DE102018100507A1

DE102018100507A1 - Vorrichtung zur Beruhigung einer Fluidströmung im Inneren eines Fluidspeicherbehälters

Info

Publication number: DE102018100507A1
Application number: DE102018100507.5A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2018-01-11
Filing date: 2018-01-11
Publication date: 2019-07-11

Abstract

Drosselelement (6) zum Strömungsberuhigen eines Fluids (20) innerhalb eines Fluidspeicherbehälters (1), umfassend
eine Anschlussstelle (6-5) zum Zu und/oder Abführen eines Fluides (20), wenigstens ein inneres Drosselteil (6-1) und ein Übergangsdrosselteil (6-1, 6-2), wobei die Drosselteile (6-1, 6-2) eine flüssigkeitsdurchlässige Festkörperstruktur (6-6) mit Drosselfunktion aufweisen, welche ein die Drosselteile (6-1, 6-2) durchfließendes Fluid (20) derart beeinflusst, dass das Fluid (20) eine Fließgeschwindigkeitsreduktion erfährt,
wobei die Drosselteile (6-1, 6-2) wenigstens ein zumindest teilweise Festkörperstruktur-freies Drosselvolumen (6-4) ausbilden und wobei ein über die Anschlussstelle (6-5) zugeführtes Fluid (20) beim Durchfließen des Drosselelements (6) sowohl zumindest einen Teilbereich des inneren Drosselteils (6-1) als auch zumindest einen Teilbereich des Übergangdrosselteils (6-2) durchquert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Beruhigung einer Fluidströmung im Inneren eines Fluidspeicherbehälters.
Vorrichtungen zur Beruhigung von Fluidströmungen sind insbesondere bei sogenannten Schichtspeichern bekannt, wobei dort als Fluid z.B. Wasser in Frage kommt.
Schichtspeicher beruhen auf dem physikalischen Prinzip, dass sich in einem geschlossenen Behältnis mit z.B. Wasser Flüssigkeitsschichten unterschiedlicher Temperatur ausbilden. Hintergrund hierfür ist die Tatsache, dass Flüssigkeiten unterschiedlicher Temperatur unterschiedliche Dichten aufweisen, wodurch sich wärmere Schichten weiter oben im Behältnis und kältere darin weiter unten ausbilden. Dies hat zur Folge, dass insbesondere die wärmste und die kälteste Schicht des Schichtspeichers nicht unmittelbar in Wechselwirkung miteinander treten, so dass ein unmittelbarer Energieaustausch zwischen diesen beiden Schichten stark gedämpft ist, was wiederum zu einer im Vergleich erhöhten Speichereffizienz im Schichtspeicher führt. Ziel muss es daher beim Betrieb eines Schichtspeichers sein, eine Vermischung zwischen den Schichten zu verhindern.
Hierzu gibt es verschiedene Ansätze. Zum einen gibt es den Versuch, Wasser verschiedener Temperaturen schichtbezogen über ein Rohrsystem in den Schichtspeicher einzuleiten, d.h. das Wasser wird in Abhängigkeit von dessen Temperatur in der dazu passenden Bevorratungshöhe eingeleitet und entnommen. Auch hierbei kann jedoch das einströmende Wasser Unruhe in den Schichtspeicher bringen, so dass es zumindest zu einer teilweisen Zerstörung der thermischen Schichtung kommt.
Die DE 27 03 460 A1 beschreibt einen „Einwandigen Wärmespeicher aus Stahl“, bei dem zur Reduktion der Strömungsgeschwindigkeit von zulaufendem Wasser der Heizwasserzulauf im Speicher einen gegenüber der Zulaufleitung wesentlichen größeren Querschnitt aufweist und/oder im Bereich der Querschnittserweiterung eine Drosselvorrichtung, z.B. einen Kunststoffschwamm angebracht ist. Ferner ist dort zur Verbesserung des Einschichtens des zugeführten Wassers vorgesehen, den Heizwasserzulauf entweder bis auf halbe Höhe oder bis annähernd zum Boden des Speichers zu verlängern, wobei der Heizwasserzulauf zum Boden hin eine Durchlauföffnung aufweist und zudem eine Reihe von Durchlauföffnungen entlang des Heizwasserzulaufs vorgesehen sind.
Nach der DE 100 49 278 A1 wird versucht, das Strömen durch Umlenkbleche in die gewünschte Richtung zu leiten. Horizontale Zwischenböden mit Öffnungen sollen zudem die Ausbreitung von Verwirbelungen innerhalb der Flüssigkeitsmenge reduzieren. Je erfolgreicher dies über den Gesamtaufbau des Speichers gelingen soll, desto mehr Umlenkbleche und/oder Zwischenböden müssen installiert werden, wodurch der Aufbau solcher Schichtspeicher aufwändig und kostspielig ist.
Aus der EP 2 998 666 A1 ist ein Speicherbehälter mit einer Vielzahl an Be- und Entladeeinrichtungen bekannt. Die Be- und Entladeeinrichtungen sind dabei aus einem Rohr aufgebaut. Das Rohr hat Öffnungen und ist umgeben von einem porösen Material, das viele Poren aufweist. Die Poren haben jeweils eine Austrittöffnung, deren Fläche zusammengenommen eine Austrittsfläche bildet, durch die das Wärmeträgerfluid entweichen kann. Durch die große Oberfläche und die offenporige Struktur dieser Be- und Entladeeinrichtung wird erreicht, dass auch bei großen Volumenströmen das Wärmeträgerfluid mit geringen Strömungsgeschwindigkeiten in den Speicherbehälter eingebracht wird. Zur Förderung des Einschichtprozesses ist dort ferner vorgesehen, die Be- und Entladeeinrichtungen höhenmäßig auf unterschiedlichen Temperatur-Niveaus im Speicherbehälter anzuordnen, wodurch Störungen aufgrund großer Temperaturunterschiede zwischen dem Fluid im Speicher und dem zugeführten Fluid verhindert werden sollen.
Auch diese Lösung ist aufwändig und teuer, weshalb ein Bedürfnis nach einer einfachen und kostengünstigen Möglichkeit zur Förderung des Einschichtprozesses existiert.
Eine Aufgabe nach der Erfindung ist es daher, ein Drosselelement zum Strömungsberuhigen eines Fluids innerhalb eines Fluidspeicherbehälters bereitzustellen, so dass beim Einströmen des Fluids möglichst geringe Fluidstörungen auftreten und ein möglichst effektives Einschichten des Fluids erzielt wird.
Die Aufgabe wird nach einer Ausführungsform der Erfindung gelöst durch ein Drosselelement zum Strömungsberuhigen eines Fluids innerhalb eines Fluidspeicherbehälters mit einer Anschlussstelle zum Zu und/oder Abführen eines Fluides, wenigstens einem inneren Drosselteil und einem Übergangsdrosselteil, wobei die Drosselteile eine flüssigkeitsdurchlässige Festkörperstruktur mit Drosselfunktion aufweisen, welche ein die Drosselteile durchfließendes Fluid derart beeinflusst, dass das Fluid eine Fließgeschwindigkeitsreduktion erfährt, wobei die Drosselteile wenigstens ein zumindest teilweise Festkörperstruktur-freies Drosselvolumen ausbilden und wobei ein über die Anschlussstelle zugeführtes Fluid beim Durchfließen des Drosselelements sowohl zumindest einen Teilbereich des inneren Drosselteils als auch zumindest einen Teilbereich des Übergangdrosselteils durchquert.
Dabei bedeutet „Festkörperstruktur-freies“ oder „Festkörper-strukturell frei“ oder dergleichen, dass dieser Bereich keinen Festkörper beinhaltet, der eine Drosselwirkung auf das Fluid ausübt. Ein Volumen oder Bereich, der eine Flüssigkeit oder ein Gas beinhaltet, ist in diesem Sinne z.B. Festkörperstrukturfrei.
