DE102020101227A1

DE102020101227A1 - Schichtwärmespeicher

Info

Publication number: DE102020101227A1
Application number: DE102020101227.6A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-01-20
Filing date: 2020-01-20
Publication date: 2021-07-22
Anticipated expiration: 2040-01-21
Also published as: DE102020101227B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schichtwärmespeicher (1) zum Erwärmen und Speichern einer Flüssigkeit in Schichten mit steigenden Temperaturen übereinander, insbesondere Warmwasserschichtspeicher für Heizungsanlagen zur Beheizung von Räumen und zur Erzeugung von warmen Brauchwasser für Körperpflege und Ernährung, wobei der Schichtwärmespeicher (1) mit Wärmequellen schwankender Leistung wie Wärmepumpen betreibbar ist. Des Weiteren baut sich der Schichtwärmespeicher (1) aus einem hohen, im Einsatz vertikal hoch aufgerichteten Speicherbehälter (5) zum Speichern der Flüssigkeit, insbesondere Warmwasser, in Schichten mit nach oben ansteigender Temperatur in einem Speicherraum (6) des Speicherbehälters (5) auf und zeichnet sich dadurch aus, dass der Schichtwärmespeicher (1) über zwei in Reihe geschaltete Wärmetauscher (7,8) verfügt, wobei beide Wärmetauscher (7,8) vorzugsweise unterhalb des mittleren Bereichs des Schichtwärmespeichers (1) angeordnet sind, sowie, dass sowohl mittels des oberen Wärmetauschers (7) als auch mittels des unteren Wärmetauschers (8) aufgeheiztes Wasser in den oberen aufgeheizten Bereich (11) des Schichtwärmespeichers (1) jeweils separat einleitbar ist, sowie, dass auch mittels des unteren Wärmetauschers (8) aufgeheiztes Wasser in den unteren Bereich (12) des Schichtwärmespeichers (1) einleitbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schichtwärmespeicher zum Erwärmen und Speichern einer Flüssigkeit; wobei diese Flüssigkeit in Schichten mit steigenden Temperaturen übereinander angeordnet sind, insbesondere einen Warmwasserschichtspeicher für Heizungsanlagen zur Beheizung von Räumen und zur Erzeugung von warmen Brauchwasser für Körperpflege und Ernährung, wobei der Schichtwärmespeicher mit Wärmequellen schwankender Leistung wie Wärmepumpen betreibbar ist, wobei der Schichtwärmespeicher einen hohen, im Einsatz vertikal hoch aufgerichteten Speicherbehälter zum Speichern der Flüssigkeit, insbesondere Warmwasser, in Schichten mit nach oben ansteigender Temperatur in einem Speicherraum des Speicherbehälters umfasst.
Schichtwärmespeicher dieser Art sind insbesondere aus der DE 103 20 569 B4 sowie aus der DE 203 20 441 U1 vorbekannt. Diese zeichnen sich dadurch aus, dass die Sammelkammer des bekannten Schichtwärmespeichers als Heizkammer ausgebildet ist, in der sich ein Heizkörper, insbesondere ein an eine Wärmequelle schwankender Leistung anschließender Wärmetauscher befindet. Die Zulaufleitung oder Zulaufleitungen dieser vorbekannten Schichtwärmespeicher umfassen eine Grundleitung, die die Heizkammer an ihrem Fußende mit dem Speicherraum des Speicherbehälters an dessen Bodenende verbindet und zwar derart, dass die Flüssigkeit am Bodenende von unten nach oben in die Heizkammer einströmen kann.
