CH702484A1

CH702484A1 - Thermal stratified tank for use as e.g. cold accumulator, has guiding channel and outlet opening designed such that heat transfer medium flows into internal reservoir horizontally, and deflector wall arranged at distance from outlet opening

Info

Publication number: CH702484A1
Application number: CH01987/09A
Authority: CH
Inventors: Dritan Ramani
Original assignee: Dritan Ramani
Priority date: 2009-12-23
Filing date: 2009-12-23
Publication date: 2011-06-30

Abstract

The tank has an external reservoir (11) serving as a storage chamber (17) for receiving a heat transfer medium i.e. water. An internal reservoir (13) adjoining the external reservoir via a partition (14) serves as inflow and stratification chambers (15, 16). A guiding channel (27) leads into the internal reservoir for supplying the medium. The guiding channel and an outlet opening (22) are designed such that the medium flows into the internal reservoir horizontally. A deflector wall (19) is arranged at a distance from the outlet opening in an inflow direction of the medium.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

[0001] Die Erfindung betrifft einen thermischen Schichtspeicher gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to a thermal layer memory according to the preamble of claim 1.

Stand der TechnikState of the art

[0002] Thermische Schichtspeicher dienen als Wärme- und Kältespeicher und finden sowohl in der Haustechnik als auch in der Industrie Verwendung. Im Wesentlichen handelt es sich um mit einem flüssigen Medium füllbare Behälter, meistens Wasser. Dieses wird über einen Vorlauf zugeführt und über einen Rücklauf abgeführt. Ein thermischer Schichtspeicher kann im Prinzip mit einer beliebigen Wärmequelle zusammenwirken, vom herkömmlichen Heizkessel bis zum durch Wärmetausch nutzbar gemachten Solarkollektoren-Kreislauf. Thermal stratified storage serve as heat and cold storage and are used both in building services and in industry. Essentially, it can be filled with a liquid medium container, mostly water. This is supplied via a flow and discharged via a return. A thermal stratified tank can in principle interact with any heat source, from the conventional boiler to the solar collector circuit made usable by heat exchange.

[0003] Zu hohe Strömungsgeschwindigkeit innerhalb des Schichtspeichers führen zu Störungen der Schichtung und beeinträchtigen somit die Effizienz des thermischen Schichtspeichers. In Verbindung mit Solarkollektoranlagen erfolgt die Warmwasserzufuhr nicht in gleichbleibender, sondern je nach Tageszeit und Witterungsentwicklung in höchst unterschiedlicher Temperatur. Gerade hier kommt es also auf eine möglichst verwirbelungsfreie Schichtung der jeweiligen Temperaturbereiche an. Zu diesem Zweck ist es bekannt, das erwärmte Wasser in eine koaxial im Inneren des Speicherbehälters angeordnete Schichtungskammer zu führen. Von dort fliesst das Wasser durch Reihen von auf unterschiedlicher Höhe angebrachten Durchflussöffnungen geschichtet in die die Schichtungskammer umgebende Ringkammer des Speicherbehälters. Aus dieser kann das gespeicherte Wasser schliesslich dem Verbraucher zugeleitet werden. Mit derartig aufgebauten Schichtspeichern konnte den Nachteilen jedoch nur teilweise begegnet werden. Sie vermögen weder konstruktionstechnisch noch hinsichtlich einer optimalen Schichtung und damit einhergehend auch nicht bezüglich der Effizienz zu überzeugen. Too high flow velocity within the stratified storage lead to disruption of the stratification and thus affect the efficiency of the thermal stratified storage. In conjunction with solar collector systems, the hot water supply is not consistent, but depending on the time of day and weather conditions in very different temperature. Especially here it comes down to a possible turbulence-free stratification of the respective temperature ranges. For this purpose, it is known to guide the heated water in a coaxially arranged in the interior of the storage container stratification chamber. From there, the water flows through rows of attached at different heights flow openings layered in the surrounding the stratification chamber of the storage container. From this, the stored water can finally be supplied to the consumer. However, with such layered accumulators the disadvantages could only be partially addressed. They can convince neither constructional nor with regard to an optimal stratification and concomitantly not regarding the efficiency.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

[0004] Auf der Grundlage obiger Erkenntnisse setzt sich die Erfindung die Aufgabe, einen thermischen Schichtspeicher zu schaffen, bei dem die Strömungsgeschwindigkeit soweit verlangsamt ist, dass eine Schichtung des flüssigen Mediums durch rein physikalische Kräfte und eine verbesserte Ausnützung der Heizenergie möglich ist. Insbesondere ist es ein Ziel, einen Schichtspeicher bereitzustellen, an welchen eine Mehrzahl von unterschiedlichen Wärmeerzeugern angeschlossen werden kann. Noch ein Ziel ist es, einen Schichtspeicher bereitzustellen, welcher sich kostengünstig herstellen lässt. Ein weiteres Ziel ist es, einen effizienten Schichtspeicher bereitzustellen, bei welchem die Schichtung weder durch Brauchwasserentnahme noch durch den Anschluss von Wärmeerzeugern gestört wird. On the basis of the above findings, the invention has the object to provide a thermal stratified storage in which the flow velocity is slowed down so much that a stratification of the liquid medium by purely physical forces and improved utilization of the heating energy is possible. In particular, it is an object to provide a stratified storage to which a plurality of different heat generators can be connected. Yet another goal is to provide a stratified storage which can be inexpensively manufactured. Another object is to provide an efficient stratified storage in which the stratification is disturbed neither by industrial water extraction nor by the connection of heat generators.

Beschreibungdescription

[0005] Der erfindungsgemässe thermische Schichtspeicher entspricht den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausbildungen des Erfindungsgedankens sind aus den abhängigen Patentansprüchen ersichtlich. The inventive thermal stratified memory corresponds to the characterizing features of claim 1. Further advantageous embodiments of the inventive concept are apparent from the dependent claims.

[0006] Erfindungsgemäss wird die Aufgabe bei einem Schichtspeicher gemäss Oberbegriff von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass an die mindestens eine Anschlussöffnung ein Leitkanal angeschlossen ist, welcher sich in den zweiten Behälter erstreckt und dass der Leitkanal und dessen Austrittsöffnung so angeordnet sind, dass im Betrieb im Wesentlichen eine horizontale Einströmung resultiert. Ausserdem ist vorteilhaft im Abstand von der Austrittsöffnung und in der Strömungsrichtung des in die Schichtungskammer einströmenden Mediums eine Prallwand angeordnet. Der erfindungsgemässe Schichtspeicher hat den Vorteil, dass durch einströmendes Medium die Schichtung des Mediums im Schichtspeicher nicht gestört wird, sodass ein steiler Temperaturgradient realisierbar ist. Dies hat den Vorteil, dass der Schichtspeicher sehr effizient ist. According to the invention the object is achieved in a layer memory according to the preamble of claim 1, characterized in that at the at least one connection opening, a guide channel is connected, which extends into the second container and that the guide channel and the outlet opening are arranged so that during operation essentially a horizontal inflow results. In addition, an impact wall is advantageously arranged at a distance from the outlet opening and in the flow direction of the medium flowing into the laminating chamber. The stratified storage device according to the invention has the advantage that the stratification of the medium in the stratified storage is not disturbed by the inflowing medium, so that a steep temperature gradient can be realized. This has the advantage that the stratified storage is very efficient.

[0007] Vorteilhaft ist die mindestens eine Durchtrittsöffnung in einem Teil der Trennwand vorgesehen, welcher entgegen der Einströmungsrichtung gesehen hinter der Austrittsöffnung des Leitkanals liegt. Die Einströmungsrichtung bezeichnet hierbei die anfängliche Strömungsrichtung beim Austreten des Mediums aus dem Leitkanal, bzw. aus dessen Austrittsöffnung, und beim gleichzeitigen Einströmen in die Schichtkammer. Dies hat den Vorteil, dass der Schichtkammerraum optimal für die Schichtung ausgenutzt werden kann. Im Übrigen wird der Anteil des einströmenden Mediums, der ohne vorher durch die Prallwand umgelenkt zu werden direkt durch die Durchtrittsöffnung(en) in die Speicherkammer strömt, gering gehalten. Advantageously, the at least one passage opening is provided in a part of the partition, which is opposite to the direction of flow behind the outlet opening of the guide channel. In this case, the inflow direction designates the initial direction of flow when the medium exits the guide channel, or from its outlet opening, and during the simultaneous inflow into the layer chamber. This has the advantage that the layer chamber space can be optimally utilized for the stratification. Incidentally, the proportion of the inflowing medium, which flows without being previously deflected by the baffle wall directly through the passage opening (s) flows into the storage chamber, kept small.

