DE19825463C2 - Wärmeschichtspeicher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmespeicher nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Auf dem Gebiet der Solarenergiespeicherung ist bekannt, daß Sonnenkollektoren abhängig von der jeweiligen Einstrahlung stark schwankende Temperaturen des Wärmeträgers liefern. Ferner ist bekannt, daß Flüssigkeiten, die in Anlagen zur Wärmegewinnung und -speicherung als Wärmeträ­ ger benutzt werden, aufgrund einer von ihrer Temperatur abhängigen Dichte unter dem Einfluß der Schwerkraft dazu tendieren, eine Schichtung einzugehen, so daß in einem Gefäß die wärme­ ren Schichten zuoberst zu liegen kommen. Diesen Umstand machen sich die meisten Wärme­ schichtspeicher zunutze, um nicht nur möglichst viel Energie zu speichern, sondern darüberhinaus in ihrem oberen Volumenbereich einen Wärmeträger möglichst hoher Temperatur zur Verfügung zu stellen.

Dem Wunsch, eine bestehende Temperaturschichtung trotz Einspeisung eines Wärmeträgers in den Wärmeschichtspeicher zu erhalten, steht der physikalische Effekt der Verwirbelung entgegen. Das Ergebnis ist eine erniedrigte Mischtemperatur aus der Temperatur des zugeführten mit der des im Wärmeschichtspeicher vorhandenen Wärmeträgers, wenn nicht durch besondere Maßnah­ men dafür Sorge getragen wird, daß freie Strömungen zwischen temperaturinvers aufgebauten Teilschichten (kalt oben, warm unten) unterbunden werden.

Stand der Technik sind ein- oder mehrschalige Wärmeschichtspeicher mit quasi-stetiger oder auch diskreter Abstufung der geschichteten Einspeisung eines aufgeheizten Wärmeträgers zur möglichst störungsfreien Erhaltung einer vorhandenen Wärmeschichtung. Als bekannt gelten auch Wärmespeicher mit im Volumen integriertem Wärmetauscher.

DE 38 35 096 A1 z. B. erreicht eine verwirbelungsarme Einleitung des Wärmeträgers in einen Wärmeschichtspeicher, indem ein Leitwerk vorgeschlagen wird. Man hat dadurch im Prinzip einen Zweischichtspeicher.

Mehr als zwei Einlagerungsstellen entlang der Höhe des Wärmeschichtspeichers erreicht DE 39 05 874 A1 durch eine vertikale Anordnung von Klappenventilen.

DE 297 05 642 U1 z. B. nimmt die Einspeisung des Wärmeträgers durch ein den Wärme­ schichtspeicher schräg durchlaufendes perforiertes Fallrohr und die Entnahme durch ein waage­ recht am Boden des Wärmeschichtspeichers liegendes perforiertes Rohr vor. Die Entnahme des Brauchwassers geschieht hier durch die gleichen Rohre auf umgekehrtem Wege.

Auch zu anderen Zwecken werden in diesem Zusammenhang radial teildurchlässige Rohre verwendet. Das EP 27 41 418 C1 verwendet z. B. ein kurzes perforiertes Zufüh­ rungsrohr.

DE 87 03 576 U1 verwendet Leitrohre in Kombination mit einer Heizschlange zur gezielten Auf­ heizung kalten Wärmeträgers.

DE 295 12 343 U1 schlägt zur Erhaltung einer vertikalen Wärmeschichtung eine horizontale Unterteilung eines Wärmeschichtspeichers in Teilvolumina durch isolierende Schichten vor, die seriell beschickt und seriell von Brauchwasser durchflossen werden.

DE 31 15 988 C2 trennt den Speicher durch eine bewegliche Membran in Kalt- und Warmteil.

DE 295 17 528 U1 trennt den Kaltwasserzulauf vom aufgeheizten Brauchwasser durch ein vo­ luminöses zylindrisches Leitrohr und vergrößert die effektive Höhe des Speichers.

Das Prinzip zweier koaxial angeordneter Rohre mit sich überlappenden Schlitzbohrungen in beiden Rohren, tangential einmündende Anschlußleitungen für den Zu- bzw. Ablauf des Wärme­ trägers und Zweischaligkeit wird in DE 41 21 083 A1 angewendet, um Brauchwasser bestimmter Temperatur zu entnehmen.

DE 44 18 737 A1 z. B. unterteilt ein Gesamtvolumen des Wärmeschichtspeichers in zwei Tei­ le, um möglichst schnell möglichst hohe Temperaturen des Wärmeträgers zu erreichen.

DE 195 04 694 C1 erkennt, daß "die thermische Schichtung im Speicher nicht unnötig gestört bzw. verwirbelt wird," [wenn] "dem Speicher vom Heizkreis immer Rücklaufwasser mit etwa der Temperatur zugeführt wird, die der Temperatur der jeweiligen Schicht des Speichers entspricht." Die Höhe der Zuführung ist konstruktionsbedingt festeingestellt.

In DE 29 48 417 A1 wird auf die Vorteile des Temperaturgefälles einer "schalenförmigen An­ ordnung von wärmezu- und abführenden Wärmetauschelementen im Speichermedium zur Lang­ zeitspeicherung hingewiesen. Der Speicher selbst besteht nicht aus schalenförmig abgegrenzten Volumina, sondern zeichnet sich aus durch "die Verwendung ein- und derselben (festen) Substanz als Speicher- und Isolationsmedium", die (flächig-)konzentrische Heizkreise umschließt. Es ist eine Prozeßsteuerung notwendig.

In WO 95/13505 wird eine konzentrische Schalenspeicheranordnung vorgeschlagen, die im wesentlichen durch eine Vergrößerung der geschichteten Säulenhöhe geringere Temperatur- und Wärmeenergieverluste bewirkt.

DE 38 19 317 A1 verwendet Lochplattenringe, um den Wärmeträger möglichst laminar in ei­ nen Wärmeschichtspeicher einströmen zu lassen.

DE 40 29 355 C2 sieht Lochbleche unter und über Latentwärmereservoiren vor.

Die bekannten Wärmeschichtspeicher mit statischen Leitanordnungen haben unter Umständen den Nachteil, daß sie keine hohe Auflösung erzielen, was die Einspeisehöhen des Wärmeträgers in den Wärmeschichtspeicher betrifft.

Weiterhin ist bei diesen Anordnungen als nachteilig anzusehen, daß der Einspeisedruck des Wärmeträgers am in der Mantelfläche des Wärmeschichtspeichers liegenden offenen Einspeise­ punkt des Leitrohres nicht oder nur unter erheblichem Meß- und Regelaufwand einstellbar ist. Dieser Einspeisedruck ist aber sehr sensibel in Bezug auf die Vermeidung der Durchmischung einer im Wärmeschichtspeicher vorliegenden Schichtung. Ist er falsch oder ungenau eingestellt, so endet die über die jeweilige Leitanordnung eingespeiste Wärmeträger-Säule entweder zu hoch oder zu niedrig im bereits eingelagerten Wärmeträger, und unterschiedlich temperierte Wärmeträ­ ger-Teile vermischen sich. In diesen Punkten ist das Gebrauchsmuster DE 297 05 642 U1 als nachteilig zu kritisieren:

Darin wird vorgeschlagen, einen gegenüber dem kältesten Ort im Wärmeschichtspeicher tem­ peraturbeaufschlagten Wärmeträger über ein im Wärmeschichtspeicher schräg von oben nach un­ ten verlaufendes, perforiertes Fallrohr unter Zuhilfenahme eines Wärmetauschers und einer Pumpe von oben einzuspeisen. Der im Wärmetauscher aufzuheizende Wärmeträger wird dabei in einem geschlossen Kreislauf dem kühlsten unteren Teil des Wärmeschichtspeichers durch ein ebensol­ ches, jedoch dort in waagerechter Ebene liegendes perforiertes Rohr entnommen. Die Entnahme von energiereichem Wärmeträger geschieht in umgekehrter Richtung durch die gleichen Rohre über einen zweiten Wärmetauscher. Durch diese Maßnahmen soll ein Kompromiß zwischen der erwähnten Schichtung und Vermischung erreicht werden, indem die Zonen möglicher Verwirbe­ lung im wesentlichen auf das Volumen des Fallrohres und eine enge Umgebung desselben be­ grenzt werden.

Es ist jedoch festzuhalten, daß es bei einer den Ansprüchen des erwähnten Gebrauchsmusters gemäßen Rohrführung immer vorkommen kann, daß bei Brauchwasserentnahme wärmeres Was­ ser über den zur Aufheizung des Brauchwassers vorgesehenen 2. Wärmetauscher über das vorge­ sehene waagerecht liegende perforierte Rohr in die kühleren Bereiche des Wärmeschichtspeichers an dessen Boden gelangt, es sei denn, der über den besagten 2. Wärmetauscher entnommene Wärmeträger wird durch Brauchwasserentnahme hinreichend stark abgekühlt. In einem solchen Fall wird jedoch der Vorteil einer Entnahme von Brauchwasser mit Temperaturen nahe der Ma­ ximaltemperatur des Speichers infrage gestellt. Jedenfalls hat man entweder ein zu stark abgekühl­ tes oder zu wenig warmes Brauchwasser oder durch ungeschützte Einleitung von zu warmem Wärmeträger in den unteren Bereich des Wärmeschichtspeichers eine Vermischung und damit eine unerwünschte Absenkung der Maximaltemperatur im Wärmeschichtspeicher. In diesen Fällen verfehlt also die dort vorgeschlagene Anordnung ihren ursprünglichen Zweck.

Im erwähnten Gebrauchsmuster sind noch weitere Verbesserungen möglich. Es wurde vorge­ schlagen, den Querschnitt des Fallrohres gegenüber dem der Zuführungsleitungen relativ groß zu gestalten, um die Durchlaufgeschwindigkeit und damit die Verwirbelung des Wärmeträgers an Grenzflächen unterschiedlicher Temperatur zu reduzieren. Allerdings hat man hier wiederum wei­ tere Kompromisse einzugehen.

Nämlich muß man bei kleinerer Fließgeschwindigkeit des Wärmeträgers durch das Fallrohr ei­ nerseits mit wärmebedingten Diffusionseffekten zwischen Bereichen unterschiedlicher Temperatur in der Umgebung der zugeführten Wärmeträgersäule durch die Perforation des Fallrohres rech­ nen.

Hinzu kommt, daß das Volumen des Fallrohres im Verhältnis zum Volumen üblicher Solarkol­ lektoren mit angeschlossenen Rohrleitungen nicht mehr vernachlässigbar bleibt, wodurch bei wechselnden Einspeisetemperaturen im Fallrohr selbst ein nicht unerhebliches Volumen durch­ mischt und damit letztenendes in seiner Temperatur erniedrigt und folglich nur tiefer im Wärme­ schichtspeicher eingelagert werden kann.

Weiterhin hat man in der bekannten Anordnung eine Zwangseinspeisung des Wärmeträgers von oben durch die Kraft einer externen Leitungspumpe. Ohne Regelwerk wäre es durch diese möglich, daß eine Wärmeträgersäule bestimmter Temperatur das Fallrohr entweder zu tief hinab­ getrieben würde. Dadurch tritt wärmerer Wärmeträger in einer kälteren Schicht des Wärme­ schichtspeichers aus dem Fallrohr aus. Oder die Säule bleibt in zu großer Höhe im Fallrohr ste­ cken, wenn die treibende Kraft zu gering ist. Beide Fälle sind aus den vorgenannten Gründen un­ vorteilhaft und für einen temperaturgeschichteten Energieeintrag nachteilig. Ähnliches gilt für die Entnahme von aufgeheiztem Wärmeträger. Jedenfalls macht die Zwangseinspeisung ein feinabge­ stimmtes, u. U. aufwendiges Meß- und Regelwerk mit einem Netzwerk an im Wärmeschichtspei­ cher verteilten Temperaturfühlern erforderlich.

