DE20109029U1

DE20109029U1 - Speicherbehälter eines Warmwasserbereiters

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Publication number: DE20109029U1
Application number: DE20109029U
Authority: DE
Original assignee: Electrolux Haustechnik GmbH
Current assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Priority date: 2001-05-30
Filing date: 2001-05-30
Publication date: 2002-10-10
Anticipated expiration: 2011-05-31

Description

FO-2001/001

Bg/ah

23.5.2001

AEG Hausgeräte GmbH D-90327 Nürnberg

Beschreibung Speicherbehälter eines Warmwasserbereiters

Die Erfindung betrifft einen Speicherbehälter eines Warmwasserbereiters gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Aus der DE 42 02 990 Al ist ein Warmwasserbereiter bekannt, der einen Speicherbehälter zum Erhitzen von zulaufendem Kaltwasser und Bevorraten der erhitzten Flüssigkeit bis zur Entnahme derselben aufweist. Dieser Speicherbehälter wird mit Hilfe einer Kaltwasser-Zuleitung befüllt, deren Einfüllstutzen an der Oberseite des Speicherbehälters angeordnet ist. Das Kaltwasser wird jedoch nicht an der Oberseite des Speicherbehälters diesem zugeführt, vielmehr wird die Kaltwasser-Zuleitung am Speicherbehälter seitlich entlang geführt und mündet schließlich am Boden des Speicherbehälters in diesen. Um eine möglichst günstige Auslaufkurve des Warmwassers, d.h. möglichst lange eine gleichbleibend hohe Temperatur -und einen späten, raschen Temperaturabfall zu erzielen, hat es sich als günstig erwiesen, eine sogenannte Schichtung innerhalb des Speicherbehälters einzustellen, das heißt, innerhalb des Speicherbehälters befinden sich im Bodenbereich kältere Wasserschichten, während die darüberliegenden Schichten nach oben hin durch möglichst rasch ansteigende Temperaturen gekennzeichnet sind. Eine solche Schichtung kann sich jedoch nicht einstellen, wenn das zufließende

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Kaltwasser mit hohem Druck und hoher Geschwindigkeit in den Speicherbehälter einschießt, so dass es zu einer Verwirbelung und damit Durchmischung des Speicherinhaltes kommt. Um dies zu verhindern ist der Mündungsbereich der Kaltwasser-Zuleitung gemaß der DE 42 02 990 Al trichterförmig erweitert, so dass es hier zu einer Verlangsamung der Einströmgeschwindigkeit kommt. Eine solche Verringerung der Einströmgeschwindigkeit ist jedoch nur in gewissen Grenzen erreichbar, da die Erweiterung des Zulaufrohres im Mündungsbereich aus konstruktiven Gründen nicht beliebig groß einstellbar ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Speicherbehälter eines Warmwasserbereiters der in Rede stehenden Art anzugeben, bei dem die Durchmischung des Inhalts des Speicherbehälters durch einströmendes Kaltwasser mit einfachen Mitteln besonders wirkungsvoll verhindert ist.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt bei dem Speicherbehälter gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 durch die kennzeichnenden Merkmale dieses Anspruches. Ein Speicherbehälter eines Warmwasserbereiters weist eine Kaltwasser-Zuleitung auf, die an der Speicherbehälter-Oberseite an eine Wasserversorgungsanlage anschließbar ist, am Speicherbehälter entlang geführt wird und am Boden des Speicherbehälters in diesen mündet. Die Kaltwasser-Zuleitung weist wenigstens einen Bereich mit einem sich in Fließrichtung erweiternden Querschnitt auf. Das im Speicherbehälter bevorratete erwärmte Wasser wird mittels einer Warmwasser-Ableitung an der Speicherbehälter-Oberseite entnommen. Erfindungsgemäß ist in der Kaltwasser-Zuleitung wenigstens ein Ort vorgesehen, an dem der Querschnitt sprungförmig in Fließrichtung erweitert ist. Die sprungförmige Erweiterung des Querschnittes der Kaltwasser-Zulaufleitung bewirkt eine Reduzierung der Zulaufgeschwindigkeit an dieser Stelle. Dabei wird jedoch