[0008] Die Einbindung verschiedenster Wärmequellen kann mit dem erfindungsgemässen thermischen Schichtspeicher effizienter realisiert werden, insbesondere auch von mit Wärmepumpen arbeitenden Solarkollektoranlagen. Der thermische Schichtspeicher kann einen runden oder polygonalen Grundriss haben. In einer einfachen Ausführungsform ist an einer Aussenwand eines zentralen Behälters eine Schichtungskammer angeordnet. Diese ist im Allgemeinen bedeutend kleiner als der zentrale Behälter. Das Volumen der Schichtungskammer wird vorzugsweise so klein wie möglich, jedoch gross genug gewählt, um eine Schichtung des einströmenden Mediums zu erreichen. The integration of various heat sources can be realized more efficiently with the inventive thermal stratified storage, especially of working with heat pumps solar collector systems. The thermal stratified storage can have a round or polygonal floor plan. In a simple embodiment, a stratification chamber is arranged on an outer wall of a central container. This is generally significantly smaller than the central tank. The volume of the stratification chamber is preferably chosen to be as small as possible but large enough to achieve stratification of the inflowing medium.

[0009] Vorteilhaft ist die Prallwand wenigstens 20 cm, vorzugsweise wenigsten 30 cm, und besonders bevorzugt wenigsten 40 cm von der Austrittsöffnung entfernt. Dies hat den Vorteil, dass das einströmende Medium einen relativ langen Weg zurücklegen muss, bevor es durch die Durchtrittsöffnungen in den Schichtspeicher gelangen kann. Dadurch kann die Wassergeschwindigkeit beim Eintritt in die Schichtungskammer des thermischen Schichtspeichers auf eine Strömungsgeschwindigkeit von beispielsweise etwa 0.02 m/s oder weniger verringert werden. Es ist bekannt, dass bei solchen Strömungsgeschwindigkeiten eine optimale Schichtung realisierbar ist. Advantageously, the baffle is at least 20 cm, preferably at least 30 cm, and more preferably at least 40 cm away from the outlet opening. This has the advantage that the inflowing medium has to travel a relatively long distance before it can pass through the passage openings in the stratified storage. Thereby, the water velocity when entering the stratification chamber of the thermal stratified storage can be reduced to a flow rate of, for example, about 0.02 m / s or less. It is known that at such flow rates optimal stratification can be realized.

[0010] Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform ist der erste Behälter ein zylindrischer Behälter mit einem ersten Durchmesser, und der zweite Behälter ist ein zylindrischer Behälter mit einem zweiten, grösseren Durchmesser. Der erste Behälter kann dadurch im zweiten Behälter aufgenommen sein, sodass zwischen den Behältern ein Ringraum gebildet ist. Dies ist eine besonders günstige Konfiguration, welche sich kostengünstig realisieren lässt. Durch den Ringraum wird der Schichtspeicher zudem von der Aussenwelt isoliert. Vorzugsweise sind die Prallwand oder die Prallwände an der Aussenseite des ersten Behälters angebracht, sodass dieser als Baueinheit in den zweiten Behälter einsetzbar ist. Zweckmässigerweise ist der erste Behälter koaxial im zweiten Behälter angeordnet. Andere von dieser Geometrie abweichende Ausführungsformen sind ebenso denkbar. According to a preferred embodiment, the first container is a cylindrical container having a first diameter, and the second container is a cylindrical container having a second, larger diameter. The first container can thereby be accommodated in the second container, so that an annular space is formed between the containers. This is a particularly favorable configuration, which can be realized cost-effectively. Through the annulus of the stratified storage is also isolated from the outside world. Preferably, the baffle or the baffles are attached to the outside of the first container so that it can be used as a unit in the second container. Conveniently, the first container is arranged coaxially in the second container. Other embodiments deviating from this geometry are also conceivable.

[0011] Vorteilhaft sind eine oder mehrere Prallwände vorgesehen, welche den Ringraum in eine Mehrzahl von Schichtungskammern oder Schichtungsnischen unterteilen. Bei Vorhandensein von mehreren Schichtungskammern können unterschiedliche Wärmeerzeuger, wie Heizkessel oder Ofen, Solarkollektoren u.a., angeschlossen sein. Advantageously, one or more baffles are provided which divide the annulus into a plurality of stratification chambers or stratification niches. In the presence of multiple stratification chambers, different heat generators, such as boilers or ovens, solar collectors and the like may be connected.

[0012] Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass der Leitkanal als Steigrohr ausgebildet ist. Ein solcher Leitkanal lässt sich kostengünstig herstellen. Denkbar ist jedoch auch, dass der Leitkanal Teil der Behälterwand ist. Vorteilhaft ist die Austrittsöffnung des Leitkanals als Einlaufbogen ausgebildet. Durch das Vorsehen eines Einlaufbogens oder anderer entsprechender Ausbildung des Endstücks soll erreicht werden, dass das einströmende Medium im Wesentlichen in nichtturbulenter Strömung in die Schichtungskammer einströmt. Das heisst, durch das einströmende Medium soll die Schichtung des Mediums in der Schichtungskammer so wenig wie möglich gestört werden. An advantageous embodiment provides that the guide channel is formed as a riser. Such a guide channel can be produced inexpensively. However, it is also conceivable that the guide channel is part of the container wall. Advantageously, the outlet opening of the guide channel is designed as an inlet bend. By providing an inlet bend or other appropriate formation of the tail is to be achieved that the inflowing medium flows into the stratification chamber substantially in non-turbulent flow. This means that through the inflowing medium, the stratification of the medium in the stratification chamber should be disturbed as little as possible.

[0013] Zweckmässigerweise ist ein Teil des Leitkanals durch die Behälterwandung nach aussen geführt, und an diesem äusseren Teil ist eine, vorzugsweise seitliche, Anschlussöffnung vorgesehen, welche vorzugsweise einen kleineren Querschnitt besitzt als der Leitkanal. Dies hat den Vorteil, dass bereits an dieser Stelle eine Herabsetzung der Strömungsgeschwindigkeit realisiert ist. Vorteilhaft ist das Verhältnis des Durchflussquerschnitts des Leitkanals zu demjenigen des Anschlusses resp. der Zuführungsleitung grösser als 1.5: 1, vorzugsweise grösser als 2: 1 und ganz besonders bevorzugt grösser als 3: 1. Besonders vorteilhaft ist ein Querschnittsverhältnis von wenigstens 5: 1. Dies bewirkt eine Verlangsamung des einströmenden Mediums um ca. einen Faktor 5. Vorteilhaft ist das Verhältnis der Querschnittsfläche des Leitkanals zur Gesamtquerschnittsfläche der Durchtrittsöffnungen grösser als 3: 1, vorzugsweise grösser als 5: 1 und ganz besonders bevorzugt grösser als 8: 1. Durch diese Ausgestaltung kann eine weitere Verlangsamung des Mediums bewirkt werden. Zweckmässigerweise werden die einzelnen Querschnitte der Zuleitung, des Leitkanals und der Gesamtheit der Durchtrittsöffnungen so gewählt, dass rechnerisch bei den Durchtrittsöffnungen eine mittlere Fliessgeschwindigkeit von weniger als ca. 0.03 m/s und vorzugsweise weniger als ca. 0.02 m/s ergibt. Beträgt beispielsweise die Strömungsgeschwindigkeit in der Zuleitung 1 m/s, so kann diese um einen Faktor 5 verringert werden, wenn der Innenquerschnitt des Leitkanals um mindestens einen Faktor 5 grösser ist als derjenige der Zuleitung. Dies heisst, dass das Medium beim Austritt aus dem Leitkanal noch eine Geschwindigkeit von 0.2 m/s hat. Wird nun die Querschnittsfläche aller Durchtrittsöffnungen zehnmal grösser gewählt als der Querschnitt des Leitkanals resp. der Austrittsöffnung, so kann die mittlere Fliessgeschwindigkeit bei den Durchtrittsöffnungen um einen Faktor 10 auf 0.02 m/s gesenkt werden. Um eine optimale Schichtung in der Schichtungskammer zu erreichen, wird man als die Querschnittsverhältnisse der Zuleitung, des Leitkanals und der Durchtrittsöffnungen so wählen, dass bei einer gegebenen Strömungsgeschwindigkeit in der Zuleitung, die resultierende Strömungsgeschwindigkeit bei den Durchtrittsöffnungen vorzugsweise kleiner als 0.03 m/s und besonders bevorzugt kleiner 0.02 m/s ist. Conveniently, a part of the guide channel is guided through the container wall to the outside, and at this outer part is provided a preferably lateral connection opening, which preferably has a smaller cross-section than the guide channel. This has the advantage that already at this point a reduction of the flow velocity is realized. Advantageously, the ratio of the flow cross section of the guide channel to that of the terminal resp. the supply line is greater than 1.5: 1, preferably greater than 2: 1 and most preferably greater than 3: 1. Particularly advantageous is a cross-sectional ratio of at least 5: 1. This causes a slowing down of the inflowing medium by about a factor of 5. Advantageously If the ratio of the cross-sectional area of the guide channel to the total cross-sectional area of the passage openings is greater than 3: 1, preferably greater than 5: 1 and most preferably greater than 8: 1. By this configuration, a further slowing down of the medium can be effected. Conveniently, the individual cross sections of the supply line, the guide channel and the entirety of the passage openings are chosen so that mathematically at the passage openings results in a mean flow rate of less than about 0.03 m / s and preferably less than about 0.02 m / s. If, for example, the flow velocity in the supply line is 1 m / s, then this can be reduced by a factor of 5 if the internal cross section of the guide channel is larger by at least a factor of 5 than that of the supply line. This means that the medium still has a speed of 0.2 m / s at the exit from the guide channel. Now, the cross-sectional area of all openings selected ten times greater than the cross section of the guide channel resp. the outlet opening, so the mean flow velocity can be reduced at the passage openings by a factor of 10 to 0.02 m / s. In order to achieve optimum stratification in the stratification chamber, it will be chosen as the cross-sectional ratios of the feed line, the guide channel and the passage openings such that at a given flow rate in the feed line, the resulting flow velocity at the passage openings is preferably less than 0.03 m / s and especially preferably less than 0.02 m / s.

