DE19816037A1

DE19816037A1 - Wasserspeicher in Heizungsanlagen, wie Warmwasser- oder Pufferspeicher

Info

Publication number: DE19816037A1
Application number: DE19816037A
Authority: DE
Inventors: Horst Kippenbrock
Original assignee: SOLAR DIAMANT SYSTEMTECHNIK GM
Current assignee: SOLAR DIAMANT SYSTEMTECHNIK GM
Priority date: 1998-04-09
Filing date: 1998-04-09
Publication date: 1999-10-14

Abstract

Bei Wasserspeichern in Heizungsanlagen mit einem Standrohr (2) als Leitelement für das unten eingeführte, durch eine externe Aufheizvorrichtung (3) erwärmte Wasser sollte das Wasser nur bei Temperaturgleichheit in den Wasserraum (7) einströmen, um Verwirbelungen zu vermeiden. Zu diesem Zweck sind den seitlich in Abständen übereinander angeordneten Ausströmöffnungen (6) des Standrohres (2) temperaturabhängig zu betätigende Elemente, vorzugsweise in horizontalen Führungen (11) gleitende Schieber (9), angeordnet, welche bei Temperaturdifferenz auf der Innenseite (I) und der Außenseite (A) des Standrohres (2) in Verschlußstellung und bei Temperaturgleichheit auf beiden Seiten in Offenstellung sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wasserspeicher nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Ein Wasserspeicher dieser Art ist in der DE 43 01 723 C2 dargestellt und beschrieben. Er hat die Form eines stehenden Behälters, in welchem ein Standrohr als Leitelement für das unten eingeführte, durch eine externe Aufheizvorrichtung erwärmte Wasser zu oberen Speicherbereichen angeordnet ist. Die Aufheizung kann durch eine beliebige Energiequelle, etwa einen Heizkessel und/oder eine Solar- bzw. Wärmepumpenanlage, erfolgen.

Für eine Konzentration von Energie in einem kleinen Teilvolumen von solchen Wasser speichern ist das Verhindern von Verwirbelungen eine wichtige Voraussetzung. Sowohl beim Entladen als auch beim Beladen des Speichers sollten deshalb Verwirbelungen der Schichten durch störende Strömungen unterbunden werden, um die Temperaturschichtung innerhalb des Speichers nicht negativ zu beeinflussen. Solche durch Thermik entstehenden störenden Strömungen sind durch eine Einleitung der temperierten Volumenströme, etwa des Heizungsrücklaufs und/oder des solaren Vorlaufs, in eine Schicht des Speichers mit der jeweils gleichen Temperatur zu verhindern. Um diese, der jeweiligen Temperatur angepaßte Einleitung zu ermöglichen, bedarf es eines temperatursensiblen Einleitungssystems.

Bei der obengenannten DE 43 01 723 C2 besitzt das Standrohr seitlich in Abständen über einander angeordnete Ausströmöffnungen, durch welche das erwärmte Wasser in unter schiedlicher Höhe in den umgebenden Speicherraum ausströmen kann. In dieser Schrift ist angedeutet, daß das erwärmte Wasser im wesentlichen in der Höhe ausströmt, in der das umgebende Wasser außerhalb des Standrohres etwa die gleiche Temperatur wie im Stand rohr aufweist. Den Ausströmöffnungen sind dabei Elemente zugeordnet, welche ein Aus strömen von Wasser aus dem Standrohr zulassen, ein Hineinsaugen von kälterem Wasser in das Standrohr und dessen Transport in höhere Speicherbereiche jedoch verhindern.

Eine ähnliche Einrichtung ist der DE 39 05 874 C2 zu entnehmen. Dort wird den Elementen auch die Funktion zugesprochen, erst bei einer Temperaturgleichheit des Wassers beider seits die Klappe infolge der kinetischen Energie des eingespeisten, erwärmten Wassers zu öffnen, so daß dann das Wasser in den Speicherbehälter einströmen kann (Spalte 4, Absatz 3). Auf diese Weise sei sichergestellt, daß das Wasser in einer Ebene des Wasserspeichers eingeladen wird, in der im wesentlichen das Temperaturniveau des eingespeisten Wassers vorhanden ist.