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nicht nur der physikalische Zusammenhang zwischen Fließgeschwindigkeit
und jeweiligen Rohrquerschnitt ausgenutzt, es
stellen sich hierbei darüber hinaus die vorteilhaften Wirkungen eines Carnot'sehen Stoßes ein. Das zufließende Wasser fließt
nämlich im Kaltwasser-Zulaufrohr bis zur Sprungstelle des Querschnittes in einer laminaren Strömung. Eine solche laminare
Strömung ist durch eine besonders hohe Strömungsgeschwindigkeit im Rohrzentrum und eine besonders niedrige Fließgeschwindigkeit an den Rohrinnenwänden gekennzeichnet. Insbesondere die hohe

Fließgeschwindigkeit in der Rohrmitte würde das unerwünschte

Durchmischen des Speicherinhaltes bewirken. An der Stelle der
■ Querschnittserweiterung wird jedoch durch die Stufe des Carnot'
sehen Stoßes die Strömung abgerissen, so dass eine Verwirbelung
der zuströmenden Flüssigkeit entsteht. Diese Verwirbe-

lung bewirkt eine gewünschte turbulente Strömung des zufließenden Kaltwassers im darauf folgenden Teil des Kaltwasser-Zulauf
rohres . Bei dieser turbulenten Strömung ist die Zentrumsgeschwindigkeit des zufließenden Wassers verringert während die Strömungsgeschwindigkeit an den inneren Rohrwänden deutlich erhöht ist. Während also die mittlere Fließgeschwindigkeit unverändert ist, variiert die Strömung über den Rohrquerschnitt nunmehr in nur noch geringem Maße. Die .verringerte Fließgeschwindigkeit
in der Rohrmitte verursacht dann nur noch eine Durchmischung
im Speicherbehälter, die deutlich gegenüber derjenigen bei Einströmung ohne Zuhilfenahme der erfindungsgemäßen Maßnahme verringert ist.

Eine wenigstens annähernd rechtwinkelige Umlenkung der Kaltwasser-Zuleitung im Bereich der Mündung in den Speicherbehälter"
kann die Reduzierung der Durchmischung noch weiter erhöhen. An
dieser Abwinkelung trifft die zuströmende Flüssigkeit nämlich
auf eine gegenüberliegende Wand auf, wodurch der Strömungsimpuls
insbesondere in der Rohrmitte aufgefangen wird.

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Eine besonders gute Wasserverteilung im Speicherbehälter wird dadurch erreicht, dass das eingeleitete Wasser einer Mitte des Speicherbehälterbodens zugeführt wird. Dies erfolgt vorzugsweise durch eine kanalartige Vertiefung am.Speicherbehälterboden, in den das von der Kaltwasser-Zuleitung gelieferte Wasser eingeleitet wird. Nach dem Transport des eingeleiteten Wassers im Kanal zur Mitte des Speicherbehälterbodens verteilt sich das Wasser annähernd radial, so dass bei jedem Wasserzulauf jeweils neue Wasserschichten aufgebaut werden, die allmählich bei Entnahme von Warmwasser an der Speicherbehälter-Oberseite nach oben transportiert werden. Die Wasserverteilung im Speicherbehälter wird durch einen Kanal, der eine sich zur Mitte des Speicherbehälterbodens hin verringernde Tiefe aufweist, besonders günstig beeinflußt. In diesem Fall erfolgt der Aufbau der Wasserschichten ausgehend von der Seite des Wassereintrags, ähnlich wie beim Ausrollen eines Teppichs. Eine besonders geeignete Ausgestaltung des Speicherbehälterbodens sieht einen wenigstens annähernd kugelförmig gestalteten Bereich am Boden des Speicherbehälters vor.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des Speicherbehälters liegt darin, dass wenigstens ein Behälter-Oberteil und ein Behälter-Unterteil umfaßt sind, welche durch eine Verbindungstechnik zusammengefügt sind, wobei gegebenenfalls ein oder mehrere Behälter-Zwischenteile zwischengeschaltet sind. Ein solcher Aufbau ermöglicht es, dass in einer Produktionsanlage unterschiedliche Behältergrößen durch einen solchen modularen Aufbau herstellbar sind. Bei diesem Aufbau des Speicherbehälters eignet sich wenigstens eine der Verbindungsstellen dazu, dass an dieser die sprungförmige Querschnittserweiterung lokalisiert ist.

