DE10054741A1

DE10054741A1 - Schichtenspeichereinrichtung zur Speicherung von Wärme

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Publication number: DE10054741A1
Application number: DE10054741A
Authority: DE
Inventors: Werner Senghas
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-10-12
Filing date: 2000-11-04
Publication date: 2002-04-25

Abstract

Eine Schichtenspeichereinrichtung (10) zur Speicherung von Wärme eines Speichermediums innerhalb eines Behälters (12), dem ein erwärmtes oder abgekühltes Speichermedium durch eine Leitstruktur (20, 24), insbesondere Auf- und/oder Abströmrohr, zugeführt wird, die das Medium jeweils an die Stellen gleicher Temperatur heranführt und dort in das Innere des Behälters (12) abgibt und von dem je nach gewünschter Temperatur das Speichermedium wieder abgegeben werden kann, zeichnet sich dadurch aus, dass die Leitstruktur (20, 24), insbesondere Auf- und/oder Abströmrohr, geneigt zur Vertikalen innerhalb des Behälters (12) angeordnet ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schichtenspeicher einrichtung zur Speicherung von Wärme eines Speichermediums innerhalb eines Behälters, dem ein erwärmtes oder ab gekühltes Speichermedium durch eine Leitstruktur, ins besondere Auf- und/oder Abströmrohr, zugeführt wird, die das Medium jeweils an die Stellen gleicher Temperatur heranführt und dort in das Innere des Behälters abgibt und von dem je nach gewünschter Temperatur das Speichermedium wieder abgegeben werden kann.

STAND DER TECHNIK

Es ist eine Schichtenspeichereinrichtung bekannt, bei der ein geschlossenes Aufströmrohr und ein geschlossenes Abströmrohr eingesetzt wird. Die Schichtung erfolgt somit von ganz unten nach ganz oben innerhalb des Behältnisses beziehungsweise umgekehrt. Bei dieser Ausführung erfolgt keine beziehungsweise nur eine mangelhafte Schichtung, da beim Aufströmrohr eine obere und eine untere Austritts öffnung vorhanden ist, und beim Abströmrohr nur eine untere Öffnung. Darüber hinaus ist diese Schichtenspeicherein richtung hermetisch in einem Kunststoffbehältnis ab geschlossen, so dass bei Störungen innerhalb der Wärme tauscher oder sonstigen Fehlern innerhalb des Behältnisses nur mit großem Aufwand oder überhaupt keine Reparatur durchgeführt werden kann. Insgesamt ist diese Schichtenspei chereinrichtung relativ teuer.

Eine weitere bekannte Schichtenspeichereinrichtung arbeitet vom Prinzip her mit senkrechten Auf-/Abströmrohren, die in einer groben Rasterung nicht zentimetergenau einschichten können. Zur Ermöglichung der Schichtung werden bewegliche Kunststoffklappen eingesetzt.

Es ist weiterhin eine Schichtenspeichereinrichtung der eingangs genannten Art bekannt, bei der die Schichtung über ein vertikales Auf- beziehungsweise Abströmrohr erfolgt, bei dem das Speichermedium seitlich rechtwinklig über einen Trichter in das Behälterinnere zur Schichtung abgegeben wird. Aufgrund der Trichterwirkung kommt es zu dem bekannten Venturi-Effekt, der einer gleichmäßigen Vermischung entgegenwirkt. Durch die Vielzahl der vorzusehenden Trichter beziehungsweise Lamellen ist eine derartige Einrichtung in ihrer Herstellung relativ teuer.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Ausgehend von dem genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung das technische Problem beziehungs weise die Aufgabe zugrunde, eine Schichtenspeichereinrich tung anzugeben, die eine gleichmäßige Schichtung innerhalb des Behälters gewährleistet, wirtschaftlich hergestellt werden kann, einen besonders hohen Nutzungsgrad hat und Wartungs- und Reparaturarbeiten leicht zugänglich ist.

