DD282507A5

DD282507A5 - Waermespeicherbehaelter

Info

Publication number: DD282507A5
Application number: DD89327681A
Authority: DD
Inventors: Juergen Erfurt
Original assignee: Architektur Bauwesen Hochschul
Priority date: 1989-04-17
Filing date: 1989-04-17
Publication date: 1990-09-12

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Waermespeicherbehaelter fuer Heizungsanlagen, insbesondere Kaelte-/Waermekopplungsanlagen z. B. bei Beschleunigeranlagen. Ziel ist es, die Effektivitaet von Waermespeicherbehaeltern zu erhoehen, indem die theoretisch moegliche Speicherkapazitaet annaehernd erreicht wird. Die Aufgabe besteht darin, bei mehrmaligem Be- und Entladen des Waermespeicherbehaelters keine Vermischung von warmem und kuehlem Wasser zuzulassen. Die Aufgabe wird geloest, indem das obere und untere Ende des Behaelters eine stroemungsregulierende Form aufweisen oder zentrisch stroemungsregulierende An-/Einbauten mit einer Siebkonstruktion angeordnet sind, auf die jeweils durch diese Siebkonstruktion hindurch ein von der Behaelterwand aus verlaengerter um 90 in der Behaelterachse gebogener Zulauf-/Ablaufstutzen gerichtet ist, dessen Enden als zylinderfoermige Siebaufsaetze mit verschlossener Stirnseite ausgebildet sind und dasz jeweils zur Behaeltermitte weitere Siebebenen angeordnet sind.{Kaelte-/Waermekopplungsanlagen; Heizungs-/Sanitaertechnik; Waermespeicherbehaelter; Speicherkapazitaet; laminare Stroemung; stroemungsregulierende Einbauten}

Description

-2- 282 507 Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Wärmespeicherbehälter für Heizungsanlagen, insbesondere für Kälte-Wärme-Kopplungsanlagen, wie sie beispielsweise bei Beschleunigeranlagen eingesetzt werden.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Zur Zeit werden als Speicher für warmes Wasser einfache Behälter ohne Einbauten vorgesehen, in denen sich beim Laden oder Entladen warmes mit kühlem Wasser ganz oder teilweise vermischt. Ein Versuch, dieses Problem zu lösen, wird in der Patentschrift DE 3115988A1 unternommen. Darin werden zwei Varianten beschrieben, in Speichern warmes von kühlem Wasser mittels einer beweglichen Wand voneinander zu trennen. Die erste Variante mit einer Gummimembran hat die Nachteile, daß das Gummi durch Alterung und Belastung poröi wird und reißt und daß die Membran in der für diesen Einsatzfall erforderlichen hohen Qualität schwer herzustellen ist. Das Auswechseln der Membran in großen Behältern ist problematisch. Die zweite Variante mit beweglichem Boden hat in sich das Problem der Abdichtung dieses Bodens gegen die Behälterwand. Nicht gelöst ist die Frage der gleichmäßigen Führung dieses Bodens, da die erforderliche Abdichtung eine hohe Wandreibung bedingt, die unter Umständen zum Drehen der Wand und damit zu ihrer Funktionsunfähigxeit führt.

