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Die
Erfindung betrifft einen Warmwasserspeicher, mit einem Außenbehälter, einem
in dem Außenbehälter angeordneten
Innenbehälter,
der der Aufnahme von Warmwasser dient und der von dem Außenbehälter beabstandet
ist, und einer Wärmedämmschicht,
die zwischen dem Innenbehälter
und dem Außenbehälter angeordnet
ist.
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Derartige
Warmwasserspeicher können etwa
als Boiler, in Brauchwasseranlagen oder als Pufferspeicher in Heizungssystemen
eingesetzt werden.
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Ein
solcher Warmwasserspeicher ist beispielsweise aus der
DE 35 27 315 A1 bekannt.
Der Außenbehälter und
der Innenbehälter
sind im wesentlichen zylinderförmig
und aus relativ dünnwandigem
Material, etwa aus einem Stahlblech, gefertigt. Zwischen dem Außenbehälter und
dem Innenbehälter
ist ein isolierender Schaum angeordnet. Damit kann ein wärmeisolierender
und mechanisch stabiler Verbund aus Innenbehälter, Wärmedämmschicht und Außenbehälter geschaffen
werden.
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Es
ist wünschenswert,
derartige Warmwasserspeicher auch unter begrenzten Raumverhältnissen
einzusetzen, wie sie beispielsweise in Kraftfahrzeugen, insbesondere
in Wohnmobilen oder anderen Campingfahrzeugen bestehen.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Warmwasserspeicher zu schaffen,
der gut an vorgegebene Raumverhältnisse
angepasst werden kann und kostengünstig herstellbar ist.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch die Merkmale der unabhängigen
Patentansprüche.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Gemäß eines
ersten Aspekts zeichnet sich der Warmwasserspeicher der eingangs
genannten Art dadurch aus, dass der Innenbehälter ebene polygonförmige Wände und
der Außenbehälter ebene polygonförmige Wände aufweist.
Die ebenen polygonförmigen
Wände des
Innenbehälters
und/oder des Außenbehälters weisen
Stützelemente
auf, die so ausgebildet sind, dass sie einem Innendruck des Warmwasserspeichers
entgegenwirken, damit der Warmwasserspeicher seine Form beibehält.
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Die
ebenen polygonförmigen
Wände des Warmwasserspeichers
ermöglichen
eine Anpassung des Warmwasserspeichers an Räume beliebiger Gestaltungsform
und Geometrie. Damit können
die beliebig geformten Räume
besonders gut dazu genutzt werden, einen Warmwasserspeicher aufzunehmen. Darüber hinaus
kann durch die Stützelemente
eine formstabile Ausbildung der ebenen polygonförmigen Wände des Warmwasserspeichers
erreicht werden. Es kann insbesondere vermieden werden, dass durch
den Innendruck des Warmwasserspeichers eine Verformung der ebenen
polygonförmigen
Wände stattfindet.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Innenbehälter mindestens
zwei einander gegenüberliegende
zueinander parallele polygonförmige
Wände und
der Außenbehälter mindestens
zwei einander gegenüberliegende
zueinander parallele polygonförmige
Wände auf.
Damit wird eine Einpassung des Warmwasserspeichers in Räume mit
insbesondere parallelen Wänden
ermöglicht.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Innenbehälter mindestens
vier polygonförmige
Wände auf,
von denen jeweils zwei einander gegenüber liegen und zueinander parallel
sind, und der Außenbehälter weist
mindestens vier polygonförmige
Wände auf,
von denen jeweils zwei einander gegenüberliegende und zueinander
parallel sind.
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Dies
hat den Vorteil, dass der Warmwasserspeicher an Aufstellräume mit
mehreren zueinander parallelen Wänden
anpassbar ist.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind
mindestens zwei einander gegenüberliegende
polygonförmige
Wände des
Innenbehälters
miteinander kongruent und mindestens zwei einander gegenüberliegende
polygonförmige Wände des
Außenbehälters sind
miteinander kongruent.
