DE19917680A1

DE19917680A1 - Hot water storage tank and method for providing hot water

Info

Publication number: DE19917680A1
Application number: DE19917680A
Authority: DE
Inventors: Werner Hoesel; Stefan Guerke
Original assignee: Winkelmann & Pannhoff Sta GmbH
Current assignee: Winkelmann & Pannhoff Sta GmbH
Priority date: 1999-04-19
Filing date: 1999-04-19
Publication date: 2001-03-08
Also published as: AU5519900A; DE10081026D2; WO2000063624A1; EP1171742A1

Abstract

Warmwasserspeicher 1 und Verfahren zum Bereitstellen von Warmwasser. Der erfindungsgemäße Warmwasserspeicher 1 weist einen Warmwasserbehälter 2, dessen unterem Teil das Kaltwasser zuführbar und aus dessen oberem Teil das Warmwasser abführbar ist, eine Wärmequelle 7, die im unteren Teil des Warmwasserbehälters 2 angeordnet ist, und eine die Wärmequelle 7 umgebende Haube 8 auf. Die Haube 8 hat eine unten liegende Eintrittsöffnung 9, durch welche umliegendes Kaltwasser in das Innere der Haube 8 eintreten kann, und eine oben liegende Austrittsöffnung 10, an welche eine Leitung 11 angeschlossen ist, deren Austrittsende 13 über oder in Höhe der jeweiligen Grenzschicht 15, die sich im Warmwasserbehälter 2 zwischen dem oben liegenden Warmwasservolumen 16 und dem unten liegenden Kaltwasservolumen 17 einstellt, angeordnet ist und mit dieser Grenzschicht 15 mitbewegbar ist, so dass innerhalb der Haube 8 erwärmtes Kaltwasser in der Leitung 11 durch das umgebende Kaltwasser hindurch aufsteigt und an oder oberhalb der Grenzschicht 15 zuführbar ist.Hot water tank 1 and method for providing hot water. The hot water tank 1 according to the invention has a hot water tank 2, the lower part of which can supply the cold water and from the upper part of which the hot water can be removed, a heat source 7 which is arranged in the lower part of the hot water tank 2, and a hood 8 surrounding the heat source 7. The hood 8 has an inlet opening 9 at the bottom, through which surrounding cold water can enter the interior of the hood 8, and an outlet opening 10 at the top, to which a line 11 is connected, the outlet end 13 of which is above or at the level of the respective boundary layer 15, which arises in the hot water tank 2 between the hot water volume 16 lying above and the cold water volume 17 lying below, is arranged and can also be moved with this boundary layer 15, so that cold water heated in the hood 8 rises in the line 11 through the surrounding cold water and at or can be fed above the boundary layer 15.

Description

Die Erfindung betrifft einen Warmwasserspeicher und ein Verfahren zum Bereitstellen von Warmwasser.The invention relates to a hot water tank and a Process for providing hot water.

In Einfamilienhäusern wird typischerweise ein Ölkessel mit einer Wärmeleistung von 18 kW installiert, dessen Leistung ausreichen würde, um mittels eines Durchlaufwassererwärmers ca. 7 l/Minute Wasser von 10°C (= typische Temperatur des Kaltwassers) auf 45°C (= üblicherweise erforderliche Warmwassertemperatur) zu erwärmen. Um einen Mindestwarmwasser- Versorgungskomfort (= Wannenfüllvorgang) zu gewährleisten fordert DIN 4708 eine Mindestzapfmenge von 14,3 l/Minute Warmwasser mit 45°C in 10 Minuten. Man könnte nun annehmen, dass zur Sicherstellung des Mindestwarmwasser- Versorgungskomforts lediglich ca. 70 l Warmwasser von 45°C in einem Warmwasserspeicher gespeichert werden müssen, um insgesamt 140 l Warmwasser in 10 Minuten abzugeben.In family houses, an oil boiler is typically used installed a heat output of 18 kW, its output would suffice to use approx. 7 l / minute water of 10 ° C (= typical temperature of the Cold water) to 45 ° C (= usually required Hot water temperature). To have a minimum hot water To ensure comfort of supply (= tub filling process) DIN 4708 requires a minimum dispensing volume of 14.3 l / minute Hot water at 45 ° C in 10 minutes. You could now assume that to ensure the minimum hot water Comfort of supply only approx. 70 l hot water of 45 ° C in a hot water tank must be stored in order to dispense a total of 140 l of hot water in 10 minutes.

