DE102004048884B4 - Wärmeübertrager - Google Patents

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Abstract

Wärmeübertrager zur Integration in Speicherbehälter zur Erwärmung oder Abkühlung des Speicherinhaltsmediums, zum Beispiel mit Solarfluid oder Brauchwasser im Durchflussprinzip, aufweisend: – eine Anordnung von einem oder mehreren schneckenförmigen, hydraulisch parallel geschalteten Rohrbündeln (1), die eine einem Speicherboden (3) angepasste, meist konvexe Form haben, und die in den Speicherboden (3) dicht anliegend integriert sind, und – zumindest eine Leiteinrichtung (2) um diese Rohrbündel (1), die zumindest eine zentrale Eintrittsöffnung (4), zumindest die äußere Leiteinrichtung einen kragenförmigen zum Speichermantel (5) dichten Abschluss (6) und zumindest eine darin einmündende, periphere Strömungsleitung (7, 23) oder zumindest einen peripheren Strömungsmantel aufweist, die in einen Speicherbereich anderer Temperatur münden, und wobei die Leiteinrichtung (2) eine einer Anordnung von einem oder mehreren Rohrbündeln (1) angepasste Form aufweist und ihrerseits dicht an dem jeweiligen Rohrbündel (1) anliegend angeordnet ist.

Description

  • Es ist bekannt, Wasserspeicher im oberen Bereich mit internen Rohrschlangen-Wärmeübertragern auszurüsten, die in Sanitärsysteme eingebunden sind, um Warmwasser im Durchflussprinzip zu bereiten (zum Beispiel CH 180906 A ; DE 2325526 A ; DE 19710803 C2 ; DE 4221668 C2 ; DE 19548816 A1 ; DE 29612894 U1 ; DE 29901045 U1 ; DE 29920954 U1 ; DE 20 2004 003 055 U1 ; DE 3044079 C2 ). Die Wärmeübertrager sind von Leiteinrichtungen umgeben. Die Führung des abgekühlten Speicherwassers erfolgt zum Teil mittels sich zentral an den Wärmeübertrager anschließender Abströmleitungen in den unteren Speicherbereich.
  • Weiterhin ist bekannt, Wasserspeicher, die in Heizsysteme eingebunden sind, zur Beladung im unteren Bereich mit internen Rohrschlangen-Wärmeübertragern auszurüsten, die Steigrohre mit Schichteinrichtungen aufweisen (zum Beispiel DE 29612894 U1 ; DE 10000352 A1 ; DE 4221668 C2 ; DE 3044079 C2 ). Die Einbringung des aufsteigenden erwärmten Speicherwassers erfolgt jeweils geschichtet in Speicherbereiche passenden Temperaturniveaus.
  • Allen bekannten Lösungen gemein ist, dass der Speicherinhalt nicht optimal genutzt wird, da die Wärmeübertrager meist weit in den Speicher hineinragen, wodurch große Toträume entstehen. Außerdem handelt es sich stets um zentrisch zum Wärmeübertrager angeordnete Abström- oder Steigrohre, die nur schwer im Speicherbehälter zu fixieren sind. Das meist für den Wärmeübertrager verwendete Kupferrohr weist zwar eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf, Kupfer kann jedoch in Wasser in Lösung gehen, was sich im Trinkwasser in hoher Dosierung schädlich auswirkt. Die sich stets im Bereich hoher Temperaturen befindlichen Kupferrohre neigen zudem auf der Trinkwasserseite zur Verkalkung. Die Folge sind häufig erforderliche chemische Spülungen der Rohre mit speziellen Einrichtungen und Lösungsmitteln, die wiederum auch das Kupfer der Rohre angreifen. Die meist außen angebrachten Kupferrippen stellen für das zum Wärmeübertrager quer strömende Speicherwasser einen im Vergleich zum Innendurchmesser sehr großen Strömungsquerschnitt dar. Im Resultat ist die Abkühlung des Speicherwassers nur gering, die Speicherkapazität wird ungenügend ausgenutzt. Um dem entgegenzuwirken, werden die Kupferrippen umgelegt. Ausserdem werden Zuführleitungen des Wärmeübertragers im Inneren der Abström- oder Steigrohre angeordnet, wo sie längs umströmt werden. In beiden Fällen sind die Rippen der Kupferrohre praktisch umwirksam. Weiterhin kommt es im Speicher durch die von aussen eingebrachten Wasserströme wie Kesselvorlauf oder Heizungsrücklauf zu Verwirbelungen und einer Störung der Schichtung, denen mit gesonderten Prallblechen und Leiteinrichtungen entgegengewirkt wird. Eine Störung der Schichtung kann auch durch eine Einbindung der warmen Zirkulationsleitung in die kalte Zuführleitung des Wärmeübertragers eintreten.
