern wird nur in den untersten Speicherbereich eingeleitet.

Ein Warmwasserbereiter mit Aussenwärmetauscher ist durch die FR 2 605 718 A1 bekannt. Dort wird ein Warmwasserspeicher mit einem ringförmigen Wärmetauscher innen an der Speicherwand versehen, der durch eine dicht abgeschlossene Fixierung an der Speicherinnenwand mit dieser ein abgeschlossenes Volumen bildet. Dieses Volumen kann durch einen Eingangs- und einen Ausgangsstutzen durchströmt werden, und über die wärmedurchlässige Wandung des Innenringes kann die Wärme von einem Wärmeträgermedium auf das Speicherinnenvolumen übertragen werden. Dieser Warmwasserbereiter mit Aussenwärmetauscher ist durch seine Ausführung nicht geeignet, eine energiesparende Wärmeschichtung und eine gezielte Wärmeübertragung zu erreichen. Das Wärmeübertragungsmittel wird hier durch einen oberen Anschlußstutzen in den ringförmig um das Speichervolumen angeordneten Wärmtauscher eingebracht, und nach Wärmeübertragung aus einem untenliegenden Anschlußstuzen wieder entnommen. Die Temperaturübertragung verläuft ungeordnet über die gesamte Tauscherfläche, lediglich durch die erhöhte Anbringung des Zuführungsstutzens kann im Moment des Eintritts von einer sinnvollen Wärmeabgabe im oberen Speicherbereich ausgegangen werden, schon im Moment danach kann sich das heisse Wärmeträgermedium in unteren Bereichen des Tauschers befinden, und hier durch Wärmeabgabe in die unteren Bereiche des Speichers zu ungünstigen Verwirbelungen und Vermischungen führen. Im Speichervolumen sind keine Vorrichtungen zur Herbeiführung von günstigen Schichtungen vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Warmwasserschichtspeicher der eingangs genannten Art so auszubilden, daß er kostengünstig gefertigt werden kann, beim Transport und Aufstellen wenig störanfällig ist und im Betrieb die Aufgabe der Warmwasserschichtung besser und vielseitiger erfüllen kann.

Diese Aufgabe wird durch den im Anspruch 1 gekennzeichneten Warmwasserschichtspeicher gelöst.

Die Vorteile bestehen darin, daß die Leiteinrichtung an der Speicherwand angeordnet und befestigt ist, was zu großer Stabilität bezüglich mechanischer Belastungen führt. Die Leiteinrichtung kann aus gebogenen oder gekanteten Stahlplatten ausgeführt werden, was Material- und Bearbeitungsaufwand minimiert. Durch die Anordnung des Zuführungsstutzens wird ausgeschlossen, daß weniger warmes zugeführtes Wasser zuerst Speicherbereiche höherer Temperatur durchlaufen muss, außerdem erspart es den Anschluß einer Rohrleitung im obersten, oft heißesten, Bereich des Speichers, was zu einer Verminderung der Verluste durch Wärmeabtransport aus diesem Bereich führt.