[0014] Durch eine seitliche Einströmung wird weiterhin bewirkt, dass das einströmende Medium verwirbelt wird und danach mit einer im Querschnitt gleichmässigen Geschwindigkeitsverteilung im Leitkanal aufsteigt. Eine zweckmässige Ausführungsform sieht vor, dass die Anschlussöffnung des Leitkanals mit einem Anschlussstutzen ausgeführt ist, welcher in einem Winkel, vorzugsweise in einem Winkel zwischen 80 und 100 Grad und besonders bevorzugt in einem ungefähr rechten Winkel, in den Leitkanal mündet. By a lateral inflow is further causes the inflowing medium is swirled and then rises with a uniform in cross-section velocity distribution in the guide channel. An expedient embodiment provides that the connection opening of the guide channel is designed with a connecting piece, which opens at an angle, preferably at an angle between 80 and 100 degrees and particularly preferably at an approximately right angle, in the guide channel.

[0015] Vorteilhaft ist der Leitkanal durch den Boden des zweiten Behälters geführt. Dies hat den Vorteil, dass das aus dem Boden ragende Fussstück als Standfuss für den Schichtspeicher dienen kann. Dabei kann ein erster Teil des Leitkanals, der durch die Behälterwandung nach aussen geführt ist, aus einem anderen Werkstoff als ein zweiter Teil des Leitkanals, der in den zweiten Behälter hineinragt, bestehen. Zweckmässigerweise besteht derjenige Teil des Leitkanals ausserhalb der Schichtungskammer aus Metall und der in der Schichtungskammer sich befindlichen Teil aus Kunststoff. Advantageously, the guide channel is guided through the bottom of the second container. This has the advantage that the protruding from the bottom foot piece can serve as a stand for the layer memory. In this case, a first part of the guide channel, which is guided through the container wall to the outside, consist of a different material than a second part of the guide channel, which projects into the second container. Expediently, that part of the guide channel outside the stratification chamber consists of metal and the part of plastic located in the stratification chamber.

[0016] Vorteilhaft sind mehrere Schichtungskammern vorgesehen, und die in die Schichtungskammern mündenden Leitkanäle sind unterschiedlich lang. Die Länge der Leitkanäle kann dabei entsprechend der zu erwartenden Temperaturen des einströmenden Mediums gewählt werden. Durch eine Anpassung der Länge der Leitkanäle kann für eine effiziente Schichtung in der Schichtungskammer gesorgt werden. Für einen primären Wärmeerzeuger, wie eine Gas- oder Ölheizung, wird vorzugsweise ein relativ langer erster Leitkanal vorgesehen, welcher bis in die wärmste Zone des Schichtspeichers reicht. Für den Anschluss von Solarkollektoren wird ein kürzerer zweiter Leitkanal vorgesehen, weil die zu erwartenden Temperaturen des einströmenden Mediums im Durchschnitt tiefer liegen. Neben einer unterschiedlichen Länge können die Leitkanäle unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Advantageously, a plurality of layering chambers are provided, and the opening into the stratification channels Leitkanäle are of different lengths. The length of the guide channels can be selected according to the expected temperatures of the incoming medium. By adjusting the length of the conduits, efficient stratification in the stratification chamber can be provided. For a primary heat generator, such as a gas or oil heater, a relatively long first guide channel is preferably provided, which extends into the warmest zone of the stratified storage tank. For the connection of solar collectors, a shorter second guide channel is provided because the expected temperatures of the inflowing medium are lower on average. In addition to a different length, the guide channels may have different diameters.

[0017] Vorteilhaft ist eine Mehrzahl von Durchtrittsöffnungen vorgesehen, welche vorzugsweise vertikal übereinander angeordnet sind. Anstelle von einzelnen Durchtrittsöffnungen können auch ein oder mehrere Schlitze vorgesehen sein. Grundsätzlich können die Durchtrittsöffnungen axial versetzt zueinander angeordnet sein. Gemäss einer Ausführungsform kann der erste Behälter als Innenbehälter ausgebildet sein und im Wesentlichen aus Kunststoff bestehen. Der zweite Behälter kann entsprechend als Aussenbehälter ausgebildet sein und aus Metall bestehen. Advantageously, a plurality of passage openings is provided, which are preferably arranged vertically above one another. Instead of individual passage openings and one or more slots may be provided. In principle, the passage openings can be arranged axially offset from one another. According to one embodiment, the first container may be formed as an inner container and consist essentially of plastic. The second container can be designed accordingly as an outer container and made of metal.

[0018] Zweckmässigerweise ist mindestens im ersten Behälter ein erster Wärmetauscher eingebaut. Dieser kann als Frischwasserstation genutzt und in der oberen Hälfte des Speichers eingebaut sein. Vorteilhaft besitzt der erste Wärmetauscher einen ersten und einen zweiten Wärmetauscher abschnitt, wobei der erste Wärmetauscherabschnitt im ersten Behälter und der zweite Wärmetauscherabschnitt im zweiten Behälter angeordnet ist. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass im ersten Wärmetauscherabschnitt das durchströmende Frischwasser bereits auf die in der Schichtungskammer vorherrschende Temperatur aufgewärmt werden kann. Danach gelangt das Frischwasser in den zweiten Wärmetauscherabschnitt, wo es auf die in den oberen Schichten des zweiten, inneren Behälters vorherrschende Temperatur erwärmt wird. Vorteilhaft ist der erste Wärmetauscher aus spiral- oder wendeiförmig gewickelten Wärmetauscherrohren hergestellt. Eine solche Ausführungsform hat den Vorteil, dass eine grosse Wärmetauscherfläche auf kleinstem Raum bereitgestellt werden kann. Die Wärmetauscherrohre sind vorzugsweise von unten nach oben wendeiförmig gewickelt, sodass das Frischwasser beim Durchfliessen des Wärmetauschers von Schichten niedrigerer Temperatur in Schichten höherer Temperatur gelangt. Andere Arten von bekannten Wärmetauschern sind ebenfalls denkbar. Conveniently, a first heat exchanger is installed at least in the first container. This can be used as a fresh water station and installed in the upper half of the store. Advantageously, the first heat exchanger has a first and a second heat exchanger section, wherein the first heat exchanger section in the first container and the second heat exchanger section is arranged in the second container. This arrangement has the advantage that in the first heat exchanger section, the fresh water flowing through can already be warmed up to the temperature prevailing in the stratification chamber. Thereafter, the fresh water enters the second heat exchanger section, where it is heated to the temperature prevailing in the upper layers of the second, inner container. The first heat exchanger is advantageously produced from spiral-wound or helically wound heat exchanger tubes. Such an embodiment has the advantage that a large heat exchanger surface can be provided in the smallest space. The heat exchanger tubes are preferably helically wound from bottom to top, so that the fresh water passes through layers of higher temperature when flowing through the heat exchanger of layers of lower temperature. Other types of known heat exchangers are also conceivable.

