DE19703722A1 - Druckloser Warmwasser - Speicher aus Kunststoff für die Solar - Wärmetechnik - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen drucklosen Warmwasser-Speicher aus Kunststoff für die Solar- Wärmetechnik.

Da solartechnisch gewonnene Wärme ungleich teurer ist als durch konventionelle Primär­ energie (Öl, Gas, Kohle usw.) erzeugte Wärme, müssen für solare Wärmespeicher beson­ dere Maßnahmen ergriffen werden, um

• - die Wärmeverluste der Speicher möglichst klein zu halten
• - den Wirkungsgrad der Wärmetauscher im Speicher möglichst groß zu machen
• - eine Wärmeschichtung im Speicheraufzubauen, d. h. den Speicher von oben nach unten mit Wasser ansteigender Temperatur zu beladen.

Es ist Stand der Technik, in drucklosen Warmwasserspeichern der Solartechnik drei Wärmetauscher wie folgt anzuordnen:

• - den Tauscher des Solarkreislaufs im untersten, kältesten Bereich des Speichers
• - den Tauscher für das zu erwärmende Brauchwasser im obersten, wärmsten Be­ reich des Speichers
• - den Tauscher für eine Nachheizung des Speichers aus dem Heizungskreislauf (bei Ausbleiben der solaren Wärmezufuhr) im oberen Speicherbereich, jedoch unterhalb des Brauchwasser-Tauschers.

Weiterhin ist es Stand der Technik, durch eine entsprechende Isolation des Speichers die Wärmeabgabe an den Außenraum zu vermindern. Die Wärmetauscherwerden so ausge­ bildet, daß bei einem vorgegebenen Querschnitt für das durchgeleitete Medium die Ober­ fläche und damit die Wärmeabgabe möglichst groß wird. Um eine Schichtung des im Speicher stehenden Wassers zu erzielen, werden verschiedene Maßnahmen ergriffen, daß eine Verwirbelung und Durchmischung beim Eintrag von solarer Wärme und bei der "Nachheizung" sowie beim Austrag von Wärme über den Brauchwasserkreislauf möglichst vermindert wird.

Die bisher bekannt gewordenen Speicher erzielen bei den drei genannten Aufgabenstel­ lungen jeweils nur Teilerfolge. Es ist Gegenstand von drei zugleich eingereichten Patent­ anmeldungen, auf jedem der genannten Gebiete eine weitere Optimierung zu erzielen.

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit der Optimierung der Wärmetauscher zur Brauchwassererwärmung und zur Nachheizung.

Der Brauchwasser-Wärmetauscher nach Anspruch 1 besteht aus einer Anzahl horizonta­ ler Spiralen, die außenseitig von kaltem Brauchwasser eingeströmt werden, das in der Mitte als erwärmtes Brauchwasser entnommen wird. Hierdurch bildet sich ein vorteilhafter Temperaturgradient im Speicher von innen nach außen aus. Zugleich läßt sich die erfor­ derliche Tauscherfläche mitgeringster Bauhöhe realisieren, d. h. der Tauscher in einem optimal kleinen Bereich im obersten, wärmsten Bereich des Speichers konzentrieren. Die äußerst kompakte Bauweise wird durch die spezielle Raumform erreicht, nicht - wie sonst üblich - durch Werkstoffe mit sehr hoher Wärmeleitfähigkeit, z. B. Kupfer, wogegen aus Gründen der Trinkwasserqualität und Korrosionsgefahr im übrigen Warmwassergewerk (falls dieses aus Stahlrohren besteht) Bedenken bestehen. Die erfindungsgemäße, hori­ zontale Brauchwasser-Spirale kann auch aus zwei dünnen Edelstahlblechen, in die so geformt und miteinander verbunden sind, daß sie innenseitig eine wasserführende Kam­ mer bilden, gefertigt werden.