Die erfindungsgemäße Schichtenspeichereinrichtung ist durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gegeben. Vorteil hafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Die erfindungsgemäße Schichtenspeichereinrichtung der eingangs genannten Art zeichnet sich demgemäß dadurch aus, dass die Leitstruktur, insbesondere Auf- und/oder Abström rohr, geneigt zur Vertikalen innerhalb des Behälters angeordnet ist.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung einer Schichtenspeicherein richtung, der ein erwärmtes Fluid zugeführt wird, dessen Wärmeenergie temperaturabhängig innerhalb eines Behälters an ein Speichermedium abgegeben wird ist gekennzeichnet durch zumindest einen im unteren Bereich des Behälters an geordneten unteren Wärmetauscher, dem das erwärmte Fluid zugeführt wird, zumindest ein an dem unteren Wärmetauscher angeschlossenes, nach oben verlaufendes Aufströmrohr, inner halb dessen das erwärmte Speichermedium nach oben steigt und über Ausnehmungen je nach Umgebungstemperatur in das Innere des Behälters strömt, einen im oberen Bereich des Behälters angeordneten oberen Wärmetauscher, der das benötigte Brauch wasser erwärmt, und ein an dem oberen Wärmetauscher angeschlossenes, nach unten verlaufendes Abströmrohr (24), innerhalb dessen das abgekühlte Speichermedium nach unten fällt und über Ausnehmungen je nach Umgebungstemperatur in das Innere des Behälters strömt, wobei das Aufströmrohr im Wesentlichen schräg vom unteren Wärmetauscher zum oberen Bereich des Behälters verläuft und das Abströmrohr im Wesentlichen schräg vom oberen Wärmetauscher zum unteren Bereich des Behälters verläuft.

Eine bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass der untere Wärmetauscher und/oder der obere Wärme tauscher an der Seitenwandung des Behälters angeordnet sind, wobei beide Wärmetauscher als separat montierbare be ziehungsweise demontierbare Einheiten in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ausgebildet sind. Die Wärme tauscher können auch am Boden oder Deckel montiert sein.

Eine besonders gleichmäßige Schichtung innerhalb des Be hälters wird gemäß einer besonders vorteilhaften Aus gestaltung dadurch erreicht, dass das Aufströmrohr und das Abströmrohr als sich kreuzende Profile angeordnet sind. Beide Rohre können auch parallel angeordnet sein.

Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung, die die Ausbildung einer gleichmäßigen Schichtung weiter erhöht, zeichnet sich dadurch aus, dass mehrere Auf- und/oder Abströmrohre vorhanden sind.

Bevorzugt sind die Ausnehmungen in Längsrichtung raster förmig vorhanden, wobei sich eine besondere Ausführungsform, die eine effiziente und gleichmäßige Schichtung gewähr leistet, dadurch auszeichnet, dass die Ausnehmungen im Auf strömrohr unterseitig und im Abströmrohr oberseitig an geordnet sind. Die Ausnehmungen sind bevorzugt rund, oval, eckig oder langlochförmig ausgebildet.

In einer alternativen Ausgestaltung, die ebenfalls eine gleichmäßige Schichtung innerhalb des Behälters gewähr leistet, sind die Ausnehmungen zu einem durchgehenden Schlitz verschmolzen.

Zur Unterstützung der Ausströmung aus dem Inneren des Auf- beziehungsweise Abströmrohres bei jeweils gleicher Um gebungstemperatur können gemäß einer bevorzugten Aus gestaltung Lamellen im unmittelbaren Bereich der Aus nehmungen oder des Schlitzes vorhanden sein.

Die Querschnittsfläche des Aufströmrohres beziehungsweise des Abströmrohres oder die Querschnittsfläche der Aus nehmungen kann unterschiedlich sein. Dies hängt davon ab, in welcher Größenordnung sich die einströmenden Wassermengen im konkreten Einzelfall bewegen. Eine bevorzugte Ausgestaltung ermöglicht, die Querschnittsfläche der Rohre jeweils den gegebenen Randbedingungen anzupassen.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist eine Solaranlage, Wärmerückgewinnungsanlage, Gas-, Öl- oder Feststoffkessel vorhanden, die/der für eine Erwärmung des dem unteren Wärmetauscher zugeführten Fluids sorgt.

Um den Wirkungsgrad weiter zu erhöhen ist bevorzugt der Behälter mit einer Wärmedämmung versehen.

Für den Querschnitt des Auf- beziehungsweise Abströmrohres kommen die unterschiedlichsten Formen in Betracht. So kann der Querschnitt beispielsweise quadratisch, rechteckförmig, kreisförmig, elliptisch oder dreieckförmig ausgebildet sein.

Die erfindungsgemäße Schichtenspeichereinrichtung ermöglicht eine stufenlose, gleichförmige und effektive Schichtung je nach Abhängigkeit der Temperatur des Speichermediums, für das bevorzugt Wasser eingesetzt wird, innerhalb des Behälters. Dadurch wird der Wirkungsgrad deutlich erhöht. Durch die einfache konstruktive Maßnahme des schräg angeordneten Auf- beziehungsweise Abströmrohres lässt sich eine wirtschaftliche Herstellung umsetzen. Dadurch dass die Wärmetauschereinheiten als in der seitlichen Wandung des Behälters vorhandene separate Einsatzbauteile ausgebildet sind, ist die erfindungsgemäße Schichtenspeichereinrichtung besonders wartungs- und reparaturfreundlich.