In Fig. 1 ist ein derzeit häufig verwendeter Warmwasserspeicher 1 gemäß dem Stand der Technik dargestellt. Bei diesem Stand der Technik wird die von der nicht dargestellten Speicherheizung, d. h. z. B. einem Heizkessel oder einer Elektroheizung, gelieferte Wärmemenge von 18 kW zu einem Teil oberhalb der bei 45°C liegenden Grenzschicht 15, die aufgrund der Temperaturschichtung im Wasserspeicher 1 zwischen dem Warmwasservolumen 16 und dem Kaltwasservolumen 17 vorliegt, und zu einem anderen Teil unterhalb der Grenzschicht 15 an den Speicher 1 abgegeben. Nur der erste Teil der Wärmemenge, die oberhalb der Grenzschicht 15 an den Speicher 1 abgegeben wird, ist an einer Zapfstelle 6 mit einer Temperatur über 45°C verfügbar und damit Nutzwärme. Der andere Teil der Heizungsleistung wird an das Wasser unterhalb der Grenzschicht 15 abgegeben und ist somit keine Nutzwärme. Bedingt durch Flächenverhältnisse, Temperaturverhältnisse und die Gefahr der Kalkabscheidung kann der Nutzwärmeanteil bei diesem Prinzip nicht über 20% angehoben werden. Weiterhin kann das Speichervolumen unterhalb des Temperaturfühlers 14 bei Beginn des Wannenfüllvorganges kalt sein. Die Mindestzapfmenge (für den Wannenfüllvorgang) berechnet sich somit näherungsweise aus der Wärme, die oberhalb des Temperaturfühlers 14 gespeichert ist, plus maximal 14 l bei einer 18 kW-Heizung. Nach dem Wannenfüllvorgang kann dann während einer Zeit von ca. 15 Minuten kein Warmwasser gezapft werden.In Fig. 1, a currently commonly used hot water tank 1 is shown according to the prior art. In this prior art, the amount of heat supplied by the storage heater, not shown, for example a boiler or an electric heater, of 18 kW becomes part above the boundary layer 15 lying at 45 ° C, which due to the temperature stratification in the water tank 1 between the hot water volume 16 and the cold water volume 17 is present, and in another part below the boundary layer 15 to the storage 1 . Only the first part of the amount of heat that is released to the reservoir 1 above the boundary layer 15 is available at a tap 6 with a temperature above 45 ° C. and thus useful heat. The other part of the heating output is given off to the water below the boundary layer 15 and is therefore not useful heat. Due to surface conditions, temperature conditions and the risk of limescale separation, the proportion of useful heat cannot be increased by more than 20% with this principle. Furthermore, the storage volume below the temperature sensor 14 can be cold at the start of the tub filling process. The minimum draw-off quantity (for the tub filling process) is thus calculated approximately from the heat stored above the temperature sensor 14 , plus a maximum of 14 l with an 18 kW heater. After the bath filling process, hot water cannot be drawn off for a period of approx. 15 minutes.

Bei einer nach diesem Stand der Technik bekannten Rohrschlange 7 als in Form eines Wärmetauschers ausgebildeten Wärmequelle, die unten im Speicher 1 angeordnet ist, kann der Temperaturfühler 14 ebenfalls unten im Speicher angeordnet werden. Damit erhöht sich nach der oben angegebenen Berechnung für die Mindestzapfmenge zwar die oberhalb des Temperaturfühlers 14 gespeicherte Wärme, aber die von der Heizung gelieferte Wärme wird ausschließlich unterhalb der Grenzschicht 15 zugeführt und ist dementsprechend zu 100% keine Nutzwärme. Auch hier kann nach dem Wannenfüllvorgang ca. 15 Minuten kein Warmwasser gezapft werden.In the case of a pipe coil 7 known according to this prior art as a heat source in the form of a heat exchanger, which is arranged at the bottom in the store 1 , the temperature sensor 14 can also be arranged at the bottom in the store. According to the above-mentioned calculation for the minimum draw-off quantity, the heat stored above the temperature sensor 14 increases , but the heat supplied by the heating is supplied exclusively below the boundary layer 15 and is accordingly 100% no useful heat. Here too, hot water cannot be drawn off for approx. 15 minutes after the bath filling process.

Ein Ziel der hier diskutierten Entwicklungen besteht nun darin, die Wärmequellenleistung besser, insbesondere bis annähernd zu 100% als Nutzwärme auszunutzen.One goal of the developments discussed here is now the heat source performance better, especially up to almost To use 100% as useful heat.