[0019] Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist im zweiten Behälter ein zweiter Wärmetauscher vorgesehen. Ein solcher Wärmetauscher eignet sich für den Anschluss von thermischen Solarkollektoren. Dies hat den Vorteil, dass auf einen separaten Wärmetauscher, wie dies bei bekannten Speichersystemen in der Regel erforderlich ist, verzichtet werden kann. According to a further preferred embodiment, a second heat exchanger is provided in the second container. Such a heat exchanger is suitable for the connection of thermal solar collectors. This has the advantage that can be dispensed with a separate heat exchanger, as is usually required in known storage systems.

[0020] Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. <tb>Fig. 1<sep>zeigt eine dreidimensionale Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines thermischen Schichtspeichers bestehend aus einem Aussenbehälter und einem koaxial darin angeordneten Innenbehälter, zwischen welchen mehrere Ringkammer ausgebildet sind, die als Schichtungskammern dienen; <tb>Fig. 2<sep>zeigt einen Schnitt durch den Schichtspeicher von Fig. 1; <tb>Fig. 3<sep>zeigt die Details eines Fussstücks; <tb>Fig. 4<sep>zeigt schematisch eine Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Schichtspeichers mit einem Wärmetauscher in einer Schichtungskammer; <tb>Fig. 5<sep>zeigt schematisch einen Schnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiels eines Schichtspeichers mit einem Wärmetauscher in einer Schichtungskammer; <tb>Fig. 6<sep>zeigt schematisch ein viertes Ausführungsbeispiel eines Schichtspeichers mit einer Frischwasserstation; <tb>Fig. 7<sep>zeigt einen Schnitt durch den Schichtspeicher von Fig. 6; <tb>Fig. 8<sep>zeigt verschiedene Beispiele von im Querschnitt runden Schichtspeichern mit Ringräumen; <tb>Fig. 9<sep>zeigt weitere Beispiele von Schichtspeichern mit polygonalem Grundriss oder mit mehreren übereinander angeordneten Schichtungskammern; <tb>Fig. 10<sep>zeigt in perspektivischer Ansicht mehrere Ausführungsbeispiele von Innenbehältern mit daran angeordneten Prallwänden und verschieden angeordneten Durchtrittsöffnungen; <tb>Fig. 11<sep>zeigt schematisch in Draufsicht verschiedene Formen von Durchtrittsöffnungen.Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described in more detail with reference to the drawing. <Tb> FIG. 1 <sep> shows a three-dimensional view of a first embodiment of a thermal stratified storage device comprising an outer container and an inner container arranged coaxially therein, between which a plurality of annular chambers are formed which serve as stratification chambers; <Tb> FIG. Fig. 2 <sep> shows a section through the layer memory of Fig. 1; <Tb> FIG. 3 <sep> shows the details of a foot piece; <Tb> FIG. Fig. 4 shows schematically a view of a second embodiment of a stratified storage with a heat exchanger in a stratification chamber; <Tb> FIG. 5 <sep> schematically shows a section through a third embodiment of a stratified storage tank with a heat exchanger in a stratification chamber; <Tb> FIG. Fig. 6 <sep> schematically shows a fourth embodiment of a stratified storage with a fresh water station; <Tb> FIG. Fig. 7 <sep> shows a section through the layer memory of Fig. 6; <Tb> FIG. 8 <sep> shows various examples of cross-sectionally round stratified reservoirs with annular spaces; <Tb> FIG. Figure 9 shows further examples of layered polygonal layered storages or having a plurality of stacking layers arranged one above the other; <Tb> FIG. 10 shows a perspective view of several embodiments of inner containers with baffles arranged thereon and differently arranged passage openings; <Tb> FIG. Fig. 11 shows diagrammatically in plan view various forms of passage openings.

[0021] Wie aus der Schichtspeicherdarstellung nach Fig. 1 ersichtlich, weist der erfindungsgemässe thermische Schichtspeicher einen Aussenbehälter 11 auf, in welchem ein Innenbehälter 13 angeordnet ist. Der Innenbehälter 13 ist gebildet durch eine zylindrische Trennwand 14, welche in den Aussenbehälter 11 eingesetzt ist. Zwischen dem Innenbehälter 13 und dem Aussenbehälter 11 verbleibt mindestens ein freier Raum, welcher vorliegend die Gestalt eines Ringraums einnimmt. Wenn, wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel, die bevorzugt zylindrische Trennwand 14 koaxial und mit Abstand im Aussenbehälter 11 angeordnet ist, ergibt sich ein zentraler als Speicherraum 17 dienender Innenraum und ein äusserer Ringraum 15, der als Schichtungskammer dient. Der Ringraum 15 kann durch Prallwände 19 in eine oder mehrere Kammern 16 oder Ringräume unterteilt sein. Jede Kammer 15 ist mit mindestens einem Einström- oder Leitkanal, insbesondere einem Steigrohr 27 mit Einlaufbogen 29, ausgestattet, über welchen der Vorlauf aus einem in den Figuren nicht dargestellten Wärmeerzeuger einströmen kann. Steigrohr 27 und Einlaufbogen 29 sind vorteilhaft so ausgestaltet, dass eine vorwiegend laminare Strömung den Einlaufbogen im Wesentlichen in horizontaler Richtung verlässt. As can be seen from the stratified storage representation according to FIG. 1, the thermal stratified storage device according to the invention has an outer container 11, in which an inner container 13 is arranged. The inner container 13 is formed by a cylindrical partition wall 14, which is inserted into the outer container 11. Between the inner container 13 and the outer container 11 remains at least one free space, which in the present case assumes the shape of an annular space. If, as in the present embodiment, the preferred cylindrical partition 14 is arranged coaxially and at a distance in the outer container 11, there is a central serving as a storage space 17 interior space and an outer annular space 15, which serves as a stratification chamber. The annular space 15 may be divided by baffles 19 in one or more chambers 16 or annular spaces. Each chamber 15 is equipped with at least one inflow or guide channel, in particular a riser 27 with inlet bend 29, via which the flow can flow from a heat generator, not shown in the figures. Riser 27 and inlet bend 29 are advantageously designed so that a predominantly laminar flow leaves the inlet sheet substantially in the horizontal direction.

[0022] Die den Ringraum 15 vom Innenraum 17 trennende Trennwand 14 ist mit einer Mehrzahl von Durchtrittsöffnungen 21 versehen, die in vorzugsweise vertikaler Richtung übereinander angeordnet sind. Die Durchtrittsöffnungen 21 erlauben dadurch einen Mediumaustausch zwischen Ringraum 15 und Innenraum 17 auf verschiedenen Höhenniveaus. The annular space 15 from the interior 17 separating partition 14 is provided with a plurality of passage openings 21 which are arranged one above the other in a preferably vertical direction. The passage openings 21 thereby allow a medium exchange between the annular space 15 and the interior 17 at different height levels.

[0023] Der Ringraum 15 (oder die darin ausgebildeten Kammern 16), hat die Aufgabe, das einströmende Medium aufzunehmen und während dessen Verweilzeit zu schichten. Die Vorläufe und/oder Rückläufe von einem oder mehreren Wärmeerzeugern fliessen hier ein und werden aufgrund ihrer spezifischen Dichte, welche temperaturabhängig ist, geschichtet. Anschliessend fliesst das geschichtete Medium durch zumindest einen Teil der Durchtrittsöffnungen 21 (ihrer jeweiligen Dichte und Temperatur entsprechend) in den Innenraum 17, der die Funktion eines Speicherraums hat, in dem kaum noch Strömung vorhanden ist. Aus dem Innen- oder Speicherraum 17 kann kaltes Wasser über einen Abfluss 31 abgezogen und in den oder die Wärmeerzeuger rückgespeist werden. The annular space 15 (or the chambers 16 formed therein), has the task of receiving the inflowing medium and to layer during its residence time. The headers and / or returns of one or more heat generators flow here and are layered due to their specific density, which is temperature dependent. Subsequently, the layered medium flows through at least part of the passage openings 21 (corresponding to their respective density and temperature) into the interior space 17, which has the function of a storage space in which hardly any flow is present. From the interior or storage space 17 cold water can be withdrawn via a drain 31 and fed back into the or the heat generator.