Wenn Wärmeenergiezuführung und -entnahme, wie ebenfalls vorgeschlagen wurde, strö­ mungsmäßig nicht getrennt werden, sondern z. B. über Kreuzstücke an der gleichen, nämlich o­ benliegenden Stelle des Fallrohres geschehen, kann es zu dem unerwünschten Effekt kommen, daß erst ein Teilvolumen des bereits in der Einspeisestrecke des Fallrohres zugeführten Wärme­ trägers am Einspeisepunkt entnommen wird, bevor die u. U. höher temperierte, bereits eingelager­ te oberste Wärmeträgerschicht des Wärmeschichtspeichers wunschgemäß angezapft wird.

Auch wird nicht erwähnt, daß ein schrägliegendes Leitrohr günstigerweise nicht in der Nähe seiner obenliegenden Mantelteilfläche perforiert wird. Dadurch würde die eigentlich zugedachte verwirbelungsarme Leitfunktion des Leitrohres praktisch zunichte. Über Anordnung und Gestalt der Perforation wird hingegen keine Aussage gemacht.

In Bezug auf die Forderung der Verwirbelungsarmut bei der Einspeisung des Wärmeträgers sind solche Anordnungen nicht sehr effektiv. Die für Verluste aus Diffusion, Wärmeleitung und Konvektion verantwortlichen Parameter lassen sich nach dem Stand der Technik nur mit hohem mechanischem Aufwand variieren. Zur Realisierung der Anpassung an ein jeweils nur geringfügig verändertes Strömungs-Arrangement in der Gesamtanlage muß z. B. entweder ein völlig neu ges­ taltetes Leitrohr mit dünneren oder dickeren Bohrungen der Perforation oder einer anderen Ver­ teilung derselben im Mantel des Leitrohres bewerkstelligt werden oder gar die gesamte Leitan­ ordnung muß ausgetauscht werden.

Auch andere bekannte Wärmeschichtspeicher verwenden Leitanordnungen mit relativ großen Volumina. Diese sind darum relativ schlecht geeignet, eine evtl. gegebene Wärmeschichtung zu erhalten, zu unterstützen und zu nutzen.

Dies gilt natürlich auch für herkömmliche Wärmespeicher mit als Kupferrohrspirale integrier­ tem Wärmetauscher. In Fig. 3 sind die Nachteile solcher Anordnungen im Vergleich zu der erfin­ dungsgemäßen dargestellt.

Fig. 3, a-c, zeigen schematisch die Funktion des erfindungsgemäßen Wärmeschichtspeichers (jeweils rechts) und vergleichen sie am Beispiel von drei angenommenen Temperatur-Situationen mit einem herkömmlichen Wärmeschichtspeicher (jeweils links), dessen Aufheizung durch eine mit aufgewärmtem Wärmeträger durchflossene Kupferrohrspirale im Bodenbereich geschieht.

Fig. 3a zeigt eine beispielhafte Anfangssituation: beide dargestellten Wärmeschichtspeicher sol­ len relativ homogen mit Temperaturen zwischen 50 und 55 Grad C geladen sein.

Sobald der Energielieferant jetzt einen auf 85 Grad C aufgeheizten Wärmeträger einbringt (Fig. 3b), wird im herkömmlichen Fall (links) durch Verwirbelungseffekte in der Umgebung des Kup­ ferrohres und im gesamten darüber liegenden Volumen eine kräftige Durchmischung des Wassers erfolgen, so daß sich eine Mischtemperatur einstellt, die niedriger als 85 Grad C und höher als 50 Grad C ist. In einer erfindungsgemäßen Anordnung (rechts) steigt die 85 Grad C warme Wasser­ säule durch das Leitrohr 7 bis zu einer Höhe durch den Wärmeschichtspeicher auf, in der es eine differentielle Wasserschicht vorfindet, die eine mindestens gleichhohe Temperatur hat, wie 85 Grad C und damit eine höchstens gleichhohe Dichte wie das aufgewärmte Wasser im Leitrohr 7. Da eine solch warme Schicht von 85 Grad C zuvor noch nicht in den Wärmeschichtspeicher ein­ gelagert wurde, tritt das 85 Grad C warme Wasser zunächst am oberen Ende des Leitrohrs 7 durch dessen Perforation/Schlitzung aus und bildet eine Deckschicht gewisser Dicke mit dieser Temperatur über der bereits vorhandenen aus, während gleichzeitig eine Schicht gleichen Volu­ mens aus dem Bodenbereich des Wärmeschichtspeichers entnommen und durch den Wärmetau­ scher zum Aufheizen gedrückt wird.

Nimmt man den Zustand von Fig. 3b als Anfangszustand für eine Folgesituation, in der die bei­ den Wärmespeicher nun mit einem Wärmeträger von 65 Grad C gespeist werden sollen, so zeigt der Vergleich folgendes: Im herkömmlichen System (links) erweist der Meßfühler 12, daß die Temperatur des anlieferbaren Wärmeträgers niedriger wäre als die im unteren Bereich des Wär­ meschichtspeichers vorzufindende. Eine Zulieferung würde keinen Energiegewinn, sondern einen Energieverlust bedeuten, darum wird sie nicht erlaubt. Erlaubt ist sie jedoch in der erfindungsge­ mäßen Anordnung (rechts), da 65 Grad C höher ist als die Temperatur der tiefsten Bodenschicht, so daß jetzt über das Leitrohr eine etwa 65 Grad C warme Schicht eingelagert wird, deren Volu­ men gleich dem ist, das aus dem Bodenbereich des Wärmeschichtspeichers zum Aufheizen im Wärmetauscher ausgeführt wurde. Man erkennt leicht den höheren Energiegewinn im erfindungs­ gemäßen System bei Erhaltung der maximalen Temperatur im Kopfbereich des Wärmeschicht­ speichers.

Zwar sind bereits einige schalenförmige Speicheranordnungen vorgeschlagen worden, die den Effekt ausnutzen, einen geringeren Isolationsaufwand nach außen betreiben zu müssen, wenn der in den Schalen eingelagerte Wärmeträger von innen nach außen fallende Temperaturen aufweist. Jedoch wird nachteilig nur eine diskrete Temperaturabstufung von Schale zu Schale betrachtet. Die einzelnene Speicherschalen werden so behandelt, als wären sie von je einheitlicher Tempera­ tur. Dies ist jedoch praktisch nie der Fall. Ohne zusätzliche Maßnahmen stellen sich auch in den Einzelvolumina Mischtemperaturen ein.

Die genannten Lösungen zur Unterdrückung von Verwirbelungseffekten mittels Lochblechen tendieren dazu, eine quasi-laminare Strömung bei Erhöhung des Durchflußwiderstandes für den Wärmeträger zu erzeugen. Hierbei ist von "Blechen" die Rede als von flächigen metallischen Ma­ terialien geringer Dicke. Als nachteilig kann gegenüber der erfindungsgemäßen das Fehlen eines Ausrichtungseffektes in vertikaler Richtung angesehen werden, wie er bei größerer Materialdicke mit röhrenartigen Bohrungen auftritt. Horizontale Loch-"Bleche" schneiden an den Lochrändern in das horizontal strömende Medium bzw. es kommt hier lediglich zu einer geringen Richtungsän­ derung, so daß lokale Rotationen im Wärmeträger nur leidlich, wenn überhaupt unterbunden wer­ den. In der Kombination von tangentialer Einleitung des Brauchwassers mit perforierten Material­ schichten (erst recht: dünnen Lochblechen) würde sich eine ungleichmäßige Verteilung der Perfo­ ration mit höherer Lochdichte in Umfangnähe (wie vorgeschlagen in DE 40 29 355 C2) nachteilig auswirken, da dort die horizontale Rotationsgeschwindigkeit am höchsten ist.

Ein weiterer wichtiger Nachteil der bekannten Leitanordnungen in Wärmeschichtspeichern ist, daß bisher nur Maßnahmen aufgezeigt worden sind, die darauf abzielen, der zeitlichen und räumli­ chen Aktualität eines stetig sich verändernden Temperaturgradienten des Wärmeträgers in Wär­ meschichtspeichern durch stufige, geschaltete oder geregelte Zuführung energiebeaufschlagten Wärmeträgers Rechnung zu tragen. Dabei tragen stufige und geschaltete Anordnungen der Situa­ tion einer vertikal stetigen Verlaufs der Wärmeschichtung nur bedingt Rechnung. Hinzu kommt ein mit der Zahl der Temperaturstufen wachsender Konstruktionsaufwand und u. U. ein wachsen­ der Verschleiß, wenn die Stufen-Anordnung mechanisch realisiert werden muß. Ein erheblicher konstruktiver Aufwand entsteht auch, wenn zur korrekten Regelung des Einspeisedruckes des energiebeaufschlagten Wärmeträgers ein Abbild der Schichtung erzeugt werden muß. Außerdem wird dieses in der Regel bei vertretbarem Aufwand nur auf einer begrenzten Zahl von Meß- Stützstellen entlang der Höhe des Wärmeschichtspeichers beruhen. Statt eines stetigen hat man auch hier ein auf Mittelungen beruhendes, diskretes Abbild der Temperaturschichtung.

Der hier geltend gemachten Erfindung liegt das die Aufgabe zugrunde, eine temperaturadäquate Einspeisung, Speicherung und Entnahme eines flüssigen Wärmeträgers in einen Wärmeschicht­ speicher unter maximaler Ausnutzung der verfügbaren angelieferten Energie zu erlauben, ohne daß sich eine merkliche Verwirbelung temperaturunterschiedlicher Wärmeträger-Bereiche ergibt. Dabei sollen die Temperaturen von zugeführtem und entnommenem Wärmeträger weitgehend entkoppelt bleiben und der Wärmeschichtspeicher stets maximal aufgeheizten Wärmeträger aus seinem Kopfbereich liefern. Negative Auswirkungen von Diffusion, Wärmeleitung und Konvekti­ on auf den Ladezustand des Wärmeschichtspeichers sollen vernachlässigbar bleiben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Hauptanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen enthalten. Ver­ bindendes Merkmal sind ein- oder mehrfach durchgehend geschlitzte Leitrohre, die, statisch oder dynamisch (d. h. mit der Wärmeträger-Temperatur variabel) gestaltet, mit Nebenmerkmalen wie einem schalenförmigen Aufbau des Wärmeschichtspeichers, einer tangentialen Ein- oder Ablei­ tung von Brauchwasser und perforierten Materialschichten kombiniert werden können.

Gegenüber bisher bekannten Lösungen hat der erfindungsgemäße Wärmeschichtspeicher den Vorteil einer nahezu vollständigen Ausnutzung der anlieferbaren Wärmeenergie, unabhängig von der evtl. schwankenden Temperatur des aufheizenden Wärmelieferanten. Er erzielt hohe Wir­ kungsgrade durch geringe Energieverluste nach außen (Isolationseffekte: kühlerer Wärmeträger weiter außen, wärmerer Wärmeträger weiter nach innen gelagert) und geringere Temperaturver­ luste (Schichtungserhaltung und -nutzung bei Einspeisung/Entnahme von Wärmeträger und Brauchwasser). Dabei werden maximale Brauchwassertemperaturen bei kleinen Lade- und Entla­ dezeitkonstanten erzielt. Gleichzeitig kann in Solaranlagen gegenüber herkömmlichen Wärme­ speicher-Anordnungen die zu installierende Kollektorfläche kleiner ausfallen.