Demnach ist erfindungsgemäß ein Verfahren zum Bereitstellen von Warmwasser in einem Warmwasserbehälter, in dem Kaltwasser von einer Wärmequelle bevorzugt auf Komforttemperatur gemäß DIN 4708 erwärmt wird, vorgesehen, wobei das Kaltwasser in den unteren Teil des Warmwasserbehälters zugeführt und das Warmwasser aus dem oberen Teil des Warmwasserbehälters abgeführt wird und je nach abgeführter Warmwassermenge sich eine Schichtung aus einem unteren Kaltwasservolumen und einem oberen Warmwasservolumen einstellt. Hierbei werden von der Wärmequelle eine Teilmenge des Kaltwassers im unteren Teil des Warmwasserbehälters erwärmt und nach oben konvektiv durch das umgebende Kaltwasser hindurch und von diesem abgetrennt bis zu der jeweiligen Grenzschicht zwischen dem Kaltwasservolumen und dem Warmwasservolumen geführt und über oder im Bereich der Grenzschicht in den Warmwasserbehälter hinein abgegeben.Accordingly, the invention provides a method for providing Hot water in a hot water tank in which cold water from a heat source preferably to comfort temperature according to DIN 4708 is provided, the cold water in the fed lower part of the hot water tank and that Hot water from the upper part of the hot water tank is discharged and depending on the amount of hot water discharged a stratification of a lower volume of cold water and one sets the upper hot water volume. Here, the Heat source a subset of the cold water in the lower part of the Warm water tank heated and convectively upwards through the surrounding cold water and separated from it up to the respective boundary layer between the cold water volume and the hot water volume and above or in the area of Boundary layer released into the hot water tank.

Erfindungsgemäß ist ferner ein Warmwasserspeicher zum Bereitstellen von Warmwasser vorgesehen, mit einem Warmwasserbehälter, dessen unterem Teil das Kaltwasser zuführbar und aus dessen oberem Teil das Warmwasser abführbar ist, einer Wärmequelle, die im unteren Teil des Warmwasserbehälters angeordnet ist, und einer die Wärmequelle umgebenden Haube mit einer unten liegenden Eintrittsöffnung, durch welche umliegendes Kaltwasser in das Innere der Haube eintreten kann, und einer oben liegenden Austrittsöffnung, an welche eine Leitung angeschlossen ist, deren Austrittsende über oder in Höhe der jeweiligen Grenzschicht, die sich im Warmwasserbehälter zwischen dem obenliegenden Warmwasservolumen und dem untenliegenden Kaltwasservolumen einstellt, angeordnet ist und mit dieser Grenzschicht mitbewegbar ist, so dass das innerhalb der Haube erwärmte Kaltwasser in der Leitung durch das umgebende Kaltwasser hindurch aufsteigt und an oder oberhalb der Grenzschicht zuführbar ist.According to the invention is also a hot water tank for Providing hot water provided with a Hot water tank, the lower part of which is the cold water feedable and from the upper part of the hot water can be removed is a heat source located in the lower part of the Hot water tank is arranged, and one of the heat source surrounding hood with an inlet opening below, through which surrounding cold water into the interior of the hood can occur, and an overhead outlet opening which is connected to a line whose outlet end is via or in the amount of the respective boundary layer, which is in the Hot water tank between the hot water volume above and the underlying cold water volume, arranged and can be moved with this boundary layer, so that heated cold water in the pipe through the hood the surrounding cold water rises through and on or can be fed above the boundary layer.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.Advantageous embodiments of the invention are in the Subclaims described.