Mit der erfindungsgemäßen Schichtenspeichereinrichtung wird ein erwärmtes oder abgekühltes Medium durch eine Leit struktur (Auf- und/oder Abströmrohr) innerhalb eines Behälters ohne nennenswerte Verwirbelungen exakt in die Schicht mit gleicher Temperatur eingelagert. Die Leitstruktur besteht zumindest aus einem schräg im Behälter angebrachten Rohr mit Ausnehmungen, an das ein erwärmtes oder abgekühltes Medium herangeführt wird und von diesem an die Stelle mit gleicher Temperatur geleitet wird. Dabei ist zunächst nicht von Bedeutung, ob das Medium von einem internen oder externen Wärmetauscher oder von einer anderen Energiequelle oder von einem anderen Energieverbraucher kommt. So sind beispielsweise der oder die oberen Wärme tauscher für jegliche Art der Energieentnahme denkbar. Die Leitstruktur verläuft in der Regel vom unteren Teil des Speichers in den oberen Teil oder umgekehrt, kann aber auch von jedem Punkt, je nach Bedarf, zu jedem anderen Punkt geführt werden.

Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung einer erfindungs gemäßen Schichtenspeichereinrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass das Aufströmrohr und/oder das Abströmrohr eine sich in Rohrlängsrichtung ändernde Neigung aufweisen. Beson ders vorteilhaft ist es hierbei, in dem Aufströmrohr und/oder Abströmrohr einen Knick vorzusehen, bei dem sich der Neigungswinkel schlagartig ändert. Dies lässt sich kon struktiv besonders einfach umsetzen. Durch die Änderung des Neigungswinkels, verbunden mit einer Umleitung der Strömungsrichtung, kann die Fließgeschwindigkeit so beein flusst werden, dass ein höherer Volumenstrom, verbunden mit einer niedrigeren Strömungsgeschwindigkeit realisiert werden kann.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass das Aufströmrohr und/oder das Abströmrohr in gewendelter Ausführung vorhanden ist, d. h. das Auf beziehungsweise Abströmrohr schraubenlinienförmig verläuft. Mit dieser vorteilhaften Ausführungsvariante können große Höhen (Längen) mit einer niedrigen Steigung realisiert werden, was eine Verwirbelung und eine Sogwirkung zuver lässig verhindert.

Weitere Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung ergeben sich durch die in den Ansprüchen ferner aufgeführten Merkma le sowie durch das nachstehend angegebene Ausführungs beispiel. Die Merkmale der Ansprüche können in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden, insoweit sie sich nicht offensichtlich gegenseitig ausschließen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausführungsformen und Wei terbildungen derselben werden im Folgenden anhand des in der Zeichnung dargestellten Beispiels näher beschrieben und er läutert. Die der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmen den Merkmale können einzeln für sich oder zu mehreren in be liebiger Kombination erfindungsgemäß angewandt werden. Es zeigen:

Fig. 1 schematischer Schnitt durch eine Schichtenspeicher einrichtung mit schräg verlaufendem Auf- und Abströmrohr mit Wärmetauschern,

Fig. 2a bis 2h Seitenansichten von Auf- beziehungsweise Abströmrohren mit rasterförmig angeordneten Ausnehmungen bei unterschiedlicher Querschnitts ausbildung mit gleichzeitiger Darstellung des Schnittes gemäß Schnittführung A-B,

Fig. 3a und 3b schematische Seitenansicht eines Auf- beziehungsweise Abströmrohres mit Schlitz und gleichzeitiger Dar stellung des Schnittes C-D beziehungsweise E-F,

Fig. 4 schematische Detailschnittdarstellung durch ein Abströmrohr mit dargestellten Strömungsverhältnissen,

Fig. 5 schematische Detailschnittdarstellung durch ein Auf strömrohr mit dargestellten Strömungsverhältnissen,

Fig. 6a und 6b schematische Detail-Seitenansicht und Schnitt gemäß Schnittführung A-B durch ein gemeinsames Auf- und Abströmrohr,

Fig. 7 schematischer Schnitt durch eine Schichtenspeicher einrichtung mit schematischer Darstellung des zugeführten Mediums,

Fig. 8 schematischer Schnitt durch eine Schichtenspeicher einrichtung gemäß Fig. 1, jedoch mit geknickt verlaufendem Auf- beziehungsweise Abströmrohr, und

Fig. 9 schematischer Detailschnitt durch eine Schichtenspei chereinrichtung mit schraubenlinienförmig verlaufendem Aufströmrohr.

