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Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmespeicher mit einem Behälter zur temperaturge- schichteten Aufnahme eines Wärmeträgers und mit einem selbstumlaufenden Ladekreis, der einen im wesentlichen innerhalb des Behälters angeordneten Wärmetauscher zum Erwärmen des Wär- meträgers und eine sich zumindest über einen Teil der Behälterhöhe erstreckende, mit dem Behäl- ter in unterschiedlichen Höhen strömungsverbundene Steigleitung für den erwärmten Wärmeträger umfasst, wobei der Wärmetauscher ein die Steigleitung tragendes, zylindrisches Gehäuse, das den Boden des Behälters durchsetzt und Durchtrittsöffnungen zur Strömungsverbindung mit dem Behälterinneren bildet, sowie eine an einen Vor- und einen Rücklauf eines Heizmediums ange- schlossene, zum Gehäuse koaxiale, schraubenförmig gewundene Rohrschlange aufweist.
Um ohne Steuerungsaufwand eine der Temperaturschichtung entsprechende Ladung eines Wärmespeichers über einen Ladekreis zu gewährleisten, der einen ausserhalb des Wärmespei- cherbehälters angeordneten Wärmetauscher zum Erwärmen des Wärmeträgers über ein Heizme- dium und eine sich zumindest über einen Teil der Behälterhöhe erstreckende, mit dem Behälter in unterschiedlichen Höhen strömungsverbundene Steigleitung für den erwärmten Wärmeträger umfasst, ist es bekannt (EP 924 471 A2), die ausserhalb des Behälters verlaufende, über Verbin- dungsleitungen an den Behälter angeschlossene Steigleitung mit dem Wärmetauscher zu einem selbstumlaufenden Ladekreis zusammenzuschliessen.
Im Gegensatz zu Wärmetauschern mit einem Zwangsumlauf hängt die Ladekreisströmung eines selbstumlaufenden Ladekreises bei gegebenen Konstruktionsparametern ausschliesslich von der jeweiligen Temperatur des im Wärme- tauscher erwärmten Wärmeträgers und der Schichttemperatur im Behälter ab. Aufgrund der tem- peraturabhängigen Dichteunterschiede steigt der im Wärmetauscher erwärmte Wärmeträger in der Steigleitung solange auf, bis die Schichttemperatur im Behälter im Bereich einer Verbindungslei- tung der Temperatur des Wärmeträgers in der Steigleitung entspricht, so dass sich wegen der Thermosiphonwirkung des selbstumlaufenden Ladekreises eine der jeweiligen Temperaturschich- tung im Behälter entsprechende Ladung des Wärmespeichers einstellt.
Der selbstumlaufende Ladekreis erfordert zwar eine Nacheinanderschaltung des Wärmetauschers und der Steigleitung der Höhe nach, doch kann das Heizmedium für den Wärmetauscher in einem Zwangsumlauf geführt werden, so dass das jeweilige Wärmeangebot durch das Heizmedium trotz der unterschied- lichen Temperaturniveaus gut ausgenützt werden kann. Es muss allerdings der zusätzliche Platz- bedarf für den Wärmetauscher und die an den Wärmetauscher angeschlossene Steigleitung ausserhalb des Behälters sowie der dafür erforderliche Konstruktionsaufwand in Kauf genommen werden.
Zum Aufladen eines Warmwasserspeichers ist es ausserdem bekannt (EP 0 518 369 A1), im Speicherbehälter eine sich über die Behälterhöhe erstreckende Steigleitung vorzusehen, in der eine Ladeleitung eines Ladekreises mündet. Dieser Ladekreis entnimmt dem Speicherbehälter das zu erwärmende Wasser im Bodenbereich, um es über einen Wärmetauscher aufzuwärmen und der Steigleitung in einem mittleren Höhenbereich zuzuführen, die an ihrem oberen Ende und im Bereich unterhalb der Mündung der Ladeleitung Durchtrittsöffnungen aufweist, so dass unter be- stimmten Strömungsverhältnissen das über die Ladeleitung zuströmende Wasser in Abhängigkeit von seiner Ladetemperatur entweder in der Steigleitung nach oben aufsteigt oder nach unten absinkt,
um durch die Durchtrittsöffnungen der Steigleitung in die der Ladetemperatur angepasste Wasserschicht auszutreten. Wegen des Zwangsumlaufs des durch den Ladekreis geförderten Wassers können jedoch die für die angestrebte Wirkung erforderlichen Strömungsverhältnisse kaum eingehalten werden.
