DE19704986B4

DE19704986B4 - Schichtenspeicheranordnung

Info

Publication number: DE19704986B4
Application number: DE19704986A
Authority: DE
Inventors: Carsten Auf Dem Kampe; Herbert Bechem; Manfred Link; Markus Lohrmann; Dieter Müller; Michael Paul; Jan Plawer; Norbert Prassek; Harald Riecke; Andreas Scheib; Michael Schumacher
Original assignee: Vaillant GmbH
Priority date: 1996-01-30
Filing date: 1997-01-29
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2017-01-30
Also published as: DE19704986A1; FR2744202B1; IT1289200B1; CH692823A5; ITMI970146A1; FR2744202A1

Abstract

Schichtenspeicheranordnung mit mindestens zwei Speicherbehältern (2, 3), bei der im untersten Bereich (11) ein Kaltwasserzulauf (15) einmündet und ein Kaltwasserabzug (12) vorgesehen ist und im obersten Bereich (5) ein Warmwasserzulauf (4) mündet und aus dem eine als Brauchwasserleitung (6) dienende Warmwasserleitung wegführt und in der Speicheranordnung Temperaturfühler (16, 20) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass einer (2) der zwei Speicherbehälter (2, 3) mit dem Warmwasserzulauf (4) und der Brauchwasserleitung (6) versehen ist, dieser Speicherbehälter (2) mit einer aus dessen unterstem Bereich (8) wegführenden Verbindungsleitung (9) mit dem obersten Bereich (10) des zweiten Speicherbehälters (3) verbunden ist, in dessen unterstem Bereich (11) der Kaltwasserzulauf (15) mündet und aus dem der Kaltwasserabzug (12) angeordnet ist und zwischen Kaltwasserabzug (12) und Warmwasserzulauf (4) ein Wärmetauscher (7), dem Fremdwärme zugeführt werden kann, angeordnet ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schichtenspeicheranordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Schichtenspeicheranordnungen weisen häufig einen einzigen Speicherbehälter auf, der meist einen runden Querschnitt besitzt. Dabei ergibt sich jedoch der Nachteil, dass solche Schichtenspeicheranordnungen einen erheblichen Durchmesser aufweisen, wodurch sich in vielen Fällen sehr erhebliche Platzprobleme ergeben.

Aus der DE 27 49 714 A1 sind Warmwasserspeicherbehälter mit Warmwasserzulauf im obere Bereich und Kaltwasserabzug im unteren Bereich bekannt. Die DE 44 13 629 A1 zeigt, wie Warmwasserspeicher in gedämmte Behältermodule integriert werden können.

Aus der DE 29 52 178 A1 ist eine Reihenschaltung von Speicherbehältern bekannt, bei denen jeweils im unteren Bereich der Speicherbehälter Wärme über einen spiralförmigen Wärmetauscher eingebracht wird. Da warmes Wasser nach oben steigt, kann sich in derartigen Speicheranordnungen keine Temperaturschichtung einstellen.

Aus der DE 25 58 510 A1 eine Reihenschaltung von drei Schichtenspeichern für Heizungswasser für die Bevorratung von Wärme einer Wärmepumpe bekannt. Brauchwasser wird in einem separaten Brauchwasserbereiter fernab der Speicheranlage erhitzt.

Ziel der Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und eine Schichtenspeicheranordnung für Brauchwasser der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, die sich auch in beengten Räumen leicht unterbringen lässt.

Erfindungsgemäß wird dies bei einer Schichtenspeicheranordnung der eingangs erwähnten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 erreicht.

Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen ergibt sich der Vorteil, dass für das gleiche Speichervolumen die Tiefe der Schichtenspeicheranordnung nach der Erfindung erheblich geringer als der Durchmesser einer Schichtenspeicheranordnung nach dem Stand der Technik ist. So kann bei gleicher Höhe der Durchmesser eines jeden der beiden Speicherbehälter auf ca. 7/10 des Durchmessers eines einzigen Speicherbehälters mit einem im wesentlichen dem Volumen beider Speicherbehälter entsprechenden Volumen reduziert werden. Dadurch kann eine erfindungsgemäße Schichtenspeicheranordnung leichter in beengten Räumen oder bei einem nur geringen Platzangebot untergebracht werden. Jedenfalls ragt eine erfindungsgemäße Schichtenspeicheranordnung erheblich weniger weit in einen Aufstellungsraum hinein als eine herkömmliche Schichtenspeicheranordnung mit lediglich einem Speicherbehälter gleichen Volumens.