Ziel der Erfindung

Die vorliegende Erfindung hat das Ziel, Wärmespeicherbehälter konstruktiv so zu verändern, daß die theoretisch mögliche Speicherkapazität annähernd erreicht und damit die Effektivität der Anlage gegenüber Anlagen m<t herkömmlichem Speicher gleichen Volumens wesentlich verbessert wird sowie daß bei diskontinuierlich arbeitenden Kälte-Wärme-Kopplungsanlagen eine Wiederanwendung der anfallenden Wärme für Verbraucher mit kontinuierlichem Bedarf bei konstanter Vorlauftemperatur überhaupt erst ermöglicht wird. Es wird somit eine Einsparung an Primärenergic erreicht.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, warmes Wasser so zu speichern, daß auch bei mehrmaligem Be- und Entladen des Wärmespeichers pro Zeiteinheit r ahezu keine Vermischung von warmem und kühlem Wasser stattfindet und somit Wasser mit nahezu konstanter Temperatur entnommen werden kann.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das obere und untere Ende des stehenden zylindrischen Behälters ein') Strömungsregulierende Form aufweist oder zentrisch in der Behälterachse strörnungsregulierende An- oder Einbauten mit einer Siubkonstruktion angeordnet sind, auf die jeweils zentrisch durch diese Siebkonstruktion hindurch ein von der Behälterwand.' us verlängerter, um 90° in der Behälterachse gebogener Betriebszu- und -ablaufstutzen nach oben für warmes und nach unten ür kühles Wasser gerichtet ist, auf dessen Ende sich ein zylinderförmiger Siebaufsatz mit verschlossener Stirnseite befindet und daß jeweils zur Behältermitte hin Siebebenen mit ganzem Behälterdurchmesser D angeordnet s<nd. nine Strömungsregulierende Wirkung wird erreicht, indem das obere und untere Ende des stehenden zylindrischen Behälter? z. B. kegelförmig ist, die Anbauten z. B. zylinderförmig sind und die Einbauten zylinder-, düsen- oder kegelförmig. Die zylinderförmigen An- und Einbauten haben eine bevorzugte Höhe von % und einen Durchmesser von % des Behälterdurc ,messers D. Zum Behalte' hin werden sie von einer Siebebene begrenzt, deren Durchmesser dem der zylinderförmigen An- oder Einbauten entspricht. Über die gesamte Höhe der zylinderförmigen An- und Einbauten ist zentrisch um den jeweiligen oberen und unteren Betriebszu- und -ablaufstutzen ein zylinderförmiges Sieb z.B. mit einem Durchmesser von % angeordnet. Der kegelförmigen Strömungsregulierenden Form des oberen und unteren Endes des stehenden Behälters und den düsen- bzw. kegelförmigen Einbauten ist ebenfalls in Richtung Behältermitte eine Siebebene zugeordnet, die im Querschnittsbereich von ⁰Ii angeordnet ist. Der Abstand zwischen der die Strömungsregulierende Form bzw. die Ein- ooer Anbauten begrenzenden Siebebene und der ersten Siebebene mit ganzem Behälterdurchrr jsser D ist so gering wie möglich zu halten, beträgt jedoch mindestens %. Die weiteren Siebebenen mit ganzem Behälterdurcnmesser D haben untereinander denselben Abstand, z. B. %. Maschenweite und Drahtdurchmesser der verwendeten Siebe, der Siebebenen, des zylinderförmigen Siebaufsatzes > ind des -einsatzes werden in Abhängigkeit von der Reinheit des Speichermediums gewählt.

Das Verhältnis von Drahtdurchmesser (d_Or) zu Maschenweite (M) wird durch die Kennzahl β = (1 —^-) bestimmt.

Um die beabsichtigte Strömungsregulierende Wirkung zu erzielen, sind bevorzugt Siebe mit der Kennzahl = 0,2...0,25 zu verwenden.

Die strömungsregulierenda Form bzw. die die An- oder Einbauten begrenzende Siebebene besteht aus mehreren Einzelsieben,

z. B. aus zwei übereinander angeordneten Siebbödun. Diese sind jeweils zentrisch mit einer Öffnung versehen, die dem Durchmesser der Zu- und Ablaufstutzen entspricht.

Die zur Behältermitte hin jeweils erste folgende Siebebene mit ganzem Behälterdurchmesser D besteht ebenfalls aus mehreren Einzelsieben, z. B. aus drei Siebböden.