Ein auf die Temperaturgleichheit auf der Innen- und Außenseite des Standrohres an sprechendes Einleitungssystem ist also schon vorgeschlagen worden. Das ist aber von den mechanischen Eigenschaften der Elemente und von der kinetischen Energie des durch strömenden Wassers abhängig und führt deshalb nicht mit Sicherheit zu einer Einspeisung des warmen Wassers in den Speicherbehälter, nur bei vorhandener Temperaturgleichheit innerhalb und außerhalb des Standrohres.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein temperatursensibles Einleitungssystem zu schaffen, mit dem das Einströmen des warmen Wassers nur bei Temperaturgleichheit auf der Innen- und Außenseite des Standrohres garantiert wird.

Der erfindungsgemaße Wasserspeicher besitzt die im Patentanspruch 1 genannten Merkmale.

Die bisherigen Elemente, deren Funktionsfähigkeit von mechanischen und statischen Ge gebenheiten abhängig war, wurden durch temperaturabhängig zu verstellende Elemente ersetzt, und zwar durch solche, die bei Temperaturdifferenz auf der Innen- und Außenseite des Standrohres in Verschlußstellung sind. Dadurch ist garantiert, daß das aufgeheizte Wasser nur bei Temperaturgleichheit in den Speicherbehälter einströmt und daß die nach teiligen Verwirbelungen des Speicherwassers vermieden werden.

In der praktischen Ausführung empfiehlt es sich, daß die Elemente aus zwei in horizontalen Führungen gleitenden Schiebern bestehen, denen je ein auf der Innen- bzw. Außenseite des Standrohres angeordnetes temperatursensibles Verstellelement zugeordnet ist. Diese Schieber werden durch die Verstellelemente so verschoben, daß sie in ihrem Zusammen wirken wahlweise die angestrebte Verschluß- oder Offenstellung bewirken.

Die beiden Schieber können so einander zugeordnet werden, daß sie sich flächig über decken. Besitzt nun jeder Schieber eine Durchbrechung, dann ist es möglich, die Schieber so anzuordnen, daß die Durchbrechungen beider Schieber nur bei Temperaturgleichheit auf der Innen- und Außenseite des Standrohres miteinander korrespondieren. In diesem Fall ist die Strömung freigegeben. Bei einer Temperaturdifferenz sind die Schieber infolge der Ver stellung durch die temperatursensiblen Stellelemente hingegen so verschoben, daß die Durchbrechungen dann durch die jeweils gegenüberliegende Schieberfläche verschlossen sind. Das Ausströmen wird garantiert verhindert.

Für den vorgesehenen Einsatzzweck verwendet man als temperatursensible Verstellelemente vorzugsweise bekannte Flüssigkeits-Dehnstoffelemente, wie sie etwa bei Thermostatven tilen an Heizkörpern problemlos eingesetzt werden. Diese besitzen einen Behälter für einen geeigneten flüssigen Dehnstoff mit einem integrierten Metallbalg, mit dem ein dauerhaft absolut dichtes System zu erzielen ist. In diesem Metallbalg sitzt ein auf den betreffenden Schieber einwirkender, durch eine Druckfeder vorgespannter Kraftübertragungsstab. Die Vorspannung unterstützt die Bewegung des Stabes in den Behälter hinein und er sorgt für eine Druckerhöhung im Inneren des Behälters, die zu einem Anstieg der Siedetemperatur der Dehnstoffflüssigkeit führt. Der temperatursensible Einsatzbereich der Flüssigkeit kann dadurch erweitert werden.

Flüssigkeitsdehnstoffelemente der beschriebenen Art bieten den großen Vorteil, daß sie eine große Kraft ausüben können. Dieser Kraft entsprechend kann die Druckfeder für das Zu rückschieben ausgelegt werden. Dadurch ist eine präzise Bewegung der Schieber in beiden Richtungen auch bei eventuell auftretenden Verschmutzungen gewährleistet.

Die Zeichnung stellt Ausführungsbeispiele der Erfindung dar. Es zeigt:

Fig. 1 den schematischen Aufbau einer Anlage mit einem Wasserspeicher und einer externen Aufheizvorrichtung,

Fig. 2 einen horizontalen Schnitt durch die Wand des Standrohres im Bereich einer der seitlichen Ausströmöffnungen,

Fig. 3 die Ansicht X aus Fig. 2,

Fig. 4a, 5a und 6a drei mögliche Schieberstellungen bei einer Darstellung nach Fig. 2 und

Fig. 4b, 5b und 6b die Draufsicht auf die Fig. 4a, 5a und 6a.