  • So ist insbesondere aus DE 29920954 U1 ein Speicherbehälter zur Erwärmung oder Abkühlung des Speicherinhaltsmediums mit Brauchwasser im Durchflussprinzip bekannt, bestehend aus einem oberen Bereich, der durch eine Trennwand von dem mittleren und dem tiefsten Bereich des Speicherbehälters abgetrennt ist. In diesem oberen Bereich befindet sich ein Wärmeübertrager, der von Brauchwasser durchströmt wird.
  • Es ist erkennbar, dass der Wärmeübertrager aus einem Rohrbündel aus ca. 4 schneckenförmig gebogenen horizontalen Lagen besteht, die brauchwasserseitig hydraulisch in Reihe geschaltet sind. Dabei ist der Kaltwasseranschluss am Wärmeübertrager an der oberen Lage angeschlossen, der Warmwasseranschluss an der unteren Lage. Die untere Lage des Wärmeübertragers liegt auf der ebenen Trennwand auf.
  • Die ebene Trennwand schließt kragenförmig am Mantel des Speicherbehälters an, weist eine mittlere Öffnung auf, an welche abdichtend ein Steigrohr angeschlossen ist, welches von der Trennwand beabstandet Austrittsöffnungen aufweist. Das im oberen Bereich verdrängte Wasser gelangt durch ein Verbindungsrohr in den tiefsten Bereich, wobei das Verbindungsrohr an die Trennwand anschließt, also tiefer angeordnet ist als die Austrittsöffnungen.
  • So sind bereits für geringe Durchsätze mehrere Rohrlagen hydraulisch in Reihe geschaltet. Dadurch ergibt sich bei größeren Durchsätzen, sofern diese mit dieser Konstruktion überhaupt erwärmbar sind (s. u.), ein steigender Druckverlust innen.
  • Da der Wärmeübertrager einen erheblichen Abstand zum Speicherdeckel aufweist, und die Trennwand eben ist, ergibt sich eine völlig ungeordnete, wenig effiziente Strömung mit einem großen, unbeteiligten Heizwasservolumen oberhalb, die bei Zapfung wegen nur langsam steigender Dichtedifferenz schlecht anspringt und zu einer geringen Warmwasser- und zu einer hohen Rücklauftemperatur führt.
  • Der Wärmeübertrager ist weiterhin nicht universell zur Integration in Speicherbehälter zur Erwärmung und/oder Abkühlung des Speicherinhaltsmediums, zum Beispiel mit Solarfluid vorgesehen.
  • Aus DE 3044079 C2 ist ein weiterer Wärmespeicher bekannt, in dem vorzugsweise am oberen Ende des Behälters ein ringförmiger Wärmeübertrager im Abstand von der Behälterwand angeordnet ist, dessen Durchmesser sich nach oben hin verkleinert.
  • Das von der Heizvorrichtung erwärmte und in dem Behälter aufsteigende warme Wasser gibt einen Teil seiner Wärme an den Wärmeübertrager ab und kühlt sich dabei ab. Das abgekühlte Wasser fällt entlang der Seitenwand des Behälters ab und wird wieder der Heizvorrichtung zugeführt.
  • Der im oberen Bereich des Behälters angeordnete Wärmeübertrager wird vorzugsweise von unten nach oben durchströmt, so dass ein Wärmeübergang nach dem Kreuz-Gegenstromprinzip stattfindet, wobei das den Wärmeübertrager durchströmende Medium zunächst der Wirkung des kälteren Wassers und anschließend der Wirkung immer wärmeren Wassers ausgesetzt wird.
