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}The invention relates to a heat storage tank for heating systems, in particular Kaelte- / heat coupling systems z. B. in accelerator systems. The aim is to increase the effectiveness of heat storage containers by almost reaching the theoretically possible storage capacity. The task is to allow for repeated loading and unloading of Waermespeicherbehaelters no mixing of hot and cool water. The object is achieved by the upper and lower end of the container have a flow-regulating shape or centrally arranged flow-regulating attachments / attachments are arranged with a sieve construction, each on this through the sieve construction extended from the container wall by 90 in the container axis bent inlet - / outlet nozzle is directed, the ends of which are designed as cylindrical Siebaufsaetze with closed end face and dasz each more to the center of the container further Siebebenen are arranged {Kaelte- / Waermkopplungsanlagen; Heating / sanitary; Waermespeicherbehaelter; disk space; laminar flow; flow-regulating internals}

Description

-2- 282 507 Anwendungsgebiet der Erfindung-2- 282 507 Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft einen Wärmespeicherbehälter für Heizungsanlagen, insbesondere für Kälte-Wärme-Kopplungsanlagen, wie sie beispielsweise bei Beschleunigeranlagen eingesetzt werden.The invention relates to a heat storage tank for heating systems, in particular for refrigeration and heat-coupling systems, as used for example in accelerator systems.

Characteristic of the known state of the art

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.Currently, as storage for warm water simple containers are provided without internals, in which when charging or discharging warm mixed with cool water in whole or in part. An attempt to solve this problem is made in the patent DE 3115988A1. In it two variants are described to separate in stores warm from cool water by means of a movable wall from each other. The first variant with a rubber membrane has the disadvantages that the rubber is poröi by aging and stress poroi and ruptures and that the membrane is difficult to produce in the high quality required for this application. Replacing the membrane in large containers is problematic. The second variant with movable floor has in itself the problem of sealing this floor against the container wall. The question of the even guidance of this floor is not solved, since the required sealing causes a high wall friction, which under certain circumstances leads to the turning of the wall and thus to its inability to function.

Ziel der ErfindungObject of the invention

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.The present invention aims to design heat storage tank so constructively that the theoretically possible storage capacity is approximately reached and thus the efficiency of the system compared to systems m <t conventional storage of the same volume is substantially improved and that in discontinuous cooling-heat coupling systems reuse the resulting heat for consumers with continuous demand at constant flow temperature is made possible in the first place. It is thus achieved a saving in primary energy.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

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.The object of the invention is to store hot water so that even with repeated loading and unloading of the heat storage per unit time r ahezu no mixing of hot and cool water takes place and thus water can be removed at a nearly constant temperature.

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.According to the invention, the object is achieved in that the upper and lower end of the standing cylindrical container has a ') flow-regulating shape or centric in the container axis strörnungsregulierende ancillary or internals are arranged with a Siubkonstruktion, on each of which centrally through this screen construction through one of the container wall. ' us extended, 90 ° in the container axis bent Betriebszu- and -aussem neck is directed upwards for warm and down for ür cool water, at the end of a cylindrical sieve top with closed end face and that in each case to the center of the container level with full container diameter D arranged s nd. nine flow-regulating effect is achieved by the upper and lower end of the standing cylindrical container? z. B. is conical, the attachments z. B. are cylindrical and the internals cylindrical, nozzle or cone-shaped. The cylindrical attachments and internals have a preferred height of% and a diameter of% of Behälterdurc, knife D. To keep 'they are limited by a sieve level whose diameter corresponds to that of the cylindrical attachments or internals. Over the entire height of the cylindrical attachments and internals, a cylindrical sieve, eg with a diameter of%, is arranged centrally around the respective upper and lower operating inlet and outlet nozzles. The conical flow-regulating shape of the upper and lower end of the stationary container and the nozzle or conical internals is also assigned in the direction of the center of the container a screen plane, which is arranged in the cross-sectional area of ⁰ Ii . The distance between the sieve plane delimiting the flow-regulating shape and the inlet orifices and the first sieve plane with a total vessel diameter D is to be kept as low as possible, but is at least%. The other sieve levels with whole container diameter D have the same distance, z. Eg%. Mesh size and wire diameter of the sieves used, the sieve levels, the cylindrical sieve attachment> ind deseinsatzes are selected depending on the purity of the storage medium.

