DE19707859A1

DE19707859A1 - Anordnung zur Übertragung von Wärmeenergie

Info

Publication number: DE19707859A1
Application number: DE19707859A
Authority: DE
Inventors: Peter Taubert
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-02-27
Filing date: 1997-02-27
Publication date: 1998-09-03

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Übertragung von Wärmeenergie von einem flüssigen Wärmeträgermedium in einen mit einem flüssigen Speichermedi um, z. B. Brauchwasser, gefüllten Schichtspeicher, in dem das Speichermedium aufgrund des thermischen Auftriebes in horizontal ausgerichteten Schichtebenen unterschiedli cher Temperaturen geschichtet ist und sich ein Temperaturgefälle in vertikaler Rich tung einstellt, mit einer von einer Wärmequelle, z. B. einem Solarkollektor, zum Schichtspeicher führenden Vorlaufleitung für das Wärmeträgermedium und einer vom Schichtspeicher zur Wärmequelle führenden Rücklaufleitung für das Wärmeträgermedi um sowie mit mindestens einem Wärmetauscher, der zur Übertragung der Wärmeener gie vom Wärmeträgermedium auf das Speichermedium vorgesehen ist.

Technische Systeme zur aktiven Sonnenenergienutzung, wie z. B. Solaranlagen zur Brauchwassererwärmung, haben die Sonneneinstrahlung in Wärme umzuwandeln und diese Wärme über Einrichtungen wie Pumpen, Speicher usw. für die weitere Nutzung verfügbar zu machen. Prinzipiell bestehen Solaranlagen zur Brauchwassererwärmung aus einem Solarkollektor, einem Wärmespeicher und dem Solarkreislauf. Im Solarkollek tor erfolgt die Umwandlung der Solarstrahlung in Wärme und die Übergabe der Wärme an ein Wärmeträgermedium, z. B. Wasser, das im Solarkreislauf zirkuliert. Dabei sorgt das Wärmeträgermedium für einen in Abhängigkeit vom solaren Energieangebot gere gelten Wärmetransport zwischen dem Kollektor und dem Speicher. Zum Solarkreislauf gehören die Leitungen für das Wärmeträgermedium, Wärmetauscher zur Übergabe der Wärme an das Speichermedium, Ventile, Pumpen und ein Regler. Der Wärmespeicher soll die vom Solarkollektor gewonnene Wärme aufnehmen, Schwankungen im Energie angebot ausgleichen und die Wärme für die gewünschte Nutzung bereithalten. Als Speichermedium dient in der Regel Wasser, mit dem der Speicher gefüllt ist und das zugleich zum Verbrauch als Warmwasser vorgesehen sein kann.

Ein wesentliches Problem derartiger Anlagen besteht darin, die eingestrahlte Solarener gie möglichst umfassend nutzbar zu machen, wobei es darauf ankommt, die genannten Komponenten der Solaranlage hinsichtlich ihrer Funktion zu optimieren und gut auf einander abzustimmen.

Unter diesem Gesichtspunkt sind Speicher entwickelt worden, die eine gute Tempera turschichtung des Speichermediums, in diesem Fall des Brauchwassers, gewährleisten. Um die solar gewonnene Wärme möglichst verlustfrei in den Speicher einzutragen, ist es notwendig, die Wärme je nach Vorlauftemperatur im Solarkreislauf zugeordnet in die Temperaturschichtung des Speichers einzubringen, ohne dabei durch Verwirbelungen die Temperaturschichtung im Speicher zu zerstören.

Die Wärmeschichtung im Speicher stellt sich als natürlicher Vorgang ein. Aufgrund des thermischen Auftriebes sammelt sich das Speichermedium mit höherer Temperatur im oberen, der Schwerkraftwirkung entgegengesetzten Teil des Speichers, das Speicher medium mit niederen Temperaturen im unteren Teil des Speichers. Demzufolge wird das zur Nutzung erwärmte Brauchwasser stets im oberen Teil des Speichers abgezapft, wobei das kalte aus der Zuführleitung nachströmende Brauchwasser das wärmere Was ser nach oben drückt. Insofern haben sich stehende, hohe Speicher bewährt, da hier eine Temperaturschichtung begünstigt wird und auch über längere Zeit stabil erhalten bleibt.

Abgestimmt zu derartigen Schichtspeichern sind nun Wärmeübertrager zu verwenden, die so ausgelegt sind, daß die Übergabe bzw. der Eintrag der Wärme in den Speicher keine oder zumindest möglichst wenige störenden Turbulenzen hervorruft. Eine unbe absichtigte Durchmischung des Speicherinhaltes hat zwangsläufig eine Reduzierung der Effektivität der gesamten Solaranlage zur Folge. Als weitere Forderung kommt hin zu, daß die technischen Mittel zur Eintragung der Wärmeenergie in den Speicher ko stengünstig herstellbar und somit geeignet sein müssen, die Kosten für die Gewinnung der Solarenergie weiter zu senken.