Durch die Merkmale des Anspruches 2 ergibt sich der Vorteil einer sehr kompakten Bauweise.

Durch die Merkmale des Anspruches 3 können die für einen Betrieb der Schichtenspeicheranordnung wesentlichen Temperaturen problemlos erfasst werden, wobei ein die Temperatur des zulaufenden Warmwassers erfassender Temperaturfühler zweckmäßigerweise im Warmwasserzulauf angeordnet ist.

Durch die Merkmale des Anspruches 4 ist sichergestellt, dass sich die durch das tangential austretende Wasser entstehenden Wirbel sich an der Außenwand des Schichtenspeicher behälters anlegen und sich durch die dabei entstehende Reibung beruhigen. Dadurch wird eine Vermischung des Wassers sehr weitgehend vermieden.

Durch die Merkmale des Anspruches 5 ergibt sich eine besonders gleichmäßige Ausströmung des Warmwassers und nur kleine Wirbel, die sich sehr rasch beruhigen. Dadurch kommt es praktisch zu keiner nennenswerten Vermischung des warmen Wassers mit kühlerem Wasser.

Bei einer erfindungsgemäßen Schichtenspeicheranordnung wird davon ausgegangen, dass das erwärmte Wasser in die Speicheranordnung eingespeist wird, wobei die Heizeinrichtung meist durch einen brennerbeheizten Wasserheizer gebildet ist, die meist von der Speicheranordnung entfernt angeordnet ist. Dadurch ergeben sich ein erheblicher Verrohrungsaufwand und ein relativ hoher Platzbedarf.

Um diesen Nachteil zu vermeiden und einen besonders kompakten Aufbau zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, die Merkmale des Anspruches 6 vorzusehen.

Durch diese Merkmale ergibt sich ein sehr kompakter Aufbau, bei dem sich nur sehr kurze Verrohrungen ergeben. Außerdem ergibt sich auch der Vorteil, dass durch den Rahmen die druckbelasteten Speicherbehälter nicht durch äußere Kräfte belastet und akustisch von dem umgebenden Gerätesystem entkoppelt sind.

Weiter ergibt sich auch der Vorteil, dass die Brennkammer nach der Abnahme der Verkleidung von vorne sehr gut zugänglich ist.

Durch die Merkmale des Anspruches 7 ergibt sich der Vorteil, dass mit einem Minimum an Einzelteilen das Auslangen gefunden wird und keine separate Verkleidung für den Rahmen erforderlich ist.