[0024] Sind mehrere Schichtungskammern 16 vorhanden, steht in der Regel für jede Schichtungskammer ein separater Leitkanal 27 zur Verfügung. Eine Ausnahme von dieser Regel liegt dann vor, wenn in der Schichtungskammer 16 ein Wärmetauscher eingebaut ist (siehe nachfolgende Beschreibung zu den Fig. 4 und 5). Im Weiteren ist jeder Schichtungskammer 16 eine Vielzahl von Durchtrittsöffnungen 21 zugeordnet, die in vorzugsweise axialer Richtung übereinander angeordnet sind. Der Vorteil von einer Anordnung mit mehreren Schichtungskammern 16 mit individuellen Leitkanälen 27, die z.B. aus Steigrohren 27 mit Einlaufbogen 29 gebildet sind, liegt darin, dass sich verschiedene Ströme, die verschiedenen Wärmeerzeugern entstammen (d.h. die Vorläufe) und über verschiedene Leitkanälen 27 in die Schichtungskammern 15 eingeleitet werden, im Vergleich zu Einkammersystemen nicht durchmischen können. Dies hat eine selektivere Schichtung und somit eine Energieersparnis zur Folge. If several stratification chambers 16 are present, a separate guide channel 27 is generally available for each stratification chamber. An exception to this rule is when in the stratification chamber 16, a heat exchanger is installed (see the following description of Figs. 4 and 5). In addition, each stratification chamber 16 is associated with a plurality of passage openings 21, which are arranged one above the other in a preferably axial direction. The advantage of a multi-layered chamber 16 arrangement with individual guide channels 27, e.g. consists of riser tubes 27 with inlet bend 29, is that different streams, which originate from different heat generators (i.e., the forerunners) and are introduced into the laminating chambers 15 via different guide channels 27, can not mix as compared to single chamber systems. This results in more selective stratification and thus energy savings.

[0025] Nach der speziellen Ausführungsform gemäss Fig. 1 sind im Ringraum drei Abtrennungen, beziehungsweise Prallwände 19 angeordnet, zur senkrechten Aufteilung oder Unterbrechung des Ringraumes in drei Schichtungskammern 16. According to the specific embodiment according to FIG. 1, three partitions or baffles 19 are arranged in the annular space for the vertical division or interruption of the annular space in three stratification chambers 16.

[0026] In den zusätzlichen Ausführungsformen gemäss der Fig. 8 erfolgt eine Aufteilung des Ringraums mit zumindest einer Trenn- oder Prallwand 19. Gemäss den gezeigten Ausführungsbeispielen sind eine Prallwand oder bis zu sechs Prallwänden eingesetzt, um den Ringraum in eine oder mehrere Schichtungskammern 15 zu unterteilen. Der Ringraum kann also über den Umfang, das heisst von oben als horizontaler Schnitt betrachtet, in mehrere, vorzugsweise zwei bis vier Schichtungskammern 16 aufgeteilt sein. Ein Schnittbeispiel mit drei Schichtungskammern 16 ist aus Fig. 2 ersichtlich. Weitere Schnittbeispiele mit davon abweichenden Schichtungskammerzahlen gehen aus der Fig. 8hervor. Gemäss alternativen Beispielen in der Fig. 9 müssen weder der Aussen- noch der Innenbehälter 11, 13 im Schnitt einen kreisrunden Querschnitt aufweisen. Vielmehr sind beliebige Formgebungen denkbar, von dreieckig bis vieleckig. Besonders im Fall von speziellen Einbausituationen sind sogar unregelmässige Querschnitte möglich. Der Ringraum 15 kann infolgedessen eine beliebige, vom rein kreisförmigen Ring abweichende Geometrie aufweisen. Ferner ist darauf hingewiesen, dass auch mehr als ein Innenbehälter 13 möglich ist, siehe z.B. zweites Ausführungsbeispiel in Fig. 9mit den Innenbehältern 13a und 13b. In dieser Ausführung mit zwei koaxial angeordneten Innenbehältern 13a, 13b sind zwei Ringräume zwiebelschichtförmig ineinander gesetzt, und beide Ringräume sind in eine Vielzahl von Schichtungskammern unterteilt. In the additional embodiments according to FIG. 8, a division of the annular space with at least one separation or baffle wall 19. According to the embodiments shown, a baffle or up to six baffles are used to the annulus in one or more stratification chambers 15 divide. The annular space can thus be divided over the circumference, that is, viewed from above as a horizontal section, into a plurality, preferably two to four, stratification chambers 16. A sectional example with three stratification chambers 16 can be seen from FIG. Further sectional examples with deviating stratification chamber numbers are shown in FIG. 8hervor. According to alternative examples in FIG. 9, neither the outer nor the inner container 11, 13 must have a circular cross section in section. Rather, any shapes are conceivable, from triangular to polygonal. Especially in the case of special installation situations even irregular cross sections are possible. As a result, the annular space 15 can have any geometry deviating from the purely circular ring. It should also be understood that more than one inner container 13 is possible, see e.g. second embodiment in Fig. 9 with the inner containers 13a and 13b. In this embodiment, with two coaxially arranged inner containers 13a, 13b, two annular spaces are interleaved in one another, and both annular spaces are subdivided into a plurality of laminating chambers.

[0027] Anhand des Ausführungsbeispiels nach Fig. 2ist die Funktion des Ringraums 15, beziehungsweise dessen Schichtungskammern 16 erläutert. Der Ringraum 15 ist hier durch drei radial angelegte und vertikal verlaufende Prallwände 19 in drei getrennte Schichtungskammern 16 geteilt. Die Schichtungskammern 16 sind langgestreckt und weisen eine Krümmung auf. Based on the embodiment of FIG. 2ist the function of the annular space 15, or its stratification chambers 16 is explained. The annular space 15 is here divided by three radially applied and vertically extending baffles 19 into three separate stratification chambers 16. The stratification chambers 16 are elongated and have a curvature.

[0028] Die Schichtungskammern 16 sind über mindestens je eine Durchtrittsöffnung 21 mit dem Speicherbehälter 17 des thermischen Schichtspeichers verbunden. Die Durchtrittsöffnungen 21 sind jeweils in der Nähe der Wand 19 angeordnet, welche auf der der Austrittsöffnung des Einlaufbogens 29 abgewandter Seite liegt. Die Austrittsöffnung 22 definiert normal zur Austrittsströmung eine Austrittsebene. In Relation zur - mittels Pfeilen kenntlich gemachten - Strömungsrichtung befinden sich die Durchtrittsöffnungen 21 jeweils hinter den Austrittsöffnungen 22 der in die vorgenannten Schichtungskammern 16 mündenden Einlaufbögen 29, beziehungsweise hinter der durch die Austrittsöffnung 22 definierten Ebene. Die Austrittsöffnungen 22 der Einlaufbögen 29 sind im Weiteren vorzugsweise deutlich näher bei der einen als bei der anderen Prallwand 19 angeordnet und so ausgerichtet, dass das einströmende flüssige Medium zunächst zur entfernteren Prallwand 19 fliesst, dort zurückgedrängt und umgelenkt wird, beziehungsweise abprallt und beim Rückströmen die Austrittsebene passiert, um durch die Durchtrittsöffnungen 21 in die Speicherkammer 17 geführt zu werden. Die Dimension des Steigrohrs 27 sowie der Abstand der Austrittsöffnung 22 von der Prallwand 19 wird entsprechend den zu erwartenden Strömungsmengen so angepasst, dass in der Schichtungskammer 15 eine Entschleunigung der Strömung so weit erreicht werden kann, das eine Schichtung des Mediums erfolgt. Durch die gegebene Anordnung wird die Strömung des durch den Ringraum 15 oder dessen einzelne Schichtungskammern 16 geführten Mediums verlangsamt und entsprechend seiner spezifischen Dichte in Bezug auf seine Umgebung gegebenenfalls durch Absinken oder Steigen geschichtet, bevor es in den zentralen Speicherbehälter 17 gelangen kann. Es sei hier angemerkt, dass alternativ jeweils auch mehrere Einströmkanäle vorhanden sein könnten. The stratification chambers 16 are connected via at least one passage opening 21 to the storage tank 17 of the thermal stratified storage tank. The passage openings 21 are each arranged in the vicinity of the wall 19, which lies on the side facing away from the outlet opening of the inlet bend 29. The outlet opening 22 defines an exit plane normal to the exit flow. In relation to the direction of flow indicated by arrows, the passage openings 21 are respectively located behind the outlet openings 22 of the inlet bends 29 opening into the aforementioned stratification chambers 16, or behind the plane defined by the outlet opening 22. The outlet openings 22 of the inlet bends 29 are further preferably arranged much closer to one than the other baffle 19 and oriented so that the incoming liquid medium first flows to the farther baffle 19, is pushed back there and deflected, or rebounds and the backflow Exit level happens to be passed through the openings 21 in the storage chamber 17. The dimension of the riser 27 and the distance of the outlet opening 22 of the baffle 19 is adjusted in accordance with the expected flow rates so that in the stratification chamber 15, a deceleration of the flow can be achieved so far that a stratification of the medium takes place. By virtue of the given arrangement, the flow of the medium passing through the annulus 15 or its individual stratification chambers 16 is slowed down and eventually stratified by sinking or rising according to its specific gravity with respect to its environment before it can enter the central reservoir 17. It should be noted here that alternatively, in each case also several inflow channels could be present.

