DE19703724C2 - 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 Primärenergie (Öl, Gas, Kohle usw.) erzeugte Wärme, müssen für solare Wärme­ speicher besondere Maßnahmen ergriffen werden, um

• - die Wärmeverluste der Speicher möglichst klein zu halten
• - den Wirkungsgrad der Wärmetauscher im Speicher möglichst groß zumachen
• - eine Wärmeschichtung im Speicher aufzubauen, d. h. den Speicher von unten nach oben 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 Bereich 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 Spei­ chers die Wärmeabgabe an den Außenraum zu vermindern. Die Wärmetauscher werden so ausgebildet, so daß bei einem vorgegebenen Querschnitt für das durch­ geleitete Medium die Oberfläche und damit die Wärmeabgabe möglichst groß wird.

Um eine Schichtung des im Speicher stehenden Wassers zu erzielen, werden ver­ schiedene 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.

So ist in der DE 28 04 456 A1 ein Wärmespeicher beschrieben, der aus einem wär­ meisolierten Behälter für die Speicherflüssigkeit besteht, in dessen unteren, kälte­ sten Bereich ein Wärmetauscher für den Solarkreislauf und in dessen oberen, wärmsten Bereich zwei Wärmetauscher für Brauchwasser angeordnet sind, wobei kegelstumpfförmige Einbauten das Aufsteigen des warmen Wassers in der Mitte und das Niedersteigen des kalten Wassers im Außenbereich bewirken und gleichzeitig eine Schichtung der Wärmespeicherflüssigkeit gewährleisten. Bei nicht ausrei­ chender Wärmezufuhr durch den Solarkreislauf ist eine zusätzliche Hilfsheizung zwi­ schen den kegelstumpfförmigen Einbauten vorgesehen, um den Zwischenraum auf die benötigte Temperatur zu bringen. Der Wärmespeicher ist nach außen durch einen Mantel wärmeisoliert.

Die bisher bekannt gewordenen Speicher erzielen bei den drei genannten Aufga­ benstellungen jeweils nur Teilerfolge.

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit Maßnahmen zum Aufbau einer optimalen Temperaturschichtung des Speicherwassers, durch Verbesserung der Einbauten im aufsteigenden Bereich des Speichers.

Erfindungsgemäß wird in den Speicher mittig ein vertikales Rohr, vorzugsweise aus wärmebeständigem Kunststoff eingebracht, das unterseits durch eine trichterförmige Erweiterung das von der Solarspirale aufsteigende, warme Wasser sammelt und kaminartig in den oberen Teil des Speichers leitet. Das Aufsteigen des warmen Speicherwassers wird unterstützt durch das in der Mitte des vertikalen Rohrs befind­ liche heiße Zuleitungsrohr der Solarspirale.

Die Schichtung des Speicherwassers wird gemäß einer ersten Ausführungsform dadurch erreicht, daß das vertikale Rohr aus sich überlappenden, nach oben einen Spalt offen lassenden, Rohrstücken zusammengesetzt ist, 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. Vorzugsweise kann der Durchlaß an den Überlappungsstellen im unteren Rohrbereich kleiner als oben sein.

In einer weiteren Ausführungsform tritt das nach oben strömende warme Speicher­ wasser, durch Öffnungen in der vertikalen Rohrwandung, 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. Die Öffnungen haben die Form ausgestellter Taschen, die in verschiedener Höhe das Ausströmen von Warm­ wasser aus dem Rohrinneren ermöglichen, das Einströmen von umgebendem Was­ ser jedoch durch ihre Formgebung nicht in gleicher Weise begünstigen. Diese Ein­ speisung 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 umgeben­ den 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 werden zwei übereinandergeschobene Rohre verwendet, 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 bestimmten Wassertemperatur in einer bestimmten Höhe schwebt bzw. sich bei abnehmender Dichte des Wassers (zunehmender Temperatur) nach unten bewegt. Sowohl in dem beweglichen 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 unte­ ren 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 in Form eines nach außen isolierten Behälters, enthaltend den Wärmetauscher des Solarkreislaufs im untersten, kältesten Bereich, den Wärmetauscher für das Brauchwasser im obersten, wärmsten Bereich und den Wärmetauscher für die Nachheizung des Speichers im oberen Speicherbereich, wobei für die Führung des im Solar-Wärmetauscher erwärmten Wassers ein vertikales Rohr vorgesehen ist, welches an eine den Solar-Wärmetauscher umgreifende Abdeckung anschließt und seitliche Öffnungen für den Austritt des Wassers in den Speicher­ raum aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung trichterförmig ist und in dem konzentrisch im Speicher angebrachten Vertikalrohr mündet, durch welches wieder konzentrisch die Zuleitung des Solarkreislaufs geführt ist und die Öffnungen für den Speicher-Wasseraustritt durch konzentrische, überlappende, zwischen sich nach oben einen Spalt offen lassende Rohrstücke gebildet werden.

2. Warmwasser-Speicher nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung trichterförmig ist und in dem konzentrisch im Speicher angebrachten Vertikalrohr mündet, durch welches wieder konzen­ trisch die Zuleitung des Solarkreislaufs geführt ist und die Öffnungen für den Speicher-Wasseraustritt durch taschenartige, nach oben geöffnete Ausbuchtun­ gen gebildet werden.

3. Warmwasser-Speicher nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Öffnungen nach unten abnimmt.

4. Warmwasser-Speicher nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Vertikalrohr ein zweites vertikales Rohr konzen­ trisch und beweglich angebracht und mit einem genau austarierten Schwimmkör­ per 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.