Durch die Merkmale des Anspruches 8 ergibt sich ein sehr kompakter Aufbau einer Wasserheizanlage, wobei vorzugsweise auch die Merkmale des Anspruches 9 vorgesehen sind.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
1 schematisch eine erfindungsgemäße Schichtenspeicheranordnung
2a schematisch eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Schichtenspeicheranordnung und
2b schematisch zum Vergleich eine herkömmliche Schichtenspeicheranordnung in Draufsicht.
3 schematisch den Warmwasserzulauf in Draufsicht,
4 eine Ansicht des Warmwasserzulaufs,
5 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Schichtenspeicheranordnung,
6 eine Vorderansicht der Schichtenspeicheranordnung nach der 5,
7 eine Ansicht von unten der beiden Schichtenspeicherbehälter und
8 einen Schnitt durch die beiden Schichtenspeicherbehälter.
Gleiche Bezugszeichen bedeuten in allen Figuren gleiche Einzelheiten.
Eine erfindungsgemäße Schichtenspeicheranordnung 1 weist zwei oder mehr mit einer zylindrischen Behälterwand 54 versehenen Speicherbehälter 2, 3 auf, die miteinander hydrau lisch verbunden sind. Dabei mündet in den obersten Bereich 5 des Speicherbehälters 2 ein Warmwasserzulauf 4. Aus diesem obersten Bereich 5 führt eine Brauchwasserleitung 6 weg.
Der Warmwasserzulauf 4 ist als Vorlaufleitung an einen Wärmetauscher 7 angeschlossen.
Im untersten Bereich 8 des Speicherbehälters 2 ist ein Temperaturfühler 20 angeordnet, der zur Erfassung der mittleren Temperatur der Schichtenspeicheranordnung dient. Weiter führt aus dem untersten Bereich 8 des Speicherbehälters 2 eine Verbindungsleitung 9 weg, die in den obersten Bereich 10 des Speicherbehälters 3 mündet. Bei weiteren Speicherbehältern ist immer der untere Bereich des stromauf angeordneten Speichers mit dem oberen Bereich des folgenden Speichers mit einer solchen Verbindungsleitung verbunden.
Aus dem untersten Bereich 11 des Speicherbehälters 3 führt ein Kaltwasserabzug 12 weg, der mit einer Umwälzpumpe 13 verbunden ist, die an eine Rücklaufleitung 14 angeschlossen ist, die mit dem Wärmetauscher 7 verbunden ist.
In den untersten Bereich 11 des Speicherbehälters 3 mündet ein Kaltwasserzulauf 15. Weiter ist im untersten Bereich 11 des Speicherbehälters 3 ein Temperaturfühler 16 angeordnet.
Zur Überwachung der Temperatur des in den obersten Bereich 5 des Speicherbehälters 2 einströmenden Warmwassers ist ein Temperaturfühler 17 im Warmwasserzulauf 4 angeordnet.
Wie aus der 2a zu ersehen ist, sind die beiden Speicherbehälter 2 und 3 oder die weiteren dicht nebeneinander angeordnet, wobei in den zwischen den beiden Speicherbehältern 2, 3 verbleibenden Freiräumen 18, die im wesentlichen durch die äußeren Konturen der beiden Speicherbehälter 2, 3 und den Tangenten an beide Speicherbehälter 2, 3 enthaltenden Ebenen begrenzt sind, Hilfsaggregate angeordnet sind, wie z.B. der Wärmetauscher 7 und eine Steuerung oder Regelung.
Wie ein Vergleich mit einer herkömmlichen Schichtenspeicheranordnung 19 nach der 2b, die ein im wesentlichen gleiches Volumen wie die beiden Speicherbehälter 2 und 3 aufweist, zeigt, kann durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen, die im wesentlichen durch die Durchmesser der Speicherbehälter 2, 3 bestimmte Tiefe der Schichtenspeicheranordnung 1 erheblich geringer gehalten werden, als dies bei einer Anordnung 19 nach der 2b möglich ist.
Bei einer Aufheizung der Schichtenspeicheranordnung 1 wird mittels der Umwälzpumpe 13 kühles Wasser aus dem untersten Bereich 11 des Speicherbehälters 3 abgezogen und im Wärmetauscher 7 aufgeheizt, dem von einem Wasserheizer Fremdwärme zugeführt wird, wonach das erwärmte Wasser in den obersten Bereich 5 des Speicherbehälters 2 einströmt. Gleichzeitig strömt Wasser aus dem untersten Bereich 8 des Speicherbehälters 2 über die Verbindungsleitung 9 in den obersten Bereich 10 des Speicherbehälters 3 über.
Wird warmes Brauchwasser über die Brauchwasserleitung 6 abgezogen, so strömt Kaltwasser über den Kaltwasserzulauf 15 in den untersten Bereich 11 des Speicherbehälters 3 nach.
Eine Nachladung der Schichtenspeicheranordnung 1 erfolgt über eine Steuerung, sobald die Temperatur im untersten Bereich 8 des Speicherbehälters 2 unter einen bestimmten Wert abgesunken ist. Beendet wird die Nachladung, wenn die Temperatur im untersten Bereich 11 des Speicherbehälters 3 einen bestimmten Wert überschreitet.