Schliesslich ist es bekannt (DE 195 42 076 A1 zum Laden eines Wärmespeichers einen Wär- metauscher zu verwenden, der ein eine Steigleitung tragendes, zylindrisches Gehäuse umfasst, das den Boden des Behälters des Wärmespeichers durchsetzt und Durchtrittsöffnungen zur Strö- mungsverbindung mit dem Behälterinneren bildet, und eine an einen Vor- und einen Rücklauf eines Heizmediums angeschlossene, zum Gehäuse koaxiale, schraubenförmig gewundene Rohr- schlange aufweist.
Um bei schwankenden Wärmeangeboten einen hohen Wirkungsgrad zu errei- chen, wird das Kaltwasser aus dem radial äusseren, unteren Bereich des Speicherbehälters durch eine ausserhalb des Speicherbehälters verlaufende Rohrleitung durch den Boden des Gehäuses in den Wärmetauscher geführt, wobei über ein Regelventil die in den Wärmetauscher strömende, aufzuwärmende Kaltwassermenge vorgegeben werden kann. Nachteilig ist vor allem, dass über das Gehäuse des Wärmetauschers aufgrund der durch das Gehäuse gebildeten Wärmetauscherfläche
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die Temperaturschichtung im Speicherbehälter beeinträchtigt wird. Ausserdem besteht die Gefahr, dass erwärmtes Wasser aus der Steigleitung nicht nur in einen angepassten Wärmebereich des Speicherbehälters austritt, was wiederum zu einer Störung der Wärmeschichtung im Speicherbe- hälter führt.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Wärmespeicher der eingangs geschil- derten Art mit einfachen konstruktiven Mitteln so auszugestalten, dass der Platzbedarf für die Anordnung des Wärmetauschers und der daran angeschlossenen Steigleitung entfällt und trotz- dem eine Ladung des Wärmespeichers unter einer weitgehenden Beibehaltung der Temperatur- schichtung innerhalb des Wärmespeichers ermöglicht wird.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass die Durchtrittsöffnungen des Gehäuses über die Höhe des aus Kunststoff gefertigten Mantels des Gehäuses verteilt sind und dass die Steigleitung über ihre Höhe verteilt nach unten abfallende Austrittsstutzen trägt.
Durch die Anordnung des Wärmetauschers zumindest im wesentlichen innerhalb des Behälters des Wärmespeichers wird zwar eine den Aussenraum um den Wärmespeicher freigebende Kon- struktion erhalten, doch bringt die Anordnung des Wärmetauschers im Behälterinneren die Gefahr einer Beeinträchtigung der Temperaturschichtung im Wärmespeicher mit sich. Dieser Gefahr wird durch das Vorsehen eines Kunststoffmantels für das Gehäuse des Wärmetauschers begegnet.
Da das Gehäuse den Behälterboden durchsetzt und über die Höhe seines aus Kunststoff gefertigten Mantels verteilte Durchtrittsöffnungen zur Strömungsverbindung mit dem Behälterinneren bildet, bildet sich beim Aufladen des Wärmespeichers eine Ladeströmung aus, die im Bodenbereich des Wärmespeichers eine kalte Wärmeträgerströmung aus dem Behälter des Wärmespeichers in das Gehäuse des Wärmetauschers und eine über die schraubenförmig gewundene Rohrschlange durch das Heizmedium erwärmte Wärmeträgerströmung umfasst, die innerhalb des Gehäuses nach oben zur Steigleitung strömt, um über die an die Steigleitung angesetzten Austrittsstutzen in die Wärmespeicherschicht mit der entsprechenden Temperatur auszutreten.