WEGE ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Schichtenspeicherein richtung 10 besitzt einen Behälter 12, der als zylindrischer Körper ausgebildet ist, mit oberseitig vorhandenem konvexen Deckelbereich und unterseitig vorhandenem konvexen Boden bereich. Im Bodenbereich sind Stützfüße 50 vorhanden zum Lagern des Behälters 12 auf einem Boden 52. Der Boden und/oder Deckel kann auch konkav ausgebildet sein.

In dem in Fig. 1 rechten unteren Seitenrandbereich ist ein unterer Wärmetauscher 14 an/in dem Behälter 12 montiert, der einen Zufluss 16 für ein erwärmtes Fluid und einen Abfluss 18 für das kalte Fluid besitzt. Das Fluid zirkuliert in einem Wärmekreislauf, in dem eine Pumpe 30 angeordnet ist, die das Fluid einer schematisch dargestellten Solarkollek toreinheit 32 zuführt, die das Fluid innerhalb der Solarkol lektoreinheit 32 erwärmt und über den Zufluss 16 dem unteren Wärmetauscher 14 zuführt.

Innerhalb des unteren Wärmetauschers 14 wird die Wärme energie des über den Zufluss 16 ankommenden Mediums an ein innerhalb des Behälters 12 vorhandenes Speichermedium 60, das im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus Wasser besteht, abgegeben. Gleichzeitig besitzt der untere Wärmetauscher 14 ein ihn umgebendes Gehäuse 54 mit einer trichterförmigen Öffnung 76, innerhalb derer gemäß Pfeilrichtung A das im Behälter 12 befindliche Speichermedium 60 zufließen kann. Dadurch wird für eine intensive Verwirbelung innerhalb des Wärmetauschers 16 gesorgt, die den Wirkungsgrad weiter erhöht. An das Speichermedium wird die Wärmeenergie ab gegeben und daraufhin steigt das Speichermedium 60 innerhalb eines schräg innerhalb des Behälters 12 angeordneten Auf strömrohres 20 infolge des Dichte-Unterschiedes nach oben weg (Pfeilrichtung P1).

Das schräg verlaufende Aufströmrohr 20 weist unterseitig rasterförmig vorhandene Ausnehmungen auf, durch die das erwärmte Speichermedium entsprechend der erreichten Dichte nach außen in das Innere des Behälters 12 ausströmen kann, um eine gleichmäßige Schichtenbildung in Abhängigkeit vom Temperaturverlauf zu bilden. Durch die gemäß Fig. 5 unter seitig am Aufströmrohr 20 rasterförmig angeordneten Aus nehmungen 44, die bevorzugt als Langlöcher ausgebildet sein können, strömt das innerhalb des Aufströmrohres 20 vor handene erwärmte Speichermedium bei Erreichen des ent sprechenden Temperaturniveaus 48 infolge des Dichte-Unterschiedes aus dem Aufströmrohr 20 aus (Pfeile S1) und sorgt für eine gleichmäßige Schichtung des Speichermediums innerhalb des Behälters 12. Eine die Effizienz vermindernde Vermischung wird durch das schräg angeordnete Aufströmrohr 20 im Wesentlichen unterbunden.

In der in Fig. 1 rechts dargestellten Seitenwandung des Behälters 12 ist oberseitig ein oberer Wärmetauscher 22 angeordnet, der für die Erwärmung des angeforderten Brauch wassers sorgt. Hierzu besitzt er einen Ablauf 28 und einen Zulauf 26. Im oberen Bereich befindet sich das erwärmte Speichermedium. Dieses wird einem den Wärmetauscher 22 umgebenden Gehäuse 62 über ein oberseitige trichterförmige Ausnehmung 58 gemäß Pfeilrichtung B dem oberen Wärmetauscher 22 zugeführt, der daraufhin eine Erwärmung des Brauchwassers umsetzt. Gleichzeitig wird das um den oberen Wärmetauscher 22 abgekühlte Speichermedium über ein Abströmrohr 24, das schräg nach unten verlaufend angeordnet ist, nach unten geführt. Das Abströmrohr 24 weist oberseitig Ausnehmungen zum schichtweisen Abgeben des Speichermediums 60 ent sprechend der jeweiligen Temperatur des Speichermediums in dem entsprechenden Temperaturhöhenniveau (Strömungspfeile S2) auf.