Auch aus dem deutschen Patent DE 10 2004 062 413 B3 ist ein Schichtwärmespeicher vorbekannt. Dabei handelt es sich ebenfalls um einen Schichtwärmespeicher zum Erwärmen und Speichern einer Flüssigkeit in Schichten mit steigenden Temperaturen übereinander, insbesondere Warmwasserschichtspeicher für Heizungsanlagen zur Beheizung von Räumen und zur Erzeugung von warmen Brauchwasser für Körperpflege und Ernährung. Dieser Schichtwärmespeicher ist mittels Wärmequellen schwankender Leistung wie beispielsweise Wärmepumpen betreibbar. Weiterhin besteht der Schichtwärmespeicher aus einem im Einsatz vertikal hoch aufgerichteten Speicherbehälter zum Speichern der Flüssigkeit, insbesondere Warmwasser, in Schichten mit nach oben ansteigender Temperatur in einem Speicherraum des Speicherbehälters, und verfügt über eine lang gestreckte, im Einsatz vertikal ausgerichtete Verteilereinrichtung zum Einschichten durch Konvektion von einem unteren Ende der Verteilereinrichtung zugeleiteter Flüssigkeit ihrer Temperatur entsprechend in Höhe zwischen Flüssigkeitsschichten mit tieferer und höherer Temperatur im Speicherraum des Speicherbehälters.
Außerdem verfügt dieser Schichtwärmespeicher über eine, am unteren Ende der Verteilereinrichtung sich anschließende Verbindungsleitung zum Einleiten der in Schichten zu verteilenden Flüssigkeit in die Verteilereinrichtung. Darüber hinaus ist der Schichtwärmespeicher mit einer unterhalb des unteren Endes der Verteilereinrichtung angeordneten, lang gestreckten und im Einsatz vertikal ausgerichteten Sammelkammer mit Fußende und Kopfende, an welchem Kopfende die Verbindungsleitung in die Sammelkammer mündet, ausgestattet. Der besagte Schichtwärmespeicher ist mit einer in die Sammelkammer einmündenden Zulaufleitung zum Einleiten der der Verteilereinrichtung und dem Speicherbehälter zuzuführenden Flüssigkeit bestückt.
Im Ergebnis zeichnet sich der in der DE 10 2004 062 413 B3 offenbarte Schichtwärmespeicher dadurch aus, dass mehrere Verteilereinrichtungen jeweils mit an deren unteren Enden anschließenden Verbindungsleitungen nebeneinander vorgesehen sind, welche Verbindungsleitungen vom Kopfende her unterschiedlich tief in die Sammelkammer eintauchen und in unterschiedlichen Höhenlagen enden. Darüber hinaus kennzeichnet sich der hier beschriebene Schichtwärmespeicher dadurch aus, dass die Zulaufleitung im oberen Raumteil unterhalb des Kopfendes des Sammelkammer endet.
Ein im Stand der Technik bisher kaum behandeltes Problem, ist die Aufrechterhaltung der Temperatur bzw. die nicht Entnahme von Wärme aus dem oberen aufgeheizten Bereich eines Schichtwärmespeichers bei Abtauen der Wärmequelle, insbesondere einer Luft-Wasser-Wärmepumpe.
Ausgehend von dieser Problematik, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Schichtwärmespeicher bereitzustellen, mit dem beim Abtauen der Wärmequelle, insbesondere einer Luft-Wasser-Wärmepumpe, keine Wärme aus dem oberen aufgeheizten Bereich des Schichtwärmespeichers entnommen wird.
Diese Aufgabe wird durch einen Schichtwärmespeicher gemäß dem geltenden Anspruch 1 gelöst. Die geltenden Ansprüche 2 bis 7 betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Erfindung.
Gemäß Anspruch 1, handelt es sich um einen Schichtwärmespeicher zum Erwärmen und Speichern einer Flüssigkeit in Schichten mit steigenden Temperaturen übereinander, insbesondere Warmwasserschichtspeicher für Heizungsanlagen zur Beheizung von Räumen und zur Erzeugung von warmen Brauchwasser für Körperpflege und Ernährung. Der Schichtwärmespeicher wird mit Wärmequellen von schwankender Leistung wie Wärmepumpen betrieben. Auch besteht der Schichtwärmespeicher aus einem hohen, im Einsatz vertikal, hoch aufgerichteten Speicherbehälter zum Speichern der Flüssigkeit, insbesondere von Warmwasser, in Schichten mit nach oben ansteigender Temperatur in einem Speicherraum des Speicherbehälters. Der erfindungsgemäße Schichtwärmespeicher zeichnet sich dadurch aus, dass der Schichtwärmespeicher über zwei in Reihe geschaltete Wärmetauscher verfügt, wobei beide Wärmetauscher vorzugsweise unterhalb des mittleren Bereichs des Schichtwärmespeichers angeordnet sind. Dies hat den Vorteil, dass beim Abtauen einer Wärmequelle, insbesondere einer Luft- Wasser-Wärmepumpe, keine Temperatur bzw. Wärme aus dem oberen aufgeheizten Bereich des Schichtwärmespeichers entnommen wird, wodurch keine Entwärmung des oberen aufgeheizten Bereichs stattfindet, somit der obere aufgeheizte Bereich in seiner Temperatur stabil bleibt und keine Wärmeverluste entstehen.