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Besonders
vorteilhaft ist, wenn die polygonförmigen Wände rechteckförmig sind.
Es ist damit möglich
den Warmwasserspeicher an orthogonal ausgebildete Aufstellräume anzupassen.
Damit lässt sich
der Warmwasserspeicher beispielsweise besonders gut in Gebäuden in
einem Heizungskeller mit beengten Platzverhältnissen als auch in Fahrzeugen vorteilhaft
einsetzen. Insbesondere in mobilen Anwendungen, also vor allem in
Wohnmobilen oder anderen Campingfahrzeugen mit dem dort bestehenden
geringen Platzangebot, kann der Warmwasserspeicher passgenau in
freien Räumen
untergebracht werden, und das Entstehen von toten, nicht nutzbaren
Räumen
vermieden werden.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind
die Stützelemente
wenigstens teilweise auf einer Außenseite des Außenbehälters angeordnet.
Damit können
die Stützelemente einfaches
nachträglich
angebracht werden. Außerdem ist
ein einfaches Einleiten der Druckkräfte in die Stützelemente
ermöglicht.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die
Stützelemente
wenigstens teilweise als Ausprägungen
der Wände
des Außenbehälters ausgebildet.
Damit können
die Stützelemente während oder
nach der Herstellung des Außenbehälters einfach
hergestellt werden.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausbildungsform der Erfindung besteht
der Innenbehälter
aus einem nichtkorrosiven Material. Besonders vorteilhaft ist, wenn
der Innenbehälter
aus einem Edelstahl besteht. In diesem Fall ist es möglich, dass
der Innenbehälter
eine hohe Korrosionsbeständigkeit
und eine hohe mechanische Stabilität erhält.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausbildungsform der Erfindung besteht
der Außenbehälter aus
einem Metall. Besonders vorteilhaft ist, wenn der Außenbehälter aus
einem Material besteht, das aus einer Gruppe aus Aluminium und Aluminiumverbindungen
ausgewählt
ist. Hierbei ist besonders vorteilhaft, dass ein geringes spezifisches
Gewicht des Materials des Außenbehälters und
eine gute mechanische Stabilität
gegeben ist. Darüber
hinaus kann ein Außenbehälter, der
aus derartigen Materialien gefertigt ist, besonders preiswert hergestellt
werden.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung besteht
der Außenbehälter aus extrudiertem
Aluminium oder einer extrudierten Aluminiumverbindung. Damit ist
es möglich,
bereits bei der Herstellung des Außenbehälters Anbauteile mit in den
Außenbehälter zu
integrieren. Solche Anbauteile können beispielsweise
Stützelemente
oder Halteelemente, aber auch Anschlussstutzen für Messeinrichtungen sein.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist
der Außenbehälter ein
erstes halbschalenförmiges
Teil und ein zweites halbschalenförmiges Teil auf. Dies ermöglicht ein
besonders einfaches Herstellen des Außenbehälters und einen einfachen Zusammenbau
des Warmwasserspeichers.
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In
einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist
die Wärmedämmschicht
einen Polyurethanschaum auf. Die Wärmedämmschicht aus einem Polyurethanschaum ist
einfach und kostengünstig
herstellbar.
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In
einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist
die Wärmedämmschicht
ein synthetisches Fasermaterial auf. Die Wärmedämmschicht aus einem synthetischen Fasermaterial
kann eine gute Wärmedämmung bei hoher
mechanischer Stabilität
der Wärmedämmschicht
ermöglichen.