In weiterer Ausführung der Erfindung ist nach Anspruch 2 der Leitraum aus mindestens zwei ineinander ragenden Blechen gebildet, wobei die Halbrohre sich nach oben verjüngen. Durch diese Anordnung ist es möglich, innerhalb des Leitraumes mindestens eine weitere Verweilzone mit Zuströmmöglichkeit zum Speichervolumen auszubilden, welche es dem Warmwasser ermöglicht, in Speicherbereiche ähnlicher Temperatur einzuströmen. Die Positionen der Austrittshöhen aus dem Leitwerk, und damit die sich ergebenden Höhenabmessungen des Leitwerks können je nach Einsatzfall und den zu erwartenden Bedingungen variiert werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 in schematischer Darstellung einen erfindungsgemäßen Warmwasserschichtspeicher mit nur einer durchgehenden, sich verjüngenden Leiteinrichtung;
2, 3, 4 je einen Teilschnitt durch den Warmwasserschichtspeicher nach 1 mit unterschiedlichen Ausführungsformen der Leiteinrichtung;
5 eine gleiche Darstellung wie 1 mit zwei ineinander ragenden, sich verjüngenden Leitblechen bei Zuführen von Wasser mit mittlerer Temperatur und
6 eine Darstellung wie 5 bei Zuführen von Wasser mit hoher Temperatur.
7 einen Warmwasserschichtspeicher, der zusätzlich am Rückführstutzen eine Leiteinrichtung aufweist.
1 zeigt einen Speicherbehälter 1 in senkrechter Lage mit einer Höhe größer als sein Durchmesser und mit einer möglichen Anordnung der hydraulischen Komponenten:
Wärmetauscher 2 und 3, Pumpen 4 und 8, Regler 5 und Ventilen 6 und 7, einen Entlüfter 9 einen Heißwasser-Entnahmestutzen 11, einen Aufheiz-Entnahme- und Rückführstutzen 12, einen Zuführungsstutzen 13 und einer Leiteinrichtung 14 die als sich nach oben verjüngendes Halbrohr an der Speicherwandung 1a angebracht ist.
Beim Betriebszustand „Zapfen" (Warmwasserabfuhr aus dem Speicher zu den Verbrauchern) befördert die Pumpe 8 heißes Wasser aus dem Entnahmestutzen 11 zu den Verbrauchern in einem geschlossenen Kreislauf bei geöffnetem Ventil 7 zurück in den Speicher 1 durch den Wasserstutzen 12. Während des Betriebszustandes „Beladen" fördert die Pumpe 4 kaltes Wasser in einem geschlossenen Kreislauf aus dem Wasserstutzen 12 durch die Wärmetauscher 3 und 2, in welchen das Wasser erwärmt wird, über das geöffnete Ventil 6 durch den Zuführungsstutzen 13 in eine Verweilzone 20 im unteren Teil der Leiteinrichtung 14. Von dort wird Wasser von hoher Temperatur zum Austritt 22 der Leiteinrichtung 14 nach oben, oder Wasser niederer Temperatur aus der Leiteinrichtung nach unten geleitet.
In den 2, 3 und 4, welche denselben Schnitt II, III, IV darstellen sind unterschiedliche Ausführungen der Leiteinrichtung 14 gezeigt. Dabei ist die geometrische Form nur von geringer Bedeutung, wichtig sind jedoch die Querschnittsflächen im Verhältnis zu den auftretenden Volumenströmen.
5 zeigt eine Leiteinrichtung aus zwei sich verjüngenden, ineinander ragenden und an der Speicherwand angebrachten Leitblechen 14a, 14b mit den sich einstellenden Strömungsbedingungen bei Zuführung von Wasser mit mittleren Temperaturen. Das Wasser, strömt durch den nach unten gekrümmten Einführungsstutzen 13 in die Verweilzone 20 im unteren Bereich des unteren Leitbleches 14a. Das Wasser bewegt sich gemäß seiner Temperatur und Dichte verwirbelungsfrei in die Speichervolumenbereiche gleicher Temperatur zum einen Teil entsprchend den Pfeilen 24 nach unten aus dem Leitblech 14a heraus, zum anderen Teil innerhalb des Leitblechs 14a bis zur mittleren Austrittsöffnung 21 über eine weitere Verweilzone 23 entsprechend den Pfeilen 25.
6 zeigt die identische Leiteinrichtung wie 5 mit den sich einstellenden Strömungsbedingungen bei Zuführung von Wasser mit hohen Temperaturen. Nach dem Einströmen des heißen Wassers durch den Einführungsstutzen 13 und der Beruhigung in der Verweilzone 20 bewegt sich das Wasser gemäß seiner Temperatur und Dichte innerhalb der Leiteinrichtung nach oben, wird durch das untere Leitblech 14a direkt in den Strömungsraum des oberen Leitbleches 14b weitergeleitet und tritt am oberen Ende 22 entsprechend den Pfeilen 26 im obersten, heißesten Speicherbereich in das Speichervolumen des Behälters 1 aus.
7 zeigt einen Warmwasserschichtspeicher, der zusätzlich zu der in 1 dargestellten Leiteinrichtung 14 am Austritt des Wasserstutzens 12 ebenfalls eine Leiteinrichtung 30 aufweist. Die Funktion der Leiteinrichtung 30 ist gleich derjenigen beim Zuführungsstutzen 13, wobei beim Wasseraustritt das Wasser über eine Verweilzone 31 entsprechend den Pfeilen 32 ausfließt. Diese Leiteinrichtung kann auch entsprechend den 5 und 6 in mehreren Teilen ausgeführt werden.

Claims

Warmwasserschichtspeicher mit einem aufrecht stehenden Speicherbehälter, der im oberen Teil des Speicherbehälters je einen Zuführungs – und Entnahmestutzen für das die Wärme zuführende und das die Wärme abführende Wasser und einen unten liegenden Wasserstutzen aufweist und bei dem der obere Zuführungsstutzen an einer Wand des Speicherbehälters angeordnet ist und in ein Nebenspeichervolumen mündet, welches wenigstens eine Öffnung in den Speicherbehälter aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuführungsstutzen (13) mit einer gewählten Krümmung in ein durch die Wand (1a) des Speicherbehälters (1) auf beiden Längsseiten abgeschlossenes, nach unten und oben offenes Halbrohr (14) mündet, welches sich nach oben bis zum Bereich des Heißwasser – Entnahmestutzens (11) erstreckt und dabei einen stetig kleiner werdenden Querschnitt aufweist und wobei das Halbrohr (14) zusammen mit der Speicherwand (1a) eine Leiteinrichtung für das durch den Zuführungsstutzen (13) eingeführte Wasser bildet, in welcher der Bereich unterhalb der Einführung des Zuführungsstutzens (13) bis zur Unterkante des Halbrohres (14) eine Verweilzone (20) für das eingeführte Wasser bildet, und bei der warmes Wasser in dem Bereich oberhalb des Zuführungsstutzens (13) störungsfrei nach oben strömen und an der Oberkante der Leiteinrichtung (22) austreten kann.
Warmwasserschichtspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiteinrichtung aus mindestens zwei ineinander ragenden Halbrohren (14a und 14b) gebildet ist, und daß die Halbrohre sich nach oben verjüngen, wodurch zwischen dem unteren Halbrohr (14a) und dem oberen Halbrohr (14b) eine weitere Verweilzone (23) und ein Austrittsquerschnitt (21) des Wassers in den Speicherbehälter (1) ermöglicht ist.
Warmwasserschichtspeicher nach den Ansprüchen 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß am unteren Wasserstutzen (12) eine gleiche Leiteinrichtung (30) wie am oberen Zuführungsstutzen (13) angebracht ist.