Aufgrund der geometrischen Anordnung des unteren Wärme tauschers 14 mit dem zugehörigen schräg verlaufenden Auf strömrohr 20 und dem oberen Wärmetauscher 22 mit dem zugehörigen schräg verlaufenden Abströmrohr 24 kreuzen sich die Rohre 20, 24.

Die schräge Anordnung des Auf- beziehungsweise Abströmrohrs 20, 24 in Verbindung mit den zugehörigen Ausnehmungen gewährleistet eine nahezu verwirbelungsfreie Einleitung des Speichermediums innerhalb des entsprechenden Höhenniveaus innerhalb des Behälters 12 zur nahezu verwirbelungsfreien Einbringung des Speichermediums aus den Rohren in das Innere des Behälters 12. Dadurch wird eine besonders hohe Effek tivität ohne Verwirbelungserscheinungen ermöglicht. Der Wirkungsgrad einer derartigen Vorrichtung ist gegenüber den bekannten Vorrichtungen gesteigert.

Zusätzlich ist im Rahmen der Speichereinrichtung 10 an den Behälter 12 beispielhaft ein Vorlauf 36 und ein Rücklauf 38 einer Heizeinrichtung 34 angeschlossen, wodurch diese Heizeinrichtung 34 hinsichtlich der geforderten Temperaturen unterstützt wird.

Der Vorlauf 36 ist an ein weiteres schräg nach oben ver laufendes Aufströmrohr 40 angeschlossen, dass das Speicher medium 60 innerhalb des Behälters 12 im unteren Bereich des Rohres 40 (Pfeil P3) entnimmt, da dort der geringste Widerstand herrscht. Dieses weitere Aufströmrohr 40 ist im Wesentlichen ebenso schräg wie das Aufströmrohr 20 angeordnet und besitzt auch unterseitige Ausnehmungen, so dass es umgekehrt auch zur Einschichtung von heißem Medium verwendet werden kann (Pfeil S11, 37).

Des Weiteren ist der Rücklauf an ein parallel zum Abström rohr 24 im Wesentlichen schräg nach unten angeordnetes weiteres Abströmrohr 42 angeschlossen, dass das Rücklauf medium in den unteren (kalten) Bereich des Behälters 12 einschichtet (Pfeil S21). Auch hier ist eine Umkehrung der Strömungsrichtung möglich, so dass Speichermedium entnommen wird (Pfeil P4, 39).

In Fig. 5 ist schematisch ein Detailschnitt durch das Aufströmrohr 20 mit rasterförmig unterseitig angeordneten Ausströmöffnungen 44 hinsichtlich des Strömungsverhaltens des innerhalb des Aufströmrohrs 20 aufsteigenden Speicher mediums (Pfeil P1) dargestellt. Bei Erreichen eines bestimmten Flüssigkeitsniveaus 48, das eine Temperatur aufweist, die der jeweiligen Temperatur des aufströmenden Mediums innerhalb des Aufströmrohrs 20 entspricht, tritt diese Flüssigkeitsmenge des Speichermediums aus dem Inneren des Aufströmrohrs 20 in Pfeilrichtung S1 in das Innere des Behälters 12 aus, wodurch eine nahezu verwirbelungsfrei, in der Höhe gleichmäßige Schichtung des Speichermediums innerhalb des Behälters 12 erfolgt.

Umgekehrt ist in Fig. 4 die Situation in dem Abströmrohr 24 dargestellt. Auch hier ist das entsprechende temperatur abhängige Flüssigkeitsniveau mit dem Bezugszeichen 48 gekennzeichnet. Das abströmende Speichermedium (Pfeil P2) tritt bei Erreichen des entsprechenden Flüssigkeitstempera turniveaus 48 durch die Ausnehmungen 44 in das Innere des Behälters 12 aus (Pfeil S2) und sorgt hierbei auch für nahezu verwirbelungsfreie Schichtung des Speichermediums innerhalb des Behälters 12.

Das dargestellte Ausführungsbeispiel beschreibt das Betreiben einer Schichtenspeichereinrichtung 10 mit dem Medium Wasser. Außer Wasser können auch andere flüssige Medien eingesetzt werden.

Ziel der Schichtenspeichereinrichtung ist es, alle Wasser temperaturveränderungen innerhalb des Behälters 12 der Schichtenspeichereinrichtung 10 so zu gestalten, dass sich Wasser einer bestimmten Temperatur, welches dem Behälter 12 zugeführt oder getauscht wird, immer an die Stelle gleicher Temperatur der Schichtenspeichereinrichtung eingelagert wird. Sind die Wassertemperaturen höher als das in der Schichtenspeichereinrichtung 10 befindliche Speichermedium 60 (Wasser), so wird das zu schichtende Speichermedium an die höchstmögliche Stelle geleitet. Ist die Temperatur des Speichermediums niedriger, so wird das Speichermedium an die tiefstmögliche Stelle geleitet.