Anspruch 2 sieht vor, daß der Rohrabstand im äußeren Bereich der Spirale größer bzw. der Zuschnitt der Edelstahlbleche vor dem Wickeln der Spirale trapezförmig ist, so daß die fertige Spirale unterseitig eine konkave Kegelform erhält. Es kann dann ein Kegelmantel, vorzugsweise aus Kunststoff, unterhalb Brauchwasserspirale montiert werden, so daß das durch die Spirale abgekühlte, nach unten sinkende Wasser zum Rand des Speichers abgleitet. Hierdurch wird der durch die Spirale aufgebaute Wärmegradient von innen nach außen unterstützt und eine Zirkulation - aufsteigendes Warmwasser in der Speichermitte, absinkendes Kaltwasser an der Speicherwandung - aufgebaut.

Anspruch 3 sieht vor, daß der unmittelbar unterhalb der Brauchwasserspirale nach An­ spruch 2 befindliche Nachheiz-Wärmetauscher ebenfalls als Spirale aufgebaut ist, wobei dann die Wärmeeinspeisung mittig erfolgt. Wenn die Wärmetauscherspirale kegelig aus­ gebildet und lückenlos gewickelt ist, kann sie die Funktion des in Anspruch 2 genannten Kegelmantels übernehmen, dieser also entfallen. Wiederum wird ein Temperaturgradient von innen nach außen aufgebaut und erwärmtes Wasser nach innen, abgekühltes Speicherwasser zum Gehäusemantel hin abgeleitet.

Anspruch 4 sieht eine Kombination der Brauchwasser- und Nachheizspirale vor, indem beide Spiralen baulich vereinigt werden. Hierbei wird die Brauchwasserspirale nach wie vor von außen nach innen, die Nachheizspirale in Gegenrichtung durchströmt. Für die Wärmeübergabe von der Nachheizung zum Brauchwasser wird somit wegen des Gegenstrom-Prinzips eine sonst in Solarspeichern unbekannte Effizienz erreicht.

Nach Anspruch 5 soll die bauliche Kombination der beiden Spiralen durch sich berührende oder miteinanderwärmeleitend verbundene Rohre erfolgen oder indem drei dünne Edelstahlbleche, die miteinander derart verbunden sind, daß zwei wasserführende Kam­ mern gebildet werden, wobei dann jeweils ein Rohr oder eine Kammer vom Brauchwasser und das danebenliegende Rohr oder die Kammer in Gegenrichtung von der Nachheizung durchstromt wird. Durch eine ungleiche Anzahl von Rohren oder ungleiche Kammergroße kann dem Umstand Rechnung getragen werden, daß die Nachheizung üblicherweise mit hoher Temperatur erfolgt, die hierfür übliche Wärmetauscherfläche also kleiner ist als die Fläche des Brauchwasser-Wärmetauschers. Selbstverständlich wird durch die bauliche Vereinigung der Tauscher auch ein Preisvorteil erzielt, da die Kosten einer solchen Kombi-Spirale nur geringfügig über dem Preis einer Einzelspirale liegen, insbesondere bei der vorgeschlagenen Herstellungsweise aus Edelstahlblechen.

Claims (5)

1. Druckloser Warmwasser-Speicher aus Kunststoff für die Solar-Wärmetechnik, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher zur Erwärmung des Brauchwassers aus einer horizontalen Spirale besteht, wobei die Einspeisung außen und die Entnahme innen erfolgt.

2. Speicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Rohre voneinander außen größer ist als innen, so daß die Spirale unterseits eine konkave Kegelform aufweist.

3. Speicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der unterhalb der Brauchwasser-Spirale angebrachte Wärmetauscher zur Nachheizung gleichfalls als eine horizontale Spirale vorzugswiese mit kegeliger Form, jedoch mit mittiger Einspeisung und außenseitigem Rücklauf ausgeführt ist.

4. Speicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brauchwasser- und Nachheizspirale eine bauliche Einheit bildet, indem parallele Rohre zu einer Spirale gewickelt werden, wobei jeweils alternierend ein Rohr vom Brauchwasser von außen nach innen und das nächste Rohr von der Nachheizung gegenläufig, d. h. von innen nach außen durchströmt wird.

5. Speicher an Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre thermisch leitend miteinander in Kontakt stehen ("Zwillingsrohre") oder, daß statt einzelner Rohre eine in 2 wasserführende Kammern geteilte Doppelplatte, vorzugsweise aus Edelstahl-Blech, Verwendung findet.