Bei den Drosselteilen, ggf. einschließlich dem Drosselvolumen, handelt es sich um aufeinander abgestimmte Drosselstufen, mit denen die Dynamik des einfließenden Fluids abgefangen wird. Die erste Drosselstufe bzw. das innere Drosselteil kann dabei z.B. als Hauptdrosselstufe, an der die Dynamik des Fluids so stark reduziert wird, dass ein strömungsberuhigter, d.h. ein vergleichmäßigter, geschwindigkeitsreduzierter Über- oder Austritt in das Drosselvolumen bewirkt wird. Dabei kann das innere Drosselteil z.B. so ausgelegt werden, dass bei einer für das System erwartbaren durchschnittlichen Einfließdynamik des Fluids das innere Drosselteil sämtliche Strömungsspitzen im Wesentlichen derart abfängt, dass das frisch einfließende Fluid abhängig von seiner thermischen Dichte bereits im Drosselvolumen, d.h. im Festkörperstruktur-freien Raum, zumindest überwiegend zu den oder in Richtung der Schichten gleicher Temperatur schwebt, um dort eingelagert zu werden, worin eine der wesentlichen Funktionen des Festkörperstruktur-freien Drosselvolumens oder ggf. mehrerer Festkörperstrukturfreier Volumina im Drosselelement liegt.
In diesem Fall bzw. bei dieser Art der Auslegung dient das Übergangsdrosselteil ggf. auch zusammen mit dem Fluid-gefüllten Drosselvolumen dazu, einen fluidischen Übergriff einer durch das einströmende Fluid hergerufen überschießenden Dynamik auf das Speicherbehälterfluid zu verhindern. Dieser Übergriff bzw. diese überschießende Dynamik kann sich aus unterschiedlichen Konstellation ergeben, von denen nachfolgend einige erwähnt seien. (1) Das eingehenden Fluid strömt mit einer deutlich über dem Auslegungsdurchschnitt liegenden Geschwindigkeit in den Speicherbehälter und aus dem inneren Drosselteil. (2) Die Temperatur des eingehenden Fluids liegt deutlich unter oder über der des Fluids an der Einströmstelle, wodurch insbesondere im Drosselvolumen z.B. Fallstromverwirbelungen entstehen können. (3) Es kommt zu einer Überlagerung der Entnahmeströmung und der Strömungsdynamik des einfließenden Fluids.
Vorteilhafterweise zeichnet das Drosselelement dabei dadurch aus, dass die Festkörperstruktur der Drosselteile derart ausgebildet ist, dass sie strukturell eine Umlenkfunktion und/oder Turbolenzfunktion und/oder Kleinstverwirbelungsfunktion aufweist, wodurch eine zielgerichtete Verminderung der Dynamik bzw. der Einströmgeschwindigkeit des einfließenden Fluids beim Durchqueren der Drosselteile erreicht wird.
Dabei kann z.B. auch vorgesehen werden, dass die Geschwindigkeitsreduktion des Fluides im Drosselelement zumindest teilweise, abhängig von dessen im Drosselelement zurückgelegter Strecke, zunimmt. Dies kann z.B. bedeuten, dass die Festkörperstruktur derart ausgeformt bzw. ausgebildet ist, dass sie insbesondere beim Fluid- bzw. Flüssigkeitseintritt eine Dichte aufweist, die mit dem Abstand zum Kanal zunimmt. Hierdurch wird auf vorteilhafte Weise ein potentiell, aber nicht zwingend durch die Festkörperstruktur bewirkter, erhöhter Staudruck weiter reduziert. Dabei kann es unter Umständen auch zweckmäßig sein, wenn die Festkörperstruktur intrinsisch Festkörperstruktur-freie Bereiche aufweist. Ein Ziel ist es dabei, das einfließende Fluid zunächst abzufangen und über den Freiraum eine vergrößerte Fluidübertrittsfläche zur geschwindigkeitsreduzierenden Festkörperstruktur zu schaffen, was zur Reduktion des Fließwiderstands des Drosselteils führt.
Dies kann erfindungsgemäß auch mit einer Festkörperstruktur einhergehen, welche zumindest teilweise eine fluiddurchlässige Drosselöffnung aufweisende Siebstruktur umfasst. Siebstruktur in diesem Sinne umfasst einen Bereich mit einer Gruppe von im Wesentlichen linearen/gradlinigen Durchgangsbohrungen. Der Bereich kann als Schicht ausgebildet sein, wobei mehrere Schichten übereinander, ggf. auch verschieblich zueinander angeordnet sein können. Die Siebstruktur ermöglicht eine starke Vergrößerung der Austrittsoberfläche.
Alternativ oder ergänzend ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Festkörperstruktur zumindest teilweise eine offene und fluiddurchlässige Porositätsstruktur aufweist. Die erfindungsgemäße Porositätsstruktur verbindet eine große Austrittsoberfläche mit einem im Vergleich zum Gesamtvolumen großen intrinsischen Hohlraum. Dabei verteilen sich die Porositätspfade in der Festkörperstruktur möglichst stochastisch. Hierdurch wird insbesondere die Umlenkfunktion und/oder Turbolenzfunktion und/oder Kleinstverwirbelungsfunktion positiv beeinflusst, was im Ergebnis zu einer Laminarisierung der Strömung beim durchfließenden Fluid führt. Durch eine derartige Porositätstruktur wird eine Geschwindigkeitsreduktion bei einem im Wesentlichen konstanten Volumenstrom des Fluides bewirkt. Damit wird höchst vorteilhaft sichergestellt, dass beim Einströmen des Fluides in das Drosselelement der Staudruck im wesentliche nicht verändert wird.
Zur Realisierung der Festkörperstruktur kann erfindungsgemäß ein Fasergewirr oder ein Fasergewirk oder ein Granulat, vorzugsweise aus Metall oder Kunststoff zum Einsatz kommen.
Eine vorteilhafte erfindungsgemäße Weiterbildung besteht dabei darin, einen Vliesstoff zur Ausbildung der Festkörperstruktur zu verwenden. Vliesstoffe zeichnen sich durch extrem große innere Oberflächen und auch Austrittsoberflächen aus. Dabei kommt der Erfindung ferner entgegen, dass Vliesstoffe nur einen geringen Materialanteil beinhalten.
Insbesondere eine große Austrittsoberfläche führt einerseits bei den erfindungsgemäßen Drosselteilen zu einem im Wesentlichen konstanten Fluidstrom und anderseits dazu, dass im Fluidspeicherbehälter die Ausbreitung des Fluids überwiegend oder ausschließlich der thermischen Strömung im Rahmen des Einschichtprozesses unterliegt. Damit kann mit einem Vliesstoff auch bei großen Fließgeschwindigkeiten ein Staudruck vermieden werden.
Angemerkt sei an dieser Stelle noch, dass erfindungsgemäß ein Materialanteil zwischen 1 bis 3 Prozent bevorzugt wird, wobei besonders bevorzugt ein Materialanteil an der Festkörperstruktur bei ca. 2 Prozent liegt.
Vliesstoffe haben darüber hinaus den großen Vorteil, in unterschiedlichsten Varianten zu existieren, so dass durch gezielte Wahl des Vliesstoffs die Drosselfähigkeit des Drosselelements sehr variabel und damit bedarfsgerecht eingestellt werden kann.
Als besonders geeignet haben sich sog. Wirrlage-Vliese bzw. Wirrlage-Vliesstoffe gezeigt, bei denen die Spinnfasern bzw. die Filamente jede beliebige Richtung einnehmen können, d. h. relativ gleich verteilt in allen Richtungen des Vliesstoffes vorliegen.
Darüber hinaus zeichnet sich der Vliesstoff dadurch aus, dass er punktuell bzw. spezifisch nachgiebig ist. Vorteilhafterweise kann dadurch der Vliesstoff als Reaktion auf eine Fluidströmung teilweise zurückweichen bzw. nachgeben, bis eine ausreichend große Fluidübertrittsoberfläche vorliegt, was im Ergebnis zu einem reduzierten Fließwiderstand führt. Bei der Verwendung von Vliesstoff als Festkörperstruktur bzw. Drosselsubstanz oder eines anderen, ähnlich punktuell oder spezifisch flexiblen Materials ist die Festkörperstruktur somit selbstregulierend mit Bezug auf die Fluidübertrittsoberfläche, denn das Drosselteil gibt genau so weit nach, bis sich ein entsprechendes Gleichgewicht zwischen Strömungswiderstand und Fluidübertrittsoberfläche einstellt.