Das Verhältnis von Drahtdurchmesser (d_Or) zu Maschenweite (M) wird durch die Kennzahl β = (1 —^-) bestimmt.The ratio of wire diameter (d _Or ) to mesh size (M) is determined by the ratio β = (1 - ^ -) .

Um die beabsichtigte Strömungsregulierende Wirkung zu erzielen, sind bevorzugt Siebe mit der Kennzahl = 0,2...0,25 zu verwenden.In order to achieve the intended flow-regulating effect, sieves with the ratio = 0.2 ... 0.25 are preferred.

Die strömungsregulierenda Form bzw. die die An- oder Einbauten begrenzende Siebebene besteht aus mehreren Einzelsieben,The flow-regulating form or the sieve plane delimiting the attachments or internals consists of several individual sieves,

z. B. aus zwei übereinander angeordneten Siebbödun. Diese sind jeweils zentrisch mit einer Öffnung versehen, die dem Durchmesser der Zu- und Ablaufstutzen entspricht.z. B. of two superposed Siebbödun. These are each provided centrally with an opening which corresponds to the diameter of the inlet and outlet nozzles.

Die zur Behältermitte hin jeweils erste folgende Siebebene mit ganzem Behälterdurchmesser D besteht ebenfalls aus mehreren Einzelsieben, z. B. aus drei Siebböden.The container bottom towards each first following screen level with whole container diameter D also consists of several individual screens, z. B. of three sieve plates.

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.For example, in a heat pump / chiller associated with a cold-heat coupling process, the heated water flows continuously through the upper nozzle into the container, while at the same time cool water flows through the lower nozzle. The flowing into the upper nozzle warm water leaves it through the attached at its end frontally closed Siebaufsatz through, flows partly through the cylindrical sieve insert in the cylindrical attachment or installation or flows in k'egplf'örmigen buildings, flows through the sieve construction with the outer sieve level. As it continues to flow in the direction of the center of the tank, the flow over the first level with full container diameter D unfolds over the entire container cross-section. These and the further downstream levels of sieve represent hydraulic resistances, at which the flow is braked and aligned. In addition, the flow after each sieve is free of larger vortices, thus preventing the mixing of inflowing and outflowing water. The distances between the plane of the sieves with the entire container diameter D are determined so that the formation of large vortices can not occur. It is thus achieved substantially a piston flow. When removing warm water from the upper nozzle with simultaneous inflow of cooler water in the lower nozzle of the above-described process of inflow in the container runs from bottom to top. On the respective removal side of the flow process runs in the reverse direction.

Ausfuhrungsbeispielexemplary

Die Erläuterung wird nachstehend an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die zugehörigen Zeichnungen zeigenThe explanation will be explained below with reference to exemplary embodiments. The accompanying drawings show

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 EinbauFig. 1: a. 3 shows a partial longitudinal section through a vertical cylindrical container with a conical installation. FIG

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.In Fig. 1, centered at the upper and lower ends of the standing cylindrical container 1, having a diameter D, is a cylindrical housing 2 having a height of ° / e and a diameter of ⁰ ℓi . Towards the container, the extension 2 is limited by a sieve level 6. This sieve level 6 consists of two superimposed sieve trays with a diameter of ⁰ Ii ₁ which are each provided centrally with an opening corresponding to the diameter of the respective upper and lower Betriebszu- and-Ablaufstutzen 3.4.

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.Toward the center of the container, further sieve levels 7 with a total container diameter D are arranged, which consist of three sieve trays arranged one above the other. All sieves used have the ratio 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 %.The distance between the sieve level 6 and the sieve level 7 is ° h. The other to the center of the container downstream Siebebenen 7 have the same distance from each other by%.