Die Höhe der nach unten abfallenden Austrittsstutzen kann nur bei einem vergleichsweise geringen Temperaturunterschied zwischen der in der Steigleitung aufsteigenden Wärmeträgerströmung und der im Bereich der Austrittsstutzen anliegenden Wärmeträgerschicht des Behälters überwunden werden, also nur dann, wenn der Behälter im Bereich dieser anliegenden Schicht geladen werden soll.
Es zeigt sich somit, dass trotz der Unterbringung des Wärmetauschers im Behälter durch das Vorsehen eines zur Wärmeisolierung aus Kunststoff gefertigten Gehäusemantels die Temperaturschichtung im Behäl- ter des Wärmespeichers nicht gefährdet wird, zumal bei einem höheren Wärmeangebot durch das Heizmedium in der schraubenförmig gewundenen Rohrschlange die im Wärmetauscher auf eine höhere Temperatur aufgewärmte Wärmeträgerströmung schneller aus dem Gehäuse des Wärme- tauschers in die anschliessende Steigleitung strömt.
Da sich die schraubenförmig gewundene Rohrschlange über einen wesentlichen Teil der Gehäusehöhe erstreckt, ergibt sich über die Höhe des Gehäuses des Wärmetauschers ein entsprechender Temperaturanstieg des zum Laden des Wärmespeichers erwärmten Wärmeträgers, so dass ein die Behälterschichtung beeinträchtigender Ladevorgang über die Durchtrittsöffnungen im Bereich des Kunststoffmantels unterbunden wird.
Besonders einfache Konstruktionsverhältnisse ergeben sich, wenn der Mantel des Gehäuses in eine eine Bodenöffnung umschliessende Hülse eingesetzt wird, so dass sich trotz der Ausbildung des Mantels aus Kunststoff keine Schwierigkeiten hinsichtlich der Durchführung des Wärmetau- schers durch den Boden des Wärmespeichers ergeben.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt, und zwar wird ein erfindungsgemässer Wärmespeicher in einem schematischen Axialschnitt gezeigt.
Der dargestellte Wärmespeicher weist einen stehenden Behälter 1 auf, der zur Warmwasser- aufbereitung eine Rohrschlange 2 aufnimmt, die unten an einen Kaltwasserzulauf 3 und oben an eine Warmwasserentnahmeleitung 4 angeschlossen ist. Zur Ladung des Wärmespeichers dient ein selbstumlaufender Ladekreis, der einen Wärmetauscher 5 und eine an den Wärmetauscher 5 angeschlossene Steigleitung 6 umfasst. Der Wärmetauscher 5 selbst besteht aus einem den Boden 7 des Behälters 1 durchsetzenden Gehäuse 8, dessen Mantel 9 aus Kunststoff gefertigt und in eine eine Bodenöffnung umschliessende Hülse 10 eingesetzt ist, sowie aus einer zum Gehäuse 8 koaxi- alen, schraubenförmig gewundenen Rohrschlange 11, die an einen Vorlauf 12 und einen Rücklauf 13 für ein Heizmedium angeschlossen ist, das beispielsweise über einen Sonnenkollektor erwärmt wird.
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Der im Wärmetauscher 5 mit Hilfe des die Rohrschlange 11durchströmenden Heizmediums innerhalb des Gehäuses 8 erwärmte Wärmeträger, üblicherweise Wasser, strömt aufgrund der sich ergebenden Dichteunterschiede nach oben in die Steigleitung 6, wobei über im Bodenbereich des Behälters 1 vorgesehene Durchtrittsöffnungen 14 des Gehäuses 8 der Wärmeträger aus dem kalten Bereich des Behälters 1 in das Gehäuse 8 nachströmt. Der bei einer angepassten Heizleis- tung durch das Heizmedium auf eine entsprechend hohe Temperatur aufgewärmte Wärmeträger tritt am oberen Ende der Steigleitung 6 durch eine Austrittsöffnung 15 im heissen Bereich des Wärmespeichers in den Behälter 1 aus, womit sich der Ladekreis schliesst.