Zudem sind Vliesstoffe preislich günstig zu erwerben, aufgrund des geringen Materialanteils gut komprimierbar und damit leicht ein- und ausbaubar, d.h. sie können, wie noch unten im Zusammenhang mit dem Drosselelement näher ausgeführt wird, z.B. durch einen Kanal und/oder einen Stutzen in den Fluidspeicher eingebracht und aus dem Fluidspeicher herausgezogen werden. Hierdurch gelingt es aber auch, einen Fluidspeicherbehälter mit einem erfindungsgemäßen Drosselelement nachzurüsten. Erfindungsgemäß bevorzugt sind somit Festkörperstrukturen.
Sogar durch Quetschungen wird ihre Wirkung innerhalb eines Fluidspeicherbehälters, beispielsweise bei punktuellem Kontakt mit Wärmetauschern, nicht wesentlich eingeschränkt, da durch die dann gegebene höhere Dichte auch eine auftreffende starke Strömung effektiver gedämpft wird und die Flüssigkeitsmenge zudem, im Bereich der sich ergebenden Kontaktfläche, nicht ungehindert nach außen streben kann. Außerdem haben sie neben der Drosselfunktion auch eine Filterfunktion, wodurch z.B. ein Fluidspeicher sauber gehalten werden kann. Eine vorteilhafte Ergänzung oder ein Ersatz für den Vliesstoff als Festkörperstruktur kann nach der Erfindung z.B. auch Stahlwolle in Form eines Gewirrs oder Gewirks sein.
Ferner besteht eine weitere bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsform darin, dass das Gewirr oder Gewirk oder das Substrat aus Metall oder Kunststoff oder einem sonstigen Material besteht oder mit demselben beschichtet ist, so dass die Festkörperstruktur neben ihrer Drosselwirkung auch noch eine antibakterielle Funktion aufweist.
Dabei beinhaltet ein erfindungsgemäß bevorzugtes antibakterielles Material, insbesondere zur Beschichtung, Silber. Letzteres eignet sich im Rahmen der Erfindung insbesondere beim Einsatz von Wasser als Fluid, denn die antibakterielle und keimtötende Wirkung von Silberionen auf insbesondere Wasser ist schon seit längerem bekannt. Eine Alternative zu Silber stellt der unter dem Markenname AgXX® geführte Stoff dar, welcher eine Kombination aus Silber und Ruthenium ist, wobei Ruthenium vorgeblich die Abgabe von Silberionen ins Wasser verbessern soll.
Eine erfindungsgemäße Weiterbildung besteht ferner darin, dass das Drosselelement ein zweites inneres Drosselteil aufweist, welches zum ersten inneren Drosselteil und der Anschlussstelle derart angeordnet ist, dass über die Anschlussstelle zugeführtes Fluid zunächst zumindest einen Teilbereich des zweiten inneren Drosselteils durchquert, bevor es zumindest einen Teilbereich des ersten inneren Drosselteils durchquert. Mit dem weiteren zweiten inneren Drosselteil wird die Dämpfungs- bzw. Drosselwirkung des erfindungsgemäßen Drosselelements weiter erhöht. Darüber hinaus, kann mit dem zweiten inneren Drosselteil eine noch bessere Abstimmung zwischen den einzelnen Drosselteilen im Drosselelement erfolgen.
Hierbei kann es von Vorteil sein, wenn das erste innere Drosselteil am zweiten inneren Drosselteil zumindest teilweise strukturell anliegt oder dieses zumindest teilweise strukturell anliegend umschließt. Dabei wird unter „vollständig strukturell anliegend/umschließend“ erfindungsgemäß verstanden, dass zwischen den drosselfunktionswirksamen Bereichen der Drosselteile im Wesentlichen kein Festkörperstruktur-freies Drosselvolumen vorhanden ist.
Zur Ausbildung des zweiten inneren Drosselteils kann ein Stutzen oder Blindstutzen zum Einsatz kommen, welcher eine flüssigkeitsdurchlässige Festkörperstruktur mit Drosselfunktion im hierin dargestellten Sinne umfasst.
Hierbei kann insbesondere eine Siebstruktur zum Einsatz kommen, welche, insbesondere gegenüber dem ersten inneren Drosselteil eine Vordrosselfunktion einnehmen kann.
Eine vorteilhafte Weiterbildung kann insoweit auch darin bestehen, wenn das Übergangsdrosselteil am freien Ende des Stutzens anliegt und dabei einen innenseitigen Anschlagspunkt für das Übergangsdrosselteil festlegt. Mit Hilfe des Stutzens kann auf diese Weise Einfluss auf die Größe des Drosselvolumens genommen werden.
Nach der Erfindung kann es ferner zweckmäßig sein, wenn das Drosselelement eine Aufnahmeeinheit zur Aufnahme zumindest eines Teils des Drosselelements umfasst. Wird z.B. der äußere Bereich des Drosselelements bzw. der des Übergangsdrosselteils von der Aufnahme umschlossen, so kann die Aufnahmen auch zur Begrenzung des Drosselvolumens eingesetzt werden und gleichsam für bestimmte Anwendungen verhindern, dass bei hoher Flexibilität der Drosselteile, z.B. in dem Fall, in dem die Festkörperstruktur einen Vliesstoff umfasst, dieses zu stark in den Fluidspeicherbehälter ausweicht.
Die Aufnahmeeinheit kann dabei z.B. aus einem Netz bestehen, wobei auch das Netz eine Drosselfunktion aufweisen kann. Das Netz nimmt das Drosselelement als Ganzes oder Teile davon auf, z.B. nur das zweite Drosselteil.
Das erfindungsgemäße Drosselelement kann mit und/oder durch das Netz so stark komprimiert werden, dass es durch einen Zulauf des Fluidspeicherbehälters gedrückt werden kann und sich dann im Behälter auffaltet. Es kann dann zur Fluiddrosselung im Behälter direkt vor dem Zulauf platziert werden. Das Einführen aber auch das Entfernen kann dabei mit Hilfe einer Schnur oder eines Hakens erfolgen.
Das Einbringen des Drosselelements kann ferner auch mit Hilfe des oben bereits beschriebenen Stutzens oder Blindstutzens erfolgen. Am Stutzen/Stutzenende oder Stutzenauslauf ist hierfür z.B. das erste innere Drosselteil und das Übergangsdrosselteil befestigt. Der Stutzen selbst ist entweder am Behälterzulauf angeflanscht oder Teil des Behälterzulaufs, der teilweise zusammen mit den Drosselteilen in den Fluidspeicherbehälter ragt.
Natürlich kann das Drosselelement mit den erfindungsgemäß komprimierbaren Drosselteilen, analog zum Zulauf, auch innen durch einen am Fluidbehälterzulauf bereits angebrachten und in den Fluidbehälter ragenden Stutzen geschoben werden, um dann im Behälter, z.B. per Schnur und/oder Haken über die Anschlussstelle mit dem Stutzenende verbunden zu werden. Typische Rohrdurchmesser sind dabei 1 Zoll oder größer.
Beide Varianten ermöglichen in jedem Fall mit oder ohne Stutzen ein einfaches Anbringen des Drosselelements am bzw. im Fluidspeicherbehälter. Gleichfalls lässt sich das erfindungsgemäße Drosselelement auf diese Weise auch sehr einfach nachträglich für ein Fluidspeicherbehältnis vorsehen.