Weiterhin sieht die Erfindung gemäß dem geltenden Anspruch 1 vor, dass sowohl mittels des oberen Wärmetauschers als auch mittels des unteren Wärmetauschers aufheizbares Wasser in den oberen aufgeheizten Bereich des Schichtwärmespeichers jeweils separat einleitbar ist. Ein weiteres kennzeichnendes Merkmal des geltenden Anspruch 1 ist, dass auch mittels des unteren Wärmetauschers aufgeheiztes Wasser in den unteren Bereich des Schichtwärmespeichers einleitbar ist.
Dies hat den Vorteil, dass beispielsweise beim Sommerbetrieb der obere aufgeheizte Bereich schneller aufladbar ist, da die Wärme aus den unteren Warmwasserschichten nicht zum Betrieb einer Heizungsanlage benötigt werden, sowie, dass zum Abtauen der Wärmequelle keine Wärme aus dem oberen aufgeheizten Bereich entnommen werden kann, da die Wärmetauscher unterhalb des oberen aufgeheizten Bereichs liegen, sondern lediglich aus dem unteren Bereich Wärme entziehen, so dass keine Hitze aus dem oberen Bereich entnommen wird und somit rein für die Gebrauchswassererwärmung zur Verfügung steht.
Weiterhin wird durch den erfindungsgemäßen Schichtwärmespeichers die Überhitzung des Trägergases mit dem oberen Wärmetauscher selbstregelnd abgeschöpft. Dies bedeutet, dass die höhere Temperatur im oberen Bereich des Speichers ohne Reduktion des COP-Wertes der Wärmepumpe erreicht wird - insbesondere während der Heizperiode. Bei einem COP-Wert handelt es sich um eine Kennzahl bei dem Betrieb von Wärmepumpen und steht für die Effizienz einer Wärmepumpe. Der COP-Wert gibt das Verhältnis von Wärmeleistung und der dazu erforderlichen Antriebsenergie, z.B. Strom, an.
Insbesondere in den Sommermonaten, wenn keine oder nahezu keine Heizung benötigt wird, wird durch die Überhitzung des Trägergases, die Aufheizung des oberen Bereiches des Schichtwärmespeichers positiv beeinflusst. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Schichtwärmespeichers ist, dass die Wärmetauscherflächen nicht durch die wärmeren Temperaurschichten abgedeckt werden, was zu einer Leistungsminderung des Wärmeflusses führen würde.