  • Im Innern des von dem Wärmeübertrager umschlossenen Raumes ist ein sich nach unten erweiterndes Leitelement angeordnet. Dieses Leitelement lenkt das sich an dem Wärmeübertrager abkühlende Wasser in den Randbereich des Behälters und ferner das in der Behältermitte befindliche warme Wasser zum Wärmeübertrager.
  • Die Anordnung des Wärmeübertragers im Abstand von der Behälterwand, d. h. nicht dicht an der Behälterwand anliegend, ist erforderlich, um einen Fließspalt für das abzukühlende Speichermedium zu schaffen. Je größer dieser Fließspalt, desto mehr Medium strömt am Rohr ungenutzt vorbei, wobei sich das ungenutzt vorbeiströmende Medium mit dem abgekühlten Speichermedium vermischt, was gleichzeitig die Rücklauftemperatur anhebt. In der Folge reduziert dies den Wirkungsgrad des Wärmeerzeugers.
  • Der freie Fall des abgekühlten Speichermediums entlang der Seitenwand des Behälters führt weiter zu einem großräumigen Vermischen und/oder einem Wärmeübergang mit dem restlichen Speicherinhalt und der Speicherwand. Auch dies hebt die Temperatur des absinkenden, abgekühlten Speichermediums und senkt die Temperatur des warmen Speichermediums, wodurch sich der Wirkungsgrad des Wärmespeichers und des Wärmeerzeugers weiter reduzieren.
  • Eine großräumige Vermischung weist auch eine Heizvorrichtung in demselben Wärmespeicher auf, bestehend aus einem am unteren Ende des Behälters angeordneten ringförmigen Wärmeübertrager, dessen Durchmesser sich nach oben verjüngt, und einem außen über dem Wärmeübertrager im Abstand angeordneten, sich nach oben verengenden Leitelement geringer Höhe. Beide Wärmeübertrager und Leitelemente sind unterschiedlich geformt, so dass ein erhöhter Fertigungsaufwand entsteht.
  • Zur Umgehung dieser Probleme ist es ferner bekannt, die Wasserspeicher mit externen Speicherlade- und Entladesets zu be- oder entladen ( DE 4221668 C2 ; DE 29612894 U1 ; DE 10000352 A1 ). Mit einer Pumpe oder per Schwerkraft wird kaltes Wasser aus dem Speicher entnommen, in einem externen leicht spülbaren Wärmeübertrager indirekt erwärmt oder gekühlt und in einer Speicherschicht mit entsprechender Temperatur wieder in den Speicher eingeschichtet. Über die gesamte Zeit des Lade- oder Entladevorgangs herrschen nahezu gleichbleibende Temperaturverhältnisse im externen Wärmeübertrager. Umwälzpumpen sind jedoch bedeutende Energieverbraucher, ihre Funktion hängt von einer zuverlässigen Energieversorgung ab, sie unterliegen einem Verschleiß, sind korrosions-, und als Spaltmotorpumpen durch die Kühlung mit dem umgewälzten Medium an ihren heißen Oberflächen verkalkungsgefährdet.
  • Bei freier Konvektion und Anordnung der Wärmeübertrager am Wasserspeicher außen ( DE 10000352 A1 ) ergeben sich sehr große Strömungsquerschnitte, um die erforderliche Leistung mit dem geringen aus dem Naturumtrieb zur Verfügung stehenden Differenzdruck zu erreichen. Es sind Wärmeübertrager mit sehr großen Querschnitten erforderlich. Diese sind gegebenenfalls teuer, erfordern einen großen Bauraum und führen nicht immer zu einer befriedigenden Abkühlung des Speicherwassers.
  • Der Erfindung liegt deshalb das Problem zugrunde, ein System zur Wärmeübertragung insbesondere für die Integration in Wasserspeicher auch für Gegenden mit kalkhaltigem Brauchwasser unter maximaler Ausnutzung der Speicherkapazität wartungs- und instandhaltungsfreundlich und verschleißarm und ohne Bedarf an Fremdenergie bei geringen Wärmeverlusten wirtschaftlich und sicher betreibbar zu gestalten.