Durch die Erfassung der Temperatur des in den obersten Bereich 5 des Speicherbehälters 2 zuströmenden Warmwassers durch den Temperaturfühler 17 ist es möglich, eine Überhitzung des Wassers zu vermeiden, wobei eine Steuerung der Temperatur durch Veränderung der Drehzahl der Umwälzpumpe 13 erfolgen kann.
Wie aus der 3 und 4 zu ersehen ist, ist der Warmwasserzulauf 4 mit einem Ausströmrohr 51 versehen, das sich im Wesentlichen horizontal erstreckt. Dabei befinden sich die Ausströmöffnungen 52 an den Stirnseiten von Abwinkelungen 53 des Ausströmrohres 51, aus denen Wasser in gleicher Umfangsrichtung ausströmt.
Wie aus der 4 zu ersehen ist, erstreckt sich in der konkreten Ausführung die Warmwasserzufuhr von unten nach oben.
Durch das Ausströmen des Warmwassers aus den Ausströmöffnungen 52 und damit in tangentialer Richtung legen sich die entstehenden Wirbel an die Wand des Schichtenspeicherbehälters 2 an und beruhigen sich durch die Reibung sehr rasch, so dass es zu keiner nennenswerten Vermischung des austretenden warmen Wassers mit kühlerem Wasser kommt.
Wie aus der 5 zu ersehen ist, weist eine erfindungsgemäße Schichtenspeicheranordnung zwei Schichtenspeicherbehälter 21, 22 auf, die von einer gemeinsamen Isolierung 23 umgeben sind.
Die beiden Schichtenspeicherbehälter 21, 22 sind samt deren Isolierung 23 von einem Rahmen 24 gehalten, der an einer Wand 25 befestigt ist. Dabei ist der Rahmen im wesentlichen U-förmig ausgebildet, wobei die freien Enden der Schenkel 26 gegeneinander abgewinkelt sind, wobei diese Abwinkelungen 27 zur Befestigung an der Wand 25 dienen.
Dabei sind die Schenkel 26 als durchgehende Wände ausgebildet, die gleichzeitig als Verkleidung dienen.
An der Vorderseite des Steges 28 des Rahmens 24 ist eine Brennkammer 29 befestigt. Weiter ist an dem Rahmen 24 eine die Brennkammer 29 umgebende Verkleidung 30 befestigt.
Der Steg 28 des Rahmens 24 weist eine Länge auf, die die Breite der Isolierung 23 übersteigt, wobei in dem verbliebenen Raum zwei Ausdehnungsgefäße 31, 32 untergebracht sind, die für einen Heizwasserkreis und einen Brauchwasserkreis vorgesehen sind, die beide nicht näher dargestellt sind.
Wie aus der 6 zu ersehen ist, ist die Brennkammer 29 im oberen Bereich des Rahmens 24 gehalten, wobei unterhalb der Brennkammer 29 eine Steuerung 33, die auch Hydraulik-Hilfsaggregate umfasst, angeordnet ist.
Wie aus der 7 zu ersehen ist, sind die beiden Schichtenspeicherbehälter 21, 22 in ihrem Bodenbereich über ein Verbindungsrohr 34 hydraulisch miteinander verbunden, wobei das Verbindungsrohr 34 im Schichtenspeicherbehälter 22 in dessen obersten Bereich hineinragt. Dabei führt aus dem untersten Bereich des Schichtenspeicherbehälters 22 ein Kaltwasserabzug 35 weg, der zu einem unter der Brennkammer 29 angeordneten Wärmetauscher führt.
Das Verbindungsrohr 34 mündet in den untersten Bereich des Schichtenspeicherbehälters 21 und ist von einem Prallblech 36 überdeckt. In den Schichtenspeicherbehälter 21 mündet weiter ein Warmwasserzulauf 37 über den Warmwasser von einem unter der Brennkammer 29 angeordneten Wärmetauscher in den obersten Bereich des Schichtenspeicherbehälters 21 zufließt. Ein Warmwasserabzug 38 führt aus dem obersten Bereich des Schichtenspeicherbehälters 21 weg und ein Kaltwasserzulauf 39 mündet in den untersten Bereich des Schichtenspeicherbehälters 22, wobei die Einmündung des Kaltwasserzulaufs 39 von einem Prallblech 43 überdeckt ist.
Im Warmwasserzulauf 37 und im Kaltwasserabzug 35 sind Temperaturfühler 40, 41 angeordnet, die mit der Steuerung 33 verbunden sind. Weiters ist im mittleren Bereich des Schichtenspeicherbehälters 22 ein weiterer Temperaturfühler 42 angeordnet, der ebenfalls mit der Steuerung 33 verbunden ist.
Beim Betrieb der Schichtenspeicheranordnung strömt bei einer Brauchwasserzapfung kaltes Wasser über den Kaltwasserzulauf 39 in den untersten Bereich des Schichtenspeicherbehälters 22 ein. Sinkt dadurch die Temperatur im Bereich des Temperaturfühlers 42 unter einen bestimmten Wert ab, so wird der Wärmetauscher unter der Brennkammer 29 und eine in der Steuerung 33 angeordnete Brauchwasserpumpe in Betrieb gesetzt, und es wird kühles Wasser über den Kaltwasserabzug 35 zum Wärmetauscher gefördert und dort erwärmt. Danach strömt das erwärmte Wasser über den Warmwasserzulauf 37 in den obersten Bereich des Schichtenspeicherbehälters 21 ein. Erreicht die Temperatur im Bereich des Kaltwasserabzugs 35 und damit im Bereich des Temperaturfühlers 41 einen bestimmten Wert, so wird die Aufladung der Schichtenspeicheranordnung beendet und die Umwälzpumpe und der Wärmetauscher stillgesetzt.

