AT511954B1 - Warmwasserspeicher - Google Patents

Abstract

Es wird ein Warmwasserspeicher mit einem Speicherbehälter (1) und mit einem an einen Vor- und einen Rücklauf (6, 7) für einen Wärmeträger angeschlossenen Wärmetauscher (2) innerhalb des Speicherbehälters (1) in Form wenigstens einer Rohrschlange beschrieben. Um vorteilhafte Konstruktionsverhältnisse zu schaffen, wird vorgeschlagen, dass der Wärmetauscher (2) zumindest zwei der Höhe nach übereinander in Reihe geschaltete Abschnitte (3, 4) bildet, von denen der untere Abschnitt (3) an den Vor- und Rücklauf (6, 7) des Wärmeträgers angeschlossen und der obere Abschnitt (4) durch eine an den unteren Abschnitt (3) angeschlossene Steigleitung (5) kurzgeschlossen ist.

Description

österreichisches Patentamt AT511 954 B1 2013-04-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen Warmwasserspeicher mit einem Speicherbehälter und mit einem an einen Vor- und einen Rücklauf für einen Wärmeträger angeschlossenen Wärmetauscher innerhalb des Speicherbehälters in Form wenigstens einer Rohrschlange.

[0002] Zum Laden eines Warmwasserspeichers ist es bekannt, den Speicherbehälter mit einem Wärmetauscher in Form einer üblicherweise schraubenförmig gewundenen Rohrschlange auszurüsten, die an den Vor- und Rücklauf einer Wärmequelle für einen Wärmeträger angeschlossen ist. Ist die Vorlauftemperatur des Wärmeträgers größer als die Warmwassertemperatur im Speicherbehälter, so wird Wärme vom Wärmeträger auf das Warmwasser übertragen, wobei eine Temperaturschichtung des Wassers im Speicherbehälter angestrebt wird, um bei einer Warmwasserentnahme eine möglichst hohe Warmwassertemperatur nützen zu können. Bei Wärmequellen mit einem stark unterschiedlichen Wärmeangebot, wie beispielsweise bei Sonnenkollektoren, ergeben sich unterschiedliche Ladebedingungen, die unter Umständen dazu führen können, dass bei einem weitgehend aufgeladenen Warmwasserspeicher der vergleichsweise kühle Wärmeträger dem Warmwasserspeicher Wärme entzieht, was bei Warmwasserspeichern mit einer zusätzlichen Heizung, beispielsweise einer elektrischen Widerstandsheizung, zu einem an sich unnötigen Einsatz der Zusatzheizung führen kann. Das unterschiedliche Wärmeangebot thermischer Kollektoren könnte durch eine unterschiedliche Anspeisung des Wärmetauschers entsprechend der Temperaturschichtung im Speicherbehälter berücksichtigt werden, doch ist dies mit einem erheblichen Konstruktions- und Steuerungsaufwand verbunden.

[0003] Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Warmwasserspeicher der eingangs geschilderten Art so auszugestalten, dass unterschiedliche Wärmeangebote der Wärmequellen für den Wärmeträger des Ladekreises in konstruktiv einfacher Art berücksichtigt werden können.

[0004] Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass der Wärmetauscher zumindest zwei der Höhe nach übereinander in Reihe geschaltete Abschnitte bildet, von denen der untere Abschnitt an den Vor- und Rücklauf des Wärmeträgers angeschlossen und der obere Abschnitt durch eine an den unteren Abschnitt angeschlossene Steigleitung kurzgeschlossen ist.

[0005] Zufolge dieser Maßnahmen wird der Wärmetauscher in einen unteren, zwangs-durchströmten Abschnitt und einen oberen Abschnitt unterteilt, in dem sich aufgrund der jeweils herrschenden Temperaturverhältnisse eine Konvektionsströmung ausbilden kann. Liegt nämlich die Rücklauftemperatur des Wärmeträgers über der Schichttemperatur des Speicherbehälters im Bereich des oberen Wärmetauscherabschnitts, so steigt ein Teil des Wärmeträgers wegen der wärmebedingt geringeren Dichte in der Steigleitung auf. Es stellt sich somit im oberen Abschnitt des Wärmetauschers eine Wärmeträgerströmung ein, über die Wärme an das Warmwasser in diesem Bereich des Speicherbehälters abgegeben werden kann. Der dabei abgekühlte Wärmeträger strömt zum unteren Wärmeträgerabschnitt zurück, sodass sich im oberen, über die Steigleitung kurzgeschlossenen Abschnitt des Wärmetauschers eine konvektionsbedingte freie Kreislaufströmung für den Wärmeträger ergibt, über die die unterschiedlichen Wärmeangebote der jeweils eingesetzten Wärmequelle für die Erwärmung des Wärmeträgers in einfacher Weise berücksichtigt werden können.

[0006] Einfache Konstruktionsverhältnisse ergeben sich, wenn der Rücklauf des Wärmeträgers an der Steigleitung angeschlossen ist. In diesem Fall bestimmt die Rücklauftemperatur des Wärmeträgers in Abhängigkeit von der Schichttemperatur des Warmwassers im Bereich des oberen Abschnitts des Wärmetauschers die Konvektionsströmung des Wärmeträgers durch den oberen Wärmetauscherabschnitt. Wird jedoch die Steigleitung unterhalb des Rücklaufs des Wärmeträgers an den unteren Abschnitt des Wärmetauschers angeschlossen, so kann eine im Vergleich zur Rücklauftemperatur höhere Temperatur für die Konvektionsströmung durch den oberen Abschnitt genützt werden.