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Gemäß eines
zweiten Aspekts zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Verfahren
zum Herstellen eines Warmwasserspeichers mit einem Bereitstellen eines
ersten halbschalenförmigen
Teils und eines zweiten halbschalenförmigen Teils des Außenbehälters, einem
Aufbringen von aufschäumbaren
Kunststoffmaterialien auf eine Innenseite des ersten Teils und eine
Innenseite des zweiten Teils des Außenbehälters, einem Einbringen des
Innenbehälters
zwischen dem ersten halbschalenförmigen
Teil und dem zweiten halbschalenförmigen Teil des Außenbehälters. Weiter
umfasst das Verfahren ein Verspannen des Innenbehälters mit
dem ersten Teil und dem zweiten Teil des Außenbehälters mittels einer Verspannvorrichtung
und ein Beaufschlagen des Innenbehälters mit einem Innendruck über At mosphärendruck,
bis die Wärmedämmschicht
durch Aufschäumen
und Aushärten
der Kunststoffmaterialien zwischen dem Innenbehälter und den ersten und zweiten
halbschalenförmigen
Teilen des Außenbehälters ausgebildet
ist, ein Reduzieren des Innendrucks im Innenbehälter auf Umgebungsdruck, und
ein Abnehmen der Verspannvorrichtung.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
perspektivische, teilweise gebrochene Ansicht eines Warmwasserspeichers,
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2 einen
Längsschnitt
durch den Warmwasserspeicher entlang der Linie II-II der 1 in
einer ersten Ausführungsform,
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3 einen
Querschnitt durch den Warmwasserspeicher entlang der Linie III-III
der 2 in der ersten Ausführungsform, und
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4 einen
Querschnitt durch den Warmwasserspeicher in einer weiteren Ausführungsform.
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Elemente
gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen
Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt
in einer perspektivischen Ansicht einen Warmwasserspeicher 10 mit
einem Außenbehälter 14,
in dem ein Innenbehälter 12 angeordnet
ist. Der Außenbehälter 14 hat
eine obere Wand 24a und eine untere Wand 24b,
seitliche Wände 30a, 30b sowie
Stirnwände 32.
Die Wände 24a, 24b, 30a, 30b, 32 des
Außenbehälters sind
hier rechteckförmig
ausgeführt,
können
jedoch auch beliebige andere ebene polygonförmige Formen annehmen. Jeweils
zwei der Wände 24a, 24b, 30a, 30b des
Innenbehälters 12 liegen
einander gegenüber,
können
jedoch auch schiefwinklig zueinander angeordnet sein.
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Der
Außenbehälter 14 weist
auf seinen Wänden 24a, 24b, 30a, 30b, 32 (in
der Figur teilweise verdeckte) Stützelemente 16 auf,
die einer mechanischen Stabilisierung des Warmwasserspeichers 10 gegenüber Schwankungen
des Innendrucks dienen.
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An
der hier gezeigten Ausführungsform
sind die Stützelemente 16 auf
den Stirnwänden 32 erhaben
ausgeführt,
während
die Stützelemente 16 der Wände 24a, 24b, 30a, 30b des
Außenbehälters 14 als
Ausprägungen
der Wände 24a, 24b, 30a, 30b des
Außenbehälters 14 ausgebildet
sind. In alternativen Ausführungsformen
können
jedoch auch die Stützelemente 16 auf
den Stirnwänden 32 als
Ausprägungen
der Stirnwände 32 ausgebildet
oder die Stützelemente 16 der
Wände 24a, 24b, 30a, 30b erhaben
ausgeführt
sein.
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Der
Warmwasserspeicher hat einen ersten Anschlussstutzen 18 und
einen zweiten Anschlussstutzen 20. Wird der Warmwasserspeicher 10 beispielsweise
als Brauchwasserspeicher benutzt, so kann über den zweiten Anschlussstutzen 20 beispielsweise
Kaltwasser in den Warmwasserspeicher 10 eingebracht werden
und an dem ersten Anschlussstutzen 18 aufgeheiztes Warmwasser
entnommen werden. Wird der Warmwasserspeicher 10 hingegen
beispielsweise als Pufferspeicher für ein Heizungssystem benutzt,
so kann über
den ersten Anschlussstutzen 18 von einem (nicht dargestellten) Brenner
erhitztes Heißwasser
in den Warmwasserspeicher 10 eingebracht werden, während über den zweiten
Anschlussstutzen 20 kühleres
Wasser zur Aufheizung zu dem Brenner zurück gelangen kann.