Dieser Vorteil lässt sich insbesondere dann ausnutzen, wenn die Drosselteile bzw. die Festkörperstruktur einen Vliesstoff oder ein ähnlich strukturiertes Material beinhalten. In diesem Fall kann nämlich der Festkörperstruktur ein äußeres Gepräge mitgegeben werden, welches, auch wenn es beim Ein- oder Ausbau z.B. komprimiert wird, danach wieder den ursprünglichen Zustand einnimmt, d.h. es ist reversible komprimierbar. Das äußere Gepräge kann z.B. eine Kugelform oder eine Quaderform oder eine andere dreidimensionale Struktur beinhalten.
Nach einer weiteren Ausbildung des erfindungsgemäßen Drosselelements weist dieses neben dem ersten und zweiten inneren Drosselteils auch noch ein drittes inneres Drosselteil auf, welche vorzugsweise eine Schicht- oder Netzstruktur aufweist. Die dabei vorhandenen und die Schicht- oder Netzstruktur bildenden Festkörperstrukturflächen sind vorzugsweise in einem Volumen bzw. einem Bereich angeordnet, welcher vom ersten oder zweiten inneren Drosselteil und dem Übergangsdrosselteil eingefasst wird. Es dient vorzugsweise dem Abfangen einer möglichen überschießenden Dynamik, wie sie bereits oben beschrieben wurde, indem das Festkörperstruktur-freie Drosselvolumen durch die Festkörperstrukturflächen in zwei oder mehr als zwei im Vergleich kleinere Volumina unterteilt wird.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht auch in einem Fluidspeicherbehälter, wobei der Fluidspeicherbehälter eine Vorrichtung zur Beruhigung einer Fluidströmung im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst.
Darüber hinaus wird die Aufgabe einer anderen Ausgestaltung der Erfindung zufolge ferner gelöst durch einen Schichtspeicher mit einem erfindungsgemäßen Fluidspeicherbehälter, welcher eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Beruhigung einer Fluidströmung beinhaltet, welcher zum Speichern von Wärmeenergie eingerichtet ist.
Bei der Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei einem Schichtspeicher mit Fluidspeicherbehälter bietet sich der Vorteil, dass durch die Erfindung ein punktuell schnelles Flüssigkeitsströmen in den Fluidspeicherbehälter hinein im Drosselelement in ein langsameres Strömen einer sich räumlich kompakt ausbreitenden Flüssigkeitsmenge umgesetzt wird, wodurch einer großräumig strömungsbedingten Flüssigkeitsverwirbelung im Fluidspeicherbehälter wirkungsvoll entgegengewirkt wird. Im Ergebnis verhindert somit die erfindungsgemäße Vorrichtung auf sehr einfache und effiziente Weise eine strömungsbedingte Störung der thermischen Schichtung im Fluidspeicher, denn durch die mit Hilfe des Drosselelements erzielte, sehr kleine Strömungsgeschwindigkeit kann die eingehende Flüssigkeit zumindest teilweise bereits innerhalb des Drosselelements gezielt und langsam auf das zu ihrem spezifischen Gewicht passende Höhenniveau im Fluidspeicherbehälter absacken. Erst wenn diese Flüssigkeitsmenge ein Höhenniveau mit gleichem spezifischem Gewicht erreicht, endet das Aufsteigen oder Absinken.
Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Schichtspeichers besteht ferner darin, dass sich das Drosselelement zumindest höhenmäßig ganz oder teilweise entlang der Innenwand des Fluidspeicherbehälters erstreckt. Das Drosselelement weist insofern im Wesentlichen entlang der Innenwand eine dreidimensionale Struktur auf, in der das eingehende Fluid zumindest überwiegend auf das passende Temperaturniveau thermisch eingelagert bzw. eingeschichtet werden kann. Dieser Einschichtprozess findet dann ganz oder überwiegend im Drosselvolumen statt, welches sich entsprechend entlang der Innenwand erstreckt. Dabei sei darauf hingewiesen, dass das Drosselelement sich natürlich nicht zwangsläufig an der Innenwand des Fluidspeichers anlehnen muss, sondern gleichfalls freistehend oder gar „freischweben“, d.h. nur vom Stutzen gehalten im Fluidspeicherbehälter angeordnet sein kann.
Darüber hinaus wird der Einschichtprozess auch durch die Filterfunktion des Drosselelements unterstützen, da das spezifische Gewicht einer Flüssigkeit nicht nur thermisch bedingt sein kann, sondern auch von Verunreinigungen beeinflusst wird. Wird die Flüssigkeit daher durch das Drosselelement auch noch gereinigt, unterstützt dies den Prozess des adäquaten, d.h. temperatur-korrekten Einordnens bzw. Einschichtens der eingehenden Flüssigkeit im Fluidspeicherbehälter.
Weitere Merkmale, Vorteile, Wirkungen und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der gegebenenfalls unter Bezug auf eine oder mehrere Zeichnungen zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Beschriebene und/oder bildlich dargestellte Merkmale bilden für sich oder in beliebiger, sinnvoller Kombination den Gegenstand, gegebenenfalls auch unabhängig von den Ansprüchen, und können insbesondere zusätzlich auch Gegenstand einer oder mehrerer separater Anmeldung/en sein. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Dabei zeigen schematisch:

1 eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Drosselelements;
2 eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Drosselelements;
3 eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Drosselelements, wobei das Drosselelement in einem Schichtspeicher mit Wärmetauscher angeordnet ist;
4 eine vierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Drosselelements, in analoger Anwendung wie in 3;
5 eine fünfte Ausführung des erfindungsgemäßen Drosselelements, in analoger Anwendung wie in 3;
6 eine weitere schematische Darstellung einer weiteren Ausführung eines erfindungsgemäßen inneren Drosselteils oder Drosselelements.

1 ist eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Drosselelements 6. Das Drosselelement 6 ist in einem potentiellen Fluid- bzw. Wasserschichtspeicher 1 angeordnet. Es umfasst folgende Teile: ein inneres Drosselteil 6-1, ein Übergangsdrosselteil 6-2, eine Anschlussstelle 6-5, wobei die Anschlussstelle 6-5 über dem Stutzen 7 mit dem Fluidbehälterzulauf bzw.
Wasserzulauf bzw. der Wasserzufuhrleitung 14 verbunden ist. Die Drosselteile 6-1 und 6-2 weisen ein definiertes geometrisches Gepräge auf. Das innere Drosselteil 6-1 ist hohlkugelförmig ausgebildet. Das Übergangsdrosselteil 6-2 ist quaderförmig ausgebildet. Die Wände der Drosselteile 6-1, 6-2, bestehen aus einen Vliesstoff 6-6. Die Anschlussstelle 6-5 ist eine Öffnung in der Hohlkugel des inneren Drosselteils 6-1. Die Anschlussstelle 6-5 ist über das in den Schichtspeicher 1 gerichtet Ende des Stutzens 7 mit demselben fluidisch verbunden. Die Anschlussstelle 6-5 ist dabei über das Stutzenende gestülpt bzw. gezogen und ggf. verklebt oder auf andere Art mit dem Stutzen 7 fest verbunden.
Das quaderförmige Übergangsdrosselteil 6-2 erstreckt sich höhenmäßig entlang der Innenseite des Wasserschichtspeichers 1. Es umschließt das erste innere Drosselteil 6-1 und den Stutzen 7. Der Stutzen 7 bildet auf halber Höhe des Schichtspeichers 1 das Bindeglied zwischen Zufuhrleitung 14 und dem Drosselelement 6.
Fließt nun Wasser/Fluid aus dem Wasserzulauf 14 über den Stutzen 7 in das innere Drosselteil 6-1, so wird dessen Dynamik durch den hoch porösen Vliesstoff 6-6 so stark abgebremst, dass in der Regel der Einschichtprozess bereits nach einem Durchqueren des inneren Drosselteils 6-1 bereits effektiv, d.h. ohne dass Störungen durch ein Wasserspritzen oder -spitzen in das Drosselvolumen 6-4 übergehen. Das Übergangsdrosselteil 6-2 dient dann dazu, zu verhindern, dass eine von der Regel abweichende überschießende Dynamik störend bzw. vermischend in die thermische Schichtung im Schichtspeicher 1 eingreift. Das Übergangsdrosselteil 6-2 kann diesbezüglich z.B. eine ungewöhnlich hohe Einfließgeschwindigkeit oder eine temperaturinduzierte Fallstromverwirbelung oder eine Überlagerung der Entnahmeströmung und der im Drosselelement 6 noch vorhandenen Fließdynamik/Fließgeschwindigkeit des einfließenden Wassers abfangen.