Sinkt die Ladetempera- tur des Wärmeträgers zufolge eines geringeren Wärmeangebots durch das Heizmedium, so erfolgt die Ladung des Wärmespeichers über einen der an die Steigleitung 6 angeschlossenen, über deren Höhe verteilten Austrittsstutzen 16 im Bereich jener Wärmeträgerschicht, die eine an die jeweilige Ladetemperatur angepasste Schichttemperatur aufweist. Da die Austrittsstutzen 16 nach unten abfallen, wird in einfacher Weise verhindert, dass ein Teil des erwärmten Wärmeträgers aus der Steigleitung 6 über einen Austrittsstutzen 16 in den Bereich einer niedrigeren Schichttempera- tur ausfliesst und dort die Temperaturschichtung stört.
Der im Austrittsstutzen 16 entsprechend der anliegenden Temperaturschicht im Behälter 1 kältere Wärmeträger steht ja einem Absinken des in der Steigleitung 6 aufsteigenden wärmeren Wärmeträgers über den abfallenden Wärmestutzen 16 entgegen. Da im Kunststoffmantel 9 des Wärmetauschers 5 über die Gehäusehöhe verteilt zusätz- liche Durchtrittsöffnungen 17 zur Strömungsverbindung mit dem Behälterinneren vorgesehen sind, kann über das Gehäuse 8 der Wärmespeicher ebenfalls geladen werden, und zwar insbesondere bei einem geringen Wärmeangebot durch das Heizmedium. Über die Durchtrittsöffnungen 17 kann der auf die umgebende Schichttemperatur innerhalb des Gehäuses 8 aufgewärmte Wärmeträger in den Behälter 1 austreten.
Der Wärmespeicher kann nicht nur über den durch den Wärmetauscher 5 bestimmten Lade- kreis geladen werden. Es ist durchaus möglich, eine zusätzliche Ladung über einen Heizkessel vorzusehen, dessen Vorlauf mit 18 und dessen Rücklauf mit 19 bezeichnet sind. Da beim Laden des Wärmespeichers über einen Heizkessel von konstanten Ladetemperaturen ausgegangen werden kann, ist für diese Ladung kein selbstumlaufender Ladekreis erforderlich.
ANSPRÜCHE :
1. Wärmespeicher mit einem Behälter zur temperaturgeschichteten Aufnahme eines Wärme- trägers und mit einem selbstumlaufenden Ladekreis, der einen im wesentlichen innerhalb des Behälters angeordneten Wärmetauscher zum Erwärmen des Wärmeträgers und eine sich zumindest über einen Teil der Behälterhöhe erstreckende, mit dem Behälter in unter- schiedlichen Höhen strömungsverbundene Steigleitung für den erwärmten Wärmeträger umfasst, wobei der Wärmetauscher ein die Steigleitung tragendes, zylindrisches Gehäuse, das den Boden des Behälters durchsetzt und Durchtrittsöffnungen zur Strömungsverbin- dung mit dem Behälterinneren bildet, sowie eine an einen Vor- und einen Rücklauf eines
Heizmediums angeschlossene, zum Gehäuse koaxiale, schraubenförmig gewundene
Rohrschlange aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchtrittsöffnungen (14,17)
des Gehäuses (8) über die Höhe des aus Kunststoff gefertigten Mantels (9) des Gehäuses (8) verteilt sind und dass die Steigleitung (6) über ihre Höhe verteilt nach unten abfallende
Austrittsstutzen (16) trägt.