  • Die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzielbaren Vorteile bestehen gemäß Anspruch 1 unter anderem darin, dass die Speicherkapazität optimal ausgenutzt wird, der Wärmeübertrager und die Leiteinrichtung aus einem dauerhaften Material preiswert herstellbar sind und zuverlässig im Speicher fixiert werden können und deshalb die oben beschriebenen Nachteile der Systeme des bekannten Standes der Technik an der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht auftreten.
  • Die Ausgestaltung nach Anspruch 2 ermöglicht es, den Wärmeübertrager auch für die Erwärmung von kalkhaltigem Trinkwasser einzusetzen. Ausserdem erfolgt eine gute Abkühlung/Erwärmung des Speicherwassers.
  • Mit der Ausgestaltung nach den Ansprüchen 3 bis 8 wird es möglich, dass die in den Speicher eintretenden Wasserströme – zum Beispiel das Kesselvorlaufwasser, das Heizungsrücklaufwasser sowie die Warmwasserzirkulation oder die Solarwärme keine größeren Verwirbelungen und Störungen der Schichtung im Speicher hervorrufen können.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen 1 bis 4 dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
  • Die 1 zeigt einen Wasserspeicher, bestehend aus einem wärmegedämmten Speicherbehälter, einem im oberen konvexen Speicherboden 3 angeordneten, eng anliegenden dessen Form nachvollziehenden Wärmeübertrager 1 aus Edelstahlwellrohr, aus einer darunter angeordneten Leiteinrichtung aus tiefgezogenem Edelstahlblech 2 mit einer Eintrittsöffnung 4, einem kragenförmigen zum Speichermantel 5 dichten Abschluss 6 und einer darin peripher einmündenden am Speichermantel 5 befestigten Abströmleitung 7, ebenfalls aus dünnwandigem Edelstahlrohr, aus weiteren für den Prozess günstig platzierten Speicheranschlussstutzen für Kesselvor- und Rücklauf 8, 9, Heizungsvor- und Rücklauf 10, 11, Kalt- und Warmwasser 12, 13 und Warmwasserzirkulation 14, einer zusätzlichen in der Abströmleitung 7 angeordneten schräg nach oben in den mittleren Speicherbereich gerichteten Austrittsöffnung 15, mit einer im Inneren der Abströmleitung 7 aufsteigenden Anschlussleitung 16 des Rohrbündels 1, und aus einem im Übergang in das Rohrbündel 1 angeordneten Abzweig 17, der in ein außen angeordnetes Thermostatmischventil 18 mündet, sowie einem zusätzlichen Heizungsvorlauf 19.
  • Der wärmegedämmte Speicherbehälter mit integriertem Wärmeübertrager 1 wird vor Ort aufgestellt. Es werden die zuführenden Rohrleitungen für Kesselvor- und Rücklauf 8, 19, 9, Heizungsvor- und Rücklauf 10, 11, Kalt- und Warmwasser 12, 13 und Warmwasserzirkulation 14 an die entsprechenden Stutzen angeschlossen und der Wasserspeicher und das Hausnetz mit Trink- und Heizungswasser befüllt. Anschließend ist der Wasserspeicher betriebsbereit und arbeitet folgendermaßen: Kaltes Heizungswasser wird über den Kesselrücklaufstutzen 9 dem Wasserspeicher im unteren Bereich entnommen. Im Gegenzug wird erwärmtes Heizungswasser über den Anschlussstutzen 8 dem Wasserspeicher im Bereich des Wärmeübertragers 1 zugeführt, durchströmt dessen äußere Wärmeträgerkanäle und tritt durch die Eintrittsöffnung 4 in der Leiteinrichtung 2 in den oberen Speicherbereich geschichtet ein. Die Speicherladung erfolgt, bis an einem nicht näher dargestellten leicht oberhalb der Austrittsöffnung der Abströmleitung 7 angeordneten Temperaturfühler warmes Wasser ansteht.