Die erfindungsgemäße Anordnung kann insgesamt kostengünstig aufgebaut und leicht gewartet werden. Rechnet man die Ersparnis an Kollektorfläche in Solaranlagen hinzu, ergibt sich u. U. sogar eine Verbilligung des Investitionsaufwandes der Gesamtanlage gegenüber herkömmlichen Konstruktionslösungen.

Indem die erfindungsgemäß vorgeschlagene Anordnung einerseits mit beliebigen, materialver­ träglichen Binnendrucken arbeiten kann, andererseits kurze, verwirbelungsarme Einspeisungsstre­ cken des energiebeaufschlagten Wärmeträgers zu den adäquaten Stellen innerhalb des Wärme­ schichtspeichers aufweist, so daß eine vorhanden Wärmeschichtung erhalten bleibt, kann die An­ ordnung in Anlagen beliebiger Größe Einsatz finden. Je nach Isolation und Volumen des Wärme­ schichtspeichers sind Anlagen in Größenordnungen möglich, die den Wärmeinhalt über Tage oder gar über die Jahreszeiten hinweg aufbewahren.

Insbesondere hat man folgende Vorteile durch die erfindungsgemäße Anordnung:

Es gibt prinzipiell vier verschiedene Möglichkeiten, den Energieinhalt eines Wärmeschichtspei­ chers zu verändern, indem man extern unterschiedlich temperierten Wärmeträger zuführt und ge­ gen in ihm enthaltenen Wärmeträger austauscht.

Brauchwasserentnahme führt zur Erniedrigung des Energieinhalts, indem man dem Wärme­ schichtspeicher in einem Kreislauf warmes Wasser aus seinem oberen Bereich entnimmt und eine volumengleiche Menge in seinen unteren Bereich zurückführt. Eine weitere Möglichkeit wäre, bei Entnahme des aufgeheizten Brauchwassers aus dem Kopfbereich statt dessen das kalte Brauch­ wasser in den oberen Bereich einzuspeisen und von dort in eine Schicht geeigneter Temperatur absinken zu lassen.

Der dritte denkbare Fall: Eine Erhöhung des Energieinhalts erreicht man, indem man energie­ beaufschlagten Wärmeträger der Temperatur T_a im Kopfbereich des Wärmeschichtspeichers ein­ speist, während aus dem Fußbereich eine gleiche Menge kühleren Wärmeträgers in den geschlos­ senen Heizkreislauf zurückgeführt wird. Hierbei ist T_min <= T_a die niedrigste Temperatur des im Wärmeschichtspeicher eingeschlossenen Wärmeträgers. Der Schwerkraft folgend sinkt im Fall T_max < T_a der spezifisch schwerere, weil kühlere zugeführte Wärmeträger vom Kopfbereich des Wärmeschichtspeichers soweit herab, bis er in einer tieferen Zone gleich temperierten Wärmeträ­ ger vorfindet. Hierbei ist T_max die maximale Temperatur des Wärmeträgers im Kopfbereich des Wärmeschichtspeichers. In dieser Anordnung sind zwei nachteilige Aspekte zu beachten: Durch eine äußere Pumpkraft muß im Fall T_max < T_a der gegenüber T_min aufgeheizte, aber gegenüber T_max kühlere Wärmeträger über eine Temperatur-Schwelle der Größe T_max - T_a unter mechanischem Arbeitsaufwand hinweg-"gehoben" werden. Außerdem kommt es im Innern des Wärmeschicht­ speichers ohne Schutzmaßnahmen (wie sie z. B. DE 297 05 642 U1 vorgeschlagen werden, Kritik: s. oben) zur Vermischung des eingespeisten mit dem im Wärmeschichtspeicher eingelagerten Wärmeträger. Nur im relativ seltenen Fall T_max <= T_a lagert sich der Wärmeträger unvermischt im obersten Bereich des Wärmeschichtspeichers ein.

Demgegenüber vorteilhaft ist die vierte, erfindungsgemäße Möglichkeit. Nämlich kann die Notwendigkeit einer äußeren Pumpkraft entfallen, wenn zur Erhöhung des Energieinhalts des Wärmeschichtspeichers, wie vorgeschlagen, der energiebeaufschlagte Wärmeträger mit T_min < T_a im Fuß des Wärmeschichtspeichers eingespeist und von ebendort gleichvolumig entnommen und in einem geschlossen Kreislauf (gemäß Anspruch 1) zur Heizquelle weitergeführt wird, weil der Wärmetauscher (2) erfindungsgemäß unter dem Wärmeschichtspeicher (1) angebracht ist. Auch hier gilt, entsprechend: Der Schwerkraft folgend steigt im Fall T_min < T_a der spezifisch leichtere, weil wärmere Wärmeträger vom Fußbereich des Wärmeschichtspeichers soweit hinauf, bis er in einer höheren Zone gleich temperierten Wärmeträger vorfindet. Ohne Schutzmaßnahmen würden jedoch auch hier ein Schlierenkegel über der Einspeisestelle des energiebeaufschlagten Wärmeträ­ gers im Fußbereich des Wärmeschichtspeichers einsetzen, innerhalb dessen sich die ursprüngliche Temperatur des eingespeisten Wärmeträgers in Richtung auf die des im Fußbereich des Wärme­ schichtspeichers befindlichen kühleren Wärmeträgers zu vermischte, also auf unerwünschte Weise erniedrigte. Dabei läßt sich das im Prozeß der Vermischung aktive Volumen als das ebendieses Schlierenkegels ausmachen.

Die Konstruktion einer Anordnung gemäß Anspruch 1 bewirkt genau eine Reduzierung des ak­ tiven Mischvolumens auf das Volumen des hier vorgeschlagenen Leitrohres 7. Dieses läßt sich vorteilhaft relativ klein gestalten.

Indem man, Anspruch 23 zufolge und wie in Fig. 8b bzw. in Gegenüberstellung, Fig. 8c ge­ zeigt, in ausgedehnten Wärmeschichtspeichern mehrere Leitrohre parallel betreibt, läßt sich das für die Verwirbelung maßgebliche aktive Volumen an den Stellen des radialen Austritts des Wär­ meträgers aus den einzelnen Leitrohren noch weiter verringern, indem das Gesamtvolumen aller einzelnen Austrittskeile gegenüber dem eines einzigen Leitrohres jedoch insgesamt verringert werden.

Bei der Gestaltung der einzelnen Leitrohre ist ein Parameter-Ensemble zu finden, das einerseits einen guten Transport des einzulagernden Wärmeträgers bis zu einer Schicht eingelagerten Wär­ meträgers mit passender Temperatur erlaubt, indem es einen geringen Strömungswiderstand in der Vertikalen aufweist, weil es einen hinreichend großen Querschnitt hat, das aber andererseits noch ein im Vergleich zum Volumen des Wärmeschichtspeichers geringes Eigenvolumen auf­ weist. Geringes Eigenvolumen heißt aber u. U.: kleiner Querschnitt und hoher Durchgangswider­ stand für den vertikalen Transport des Wärmeträgers. Ähnliches gilt auch für die radiale Teil­ durchlässigkeit des Leitrohres: Hier stehen sich bei der Durchströmung der Schlitz- bzw. Spalt­ öffnung Durchlässigkeit und Strömungswiderstand antagonistisch gegenüber.

Durch die Wahl von Leitrohren gemäß dem Hauptanspruch 1 lassen sich diese Parameter be­ reits bei statischer Ausführung der Leitrohre recht einfach einstellen.

Die installationsbedingten oder sonstigen Veränderungen der für eine unvermischte Schichtung verantwortlichen Parameter jedes einzelnen Leitrohres lassen sich durch sehr einfache mechani­ sche Veränderungen des erfindungsgemäßen Leitrohres (7) beantworten. Durch die durchgehende zweifache Schlitzung dieses Leitrohres (z. B. wie in Fig. 2b), so daß statt eines Hohlzylinders mit geschlossener Mantelfläche schließlich sich zwei rinnenförmige Halb-Zylinder (7' und 7") gege­ nüberstehen, die aus dem Mantel des Hohl-Zylinders zwei im wesentlichen vertikale Spalte der Weite D offen lassen, kann einerseits der Bedingung der Stetigkeit des Verlaufs der Temperatur­ schichtung ohne Meß- und Regelwerk entsprochen werden, andererseits - indem man den gegen­ seitigen Abstand D der beiden Rinnen (7' und 7") verändert (s. die Folge der Fig. 2m, 2n, 2o) - läßt sich der radiale Durchströmungswiderstand leicht verändern.

Statische Leitrohre gemäß Anspruch 3, deren Schlitze zusätzlich durch sich überlappende Leit­ flächen ergänzt sind (z. B. Fig. 2d-2h), bieten eine weitere Reduzierung des Volumens des Be­ reiches, innerhalb dessen eine merkliche Verwirbelung des radial aus dem Leitrohr austretenden Wärmeträgers mit dem im Wärmeschichtspeicher eingelagerten geschehen kann. Strömungsmäßig vorteilhaft ist dabei eine Verjüngung des Spaltbereiches von innen nach außen gemäß Anspruch 5 (Fig. 2c, 2f, 2h), wenn man berücksichtigt, daß der im Leitrohr aufsteigende Wärmeträger im Fußbereich desselben einen Mitreißeffekt in der Art einer Saugstrahlpumpe bewirkt. Eine weitere Verringerung dieses Saugstrahlpumpeneffekts wird erzielt, indem man die Verjüngung des Spalt­ bereichs durch biegsame Lamellen gemäß Anspruch 6 gestaltet (z. B. Fig. 2f): die ausströmende Wärmeträger-Flüssigkeit drückt die Lamellen-Leitflächen auseinander, während eine etwaige Ein­ strömung des Wärmeträgers in das Leitrohr in dessen tiefergelegenen Bereichen erschwert wird; der Saugstrahlpumpeneffekt tritt praktisch nicht mehr auf.

Leicht kann man die Leitrohre aus thermisch isolierendem Material herstellen, so daß die wär­ mebedingten Diffusionseffekte zwischen Bereichen unterschiedlicher Temperatur in der Umge­ bung der zugeführten Wärmeträgersäule durch die Leitrohr-Wandung vernachlässigbar werden.

Ein wesentlicher Vorteil von statischen Leitrohr-Anordnungen gemäß einem der Ansprüche 1­ -6 liegt in ihrer leichten und billigen Realisierbarkeit (Fig. 2a-2s). Indem u. U. sich eine äußere Pumpkraft zum Zwangstransport der Wärmeträger-Säule im Leitrohr erübrigt (Schwerkraft, An­ spruch 1), entfällt das Risiko, daß eine zu kühle Wärmeträger-Säule in statischen Leitrohren zu hoch gedrückt wird, wodurch beim radialen Austritt des Wärmeträgers aus dem Leitrohr in der "falschen" Höhe unterschiedlich temperierte Wärmeträger-Teile miteinander in Kontakt kommen könnten.