Wärmetauscher, die in Solaranlagen zur Übertragung der Wärme vom Wärmetrans portmedium einerseits zum Speichermedium andererseits dienen, haben außerdem noch zu verhindern, daß sich das Wärmetransportmedium, dem Frostschutzmittel bei gemischt sein kann, mit dem Speichermedium vermischt, das dem Verbraucherkreis angeschlossen sein kann und oftmals Trinkwasserqualität aufweisen muß. Ein effekti ver Wärmeeintrag der gewonnenen Solarwärme kann erfahrungsgemäß etwa dann er folgen, wenn eine Temperaturdifferenz von maximal 3 Grad zwischen der warmen und der kalten Seite am Wärmetauscher eingehalten wird. Dem entsprechend sind in Ab hängigkeit von den auftretenden Spitzenleistungen des Kollektors die erforderlichen Wärmetauscherflächen zu berechnen und der Wärmetauscher ist entsprechend auszu legen. So ist es z. B. bekannt, in Speichern Glattrohrwärmetauscher fest einzubauen. Auch externe Wärmetauscher sind gebräuchlich, die allerdings meist bei Haus-Schwimm bädern angewandt werden und in der Regel aus Rohrbündeln bestehen.

In dem Gebrauchsmuster DE 274 12 544 ist ein Schichtenspeicher zur Speicherung von Wärmeenergie in Brauchwasser mit mindestens einem Vorlauf und einem Rücklauf für anschließbare Wärmequellen, darunter auch Solarkollektoren, beschrieben. Der Spei cher ist mit einer Schichtladevorrichtung für die solar gewonnene Wärmeenergie und zusätzlich mit einer Einrichtung zur schichtweisen Einspeisung von Warmwasser, z. B. von einer weiteren Heizungsquelle, ausgestattet. Als Schichtladevorrichtung ist ein vertikal angeordnetes Schuppenblech vorgesehen. Das ist ein mit Schlitzen versehenes Blech, bei dem die Schlitze jeweils mit Leitschaufeln ausgestattet und in unterschiedli chen Höhen innerhalb des Speichers angeordnet sind. Das vom Solarkollektorvorlauf in einem Heizkreis mit außenliegendem Wärmetauscher erwärmte Wasser kann an jeder der Schuppen in den Speicherraum übertreten. Dabei erfolgt der Durchtritt entspre chend dem thermodynamischen Auftrieb in der Höhe, die der Schichtentemperatur im Behälter entspricht. Auf diese Weise soll eine Verwirbelung des im Behälter befindli chen Brauchwassers vermieden werden. Die Entnahme des Brauchwassers erfolgt durch einen Rohrstutzen, der unterhalb des Schuppenbleches durch die Behälterwand geführt ist.

Zur Einschichtung des Warmwassers von der weiteren Heizungsquelle ist innerhalb des Behälters in halber Höhe ein rohrförmiger Diffusor angebracht, der gegen sein unteres Ende leicht konisch erweitert ist. Das stirnseitige Ende des Diffusorrohres ist geschlos sen; auf seinem endseitigen Umfang befindet sich in ein bis zwei Ebenen eine Anzahl von Öffnungen. Das durch den Diffusor einströmende Wasser wird in einer definierten horizontalen Ebene verteilt und bildet dort eine Art Vorhang, der den oberen vom unte ren Teil des Behältervolumens trennt. Wird von der Zusatzwärmequelle mehr warmes Wasser in das Behälterinnere eingespeist, als von den Wärmeverbrauchern abgenom men wird, so verschiebt sich dieser als Temperaturgrenze wirkende Vorhang zuneh mend in den unteren Behälterbereich. Wird umgekehrt mehr Wärmeenergie angefor dert, als von der Wärmequelle geliefert wird, so verschiebt sich die Wärmegrenze nach oben. Die Position der Wärmegrenze wird mit Hilfe von Temperatursensoren ermittelt, die bei Erreichen einer bestimmten Ebene ein Einschaltsignal an die Zusatzheizquelle oder an die Umwälzpumpe der Solaranlage geben.