Das beispielsweise in einer Wärmepumpe/Kältemaschine, die zu einem Kälte-Wärmekopplungsprozeß gehört, erwärmte Wasser fließt kontinuierlich durch don oberen Stutzen in den Behälter, während gleichzeitig durch den unteren Stutzen kühles Wasser abfließt. Das in den oberen Stutzen einfließende warme Wasser verläßt ihn durch den an seinem Ende angebrachten stirnseitig verschlossenen Siebaufsatz hindurch, fließt teilweise durch den zylinderförmigen Siebeinsatz in den zylinderförmigen An- oder Einbau bzw. fließt in k'egplf'örmigen Bauten, durchströmt die Siebkonstruktion mit der äußeren Siebebene. Mit dem Weiterfließen in Richtung Behältermitte entfaltet sich die Strömung über der ersten Siebebene mit ganzem Behälterdurchmesser D auf den gesamten Behälterquerschnitt. Diese und die weiter folgenden Siebebenen stellen hydraulische Widerstände dar, an denen die Strömung gebremst und damit ausgerichtet wird. Außerdem ist die Strömung nach jedem Sieb frei von größeren Wirbeln, wodurch das Vermischen von zuströmendem mit abströmendem Wasser verhindert wird. Die Abstände der Siebebenen mit ganzem Behälterdurchmesser D untereinander sind so festgelegt, daß eine Bildung von großen Wirbeln nicht eintreten kann. Es wird also im wesentlichen eine Kolbenströmung erzielt. Bei Entnahme warmen Wassers aus dem oberen Stutzen bei gleichzeitigem Zufluß kuhleren Wassers in den unteren Stutzen verläuft der oben beschriebene Vorgang des Zuströmens im Behälter von unten nach oben. Auf der jeweiligen Entnahmeseite verläuft der Strömungsvorgang in umgekehrter Richtung.

Ausfuhrungsbeispiel

Die Erläuterung wird nachstehend an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen

Fig. 1: einer. Längsschnitt durch einen stehenden zylindrischen Behälter mit zylindrischen Anbauten Fig. 2: einen Teillängsschnitt durch einen fitehenden zylindrischen Behälter mit zylinderförmigem Einbau Fig. 3: einen Teillängsschnitt durch einen stehenden zylindrischen Behälter mit kegelförmigem Einbau

In Fig. 1 ist zentrisch am oberen und unteren Ende des stehenden zylindrischen Behälters 1, mit einem Durchmesser D ein zylinderförmigerAnhau 2, mit einer Höhe von °/e und einem Durchmesser von ⁰Ii angeordnet. Zum Behälter hin ist der Anbau 2 durch eine Siebebeno 6 begrenzt. Diese Siebebene 6 besteht aus zwei übereinander angeordneten Siebböden mit einem Durchmesser von ⁰Ii₁ die jeweils zentrisch mit einer Öffnung, entsprechend dem Durchmesser des jeweiligen oberen und unteren Betriebszu- und -ablaufstutzen 3,4 versehen sind.

Zur Behältermitte hin sind weitere Siebebenen 7 mit ganzem Behälterdurchmesser D angeordnet, die aus drei übereinander angeordneten Siebböden bestehen. Alle verwendeten Siebe haben die Kennzahl β = 0,25.

Der Abstand zwischen der Siebebene 6 und der Siebebene 7 beträgt °h. Die weiteren zur Behältermitte hin folgenden Siebebenen 7 haben zueinander den gleichen Abstand von %.

Die zwischen der jeweiligen Siebebene 6 und 7 angeordneten, von der Behälterwand aus verlängerter Stutzen 3 und 4 sind in der Behälterachse um 90° gebogen und führen durch die Öffnungen der Siebebene 6 hindurch bis kurz vor den Boden des oberen und untoren Betiälteranbaus 2.

Auf die Enden der Stutzen 3 und 4 sind Siebe 5 aufgesetzt, die in axialer Richtung geschlossen sind. Die Stutzen 3 und 4 sind über die gesamte Anbauhöhe zentrisch von einem zylinderförmigen Sieb 8 umgeben, das an die begrenzenden Flächen eng anschließt.

In Fig. 2 sind im Behälter 1, mit dem Durchmesser Dzentrisch am oberen und unteren Ende statt der Anbauten 2 zylinderförmige Einbauten 9 angeordnet. Zur Behältermitte hin werden sie jeweils von der äußeren Siebebene 6 begrenzt. Der weitere Aufbau entspricht dem von Fig. 1.

In Fig. 3 sind irr Behälter 1 mit dem Durchmesser D zentrisch am oberen und unteren Ende statt der Einbauten 10 kegelförmige Einbauten 11 angeordnet. Zur Behältermitte hin sind ihnen jeweils die äußere Siebebene 6 in Höhe des Kegeldurchmessers °h zugeordnet. Der weitere Aufbau entspricht dem von Fig. 1.