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Der Speicherbehälter kann aus Kunststoff hergestellt sein. Als Herstellverfahren hierzu eignet sich insbesondere der Kunststoff Spritzguss und zur Verbindung der Behälterteile ist Spiegelschweißen vorzuziehen.
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Auch die Kaltwasser-Zuleitung kann in wenigstens zwei Teilleitungen unterteilt sein, wobei jede Teilleitung an jeweils einem ihr zugeordneten Behälterteil derart angekoppelt ist, dass sie mit dem zugeordneten Behälterteil ein einstückiges Bauteil bildet. Alle Teilleitungen ergeben so nach der Verbindung der Behälterteile die vollständige Kaltwasser-Zuleitung. Auch in diesem Fall ist als Verbindungstechnik ein Spiegelschweißvorgang besonders geeignet.

Besonders einfache und kostengünstig aufgebaute Spritzwerkzeuge für die Speicherbehälter-Bauteile sehen eine Entformung vor, die zu der oder den Schweißnähten gerichtet ist. Dies bedeutet insbesondere beim Speicherbehälter-Unterteil, dass für die Entformung eine Entformungskonizität eingestellt werden muß, die dazu führt, dass die dem Behälter-Unterteil zugeordnete Teilleitung in'Fließrichtung bestenfalls einen gleichbleibenden, regelmäßig jedoch einen sich verringernden Querschnitt in Fließrichtung des einströmenden Kaltwassers aufweist. Diese Entformungsschräge ist jedoch sinnvollerweise so klein wie möglieh gehalten, so dass die gesamte Kaltwasser-Zuleitung einen geringeren Eingangsquerschnitt als Ausgangsquerschnitt hat. Die Querschnittserweiterung in dem bzw. in den oberen Leitungsteilen überwiegt somit die technisch bedingte Querschnittsverringerung in wenigstens dem unteren Behälterteil erheblich, so dass jedenfalls die gewünschte Reduzierung der Einströmgeschwindigkeit erzielt ist. Darüber hinaus kann die Querschnittsverringerung auch dadurch besonders klein gehalten wer-

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den, dass die Speicherbehälter-Unterseite eine kleinere Höhenabmessung aufweist als die Speicherbehälter-Oberseite.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Dabei zeigen:

Fig. 1 den Behälter eines Kleinspeichergerätes im Längsschnitt mit einem Kaltwasserzulaufrohr;

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Innenseite des Bodens des Kleinspeichergerätes gemäß Fig. 1; und

Fig. 3a,b Ausführungsvarianten des Speicherbehälterbodens ,

Ein Warmwasser-Kleinspeichergerät weist einen Behälter 1 auf, in dem im vorliegenden Beispiel eine Wassermenge von 5 Litern zum Zwecke der Bereitstellung einer Warmwassermenge bevorratet wird. Der Behälter 1 besteht aus zwei Behälterhälften 2, 3, die beide aus Kunststoff sind und während eines Kunststoff-Spritzverfahrens hergestellt sind und mittels eines Schweißvorganges an der Nahtstelle 7 verbunden werden. Innerhalb des Behälters 1 ist ein nicht dargestelltes Heizelement angeordnet, welches zum Aufheizen des zugeführten Wassers dient.

