DE19807492A1 - Druckloser Solarwärmespeicher mit Innenmantel - Google Patents
Druckloser Solarwärmespeicher mit InnenmantelInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Verbesserung von drucklosen Warmwasserspeichern aus
Kunststoff für die Solarwärmetechnik mit Führungen für eine Wasserkonvektions
strömung in Form eines vertikalen Innenrohres sowie von Durchtrittspassagen
zwischen einem Innenmantel und dem isolierten Außenmantel.
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 Wärmeaustausch im Speicher möglichst groß zu machen;
- - 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 ausbleibender solarer Wärmezufuhr) im oberen Speicherbereich, jedoch unterhalb des Brauchwassertauschers.
Weiterhin ist es Stand der Technik, durch eine entsprechende Isolation des Spei
chers die Wärmeabgabe an den Außenraum zu vermindern. Um eine Schichtung
des im Speicher stehenden Wassers zu erzielen, werden verschiedene Maßnahmen
ergriffen, durch die eine Verwirbelung und Durchmischung beim Eintrag von solarer
Wärme und bei der Nachheizung sowie beim Austrag von Wärme über
Brauchwasserkreislauf möglichst vermindert wird.
Gemäß der nicht vorveröffentlichten Anmeldung DE 197 03 724.0/16 der Anmelderin
wird vorgeschlagen, das im untersten Bereich des Speichers am Tauscher des
Solarkreislaufs, erwärmte und dadurch aufsteigende Speicherwasser über einen
trichterförmigen Einbau zur Mitte hin zu konzentrieren und über ein Vertikalrohr in
den oberen Bereich zu leiten, wobei seitliche Öffnungen einen Austritt des aufstei
genden Wasser an den Stellen erlauben, an denen die Temperatur und damit die
Dichte des außerhalb des Vertikalrohrs befindlichen Speicherwassers mit dem auf
steigenden Wasser in etwa gleich ist. Auf diese Weise wird eine gleichmäßige Wär
meschichtung im Speicher erreicht, ohne daß sich aufsteigendes warmes Wasser
unter Verwirbelung mit dem im unteren Bereich des Speichers kälteren stationären
Wasser vermischt. Als nachteilig an dieser Anordnung hat sich erwiesen, daß bei
Entnahme von Wärme über den Brauchwasser-Wärmeaustauscher im oberen
Bereich abgekühltes Speicherwasser aufgrund seiner höheren spezifischen Dichte
unkontrolliert absinkt und durch die resultierende Verwirbelung und Durchmischung
im oberen Bereich des Wärmespeichers zu einer Abkühlung und damit zu einer
Störung der Wärmeschichtung führt.
Es stellte sich daher die Aufgabe, eine Wärmeführung des an den Brauchwasser
austauschern abgekühlten Wassers so zu gestalten, daß eine entsprechende
Durchmischung und Verwirbelung nicht mehr möglich ist.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, den Bereich des Brauchwasser- und Nach
heizwärmetauschers über einen weiteren Einbau in Form eines umgekehrten Trich
ters von den darunter befindlichen Hauptspeicherzonen abzutrennen und einen
zusätzlichen, wärmeisolierten Innenmantel vorzusehen, der den unteren Rand die
ses trichterförmigen Einbaus bis kurz über den Bereich des Solarwärmetauschers
fortsetzt und ein geringen Raum freiläßt, durch den kaltes Wasser aus dem oberen
Bereich in den Bereich des Solartauschers rückströmen kann.
Der Brauchwassertauscher wird vorzugsweise so gestaltet, daß das kalte zuströ
mende Wasser im Außenbereich zugeführt und das erwärmte Wasser im Innenbe
reich abgeführt wird, so daß ein gegenläufiger Austausch mit dem im Innenbereich
zuströmenden Warmwasser der Nachheizung erfolgt.
Aus Platzgründen werden Kunststoff-Wärmespeicher vorteilhafterweise mit quadrati
schem Grundriß gestaltet, um eine Ecke im Raum optimal auszunutzen. Für den
einzusetzenden Innenmantel wird dagegen vorgezogen, daß dieser eine zylindrische
Form aufweist, wobei der Außendurchmesser des Innenmantels dem Innenabstand
des Speicherraums entspricht, so daß sich in den Ecken Freiräume bilden, durch die
das abgekühlte Speicherwasser aus der Brauchwassertauschereinheit nach unten
fließt. Warmes aufsteigendes Speicherwasser und abgekühltes Speicherwasser
werden so isoliert voneinander in einem Zwangskreislauf geführt, wodurch eine
Rückvermischung unterbleibt und ein maximaler Wärmegradient für den Energieaus
tausch im Solar- und Brauchwasseraustauscher gewährleistet und damit eine maxi
male Ausbeute erreicht wird.