  • Bei Warmwasserbedarf strömt kaltes Trinkwasser der Reihe nach durch den Anschlussstutzen 12, die Anschlussleitung 16, den Wärmeübertrager 1, den Warmwasserstutzen 13 und das Thermostatmischventil 18 in das Hauswassernetz. Das Trinkwasser erwärmt sich im Kreuz-Gegenstrom zum Speicherwasser, das über die Eintrittsöffnung 4 der Leiteinrichtung 2 in den zentralen Bereich des Wärmeübertragers aus Edelstahlwellrohr 1 eintritt. Das Speicherwasser strömt zunächst von Windung zu Windung durch die Wellentäler des Edelstahlwellrohres und kühlt sich dabei ab. Dabei nimmt es eine höhere Dichte an, als im oberen Speicherbereich, so dass eine auf Schwerkraft beruhende natürliche Zirkulation des Heizungswassers zustande kommt. Durch diesen Effekt strömt das abgekühlte Heizungswasser an der konvex geformten Leiteinrichtung 2 nach unten bis zu deren kragenförmigem dichten Abschluss 6 am Speichermantel 5 und mündet in die periphere Abströmleitung 7. Dort wird es vom kalten Trinkwasser in der Anschlussleitung 16 im Gegenstrom weiter ausgekühlt, bis es letztendlich eine Temperatur erreicht hat, die es erlaubt, wieder in den Speicher im unteren Bodenbereich einzutreten. Dabei dienen das unterer Ende der Abströmleitung 7 und das darin anstehende kalte Speicherwasser des nicht beladenen unteren Speicherbereiches als thermische Schwerkraftbremse für nicht vollständig abgekühltes Speicherwasser. Zur Intensivierung der Abkühlung kann die Anschlussleitung 16 längs berippt oder spiralförmig ausgebildet sein.
  • Da die Austrittstemperatur des Warmwassers aus dem Wärmeübertrager 1 nicht konstant ist, wird es zur Energieeinsparung mit einem Thermostatmischventil 18 mit kaltem Wasser auf die gewünschte Temperatur gemischt. Die im Speicherbehälter herrschende Heizwassertemperatur kann deshalb durchaus bedeutend über der Zapftemperatur liegen. Dies erhöht die Speicherkapazität, die thermische Leistung und durch die thermische Abtötung von im Trinkwasser lebenden Keimen und Keimwirten die Wasserhygiene. Die thermisch bedingte Ausdehnung des Trinkwassers wird durch das dehnungsfähige Wellrohr kompensiert, so dass es trotz fehlendem Ausdehnungsgefäß im Normalfall nicht zu einem Ansprechen des nicht näher dargestellten trinkwasserseitigen Sicherheitsventils kommen dürfte.
  • Erfolgt parallel Heizbetrieb, so wird wahlweise über den Speicheranschlussstutzen 19 oder bei unzureichender Temperatur zumindest anteilig über den Speicheranschlussstutzen 10 warmes Speicherwasser aus dem oberen Speicherbereich entnommen, im Hausnetz verteilt, im Heizsystem abgekühlt und dem Speicher wieder über den Speicheranschlussstutzen 11 zugeführt. Die Entnahme des Heizungswassers aus dem Bereich des Wärmeübertragers 1 stromabwärts nach einigen Windungen des Edelstahlwellrohres gewährleistet, dass die Warmwasserbereitung im Vorrang bedient wird. Ausserdem erfolgt in dem Bereich des Wärmeübertragers 1 von der Eintrittsöffnung 4 bis zum Speicheranschlussstutzen 10 eine Zwangsströmung des Heizungswassers, was den Wärmeübergang im Wärmeübertrager 1 verbessert. Die Einleitung des Heizungswassers im Bereich des Wärmeübertragers 1 einige Windungen des Edelstahlwellrohres stromaufwärts vor dem Eintritt in die Abströmleitung 7 gewährleistet wiederum, dass noch warmes Heizungsrücklaufwasser mit dem Trinkwasser nachgekühlt wird. Die Trinkwassererwärmung erfolgt somit, wie aus der Fernwärmetechnik bekannt in zwei Stufen.