Die Wasserzufuhr erfolgt mittels eines Zulaufrohres 4, welches an den Behälter 1 angekoppelt und vom Behälterinneren durch eine Wand X getrennt ist, die parallel zur Behälterachse verläuft. Das Zulaufrohr 4 besteht ebenso wie der Behälter 1 aus zwei Hälften 5, 6, die jeweils mit den Behälterhälften 2, 3 einstückig hergestellt sind und ebenfalls miteinander während des Schweißvorganges verbunden werden. Der obere Abschnitt 5

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des Zulaufrohres .4 weitet sich von seinem Einfüllstutzen 13 nach unten hin mit einem Winkel von ca. 4 ° auf. Aus werkzeugtechnischen Gründen (Entformung) reduziert sich der untere Abschnitt 6 nach unten hin im Querschnitt geringfügig wieder. 5

In der Schweißebene 7 ist der Querschnitt des oberen Rohrabschnitts 5 deutlich kleiner als der Querschnitt des unteren Rohrabschnitts 6, so daß sich eine stufenförmige Querschnittserweiterung in Fließrichtung des zulaufenden Wassers einstellt.

Am Ende des Zulaufrohres 4, welches am Boden 10 des Behälters 1 angeordnet ist, befindet sich ein Zugang zum Inneren des Behälters 1, wobei die Strömung an dieser Stelle eine rechtwinklige Umlenkung erfährt. Der ansonsten kugelabschnittförmig ausgebildete Behälterboden 10 weist im Bereich der Umlenkung 8 der Wasserzufuhreinrichtung eine kanalförmige Vertiefung 9 von der Behältereintrittsöffnung bis zur Behälterbodenmitte auf. Diese kanalförmige Vertiefung 9 ist nach oben offen und ihre Tiefe nimmt zur Mitte des Behälterbodens 10 hin ab.

Schließlich weist das Warmwasser-Kleinspeichergerät noch eine Warmwasser-Ableitung 14 an der Speicher-Oberseite zur Entnahme des bevorrateten Warmwassers.

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf die untere Behälterhälfte 3.

Zu erkennen ist der Querschnitt des prismatischen Einlaufrohres und- dessen Anbindung an die Behälterwand X. Der Übergang an der Umlenkung 8 vom unteren Zulaufrohr 6 zum Kanal 9 ist von zwei kurzen Seitenstegen- 11, 12 gebildet.·

Das Warmwasser-Kleispeichergerät wird im Haushalt mit dem Einfüllstutzen 13 an eine Kaltwasser-Versorgungsanlage angeschlossen. Ein Wasserzulauf erfolgt nur, wenn an der Warmwasser-

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Ableitung 14 Flüssigkeit entnommen wird. Das in das Zulaufrohr 4 einströmende Wasser verringert seine Strömungsgeschwindigkeit im oberen Rohrabschnitt 5 aufgrund des in Strömungsrichtung sich erweiternden Rohrquerschnitts. In der Schweißebene 7 des oberen und unteren Rohrabschnitts 5 bzw. 6 erhöht sich der Querschnitt des Zulaufrohres 4 sprungartig, so daß eine weitere Reduzierung der Strömungsgeschwindigkeit im unteren Rohrabschnitt 6 nachfolgt. An der Sprungstelle in der Schweißebene kommt es darüberhinaus auch zu einer Verwirbelung des fließenden Wassers, welches aus dem als Carnot'schen Stoß bezeichneten physikalischen Effekt an einer Sprungstelle des Querschnittes im Rohrinneren resultiert. Diese Verwirbelung der fließenden Flüssigkeit hat zur Folge, daß die ausgebildete Strömung nicht mehr wie vor der Querschnittserweiterung laminarer Natur ist, sondern in eine turbulente Strömung wechselt. Dies hat eine Vergleichmäßigung der Strömungsgeschwindigkeiten über, den gesamten Rohrquerschnitt zur Folge. Obwohl somit zwar die mittlere Geschwindigkeit über den Rohrquerschnitt, unverändert ist, treten nunmehr nicht mehr wie bei der laminaren Strömung besonders hohe Strömungsgeschwindigkeiten in der Rohrmitte und besonders niedrige Geschwindigkeiten an der Rohrinnenwand auf.