[0029] In Fig. 10 sind Prallwandausführungen mit unterschiedlicher Anordnung der Durchtrittsöffnungen 21 dargestellt. Die Prallwände 19, sind an der zylindrischen Trennwand 14 radial angebracht wie schon im Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 2aufgezeigt. Die Durchtrittsöffnungen 21 der Trennwand 14 sind zwischen je zwei Prallwänden 19 positioniert, wie oben beschrieben vorteilhafterweise jedoch näher an jener Prallwand 19, in dessen Nähe sich auch der Leitkanal befindet. Die Durchtrittsöffnungen 21 können dabei über die ganze Achslänge, beziehungsweise über die ganze Höhe des Zylinders verteilt sein. Dies kann von Vorteil sein, wenn die Temperatur des einströmenden Vorlaufs extremen Schwankungen unterliegt und/oder eine Schichtung in allen Dichtezonen möglich sein soll. Ist die Temperatur des Vorlaufs bekannt und/oder soll der Speicherraum 17 eine gewisse, kontrollierte Dichteschichtung erhalten, kann darauf abgestimmt eine gewisse Speicherzone ausgewählt werden, in welcher der Durchtritt des Schichtmediums zugelassen werden soll. Nur in diesen ausgewählten Zonen werden Durchtrittsöffnungen 21 angebracht. Da jede Schichtungskammer 16 mit unterschiedlich heissem Medium gefüllt werden kann, kann es von Vorteil sein, die Lage der Durchtrittsöffnungen 21 in jeder Schichtungskammer 15 individuell festzulegen. In Fig. 10 baffle designs are shown with different arrangement of the openings 21. The baffles 19 are radially mounted on the cylindrical partition 14 as already shown in the embodiment of FIG. 2aufaufzeigt. The passage openings 21 of the partition wall 14 are positioned between two baffles 19, as described above, but advantageously closer to that baffle 19, in the vicinity of which is also the guide channel. The passage openings 21 can be distributed over the entire axis length, or over the entire height of the cylinder. This can be advantageous if the temperature of the incoming flow is subject to extreme fluctuations and / or stratification in all density zones should be possible. If the temperature of the forerun is known and / or the storage space 17 is to receive a certain, controlled density coating, then a certain storage zone can be selected in which the passage of the layered medium is to be permitted. Only in these selected zones passages 21 are attached. Since each stratification chamber 16 can be filled with differently hot medium, it may be advantageous to individually determine the position of the passage openings 21 in each stratification chamber 15.

[0030] Verschiedene Formen und Grössen der Durchtrittsöffnung 21 sind möglich. Wie in Fig. 11aufgezeigt sind langgestreckte oder kompakte Durchtrittsöffnungsformen genauso gut einsetzbar wie kreisrunde. Denkbar ist auch, anstellte von diskreten Durchtrittsöffnungen Schlitze vorzusehen. Various shapes and sizes of the passage opening 21 are possible. As shown in Figure 11, elongate or compact port shapes are as well applicable as circular. It is also conceivable to provide slots for discrete passages.

[0031] Mit Vorteil wird, noch bevor das flüssige Medium aus dem Leitkanal in den Schichtspeicher gelangt, die Fliessgeschwindigkeit des einströmenden Mediums verlangsamt. Dies wird vorzugsweise im Fussstück 23 des Steigrohrs 27 bewerkstelligt. Wie in Fig. 3 zu erkennen, besteht das Fussstück 23 des Steigrohrs 27 aus einem einseitig verschlossenen Rohrende, das über ein Führungsstück 24 an den Leitkanal 27 ansetzbar ist. Das Fussstück 23 besitzt seitlich einen in einem Winkel einmündenden Anschluss 25. Der Anschluss 25 mündet dabei so in das Fussstück 23, dass ein Aufprall des durch den Anschluss 25 einströmenden Mediums an der Innenseite des Rohrendes erfolgt. Dies hat zur Folge, dass das einströmende Medium verwirbelt wird. In Kombination mit einem relativ zum Anschlussquerschnitt grösseren Rohrquerschnitt des Steigrohrs 27 kann bereits eine deutliche Herabsetzung der Einströmgeschwindigkeit erreicht werden. Durch die Verwirbelung des Mediums beim Einströmen in das Steigrohr 27 wird sichergestellt, dass das einströmende Medium über den Rohrquerschnitt gesehen eine gleichmässige Geschwindigkeitsverteilung hat. Anstelle einer beschriebenen Zuführung des Mediums könnte auch ein Prallelement vorgesehen sein, welches das einströmende Medium verwirbelt. Advantageously, even before the liquid medium passes from the guide channel in the layer memory, the flow velocity of the inflowing medium slows down. This is preferably accomplished in the foot 23 of the riser 27. As can be seen in Fig. 3, the foot piece 23 of the riser pipe 27 consists of a unilaterally closed pipe end, which is attachable via a guide piece 24 to the guide channel 27. The foot piece 23 has laterally a connection 25 which opens at an angle. The connection 25 opens into the foot piece 23 in such a way that an impact of the medium flowing through the connection 25 takes place on the inside of the pipe end. This has the consequence that the inflowing medium is swirled. In combination with a pipe cross-section of the riser pipe 27 which is larger relative to the connection cross-section, a significant reduction in the inflow velocity can already be achieved. The swirling of the medium as it flows into the riser 27 ensures that the incoming medium has a uniform velocity distribution over the pipe cross-section. Instead of a described supply of the medium and a baffle element could be provided, which swirls the inflowing medium.

[0032] Wie aus der Fig. 1 weiter hervorgeht, ist das distale Endstück des Leitkanals 27 vorzugsweise als Bogen 29 ausgebildet. Damit soll erreicht werden, dass das in die Schichtungskammer einströmende Medium im Wesentlichen als laminare Strömung einfliesst. Dies hat den Vorteil, dass durch das einströmende Medium keine allzu grossen Verwirbelungen in der Schichtungskammer 16 hervorgerufen werden. Durch einen entsprechend gewählten Abstand der Prallwand 19 von der Austrittsöffnung des Leitkanals 27 kann das einströmende Medium in der Schichtungskammer entschleunigt werden. Beim Auf- und Rückprall der Strömung an der Prallwand kommt es zu einer Stauströmung, wodurch die Geschwindigkeit des einströmenden Mediums soweit herabgesetzt wird, dass das Medium sich entsprechend der Temperatur und Dichte zu schichten beginnt. Der Abstand der Prallwand von der Austrittsöffnung wird so gewählt, dass die Geschwindigkeit des Mediums nach dem Aufprall auf der Prallwand auf vorzugsweise < 0.03 m/s und ganz besonders bevorzugt < 0.02 m/s herabgesetzt ist. Es ist also zweckmässig, die Geschwindigkeit des einströmenden Mediums in wenigstens zwei Stufen herabzusetzen, nämlich ein erstes Mal beim Eintritt in den Leitkanal 27 durch Wahl eines günstigen Querschnittsverhältnisses von Zuleitung und Leitkanal, und danach in der Schichtungskammer 15 durch Wahl eines ausreichend langen Strömungsweges des einströmenden Mediums von der Austrittsöffnung bis zu den Durchtrittsöffnungen 21. As is further apparent from Fig. 1, the distal end portion of the guide channel 27 is preferably formed as a sheet 29. This is intended to ensure that the medium flowing into the stratification chamber flows in essentially as a laminar flow. This has the advantage that no excessive turbulence in the stratification chamber 16 is caused by the inflowing medium. By an appropriately selected distance of the baffle 19 from the outlet opening of the guide channel 27, the inflowing medium can be decelerated in the stratification chamber. During the rebound and rebound of the flow at the baffle there is a flow of congestion, whereby the velocity of the inflowing medium is reduced so far that the medium begins to layer according to the temperature and density. The distance of the baffle from the outlet opening is selected so that the velocity of the medium after the impact on the baffle wall is reduced to preferably <0.03 m / s and very particularly preferably <0.02 m / s. It is therefore expedient to reduce the velocity of the inflowing medium in at least two stages, namely a first time on entering the guide channel 27 by selecting a favorable cross-sectional ratio of feed and guide channel, and then in the stratification chamber 15 by selecting a sufficiently long flow path of the incoming Medium from the outlet opening to the passage openings 21st

[0033] Aus Fig. 4 und 5 ist ersichtlich, dass eine Schichtungskammer 15 dazu verwendet werden kann, einen Wärmetauscher 33 aufzunehmen, welcher beispielsweise mit thermischen Solarkollektoren gekoppelt sein kann. Die Wärme, die durch diesen Wärmetauscher 33 in diese Schichtungskammer 16 abgegeben wird oder der Schichtungskammer entnommen wird, verursacht eine Schichtung der betroffenen Mediumbereiche durch rein physikalische Kräfte. From Fig. 4 and 5 it can be seen that a stratification chamber 15 can be used to accommodate a heat exchanger 33, which may be coupled, for example, with solar thermal collectors. The heat which is discharged through this heat exchanger 33 into this stratification chamber 16 or is taken from the stratification chamber causes stratification of the affected medium regions by purely physical forces.