Andere Abstimmungen zwischen dem inneren Drosselteil 6-1 und dem Übergangsdrosselteil 6-2 sind natürlich auch denkbar, bei denen z.B. das Übergangsdrosselteil 6-2 noch eine stärkere Rolle beim Drosselungsprozess spielt.
Das Drosselvolumen 6-4 kann einerseits natürlich auch Teil des Drosselprozesses sein, dient aber überwiegend dem „thermischen Einschwingen“ bzw. dem Einschichten des nach dem Durchqueren des ersten Drosselteils 6-1 dort ankommenden Wassers. D.h. Ziel der Erfindung ist es, dass sich der Einschichtprozess möglichst im Drosselvolumen 6-4 vollzieht.
Von Vorteil ist dabei auch, dass der erfindungsgemäße Vliesstoff 6-6 eine sehr hohe Austrittsfläche aufweist, wodurch sehr geringe Strömungsgeschwindigkeiten erzielbar sind und auch aufgrund der sehr hohen Porosität des Vliesstoffs 6-6 kein oder kaum ein Staudruck durch das Drosselmaterial 6-6 verursacht wird und gleichzeitig eine große Drosselwirkung erzielbar ist.
2 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Drosselelements 6. Im Unterschied zum Drosselelement 6 nach 1 umfasst das dortige Drosselelement 6 drei Drosselteile, nämlich ein erstes und ein zweites inneres Drosselteil 6-1 und 6-3, und das Übergangsdrosselteil 6-2. Das erste und das zweite innere Drosselteil 6-1 und 6-3 sind kombinierte Drosselteile. Das Übergangsdrosselteil 6-2 entspricht im Wesentlichen dem nach 1.
Das zweite innere Drosselteil 6-3 ist als Blindstutzenverlängerung 6-3 des Stutzens 7 ausgebildet. Sie weist Durchtrittsöffnungen 6-8 auf, die über die Stutzenverlängerung 6-3 verteilt eine Siebstruktur 6-8 bilden. Durch die Weiterbildung des Stutzens 7 zum Blindstutzen wird das in den Stutzen 7 einströmende Wasser durch die Öffnungen 6-8 seitlich nach außen zwangsgeführt, da ihm der direkte Weg durch den Blindverschluss 6-9 versperrt ist. Der Blindverschluss 6-9 dient auch als innenseitiger Anschlag 7-2, an dem sich die Innenseite des Übergangsdrosselteils 6-2 anlehnt.
Das erste innere Drosselteil 6-1 und das Übergangsdrosselelement 6-2 bestehen aus einem formgeprägten Vliesstoff mit hoher Flexibilität, so dass mit der Erstreckung des innenseitigen Anschlags 7-2 in den Schichtspeicher 1 der Abstand zur Behälterwand 2 und die Breite des Drosselvolumens 6-4 beeinflussbar ist. Dies fördert auch die strukturelle Stabilität des Drosselelements 6 im Schichtspeicher 1 über die Formprägung des Vliesstoffs 6-6 hinaus.
Wie aus 2 ferner zu entnehmen ist, umschließt das erste innere Drosselelement 6-1 das zweite innere Drosselelement 6-3, d.h. den Stutzen 7 mit der Stutzenverlängerung 6-3, und zwar so, dass das erste innere Drosselteil 6-1 innenseitig die Außenseite der Stutzenverlängerung 6-3 im Berührungskontakt umfasst.
Hierdurch wird ein kombinierter, sich verstärkender Drosseleffekt zwischen dem ersten inneren Drosselteil 6-1 und dem zweiten inneren Drosselteil 6-3 erzielt. Darüber hinaus wird dadurch eine erhöhte strukturelle Stabilität für das Drosselelement 6 erreicht.
3 zeigt schematisch das Drosselelement 6 von 2 in einem mit einem wärmeisolierten Gehäuse 2 ausgestatteten Fluidspeicherbehälter 1, in dem ein Wärmetauscher 9 angeordnet ist.
Am Gehäuse 2 sind drei Leitungsanschlüsse 5, 4 und 3 vorgesehen.
Sie dienen der Zu- oder Abfuhr von sog. Primärflüssigkeit 20, welche bei der vorliegenden Anwendung Trinkwasser ist.
Der oben am Behälter 1 vorgesehene Leitungsanschluss 5 dient dem Anschluss einer Wasserabfuhr- und -zufuhrleitung 15 bzw. der Zu- oder Abfuhr von warmer Primärflüssigkeit 20. Es ist der Leitungsanschluss 5 für wärmste Primärflüssigkeit 20.
Der unten am Behälter vorgesehene Leitungsanschluss 3 dient dem Anschluss einer Wasserzufuhr- und -abfuhrleitung 13 bzw. der Zu- oder Abfuhr von kalter Primärflüssigkeit 20. Es ist der Leitungsanschluss 3 für kälteste Primärflüssigkeit 20.
Der mittlere, zwischen dem oberen Leitungsanschluss 5 und dem unteren Leitungsanschluss 3 liegende Leitungsanschluss 4 dient dem Anschluss einer weiteren Wasserzufuhrleitung 14 bzw. der Zufuhr von Primärflüssigkeit 20 mittlerer Temperatur. Er ist geometrisch auf halber Höhe des Schichtspeichers 1 zwischen dem Leitungsanschluss 5 für die wärmste Primärflüssigkeit 20 und dem Leitungsanschluss 3 für die kälteste Primärflüssigkeit 20 angeordnet. Es ist der Leitungsanschluss für Primärflüssigkeit 20 mit Temperatur zwischen der kältesten und der wärmsten Primärflüssigkeit 20.
Dabei richtet sich erfindungsgemäß das Verständnis dafür, welche Primärflüssigkeit 20 als kalt oder mit mittlerer Temperatur ausgestattet angesehen wird, nach dem Einschichtprozess bzw. der „Einschichtstrecke“, d.h. der Strecke, die von der zugeführten Primärflüssigkeit 20 höhenmäßig im Schichtspeicher 1 zurückgelegt werden muss, bis sie die thermische Schicht gleicher Temperatur im Schichtspeicher 1 erreicht. Ziel ist es, die Einschichtstrecke der zugeführten Primärflüssigkeit 20 zu minimieren.
Im Schichtspeicher 1 soll nach dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 Trinkwasser 20 vom Wärmetauscher 9 im Schichtspeicher 1 erwärmt, geschichtet eingelagert und bevorratet werden.
Hierzu wird der Wärmetauscher 9 im Schichtspeicher 1 mit z.B. von einer Heizung kommendem warmem Sekundärwasser versorgt. Zu diesem Zweck ist der Heizungsvorlauf 16 mittels dem Leitungsanschluss 11 mit der Wärmetauscherleitung 15-1 verbunden. Beim Durchlaufen des Wärmetauschers 9 verliert das zugeführte warme Sekundärwasser Wärmeenergie an die Primärflüssigkeit 20 und wird über die Wärmetauscherleitung 13-1, die über den Leitungsanschluss 10 mit dem Heizungsrücklauf 12 in Verbindung steht, in Richtung einer nicht dargestellten Heizungsanlage abgeführt.
Die Wasserabfuhr- und -zufuhrleitung 15 schließt an der höchsten Stelle des Schichtspeichers 1 an. Damit wird dem Schichtspeicher 1 stets das darin vorhandene wärmste bzw. heißeste Wasser 20 entnommen oder zugeführt. Das entnommene Wasser 20 wird entweder über die Wasserzufuhrleitung 14 oder 13 mit Wasser geringerer Temperatur ersetzt. Bei der Wasserzufuhrleitung 14 kann es sich um eine Zirkulationsleitung 14 handeln. Umgekehrt kann bei Entnahme von kalter Primärflüssigkeit 20 über die Wasserabfuhr- und -zufuhrleitung 13 entweder über die Wasserzufuhrleitung 14 oder über die Wasserabfuhr- und -zufuhrleitung 15 Primärflüssigkeit 20 im Schichtspeicher 1 ersetzt werden.