Im unteren Rohrabschnitt 6 nimmt aufgrund der erneuten Verringerung des Querschnitts die Fließgeschwindigkeit geringfügig wieder zu. Diese Querschnittsverringerung ist jedoch auf das notwendige Maß begrenzt, so daß jedenfalls der Eintrittsquerschnitt des Zulaufrohres· 4 deutlich kleiner als der Austrittsquerschnitt ist. Die absolute Querschnittsverringerung ist auch dadurch klein gehalten, daß der untere Rohrabschnitt 6 kürzer als der obere Rohrabschnitt 5 ist.

Durch die erneute Verringerung des Rohrquerschnitts im unteren Rohrabschnitt 6 wird allmählich erneut eine geringfügig lamina-

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re Strömung aufgebaut. Um dies möglichst gering zu halten bzw. wieder auszugleichen, ist das Ende des unteren Rohrabschnitts 6 prismenförmig im Querschnitt ausgestaltet und eine rechtwinklige Umlenkung 8 der Strömung an der Einmündung des unteren Rohrabschnitts 6 in die untere Behälterhälfte 3 vorgesehen. Das fließende Wasser prallt an der Umlenkungsstelle 8 auf den Behälterboden 10 auf, so daß es erneut zu einer Vergleichmäßigung der Strömungsgeschwindigkeit über den gesamten Strahlquerschnitt kommt.

Der weitere Weg der zuströmenden Flüssigkeit führt durch den Kanal 9 zur Behältermitte. Da der Kanal 9 zur Behältermitte hin in der Höhe abnimmt, tritt die Flüssigkeit großflächig in den Behälter ein, welches mit einer sehr geringen Geschwindigkeit vollzogen wird, so daß der Behälterinhalt nicht durchmischt wird. Somit entstehen Wasserschichten im Behälter 1, die an der Grenze des nachgeflossenen Kaltwassers zu dem bereits im Behälter befindlichen bereits erwärmten Wasser von rasch ansteigender Temperatur geprägt sind. An der Warmwasser-Ableitung 14 steht somit lange Zeit die eingestellte Temperatur zur Verfügung, so daß eine besonders gute Auslauf-Temperaturkurve des Warmwassers erreicht ist.

Figuren 3a und 3b zeigen Ausführungsvarianten des Speicherbehälerbodens 10. Gemäß Figur 3a ist am Kanalende eine Prallrippe 15 angeordnet, welche in der gezeigten Anordnung eine senkrechte Ausrichtung aufweist. An dieser Prallrippe 15 schlägt der einströmende Wasserstrahl ebenfalls an, wie an der Umlenkungsstelle 8, so dass hier der Strömungsimpuls des einströmenden Wassers nochmals gebrochen wird. Altenativ zu dieser Prallrippe 15 kann auch gemäß Figur 3a eine Anschlagkante 16 am Behälterboden vorgesehen sein, die die gleiche Funktion wie die Prallrippe 15 hat. Diese Anschlagkante 16 ist unmittelbar in den Be-

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hälterboden 10 eingearbeitet, so dass bei dieser Ausführungsvariante der Speicherbehälterboden 10 von der Umlenkung 8 bis zur Anschlagkante 16 im Querschnitt annähernd geradlinig verläuft, so dass hier der Kanal 9 über seine gesamte Länge eine annähemd gleichbleibende Tiefe aufweist.

Im Übrigen kann der mit vorstehendem Ausführungsbeispiel gezeigte Speicherbehälter nicht nur, wie vorliegend, in einem Untertischgerät vorgesehen sein. Durch eine um 180° gedrehte An-Ordnung und einfache Modifikation der Kaltwasser-Zuleitung 4 und der Warmwasser-Ableitung 14 kann der Speicherbehälter 1 auch in einem Übertischgerät umfaßt sein, wobei in diesem Fall die Zuleitung 4 und die Ableitung 14 ihre Funktionen'tauschen.