[0034] Durch die beschriebene Konstruktion des thermischen Schichtspeichers erfolgt die Schichtung im Wesentlichen innerhalb der Schichtungskammern 16. Das nach seiner Temperatur geschichtete Medium tritt erst nach erfolgter Schichtung in einem letzten Schritt durch die der jeweiligen Schichttemperatur entsprechenden Durchtrittsöffnung(en) 21 in die entsprechende Speicherschicht. Due to the described construction of the thermal stratified storage, the stratification takes place essentially within the stratification chambers 16. The layered according to its temperature medium occurs only after completion of stratification in a final step by the corresponding layer temperature corresponding passage opening (s) 21 in the corresponding storage layer ,

[0035] Im Weiteren kann sich, wie aus Fig. 6und 7ersichtlich, im oberen Bereich des Schichtspeichers eine Frischwasserstation 35 befinden. Die Frischwasserstation 35 dient dazu, aus kaltem Frischwasser warmes Frischwasser zu erzeugen. Die Frischwasserstation besteht aus einem Wärmetauscher, der aus einem ersten Wärmetauscherabschnitt 37 und einem an den ersten Wärmetauscherabschnitt 37 anschliessenden zweiten Wärmetauscherabschnitt 39 besteht. Der erste Wärmetauscherabschnitt 37 erstreckt sich vorzugsweise durch die Schichtungskammer(n) 16. Der zweite Wärmetauscherabschnitt 39 ist im oberen Bereich des Speicherraums 17 angeordnet, wo die Mediumstemperatur am höchsten ist. Vorteilhaft ist der Wärmetauscher 35 aus einem Rohr, vorzugsweise Kupferrohr, eines bestimmten Durchmessers hergestellt, welches schraubenförmig aufgewickelt ist. Dabei besitzt der erste Wärmetauscherabschnitt 37 einen ersten Durchmesser, welcher ungefähr dem mittleren Durchmesser der Ringkammer 15 entspricht, und der zweite Wärmetauscherabschnitt 39 einen zweiten Durchmesser, welcher kleiner als der Durchmesser des Innenbehälters 13 ist. Denkbar ist, dass der zweite Wärmetauscherabschnitt 39 zwei oder mehr ineinander gesetzte wendeiförmige Wärmetauscherabschnitte aufweist. Dadurch kann eine grosse Wärmetauscherfläche bereitgestellt werden, sodass eine Erwärmung in einem relativ schmalen Abschnitt des Schichtspeichers erfolgen kann. Furthermore, as can be seen from FIGS. 6 and 7, a fresh water station 35 can be located in the upper region of the stratified storage tank. The fresh water station 35 serves to produce warm fresh water from cold fresh water. The fresh water station consists of a heat exchanger which consists of a first heat exchanger section 37 and a second heat exchanger section 39 adjoining the first heat exchanger section 37. The first heat exchanger section 37 preferably extends through the stratification chamber (s) 16. The second heat exchanger section 39 is located in the upper region of the storage space 17 where the medium temperature is highest. Advantageously, the heat exchanger 35 is made of a tube, preferably copper tube, of a certain diameter, which is helically wound. In this case, the first heat exchanger section 37 has a first diameter, which corresponds approximately to the mean diameter of the annular chamber 15, and the second heat exchanger section 39 has a second diameter, which is smaller than the diameter of the inner container 13. It is conceivable that the second heat exchanger section 39 has two or more mutually wound helical heat exchanger sections. As a result, a large heat exchanger surface can be provided so that heating in a relatively narrow section of the stratified storage tank can take place.

[0036] Im Betrieb durchläuft das kalte Frischwasser zuerst den ersten Wärmetauscherabschnitt, der in der oder den Schichtungskammern 16 eingebaut ist. Danach gelangt das Wasser in den zweiten Wärmetauscherabschnitt, welcher im obersten Warmwasserbereich des Speicherbehälters 17 eingebaut ist. Dort wird das Wasser auf jene Temperatur angehoben, welche im obersten Bereich des Schichtspeichers vorherrscht. In operation, the cold fresh water first passes through the first heat exchanger section which is installed in the stratification chamber (s) 16. Thereafter, the water enters the second heat exchanger section, which is installed in the uppermost hot water area of the storage tank 17. There, the water is raised to the temperature prevailing in the uppermost part of the stratified storage tank.

[0037] Diese Variante einer Frischwasserstation 35 hat gegenüber anderen den Vorteil, dass sie gänzlich ohne Steuerung, Ventile, Pumpen sowie Messinstrumenten (Fühler, Durchflussmesser, etc.) auskommen kann. Dies hat wiederum den Vorteil, dass diese Frischwasserstation 35 ausfallsicher und kostengünstig im Unterhalt ist. Eine solche Frischwasserstation 35 erreicht ihren vollen Funktionsumfang erst in Kombination mit dem beschriebenen Schichtspeicher. Da das kalte Frischwasser zuerst durch die Schichtungskammern 16 geführt wird, kühlt es das dort befindliche warme Medium ab. Dies beeinflusst aber nicht, wie bei anderen Speichern die Temperaturschichtung des geschichteten Mediums im Speicherraum 17, sondern das abgekühlte Medium sinkt bereits in der Schichtungskammer 16 nach unten und tritt in der eigenschaftsgleichen Schicht (d.h. temperaturgleichen, bzw. dichtegleichen Schicht) wieder ein. This variant of a fresh water station 35 has over others the advantage that they can get by without control, valves, pumps and measuring instruments (sensors, flow meters, etc.). This in turn has the advantage that this fresh water station 35 is fail-safe and inexpensive to maintain. Such a fresh water station 35 reaches its full functional scope only in combination with the described layer memory. Since the cold fresh water is first passed through the stratification chambers 16, it cools the warm medium located there. However, this does not influence the temperature stratification of the stratified medium in the storage space 17, as in the case of other stores, but the cooled medium already sinks downwards in the stratification chamber 16 and reappears in the property-like stratum (i.e., temperature-equivalent or dense stratum).

[0038] Der erfindungsgemässe Schichtspeicheraufbau hat signifikante Vorteile: Die im Schichtspeicher angeordnete Frischwasserkaskade benötigt keine externen Armaturen (Pumpen, Ventile, etc.), da das Wasser durch den herrschenden Wasserdruck der Frischwasserzuleitung gefördert wird. Es erfolgt keine Strömung, die durch Pumpen verursacht wird. Dies lässt die Schichtungskammer 15 höchst effizient arbeiten. The stratified storage structure according to the invention has significant advantages: The fresh water cascade arranged in the stratified storage tank requires no external fittings (pumps, valves, etc.), since the water is conveyed by the prevailing water pressure of the fresh water supply line. There is no flow caused by pumps. This makes the stratification chamber 15 most efficient.