  • Die Abströmleitung 7 verfügt über eine zweite als Schwerkraftbremse geformte nach oben gerichtete seitliche Austrittsöffnung 15, über die nicht vollständig auf Speicheraustrittstemperatur abgekühltes Heizungswasser etwa in den mittleren Speicherbereich – bevorzugt unterhalb des für die Trinkwasserbereitung reservierten Speicherbereiches austreten kann.
  • Hydraulischer Widerstand im Wärmeübertrager 1, der Leiteinrichtung 2 und der Abströmleitung 7 einerseits und Schwerkraftumtrieb andererseits führen zu einem Gleichgewichtszustand, der den gewünschten Heizwasserdurchsatz um den Wärmeübertrager 1 ermöglicht. Die am Wärmeübergang beteiligte Oberfläche des Wärmeübertragers 1, ihre Konfiguration, die sich ergebende Heizwasserdurchsatzmenge und ihre Temperaturen bedingen dann die gewünschte Warmwassertemperatur und die erwartete thermische Entladeleistung. Durch die gezielte Auslegung des Wärmeübertragers 1, der Leiteinrichtung 2 und der Abströmleitung 7 in Konfiguration und/oder Querschnittsabmessungen stellen diese nur einen geringen hydraulischen Widerstand für die durch freie Konvektion hervorgerufene Durchströmung mit dem mit einer beliebigen Wärmequelle zu erwärmenden Heizwasser dar. Bei einer ausreichenden Oberfläche sind kleine Temperaturdifferenzen und niedrige Rücklauftemperaturen realisierbar.
  • Kurze Zeit nach Ladungsbeginn kann warmes Wasser gezapft werden. Der Speicher wird von unten nach oben fast ohne Totraum vollständig entladen. Nicht vollständig ausgekühltes Heizwasser wird über die zusätzliche Austrittsöffnung 15 zweimal der Warmwasserbereitung beziehungsweise Heizung zugeführt. Die Speicherladung beginnt von neuem, wenn an einem nicht näher dargestellten Temperatursensor am unteren Rand des für die Warmwasserbereitung bereitzuhaltenden Speicherbereiches die Temperatur unter einen vorgegebenen Sollwert sinkt.
  • Zur Aufrechterhaltung einer konstanten Temperatur des Warmwassers im Hausnetz auch bei Zapfruhe wird dessen Inhalt mit einer nicht näher dargestellten Pumpe über den Wasserspeicher zirkuliert. Dabei strömt das aus dem Hausnetz kommende Zirkulationswasser über den Anschlussstutzen 14, der sich zwischen dem Abzweig 17 der Anschlussleitung 16 und dem Thermostatmischventil 18 befindet, in den Wärmeübertrager 1 ein. Ein Teilstrom des Zirkulationswassers strömt unter Umgehung des Wärmeübertragers 1 über das Thermostatmischventil 18 und mischt sich mit dem Austrittswasser zur Einstellung der gewünschten Temperatur. Durch diese Einbindung der Zirkulation wird nur ein zur Erreichung der Solltemperatur erforderlicher Teilstrom durch den oben angeordneten Wärmeübertrager geleitet und die Schichtung im Speicher aufrecht erhalten. Nicht auf Rücklauftemperatur ausgekühltes Speicherwasser tritt aus der zusätzlichen Austrittsöffnung 15 in der Abströmleitung 7 in den mittleren Speicherbereich aus und kann bei ausreichender Temperatur in den oberen Speicherbereich aufsteigen und zur Trinkwasserbereitung nochmals genutzt werden. Reicht die Temperatur nicht aus, schichtet sich dieses Wasser im mittleren Speicherbereich nach unten ein und kann über den zweiten Heizungsvorlauf 19 nachgenutzt werden. Damit wird der obere Speicherbereich für die Warmwasserbereitung geschont. Der Wärmeübertrager 1 neigt wegen seiner Gestaltung aus Edelstahlwellrohr, welches bei Temperatur- und Druckänderungen eine stete Längenänderung vollzieht, nicht zur Verkalkung und braucht deshalb nicht gespült zu werden.