Neben dem zentral auf halber Höhe zum Schichtspeicher 1 angeordneten Drosselelement 6 (siehe auch 2), welches an den Leitungsanschluss 4 und damit an die Wasserzufuhrleitung 14 anschließt, stellt 3 zwei weitere alternative Drosselelement oder Drosselteile 6' und 6" dar. Das Drosselteil 6' dient der Geschwindigkeitsdrosselung von Primärflüssigkeit 20 aus der oder in die Wasserzufuhr- und -abfuhrleitung 13. Das Drosselteil 6" dient der Drosselung und damit gleichfalls der Vermeidung von Geschwindigkeitsspitzen beim Abfluss oder Einfluss von Primärflüssigkeit 20 in oder aus den Schichtspeicher 1 mit Bezug auf die Wasserabfuhr- und -zufuhrleitung 15 und den Leitungsanschluss 5 für wärmste Primärflüssigkeit 20.
Sowohl in der Verlängerung der Heizungszulaufleitung 13 als auch der Wasserabfuhrleitung 15 ist ein in den Schichtspeicher 1 ragender Stutzen 7' und 7" vorgesehen. In der Verlängerung 6'-3 und 6"-3 der Stutzen 7' und 7" sind außenseitig über die Stutzen 7' und 7" Durchtrittsöffnungen 6'-8 und 6"-8 verteilt. Insbesondere die Stutzenverlängerungen 6'-3 und 6"-3, sind kugelförmig von einem Vliesstoff 6-6 umgeben (analog zum ersten und zweiten inneren Drosselteil 6 gemäß 2), welcher von einem wasserdurchlässigen Haltenetz 6-7 in Wirkkontakt umfasst wird. Letzteres ist fakultative.
Bei einer solchen Anwendung des Schichtspeichers 1 mit Trinkwasser als Primärflüssigkeit 20 ist aus wasserhygienischer Sicht allerdings die Auswahl des strömungsbrechenden porösen Materials 6-6 von großer Bedeutung. Hierbei sei hervorgehoben, dass durch die Auswahl eines geeigneten Materials ggf. sogar ein keimreduzierender Effekt für den gesamten Schichtspeicher 1 erreicht werden kann. Beispielsweise könnte die Festkörperstruktur 6-6 mit einer keimtötenden Oberflächenbeschichtung (z.B. sogenannte AgXX-Beschichtung) versehen werden.
Strömt bei der Ausführungsform nach 3 Flüssigkeit mit hoher Geschwindigkeit durch die Flüssigkeitsleitung 15 oder 13 zum Fluidspeicherbehälter 1, so gelangt diese zunächst in den Einströmstutzen 7" oder 7' bzw. deren Stutzenverlängerungen 6"-3 oder 6'-3, deren Wandungen, wie erwähnt, zur porösen Festkörperstruktur 6-6 hin zumindest teilweise flüssigkeitsdurchlässig sind. Die Flüssigkeit soll dabei ohne erheblichen Strömungswiderstand aus der Stutzenverlängerung 6'-3, 6"-3 in die poröse Materialfüllung 6-6 strömen können. Der Hauptzweck der Stutzenverlängerung 6'-3, 6"-3 besteht in einer - im Vergleich zur inneren Querschnittsfläche des Leitungsanschlusses 5, 3 - deutlich vergrößerten Gesamtoberfläche, welche für den Flüssigkeitsübertritt in die poröse Festkörperstruktur 6-6 insgesamt zur Verfügung steht. Diese Gesamtfläche ergibt sich aus der Addition mehrerer oder zahlreicher Einzelöffnungen/Durchtrittsöffnungen 6'-8 oder 6"-8. Um den Faktor, um den diese Gesamtfläche größer ist als die innere Querschnittsfläche des Leitungsanschlusses 3 oder 5, reduziert sich die durchschnittliche Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit zum Übertritt in die poröse Festkörperstruktur 6-6. Der Einströmstutzen 6"-3, 6'-3 sollte vorzugsweise so konstruiert sein, dass die ihn verlassende Flüssigkeit eine möglichst gleichmäßige Geschwindigkeitsverteilung aufweist. Eine hinreichend kleine Größe der Durchtrittsöffnungen 6'-8 oder 6"-8 in der Stutzenverlängerung 6'-3 oder 6"-3 verhindert zudem, dass Teile der porösen Festkörperstruktur 6-6 in die Einströmstutzenverlängerung 6-3, 6'-3 oder 6"-3 dringen können.
Trifft die Flüssigkeit nun, mit inzwischen reduzierter Strömungsgeschwindigkeit, auf die poröse Festkörperstruktur 6-6, so verursacht zum einen die Struktur und die räumliche Anordnung dieses geeigneten porösen Materials 6-6, dass starke Strömungen durch Verwirbelungen und Ablenkungen gebrochen und ggf. turbulent werden und die Strömung somit diffuser wird. Zum anderen sorgt der räumliche Aufbau der porösen Festkörperstruktur 6-6 - beispielsweise durch die wasserdurchlässige Haltevorrichtung 6-7, vorgegeben nahezu kugelförmig - für eine entsprechende räumliche Ausbreitung der einströmenden Flüssigkeit und somit für eine sehr starke Reduzierung der Strömungsgeschwindigkeit noch innerhalb der porösen Festkörperstruktur 6-6.
Dies führt z.B. dazu, dass bei der Verwendung eines Vliesstoffs als Festkörperstruktur 6-6 mit einem kugelförmigen Radius von 10 cm der Festkörperstruktur 6-6 und bei einem Leitungsinnendurchmesser von 2,5 cm eine Fließgeschwindigkeit von ca. 50 cm/s des einfließenden Wassers auf nur noch ca. 0,2 cm/s gedrosselt wird. Dieses Beispiel zeigt aber deutlich, dass durch die geeignete Auswahl der porösen Festkörperstruktur 6-6 mit einer sehr geringen Eigenverdrängung bereits innerhalb der porösen Festkörperstruktur 6-6 sehr niedrige Strömungsgeschwindigkeiten erzielbar sind.
Aufgrund dieser starken Abnahme der Strömungsgeschwindigkeit werden unerwünschte großflächige Verwirbelungen effektiv reduziert oder verhindert.
Damit ist bei entsprechender Auslegung und Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gewährleistet, dass die Strömungsgeschwindigkeit der einströmenden Flüssigkeit bereits vor dem Verlassen der porösen Drosselsubstanz 6-6 so stark reduziert wird, dass bereits kleine Krafteinwirkungen die Strömungsrichtung der Flüssigkeit beeinflussen können. So bewegt sich die einströmende Flüssigkeit - als eine Art Flüssigkeitsblase oder Flüssigkeitswolke innerhalb der übrigen Flüssigkeitsmenge den Auftriebskräften folgend - vertikal langsam auf die Höhe, in der sich bereits Flüssigkeit gleichen spezifischen Gewichts befindet. Dort angekommen, stoppt sie ihr vertikales Strömen und breitet sich dann ggf. noch horizontal aus bzw. vereint sich mit der dort bereits vorhandenen Flüssigkeitsmenge gleichen spezifischen Gewichts. Ist die einströmende Flüssigkeit beispielsweise wärmer als die bereits im Bereich um die erfindungsgemäße Vorrichtung bevorratete Flüssigkeitsmenge, so ändert die einströmende Flüssigkeitsmenge noch innerhalb der porösen Drosselsubstanz 6-6 ihre Strömungsrichtung, wird die poröse Drosselsubstanz 6-6 oben verlassen und sich auf das zur Temperatur passende Höhenniveau innerhalb des Flüssigkeitsvorratsbehälters 1 begeben. Gleiches gilt auch für andere denkbare Fälle, in denen das spezifische Gewicht der Flüssigkeit Schwankungen unterliegt. Beispielsweise können in der Flüssigkeit gelöste Stoffe das spezifische Gewicht einer Flüssigkeit stark beeinflussen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung sorgt dafür, dass sich die einströmenden Flüssigkeitsmengen als relativ kompakte Flüssigkeitsmenge in der gleichen Höhe einfinden, in der sich bereits Flüssigkeitsmengen der gleichen Konzentration befinden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht, dass die Strömungsgeschwindigkeit der einströmenden Flüssigkeit sehr stark abgebremst wird, ohne dass sich die einströmende Flüssigkeit spontan und willkürlich mit der bereits im Fluidspeicherbehälter 1 bevorrateten Flüssigkeit vermischt. Vielmehr bewegt sich die einströmende Flüssigkeitsmenge langsam ins passende Höhenniveau innerhalb des Fluidspeicherbehälters 1 und lagert sich dort bei der Flüssigkeit gleichen spezifischen Gewichts an. Durch die sehr geringe Strömungsgeschwindigkeit verursacht die einströmende Flüssigkeit nahezu keine dynamischen Verwirbelungen innerhalb des Fluidspeicherbehälters 1; eine dort ggf. vorhandene Schichtung bleibt im Wesentlichen erhalten.