[0039] Ein thermischer Schichtspeicher besitzt mindestens einen als Speicherkammer dienenden ersten Behälter zur Aufnahme eines Wärmetransfermediums und mindestens einen zweiten, an den ersten Behälter über eine Trennwand 13 angrenzenden, als Einström- und Schichtungskammer 15 dienenden zweiten Behälter. Unten am ersten Behälter ist ein erster Entnahmestutzen 31 und oben ein zweiter Entnahmestutzen jeweils für die Entnahme des Wärmetransfermediums vorgesehen. Am zweiten Behälter 15 ist eine Anschlussöffnung 25 zur Zuführung des Wärmetransfermediums vorgesehen. Ausserdem ist einer in der Trennwand zwischen dem ersten und zweiten Behälter mindestens eine Durchtrittsöffnung 21 vorgesehen. An die mindestens eine Anschlussöffnung 25 ist ein Leitkanal 27 angeschlossen, welcher sich in den zweiten Behälter erstreckt. Dieser hat eine Austrittsöffnung, die so angeordnet ist, dass im Betrieb im Wesentlichen eine horizontale Einströmung in die Schichtungskammer resultiert. Im Abstand von der Austrittsöffnung und vorzugsweise ungefähr parallel zur Fläche der Austrittsöffnung ist eine Prallwand 19 angeordnet, von welcher das einströmende Medium zurückprallt. Die Durchtrittsöffnung 21 ist in einem Teil der Trennwand 13 vorgesehen, welcher entgegen der Einströmungsrichtung gesehen hinter der Austrittsöffnung des Leitkanals liegt. Die beschriebene Anordnung hat den Vorteil, dass das einströmende Medium einen relativ langen Weg zurücklegen muss, bis es die Durchtrittsöffnungen erreicht. Durch die Prallwand 19 wird die Geschwindigkeit des einströmenden Mediums so weit herabgesetzt, dass eine Schichtung des Mediums erfolgt. Vorteilhaft wird die Geschwindigkeit des einströmenden Mediums bereits beim Eintritt in den Lettkanal ein erstes Mal herabgesetzt. Dies geschieht durch eine entsprechende Wahl der Querschnittsverhältnisse der Zuführungsleitung und des Leitkanals. A thermal stratified storage has at least one serving as a storage chamber first container for receiving a heat transfer medium and at least one second, adjacent to the first container via a partition wall 13, serving as an inflow and stratification chamber 15 second container. At the bottom of the first container, a first extraction nozzle 31 and at the top a second extraction nozzle each for the removal of the heat transfer medium is provided. At the second container 15, a connection opening 25 for supplying the heat transfer medium is provided. In addition, one in the partition between the first and second container at least one passage opening 21 is provided. To the at least one connection opening 25, a guide channel 27 is connected, which extends into the second container. This has an outlet opening which is arranged so that in operation substantially horizontal inflow into the stratification chamber results. At a distance from the outlet opening and preferably approximately parallel to the surface of the outlet opening, a baffle 19 is arranged, from which the inflowing medium rebounds. The passage opening 21 is provided in a part of the partition wall 13 which, viewed counter to the inflow direction, lies behind the outlet opening of the guide channel. The described arrangement has the advantage that the inflowing medium has to travel a relatively long distance until it reaches the passage openings. By the baffle 19, the velocity of the inflowing medium is reduced so much that a stratification of the medium takes place. Advantageously, the speed of the inflowing medium is reduced for the first time already when entering the Lettkanal. This is done by an appropriate choice of the cross-sectional ratios of the supply line and the Leitkanals.

Bezugszeichenliste:LIST OF REFERENCE NUMBERS

[0040] <tb>11<sep>Aussenbehälter <tb>13<sep>Innenbehälter <tb>14<sep>Trennwand <tb>15<sep>Ringraum <tb>16<sep>Schichtungskammern des Ringraums <tb>17<sep>Speicherraum <tb>19<sep>Prallwand <tb>21<sep>Durchtrittsöffnung <tb>22<sep>Austrittsöffnung <tb>23<sep>Fussstück <tb>24<sep>Führungsstück des Fussstücks 23 <tb>25<sep>Anschluss <tb>27<sep>Steigrohr <tb>29<sep>Einlaufbogen <tb>31<sep>Auslass <tb>33<sep>zweiter Wärmetauscher <tb>35<sep>Erster Wärmetauscher (Frischwasserstation) <tb>37<sep>erster Wärmetauscherabschnitt <tb>39<sep>zweiter Wärmetauscherabschnitt[0040] <Tb> 11 <sep> outer container <Tb> 13 <sep> inner container <Tb> 14 <sep> Partition <Tb> 15 <sep> annulus <tb> 16 <sep> Stratification chambers of the annulus <Tb> 17 <sep> Storage Space <Tb> 19 <sep> baffle <Tb> 21 <sep> through opening <Tb> 22 <sep> outlet opening <Tb> 23 <sep> foot piece <tb> 24 <sep> Guide piece of the foot piece 23 <Tb> 25 <sep> Connection <Tb> 27 <sep> riser <Tb> 29 <sep> inlet bend <Tb> 31 <sep> outlet <tb> 33 <sep> second heat exchanger <tb> 35 <sep> First heat exchanger (fresh water station) <tb> 37 <sep> first heat exchanger section <tb> 39 <sep> second heat exchanger section

Claims

1. Thermal stratified storage with at least one first container serving as a storage chamber for receiving a heat transfer medium, at least one first extraction nozzle (31) arranged at the bottom of the first container and a second extraction nozzle arranged at the top of the first container in each case for the removal of the heat transfer medium, at least a second second container adjacent to the first container via a dividing wall (14) and serving as an inflow and stratification chamber (15, 16), - At least one provided on the second container connection opening for supplying the heat transfer medium, and at least one passage opening (21) provided in the partition between the first and second containers, characterized in that a guide channel (27) which extends into the second container is connected to the at least one connection opening, -that the guide channel (27) and the associated outlet opening are formed so that in operation substantially a horizontal inflow results, and -that a baffle (19) is arranged at a distance from the outlet opening in the flow direction.

2. Thermal layer memory according to the preceding claim, characterized in that the at least one passage opening (21) in a part of the partition wall (14) is provided, which is opposite to the direction of flow behind the outlet opening.

3. Thermal stratified tank according to one of the preceding claims, characterized in that the distance between the outlet opening and the baffle wall (19) is selected so that the speed of the inflowing medium before reaching the passage openings less than 0.03 m / s and preferably less than 0.02 m / s reached.

4. Thermal layer memory according to one of the preceding claims, characterized in that the baffle wall (19) at least 20 cm, preferably at least 30 cm, and more preferably at least 40 cm is removed from the outlet opening.

5. Thermal layer memory according to one of the preceding claims, characterized in that the first container is a cylindrical container having a first diameter and the second container is a cylindrical container having a second, larger diameter, and that the first container is arranged in the second container in that an annular space (15) is formed between the containers.

6. Thermal layer memory according to claim 5, characterized in that the first container (17) is arranged coaxially in the second container (11).

7. Thermal stratified tank according to one of the preceding claims, characterized in that one or more baffles (19) are provided, which divide the annular space (15) into a plurality of stratification chambers (16) or stratification niches.

8. Thermal layer memory according to one of the preceding claims, characterized in that the baffle or the baffles (19) are mounted or formed on the outside of the first container, so that it can be used as a unit in the second container.

9. Thermal layer memory according to one of the preceding claims, characterized in that the ratio of the cross-sectional area of the guide channel to the cross-sectional area of the feed line is greater than 1.5: 1, preferably greater than 2: 1 and most preferably greater than 3: 1.

10. Thermal layer memory according to one of the preceding claims, characterized in that the ratio of the cross-sectional area of the guide channel to the total cross-sectional area of the passage openings greater than 3: 1, preferably greater than 5: 1 and most preferably greater than 8: 1.

11. Thermal layer memory according to one of the preceding claims, characterized in that the guide channel is formed as a riser (27).

12. Thermal layer memory according to one of the preceding claims, characterized in that the outlet opening of the guide channel (27) is designed as an inlet bend (29).

13. Thermal stratified tank according to one of the preceding claims, characterized in that a part of the guide channel (27) is guided through the container wall to the outside and on this outer part a, preferably lateral, connection opening, which preferably has a smaller cross-section than the guide channel ,

14. Thermal stratified tank according to one of the preceding claims, characterized in that the connection opening of the guide channel is designed with a connecting piece (25) which opens at an angle in the guide channel (27).

15. Thermal stratified tank according to one of the preceding claims, characterized in that the guide channel (27) is guided through the bottom of the second container, and preferably serves as a stand for the stratified storage tank.

16. Thermal stratified tank according to one of the preceding claims, characterized in that a first part of the guide channel (27) which is guided through the container wall to the outside, of a different material than a second part of the guide channel (27), in the second Container protrudes, wherein the part outside the stratification chamber made of metal and the part in the stratification chamber made of plastic.

17. Thermal stratified tank according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of stratification chambers (16) are provided and that in the stratification chambers (16) opening guide channels (27) are of different lengths.

18. Thermal layer memory according to one of the preceding claims, characterized in that the guide channels (27) have different diameters.

19. Thermal stratified tank according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of passage openings (21) is provided, which are preferably arranged vertically above one another.

20. Thermal layer memory according to one of the preceding claims, characterized in that the first container is formed as an inner container and consists essentially of plastic and the second container is designed as an outer container and consists of metal.

21. Thermal stratified tank according to one of the preceding claims, characterized in that at least in the first container, a first heat exchanger (37, 39) is installed.

22. A thermal stratified storage according to claim 21, characterized in that the first heat exchanger has a first and a second heat exchanger section, wherein the first heat exchanger section (39) in the first container and the second heat exchanger section (37) is arranged in the second container.

23. Thermal stratified storage tank according to claim 21 or 22, characterized in that the first heat exchanger (37, 39) is made of spirally or helically wound heat exchanger tubes.

24. Thermal stratified tank according to one of the preceding claims, characterized in that in the second container, a heat exchanger (33) or a second heat exchanger (33) is provided.