In einer konkreten Ausgestaltung sieht die Erfindung für den Schichtwärmespeicher vor, dass der obere Wärmetauscher über ein Wassereinlaufrohr verfügt, dessen Einlauföffnung oberhalb des oberen Wärmetauschers angeordnet ist. Weiterhin soll das einzuführende Wasser im Gegenstrom, bevorzugt am untersten Bereich des Wärmetauschers, einleitbar sein, sowie, dass das mittels des Wärmetauschers erhitzte Wasser über ein oberhalb des Wärmetauschers angeordnetes Steigrohr durch natürliche Konvektion in den oberen aufgeheizten Bereich des Schichtwärmespeichers in die entsprechenden Warmwasserschichten einschichtbar ist, wobei das Steigrohr hierfür über mehrere Einspeisungsöffnungen verfügt. Dies hat den Vorteil, dass zwischen dem durch das Wassereinlaufrohr eintretende, aufzuheizende Wasser und dem durch den Wärmetauscher aufgeheizten Wasser eine kleinere Temperaturdifferenz besteht, sodass eine schnellere Aufheizung des oberen aufgeheizten Bereichs des Schichtwärmespeichers verwirklicht ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung, gemäß Anspruch 3, sieht die Erfindung für den Schichtwärmespeicher vor, dass der untere Wärmetauscher über eine am unteren Ende des Wärmetauschers angeordnete Einlauföffnung verfügt, durch welche Wasser aus einem Auslassventil im oberen Bereich und/oder einem Auslassventil aus dem unteren Bereich des Schichtwärmespeichers im Gegenstrom in den unteren Wärmetauscher einleitbar ist. Dabei ist zwischen den Auslassventilen ein Ventil, bevorzugt ein Magnetventil, angeordnet, mit dem das jeweilige Auslassventil im oberen oder unteren Bereich ansteuerbar ist. Weiterhin ist das durch den unteren Wärmetauscher erhitzte Wasser durch natürliche Konvektion mittels einem am oberen Bereich des Wärmetauschers angeordneten Steigrohr mit einer ebenfalls oberhalb angeordneten Auslassöffnung in den oberen aufgeheizten Bereich des Schichtwärmespeicher einleitbar. Auch ist am oberen angeordneten Steigrohr ein weiteres, bevorzugt L-förmiges, Rohr mit einer nach unten gerichteten Auslassöffnung derart angeordnet, dass weniger aufgeheiztes Wasser aufgrund der natürlichen Konvektion in die entsprechenden tieferen Warmwasserschichten, d.h. in den unteren Bereich des Schichtwärmespeicher, einschichtbar ist.
Somit ist mittels dem unteren Wärmetauscher Wasser aus dem oberen Bereich erhitzbar, wobei, wie oben bereits erwähnt, die Temperaturdifferenz zwischen dem von oben eingeleiteten Wasser in den unteren Wärmetauscher und dem vom unteren Wärmetauscher in den oben Bereich eingeleiteten aufgeheizten Wasser geringer ist als bei Verwendung von Wasser aus den unteren Bereich und somit letztlich der obere aufgeheizten Bereich des Schichtwärmespeichers aufheizbar ist. Zum anderen ist mittels dem unteren Wärmetauscher und dem nach unten gerichteten Rohr am Steigrohr Wasser aus den unteren Warmwasserschichten des Schichtwasserspeichers erhitzbar und in die mittleren bzw. unteren Schichten durch natürliche Konvektion einschichtbar.
Besonders bevorzugt sieht die Erfindung für den Schichtwärmespeicher vor, dass zwischen der, am unteren Ende des unteren Wärmetauschers angeordneten Einlassöffnung und den zwischen den Auslassventilen angeordneten Ventilen eine Pumpe angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass, statt nur zur Nutzung der natürlichen Konvektion, eine Pumpe für den Auftrieb des erhitzten Wassers verwendbar ist, wobei diese bevorzugt abhängig von den gegebenen Temperaturen betreibbar ist.
In einer abermaligen vorteilhaften Ausgestaltung sieht die Erfindung für den Schichtwärmespeicher vor, dass im mittleren Bereich des Schichtwärmespeicher ein Siebblech angeordnet ist. Dieses Siebblech dient unter anderem zur Trennung bzw. zur Aufrechterhaltung der unterschiedlich temperierten Warmwasserschichten innerhalb des Schichtwärmespeicher, insbesondere zwischen dem oberen und den unteren Bereich des Schichtwärmespeichers.
Gemäß Anspruch 6, sieht die Erfindung in einer vorteilhaften Ausgestaltung vor, dass im oberen aufgeheizten Bereich des Schichtwärmespeichers ein Plattenwärmetauscher zum Erwärmen von kalten Gebrauchswasser angeordnet ist. Das zu erwärmende kalte Gebrauchswasser wird dabei durch den Plattenwärmetauscher aufgeheizt und in die Warmwasserleitung des Gebrauchswassers eingespeist. Das zum Erhitzen des kalten Gebrauchswassers eingespeiste, heiße Wasser wird aus dem oberen aufgeheizten Bereich des Schichtwärmespeicher entnommen und in den Plattenwärmetauscher eingeleitet. Dieses heiße Wasser wird mittels einer in Richtung des unteren Bereichs der Schichtwärmespeichers gerichtete Pumpe angesaugt und nach Durchlauf des Plattenwärmetauschers in ein Kaskadenrohr innerhalb des Schichtwärmespeicher eingeleitet und mittels dieses Kaskadenrohrs in die jeweiligen Warmwasserschichten des Schichtwärmespeichers eingeschichtet. Dies hat den Vorteil, dass der obere aufgeheizte Bereich des Schichtwärmespeicher bei Erhitzung von kalten Gebrauchswassers von einer Entmischung und somit von einem Wärmeverlust geschützt ist. Des Weiteren sieht der geltende Anspruch 6 vor, dass das Zirkulationswasser des Gebrauchswassers mittels einer Pumpe über einen Wellrohrwärmetauscher im oberen aufgeheizten Bereich des Schichtwärmespeichers einleitbar und erhitzbar, sowie der Warmwasserleitung des Gebrauchswassers zuführbar ist.
Dies hat den Vorteil, dass eine effiziente sowie bedarfsgerechte Warmwassererzeugung ohne einen Brauchwasserspeicher durchführbar ist. Die mit einem Brauchwasserspeicher einhergehenden Bereitschaftsverluste werden verringert sowie die Gefahr der Bildung von Legionellen eingedämmt.
In einer weiteren konkreten Ausführung sieht die Erfindung für den Schichtwärmespeicher vor, dass der Schichtwärmespeicher für eine Heizungsanlage über ein Vorlaufventil im mittleren Bereich sowie über ein Rücklaufventil im unteren Bereich des Schichtwärmespeicher verfügt.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:

1 eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiel.

1 zeigt eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiel des Schichtwärmespeichers 1. Dieser verfügt über eine Wärmequelle, hier eine Luft-Wasser-Wärmepumpe 2, die wiederum bauartbedingt einen Kompressor 3 sowie ein Expansionsventil 4 beinhaltet. Der Schichtwärmespeicher 1 baut sich aus einem Speicherbehälter 5 und einen Speicherraum 6 auf, wobei innerhalb des Speicherraums 6 das Speicherwasser, der obere Wärmetauscher 7, der untere Wärmetauscher 8, der Plattenwärmetauscher 9 und der Wellrohrwärmetauscher 10 im oberen aufgeheizten Bereich 11, das Siebblech 25 sowie das Kaskadenrohr 29 angeordnet sind.
Das von der Luft-Wasser-Wärmepumpe 2 erhitzte Trägergas wird über den Kompressor 3 in den oberen Wärmetauscher 7 eingeleitet, wobei das durch die Einlauföffnung 14 in das Wassereinlaufrohr 13 eintretende Speicherwasser im Gegenstrom im oberen Wärmetauscher 7 erhitzt wird und durch die natürliche Konvektion durch das oben an den oberen Wärmetauscher 7 angeordnete Steigrohr 15 in den oberen aufgeheizten Bereich 11 transportiert wird und durch die Einspeisungsöffnungen 16 in die entsprechenden Warmwasserschichten innerhalb des oben aufgeheizten Bereichs 11 einleitbar ist.
Bevorzugt sollte das erhitzte Trägergas der Luft-Wasser-Wärmepumpe 2 im oberen Wärmetauscher 7 vollständig kondensieren. Ansonsten wird das noch nicht vollständig kondensierte und somit noch erhitzte Trägergas in den unteren Wärmetauscher 8 eingeleitet, in dem wiederum Speicherwasser im Gegenstrom an der unten angeordneten Einlauföffnung 17 in den unteren Wärmetauscher 8 einleitbar ist. Dabei kann das Speicherwasser wahlweise durch Umschalten des Magnetventils 20 über das Auslassventil 18 aus dem oberen aufgeheizten Bereich 11 des Schichtwärmespeichers 1 oder über das Auslassventil 19 aus dem unteren Bereich 12 entnommen werden, wobei die Umschaltung davon abhängt, ob die Zieltemperatur ϑ₂ im oberen aufgeheizten Bereich 11 erreicht wurde.
Das durch den unteren Wärmetauscher 8 erhitzte Speicherwasser kann zum einen über natürliche Konvektion durch das oben an den unteren Wärmetauscher 8 angeordneten Steigrohr 21 in den oberen aufgeheizten Bereich 11 durch die Auslassöffnung 22 aufsteigen oder durch die Auslassöffnung 23 des seitlich am Steigrohr befindliche L-förmige Rohr in den unteren Bereich 12 eingeleitet werden. Zum anderen kann das erhitzte Speicherwasser auch mittels einer zwischen dem Magnetventil 20 und der Einlauföffnung 17 angeordneten Pumpe 24 nach oben befördert werden, wobei diese vorzugsweise über die Soll-Ist-Temperatur ϑ₁ gesteuert wird.
Das vollständig kondensierte Trägergas wird anschließend nach Passieren des unteren Wärmetauschers 8 in seiner flüssigen Form über das Expansionsventil 4 in die Luft-Wasser-Wärmepumpe 2 zurückgeleitet, in welcher das Trägergas wieder aufgeheizt und über den Kompressor in die Wärmetauscher zurückbefördert wird.
Wenn der obere aufgeheizte Bereich 11 seine Zieltemperatur ϑ₂ erreicht hat, ist die Temperatur des Trägergases innerhalb des oberen Wärmetauschers 7 kleiner als die Temperatur des oberen aufgeheizten Bereichs 11, so dass der Großteil des Wärmeaustauschs im unteren Wärmetauscher 8 stattfindet. Ist die gewünschte Zieltemperatur ϑ₂ im oberen aufgeheizten Bereich 11 erreicht, kann das Magnetventil 20 umschalten, so dass das mittels des unteren Wärmetauschers 8 zu erhitzende Speicherwasser durch das Auslassventil 19 aus dem unteren Bereich 12 entnommen wird. Dieses wird ebenfalls wieder im Gegenstrom mittels des unteren Wärmetauschers 8 erhitzt und kann zum einen über natürliche Konvektion aufsteigen oder mittels der Pumpe 24 befördert werden. Das so erwärmte Speicherwasser aus dem unteren Bereich wird mittels der Auslassöffnung 23 in den unteren Bereich 12 so lange eingeleitet bis die Zieltemperatur ϑ₃ erreicht wird.
Zur Bereitstellung bzw. zur Warmwasserbereitung wird kaltes Gebrauchswasser 26 durch einen innerhalb des Speicherbehälters 5 im Speicherraum 6 im oberen aufgeheizten Bereich 11 angeordneten Plattenwärmetauscher 9 geleitet.
Das zum Erhitzen des kalten Gebrauchswasser 26 innerhalb des Plattenwärmetauschers 9 benötigte, warme Speicherwasser wird dabei aus dem oberen aufgeheizten Bereich 11 des Schichtwärmespeichers 1 entnommen und mittels einer in Richtung des unteren Bereichs des Schichtwärmespeichers 1 gerichtete Pumpe 28 nach dem Durchtritt durch den Plattenwärmetauschers 9 in ein innerhalb des Speicherraums 6 befindliches Kaskadenrohr 29 eingeleitet, wobei dieses Kaskadenrohr 29 das Speicherwasser entsprechend der gegebenen Temperatur in die jeweiligen Warmwasserschichten des Schichtwärmespeichers 1 einführt. Damit bleibt der obere aufgeheizte Bereich 11 des Schichtwärmespeichers 1 von einer Entmischung, also einem Temperaturabfall, geschützt.
Das Zirkulationswasser 30 wird mittels einer Pumpe 31 befördert und mittels eines Wellrohrwärmetauschers 10 im oberen aufgeheizten Bereich 11 erwärmt und in das warme Gebrauchswasser 27 eingeleitet.
Zur Betreibung einer Heizungsanlage, insbesondere einer Niedrig-Temperatur-Heizungsanlage, ist oben am unteren Bereichs 12 des Schichtwärmespeichers 1 ein Vorlaufventil 32 angeordnet, mit welchem warmes Speicherwasser aus dem unteren Bereich 12 des Schichtwärmespeichers 1 in die Heizungsanlage einführbar ist. Auch ist unten am unteren Bereich 12 des Schichtwärmespeichers 1 ein Rücklaufventil 33 angeordnet, aus welchem das verbrauchte und nun mehr kühlere Speicherwasser aus der Heizungsanlage in den unteren Bereich 12 des Schichtwärmespeichers 1 zurückführbar ist.
Somit ist vorstehend ein Schichtwärmespeicher offenbart, bei welchem die in Reihe geschalteten Wärmetauscher im unteren Bereich des Schichtwärmespeichers angeordnet sind, so dass bei einem Abtauen der Wärmequelle, insbesondere einer Luft-Wasser-Wärmepumpe keine Wärme aus dem oberen aufgeheizten Bereich des Schichtwärmspeichers entnommen wird und mittels beider Wärmetauscher der obere aufgeheizte Bereich erhitzbar ist, sowie, dass mittels dem unteren Wärmetauscher bei Erreichen einer Zieltemperatur von ϑ₂ der untere Bereich ebenfalls erhitzbar ist.
Bezugszeichenliste

1: Schichtwärmespeicher
2: Luft-Wasser-Wärmepumpe
3: Kompressor
4: Expansionsventil
5: Speicherbehälter
6: Speicherraum
7: Oberen Wärmetauscher
8: Unteren Wärmetauscher
9: Plattenwärmetauscher
10: Wellrohrwärmetauscher
11: Obere aufgeheizten Bereich
12: Untere Bereich
13: Wassereinlaufrohr
14: Einlauföffnung
15: Steigrohr
16: Einspeisungsöffnung
17: Einlauföffnung
18: Auslassventil
19: Auslassventil
20: Magnetventil
21: Steigrohr
22: Auslassöffnung
23: Auslassöffnung
24: Pumpe
25: Siebblech
26: Kaltes Gebrauchswasser
27: Warmes Gebrauchswasser
28: Pumpe
29: Kaskadenrohr
30: Zirkulationswasser
31: Pumpe
32: Vorlaufventil
33: Rücklaufventil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10320569 B4 [0002]
DE 20320441 U1 [0002]
DE 102004062413 B3 [0003, 0005]

Claims

Schichtwärmespeicher (1) zum Erwärmen und Speichern eine Flüssigkeit in Schichten mit steigenden Temperaturen übereinander, insbesondere Warmwasserschichtspeicher für Heizungsanlagen zur Beheizung von Räumen und zur Erzeugung von warmen Brauchwasser für Körperpflege und Ernährung, wobei der Schichtwärmespeicher (1) mit Wärmequellen schwankender Leistung wie Wärmepumpen betreibbar ist, sowie, dass der Schichtwärmespeicher (1) aus einem hohen, im Einsatz vertikal hoch aufgerichteten Speicherbehälter (5) zum Speichern der Flüssigkeit, insbesondere Warmwasser, in Schichten mit nach oben ansteigender Temperatur in einem Speicherraum (6) des Speicherbehälters (5), besteht, dadurch gekennzeichnet, dass der Schichtwärmespeicher (1) über zwei in Reihe geschaltete Wärmetauscher (7,8) verfügt, wobei beide Wärmetauscher (7,8) vorzugsweise unterhalb des mittleren Bereichs des Schichtwärmespeichers (1) angeordnet sind, sowie, dass sowohl mittels des oberen Wärmetauschers (7) als auch mittels des unteren Wärmetauschers (8) aufheizbares Wasser in den oberen aufgeheizten Bereich (11) des Schichtwärmespeichers (1) jeweils separat einleitbar ist, sowie, dass auch mittels des unteren Wärmetauschers (8) aufgeheiztes Wasser in den unteren Bereich (11) des Schichtwärmespeichers (1) einleitbar ist.
Schichtwärmespeicher (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Wärmetauscher (7) über ein Wassereinlaufrohr (13) verfügt, dessen Einlauföffnung (14) oberhalb des oberen Wärmetauschers (7) angeordnet ist, sowie, dass das einzuführende Wasser im Gegenstrom, bevorzugt am untersten Bereich des oberen Wärmetauschers (7), einleitbar ist, sowie, dass das mittels des oberen Wärmetauschers (7) erhitzte Wasser über ein oberhalb des oberen Wärmetauschers (7) angeordnetes Steigrohr (15) durch natürliche Konvektion in den oberen aufgeheizten Bereich (11) des Schichtwärmespeichers (1) in die entsprechenden Warmwasserschichten einschichtbar ist, wobei das Steigrohr (15) hierfür über mehrere Einspeisungsöffnungen (16) verfügt.
Schichtwärmespeicher (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Wärmetauscher (8) über eine am unteren Ende des Wärmetauschers angeordnete Einlauföffnung (9) verfügt, durch welche Speicherwasser aus einem Auslassventil (18) im oberen Bereich (11) und/oder einem Auslassventil (19) aus dem unteren Bereich (12) des Schichtwärmespeichers (1) im Gegenstrom in den unteren Wärmetauscher (8) einleitbar ist, wobei zwischen den Auslassventilen (18,19) ein Ventil, bevorzugt ein Magnetventil (20), angeordnet ist, mit dem das jeweilige Auslassventil (18,19) ansteuerbar ist, sowie, dass das durch den unteren Wärmetauscher (8) erhitzte Speicherwasser durch natürliche Konvektion mittels einem am oberen Bereich des unteren Wärmetauschers (8) angeordneten Steigrohr (21) mit einer Auslassöffnung (22) in den oberen aufgeheizten Bereich (11) des Schichtwärmespeichers (1) einleitbar ist, sowie, dass am oberen angeordneten Steigrohr (21) ein weiteres, bevorzugt L-förmiges, Rohr mit einer nach unten gerichteten Auslassöffnung (23) derart angeordnet ist, wodurch weniger aufgeheiztes Wasser aufgrund der natürlichen Konvektionen in die entsprechenden tieferen Warmwasserschichten, dem unteren Bereich (12) des Schichtwärmespeichers (1) einschichtbar ist.
Schichtwärmespeicher (1) nach 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der am unteren Ende des unteren Wärmetauschers (8) angeordneten Einlauföffnung (17) und dem zwischen den Auslassventilen (18,19) angeordneten Ventil (20), eine Pumpe (24) angeordnet ist.
Schichtwärmespeicher (1) nach einem oder mehreren vorrangegangenen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass im mittleren Bereich des Schichtwärmespeichers (1) ein Siebblech (25) angeordnet ist.
Schichtwärmespeicher (1) nach einen oder mehreren vorrangegangenen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass im oberen aufgeheizten Bereich (11) des Schichtwärmespeichers (1) ein Plattenwärmetauscher (9) zum Erwärmen von kaltem Gebrauchswasser (26) angeordnet ist, wobei das kalte Gebrauchswasser (26) durch den Plattenwärmetauscher (9) aufgeheizt und in das warme Gebrauchswasser (27) einspeisbar ist, sowie, dass das aus dem oberen aufgeheizten Bereich (11) des Schichtwärmespeichers (1) entnommenes und in den Plattenwärmetauscher (9) eingeleitetes heißes Speicherwasser zur Erhitzung des kalten Gebrauchswassers (26) mittels einer an den Plattenwärmetauscher (9) angeordnete, in Richtung des unteren Bereichs des Schichtwärmespeichers (1) gerichtete Pumpe (28) in ein Kaskadenrohr (29) einleitbar und mittels dieses Kaskadenrohr (29) in die jeweiligen Warmwasserschichten des Schichtwärmespeichers (1) einschichtbar ist, so dass der obere aufgeheizte Bereich (11) des Schichtwärmespeichers (1) bei Erhitzung des kalten Gebrauchswassers (26) von einer Entmischung geschützt ist, sowie, dass das Zirkulationswasser (30) des Gebrauchswassers mittels einer Pumpe (31) über einen Wellrohrwärmetauscher (10) im oberen aufgeheizten Bereich (11) des Schichtwärmespeichers (1) einleitbar und erhitzbar, sowie dem warmen Gebrauchswassers (27) zuführbar ist.
Schichtwärmespeicher (1) nach einen oder mehreren vorrangegangenen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der Schichtwärmspeicher (1) für eine Heizungsanlage über ein Vorlaufventil (32) im mittleren Bereich sowie über ein Rücklaufventil (33) im unteren Bereich des Schichtwärmespeichers (1) verfügt.