Claims

1. Speicherbehälter eines Warmwasserbereiters mit einer Kaltwasser-Zuleitung, die an der Speicherbehälter-Oberseite an eine Wasserversorgungsanlage anschließbar ist, am Speicherbehälter entlanggeführt wird und am Boden des Speicherbehälters in diesen mündet, wobei die Kaltwasser-Zuleitung wenigstens einen Bereich mit einem sich in Fließrichtung erweiternden Querschnitt aufweist, und mit einer Warmwasser- Ableitung an der Speicherbehälter-Oberseite, dadurch gekennzeichnet, dass in der Kaltwasser-Zuleitung (4) wenigstens ein Ort (7) vorgesehen ist, an dem der Querschnitt sprungförmig in Fließrichtung erweitert ist.

2. Speicherbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der Kaltwasser-Zuleitung (4) im Bereich der Mündung in den Speicherbehälter (1) eine wenigstens annähernd rechtwinklige Umlenkung (8) vorgesehen ist.

3. Speicherbehälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass am Speicherbehälter-Boden (10) ein Kanal (9) angeordnet ist, in den das von der Kaltwasser-Zuleitung (4) gelieferte Wasser eingeleitet und durch den das eingeleitete Wasser einer Mitte des Speicherbehälterbodens (10) zugeführt wird.

4. Speicherbehälter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (9) eine sich zur Mitte des Speicherbehälterbodens (10) hin verringernde Tiefe aufweist.

5. Speicherbehälter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (10) des Speicherbehälters (1) wenigstens annähernd kugelförmig gestaltet ist oder einen wenigstens annähernd kugelförmig gestalteten Bereich aufweist.

6. Speicherbehälter nach wenigstens einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang von Einlaufrohr (4) zum Kanal (9) von Seitenstegen (11, 12) gebildet ist.

7. Speicherbehälter nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch wenigstens ein Behälteroberteil (2) und ein Behälterunterteil (3), welche durch eine Verbindungstechnik gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines oder mehrerer Behälterzwischenteile zum Speicherbehälter (1) zusammengefügt sind, und dass die wenigstens eine sprungförmige Querschnittserweiterung an der Verbindungsstelle (7) oder an wenigstens einer von mehreren Verbindungsstellen ausgebildet ist.

8. Speicherbehälter nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Behälter- Oberteil (2) und ein Behälter-Unterteil (3) und gegebenenfalls ein oder mehrere Behälter-Zwischenteile vorgesehen sind, welche aus einem Kunststoffmaterial sind und insbesondere im Kunststoffspritzverfahren hergestellt und an wenigstens einer Verbindungsstelle miteinander gekoppelt, insbesondere verschweißt, sind.

9. Speicherbehälter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass auch die Kaltwasser-Zuleitung (4) in wenigstens zwei Teilleitung (5, 6) unterteilt ist, wobei jede Teilleitung (5, 6) an jeweils einem ihr zugeordneten Behälterteil (2, 3) derart angekoppelt ist, dass sie mit dem zugeordneten Behälterteil (2, 3) ein einstückiges Bauteil bildet und alle Teilleitungen (5, 6) nach der Verbindung, insbesondere Verschweißung, der Behälterteile (2, 3) die vollständige Kaltwasser-Zuleitung (4) ergeben.

10. Speicherbehälter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Teilleitung (5, 6) in Fließrichtung einen gleichbleibenden oder sich verringernden Querschnitt aufweist, wobei jedoch der Querschnitt des Ausgangs der gesamten Kaltwasser-Zuleitung (4) größer ist als der Querschnitt des Eingans der gesamten Kaltwasser-Zuleitung (4).

11. Speicherbehälter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die sich im Querschnitt verringernde Teilleitung (6) bzw. verringernden Teilleitungen der Speicherbehälter- Unterseite (3) zugeordnet ist bzw. sind.

12. Speicherbehälter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherbehälter-Unterseite (3) eine kleinere Höhenabmessung aufweist, als die Speicherbehälter-Oberseite (2).

13. Speicherbehälter nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel umfasst sind, durch die der Einsatz des Speicherbehälters (1) wahlweise in einem Übertisch- oder in einem Untertisch-Warmwasserbereiter ermöglicht ist.