  • Der Abströmkanal des abgekühlten Heizwassers kann auch als Abströmmantel ausgeführt werden, der aus dem Speichermantel 5 und einer zusätzlichen zylinderförmigen Wandung gebildet wird und im kragenförmigen dichten Abschluss 6 der Leiteinrichtung 2 befestigt ist und mündet (2). Alternativ kann der Abströmmantel auch aus zwei zusätzlichen zylinderförmigen Wandungen entstehen. Besonders vorteilhaft ist die Ausbildung des Abströmkanals, ob rohr- oder mantelförmig, aus flexiblem Material, welches sich nach dem Durchströmen mit abgekühltem Heizwasser wieder schließt. Dann entfällt die Vermischung mit dem anstehenden warmen Speicherinhalt am Beginn des Lade- oder Entladeprozesses.
  • Es soll nicht unerwähnt bleiben, dass ein Wärmeübertrager 1 der gleichen Form auch im unteren Speicherboden 3 angeordnet werden kann, um das Speicherwasser zum Beispiel indirekt mit einem Solarfluid zu erwärmen (3). Dazu mündet der Solarvorlauf in ein hier als Verteiler wirksames Thermostatventil 20, dessen warmer Austritt an den oberen Anschluss der abfallenden Solar-Anschlussleitung 21 und dessen kalter Austritt an den unteren Abzweig 22 der Solar-Anschlussleitung angeschlossen sind. Die abfallende Solar-Anschlussleitung 21 ist von einer Aufströmleitung 23 umgeben, die aus der Leiteinrichtung 2 des unteren Wärmeübertragers 1 hervorgeht, peripher am Speichermantel 5 befestigt ist und im oberen Speicherbereich mündet und ebenfalls einen als thermische Schwerkraftbremse wirkenden nach unten gerichteten Abzweig 15 unterhalb des für die Warmwasserbereitung reservierten Bereiches aufweist. Der Solarkreislauf wird über den Solar-Rücklauf 24 des unteren Wärmeübertragers 1 wieder geschlossen. Der untere Wärmeübertrager 1 wirkt analog zu einem im oberen Speicherboden 3 angeordneten. Der Versatz des Kesselrücklaufes 9 in den Bereich des unteren Wärmeübertragers 1 führt auch hier zu einer Zwangsströmung, die den äußeren Wärmeübergang um den Solar-Wärmeübertrager 1 verbessert. Die Anordnung des Thermostatverteilventils 20 außerhalb des Speicherbehälters unter der Wärmedämmung ist wesentlich wartungsfreundlicher, als im Speicher angeordnete Schichteinrichtungen. Die Vorteile der erfindungsgemäßen Ausgestaltung führen also auch hier zu einer optimalen, geschichteten Speicherbeladung bei minimaler Rücklauftemperatur des Solarfluids.
  • Da bei unten angeordneten solaren Wärmeübertragern 1 keine Verkalkungsgefahr besteht, können sie aus preiswerterem Glattrohr gefertigt sein. Zur Erzeugung von Strömungsöffnungen für das Speicherwasser werden der untere Speicherboden 3 und/oder die untere Leiteinrichtung 2 hier aus einem Material mit Noppen, Rillen oder anderweitig geprägter Oberfläche geformt oder mit entsprechenden Einlagen versehen.
  • Zur Steigerung der Zapf- oder Beladeleistung können in größeren Speicherbehältern zusätzlich die für kleinere Speichergrößen vorgesehenen Wärmeübertrager integriert werden, die sich dann an die größeren Wärmeübertrager anlegen und hydraulisch parallel zu diesen geschaltet sind (4). Dabei kann neben der Leiteinrichtung 2 unterhalb der inneren Rohrschlange 1 noch eine zusätzliche nicht näher dargestellte Zwischen-Leiteinrichtung 2 zwischen den beiden Rohrschlangen 1 angeordnet werden, um das abzukühlende Heizwasser zwischen den Rohrschlangen 1 besser zu führen. Die Zwischen-Leiteinrichtung 2 verfügt jedoch nicht über einen kragenförmigen dichten Abschluss zum Speichermantel 5.