Bei Leitrohren mit sich dynamisch veränderndem Querschnitt (Fig. 2u, 5-7) kann der Wärme­ träger-Kreislauf wiederum durch eine externe Umwälzpumpe betrieben werden, da aufgrund von Anordnungen gemäß einem der Ansprüche 7ff sichergestellt ist, daß eine radiale Leitrohr-Öffnung nur an solchen Stellen erfolgt, an denen der transportierte Wärmeträger weitgehend temperatur­ gleich ist wie der bereits im Wärmeschichtspeicher eingelagerte.

Des weiteren lassen sich Wärmeenergie-Zuführung in den bzw. Wärmeenergie-Entnahme aus dem Wärmeschichtspeicher leicht trennen.

Erstere geschieht durch die vorgeschlagene Leitrohr-Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1-23. Sie kann auch gesplittet werden, indem man für verschiedenrangige Heizkreise (z. B. Pri­ mär-Heizkreis: Ölbrenner mit konstant hoher Wärmeträger-Temperatur und Sekundär-Heizkreis: Solarkollektor mit Wärmetauscher bei zeitvariablen Wärmeträger-Temperaturen) getrennte Leit­ rohr-Anordnungen in den Wärmeschichtspeicher einbringt.

Letztere geschieht vorteilhaft durch geschützte Brauchwasserentnahme wie in den Ansprüchen vorgeschlagen. Nämlich geschieht der Verwirbelungsschutz durch eine Kombination von tangen­ tialer Einleitung/Ableitung des Brauchwassers mit zwei geeignet perforierten und eingebrachten Materialschichten gemäß einem der Ansprüche 39-41. Hier muß betont werden, daß die nahe der Einleitungs- bzw. Ableitungsebene anzuordnenden perforierten Materialschichten eben auf­ grund dieser Nähe dazu geeignet sind, stark verwirbelnde, weil sich schnell bewegende, horizontal rotierende Teilvolumina des Wärmeträgers sehr klein zu halten im Vergleich zur Hauptmasse des eingelagerten Wärmeträgers und von dieser zu trennen, indem sie die Verwirbelung mittels der vertikalen Tubuli der Perforation vertikal quasilaminar ausrichten und indem sie der Schichtung des Wärmeträgers durch die besagte Richtungsänderung von horizontaler Rotation zu vertikalen Fäden zuliefern. Man hat also durch die Kombination von tangentialer Ein-/Ableitung und nahe­ beigefügten perforierten Materialschichten einer hinreichenden Dickenausdehnung und günstigen Lochverteilung (Ansprüche 39-41) eine weitere Verringerung von Temperaturverlusten, indem das für die Vermischung aktive Volumen reduziert und die Ausrichtung der Strömung vertikal geglättet wird.

Schließlich muß noch auf die Vorteile von Anordnungen gemäß einem der Ansprüche 31-38 im Gegensatz zu den "tangential einmündenden" Anschlußleitungen für den Zu- bzw. Ablauf des Wärmeträgers in DE 41 21 083 A1 hingewiesen werden. Die horizontale Rotation des Wärmeträ­ gers wird in der erfindungsgemäßen Anordnung (Fig. 11) technisch erheblich einfacher und wir­ kungsvoller erzeugt. Während in der bekannten Anordnung elliptisch ausgedehnte Langschlitze für den Anschluß der externen Zuführungsrohre in der gekrümmten Wandung des Wärmeschicht­ speichers erforderlich sind, spielt weder die Form noch der Zuführungswinkel derselben in der erfindungsgemäßen eine wesentliche Rolle. Statt dessen kann sich die erfindungsgemäße Anord­ nung auf übliche einfache, kreisförmige Durchbohrungen der Wandung des Wärmeschichtspei­ chers beschränken. Auch kann eine bereits vorhandene Zuführung zum Wärmeschichtspeicher ohne weiteres belassen werden, so daß bereits existierende Wärmeschichtspeicher im Sinne der Ansprüche 31-38 leicht erfindungsgemäß nachrüstbar sind. Die Wirksamkeit der Anordnungen ist unabhängig vom Winkel der Rohre zur Wandung. Bei der bekannten Anordnung muß u. U. der ebene Schrägschnitt des Zuführungsrohres noch an die Krümmung der Wandung angepaßt wer­ den, indem Material bündig abgetragen wird. In der erfindungsgemäßen Anordnung spielen Grate von Schweißnähten und andere Unebenheiten der Zuführung keine Rolle. Insgesamt läßt sich die erfindungsgemäße Umlenkung der Strömung des Brauchwassers in eine horizontal tangentiale Richtung mit wesentlich geringerem Aufwand realisieren.

Bereits mit statischen Leitrohren lassen sich gute Ergebnisse erzielen, indem man sie gemäß Anspruch 22 schräg verlaufend und an der Unterseite geschlitzt in den Wärmeschichtspeicher einbringt. Der Wärmeträger sucht sich seine adäquate Schicht, indem er wie in einer umgekehrten Rinne nach oben "ab"-läuft und dann aus dem Leitrohr hinaus sanft radial in den Wärmeschicht­ speicher einfließt. Hervorgehoben werden muß auch hier die Kombination der beiden Merkmale.

Leitrohre mit einem dynamisch veränderbarem Querschnitt (z. B. Fig. 4 oder Fig. 5a), dessen Spaltöffnungen je nach Temperaturgefälle von innen nach außen in direkter Koppelung mit dem Wärmeträger variieren, ergeben eine weitere Verbesserung der Erhaltung der Schichtung des Wärmeträgers im Wärmeschichtspeicher (Anspruch 7ff). Die Ausführungsform gemäß Anspruch 9 bewirkt eine scharf begrenzte Höhe, in der der radiale Wärmeträger-Austritt aus dem Leitrohr erfolgen kann, so daß die geforderte Temperaturgleichheit besteht. Allerdings ist hierzu noch ein Abbild der Temperaturschichtung des Wärmeschichtspeichers erforderlich, das einem Meß- (45) und Regelwerk (47) als Sollgröße für die korrekte Einstellung des differentiellen Winkels der bei­ den koaxialen längsgeschlitzten Leitrohre dient. Auf dieses Meß- und Regelwerk kann verzichtet werden, indem man die thermische Längenausdehnung des Leitrohr-Materials bzw. von Teilen des Leitrohres ausnutzt (Anspruch 11ff und Fig. 5, z. B.). Man hat den Vorteil eines automatisch in korrekter Höhe radial geöffneten Leitrohres.

Die Erfindung zeichnet sich durch die folgenden Merkmale aus: ein- oder mehrfach oder gitter­ förmig geschlitzte, statische oder temperaturabhängig-dynamische Leitrohre, ein- oder mehrfache, koaxiale oder nebeneinanderliegende, vertikale oder geneigte Anordnung derselben in einem ein- oder mehrschaligen Wärmeschichtspeicher, tangentiale Ein-/Ableitung von Wärmeträger in den Wärmeschichtspeicher sowie Richtungsumlenkung des rotierenden Wärmeträgers im Wärme­ schichtspeicher durch Materialschichten bestimmter Dicke und Perforation im Bereich der Ein- /Ableitungsstellen. Im folgenden werden die einzelnen Merkmale anhand von Ausführungsbeispie­ len beschrieben:

Fig. 1 gibt ein mögliches Ausführungsbeispiel einer Anordnung gemäß Anspruch 1 wieder. Ge­ zeigt wird der Querschnitt eines senkrecht aufgestellten, einschaligen, zylindrischen, mit Wasser gefüllten Wärmeschichtspeichers 1. Unter diesem ist ein Wärmetauscher 2 angebracht, dessen Primärkreis (Rohre 5 und 6) zum Energielieferanten z. B. einer Anordnung aus Umwälzpumpe und Solarkollektor führt, die hier nicht näher bezeichnet sind. Der Ausgang 4 der Sekundärseite des Wärmetauschers 2 ist hydraulisch mit dem Fußpunkt des Leitrohres 7 verbunden, welches den Wärmeschichtspeicher 1 von unten nach oben durchläuft. Der Eingang 3 der Sekundärseite des Wärmetauschers 2 reicht durch die Bodenplatte des Wärmeschichtspeichers 1 ins Innere dessel­ ben.

Weiter sind in Fig. 1 bezeichnet: der Stutzen 8a der Brauchwassereinleitung 8 mit dem im Schnitt gezeigten Dreieckblechstreifen gemäß Anspruch 31 der Leitanordnung 8b, über der die perforierte Materialschicht 10 angebracht ist - der Schnitt A-A ist in Fig. 11 wiedergegeben - sowie der Stutzen 9a der Brauchwasserableitung 9 mit dem im Schnitt gezeigten Dreieckblech­ streifen gemäß Anspruch 35 der Leitanordnung 9b, unter der die perforierte Materialschicht 11 angebracht ist - der Schnitt B-B ist ebenfalls in Fig. 11 wiedergegeben. Die kühlste Temperatur des eingelagerten Wärmeträgers wird durch einen Temperaturfühler 12 angegeben.

Fig. 2 stellt verschiedene technische Ausführungen von geschlitzten Rohren in einer Auswahl von Querschnitten dar, die einerseits einen rohrartigen Hohlkörper zur axialen Fortleitung des Wärmeträgers bilden, indem sie eine nur geringfügig unterbrochene Mantelfläche bilden, die aber andererseits in radialer Richtung hinreichend durchlässig sind, damit der als Schicht bestimmter Höhe, Temperatur und Dicke in den Wärmeschichtspeicher einzulagernde Wärmeträger seitlich austreten kann.

Durch einfache Schlitzung eines Rohres mit geschlossener Mantelfläche bleibt das Leitrohr 7 in sich zusammenhängend (Querschnitt in Fig. 2a). Durch mehrfache Schlitzung entstehen mehrere Leitrohr-Teile (z. B. Querschnitte 7, 7' in Fig. 2b). Überall bezeichnen 80, 80' die im wesentlichen vertikalen Schlitzkanten, 81, 81', 81" die durch Überlappung gebildeten Spalte mit den Spaltwei­ ten D, D', D". Die durch Überlappungen gemäß Anspruch 3 gebildeten Spalte werden begrenzt durch die jeweiligen Leitflächen 31 und 32. Sie ergeben in jeder Höhe H des Leitrohres für die radial durchströmende Wärmeträger-Flüssigkeit einen Spalteingang 35 und einen Spaltausgang 36.

Fig. 2, a-h, zeigen die Querschnitte ein- und mehrteiliger längsgeschlitzter Rohre mit und oh­ ne flächige Überlappungen. Fig. 2, i-l sind koaxial kaskadierte Anordnungen je zweier Leitrohre aus Fig. 2a, b, h, in dieser Reihenfolge (Anspruch 21).

Fig. 2c, f, h zeigen eine Spaltverjüngung (Anspruch 5). Die dort sich gegenüberstehenden Leitflächen bewirken eine Bevorteilung des ausströmenden gegenüber dem eventuell eintretenden Wärmeträger insbesondere, wenn das Material, aus dem sie bestehen, mechanisch dünn, elastisch und biegeweich ist.