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In 2 ist
ein Längsschnitt
durch den Warmwasserspeicher 10 der 1, in 3 ein Querschnitt
durch den Warmwasserspeicher 10 der 1 dargestellt.
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Zwischen
dem Innenbehälter 12 und
dem Außenbehälter 14 ist
eine Wärmedämmschicht 26 angeordnet.
Diese weist vorzugsweise einen Polyurethanschaum auf. Außerdem ist
es vorteilhaft, wenn die Wärmedämmschicht
synthetische Fasermaterialien aufweist, die der Wärmedämmschicht
eine gute Wärmedämmfähigkeit
und eine hohe mechanische Stabilität geben. Die Wärmedämmschicht 26 dient dazu,
dass in dem Innenbehälter 12 aufgenommene Warmwasser
gegen Auskühlung
gegenüber
dem den Warmwasserspeicher 10 umgebenden Bereich zu schützen.
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Der
Innenbehälter 12 hat
eine obere Wand 22a, eine untere Wand 22b, seitliche
Wände 28a, 28b sowie
Stirnwände 31.
Die Wände 22a, 22b, 28a, 28b, 31 des
Innenbehälters 12 sind
in der hier gezeigten Ausführungsform
rechteckförmig.
Weiter liegen sich jeweils zwei der Wände 22a, 22b, 28a, 28b des
Innenbehälters 12 einander
gegenüber.
Die Wände 22a, 22b, 28a, 28b des
Innenbehälters 12 können jedoch
auch jede andere beliebige Polygonform annehmen und auch schiefwinklig
zueinander angeordnet sein.
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Der
Innenbehälter 12 und
der Außenbehälter 14 bestehen
bevorzugt jeweils aus einem Metall.
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Besonders
bevorzugt ist, wenn der Innenbehälter 12 aus
einem Edelstahl besteht, da in diesem Fall einer Korrosion des In nenbehälters 12 entgegengewirkt
und eine hohe Stabilität
des Innenbehälters erreicht
werden kann.
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Der
Außenbehälter 14 besteht
vorzugsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumverbindung. Insbesondere
kann der Außenbehälter 14 aus
extrudiertem Aluminium oder einer extrudierten Aluminiumverbindung
hergestellt sein. Extrudierte Bauteile aus Aluminium oder Aluminiumverbindungen
sind besonders vorteilhaft, da in diese beispielsweise die als Ausprägungen ausgebildeten
oder auf einer Wand 24a, 24b, 30a, 30b, 32 angeordneten
Stützelemente 16 besonders
gut als integrale Bestandteile der Wände des Außenbehälters 14 ausgebildet
werden können.
Außerdem
sind diese Materialien sehr leicht, was insbesondere bei mobilen
Anwendungen besonders vorteilhaft ist.
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Der
in den 1-3 dargestellte Warmwasserspeicher 10 lässt sich
sehr gut an verschiedene Raumformen und Geometrien anpassen. Soll
der Warmwasserspeicher 10 beispielsweise in mobilen Anwendungen
wie in einem Wohnmobil oder einem anderen Campingfahrzeug eingesetzt
werden, so kann insbesondere die Höhe des Warmwasserspeichers 10 derart
angepasst werden, dass auch flache Aufstellräume, wie sie bei derartigen
Fahrzeugen häufig
zur Verfügung
stehen, für
den Warmwasserspeicher 10 ausgenutzt werden können.
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In 4 ist
ein Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform des Warmwasserspeichers 10 dargestellt.
Der Außenbehälter 14 weist
ein erstes halbschalenförmiges
Teil 34 und ein zweites halbschalenförmiges Teil 36 auf.
Das erste halbschalenförmige
Teil 34 und das zweite halbschalenförmige Teil 36 des
Außenbehälters 14 sind
so ausgebildet, dass sie mittels Verbindungselementen 38 formschlüssig miteinander
verbunden werden können. Eine
zweiteilige Ausführung
des Außen behälters 14 kann
beim Herstellen des Warmwasserspeichers 10 besonders vorteilhaft
sein, wie im folgenden gezeigt werden soll.