Claims (8)

  1. Wärmeübertrager zur Integration in Speicherbehälter zur Erwärmung oder Abkühlung des Speicherinhaltsmediums, zum Beispiel mit Solarfluid oder Brauchwasser im Durchflussprinzip, aufweisend: – eine Anordnung von einem oder mehreren schneckenförmigen, hydraulisch parallel geschalteten Rohrbündeln (1), die eine einem Speicherboden (3) angepasste, meist konvexe Form haben, und die in den Speicherboden (3) dicht anliegend integriert sind, und – zumindest eine Leiteinrichtung (2) um diese Rohrbündel (1), die zumindest eine zentrale Eintrittsöffnung (4), zumindest die äußere Leiteinrichtung einen kragenförmigen zum Speichermantel (5) dichten Abschluss (6) und zumindest eine darin einmündende, periphere Strömungsleitung (7, 23) oder zumindest einen peripheren Strömungsmantel aufweist, die in einen Speicherbereich anderer Temperatur münden, und wobei die Leiteinrichtung (2) eine einer Anordnung von einem oder mehreren Rohrbündeln (1) angepasste Form aufweist und ihrerseits dicht an dem jeweiligen Rohrbündel (1) anliegend angeordnet ist.
  2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, wobei eine Anordnung von einem oder mehreren Rohrbündeln (1) aus zumindest einem wendel-, kreuz- oder ringförmig gewellten, oder alternativ aus zumindest einem, vornehmlich sehr niedrig berippten Rohr, oder aus zumindest einem Glattrohr bestehen, und bei letzterem der Speicherboden (3) und/oder der anliegende Teil zumindest einer Leiteinrichtung (2) eine mit Noppen, Rillen oder anderweitig geprägte Oberfläche oder entsprechende Einlagen aufweisen.
  3. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei weitere Speicheranschlussstutzen (8, 9, 10, 11, 19) im Bereich der Anordnung von Rohrbündeln (1) bzw. der Leiteinrichtungen (2) oder peripheren Strömungsleitungen (7, 23) vom Temperaturniveau passend in den jeweiligen Speicherboden (3), Speichermantel (5) bzw. Speicherbereich integriert sind.
  4. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei zumindest eine periphere Strömungsleitung (7, 23) oder ein peripherer Strömungsmantel zumindest eine, als Schwerkraftbremse geformte, zusätzliche Austrittsöffnung (15) in weitere Speicherbereiche aufweist.
  5. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei in zumindest einer der peripheren Strömungsleitungen (7, 23) oder peripheren Strömungsmäntel zumindest eine, gegebenenfalls spiralförmig ausgebildete, oder der Strömungsrichtung des Speicherwassers entsprechend berippte Anschlussleitung (16, 21) der Anordnung von einem oder mehreren Rohrbündeln (1) angeordnet ist.
  6. Wärmeübertrager nach Anspruch 5, wobei die Anschlussleitungen (16, 21) vertikal angeordnet sind und im Übergang in das jeweilige Rohrbündel (1) einen Abzweig (17, 22) aufweisen.
  7. Wärmeübertrager nach Anspruch 6, wobei: – der Speicherboden (3) ein oberer Speicherboden (3) des Speicherbehälters ist, – der Abzweig (17) der Anschlussleitung (16) in den kalten Anschluss eines ausserhalb des Speicherbehälters angeordneten Thermostatmischventils (18) mündet, dessen warmer Anschluss mit dem Austritt (13) des Wärmeübertragers (2) verbunden ist, und – ein zusätzlicher Anschluss für eine Warmwasserzirkulation (14) in die Verbindungsleitung zwischen dem Abzweig (17) der Anschlussleitung (16) und dem kalten Anschluss des Thermostatmischventils (18) eingebunden ist.
  8. Wärmeübertrager nach Anspruch 6, wobei: – der Speicherboden (3) ein unterer Speicherboden (3) des Speicherbehälters ist, – der warme Anschluss eines ausserhalb des Speicherbehälters angeordneten Thermostatverteilventils (20) mit dem oberen Ende der abfallenden Anschlussleitung (21) verbunden ist, und – der kalte Anschluss in den unteren Abzweig (22) der abfallenden Anschlussleitung (21) mündet.
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