Um dem Gegensatz von wachsendem Durchströmungswiderstand für den seitlichen Austritt der Wärmeträger-Flüssigkeit bei engerer Durchgangsöffnung einerseits und andererseits der grö­ ßeren Verwirbelungsfreiheit bei engerer Durchgangsöffnung Rechnung tragen zu können, wenn sich der Druck des Wärmeträgers am Einspeisepunkt des Leitrohres durch Veränderung von Sys­ temparametern verändert, braucht man im Falle von z. B. zwei durchgehenden Längsschlitzen (Fig. 2b) oder -spalten Fig. 2, m-o, lediglich den Abstand der beiden durch die Schlitzung ent­ standenen Leitrohr-Teile geringfügig zu variieren, um einen optimalen Kompromiß einzustellen. Eine Veränderung, wie in der Serie der Fig. 2, m-o, gezeigt, erlaubt leicht einen Kompromiß der Strömungsparameter einzustellen, so daß einerseits eine geringe Vermischung des transportierten mit dem umgebenden Wärmeträger (geringe Spaltbreite, großer Laufweg nach außen), aber ande­ rerseits ein nicht zu hoher Durchgangswiderstand (große Spaltbreite, kleiner Laufweg) entsteht. Während in Fig. 2, m-o, die Einstellung durch Verschieben, in 2c durch Verdrehen der beiden Halbrohre geschieht, wird sie in Fig. 2k z. B. durch Verdrehen des mittleren Rohres gegenüber den feststehenden inneren und äußeren Rohren erreicht.

Insbesondere die Verbiegung wird benutzt, indem von statischen Leitrohren (Anspruch 1-6) zu dynamischen Leitrohren (Ansprüche 7ff) übergegangen wird, bei denen sich die Spaltbreite durch Verbiegung der Lamellen automatisch einstellt. Hierzu wird die thermisch bedingte Län­ genausdehnung der dür die Spaltweiteneinstellung maßgeblich Leitrohr-Teile (19, 37 bzw. 20, 38 in Fig. 5a) ausgenutzt, die geeignet mit den die Spaltöffnung bildenden Leitrohr-Teilen (21 bzw. 22) gekoppelt sind. Erstere sollten günstigerweise in Direktkontakt mit der Wärmeträger- Flüssigkeit im bzw. außerhalb des Leitrohres stehen (Anspruch 13).

Fig. 7 zeigt die logische Und-Verknüpfung der Schlitzstellen gemäß Anspruch 12 in Bezug auf die Durchlässigkeit an drei verschiedenen Stellen des Wärmeschichtspeichers mit Beispiel- Temperaturen. Die vertikal durchgehenden Lamellen verwinden sich über die Länge des Leitrohrs dergestalt, daß dieses nur im mittleren Fall in radialer Richtung voll durchlässig ist, wo der ange­ lieferte wie auch der bereits eingelagerte Wärmeträger 50 Grad C warm ist. Hierdurch wird bei Ausnutzung der jeweiligen Maximaltemperaturen eine gute Temperaturschichtung des Wärmeträ­ gers im Wärmeschichtspeicher erreicht, indem die Wärmeträger-Flüssigkeit nur im Bereich der mit gepunkteter Linie bezeichneten mittleren Stelle (Fig. 7b) aus dem Leitrohr austritt. In der Fig. 7 wird von zweilagigen Lamellen ausgegangen. Eine mögliche Aufspleißung der beiden Schichten gegeneinander ist übertrieben dargestellt.

Der in Fig. 7 skizzierte Effekt der in der Art eines logischen Und-Gatters für den von innen nach außen strömenden Wärmeträger in Serie geschalteter Spalteingänge 35 bzw. -ausgänge 36, wie er zur Erfüllung des Anspruchs 12 mittels dreischichtiger, für die Spaltweitenveränderung verantwortlicher Leitrohr-Teile nach den Ansprüchen 14ff unbedingt erforderlich ist, wird nur dann erreicht, wenn die die Leitflächen bildenden Leitrohr-Teile symmetrisch gegeneinander "ga­ beln". In jeder Höhe des Leitrohres bildet sich ein Spalt durch Überlappung von Leitflächen, der einen Spalteingang 35 und einen Spaltausgang 36 hat, die, jeweils unabhängig voneinander varia­ bel, miteinander wirken wie zwei Schalter eines Stromkreises, die in Serie geschaltet sind: Ein (Wärmeträger-/elektrischet) Strom fließt dann und nur dann, wenn der mit dem Spalteingang in Serie geschaltete Spaltausgang gleichzeitig offen/beide Stromschalter gleichzeitig geschlossen sind.

Fig. 2r und 2s zeigen im Querschnitt Ausführungsbeispiele von Leitflächen für statische Leit­ rohre, Fig. 2t und 2u solche für dynamisch veränderliche Leitrohre (Ansprüche 7ff). Fig. 2p-u geben statische Leitrohr-Querschnitte mit ein, zwei, vier bzw. acht Spalten an, die gemäß An­ spruch 3 durch Überlappungen von Mantel-Teilflächen mit sich selbst entstehen.

Zwar lassen sich die Querschnitte aus Fig. 2t und 2u beide geometrisch auf den in Fig. 2r ge­ zeigten zurückführen, aber nur in Fig. 2u ist der in Anspruch 12 beschriebene "Und-Gatter- Effekt" möglich. Wenn 21 bzw. 22, wie in Anspruch 15 z. B. und in der Detailskizze Fig. 5 be­ schrieben, die beweglichen Lamellen darstellen, erkennt man, daß beide Spaltseiten 35 und 36 in Fig. 2u gemäß Anspruch 12 variabel sind, während in Fig. 2t über dem gemeinsamen Spalt die bewegliche Lamelle 21 der Leitfläche einerseits der fixierten Fläche 18 andererseits gegenüber­ steht und damit nicht Anspruch 12 genügt. Fig. 2t funktioniert nicht im Sinne von Anspruch 4, 12.

Insbesondere die Entstehung eines Querschnitts aus "halben U-Profilen" gemäß Anspruch 4 wird in Fig. 5 aufgezeichnet. Die rechte Hälfte der Skizze kann symmetrisch durch Spiegelung an der Symmetrieebene 84 aus der linken ergänzt werden, Fig. 5a ist nur zur Hälfte detailliert ausge­ arbeitet.

Man sieht den Querschnitt zweier rechtwinkliger U-Profile 7' bzw. 7", wobei mindestens de­ ren Schenkel 37 bzw. 38 aus einem Material mit großem thermischem Längenausdehnungskoeffi­ zienten bestehen. Die die Spaltöffnung bildenden Leitrohr-Teile (die Leitflächen 21 bzw. 22) und die für die Spaltweiteneinstellung maßgeblichen Leitrohr-Teile (19, 37 bzw. 20, 38) sind gemäß Anspruch 12 gesondert ausgeführt:

Die die Spaltöffnung bildenden Leitrohr-Teile 21 bzw. 22 sind in Fig. 5 als zweischichtige La­ mellen mit den beiden Lamellenschichten 21', 21" bzw. 22', 22" und den Zwischenräumen 21''' bzw. 22''' dargestellt. Der Spalteingang 35 hat die Spaltweite D', und der Spaltausgang 36 hat die Spaltweite D".

Die für die Spaltweiteneinstellung maßgeblichen Leitrohr-Teile (19, 37 bzw. 20, 38) bestehen in Fig. 5a aus den beiden äußeren Schichten 19 und 37 bzw. 20 und 38, zwischen denen jeweils die gemäß Anspruch 18 verbreiterten Lamellen als mittlere Schichten liegen. Gemäß Anspruch 13 stehen die Schichten 37 bzw. 38 in thermischem Direktkontakt zum im Leitrohr befindlichen Wärmeträger, die anderen äußeren Schichten (19 bzw. 20) zum um das Leitrohr außen herum befindlichen Wärmeträger und führen, wenn sie an den Stellen 29 bzw. 30 mit den Basen der U- Profile gegeneinander verbunden sind, im Bereich der gegenüberliegenden Kanten bei Tempera­ turveränderungen gemäß Anspruch 14 Scherbewegungen durch. Die äußeren Schichten müssen einen beträchtlichen thermischen Längenausdehnungskoeffizienten aufweisen, damit die Spaltwei­ tenvariation pro Grad C Temperaturdifferenz von innen nach außen genügend groß wird. Geeig­ net sind Kunststoffe mit Werten von mindestens 100 × 10^-6/Grad C. Es wird günstig ein Kunst­ stoff gewählt mit einem Längenausdehnungskoeffizienten von größenordnungsmäßig 70 bis 200 × 10^-6/Grad C, z. B. Polykarbonate, HDPE, Plexi-Glas.

Die Lamellenbefestigungen befindet sich an den (vertikalen) Linien 25, 27 bzw. 26, 28 (Fig. 5a). Die Lamellen sind auch gleichermaßen die isolierenden Zwischenschichten zwischen den für die Spaltweiteneinstellung maßgeblichen Schichten (19, 37 bzw. 20, 38), indem sie in deren Zwi­ schenraum hinein verbreitert sind. Bei thermisch bedingter Scherung der für die Spaltweitenein­ stellung maßgeblichen Leitrohr-Teile verwinden sich die Lamellenkanten 23 bzw. 24 gemäß An­ spruch 12 und 8.

Mit einer Arretierung 33 bzw. 34 der beiden Lamellenschichten 21' mit 21" bzw. 22' mit 22" gemäß Anspruch 20 von der beweglichen Falz 23 bzw. 24 her in Richtung auf die Befestigungsli­ nien 25, 27 bzw. 26, 28 zu kann ihre seitliche Auslenkung pro Grad C vergrößert werden, indem der Spleiß-Effekt und damit ihre Krümmungsradien verkleinert werden. Natürlich müssen die Schichten der Lamellen zwischen ihren zugehörigen äußeren Schichten frei gegeneinander frei beweglich sein. Ohne den Effekt der Spleißung und der unter Annahme einer kreisförmigen Krümmung der beiden Lamellenschichten erhält man näherungsweise die seitliche Auslenkung y = (L . x/l) . (1 ± |cos|(l/x)) (s. Fig. 6c); wobei x < = der Dicke der Zwischenschicht 21''' bzw. 22''' ist, L die Lamellenbreite und l die Scheramplitude, der Längenunterschied der thermisch gedehn­ ten/kontrahierten Schichten 19, 37 bzw. 20, 38. Fig. 6a und 6b geben ergänzende Ansichten hier­ zu und zu Fig. 5a wieder.

In Fig. 6, d-f, sind gemäß Anspruch 31 weitere Ausführungsmöglichkeiten für Leitflächen angegeben, die den Anspruch 16 erfüllen, indem sie die Scherbewegung in die geforderte, im Querschnitt seitliche Verwindung umwandeln und dabei die Amplitude im Verhältnis der Strecken x zu x' gemäß den Strahlensätzen der Geometrie vergrößern.

Fig. 5b zeigt eine zu Fig. 5a ähnliche Anordnung. Jedoch sind mit den Stellen 23 bzw. 24 ma­ ximaler seitlicher Auslenkung (23 bzw. 24) Spaltgitter 17 bzw. 18 verbunden, denen - gleiche Temperaturen zwischen Wärmeträger im Inneren und Äußeren vorausgesetzt - deckungsgleich und bündig die feststehenden Spaltgitter 13 bzw. 14 gegenüber stehen. Bei Verwindung der La­ mellen 23 bzw. 24 um die kleine Strecke der Breite einer Einzelspaltöffnung wird genau die n- fache Breite einer Einzelspaltöffnung im Spalteingang 35 bzw. 36 geöffnet/geschlossen (n ist die Zahl der Einzelspalte). Man erhält einen Multiplikator-Effekt gemäß Anspruch 19 und den in An­ spruch 12 erwähnten Effekt des Und-Gatters für die Durchströmung des Wärmeträgers. Um die Verwindung der Lamellen 21 bzw. 22 nicht zu behindern, werden die beweglichen Gitterflächen 17 bzw. 18 durch horizontale Schnitte unterteilt (Anspruch 18).