In der Offenlegungsschrift DE 44 17 138 ist ein Wärmespeicher als Warmwasser schichtspeicher, insbesondere für eine Raumheizung, beschrieben, der mit wenigstens einem Vorlaufeingang zum Anschluß mindestens einer Energiequelle, insbesondere eines Heizkessels oder einer Solaranlage, sowie mit einem entsprechenden Rücklauf ausgestattet ist. Weiterhin ist im Speicher ein Schichteinsatz zur temperaturgeschichte ten Einlagerung des Speichermediums vorgesehen, der aus einer Vorlaufkammer und einer Rücklaufkammer besteht, wobei die Vorlaufkammer aus einer rohrförmigen Vor laufeinströmkammer und einer diese umgebenden Vorlaufberuhigungskammer zu sammengesetzt ist. Die Vorlaufkammer ist etwa vertikal im Speicherbehälter angeord net. In der Vorlaufeinströmkammer sind Öffnungen vorgesehen, die als Durchström verbindungen zur Vorlaufberuhigungskammer dienen. In der Vorlaufberuhigungskam mer sind Öffnungen vorgesehen, die in einem schmalen Längsbereich etwa den Öff nungen in der Vorlaufeinströmkammer gegenüber liegen und als Durchströmverbin dungen zum Speicherbehältervolumen dienen. Als Vorlaufeingang dient ein geschlos senes Rohr, das in die Vorlaufeinströmkammer führt. Weiterhin ist eine ähnlich gestal tete Rücklaufanordnung vorgesehen. Diese Schichtladeeinrichtung hat mit der weiter oben beschriebenen den Nachteil gemeinsam, daß bei relativ hohem materiellen Auf wand immer noch keine Einschichtung der Wärmeenergie ohne ausreichende Störung der Temperaturschichtung des Speicherinhaltes gewährleistet ist.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Übertragung der Wärmeenergie vom Wärmetransportmedium auf das Speichermedium so weiterzu bilden, daß mit verringertem materiellen Aufwand eine Einschichtung der Wärme mit noch weiter reduzierter Störung der Temperaturschichtung des Speicherinhaltes er folgt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe für eine Anordnung zur Übertragung von Wärme energie der oben beschriebenen Art dadurch gelöst, daß mindestens der eine Wärme tauscher ein Vorlaufsegment sowie ein Rücklaufsegment aufweist, daß der Wärmetau scher innerhalb des Schichtspeichers angeordnet ist, wobei das Vorlaufsegment und das Rücklaufsegment in verschiedenen Schichtebenen positioniert und dabei parallel zueinander ausgerichtet sind und wobei das Vorlaufsegment in einer Schichtebene hö herer Temperatur und das Rücklaufsegment in einer Schichtebene niederer Temperatur vorgesehen ist, daß das Vorlaufsegment und das Rücklaufsegment durch eine Vielzahl von senkrecht zu den Schichtebenen verlaufenden Verbindungskanälen miteinander verbunden sind und daß das Vorlaufsegment mit der Vorlaufleitung und das Rücklauf segment mit der Rücklaufleitung für das Wärmeträgermedium verbunden ist.