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Im
Folgenden wird ein Verfahren zum Herstellen des Warmwasserspeichers 10 im
Detail dargestellt:
Zuerst wird das erste halbschalenförmige Teil 34 und das
zweite halbschalenförmige
Teil 36 des Außenbehälters 14 bereitgestellt.
Auf jeweils einer Innenseite des ersten halbschalenförmigen Teils 34 und
des zweiten halbschalenförmigen
Teils 36 des Außenbehälters 14 werden
dann aufschäumbare
Kunststoffmaterialien aufgebracht.
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Anschließend wird
der Innenbehälter 12 zwischen
dem ersten halbschalenförmigen
Teil 34 und dem zweiten halbschalenförmigen Teil 36 des
Außenbehälters 14 eingebracht.
Dies geschieht vorzugsweise dadurch, dass der Innenbehälter 12 beispielsweise
zuerst auf das zweite halbschalenförmige Teil 34 aufgebracht
wird und dann das erste halbschalenförmige Teil 36 des
Außenbehälters 14 über den
Innenbehälter 12 gelegt
wird. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden das erste halbschalenförmige Teil 34 und
das zweite halbschalenförmige
Teil 36 des Außenbehälters 14 zuerst
miteinander verbunden, und dann der Innenbehälter 12 zwischen den
Verbund aus erstem halbschalenförmigen
Teil 34 und zweitem halbschalenförmigen Teil 36 des
Außenbehälters 14 geschoben.
Es ist damit bereits die Grundform des Warmwasserspeichers 10, wie
in der Ausführungsform
der 4 gezeigt, vorgegeben.
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Der
Innenbehälter 12 wird
dann mit dem ersten Teil 34 und dem zweiten Teil 36 des
Außenbehälters 14 mittels
einer nicht gezeigten Verspannvorrichtung verspannt und der Innenbehälter 12 mit
einem Innendruck über
Atmosphärendruck
beaufschlagt. Das Beaufschlagen des Innenbehälters 12 mit einem Innendruck über Atmosphärendruck
ist deshalb besonders vorteilhaft, weil die aufschäumbaren
Kunststoffmaterialien beim Aufschäumen ihr Volumen vergrößern können und
dies zu einem Verformen des Innenbehälters 12 führen kann.
Im Extremfall wäre
sogar eine Zerstörung
des Innenbehälters 12 durch
Eindrücken
oder Aufreißen
einer der Wände 22a, 22b, 28a, 28b, 31 des
Innenbehälters 12 durch
die aufschäumbaren
Kunststoffmaterialien möglich.
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Durch
Aufschäumen
und Aushärten
der Kunststoffmaterialien zwischen dem Innenbehälter 12 und den ersten
und zweiten halbschalenförmigen Teilen 34, 36 des
Außenbehälters 14 wird
die Wärmedämmschicht 26 ausgebildet.
Der Innenbehälter 12,
die Wärmedämmschicht 26 und
der Außenbehälter 14 bilden
eine Sandwichstruktur aus. Nachdem das Aufschäumen und Aushärten der
aufschäumbaren
Kunststoffmaterialien beendet ist und die Wärmedämmschicht 26 zwischen
dem Innenbehälter 12 und dem
ersten und zweiten halbschalenförmigen
Teil 34, 36 des Außenbehälters ausgebildet ist, wird
der Innendruck im Innenbehälter 12 auf
Umgebungsdruck reduziert.
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Bevorzugt
können
nun die Verbindungselemente 38 an Verbindungsstellen zwischen
dem ersten halbschalenförmigen
Teil 34 und dem zweiten halbschalenförmigen Teil 36 des
Außenbehälters 14 angebracht
werden, um eine formschlüssige
Verbindung zwischen den beiden halbschalenförmigen Teilen 34, 36 des
Außenbehälters 14 und
damit einen stabilen mechanischen Aufbau des Warmwasserspeichers 10 zu
erreichen.
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Abschließend wird
die Verspannvorrichtung von dem Warmwasserspeicher 10 abgenommen.