In einer Anordnung gemäß Fig. 5c wird entweder ein sehr hoher Längenausdehnungskoeffi­ zient der beiden für die Spaltweiteneinstellung maßgeblichen Leitrohr-Teile 20, 38 notwendig oder eine sehr feine Gitter-Unterteilung gemäß Anspruch 18 oder eine erhebliche Breite der für die Spaltweiteneinstellung maßgeblichen Leitrohr-Teile 20, 38, so daß sich dann der oben erwähn­ te Multiplikatoreffekt ebenfalls ergibt. Im Querschnitt der Fig. 5c sind die Brücken der Haltevor­ richtungen zwischen den Stegen der Spaltgitter nur angedeutet (Punkte zwischen den Stegen).

Das Leitrohr wurde in Fig. 1 vertikal ohne seine Details dargestellt. Die Fig. 12, a und b, zei­ gen je ein durchgehend längsgeschlitztes Leitrohr 7 in verschiedener Ausrichtung und Form im Wärmeschichtspeicher 1, wie es von Anspruch 22 gefordert wird.

In Fig. 8a ist ein Wärmeschichtspeicher dargestellt, dessen Querschnittsdimensionen größer sind als seine Höhe. In ihn sind mehrere vertikale Leitrohre eingebracht, deren Fußpunkte hydrau­ lisch quasi parallel gemäß Anspruch 23 gespeist werden. Diese Anordnung ist sinnvoll, wenn die Laufstrecken des horizontal einfließenden Wärmeträgers so groß werden, daß eine Vermischung mit Temperaturausgleich über der Laufzeit nicht mehr vernachlässigt werden kann. Man vermei­ det die Bildung eines Keils (Fig. 8b, c) mit großen vertikalen Ausdehnungen, an dessen Grenzflä­ chen beträchtliche Verwirbelungen durch vertikale Temperaturgradienten auftreten könnten. Die Anordnung in Fig. 8a leitet den einzuspeisenden Wärmeträger über einen leicht aufsteigenden Rohrverteiler gemäß Anspruch 23 zu den Fußpunkten der Leitrohre, und die Ableitung geschieht zwischen diesen über einen horizontalen Rohrsammler (hier horizontal eingezeichnet) gemäß An­ spruch 23. Hierdurch kann das Gesamtsystem bei passender Auslegung der einzelnen Querschnit­ te für Betrieb mit Schwerkraft, ohne Umwälzpumpe, ausgelegt werden (Anspruch 1).

In einem schalenförmigen Aufbau des Wärmeschichtspeichers (Fig. 9) gemäß Anspruch 24 wird ein konzentrischer Temperaturgradient mit der innersten Schale 1A als der wärmsten, der äußersten 1C als der kühlsten Schale erzeugt. Hierdurch wird der Wärmeverlust nach außen redu­ ziert. Die parallele Einspeisung des Wärmeträgers (an den richtigen Höhen in der jeweiligen Scha­ le) bei serieller Brauchwasserentnahme (Rohranschluß 9 aus dem wärmsten Bereich) garantiert eine größere effektive Höhe h_a + h_b + h_c des Wärmeschichtspeichers als Summe der Höhen h_a, h_b, h_c der einzelnen Schalen bei gleichzeitig optimal geringer Gesamtoberfläche.

Die Höhen der einzelnen Schalen werden von (hier senkrecht gestellten) Leitrohren 7A, 7B und 7C durchlaufen. Die "Über"-läufe von weiter innen gelegen Schalen nach weiter außen gele­ genen Schalen werden durch die Rohre 48 und 49 repräsentiert, deren jeweilige Einmündungen analog wie im einschaligen Fall gemäß den Ansprüchen 31 und 35 mit tangentialen Anordnungen 8A-C und 9A-C in insgesamt als zylindrisch angenommenen Schalen des Wärmeschichtspei­ chers geführt werden. Die perforierten Materialschichten 10, 11 gemäß einem der Ansprüche 39-­ 41 sind im Querschnitt des Wärmeschichtspeichers in Fig. 1, jedoch in Fig. 9 und 10 der Einfach­ heit halber nicht eingezeichnet. Die Ableitungen des aufzuheizenden Wärmeträgers geschehen durch einen Rohrsammler 44 gemäß Anspruch 23.

Jedes Leitrohr wird über den Rohrsammler 43 und einen Zubringerrohr gespeist, in dem ein Rückschlagventil 51, 52 oder 53 eingebaut ist, das normalerweise für die aufsteigende Wärmeträ­ ger-Flüssigkeit durchlässig ist, jedoch durch ein Druckgefälle in umgekehrter Richtung geschlos­ sen wird. Diese Rückschlagventile sind wesentlich für das Funktionieren der Anordnung gemäß Anspruch 26. Sie verhindern bei Brauchwasserentnahme, daß dieses z. B. über eine Kurzschlußstrecke 8C-7C-43-58-7A-9 fließen kann und die Schichtung des Wärmeträ­ gers im Wärmeschichtspeicher zerstört.

Dem gleichen Zweck dienen die über eine Federkraft vorgespannte Ventile 41A-41C. Sie verhindern einen Kurzschluß der Einlagerung von Brauchwasser z. B. über den Weg 8C-44-3­ 4-7A-9A-9, wodurch die Schichtung ebenfalls gestört würde. Wesentlich ist hierbei, daß die Vorspannung des Ventils 41 so eingestellt ist, daß der aufgrund der Schwerkraft oder aufgrund einer Umwälzpumpe in der erwünschten Richtung entstehende Fluß des im Wärmetauscher (2) aufgeheizten Wärmeträgers aufrechterhalten bleibt, daß die Ventile (41A-41C) jedoch durch das sich bei Brauchwasserzuführung/-entnahme aufbauende höhere Druckgefälle in gleicher Rich­ tung verschlossen werden. Das Brauchwasser ist durch die Ventilanordnung 51-53 und 41 ge­ zwungen, die Schalen des Wärmeschichtspeichers in der Reihenfolge 7C-7B-7A und jeweils von unten nach oben zu durchfließen. Zusammen mit den erwähnten perforierten Materialschich­ ten (Ansprüche 39-41) und den tangential geführten Einleitungen (Ansprüche 31-38) wird ins­ gesamt die Schichtung des Wärmeträgers durch Brauchwasserzuführung und -entnahme nicht gestört.

Analog zu Fig. 3 für den einschaligen ist in Fig. 10, a-c das Aufheizen am Beispiel eines drei­ schaligen Wärmeschichtspeichers (1A - 1C) dargestellt. Zunächst sei angenommen, daß alle drei Schalen 10 Grad C kalten Wärmeträger enthalten. Dann soll eine Zeitlang 55 Grad C warmer Wärmeträger über die Zuleitung 4 zur Verfügung stehen. Der Wärmeträger steigt über den Trich­ ter 58 in Leitrohr 7A und füllt die Schale 1A von oben beginnend nach unten auf. Wird die Ober­ kante des unteren Stutzens 8A des "Überlauf"-Rohres 48 erreicht, beginnt das Auffüllen der mitt­ leren Schale von oben nach unten. Ein solcher Zustand ist in Fig. 10a dargestellt. Die übrigen Leitrohre und Trichter 57 sind nicht aktiv. Das Auffüllen würde andauernd so weiter gehen, bis die äußerste Schale ganz mit 55 Grad C warmem Wärmeträger gefüllt ist (Überlauf auch über Rohr 49).

Wenn in Rohr 4 zu einer solchen Situation, wie in Fig. 10a dargestellt, 85 Grad C heißer Wär­ meträger eingespeist wird, wird die innerste Schale 1A von oben nach unten mit diesem aufgefüllt, während das gleiche Volumen des 55 Grad C warmen Wärmeträgers durch Rohr 48 noch nach Schale 1B gedrückt wird. Evtl. läuft Schale 1B über 49 nach 1C über. Man erhält dann z. B. den in Fig. 10b gezeigten Zustand des Schalenspeichers.

Das Zwischenlagern einer weiteren Schicht mit dem in Fig. 10c gezeigten Endzustand ge­ schieht folgendermaßen. Wenn in Rohr 4 65 Grad C warmer Wärmeträger ansteht, kann dieser über Trichter 58 noch bis zur Oberkante des unteren Stutzens 8A des "Überlauf"-Rohres 48 auf­ steigen und in letzterem bis zur Trenngrenze zwischen der 85 Grad C und der 55 Grad C warmen Schicht, aber nicht weiter. D. h. die Schalen 1A und 1B bleiben auf dem Weg über Trichter 58 unberührt. Dann aber füllt sich das Rohr zwischen dem Leitrohr 7A und dem Trichter 58 von o­ ben nach unten ebenfalls auf, und schließlich wird Trichter 58 überspült, und der 65 Grad C war­ me Wärmeträger erreicht über Trichter 57 das Leitrohr 7B. In bekannter Weise lagert er sich in der mittleren Schale zwischen die 85 Grad C und die 55 Grad C warme Schicht ein, während gleichzeitig die 55 Grad C warme Schicht in der äußersten Schale anwächst und die kälteste Schicht (10 Grad C) durch das Ableitungsrohr 44 in der äußersten Schale nach außen zum Wär­ metauscher verläßt. Der Zustand ist in Fig. 10c dargestellt.

Zu bemerken ist noch, daß der Wärmeträger, bevor er durch das Ableitungsrohr z. B. aus Schale 1A abfließen kann, durch 48 zur nächsten Schale überfließt.

Wenn die Einspeisung durch Wirkung der Schwerkraft geschieht, ist die Reihenfolge wichtig. Man hat sich aufsteigenden, weil wärmeren Wärmeträger immer wie ein durch eine umgekehrte Rinne "ablaufende" Flüssigkeit vorzustellen. Deshalb die umgekehrten asymmetrischen Trichter gemäß Anspruch 28 und 29. Erst muß der aufgewärmte Wärmeträger versuchen, über Leitrohr 7A Zugang zur innersten Schale zu erhalten. Erst falls diese mit hinreichend warmem Wärmeträ­ ger "überläuft" wird der Zugang zum nächsten Eingang 57 zu 7B gesucht.

Die inneren Schalen aus Styropor o. ä. Material zu gestalten, hat den Vorteil der weiteren Iso­ lation gegen Wärmeverlust. Sie brauchen nicht druckstabil zu sein. (Anspruch 25).

Claims (41)

1. Wärmeschichtspeicher (1) zur Einspeisung eines flüssigen Wärmeträgers durch den Fußpunkt mindestens eines in radialer Rich­ tung teildurchlässigen, vertikal oder schräg angeordneten Leitrohres (7) an einer Stelle, die nicht höher als die Schicht der Entnahme des Wärmeträgers aus dem Wärmeschicht­ speicher (1) liegt, nach der Aufheizung des Wärmeträgers in einem Wärmetauscher (2), wobei der Sekundärkreislauf des Wärmetau­ schers (2) hydraulisch unter dem tiefsten Punkt des Wärmeschichtspeichers (1) ange­ bracht ist und der Kreislauf des Wärmeträ­ gers allein aufgrund der Wirkung der Schwerkraft auf die temperaturbedingt un­ terschiedlich dichten Teile des Wärmeträgers erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelfläche des Leitrohres - bis auf Brücken der Haltevorrichtung - ein- oder mehrfach in seiner Längsrichtung jeweils durchgehend, geschlitzt ist, so daß sie aus einem (7) oder mehreren (7', 7", ...), in axia­ ler Richtung längsdurchgehenden Teilen be­ steht, deren gegenüberstehend zugeordnete Schlitzkanten (80, 80') Spalte (81, 81', 81", ...) bestimmter Weite (D) zur Durchströ­ mung des Leitrohres von innen nach außen offen lassen.