Mit dieser Anordnung erfolgt die Wärmeübertragung vom Wärmeträgermedium auf das Speichermedium bei langsamem Durchfluß im Gegenstromprinzip, wobei eine hohe Temperaturspreizung zwischen der Temperatur im Vorlaufsegment und der Tempera tur im Rücklaufsegment erzielt wird. Damit ist der wesentliche Vorteil verbunden, daß eine Einschichtung der Wärmeenergie in das Speichermedium unter weitestgehender Beibehaltung der Temperaturschichtung möglich ist. Der Kreislauf des Wärmeträger mediums vom Kollektor zum Speicher und umgekehrt kann dabei sowohl nach dem Schwerkraftprinzip wie auch unter Einsatz von Druckpumpen betrieben werden. Vor teilhaft ist weiterhin, daß bei der vorgeschlagenen Anordnung die Übertragung der Wärmeenergie vom Wärmeträgermedium auf das Speichermedium unter Ausnutzung der Schwerkraft erfolgt, wodurch bei Einsatz von Pumpen im Solarkreislauf eine Ver ringerung der Pumpenleistung erzielbar und somit eine Energieeinsparung im Vergleich zu herkömmlichen Schichtladevorrichtungen möglich ist.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß das Vorlaufsegment als Rohr ausgebildet ist, von dem ein Ende mit der Vorlaufleitung verbunden und das an dere Ende dichtend verschlossen ist, das Rücklaufsegment ebenfalls als Rohr ausgebil det ist, von dem ein Ende mit der Rücklaufleitung verbunden und das andere Ende dichtend verschlossen ist und die Verbindungskanäle, die das Vorlaufsegment und das Rücklaufsegment miteinander verbinden, jeweils von einem Ende am Vor- und Rück laufsegment ausgehend in gleichmäßigen Abständen aufeinander folgend angeordnet und dabei parallel zueinander ausgerichtet sind. Zusätzlich sollten die rechteckigen Flächen zwischen jeweils zwei aufeinander folgenden Verbindungskanälen und dem Vorlaufsegment und dem Rücklaufsegment durch Leitbleche ausgefüllt sein. Mit dieser Ausgestaltung werden die Vorteile des Gegenstromprinzips noch besser genutzt; da das Wärmetransportmedium im Wärmetauscher entgegengesetzt zum thermischen Auftrieb des Speichermediums außerhalb des Wärmetauschers fließt und das Wärme transportmedium während der Wärmeübergabe optimal gekühlt wird, wird dessen Ab sinkbewegung, deren Richtung der Strömungsrichtung im Solarkreislauf entspricht und die den Solarkreislauf unterstützt, beschleunigt was zu einer weiteren Reduzierung der Pumpenleistung oder zu einem gut funktionierenden Kreislauf nach dem Schwer kraftprinzip führt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Anschluß des Vorlaufsegmentes an die Vorlaufleitung nahe dem ersten der Verbin dungskanäle und der Anschluß des Rücklaufsegmentes an die Rücklaufleitung nahe dem letzten der aufeinanderfolgenden Verbindungskanäle vorgesehen ist, wodurch die Durchströmungen im Vorlaufsegment und im Rücklaufsegment entgegengesetzt ge richtet sind. Daraus ergibt sich vorteilhaft, daß die Fließwege vom Anschluß der Vor laufleitung bis zum Anschluß der Rücklaufleitung innerhalb des Wärmetauschers gleich lang sind und somit eine günstige Durchströmung des Wärmetauschers gewährleistet ist.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, daß das Vorlaufsegment wie auch das Rücklaufsegment in der jeweiligen Schichtebene gekrümmt verlaufend ange ordnet sind. Damit ist es möglich, Vorlaufsegment und Rücklaufsegment in einer Länge auszuführen, die größer ist als der innere Durchmesser des Speichers. Dabei können Vorlauf- und Rücklaufsegment gleichmäßig gekrümmt sein und jeweils etwa einen Vollkreis bilden, wobei der Krümmungsmittelpunkt zumindest etwa in der Speichermit tenachse angeordnet sein sollte. Es ist ebenfalls denkbar, das Vorlaufsegment und das Rücklaufsegment ungleichmäßig gekrümmt auszuführen, so daß beide eine Spirale mit mehreren Windungen bilden, wobei die Windungen der Spiralen ebenfalls zumindest etwa zentrisch zur Speichermittenachse angeordnet sein sollten. Mit derartigen Anord nungen sind große Wärmetauscherflächen erzielbar und Wärmetauscher mit sehr gro ßen Leistungen realisierbar.

Vorteilhafterweise sollte der Wärmetauscher über einen Entlüftungskanal verfügen, der mit dem Vorlaufsegment verbunden ist.

Weiterhin sieht eine vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung vor, daß die Vorlauflei tung zur Anbindung an das Vorlaufsegment seitlich durch die Speicherwandung ge führt ist, wobei die Durchführung außerhalb der Schichtebene vorgesehen ist, in der das Vorlaufsegment angeordnet ist, und zwar in einer Schichtebene niederer Tempera tur. Ebenso ist vorteilhaft, wenn auch die Rücklaufleitung zur Anbindung an das Rück laufsegment seitlich durch die Speicherwandung geführt ist, wobei die Durchführung außerhalb der Schichtebene vorgesehen ist, in der das Rücklaufsegment angeordnet ist, und zwar ebenfalls in einer Schichtebene niederer Temperatur. Damit wird erreicht, daß die Leitungsabschnitte zwischen der Durchführung in der Speicherwandung und dem Vorlaufsegment bzw. dem Rücklaufsegment als Schwerkraftfallen wirken.

Weiterhin ist vorteilhaft vorgesehen, daß der Entlüftungskanal ebenfalls seitlich durch die Speicherwandung geführt ist, wobei die Durchführung unterhalb der Schichtebene vorgesehen ist, in der das Vorlaufsegment angeordnet ist. So ist bei Bedarf auf vorteil hafte Weise eine Entlüftung des Wärmetauschers möglich.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Vorlaufleitung und auch die Rücklaufleitung außerhalb des Schichtspeichers verzweigt sind, wobei jeweils ein Zweig wie vorher beschrieben mit dem Vorlauf- bzw. dem Rücklaufsegment des Wärmetauschers verbunden ist und außerdem ein Zweig der Vorlaufleitung direkt über ein Verbindungsstück mit einem Zweig der Rücklaufleitung verbunden ist, wobei das Verbindungsstück zumindest etwa parallel zur Speichermit tenachse verlaufend angeordnet ist und im Vergleich zur Vor- und Rücklaufleitung eine Querschnittserweiterung aufweist. Innerhalb des Verbindungsstückes kann die Mög lichkeit einer Querschnittsverengung in Form eines Drosselventiles vorgesehen sein. Auf diese Weise ist der Wärmetauscher durch das Verbindungsstück kurzgeschlossen. Mit einer entsprechenden Querschnittserweiterung und der Querschnittseinstellung durch das Drosselventil kann die Strömungsgeschwindigkeit des Wärmeträgermediums innerhalb des Verbindungsstückes so gesteuert werden, daß je nach Vorlauftemperatur sich selbsttätig ein Strömungsverlauf des Wärmeträgermediums über die Kurzschluß strecke des Verbindungsstückes oder aber über den Wärmetauscher in den Schichtbe reich ergibt, welcher der Vorlauftemperatur angemessen ist und eine optimale Ein schichtung der Wärmeenergie erlaubt.

Eine weitere sehr bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß innerhalb des Schichtspeichers mehrere der vorbeschriebenen Wärmetauscher kaskadenartig in Rich tung des thermischen Auftriebes übereinander angeordnet sind, wobei jeweils das Rücklaufsegment eines Wärmetauschers, der in einem wärmeren Speicherbereich ange ordnet ist, in einer Speicherebene höherer Temperatur liegt als das Vorlaufsegment eines nachfolgenden Wärmetauschers, der in einem kühleren Speicherbereich angeord net ist und wobei jedem Wärmetauscher außerhalb des Speichers ein Verbindungsstück entsprechend der o.g. Ausführung als Kurzschlußstrecke zugeordnet ist.

Die Erfindung soll nachfolgend an Hand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 die erfindungsgemäße Anordnung anhand eines in einem Schichtspei cher eingeordneten Wärmetauschers,

Fig. 2 einen Schnitt A-A aus Fig. 1 durch den Wärmetauscher,

Fig. 3 die erfindungsgemäße Anordnung anhand dreier in einem Schichtspei cher eingeordneter Wärmetauscher.

In Fig. 1 ist ein Ausschnitt eines stehend angeordneten Speichers 1 einer Solaranlage dargestellt, der mit Brauchwasser 2 gefüllt ist. Der Erfindung entsprechend ist inner halb des Speichers 1 ein Wärmetauscher 3 angeordnet, der ein Vorlaufsegment 4 sowie ein Rücklaufsegment 5 aufweist. Das Vorlaufsegment 4 und das Rücklaufsegment 5 sind in verschiedenen Schichtebenen des Speichers 1, d. h. in Schichtebenen mit unter schiedlichen Temperaturen, angeordnet und dabei so positioniert, daß sie parallel zu einander ausgerichtet sind, wobei das Vorlaufsegment 4 in einer Schichtebene mit hö herer Temperatur und das Rücklaufsegment 5 in einer Schichtebene niederer Tempera tur angeordnet ist. Vom Vorlaufsegment 4 ausgehend ist ein Entlüftungskanal 22 vor handen, der an seinem Ende außerhalb des Speichers 1 mit einer Armatur (nicht darge stellt) verschlossen ist, die sich bei Bedarf manuell öffnen läßt. Am linken Zeichnungs rand in Fig. 3 sind beispielhaft einige Temperaturwerte für verschiedene Schichtebenen angegeben.

In Fig. 1 ist weiterhin zu erkennen, daß das Vorlaufsegment 4 und das Rücklaufsegment 5 durch eine Vielzahl von senkrecht zu den Schichtebenen verlaufenden Verbindungs kanälen 6 miteinander verbunden sind. Für das vom Solarkollektor kommende aufge heizte Wärmeträgermedium ist eine Vorlaufleitung 7 vorgesehen; für das aus dem Wärmetauscher 3 kommende Wärmeträgermedium, das seine Wärme an das Brauch wasser 2 übertragen hat, ist eine Rücklaufleitung 8 zur Rückführung zum Solarkollek tor (in der Zeichnung nicht dargestellt) vorhanden. Die Vorlaufleitung 7 ist mit einer Verzweigung 9, die Rücklaufleitung 8 mit einer Verzweigung 10 versehen. Einer der Leitungszweige des Vorlaufes 7 ist über einen Anschluß 11 mit dem Vorlaufsegment 4 verbunden; einer der Leitungszweige der Rücklaufleitung 8 ist über einen Anschluß 12 mit dem Rücklaufsegment 5 verbunden. Je ein weiterer Zweig der Vorlaufleitung 7 und der Rücklaufleitung 8 sind außerdem über ein direktes Verbindungsstück 13 miteinan der verknüpft. Dabei ist dieses direkte Verbindungsstück 13 senkrecht zu den Schichtebenen des Speichers 1 angeordnet und weist im Vergleich zur Vor- und Rück laufleitung 7,8 eine deutliche Querschnittserweiterung auf. Innerhalb des direkten Ver bindungsstückes 13 ist ein manuell einstellbares Drosselventil 14 vorgesehen.

Die Durchführung 19 der Vorlaufleitung 7 zur Anbindung an das Vorlaufsegment 4 seitlich durch die Speicherwandung 21 ist außerhalb der Schichtebene vorgesehen, in der das Vorlaufsegment 4 angeordnet ist, und zwar in einem Speicherbereich niederer Temperatur. Durch die so erzeugte Steigung der Vorlaufleitung 7 zwischen Durchfüh rung 19 und Anbindung an das Vorlaufsegment 4 wird eine Schwerkraftfalle erzeugt, die verhindert, daß warmes Wasser durch den Vorlauf zurück in das Verbindungsstück 13 fließt. Gleiches trifft analog auf die der Rücklaufleitung 8 zugeordnete Durchfüh rung 20 durch die Speicherwandung zu.

In Fig. 2 ist der Schnitt A-A aus Fig. 1 durch den Speicher 1 dargestellt. Dabei ist zu erkennen, daß das Vorlaufsegment 4 wie auch das Rücklaufsegment 5 jeweils in der Schichtebene, in der sie positioniert, sind gekrümmt verlaufen. Beispielhaft ist die Krümmung gleichmäßig zu etwa einem Vollkreis ausgebildet. Der Krümmungsmittel punkt liegt in der Speichermittenachse 15. Das Vorlaufsegment 4 wie auch das Rück laufsegment 5 sind als Rohre ausgebildet, von denen jeweils ein Ende über die An schlüsse 11 bzw. 12 mit der Vorlaufleitung 7 bzw. mit der Rücklaufleitung 8 verbun den sind, während die jeweils entgegengesetzten Enden der Rohre dichtend verschlos sen sind. In Fig. 2 ist lediglich die Vorlaufleitung 7 bis zum Anschluß 11 vollständig sichtbar, da die Rücklaufleitung 8 zum Teil durch die Vorlaufleitung 7 verdeckt ist. Der Anschluß des Vorlaufsegmentes 4 an die Vorlaufleitung 7 ist nahe einem ersten der aufeinander folgenden Verbindungskanäle 6 angeordnet, der Anschluß des Rücklauf segmentes 5 an die Rücklaufleitung 8 ist nahe dem letzten der Verbindungskanäle 6 vorgesehen. Wie in Fig. 2 weiterhin zu erkennen ist, weisen die Verbindungskanäle 6 etwa gleiche Abstände zueinander auf und die Flächen zwischen jeweils zwei Verbin dungskanälen 6 bzw. zwischen Vorlaufsegment 4 und Rücklaufsegment 5 sind durch Leitbleche 16 ausgefüllt.

In Fig. 3 ist ein Speicher 1 in seiner Gesamtheit dargestellt, in dem beispielhaft drei Wärmetauscher 3 gleicher Bauweise übereinander angeordnet sind. Im unteren Bereich des Speichers 1 ist ein Zufluß 17 für Kaltwasser vorgesehen, im oberen Bereich des Speichers 1 ein Abfluß 18 für das erwärmte Brauchwasser 2. Der Speicher 1 steht unter Leitungsdruck. Wird über eine Brauchwasserzapfstelle, die an den Abfluß 18 ange schlossen ist, warmes Brauchwasser 2 entnommen, strömt durch den Zufluß 17 Kalt wasser aus dem Versorgungsnetz nach. Der verbrauchten Menge entsprechend muß das Brauchwasser 2 im Speicher 1 nacherwärmt werden, damit stets nutzbares Brauchwasser 2 zur Verfügung steht. Dazu können neben dem Kollektor weitere Wär mequellen, etwa ein Gasbrenner, vorgesehen sein.

Wird nun aufgrund einer Solareinstrahlung auf den Kollektor das Wärmeträgermedium erhitzt, strömt das Wärmeträgermedium (angetrieben durch eine nicht in der Zeich nung dargestellte Förderpumpe) durch die Vorlaufleitung 7 in Richtung auf die Ver zweigung 9 (vgl. Pfeilrichtung in Fig. 1). Aufgrund der Querschnittserweiterung erfolgt innerhalb des Verbindungsabschnittes 13 eine Verringerung des Volumenstromes. Je nach Temperatur des vorlaufenden Wärmeträgermediums und dem sich daraus erge benden thermischen Auftrieb fließt das Wärmeträgermedium entweder der Vorlauflei tung 7 weiter folgend durch den Wärmetauscher 3 oder durch das Verbindungsstück 13 direkt zur Rücklaufleitung 8. Die Verringerung der Vorlaufgeschwindigkeit bzw. des Volumenstromes kann einmal durch das Maß der Querschnittserweiterung im Verbin dungsstück 13 beeinflußt werden, zum anderen aber auch durch das manuell einstell bare Drosselventil 14. So kann z. B. die Vorlaufleitung einen Durchmesser von 18 mm und das Verbindungsstück 13 einen Durchmesser von 22 mm aufweisen.

Mit dieser Anordnung ist gewährleistet, daß das vom Solarkollektor durch den Vorlauf 7 kommende Wärmeträgermedium entsprechend seiner Temperatur in den Speicher 1 umgeleitet wird und seine Wärmeenergie in der dieser Temperatur entsprechenden Schichtebene des Speichers 1 an das Brauchwasser 2 überträgt.

Bezugszeichenliste

1

Speicher

2

Brauchwasser

3

Wärmetauscher

4

Vorlaufsegment

5

Rücklaufsegment

6

Verbindungskanäle

7

Vorlaufleitung

8

Rücklaufleitung

9

,

10

Verzweigungen

11

,

12

Anschlüsse

13

Verbindungsstück

14

Drosselventil

15

Speichermittenachse

16

Leitbleche

17

Zufluß

18

Abfluß

19

,

20

Durchführungen

21

Speicherwandung

22

Entlüftungskanal

Claims

1. Anordnung zur Übertragung von Wärmeenergie von einem flüssigen Wärmeträ germedium in einen mit einem flüssigen Speichermedium, z. B. Brauchwasser, ge füllten Speicher, in dem das Speichermedium aufgrund des thermischen Auftrie bes in horizontal ausgerichteten Schichtebenen unterschiedlicher Temperaturen geschichtet ist und sich ein Temperaturgefälle in vertikaler Richtung einstellt, mit einer von einer Wärmequelle, z. B. einem Solarkollektor, zum Speicher führenden Vorlaufleitung für das Wärmeträgermedium und einer vom Speicher zur Wärme quelle führenden Rücklaufleitung für das Wärmeträgermedium sowie mit minde stens einem Wärmetauscher, der zur Übertragung der Wärmeenergie vom Wär meträgermedium auf das Speichermedium vorgesehen ist, dadurch gekennzeich net,

- daß der mindestens eine Wärmetauscher (3) ein Vorlaufsegment (4) sowie ein Rücklaufsegment (5) aufweist,
- daß der Wärmetauscher (3) innerhalb des Speichers (1) angeordnet ist, wobei das Vorlaufsegment (4) und das Rücklaufsegment (5) in verschiedenen Schichtebenen positioniert und dabei parallel zueinander ausgerichtet sind und wobei das Vor laufsegment (4) in einer Schichtebene höherer Temperatur und das Rücklaufseg ment (5) in einer Schichtebene niederer Temperatur vorgesehen ist,
- daß das Vorlaufsegment (4) und das Rücklaufsegment (5) durch eine Vielzahl von senkrecht zu den Schichtebenen verlaufenden Verbindungskanälen (6) miteinan der verbunden sind und
- daß das Vorlaufsegment (4) mit der Vorlaufleitung (7) und das Rücklaufsegment (5) mit der Rücklaufleitung (8) für das Wärmeträgermedium verbunden ist.

2. Anordnung zur Übertragung von Wärmeenergie nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß das Vorlaufsegment (4) als Rohr ausgebildet ist, von dem ein Ende mit der Vorlaufleitung (7) verbunden und das andere Ende dichtend ver schlossen ist, das Rücklaufsegment (5) ebenfalls als Rohr ausgebildet ist, von dem ein Ende mit der Rücklaufleitung (8) verbunden und das andere Ende dich tend verschlossen ist und die Verbindungskanäle (6) jeweils von einem Ende am Vorlaufsegment (4) und Rücklaufsegment (5) ausgehend in gleichmäßigen Ab ständen aufeinander folgend angeordnet und dabei parallel zueinander ausge richtet sind.

3. Anordnung zur Übertragung von Wärmeenergie nach Anspruch 1 oder 2, da durch gekennzeichnet, daß die rechteckigen Flächen zwischen jeweils zwei auf einander folgenden Verbindungskanälen (6) und dem Vorlaufsegment (4) und dem Rücklaufsegment (5) durch Leitbleche (16) ausgefüllt sind.