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.The arranged between the respective plane of the sieve 6 and 7, extended from the container wall nozzle 3 and 4 are bent in the container axis by 90 ° and pass through the openings of the sieve 6 through until just before the bottom of the upper and untoren Betiälteranbaus.

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.On the ends of the sockets 3 and 4 sieves 5 are placed, which are closed in the axial direction. The sockets 3 and 4 are centered over the entire mounting height surrounded by a cylindrical sieve 8, which closely adjoins the delimiting surfaces.

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. 2 2 cylindrical inserts 9 are arranged in the container 1, with the diameter Dzentrisch at the top and bottom instead of the attachments. Toward the center of the container, they are each delimited by the outer sieve plane 6. The further construction corresponds to that of 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.In Fig. 3 irr container 1 with the diameter D centric at the top and bottom instead of the internals 10 conical baffles 11 are arranged. Towards the middle of the container, they are each assigned the outer sieve level 6 in the amount of the cone diameter ° h . The further construction corresponds to that of FIG. 1.

Claims

1. Wärmespeicherbahälter for heating systems, especially for refrigeration and heat-coupling systems, characterized in that the ob? e and the lower end of the upright cylindrical container (1) has a stromungsreguh "Jnde form or centrally in the container axis flow regulating attachments or internals (2) are arranged with a sieve construction, each centrally extending through this sieve construction from the container wall , Batriebszu- and -ausstutzen (3,4) bent by 90 ° in the container axis upwards for warm and down for cold water is directed to the end of which is a cylindrical sieve top (5) with closed end face and in each case to the center of the container on the sieve planes (7) are arranged with the entire container diameter D.

2. Wärmespeicherbehä'ter according to claim 1, characterized in that the flow-regulating shape of the upper and our end of the container (1) is preferably conical.

3. Heat storage tank according to claim 1, characterized in that the flow-regulating attachments (2) at the upper and lower end of the container (1) are preferably cylindrical.

4. Heat storage tank according to claim 1, characterized in that the flow-regulating internals (2) of the upper and lower end of the container are cylindrical, nozzle or conical.

5. Heat storage tank according to claim 1,3 and 4, characterized in that the sieve construction of a sieve plane (6) which limits the cylindrical attachments or internals (2) to the container center out, and of a cylindrical sieve insert (9), the Stub (3,4) in the attachments and internals (2) surrounds centric exists.

6. Heat storage tank according to claim 5, characterized in that the dimensions of the screen plane (6), preferably with a diameter ^D h, and the "iebeinsatzes (9), preferably with a height of% and a diameter of%, the dimensions of the cylindrical Attachments or internals correspond.

7. Heat storage tank according to claim 1 ', 2 and 4, characterized in that the sieve construction in conical design of the container ends odor with conical internals (2) consists only of a sieve (6) which is arranged in the cross-sectional area of the cone of preferably ⁰ Ii ,

8. Heat storage tank according to claim 1 to 7, characterized in that the distance between the flow-regulating form or the inputs and attachments (2) limiting sieve level (6) and the first level (7) with a total container diameter D is at least ° h and the distance between the tank center after the following sieve levels (7) with each other preferably ^D / e.

9. Heat storage tank according to claim 1 to 8, characterized in that the sieves used of the sieve layers (6,7), the cylindrical sieve attachment (5) and the sieve insert (9) are fine-meshed depending on the purity of the flow and the ratio of

Wire diameter (d _Dr ) and mesh size (M) expressed by the ratio β = (1 - rr ¹ )

is, preferably has a value of = 0.2 ... 0.25.

10. Heat storage tank according to claim 1 to 9, characterized in that the flow-regulating form or the An or internals (2) delimiting sieve (6) consists of several individual sieves, preferably two superimposed sieve plates, each having a central opening are provided, which corresponds to the diameter of the nozzle (3,4).

11. Heat storage tank according to claim 1 to 10, characterized in that towards the center of the container, each first screen plane (7) with a total container diameter D of several single sieves, preferably consists of three superimposed sieve plates.

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