Als isolierender Innenmantel wird vorzugsweise ein Hohlzylinder aus Kunststoffhart
schaum, beispielsweise aus Polystyrol oder Polyurethan mit einer Wandstärke von
0,5 bis 2 cm verwendet, wobei zusätzlich eine Seite noch mit einer dünnen, reflektie
renden Metallschicht, beispielsweise einer Aluminiumfolie, kaschiert sein kann, so
daß der Innenmantel ähnlich wie ein Thermosbehälter Wärmestrahlung in den Spei
cherraum zurückreflektiert.
Der Gegenstand der vorliegenden Anmeldung wird durch die beigefügte Figur
zusätzlich erläutert, ohne daß der Schutz darauf beschränkt sein soll.
Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch einen Solarwärmespeicher.
Fig. 2 zeigt einen horizontalen Schnitt durch den Innenraum des Wärmespeichers.
Fig. 1 zeigt den äußeren isolierten Mantel eines Wärmespeichers 1, der nach oben
durch einen abnehmbaren Deckel 2 mit Durchlässen für die Wärmetauscher ver
schlossen ist. In den Behälter eingefügt ist der Innenmantel 3, der nach oben und
unten an die trichterförmigen Einbauten 4 und 6 angrenzt oder auch fest verbunden
ist. Weiterhin zeigt die Figur das Vertikalrohr 5 für die zentrale Leitung des aufstei
genden erwärmten Speicherwassers, welche nach unten in dem zweiten trichter
förmigen Einbau 6 endet, welcher den Solarwärmetauscher 7 übergreift, der im
vorliegenden Fall als kegelstumpfartig geformter Rohrtauscher ausgebildet ist. Die
Zuleitung für das Solarwasser 8 führt mittig durch das Vertikalrohr 5, wodurch die
Aufsteigungstendenz des Speicherwassers in diesem Rohr erhöht wird, während
durch die aus Platzgründen nicht dargestellte Ableitung für das Solarwasser 17 im
Außenbereich 9 zwischen Innenmantel 3 und Außenmantel 1 rückgeführt wird. Im
oberen Bereich des Speichers sind die Tauscher für das zu erwärmende Brauch
wasser 10 und der Tauscher für die Nachheizung des Speichers aus dem
Heizungskreislauf 11, ebenfalls als spiralig gewickelte Rohrtauscher dargestellt,
wobei beide Rohrsysteme wegen der Verbesserung des Wärmeaustausches als
ineinander liegendes Rohrsystem ausgeführt sind, und die verschiedenen Systeme
durch geschlossene bzw. offene Kreise angedeutet sind. Die Zuführung für das
Brauchwasser 12 erfolgt von außen, die Ableitung 13 von der Innenseite der Spirale,
umgekehrt wie die Zuleitung für das Nachheizwasser 14, welche innen in die Spirale
hineinführt, während die Ableitung 15 außen erfolgt. Das Vertikalrohr 5 weist
weiterhin eine Reihe von nach oben gerichteten Öffnungen 16 auf, durch welche das
vom Solartauscher aufsteigende erwärmte Speicherwasser bei entsprechender
Dichte nach außen in den Speicherraum austreten kann. Bei Betrieb strömt das am
Solartauscher 7 erwärmte Speicherwasser geführt durch den Trichter 6 und durch
das Vertikalrohr 5 nach oben und durch den Trichter 4 in die Mitte der
Brauchwasserspirale 10, von wo es nach außen unter Abgabe seiner Wärme an das
Brauchwasser in den Außenraum 9 strömt, den es nach unten durchfließt, um wieder
zum Solartauscher zurückgeführt zu werden.
In Fig. 2 ist ein horizontaler Schnitt durch eine Solarspeichervorrichtung gemäß
Fig. 1 wiedergegeben, welche als quadratischer Außenumriß den isolierten Außen
mantel 1, als großen Innenkreis den Innenmantel 3, als mittleren Innenkreis das
Vertikalrohr 5 und als innersten Kreis die Zuleitung 8 der Solartauschervorrichtung
wiedergibt. In der linken oberen Ecke des Außenbereichs 9 ist die Solartauscher
ableitung 17 angedeutet.
In Fig. 3 ist auch die untere Spirale 7 als ineinanderliegendes Rohrsystem
ausgeführt, wobei frisches kaltes Brauchwasser über die Leitung 12 von außen nach
innen und das Warmwasser 8 aus dem Solarkreislauf von innen nach außen das
Spiralsystem des Wärmetauschers 7 durchströmt. Das abgekühlte Solarwasser fließt
über die Ableitung 17 zu den Solarzellen zurück, während das durch den direkten
Kontakt mit dem Solarwasser vorgewärmte Wasser über die Leitung 18 in den
oberen Wärmetauscher 10 fließt, wo es durch die vorher gespeicherte Wärme des
Speicherwassers auf die Nutztemperatur gebracht wird. Die Wärmespeicherung und
der Umlauf des Speicherwassers erfolgen dabei wie in Fig. 1 dargestellt. Auf eine
nochmalige Wiedergabe der dort gezeigten Einbauten 3, 4, 5 und 6, die auch hier
enthalten sind, wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet. Diese Führung
des Brauchwassers erlaubt einen verstärkten Umlauf des Solarwassers, während
kaltes Brauchwasser durchfließt, und gleichzeitig einen besonders intensiven
Energieaustausch in dieser Doppelspirale des Wärmetauschers 7, die Leistung des
Systems verbessert.
1
Außenmantel
2
Deckel
3
Innenmantel
4
Trichter
5
Vertikalrohr
6
Trichter
7
Wärmetauscher
8
Zuleitung
9
Außenraum
10
Wärmetauscher
11
Wärmetauscher
12
Zuleitung
13
Ableitung
14
Zuleitung
15
Ableitung
16
Öffnungen
17
Ableitung
18
Leitung
Claims (6)
1. Druckloser Warmwasserspeicher für die Solarwärmetechnik mit einem isolierten
Außenmantel (1), Wärmeaustauscher für das Solarwasser (7), Wärmetauscher für
Brauchwasser (10) und Nachheizwasser (11) aus dem Heizungskreislauf sowie
Zu- und Ableitungen (8, 9, 12 bis 15) dadurch gekennzeichnet, daß der Wärme
speicher oberhalb des Solartauschers und unterhalb des Brauchwasser- bzw.
Nachheiztauschers nach unten geöffnete trichterförmige Einbauten (6 und 4) auf
weist, wobei der obere Trichter (4) an einen den Speicherraum umfassenden
Innenmantel (3) und der untere Trichter (6) an ein den Speicherraum vertikal
durchlaufendes Rohr (5) angrenzt.
2. Solarwärmespeicher gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Ver
tikalrohr (5) seitliche Wasseraustrittsöffnungen (16) aufweist.
3. Solarwärmespeicher gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Wärmeaustauscher (7, 10 und 11) als Doppelspiralen im
Gegenstrom ausgebaut sind, wobei die untere Spirale vom Solarkreislauf und vom
frischen Brauchwasser, die obere Spirale vom unten vorgewärmten Brauchwasser
und vom Nachheizkreislauf durchströmt wird.
4. Solarwärmespeicher gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Zuleitung (8) für den Solartauscher (7) sowie die
Zuleitung (14) für das Nachheizwasser mittig erfolgen, während die Zuleitung (10)
für das kalte Brauchwasser an der Außenseite der Wärmetauscher (7, 10) erfolgt.
5. Solarwärmespeicher gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Zuleitung (8) und die Zuleitung (12) jeweils im Zentrum
der zugehörigen Konvektionsräume (5, 9) angeordnet sind.
6. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß
der Innenmantel (3) aus isolierendem Material, insbesondere Kunststoffhart
schaum besteht und/oder auf der Innenseite mit einer Wärmestrahlung reflektie
renden Schicht versehen ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19807492A DE19807492A1 (de) | 1997-01-22 | 1998-02-21 | Druckloser Solarwärmespeicher mit Innenmantel |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19703724A DE19703724C2 (de) | 1997-01-22 | 1997-01-22 | Druckloser Warmwasser-Speicher aus Kunststoff für die Solar-Wärmetechnik |
DE19807492A DE19807492A1 (de) | 1997-01-22 | 1998-02-21 | Druckloser Solarwärmespeicher mit Innenmantel |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19807492A1 true DE19807492A1 (de) | 1999-08-26 |
Family
ID=26033559
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19807492A Ceased DE19807492A1 (de) | 1997-01-22 | 1998-02-21 | Druckloser Solarwärmespeicher mit Innenmantel |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19807492A1 (de) |
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- 1998-02-21 DE DE19807492A patent/DE19807492A1/de not_active Ceased
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