Kern der erfindungsgemäßen Schichtenspeichereinrichtung 10 sind insbesondere die innerhalb des Behälters 12 schräg angebrachten Auf- beziehungsweise Abströmrohre 20, 24. Zum Aufströmrohr 20 gelangt das Speichermedium, das zum Energieeintrag zählt, während im Abströmrohr 24 das Speichermedium mit geringerem Temperaturpotential einströmt.

Gemäß den in den Fig. 2a bis 2h dargestellten Ausführungsformen kann das Auf-/Abströmrohr mit in Längsrichtung angeordneten rasterförmigen Ausnehmungen 44 als Quadratrohr (Fig. 2a), als Rundrohr (Fig. 2b), als elliptisches Rohr (Fig. 2c), als Rechteckrohr (Fig. 2d), als Dreieckrohr (Fig. 2e), als Rechteckrohr mit gerundeten Kanten (Fig. 2f), als rautenförmiges Rohr (Fig. 2g) oder als Dreieckrohr mit gerundeten Kanten (Fig. 2h) ausgebildet sein. Es sind auch andere Querschnittsformen denkbar.

In Fig. 3 ist schematisch eine weitere Ausführungsform des Auf- beziehungsweise Abströmrohres 20; 24 beispielhaft dargestellt. Die Ausnehmungen verschmelzen hierbei zu einem durchgehenden Ausnehmungsschlitz 46, wobei die in Fig. 3a, 3b dargestellte Ausführungsvariante lediglich Auf beziehungsweise Abströmrohre 20; 24 mit quadratischem oder kreisförmigem Querschnitt zeigt.

Fig. 6a zeigt schematisch einen Ausschnitt aus einer Seitenansicht eines gemeinsamen Auf- und Abströmrohrs 70, das einen Rohrquerschnitt mit oberseitig und unterseitig vorhandenen Ausnehmungen 44 besitzt. Durch eine isolierende Trennwand 76 wird oberseitig ein Abströmkanal 74 und unterseitig ein Aufströmkanal 72 getrennt. Die Schichtung des eingeleiteten Mediums erfolgt entsprechend der jeweiligen Temperatur in Richtung der Pfeils S1 beziehungs weise S2.

Fig. 7 zeigt schematisch einen Querschnitt durch eine Schichtenspeichereinrichtung 10.1, die eine Verallge meinerung der Darstellung gemäß Fig. 1 zeigt, ohne den konkreten Einsatz von Wärmetauschern. Gleiche Bauteile tragen dasselbe Bezugszeichen und werden nicht nochmals erläutert.

Bei der erfindungsgemäßen Schichtenspeichereinrichtung 10.1 ist es grundsätzlich so, dass in den Behälter 12 im oberen Bereich abgekühltes Wasser gemäß Pfeilrichtung 22 zugeführt wird, das von jedem Verbraucher kommen kann. Dieses abgekühlte Wasser wird dem schräg angeordneten Abströmrohr 24 zugeführt, dass das Wasser entsprechend der jeweiligen Temperatur in Pfeilrichtung S1 in das Behälterinnere einschichtet.

Im unteren Bereich wird dem Behälterinneren erwärmtes Wasser zugeführt über den Zulauf 21, wobei das Medium von jedem möglichen Erhitzer kommen kann. In dem anschließenden Aufströmrohr 20 wird das erhitzte Medium innerhalb des Behälters, je nach Temperaturniveau gemäß Pfeilrichtung S1 eingeschichtet.

Etwa im mittleren Bereich ist ein weiteres schräg nach oben verlaufendes Aufströmrohr 40 und ein schräg nach unten ver laufendes weiteres Abströmrohr 42 vorhanden. Falls das Rohr 40 als Vorlauf einer Heizeinrichtung (Pfeil A2) eingesetzt wird, wird gemäß Pfeil P3 im unteren Bereich des Aufström rohrs 40 das Speichermedium abgezogen. Gleichzeitig dient das untere Abströmrohr 42 als Rücklauf (Pfeil 24) der Heiz einrichtung, wobei das abgekühlte Medium gemäß den Pfeilen S20 je nach Temperaturniveau in das Innere des Behälters eingeschichtet wird.

Je nach gewünschtem Bedarf beziehungsweise Randbedingungen können sich die Vorlauf- beziehungsweise Rücklauf-Vorgaben umkehren (Pfeil 23 beziehungsweise A3).