2. Wärmeschichtspeicher gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Weite (D) der Spalte (81, 81', 81", ...) durch

• - Verformung des Leitrohres oder der Leit­ rohr-Teile,
• - Verdrehung der Leitrohr-Teile gegeneinan­ der,
• - Verschiebung der Leitrohr-Teile gegeneinander einstellbar ist.

3. Wärmeschichtspeicher gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Hö­ he (H) des Leitrohres

• - durch partielle Überlappungen der Mantel­ fläche des Leitrohres im Bereich der Schlitz­ kanten (80, 80', ...) des Leitrohres mit sich selbst oder durch gegenseitige Überlappun­ gen von sich jeweils gegenüberstehenden Leitrohr-Teilen (7', 7", ...) Paare von Leit­ flächen (31 bzw. 32) ausgebildet werden,
• - deren zwischenliegende Spalte (81, 81', 81", ...) bestimmter Weite (D, D', D", ...) den Wärmeträger in radialer Richtung vom Spalteingang (35) zum Spaltausgang (36) in dieser Reihenfolge aus dem Inneren des Leit­ rohres in seine Umgebung in den Wärme­ schichtspeicher (1) ausleiten.

4. Wärmeschichtspeicher gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die die Spal­ te (35 bzw. 36) begrenzenden Leitflächen (31 bzw. 32) in der Mantelfläche des Leit­ rohres (7) von einem oder mehreren Paaren von Schenkeln einander gegenüberstehender, in axialer Richtung gestreckter halber U- Profile (7' bzw. 7") gebildet werden.

5. Wärmeschichtspeicher gemäß einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Überlappung gebildeten Spal­ te (81, 81', 81", ...) sich im spitzen Winkel zu den Außenkanten hin verjüngen.

6. Wärmeschichtspeicher gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die

• - die verjüngenden Spalte bildenden Leitflä­ chen (31 bzw. 32) Lamellen aus mechanisch dünnem, elastischem, biegeweichem Material bestehen,
• - ohne Druck sich gegenseitig oder die Man­ telfläche des gegenüberstehenden Leitrohr- Teiles mit ihren freien Längskanten berühren oder annähernd berühren.

7. Wärmeschichtspeicher gemäß einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spalte (81, 81', 81", ...) durch die thermischen Längenausdehnungskoeffizien­ ten temperaturbedingt des Leitrohr-Materials variable Durchlaßweiten (D' bzw. D") ha­ ben.

8. Wärmeschichtspeicher gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitrohr (7) jeweils der aktuellen Temperaturvertei­ lung entsprechend genau in einer solchen Höhe (H) über seinem Fußpunkt in radialer Durchströmungsrichtung maximal geöffnet ist, an der Temperaturgleichheit zwischen dem im Leitrohr (7) transportierten Wärme­ träger und der außenliegenden Schicht des bereits im Wärmeschichtspeicher (1) einge­ lagerten Wärmeträgers herrscht, an den übri­ gen Stellen jedoch weniger oder nicht.

9. Wärmeschichtspeicher mit koaxialer An­ ordnung zweier geschlitzter Rohre (7b, 7d) mit kreisrundem Querschnitt gemäß An­ spruch 8 mit einem dem Innenradius des Au­ ßenrohres paßgenau entsprechenden Außen­ radius des Innenrohres, wobei jeweils eines der beiden Rohre achsparallel geschlitzt (7a), das andere jedoch nicht achsparallel ge­ schlitzt ist, sondern spiralig schräg (7c) zur gemeinsamen Achse, außerdem eines der beiden Rohre fest, das andere jedoch nicht fest steht, sondern um seine Längsachse im Wärmeschichtspeicher drehbar angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Win­ kelunterschied beider Rohre bezüglich ihrer axialen Drehung in Abhängigkeit von der Temperatur des einzubringenden Wärmeträ­ gers einerseits und dem Abbild der vertikalen Temperaturschichtung des Wärmeschicht­ speichers in einem Meß- (12) und Regelwerk (45, 47) andererseits jeweils aktuell so einge­ stellt wird, daß die durch die Überlappung der Schlitze beider Rohre entstehende radiale Öffnung (46) sich an einer Stelle in der Höhe (H) über dem Fußpunkt des Leitrohres bil­ det, an der Temperaturgleichheit des durch das Leitrohr-Innere transportierten Wärme­ trägers zum im Außenbereich des Leitrohres im Wärmeschichtspeicher (1) eingelagerten Wärmeträger besteht.

10. Wärmeschichtspeicher gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß für die temperaturabhängige Einstellung der Spalt­ weiten kein vermittelndes Meß- (12) und Regelwerk (45, 47) erforderlich ist.

11. Wärmeschichtspeicher gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die die Spaltöffnung bildenden Leitrohr-Teile (21 bzw. 22) von den für die Spaltweiteneinstel­ lung maßgeblichen Leitrohr-Teile (19, 37 bzw. 20, 38) thermisch getrennt ausgebildet und mechanisch geeignet mit diesen verbun­ den sind.

12. Wärmeschichtspeicher gemäß einem der Ansprüche 7-11, dadurch gekennzeich­ net, daß die die Spaltöffnung (35-36) bil­ denden Leitrohr-Teile (21 bzw. 22) so ange­ bracht sind, daß sie je unabhängig voneinan­ der einen mit den für die Spaltweiteneinstel­ lung maßgeblichen Leitrohr-Teile mecha­ nisch verbundenen Spalteingang bzw. -Ausgang bilden, deren jeweilige Strömungs­ widerstände für den radialen Austritt des Wärmeträgers aus dem Leitrohr (7) in Serie geschaltet sind, wobei der Spalt (35-36) genau dann für den radialen Austritt des Wärmeträgers aus dem Leitrohr (7) maximal offen ist, wenn der Spalteingang (35) und gleichzeitig der Spaltausgang maximal offen ist (logische Und-Bedingung).

13. Wärmeschichtspeicher gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die für die Spaltweiteneinstellung maßgeb­ lichen Leitrohr-Teile (19, 37 bzw. 20, 38) zweifach unterteilt sind und
• - sich die Längenabmessungen jedes der bei­ den Unter-Teile (z. B. 19, 20) im wesentli­ chen unabhängig vom jeweils anderen Unter- Teil (z. B. 37, 38) durch ihre jeweilige Um­ gebungstemperatur bestimmen und
• - der erste der beiden Unter-Teile (z. B. 37, 38) thermisch ins Leitrohr-Innere koppelt und
• - der zweite der beiden Unter-Teile (z. B. 19, 20) thermisch in die Umgebung des Leitroh­ res (7) koppelt.

14. Wärmeschichtspeicher gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die bei­ den Unter-Teile der für die Spaltweitenein­ stellung maßgeblichen Leitrohr-Teile (19, 37 bzw. 20, 38) benachbarte flächige Schichten sind, die durch eine dazwischen liegende (dritte), thermisch isolierende Schicht (21 bzw. 22) getrennt sind und deren thermisch bedingte Differenz der Variation ihrer Brei­ ten in jeder Höhe des Leitrohres eine gegen­ seitige Scherung erzeugt, die durch geeigne­ te mechanische Kopplung über Richtungsumlenkung und Hebelwirkung der Scherkräfte mit den die Spaltöffnung bildenden Leitrohr-Teilen (21 bzw. 22) annähernd proportional ist zur Variation der Querschnittsfläche des Spaltes (35 bzw. 36).

15. Wärmeschichtspeicher gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die die Spaltöffnungen bildenden Leitrohr-Teile (21 bzw. 22) als streifenförmige, dünne Lamellen aus biegsamen, elastischem und thermisch isolierendem Material geformt sind, deren Befestigung an den Leitrohr-axialen Linien (25, 27 bzw. 26, 28) maximaler thermisch bedingter Scheramplitude der für die Spalt­ weiteneinstellung maßgeblichen Leitrohr- Teile (19, 37 bzw. 20, 38) starr arretiert, elastisch oder drehbar erfolgt und die, in ihrer Breite vergrößert, gleichermaßen die isolierende Mittelschicht zwischen den für die Spaltweiteneinstellung maßgeblichen Leitrohr-Teilen bilden.

16. Wärmeschichtspeicher gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der für die Verengung/Erweiterung des Spaltes durch axiale Verwindung der Lamellen (21 bzw. 22) effektiv wirksame Abstand (x) im Bereich ihrer Befestigungslinien an den bei­ den mit ihnen verbundenen äußeren, gegen­ einander scherenden Schichten (19, 37 bzw. 20, 38) geringer ist als die Dicke (x') der Lamellen selbst.

17. Wärmeschichtspeicher gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die La­ mellen durch Zusammenfaltung eines dün­ nen, flächigen Materialstreifens zweilagig sind, wobei in den Zwischenräumen (21''' bzw. 22''') zwischen den beiden Lagen (21', 21" bzw. 22', 22") der Lamellen (21, 22), von den Falzen (23, 24) der Lamellen an beginnend, in Richtung auf die diesen gege­ nüberliegenden Kanten jeweils derselben Lamellen zu, eine flächige Arretierung der beiden Lagen der betreffenden Lamellen ge­ geneinander über einen Teilbereich (33 bzw. 34) des Zwischenraumes (21''' bzw. 22''') der jeweiligen Lamellen besteht.

18. Wärmeschichtspeicher gemäß einem der Ansprüche 1, 2, dadurch gekennzeich­ net, daß jeweils mindestens zwei durchge­ hende Längsschlitzungen des Leitrohres Ein­ zelschlitze (81) eines zur Achse des Leitroh­ res parallel ausgerichteten, in sich starren Spaltgitters (13, 14, 17, 18) mit Stegen (82) bilden, wobei die Fläche jedes Steges (82) zwischen zwei Einzelschlitzen (81) mindes­ tens gleichgroß ist, wie die Fläche jedes sei­ ner benachbarten Einzelschlitze (81) und alle Stege (82) des Spaltgitters untereinander gleichgroß sind und alle Einzelschlitze (81) des Spaltgitters untereinander gleichgroß sind.

19. Wärmeschichtspeicher gemäß einem der Ansprüche 1-18, dadurch gekennzeich­ net, daß am Spalteingang (35) und am Spaltausgang (36) des Leitrohres (7) je ein Paar von Spaltgittern (13, 17 bzw. 14, 18) angebracht ist, wobei je eines (18 bzw. 17) der beiden Spaltgitter eines Spaltgitterpaares mit der beweglichen Kante einer Lamelle (21 bzw. 22) verbunden ist und durch die ther­ misch bedingte Auslenkung derselben gegen das zweite (14 bzw. 13), im Leitrohr festste­ hende Spaltgitter eines Spaltgitterpaares in der Horizontalen zur Gitterebene parallelflä­ chig gegeneinander verschiebbar ist.

20. Wärmeschichtspeicher gemäß Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den freien Lamellenkanten (23 bzw. 24) ver­ bundenen, beweglichen Spaltgitter (14 bzw. 13) horizontale Trennschnitte aufweisen, wobei sich die einzelnen horizontalen Teile der beweglichen Spaltgitter (17, 18) bei jeder möglichen Verbiegung der mit ihnen verbun­ denen Lamellen (21 bzw. 22) überlappen.

21. Wärmeschichtspeicher mit mehreren Leitrohren gemäß einem der Ansprüche 1-­ 20, dadurch gekennzeichnet, daß sie, im Radius des Querschnitts ihrer jeweiligen Mantelfläche gestaffelt, eine koaxiale Kaska­ de für den Strom des Wärmeträgers von in­ nen nach außen durch das Leitrohr (7) bil­ den.