Claims

1. Wärmespeicherbahälter für Heizungsanlagen, insbesondere für Kälte-Wärme-Kopplungsanlagen, gekennzeichnet dadurch, daß das ob? e und untere Ende des stehenden zylindrischen Behälters (1) eine stromungsreguh" jnde Form aufweist oder zentrisch in der Behälterachse Strömungsregulierende An- oder Einbauten (2) mit einer Siebkonstruktion angeordnet sind, auf die jeweils zentrisch durch diese Siebkonstruktion hindurch ein von der Behälterwand aus verlängerter, um 90° in der Behälterachse gebogener Batriebszu- und -ablaufstutzen (3,4) nach oben für warmes und nach unten für kaltes Wasser gerichtet ist, auf dessen Ende sich ein zylinderförmiger Siebaufsatz (5) mit verschlossener Stirnseite befindet und daß jeweils zur Behältermitte hin Siebebenen (7) mit ganzem Behälterdurchmesser D angeordnet sind.

2. Wärmespeicherbehä'ter nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Strömungsregulierende Form des oberen und unseren Endes des Behälters (1) vorzugsweise kegelförmig ist.

3. Wärmespeicherbehälter nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die strömungsregulierenden Anbauten (2) am oberen und unteren Ende des Behälters (1) vorzugsweise zylinderförmig sind.

4. Wärmespeicherbehälter nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die strömungsregulierenden Einbauten (2) des oberen und unteren Endes des Behälters zylinder-, düsen- oder kegelförmig sind.

5. Wärmespeicherbehälter nach Anspruch 1,3 und 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Siebkonstruktion aus einer Siebebene (6), die die zylinderförmigen An- oder Einbauten (2) zur Behältermitte hin begrenzt, und aus einem zylinderförmigen Siebeinsatz (9), der den Stutzen (3,4) in den An- und Einbauten (2) zentrisch umgibt, besteht.

6. Wärmespeicherbehälter nach Anspruch 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Abmessungen der Siebebene (6), vorzugsweise mit einem Durchmesser ^Dh, und des "iebeinsatzes (9), vorzugsweise mit einer Höhe von % und einem Durchmesser von %, den Abmessungen der zylinderförmigen An- oder Einbauten entsprechen.

7. Wärmespeicherbehälter nach Anspruch 1', 2 und 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Siebkonstruktion bei kegelförmiger Gestaltung der Behälterenden odor bei kegelförmigen Einbauten (2) nur aus einer Siebebene (6) besteht, die im Querschnittsbereich der Kegel von vorzugsweise ⁰Ii angeordnet ist.

8. Wärmespeicherbehälter nach Anspruch 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch, daß der Abstand zwischen der die Strömungsregulierende Form bzw. die Ein- und Anbauten (2) begrenzenden Siebebene (6) und der ersten Siebebene (7) mit ganzem Behälterdurchmesser D mindestens °h beträgt und der Abstand der zur Behältermitte hin folgenden Siebebenen (7) untereinander vorzugsweise ^D/e.

9. Wärmespeicherbehälter nach Anspruch 1 bis 8, gekennzeichnet dadurch, daß die verwendeten Siebe der Siebebenen (6,7), des zylinderförmigen Siebaufsatzes (5) und des Siebeinsatzes (9) in Abhängigkeit von der Reinheit des Durchflußstoffes feinmaschig sind und das Verhältnis von

Drahtdurchmesser (d_Dr) und Maschenweite (M), das durch die Kennzahl β = (1 —-rr¹) ausgedrückt

wird, vorzugsweise einen Wert von = 0,2...0,25 hat.

10. Wärmespeicherbehälter nach Anspruch 1 bis 9, gekennzeichnet dadurch, daß die die Strömungsregulierende Form bzw. die An- oder Einbauten (2) begrenzende Siebebene (6) aus mehreren Einzelsieben, vorzugsweise aus zwei übereinanderliegenden Siebböden, besteht, die jeweils zentrisch mit einer Öffnung versehen sind, die dem Durchmesser der Stutzen (3,4) entspricht.

11. Wärmespeicherbehälter nach Anspruch 1 bis 10, gekennzeichnet dadurch, daß zur Behältermitte hin, die jeweils erste Siebebene (7) mit ganzem Behälterdurchmesser D aus mehreren Einzeisieben, vorzugsweise aus drei übereinanderliegenden Siebböden, besteht.

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen