-
Die Erfindung betrifft einen Warmwasserschichtspeicher
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1. Ein solcher Warmwasserschichtspeicher ist durch
die
DE 38 35 096 C2 bekannt.
Dort ist ein Warmwasserschichtspeicher mit einem aufrechten Speicherbehälter vorgesehen,
der obenliegende Zuführungs-
und Entnahmestutzen für
Wärme führendes
und Wärme
abführendes
Wasser und einen unten liegenden Zuführungsstutzen für kaltes
Wasser aufweist. Ein untenliegender Entnahmestutzen verbindet den
Speicherbehälter
mit Wärmetauscher
und Wärmepumpe
mit dem Wasserzuführungsstutzen
zu einem Strömungskreis.
Der obere Zuführungsstutzen ist
im Behälter
mit einem langgestreckten unten offenen inneren Leitrohr verbunden,
das mit Spiel von einem äußerem Leitrohr
umgeben ist, dessen überragendes
Ende eine Eintrittzone bildet. Diese mündet in eine Verweilzone. Der
Ringraum zwischen den beiden Leitrohren steht über Öffnungen mit dem oberen Bereich
des Speicherbehälters
in Verbindung. Die Anordnung ist so getroffen, daß sich eine
im wesentlichen turbulenzfreie, laminare, von Injektorwirkungen
freie Wasserströmung
ausbilden kann.
-
Dieser Schichtspeicher ist durch
die Anordnung des Leitwerks beim Transport und beim Aufstellen störungsanfällig, weil
die beiden Leitrohre nur am oberen Zuströmstutzen befestigt sind. Weiterhin
ist die Anordnung der beiden Leitrohre Material- und Kostenintensiv.
Der Zuführungsstutzen
ist mit dem langgestreckten inneren Leitrohr verbunden, welches obere
und oberste Bereiche des Speichers durchläuft, welche häufig sehr
heißes
Speicherwasser beinhalten. In vielen Anwendungsfällen wird durch dieses Leitrohr
aber Wasser mit geringerer Temperatur geführt, was zu Verlusten und ungünstigen
Strömungen
im Speichervolumen führt.
Des weiteren erfordert der obere Zuführungsstutzen zur Inbetriebnahme
einen Anschluß im
obersten, im Betrieb meist heißesten
Bereich des Speichers was zu erheblichen Verlusten durch die Wärmeabfuhr
des Anschlußrohres
und in ihm aufsteigendes heißes
Wasser führt. Außerdem kann
zugeführtes
Warmwasser bei dieser Ausführung
nur an zwei Positionen dem Speichervolumen zugeführt werden, nämlich am
unteren Ende des Leitwerks und an den oberen Austrittsbohrungen,
was zur Folge hat, daß einströmendes Wasser mit
einer Temperatur größer als
im Speicherbereich am unteren Ende des Leitwerks nach oben strömt, von
nachfolgendem aufsteigenden Wasser weiter aufwärts gedrückt wird, und im oberen Speicherbereich
aus dem Leitwerk austreten muß,
auch wenn seine Temperatur geringer ist als die des dort befindlichen
Wassers. Bei einem Speicher dieser Bauart wird das Wasser des Rücklaufs
nach der Wärmeabgabe
in keiner Weise im Speicher gemäss
seiner Temperatur geführt,
sondern wird nur in den untersten Speicherbereich eingeleitet.
-
Ein Warmwasserbereiter mit Aussenwärmetauscher
ist durch die
FR 2
605 718 A1 bekannt. Dort wird ein Warmwasserspeicher mit
einem ringförmigen
Wärmetauscher
innen an der Speicherwand versehen, der durch eine dicht abgeschlossene
Fixierung an der Speicherinnenwand mit dieser ein abgeschlossenes
Volumen bildet. Dieses Volumen kann durch einen Eingangs- und einen
Ausgangsstutzen durchströmt
werden, und über
die wärmedurchlässige Wandung
des Innenringes kann die Wärme
von einem Wärmeträgermedium
auf das Speicherinnenvolumen übertragen
werden. Dieser Warmwasserbereiter mit Aussenwärmetauscher ist durch seine
Ausführung
nicht geeignet, eine energiesparende Wärmeschichtung und eine gezielte
Wärmeübertragung zu
erreichen. Das Wärmeübertragungsmittel
wird hier durch einen oberen Anschlußstutzen in den ringförmig um
das Speichervolumen angeordneten Wärmtauscher eingebracht, und
nach Wärmeübertragung
aus einem untenliegenden Anschlußstuzen wieder entnommen. Die
Temperaturübertragung
verläuft
ungeordnet über
die gesamte Tauscherfläche, lediglich
durch die erhöhte
Anbringung des Zuführungsstutzens
kann im Moment des Eintritts von einer sinnvollen Wärmeabgabe
im oberen Speicherbereich ausgegangen werden, schon im Moment danach
kann sich das heisse Wärmeträgermedium
in unteren Bereichen des Tauschers befinden, und hier durch Wärmeabgabe
in die unteren Bereiche des Speichers zu ungünstigen Verwirbelungen und
Vermischungen führen.
Im Speichervolumen sind keine Vorrichtungen zur Herbeiführung von
günstigen Schichtungen
vorgesehen.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
einen Warmwasserschichtspeicher der eingangs genannten Art so auszubilden,
daß er
kostengünstig
gefertigt werden kann, beim Transport und Aufstellen wenig störanfällig ist
und im Betrieb die Aufgabe der Warmwasserschichtung besser und vielseitiger
erfüllen
kann.
-
Diese Aufgabe wird durch den im Anspruch
1 gekennzeichneten Warmwasserschichtspeicher gelöst.
-
Die Vorteile bestehen darin, daß die Leiteinrichtung
an der Speicherwand angeordnet und befestigt ist, was zu großer Stabilität bezüglich mechanischer
Belastungen führt.
Die Leiteinrichtung kann aus gebogenen oder gekanteten Stahlplatten
ausgeführt
werden, was Material- und Bearbeitungsaufwand minimiert. Durch die
Anordnung des Zuführungsstutzens
wird ausgeschlossen, daß weniger warmes
zugeführtes
Wasser zuerst Speicherbereiche höherer
Temperatur durchlaufen muss, außerdem
erspart es den Anschluß einer
Rohrleitung im obersten, oft heißesten, Bereich des Speichers,
was zu einer Verminderung der Verluste durch Wärmeabtransport aus diesem Bereich
führt.
-
In weiterer Ausführung der Erfindung ist nach Anspruch
2 der Leitraum aus mindestens zwei ineinander ragenden Blechen gebildet,
wobei die Halbrohre sich nach oben verjüngen. Durch diese Anordnung ist
es möglich,
innerhalb des Leitraumes mindestens eine weitere Verweilzone mit
Zuströmmöglichkeit zum
Speichervolumen auszubilden, welche es dem Warmwasser ermöglicht,
in Speicherbereiche ähnlicher
Temperatur einzuströmen.
Die Positionen der Austrittshöhen
aus dem Leitwerk, und damit die sich ergebenden Höhenabmessungen
des Leitwerks können
je nach Einsatzfall und den zu erwartenden Bedingungen variiert
werden.
-
Die Erfindung wird nachstehend anhand
der Zeichnungen näher
erläutert.
-
Es zeigen:
-
1 in
schematischer Darstellung einen erfindungsgemäßen Warmwasserschichtspeicher
mit nur einer durchgehenden, sich verjüngenden Leiteinrichtung;
-
2, 3, 4 je einen Teilschnitt durch den Warmwasserschichtspeicher
nach 1 mit unterschiedlichen
Ausführungsformen
der Leiteinrichtung;
-
5 eine
gleiche Darstellung wie 1 mit zwei
ineinander ragenden, sich verjüngenden
Leitblechen bei Zuführen
von Wasser mit mittlerer Temperatur und
-
6 eine
Darstellung wie 5 bei
Zuführen
von Wasser mit hoher Temperatur.
-
7 einen
Warmwasserschichtspeicher, der zusätzlich am Rückführstutzen eine Leiteinrichtung
aufweist.
-
1 zeigt
einen Speicherbehälter 1 in senkrechter
Lage mit einer Höhe
größer als
sein Durchmesser und mit einer möglichen
Anordnung der hydraulischen Komponenten:
Wärmetauscher 2 und 3,
Pumpen 4 und 8, Regler 5 und Ventilen 6 und 7,
einen Entlüfter 9 einen
Heißwasser-Entnahmestutzen 11,
einen Aufheiz-Entnahme- und Rückführstutzen 12,
einen Zuführungsstutzen 13 und
einer Leiteinrichtung 14 die als sich nach oben verjüngendes
Halbrohr an der Speicherwandung 1a angebracht ist.
-
Beim Betriebszustand „Zapfen" (Warmwasserabfuhr
aus dem Speicher zu den Verbrauchern) befördert die Pumpe 8 heißes Wasser
aus dem Entnahmestutzen 11 zu den Verbrauchern in einem
geschlossenen Kreislauf bei geöffnetem
Ventil 7 zurück in
den Speicher 1 durch den Wasserstutzen 12. Während des
Betriebszustandes „Beladen" fördert die Pumpe 4 kaltes
Wasser in einem geschlossenen Kreislauf aus dem Wasserstutzen 12 durch
die Wärmetauscher 3 und 2,
in welchen das Wasser erwärmt wird, über das
geöffnete
Ventil 6 durch den Zuführungsstutzen 13 in
eine Verweilzone 20 im unteren Teil der Leiteinrichtung 14.
Von dort wird Wasser von hoher Temperatur zum Austritt 22 der
Leiteinrichtung 14 nach oben, oder Wasser niederer Temperatur
aus der Leiteinrichtung nach unten geleitet.
-
In den 2, 3 und 4, welche denselben Schnitt II, III, IV
darstellen sind unterschiedliche Ausführungen der Leiteinrichtung 14 gezeigt.
Dabei ist die geometrische Form nur von geringer Bedeutung, wichtig
sind jedoch die Querschnittsflächen
im Verhältnis
zu den auftretenden Volumenströmen.
-
5 zeigt
eine Leiteinrichtung aus zwei sich verjüngenden, ineinander ragenden
und an der Speicherwand angebrachten Leitblechen 14a, 14b mit
den sich einstellenden Strömungsbedingungen bei
Zuführung
von Wasser mit mittleren Temperaturen. Das Wasser, strömt durch
den nach unten gekrümmten
Einführungsstutzen 13 in
die Verweilzone 20 im unteren Bereich des unteren Leitbleches 14a. Das
Wasser bewegt sich gemäß seiner
Temperatur und Dichte verwirbelungsfrei in die Speichervolumenbereiche
gleicher Temperatur zum einen Teil entsprchend den Pfeilen 24 nach
unten aus dem Leitblech 14a heraus, zum anderen Teil innerhalb
des Leitblechs 14a bis zur mittleren Austrittsöffnung 21 über eine
weitere Verweilzone 23 entsprechend den Pfeilen 25.
-
6 zeigt
die identische Leiteinrichtung wie 5 mit
den sich einstellenden Strömungsbedingungen
bei Zuführung
von Wasser mit hohen Temperaturen. Nach dem Einströmen des
heißen
Wassers durch den Einführungsstutzen 13 und
der Beruhigung in der Verweilzone 20 bewegt sich das Wasser gemäß seiner
Temperatur und Dichte innerhalb der Leiteinrichtung nach oben, wird
durch das untere Leitblech 14a direkt in den Strömungsraum
des oberen Leitbleches 14b weitergeleitet und tritt am
oberen Ende 22 entsprechend den Pfeilen 26 im
obersten, heißesten
Speicherbereich in das Speichervolumen des Behälters 1 aus.
-
7 zeigt
einen Warmwasserschichtspeicher, der zusätzlich zu der in 1 dargestellten Leiteinrichtung 14 am
Austritt des Wasserstutzens 12 ebenfalls eine Leiteinrichtung 30 aufweist.
Die Funktion der Leiteinrichtung 30 ist gleich derjenigen
beim Zuführungsstutzen 13,
wobei beim Wasseraustritt das Wasser über eine Verweilzone 31 entsprechend den
Pfeilen 32 ausfließt.
Diese Leiteinrichtung kann auch entsprechend den 5 und 6 in
mehreren Teilen ausgeführt
werden.