[0007] Um eine vorteilhafte Temperaturschichtung sicherzustellen, können zwei oder mehrere 1 /5 österreichisches Patentamt AT 511 954 B1 2013-04-15 jeweils durch eine Steigleitung kurzgeschlossene Abschnitte oberhalb des unteren, zwangs-durchströmten Abschnitts des Wärmetauschers vorgesehen sein. Die Wärmeträgertemperaturen in den oberen Abschnitten des Wärmetauschers und die Schichttemperaturen im Speicherbehälter bedingen die jeweiligen konvektionsbedingten Kreislaufströmungen des Wärmeträgers durch die einzelnen oberen Abschnitte.

[0008] Damit im Bereich der jeweiligen Konvektionsströmung ein vorteilhafter Wärmeübergang vom Wärmeträger auf das Warmwasser im Speicherbehälter erreicht werden kann, kann der obere Abschnitt des Wärmetauschers zwei parallel geschaltete Rohrschlangen umfassen, sodass bei geteilter Wärmeträgerströmung eine vergrößerte Wärmetauscherfläche für den Wärmeübergang zur Verfügung steht.

[0009] Wie bereits ausgeführt wurde, hängt die Wirkung des Wärmetauschers vor allem von der Vorlauftemperatur des Wärmeträgers ab. Ist diese aufgrund eines ungünstigen Wärmeangebots der Wärmequelle für die Erwärmung des Wärmeträgers zu niedrig, so kann der Warmwasserspeicher über den Wärmeträger unter Umständen entladen werden. Damit dies mit Sicherheit ausgeschlossen werden kann, kann der Wärmetauscher in Abhängigkeit von der Vorlauftemperatur des Wärmeträgers an den Vorlauf des Wärmeträgers angeschlossen werden. Zu diesem Zweck kann ein Temperaturfühler in den Vorlaufanschluss des Wärmetauschers eingeführt werden oder innerhalb des Speicherbehälters ein Temperaturfühler angeordnet sein, der im Bereich der durch den Vorlauf des Wärmeträgers im Einströmbereich des unteren Abschnitts des Wärmetauschers bedingten Konvektionsströmung des Wassers vorgesehen ist. Diese Konvektionsströmung kann durch entsprechende Leitwände vorteilhaft gegen den Temperaturfühler gerichtet werden.

[0010] In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen [0011] Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Warmwasserspeicher in einem schematischen Axial schnitt und [0012] Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung einer Konstruktionsvariante eines erfindungsgemäßen Warmwasserspeichers.

[0013] Der Warmwasserspeicher gemäß dem Ausführungsbeispiel nach der Fig. 1 umfasst einen Speicherbehälter 1 für Warmwasser mit den üblichen Anschlüssen für verschiedene Verbraucher, wobei aus Übersichtlichkeitsgründen die Wärmedämmung nicht dargestellt ist. Zum Laden des Wärmespeichers dient ein Wärmetauscher 2 in Form einer schraubenförmig gewundenen Rohrschlange innerhalb des Speicherbehälters 1. Der Wärmetauscher 2 ist in zwei übereinander in Reihe geschaltete Abschnitte 3 und 4 unterteilt, wobei der obere Abschnitt 4 über eine an den unteren Abschnitt 3 angeschlossene Steigleitung 5 kurzgeschlossen ist. Der untere Abschnitt 3 des Wärmetauschers 2 ist an einen Vorlauf 6 und einen Rücklauf 7 einer Wärmequelle für einen Wärmeträger angeschlossen. Als Wärmequelle zum Erwärmen des Wärmeträgers eignen sich insbesondere Sonnen- und Erdkollektoren sowie Wärmepumpen.

[0014] Zum Laden des Warmwasserspeichers wird der erwärmte Wärmeträger mittels einer Ladepumpe durch den unteren Abschnitt 3 des Wärmetauschers 2 gepumpt und über den Rücklauf 7 im Kreislauf wieder der Wärmequelle zugeführt. Der Rücklauf 7 des Wärmeträgers ist beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 an die Steigleitung 5 angeschlossen. Übersteigt die Rücklauftemperatur des Wärmeträgers die Schichttemperatur des Warmwassers im Bereich des oberen Abschnitts 4 des Wärmetauschers 2, so steigt der Wärmeträger oberhalb des Rücklaufanschlusses in der Steigleitung 5 aufgrund seiner geringeren Dichte auf und es bildet sich eine Konvektionsströmung durch den oberen Abschnitt 4 des Wärmetauschers 2 aus, über die Wärme an das Warmwasser des Speicherbehälters 1 im Bereich des oberen Abschnitts 4 des Wärmetauschers 2 abgegeben wird. Der dabei abgekühlte Wärmeträger wird im Kreislauf dem Wärmeträgerstrom aus dem unteren Abschnitt 3 wieder zugemischt.

[0015] Zum Unterschied zur Ausführungsform nach der Fig. 1 ist die Steigleitung 5 nach dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 unterhalb des Rücklaufs 7 für den Wärmeträger mit der Rohrschlange des unteren Abschnitts 3 des Wärmetauschers 2 verbunden. Dies bedeutet, dass 2/5