4 zeigt schematisch eine ähnliche Ausgestaltung wie in 3. Im Unterschied zur Ausführungsform nach 3 ist das Drosselelement 6 mit einem weiteren dritten inneren Drosselteil 6-10 ausgestattet. Das dritte innere Drosselteil 6-10 befindet sich vorzugsweise im Bereich des Drosselvolumens 6-4 im Sinne von 2 und 3. Es umfasst eine diagonal verlaufende Schichtstruktur 6-11. Die Schichtstruktur 6-11 teilt das ursprüngliche vollständig Festkörperstruktur-freie Drosselvolumen 6-4 in eine Mehrzahl von Festkörperstruktur-freien Teilvolumina 6-12 auf, welche von den Schichten 6-11 begrenzt sind. Die Schichten 6-11 können aus einem Vliesstoff bestehen. Die Schichtstruktur 6-11, die z.B. auch als Netz oder Matrix ausgebildet sein kann, dient vorzugsweise dem verstärkten Abfangen von Strömungsspitzen, die vom ersten und zweiten inneren Drosselteil 6-1, 6-3 noch nicht im ausreichenden Umfang gedrosselt werden konnten, z.B. im Fall von Verwirbelungen durch Fallströme, die z.B. durch große Temperaturunterschiede zwischen dem im Schichtspeicher 1 vorhandenen Wasser 20 und dem einfließenden Wasser 20 entstehen können und sich ggf. erst nach dem Verlassen der inneren Drosselteile entwickeln, insbesondere bei großer vertikalen Ausdehnung des Drosselvolumens 6-4 Ferner kann das dritte innere Drosselteil 6-10 auch zum strukturellen Aufbau des Drosselelements 6 dienen oder dazu beitragen, d.h. es bildet ein Strukturgerüst, z.B. in Form eines Gitters, welches dem Drosselelement 6 eine Raumgeometrie verleiht.
In 5 wiederum ist eine Ausführungsform zu sehen, bei der die Kombination 60 aus erstem und zweiten inneren Drosselteil 6-1, 6-3 von 2 auch im unteren Bereich des Schichtspeichers 1 im Anschluss an den Leitungsanschluss für die kälteste Primärflüssigkeit 3 und der entsprechenden Wasserzufuhr- und -abfuhrleitung 13 vorgesehen ist. Die beiden Drosselteil-Kombinationen 60 und 60' weisen ein sie gemeinsam umschließendes Übergangsdrosselteil 6-2 auf, welches in der zu 2 beschriebenen Form sowohl die mittlere als auch die untere Drosselteilkombination 60, 60' umgreift.
In 6 ist eine weitere schematische Darstellung einer weiteren Ausführung eines erfindungsgemäßen inneren Drosselteils 6-1 oder Drosselelements 6 als solchem zu entnehmen. Gegenüber den vorangegangenen Ausführungsformen fließt die zu drosselnde Flüssigkeit/Fluid ohne Einströmstutzen direkt in das Drosselteil 6-1.
Je nach Materialart und Materialdichte wird an der Einströmstelle/Anschlussstelle 6-5 durch ein lokales flexibles Nachgeben der porösen Drosselsubstanz 6-6 ebenfalls ein Freiraum 22 ohne poröse Festkörperstruktur 6-6 geschaffen, wodurch sich dann eine Vergrößerung der Übertrittsfläche 23 in die poröse Festkörperstruktur 6-6 hinein ergibt. Auf diese Weise ist es - bei geeigneter Materialauswahl und Auslegung der porösen Materialfüllung 6-6 - leicht möglich, einen passenden, sich größenmäßig automatisch einstellenden Freiraum 22 zwischen Leitungsanschluss 18 und poröser Drosselsubstanz 6-6 zu generieren, welcher einen nicht zu hohen Gesamtströmungswiderstand gewährleistet.
Ist der punktuelle Strömungswiderstand beim Einsetzen der Strömung zu groß, so gibt die flexible, poröse Festkörperstruktur 6-6 nach und vergrößert somit für die einströmende Flüssigkeit automatisch die Übertrittsfläche 23 hinein in die poröse Festkörperstruktur 6-6, wodurch sich der Strömungswiderstand wiederum reduziert. Die poröse Festkörperstruktur 6-6 gibt somit genau so weit nach, dass sich ein entsprechendes Gleichgewicht einstellt. Vorteilhaft ist es bei einem solchen erfindungsgemäßen Drosselteil oder Drosselelement 6, wenn unmittelbar hinter dem Leitungsanschluss 18 eine leicht komprimierbare Menge porösen Materials 6-6 angeordnet ist. Dadurch entsteht bereits bei geringem Staudruck eine hinreichend große Übertrittsfläche 23 hinein in die poröse Materialfüllung 6-6. Bei guter Zugänglichkeit kann diese zudem - als Filter genutzt - leicht gereinigt oder ausgetauscht werden.
Es versteht sich, dass die obige detaillierte Beschreibung und die Zeichnungen zwar bestimmte exemplarische Ausgestaltungen der Erfindung darstellen, dass sie aber nur zur Veranschaulichung gedacht sind und nicht als den Umfang der Erfindung einschränkend ausgelegt werden sollen. Diverse Abwandlungen der beschriebenen Ausgestaltungen sind möglich, ohne den Rahmen der nachfolgenden Ansprüche und deren Äquivalenzbereich zu verlassen. Insbesondere gehen aus dieser Beschreibung und den Figuren auch Merkmale der Ausführungsbeispiele hervor, die nicht in den Ansprüchen erwähnt sind. Solche Merkmale können auch in anderen als den hier spezifisch offenbarten Kombinationen auftreten. Die Tatsache, dass mehrere solche Merkmale in einem gleichen Satz oder in einer anderen Art von Textzusammenhang miteinander erwähnt sind, rechtfertigt daher nicht den Schluss, dass sie nur in der spezifisch offenbarten Kombination auftreten können; stattdessen ist grundsätzlich davon auszugehen, dass von mehreren solchen Merkmalen auch einzelne weggelassen oder abgewandelt werden können, sofern dies die Funktionsfähigkeit der Erfindung nicht in Frage stellt.
Für die gesamte Beschreibung und die Ansprüche gilt, dass der Ausdruck „ein“ als unbestimmter Artikel benutzt wird und die Anzahl von Teilen nicht auf ein einziges beschränkt. Sollte „ein“ die Bedeutung von „nur ein“ haben, so ist dies für den Fachmann aus dem Kontext zu verstehen oder wird durch die Verwendung geeigneter Ausdrücke wie zum Beispiel „ein einziger“ eineindeutig offenbart.