Der Wasserspeicher hat die Form eines stehenden Behälters 1 mit einem zentralen Standrohr 2. Das in einer externen Aufheizvorrichtung 3 erwärmte Wasser wird mittels einer Umwälzpumpe 4 durch den Speicherrücklauf 5 unten in das Standrohr 2 gefördert. Es strömt durch die Ausströmöffnungen 6 in den Wasserraum 7, um diesen durch den Speichervorlauf 8 wieder zu verlassen. Nähere Einzelheiten, wie etwa der Wasserzu- und -ab lauf sind nicht beschrieben, da sie für das Wesen der Erfindung keine Bedeutung haben.

Den Ausströmöffnungen 6 sind jeweils zwei Schieber 9 mit Durchbrechungen 10 zugeord net, die in horizontalen Führungen 11 gleiten. Jedem Schieber 9 ist ein Dehnstoffelement 12 als temperatursensibles Verstellelement zugeordnet, das den betreffenden Schieber 9 tempe raturabhängig verstellt. Das Dehnstoffelement 12 besteht aus einem mit einem geeigneten flüssigen Dehnstoff gefüllten Behälter 13 mit einem integrierten Metallbalg 14 und einem durch eine Druckfeder 15 vorgespannten, auf den Schieber 9 einwirkenden Kraftüber tragungsstab 16.

Eines der beiden Dehnstoffelemente 12 sitzt auf der Innenseite I und das andere auf der Außenseite A des Standrohres 2. Je nach der vorliegenden Temperatur auf dieser oder jener Seite ergibt sich eine unterschiedlichen Schieberstellung. Fig. 4a + 4b zeigt die Stellung, wenn das Einleitungswasser wärmer ist als der Speicherinhalt. Bei Fig. 5a + 5b ist hingegen das Einleitungswasser kälter. Bei gleicher Temperatur auf beiden Seiten ergibt sich die Schieberstellung gemäß Fig. 6a + 6b. Die beiden Durchbrechungen 10 korrespondieren mit einander. Es kann warmes Wasser in den Wasserraum 5 hineinströmen.

Durch die Tatsache, daß das Einleiten von erwärmtem Wasser nur bei Temperaturgleichheit erfolgen kann, kann die Fließgeschwindigkeit im Standrohr hoch gewählt und dessen Quer schnitt gering bemessen werden. Das Einleitungssystem kann in der Großanlagentechnik auch die Funktion eines Rücklaufwächters übernehmen. Dieser verhindert, daß wärmeres Wasser über den Rücklauf in den Speicher einströmt als dort vorhanden ist und schließt damit die Beladung des Speichers mit Wärmeenergie aus dem Rücklauf aus. Mit den er findungsgemäßen Verschlußelementen wird das Einleiten von Wasser in diesem Fall ver hindert. Der Einsatz eines teuren Rücklaufwächters kann entfallen.

Claims

1. Wasserspeicher in Heizungsanlagen, wie Warmwasser- oder Pufferspeicher, in Form eines stehenden Behälters (1) mit einem Standrohr (2) als Leitelement für unten eingeführtes, durch eine externe Aufheizvorrichtung (3) erwärmtes Wasser mit seitlich in Abständen übereinander angeordneten Ausströmöffnungen (6), welchen Elemente zum Beeinflussen des Durchströmens zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente temperaturabhängig derart zu verstellen sind, daß sie bei Temperaturdifferenz auf der Innenseite (I) und der Außenseite (A) des Standrohres (2) in Verschlußstellung und bei Temperaturgleichheit auf beiden Seiten in Offenstellung sind.

2. Wasserspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente aus zwei in horizontalen Führungen (11) gleiten den Schiebern (9) bestehen, denen je ein auf der Innenseite (I) bzw. der Außenseite (A) des Standrohres (2) angeordnetes temperatursensibles Verstellelement zugeordnet ist, und die in ihrem Zusammenwirken wahlweise die Verschluß- oder Offenstellung bewirken.

3. Wasserspeicher nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der beiden Schieber (9) eine Durchbrechung (10) besitzt, wobei die Durchbrechungen (10) beider Schieber (9) nur bei Temperaturgleichheit auf der Innenseite (I) und der Außenseite (A) des Standrohres (2) miteinander korrespondieren, während sie bei einer Temperaturdifferenz auf beiden Seiten durch die dann jeweils gegen überliegende Schieberfläche abgedeckt sind.

4. Wasserspeicher nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die temperatursensiblen Verstellelemente als an sich bekannte Dehnstoffelemente (12) mit je einem Behälter (13) für einen geeigneten flüssigen Dehnstoff einen integrierten Metallbalg (14) und einen durch eine Druckfeder (15) vorgespannten, auf den betreffenden Schieber (9) einwirkenden Kraftübertragungsstab (16) bestehen.