DE19703724A1 - 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 Speicher aufzubauen, 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 Patentanmeldungen, auf jedem der genannten Gebiete eine weitere Optimierung zu erzie­ len.

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit Maßnahmen zum Aufbau einer optimalen Temperaturschichtung des Speicherwassers.

Entsprechend dem Anspruch 1 wird in den Speicher mittig ein vertikales Rohr, vorzugs­ weise aus wärmebeständigem Kunststoff eingebracht, das unterseits durch eine trichter­ förmige Erweiterung das von der Solarspirale aufsteigende, warme Wasser sammelt und kaminartig in den oberen Teil des Speichers leitet. Das Aufsteigen des warmen Speicher­ wassers wird unterstützt durch das in der Mitte des vertikalen Rohrs befindliche heiße Zuleitungsrohr der Solarspirale. Durch Lochungen in der vertikalen Rohrwandung tritt das nach oben strömende warme Speicherwasser seitlich an der Stelle aus, wo der Auftrieb sein Ende findet, weil das darüber befindliche Speicherwasser eine höhere Temperatur und somit eine geringere Dichte hat. Diese Einspeisung am Ort etwa gleicher Temperatur wird unterstützt durch die Verwendung unterschiedlich großer Lochflächen, indem nämlich die Lochfläche im unteren Teil des vertikalen Rohres relativ kleiner ist und nach oben hin zunimmt. Dem umgebenden Wasser, das durch die vertikale Strömung im Rohrinneren die unerwünschte Tendenz hat, in das Rohr gesaugt zu werden, wird damit im unteren Teil des Rohres zugleich ein geringerer Durchlaß gewährt als im oberen Teil, was den gewünschten Effekt verstärkt.

Alternativ wird in Anspruch 2 das vertikale Rohr aus sich überlappenden Rohrstücken zusammengesetzt so daß eine Flußrichtung von unten nach oben vorbestimmt ist: das aufsteigende, warme Wasser kann in Strömungsrichtung an den Überlappungsstellen entweichen, während das außen befindliche Wasser einen relativ verschlungenen Weg nach unten nehmen müßte, um in das vertikale Rohr einzudringen. Entsprechend Anspruch 1 kann der Durchlaß an den Oberlappungsstellen im unteren Rohrbereich kleiner als oben sein.

Alternativ realisiert Anspruch 3 dasselbe Prinzip durch ausgestellte Taschen, die in ver­ schiedener Höhe das Ausströmen von Warmwasser aus dem Rohrinneren ermöglichen, das Einströmen von umgebendem Wasser jedoch durch ihre Formgebung nicht in gleicher Weise begünstigen. Eine Ausbildung des Rohres nach Anspruch 3 - wobei auch wie in Anspruch 1 im unteren Rohrbereich kleinere Austrittsöffnungen als im oberen Bereich ge­ wählt werden können - dürfte, verglichen mit Anspruch 1 einen verbessertem Effekt und verglichen mit Anspruch 2 geringere Herstellungskosten mit sich bringen.

Alternativ werden entsprechend Anspruch 4 zwei übereinandergeschobene Rohre verwen­ det, wobei das äußere und obere Rohr mit einem Schwimmkörper fest verbunden ist. Durch ein genaues Austarieren des Schwimmkörpers (Einfüllen von Bleischrot) kann erreicht werden, daß der Schwimmkörper und damit das äußere Rohr bei einer bestimm­ ten Wassertemperatur in einer bestimmten Höhe schwebt bzw. sich bei abnehmender Dichte des Wassers (zunehmender Temperatur) nach unten bewegt. Sowohl in dem be­ weglichen Rohr wie auch in dem inneren, feststehenden vertikalen Rohr sind in bestimmten Abständen Lochungen eingebracht, so daß die unteren Lochungen abgedeckt und die oberen geöffnet sind, wenn sich das bewegliche Rohr in einer oberen Position befindet. Erwärmt sich das Wasser im Speicher nun von oben nach unten, sinkt der Schwimmer mit dem beweglichen Rohr ab, und Öffnungen im unteren Rohrbereich werden frei, so daß wiederum ein Austritt des warmen Wassers an der Stelle gleicher Temperatur erzwungen wird.

Claims (4)

1. Druckloser Warmwasser-Speicher aus Kunststoff für die Solar-Wärmetechnik, dadurch gekennzeichnet, daß in der Speichermitte konzentrisch zur Zuleitung der Solarspirale ein vertikales Rohr, unterseits mit einer trichterförmigen Erweiterung über der am Speicherboden befindlichen Solarspirale eingebaut ist, welches Lochungen unterschiedlicher Größe aufweist, so daß das von der Solarspirale erwärmte Wasser kaminartig aufsteigt und an der Stelle etwa gleicher Temperatur zum umgebenden Speicherwassers austritt.

2. Speicher wie Anspruch 1, wobei jedoch statt der Lochungen im vertikalen Rohr dieses aus einzelnen, wasserdurchlässig sich überlappenden Rohrstücken zusammengesetzt ist, wobei die unteren Öffnungen kleiner als die oberen sein können.

3. Speicher wie Anspruch 1, wobei jedoch das vertikale Rohr statt Lochungen taschen­ artige, nach oben geöffnete Ausbuchtungen aufweist, wobei die unteren Öffnungen kleiner als die oberen sein können.

4. Speicher wie Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites vertikales Rohr konzentrisch und beweglich angebracht und mit einem genau austarierten Schwimm­ körper versehen ist, wobei das innere und das äußere Rohr jeweils Lochungen so enthält, daß beim Absinken des Schwimmkörpers tiefer liegende Öffnungen geöffnet werden, um wiederum das aufsteigende, warme Speicherwasser an der Stelle etwa gleicher Temperatur austreten zu lassen.