22. Wärmeschichtspeicher gemäß einem der Ansprüche 1-21, dadurch gekennzeich­ net, daß die Leitrohre eine nicht rein vertika­ le, sondern gegen die Vertikale mit einem von Null verschiedenen Winkel

• - geneigte Haupttransportrichtung der Wär­ meträgersäule durch den Wärmeschichtspei­ cher hindurch haben
• - ihre oberhalb der axialen - in vertikaler Pro­ jektion auf eine horizontale Fläche maximier­ te - Querschnittsebene liegende Mantel- Teilfläche eine geschlossene, innen glatte, umgekehrte Rinne für die in der Leitrohr- Anordnung aufsteigende wärmere Strömung bildet.

23. Wärmeschichtspeicher gemäß einem der Ansprüche 1-22, dadurch gekennzeichnet, daß meh­ rere der die Höhe des Wärmeschichtspei­ chers (1) durchlaufende Leitrohre (7) neben­ einander angebracht sind und an ihren jewei­ ligen Fußpunkten über einen gegen die Hori­ zontale in Flußrichtung des Wärmeträgers aufsteigenden Rohrverteiler (43) parallel eingespeist werden und daß die Rückführung des aufzuheizenden Wärmeträgers in den Wärmetauscher über einen gegen die Hori­ zontale in Flußrichtung des Wärmeträgers fallenden Rohrsammler (44) von mehreren Stellen aus der tiefsten Ebene des Wärme­ schichtspeichers ebenfalls parallel geschieht.

24. Wärmeschichtspeicher (1) mit Leitrohren (7A-7C) gemäß Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß er aus mindestens einer oder mehreren, einander zumindest in Teilbe­ reichen ihrer Mantelflächen schalenartig um­ hüllenden Volumina (1A-1C) besteht,

• - deren Wärmeträger-Inhalt über mindestens je ein die Höhe seiner zugeordneten Schale durchlaufendes Leitrohr (7A-7C) jeweils in Bezug auf alle anderen Schalen parallel ein­ gespeist und parallel zum Wärmetauscher (2) zurückgeführt wird,
• - und
• - deren Brauchwasserdurchfluß, ausgehend von der Stelle der Einspeisung (8C) des Brauchwassers aus einer tiefstgelegenen Schicht der äußersten Schale (1C)
• - nach möglicher Erwärmung in der äußers­ ten Schale (1C) durch ein Überlaufrohr (49) von einer höchstgelegenen Schicht (9C) der äußersten Schale (1C) zu einer tiefstgelege­ nen Schicht (8B) der zweitäußersten Schale (1B)
• - nach möglicher Erwärmung in der zweitäu­ ßersten Schale (1B) durch ein Überlaufrohr (48) von einer höchstgelegenen Schicht (9B) der zweitäußersten Schale zu (1B) einer tiefstgelegenen Schicht (8A) der drittäußers­ ten Schale (1A) ... usw. ...
• - bis zu einer tiefstgelegenen Schicht (8A) der innersten Schale in räumlicher Aufeinan­ derfolge seriell geschieht.

25. Wärmeschichtspeicher gemäß Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandungen aller innerer oder einzelner inne­ rer Schalen des Wärmeschichtspeichers aus einem Material bestehen, welches isolierend ist und so gering druckfest sein darf, daß sie, mit dem Wärmeträger unter einem Über­ druck gegenüber der Umgebung der Schale befüllt, der dem Überdruck des Gesamtsys­ tems gegenüber dem Atmosphärendruck entspricht, und abgeschlossen, sich überdeh­ nen oder platzen würden.

26. Wärmeschichtspeicher gemäß einem der Ansprüche 24-25, dadurch gekennzeich­ net, daß die serielle Durchströmung der Höhen der einzelnen Schalen durch das zu erwärmende Brauchwasser erzwungen wird durch Rückschlagventile in den Zuführungen der Leitrohre, wobei die Ventile im Normalzustand für den aufsteigenden Wärmeträger geöffnet, durch einen in Gegenrichtung wirkenden Druck jedoch geschlossen werden.

27. Wärmeschichtspeicher gemäß einem der Ansprüche 24-26, dadurch gekennzeich­ net, daß der im Wärmetauscher (2) aufge­ wärmte Wärmeträger auf seinem Weg durch einen Rohrverteiler (43) erst die Stelle (58) der Ableitung zum Leitrohr (7A) der inners­ ten Schale (1A), danach erst die Stelle (57) der Ableitung zum Leitrohr (7B) der zweit­ innersten Schale (1B), ... usw. ... und zuletzt die Stelle der Ableitung zum Leitrohr (7C) der äußersten Schale passiert.

28. Wärmeschichtspeicher gemäß Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß ein durch temperaturbedingt unterschiedliche Dichten im geneigten Rohrverteiler (43) aufsteigen­ der Wärmeträger in umgekehrten Trichtern (58, 57) gefangen und von diesen in die zum jeweiligen Leitrohr (7A, 7B) aufsteigenden Verbindungsrohre geleitet wird.

29. Wärmeschichtspeicher gemäß Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die in Strömungsrichtung des Wärmeträ­ gers früher erreichten (58b, 57b ...) Wan­ dungsteile der aufsteigenden Verzweigungen (58, 57) des Rohrverteilers (43) flacher ge­ neigt sind als die später erreichten (58a, 57a ...)
• - die später erreichten annähernd vertikal verlaufen.

30. Wärmeschichtspeicher gemäß einem der Ansprüche 24-29, dadurch gekennzeich­ net, daß in die Zubringerrohre von den Schalen (1A-1C) des Wärmeschichtspei­ chers zum Rohrsammler (44) durch Feder­ kraft vorgespannte Ventile (41A-41C) ein­ gebracht sind, deren Vorspannung gerade so hoch eingestellt ist, daß der aufgrund der Schwerkraft oder aufgrund einer Umwälz­ pumpe in der erwünschten Richtung entste­ hende Fluß des im Wärmetauscher (2) auf­ geheizten Wärmeträgers aufrechterhalten bleibt, daß die Ventile (41A-41C) jedoch durch das sich bei Brauchwasserzuführung/- entnahme aufbauende höhere Druckgefälle in gleicher Richtung verschlossen werden.

31. Wärmeschichtspeicher mit Einleitung energiearmen, aufzuwärmenden Brauchwas­ sers in einen tiefgelegenen, in horizontaler Ebene kreis- oder ellipsenähnlich runden Querschnitt (A-A') der Schalen eines ein- oder mehrschaligen Wärmeschichtspeichers (1) aus beliebiger horizontaler, aber nicht tangentialer Richtung (8a) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Um­ lenkung (8") der Flußrichtung des Wärme­ trägers in eine horizontale, zur Mantelfläche der jeweiligen Schalen des Wärmeschicht­ speichers (1) tangentiale Richtung (8''') durch ein im wesentlichen senkrechtes Leit­ profil (8b) im Innern der betreffenden Schale des Wärmeschichtspeichers erfolgt.

32. Wärmeschichtspeicher gemäß Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß das Leit­ profil (8b) an der Stelle der Einmündung des Zuführungsrohres (8a) in den Mantel der jeweiligen Schale des Wärmeschichtspeichers (1) einen mindestens gleichgroßen Quer­ schnitt (8") hat, wie das Zuführungsrohr (8a).

33. Wärmeschichtspeicher gemäß einem der Ansprüche 31, 32, dadurch gekennzeich­ net, daß sich der Querschnitt des Leitprofils (8b) in Richtung des in der jeweiligen Schale des Wärmeschichtspeichers (1) rotierenden Wärmeträgers stetig wachsend aufweitet.

34. Wärmeschichtspeicher gemäß einem der Ansprüche 31-33, dadurch gekennzeich­ net, daß das Volumen des Leitprofils (8b) von seiner Öffnung (8''') in die jeweilige Schale des Wärmeschichtspeichers (1) aus bis zu seinem anderen Ende (8') hornförmig spitz zuläuft.

35. Wärmeschichtspeicher mit Ableitung energiereichen, aufgewärmten Brauchwas­ sers aus einem hochgelegenen, in horizonta­ ler Ebene Kreis- oder ellipsenähnlich runden Querschnitt (B-B') der Schalen eines ein- oder mehrschaligen Wärmeschichtspeichers (1) in beliebige horizontale, jedoch nicht tangentialer Richtung (9a) gemäß Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Umlenkung (9") der Flußrichtung des Wärmeträgers aus einer horizontalen, zur Mantelfläche der jeweiligen Schale des Wärmeschichtspeichers (1) tan­ gentialen Richtung (9''') durch ein im we­ sentlichen senkrechtes Leitprofil (9b) im Innern der betreffenden Schale des Wärme­ schichtspeichers erfolgt.

36. Wärmeschichtspeicher gemäß Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß das Leit­ profil (9b) an der Stelle der Einmündung des Ableitungsrohres (9a) in den Mantel der je­ weiligen Schale des Wärmeschichtspeichers (1) einen mindestens gleichgroßen Quer­ schnitt (9") hat, wie das, Ableitungsrohr (9a).

37. Wärmeschichtspeicher gemäß einem der Ansprüche 35, 36, dadurch gekennzeich­ net, daß sich der Querschnitt des Leitprofils (9b) in Richtung des in der jeweiligen Schale des Wärmeschichtspeichers (1) rotierenden Wärmeträgers stetig abnehmend verjüngt.

38. Wärmeschichtspeicher gemäß einem der Ansprüche 35-37, dadurch gekennzeich­ net, daß das Volumen des Leitprofils (9b) von seiner Öffnung (9''') in die jeweilige Schale des Wärmeschichtspeichers aus bis zu seinem anderen Ende (9') hornförmig spitz zuläuft.

39. Wärmeschichtspeicher mit einem perfo­ rierten Material (10) bestimmter Schichtdi­ cke zur verwirbelungsarmen Einleitung ener­ giearmen, aufzuwärmenden Brauchwassers in einen Wärmeschichtspeicher und Verände­ rung seiner Hauptströmungsrichtung von einer rotierenden in eine im wesentlichen vertikale gemäß Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die perforierte Material­ fläche (10)

• - in einer horizontalen Ebene direkt oberhalb der Ebene der Einleitung kalten Brauchwas­ sers in die jeweilige Schale des Wärme­ schichtspeichers eingebracht ist
• - eine Schichtdicke aufweist, die nicht kleiner ist als der mittlere Radius der Perforationen.

40. Wärmeschichtspeicher mit einem perfo­ rierten Material (11) bestimmter Schichtdi­ cke zur verwirbelungsarmen Ableitung ener­ giereichen, aufgewärmten Brauchwassers aus einem Wärmeschichtspeicher und Verände­ rung seiner Hauptströmungsrichtung von einer im wesentlichen vertikalen in eine rotie­ rende gemäß Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die perforierte Materialfläche (11)

• - in einer horizontalen Ebene direkt unterhalb der Ebene der Ableitung warmen Brauch­ wassers in die jeweilige Schale des Wärme­ schichtspeichers eingebracht ist
• - eine Schichtdicke aufweist, die nicht kleiner ist als der mittlere Radius der Perforationen.

41. Anordnung gemäß einem der Ansprüche 39, 40, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Materialschichten (10 bzw. 11) in ihren Außenrandbereichen unperforiert sind
• - die Einzellöcher der Perforation im Bereich des Flächenzentrums der Materialschichten maximal dicht gepackt sind.