Claims

Schichtenspeicheranordnung mit mindestens zwei Speicherbehältern (2, 3), bei der im untersten Bereich (11) ein Kaltwasserzulauf (15) einmündet und ein Kaltwasserabzug (12) vorgesehen ist und im obersten Bereich (5) ein Warmwasserzulauf (4) mündet und aus dem eine als Brauchwasserleitung (6) dienende Warmwasserleitung wegführt und in der Speicheranordnung Temperaturfühler (16, 20) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass einer (2) der zwei Speicherbehälter (2, 3) mit dem Warmwasserzulauf (4) und der Brauchwasserleitung (6) versehen ist, dieser Speicherbehälter (2) mit einer aus dessen unterstem Bereich (8) wegführenden Verbindungsleitung (9) mit dem obersten Bereich (10) des zweiten Speicherbehälters (3) verbunden ist, in dessen unterstem Bereich (11) der Kaltwasserzulauf (15) mündet und aus dem der Kaltwasserabzug (12) angeordnet ist und zwischen Kaltwasserabzug (12) und Warmwasserzulauf (4) ein Wärmetauscher (7), dem Fremdwärme zugeführt werden kann, angeordnet ist.
Schichtenspeicheranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Speicherbehälter (2, 3) nebeneinander angeordnet sind, wobei im Falle von im Querschnitt runden Speicherbehältern (2, 3) in den Freiräumen (18) zwischen den Speicherbehältern (2, 3) Hilfsaggregate angeordnet sind.
Schichtenspeicheranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in den untersten Bereichen (8, 11) beider Speicherbehälter (2, 3) Temperaturfühler (16, 20) angeordnet sind.
Schichtenspeicheranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Warmwasserzulauf (4) mit einem im wesentlichen horizontal verlaufenden Ausströmrohr (51) versehen ist, das mindestens eine Ausströmöffnung (52) aufweist, deren Achse im wesentlichen tangential zur Behälterwand (54) verläuft.
Schichtenspeicheranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Ausströmrohr (51) zu beiden Seiten des zentral angeordneten Warmwasserzulaufs (4) erstreckt und zwei Ausströmöffnungen (52) aufweist, aus denen Wasser in gleicher Umfangsrichtung ausströmt.
Schichtenspeicheranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Speicherbehälter (21, 22) in einem an einer Wand (25) gehaltenen Rahmen (24) befestigt sind, der teilweise an der von der Wand (25) abgekehrten Seite der Speicherbehälter (21, 22) verläuft und an dem eine Brennkammer (29) und eine Verkleidung (30) gehalten sind.
Schichtenspeicheranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (24) zumindest in den im wesentlichen senkrecht zur Wand (25) verlaufenden Bereichen geschlossene Wände aufweist, die gleichzeitig als Verkleidung dienen.
Schichtenspeicheranordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (24) mindestens ein seitlich der Speicherbehälter (21, 22) angeordnetes Ausdehnungsgefäß (31, 32) mit umschließt.
Schichtenspeicheranordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkammer (29) lediglich den oberen Bereich der Speicherbehälter (21, 22) überdeckt und unterhalb der Brennkammer (29) Hilfseinrichtungen, wie Hydraulikbaugruppen und eine, gegebenenfalls elektronische, Steuerung (33) angeordnet sind.