Bezugszeichenliste

1: Behälter, Schichtspeicher; Fluidspeicherbehälter, Wasserspeicherbehälter;
2: Behälterwand, wärmeisolierendes Gehäuse, Gehäusewandung
3: Leitungsanschluss für kälteste Primärflüssigkeit
4: Leitungsanschluss für Primärflüssigkeit mit Temperatur zwischen der kältesten und der wärmsten Primärflüssigkeit, Fluidbehälterzulauf
5: Leitungsanschluss für wärmste Primärflüssigkeit
6: Drosselelement,
6-1: Erstes inneres Drosselteil
6-2: Übergangsdrosselteil
6-3: Zweites innere Drosselteil, Stutzenverlängerung
6-4: Drosselvolumen
6-5: Anschlussstelle
6-6: Festkörperstruktur/poröses/flüssigkeitsdurchlässiges Material/Materialfüllung, Vliesstoff, Vliesfüllung, Drosselsubstanz
6-7: Aufnahmeeinheit, Haltenetz; Haltevorrichtung (wasserdurchlässig)
6-8: Siebstruktur, Durchtrittsöffnungen, Einzelöffnungen, Perforation
6-9: Blindverschluss
6-10: drittes innere Drosselteil
6-11: diagonal verlaufende Schichtstruktur, Vliesschichten
6-12: festkörperfreie Teilvolumina
7: Stutzen, Einströmstutzen, Blindstutzen
7-2: innenseitiger Anschlag
6': Drosselteil, Drosselelement
6'-1: erstes inneres Drosselteil der Kombination 60'
6'-3: Stutzenverlängerung
6'-8: Durchtrittsöffnungen
7': Stutzen, Einströmstutzen
6": Drosselteil, Drosselelement
6"-3: Stutzenverlängerung
6"-8: Durchtrittsöffnungen
7": Stutzen, Ausströmstutzen
9: Wärmetauscher
10: Leitungsanschluss für kälteste Sekundärflüssigkeit
11: Leitungsanschluss für wärmste Sekundärflüssigkeit
12: Heizungsrücklauf
13: Wasserzufuhr- und -abfuhrleitung
13-1: Wärmetauscherleitung
14: Wasserzufuhrleitung, Zirkulationsleitung (Trinkwasser), Fluidbehälterzulauf, Wasserzulauf
15: Wasserabfuhr- und -zufuhrleitung
15-1: Wärmetauscherleitung
16: Kanal, Heizungsvorlauf, Warmwasserheizungsleitung
17: Kanal, Flüssigkeitsleitung
18: Kanal, Leitungsanschluss
19: Wandung, Fluidspeicherinnenwand
20: Primärflüssigkeit, Fluid, Trinkwasser, Wasser
22: Freiraum
23: Übertrittsfläche
60: mittlere Drosselteilkombination
60': untere Drosselteilkombination

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 2703460 A1 [0005]
DE 10049278 A1 [0006]
EP 2998666 A1 [0007]

Claims

Drosselelement (6) zum Strömungsberuhigen eines Fluids (20) innerhalb eines Fluidspeicherbehälters (1), umfassend eine Anschlussstelle (6-5) zum Zu und/oder Abführen eines Fluides (20), wenigstens ein inneres Drosselteil (6-1) und ein Übergangsdrosselteil (6-2), wobei die Drosselteile (6-1, 6-2) eine flüssigkeitsdurchlässige Festkörperstruktur (6-6) mit Drosselfunktion aufweisen, welche ein die Drosselteile (6-1, 6-2) durchfließendes Fluid (20) derart beeinflusst, dass das Fluid (20) eine Fließgeschwindigkeitsreduktion erfährt, wobei die Drosselteile (6-1, 6-2) wenigstens ein zumindest teilweise Festkörperstruktur-freies Drosselvolumen (6-4) ausbilden und wobei ein über die Anschlussstelle (6-5) zugeführtes Fluid (20) beim Durchfließen des Drosselelements (6) sowohl zumindest einen Teilbereich des inneren Drosselteils (6-1) als auch zumindest einen Teilbereich des Übergangdrosselteils (6-2) durchquert.
Drosselelement nach Anspruch 1, wobei die Festkörperstruktur (6-6) derart ausgebildet ist, dass sie strukturell eine Umlenkfunktion und/oder Turbolenzfunktion und/oder Kleinstverwirbelungsfunktion aufweist.
Drosselelement nach Anspruch 1 und/oder 2, wobei die Festkörperstruktur (6-6) eine zumindest teilweise fluiddurchlässige, Drosselöffnungen aufweisende Siebstruktur (6-8) umfasst.
Drosselelement nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Festkörperstruktur (6-6) zumindest teilweise eine offene und fluiddurchlässige Porositätsstruktur aufweist.
Drosselelement nach Anspruch 3 und/oder 4, wobei die Porositätsstruktur und/oder Siebstruktur (6-8) durch ein Material (6-6) ausbildbar ist, welches ein Fasergewirr oder ein Fasergewirk oder ein Granulat beinhaltet.
Drosselelement nach Anspruch 5, wobei das Material (6-6) einen Vliesstoff beinhaltet.
Drosselelement nach Anspruch 5, wobei das Material (6-6) Stahlwolle ist.
Drosselelement nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 7, wobei das Material (6-6) eine antibakterielle Funktion aufweist.
Drosselelement nach Anspruch 8, wobei das Material (6-6) oder die antibakterielle Beschichtung Silber beinhaltet.
Drosselelement nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Drosselelement (6) ein zweites inneres Drosselteil (6-3) aufweist, welches zum ersten inneren Drosselteil (6-1) und der Anschlussstelle (6-5) derart angeordnet ist, dass über die Anschlussstelle (6-5) zugeführtes Fluid (20) zunächst zumindest einen Teilbereich des zweiten inneren Drosselteils (6-3) durchquert, bevor es zumindest einen Teilbereich des ersten inneren Drosselteils (6-1) durchquert.
Drosselelement nach Anspruch 10, wobei das erste innere Drosselteil (6-1) am zweiten inneren Drosselteil (6-3) zumindest teilweise strukturell anliegt oder dieses zumindest teilweise strukturell anliegend umschließt.
Drosselelement nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 11, wobei das zweite innere Drosselteil (6-3) die Form eines Stutzens oder Blindstutzens (7) mit einer flüssigkeitsdurchlässigen Festkörperstruktur (6-6) mit Drosselfunktion nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 9 aufweist.
Drosselelement nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 12, wobei der Stutzen oder Blindstutzen (7) zumindest teilweise eine Siebstruktur (6-8) gemäß Anspruch 3 aufweist.
Drosselelement nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 13, wobei das Übergangsdrosselteil (6-2) am freien Ende des Stutzens (7) anliegt und dabei einen innenseitigen Anschlagspunkt (7-2) für das Übergangsdrosselteil (6-2) festlegt.
Drosselelement nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Drosselelement (6) eine Aufnahmeeinheit (6-7) zur Aufnahme zumindest eines Teils des Drosselelements (6) umfasst.
Drosselelement nach Anspruch 15, wobei die Aufnahmeeinheit (6-7) ein Netz aufweist.
Drosselelement nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Drosselteile (6-1, 6-2, 6-3) ein äußeres dreidimensionales Gepräge aufweisen.
Drosselelement nach Anspruch 17, wobei das Gepräge derart ausgebildet ist, dass es reversible komprimierbar ist.
Drosselelement nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Festkörperstruktur (6-6) derart komprimierbar ist, dass sie durch einen Fluidbehälterzulauf (4) schiebbar ist.
Drosselelement nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Drosselelement ein drittes inneres Drosselteil (6-10) aufweist, welches eine Schicht oder Netzstruktur aufweist.
Fluidspeicherbehälter (1) mit einem Drosselelement (6) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche.
Schichtspeicher (1), welcher zum Speichern von Wärmeenergie eingerichtet ist, wobei der Schichtspeicher (1) einen Fluidspeicherbehälter (1) nach Anspruch 21 umfasst.
Schichtspeicher (1) nach Anspruch 22, wobei sich das Drosselelement (6) zumindest höhenmäßig ganz oder teilweise entlang der Innenwand (19) des Fluidspeicherbehälters (1) erstreckt.