Der Vorlaufanschluss kann somit wahlweise in beide Richtungen fließen, also wenn einmal Wärme über einen Verbraucher entnommen wird (Pfeil A2) oder wenn Wärme aus dem Speicher über eine externe Quelle zugeführt wird (Pfeil 23). Entsprechendes gilt für den Rücklaufanschluss, indem die Pfeilrichtung 24 in die Pfeilrichtung A3 umgekehrt wird.

Die in Fig. 8 dargestellte Ausführungsvariante einer Schichtenspeichereinrichtung 10.2 besitzt im Wesentlichen den gleichen Aufbau wie die Schichtenspeichereinrichtung 10.1 gemäß Fig. 1. Gleiche Bauteile tragen dasselbe Bezugszeichen und werden nicht nochmals erläutert.

Im Unterschied zur Schichtenspeichereinrichtung 10 gemäß Fig. 1 ist sowohl das Aufströmrohr 20.1 als auch das Abströmrohr 24.1 geknickt. Dieser Knickt 21 beziehungsweise 23 befindet sich bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 in etwa der Mitte im linken Bereich des Behälters 12. Im Bereich des Knickes 21 beziehungsweise 23 ist das Aufström beziehungsweise Abströmrohr 20.1 beziehungsweise 24.1 offen und am Aufströmrohr 20.1 ist in dem oberseitig an den Knick bereich 21 anschließenden Rohrbereich eine Leitblecheinheit 82 angeformt. Ebenso ist in den Knickbereich 23 an den nach unten anschließenden abknickenden Abströmrohrbereich unter seitig eine Leitblecheinheit 84 angeformt. Die Leitblech einheiten 84 beziehungsweise 82 gewährleisten eine weitest gehend gleichmäßige Umlenkung des Mediums, ohne dass es zu großen Verwirbelungen in der Umgebung kommt.

Durch das Vorsehen eines geknickten Auf- beziehungsweise Abströmrohres 20.1, 24.1 kann die Fließgeschwindigkeit so beeinflusst werden, dass ein höherer Volumenstrom verbunden mit einer niedrigeren Strömungsgeschwindigkeit möglich ist.

In Fig. 9 ist eine weitere Ausführungsvariante einer Schichtenspeichereinrichtung 10.3 ausschnittsweise dar gestellt, die sich dadurch auszeichnet, dass das Aufström rohr 80 in Form einer Schraubenlinie innerhalb des Behälters 12 verläuft. Entsprechend schraubenlinienförmig kann auch das Abströmrohr ausgebildet sein, was in Fig. 9 nicht näher dargestellt ist. Durch die schraubenlinienförmige Ausbildung mit ihrer relativ geringen Steigung kann insgesamt eine sehr große Länge für das einzuschichtende Medium erzielt werden, wodurch eine Verwirbelung und eine Sogwirkung praktisch verhindert werden kann.

Claims

1. Schichtenspeichereinrichtung (20, 10.1, 10.2, 10.3) zur Speicherung von Wärme eines Speichermediums innerhalb eines Behälters (12), dem ein erwärmtes oder abgekühltes Speichermedium durch eine Leitstruktur (20, 24; 40, 42, 70), insbesondere Auf- und/oder Abströmrohr, zugeführt wird, die das Medium jeweils an die Stellen gleicher Temperatur heranführt und dort in das Innere des Behälters (12) abgibt und von dem je nach gewünschter Temperatur das Speichermedium wieder abgegeben werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitstruktur (20, 24; 40, 42, 70; 20.1, 24.1; 80), insbesondere Auf- und/oder Abströmrohr, geneigt zur Vertikalen innerhalb des Behälters (12) angeordnet ist.

2. Schichtenspeichereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufströmrohr (20; 40) und das Abströmrohr (24; 42) als sich kreuzende Schrägrohre angeordnet sind.

3. Schichtenspeichereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Auf- und/oder Abströmrohre (20, 40; 24, 42; 20.1, 24.1; 80) vorhanden sind.

4. Schichtenspeichereinrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufströmrohr (20; 40; 20.1; 80) beziehungsweise Abströmrohr (24; 42; 24.1) rasterförmig in Längsrichtung vorhandene Ausnehmungen (44) aufweist.

5. Schichtenspeichereinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen durch einen durchgehenden Schlitz (46) gebildet werden.

6. Schichtenspeichereinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (44) im Aufströmrohr (20; 40; 24.1; 80) unterseitig angeordnet sind.

7. Schichtenspeichereinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (44) im Abströmrohr (24; 42; 24.1) oberseitig angeordnet sind.

8. Schichtenspeichereinrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Lamellen im Bereich der Ausnehmungen vorhanden sind.

9. Schichtenspeichereinrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche des Aufströmrohrs und des Ab strömrohrs oder die Querschnittsfläche der Ausnehmungen unterschiedlich groß ausgebildet sind.

10. Schichtenspeichereinrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Auf- beziehungsweise Abströmrohrs quadratisch, rechteckförmig, kreisförmig, elliptisch oder dreieckförmig ausgebildet ist.

11. Schichtenspeichereinrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in etwa dem mittleren Bereich des Behälters (12) ein Vorlauf (36) beziehungsweise Rücklauf (38) für eine Heizeinrichtung (34) angeschlossen ist, wobei der Vorlauf an ein weiteres, schräg nach oben verlaufendes Aufström rohr (40) mit Ausnehmungen angeschlossen ist und der Rücklauf an ein weiteres, schräg nach unten verlaufenden Abströmrohr (42) mit Ausnehmungen angeschlossen ist.

12. Schichtenspeichereinrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen eine kreisförmige oder elliptische Kontur aufweisen.

13. Schichtenspeichereinrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein gemeinsames schräg angeordnetes Auf- und Abströmrohr (70) mit ober- und unterseitig vorhandenen Ausnehmungen (44) oder Schlitz vorhanden ist, das einen jeweils getrennten Aufströmkanal (72) und Abströmkanal (74) aufweist.

14. Schichtenspeichereinrichtung (10), der ein erwärmtes Fluid zugeführt wird, dessen Wärmeenergie temperatur abhängig innerhalb eines Behälters (12) an ein Speicher medium abgegeben wird, nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch
zumindest einen im unteren Bereich des Behälters (12) angeordneten unteren Wärmetauscher (14), dem das erwärmte Fluid zugeführt wird,
zumindest ein an dem unteren Wärmetauscher (14) ange schlossenes, nach oben verlaufendes Aufströmrohr (20; 20.1), innerhalb dessen das erwärmte Speichermedium nach oben steigt und über Ausnehmungen je nach Umgebung stemperatur in das Innere des Behälters (12) strömt,
einen im oberen Bereich des Behälters (12) angeordneten oberen Wärmetauscher (22), der das benötigte Brauchwasser erwärmt, und
ein an dem oberen Wärmetauscher (22) angeschlossenes, nach unten verlaufende Abströmrohr (24; 24.1), innerhalb dessen das abgekühlte Speichermedium nach unten fällt und über Ausnehmungen je nach Umgebungstemperatur in das Innere des Behälters (12) strömt, wobei
das Aufströmrohr (20; 20.1) im Wesentlichen schräg vom unteren Wärmetauscher (14) zum oberen Bereich des Behälters (12) verläuft und
das Abströmrohr (24; 24.1) im Wesentlichen schräg vom oberen Wärmetauscher (22) zum unteren Bereich des Behälters (12) verläuft.

15. Schichtenspeichereinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Wärmetauscher (14) und der obere Wärmetauscher (22) an der Seitenwandung des Behälters (12) angeordnet sind.

16. Schichtenspeichereinrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Wärmetauscher (14) und/oder der obere Wärmetauscher (22) als separat montierbare beziehungs weise demontierbare Einheiten ausgebildet sind.

17. Schichtenspeichereinrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Solaranlage, Wärmerückgewinnungsanlage, Gas-, Öl- oder Feststoffkessel (32) vorhanden ist, die/der das dem unteren Wärmetauscher (14) zugeführte Fluid erwärmt.

18. Schichtenspeichereinrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Wärmetauscher vorhanden sind.

19. Schichtenspeichereinrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung des Behälters eine Wärmedämmung aufweist.

20. Schichtenspeichereinrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (14, 22) in einem Gehäuse (54, 62) angeordnet ist, in dass das Speichermedium über eine trichterförmige Ausnehmung (56, 58) zugeführt wird.

21. Schichtenspeichereinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 3 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufströmrohr (20.1) und/oder das Abströmrohr (24.1) eine sich in Rohrlängsrichtung ändernde Neigung zur Vertikalen aufweisen.

22. Schichtenspeichereinrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die sich ändernde Neigung als zumindest ein Knick (24) ausgebildet ist.

23. Schichtenspeichereinrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufströmrohr (80) und/oder das Abströmrohr schraubenlinienförmig ausgebildet sind.

24. Schichtenspeichereinrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufströmrohr (80) und/oder das Abströmrohr eine sich in Rohrlängsrichtung ändernde Ganghöhe aufweisen.