4. Anordnung zur Übertragung von Wärmeenergie nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschluß des Vorlaufsegmentes (4) an die Vorlaufleitung (7) nahe dem ersten der Verbindungskanäle (6) und der An schluß des Rücklaufsegmentes (5) an die Rücklaufleitung nahe dem letzten der aufeinander folgenden Verbindungskanäle (6) vorgesehen ist, wodurch die Durchströmungen im Vorlaufsegment (4) und im Rücklaufsegment (5) gleich ge richtet sind.

5. Anordnung zur Übertragung von Wärmeenergie nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorlaufsegment (4) und das Rück laufsegment (5) in der Schichtebene, in der sie jeweils positioniert sind, ge krümmt verlaufend angeordnet sind.

6. Anordnung zur Übertragung von Wärmeenergie nach Anspruch 5, dadurch ge kennzeichnet, daß das Vorlaufsegment (4) und das Rücklaufsegment (5) gleich mäßig gekrümmt und jeweils etwa einen Vollkreis bildend ausgeführt sind, wobei der Krümmungsmittelpunkt zumindest etwa in der Speichermittenachse (15) an geordnet ist.

7. Anordnung zur Übertragung von Wärmeenergie nach Anspruch 5, dadurch ge kennzeichnet, daß das Vorlaufsegment (4) und das Rücklaufsegment (5) un gleichmäßig gekrümmt und jeweils eine Spirale mit mehreren Windungen bildend ausgeführt sind, wobei die Windungen der Spirale zumindest etwa zentrisch zur Speichermittenachse (15) angeordnet sind.

8. Anordnung zur Übertragung von Wärmeenergie nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (3) über einen Ent lüftungskanal (22) verfügt, der mit dem Vorlaufsegment (4) verbunden ist.

9. Anordnung zur Übertragung von Wärmeenergie nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorlaufleitung (7) zur Anbindung an das Vorlaufsegment (4) seitlich durch die Speicherwandung (21) geführt ist, wobei die Durchführung (19) außerhalb der Schichtebene erfolgt, in der das Vor laufsegment (4) angeordnet ist, und zwar in einem Speicherbereich niederer Temperatur.

10. Anordnung zur Übertragung von Wärmeenergie nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rücklaufleitung (8) zur Anbindung an das Rücklaufsegment (5) seitlich durch die Speicherwandung (21) geführt ist, wobei die Durchführung (20) außerhalb der Schichtebene erfolgt, in der das Rücklaufsegment (5) angeordnet ist, und zwar in einem Speicherbereich niederer Temperatur.

11. Anordnung zur Übertragung von Wärmeenergie nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Entlüftungskanal (22) seitlich durch die Speicherwandung (21) geführt ist, wobei die Durchführung unterhalb der Schichtebene erfolgt in der das Vorlaufsegment (4) angeordnet ist, und zwar in einem Speicherbereich niederer Temperatur.

12. Anordnung zur Übertragung von Wärmeenergie nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorlaufleitung (7) und auch die Rücklaufleitung (8) außerhalb des Speichers (1) verzweigt sind, wobei jeweils ein Zweig wie in den vorgenannten Ansprüchen beschrieben mit dem Vorlaufseg ment (4) bzw. dem Rücklaufsegment (5) verbunden ist, außerdem aber ein Zweig der Vorlaufleitung (7) direkt über einen Verbindungsstück (13) mit einem Zweig der Rücklaufleitung (8) verbunden ist, wobei das Verbindungsstück (13) zumin dest etwa parallel zur Speichermittenachse (15) verlaufend angeordnet ist und im Vergleich zur Vorlaufleitung (7) und Rücklaufleitung (8) eine Querschnittserweite rung aufweist.

13. Anordnung zur effektiven Übertragung von Wärmeenergie nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des direkten Verbindungsstückes (13) die Möglichkeit einer Querschnittsverengung in Form eines Drosselventiles (14) vorgesehen ist.

14. Anordnung zur effektiven Übertragung von Wärmeenergie nach einem der vor genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Speichers (1) mehrere der in den vorhergehenden Ansprüchen beschriebenen Wärmetauscher (3) kaskadenartig in Richtung des thermischen Auftriebes übereinander angeord net sind, wobei jeweils das Rücklaufsegment (4) eines Wärmetauschers (1), der in einem wärmeren Speicherbereich angeordnet ist, in einer Speicherebene höherer Temperatur liegt als das Vorlaufsegment (4) eines nachfolgenden Wärmetau schers (3), der in einem kühleren Speicherbereich angeordnet ist und wobei je dem Wärmetauscher (3) außerhalb des Speichers (1) ein direktes Verbindungs stück (13) nach den vorgenannten Ansprüchen 11 oder 12 zugeordnet ist.

15. Anordnung zur effektiven Übertragung von Wärmeenergie nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Speichers (1) drei Wärmetauscher (3) vorgesehen sind.