Durch die Zufuhr des erwärmten Wassers an oder oberhalb der Grenzschicht kann der Anteil der Wärmequellenleistung, die als Nutzwärme verfügbar ist, wesentlich verbessert werden. Im Falle der Verwendung einer wie oben im Zusammenhang mit dem Stand der Technik erwähnten Heizung mit Wärmetauscher als Wärmequelle im Speicher, kann der als Nutzwärme verfügbare Anteil der Heizungsleistung je nach Optimierung der Geometrie des Wärmeaustauschers auf über 90% bis annähernd 100% verbessert werden. Ferner steht ausgehend vom oberen Teil des Warmwasserspeichers stets und sofort Wasser mit der vorbestimmten erforderlichen Wassertemperatur wenigstens im oberen Teil des Warmwasserspeichers zur Verfügung, da eine Durchmischung dieses warmen Wassers mit dem darunterliegenden kälteren Wasser aufgrund seines vom restlichen Wasser abgetrennten Transports nach oben und seiner geringeren Dichte vermieden ist. Das warme Wasser kann mittels eines dementsprechend am oberen Abschnitt des Warmwasserspeichers angeordneten Abführanschlusses aus dem Speicher abgeführt werden. Um eine Durchmischung des oberen, warmen Wassers mit zugeführtem Kaltwasser zu verhindern, ist der Zuführanschluss für Kaltwasser im unteren Behälterabschnitt anzuordnen. Beim Aufheizen des Wassers kann mit der abgetrennt vom restlichen Wasser erwärmten Teilmenge des Wassers die Grenzschicht schnell nach unten verschoben werden, so dass schnell eine ausreichende Menge an warmem Wasser mit erforderlicher Temperatur bereitsteht. Auch ein Temperaturfühler kann, wie bei der aus dem Stand der Technik bekannten Rohrschlange, unten im Speicher angeordnet werden, der mit der Wärmequelle, wie bspw. der Heizung, regelverbunden ist, so dass die Temperatur im Speicher einstellbar ist. Außerdem kann hier auch bei vollständig entleertem Speicher, also auch unmittelbar nach einem Wannenfüllvorgang, noch die Heizungsleistung als Nutzwärme an den Zapfstellen entnommen werden. Eine Wartezeit für das Zapfen von Warmwasser gibt es damit praktisch nicht. Die flexible Leitung bewirkt, dass an der Austrittsöffnung in der Haube weder ein Sog noch ein Gegendruck auftritt, der den Warmwassertransport stören könnte.By supplying the heated water at or above the Boundary layer can be the proportion of heat source power that is considered Useful heat is available, can be significantly improved. In the event of the use of an as related to the state of the art Technology mentioned heating with heat exchanger as a heat source in the Storage, the portion of the available as useful heat Heating performance depending on the optimization of the geometry of the Heat exchanger improved to over 90% to almost 100% become. Furthermore, starting from the upper part of the Hot water tank always and immediately water with the predetermined required water temperature at least in upper part of the hot water tank available as a Mix this warm water with the one below colder water due to its from the rest of the water separated transport upwards and its lower density is avoided. The warm water can be accordingly at the upper section of the hot water tank arranged discharge port discharged from the memory become. To mix the upper, warm water with The supply connection is to prevent cold water from being supplied for cold water to be arranged in the lower tank section. At the The water can be heated with the separated from the rest Water heated portion of the water quickly to the boundary layer be moved down so that a sufficient quickly Amount of warm water with the required temperature is ready. A temperature sensor can also be used, as with the the tube coil known in the art, down in the memory can be arranged with the heat source, such as Heating, is linked, so the temperature in the store is adjustable. It can also complete here emptied memory, i.e. immediately after one Tub filling process, still the heating output as useful heat are taken from the taps. A wait for the tap there is practically no hot water. The flexible Pipe causes at the outlet opening in the hood there is neither suction nor back pressure that affects the Hot water transport could interfere.

Beim jetzt häufigsten Stand der Warmwasserspeichertechnik, der in Fig. 1 dargestellt ist, ist die Dauerleistung nur eine Funktion der Wärmeübertragungsfläche, aber nicht der Speichergröße. Mit dem erfindungsgemäßen Konzept ist es möglich, einen kleinen Warmwasserspeicher von ca. 5 Litern vorzusehen, der eine Dauerleistung von 18 kW hat. Integriert in einen großen Warmwasserspeicher ohne sonstige Wärmeübertragungsflächen stellt der oben genannte kleine Warmwasserspeicher von 5 Litern im großen Warmwasserspeicher einen Wärmeaustauscher mit 18 kW dar, der beim Durchströmen von ca. 7 Liter Leitungswasser dieses von 10°C auf 45°C aufheizt. In the now most common state of hot water storage technology, which is shown in Fig. 1, the continuous output is only a function of the heat transfer area, but not the storage size. With the concept according to the invention, it is possible to provide a small hot water tank of approximately 5 liters, which has a continuous output of 18 kW. Integrated in a large hot water tank without other heat transfer surfaces, the above-mentioned small hot water tank of 5 liters in the large hot water tank is a heat exchanger with 18 kW, which heats it from 10 ° C to 45 ° C when it flows through approx. 7 liters of tap water.

Dabei muss die Außenwand des kleinen Warmwasserspeichers, die ja eine Trennwand zwischen Wasser von ungefähr gleichem Druck ist, kaum Kräfte aufnehmen. Sie kann insofern vorteilhafterweise aus einer dünnen Folie, bevorzugt ca. 0,02 mm dick, gefertigt werden, die zu einer Haube über dem Wärmeaustauscher geformt wird. Hierdurch kann gegenüber denkbaren massiveren Ausgestaltungen der Haube, z. B. in Form von Metall- oder soliden Kunststoffteilen eine Gewichtsreduzierung erreicht werden. Obenseitig weist die Haube eine Kontroll- oder Austrittsöffnung auf, deren Querschnittsfläche in Abhängigkeit von dem zu erbringenden Wärmestrom berechnet werden kann.The outer wall of the small hot water tank must be the yes a partition between water of approximately the same pressure is hardly absorbing forces. In this respect, it can advantageously from a thin film, preferably about 0.02 mm thick, that are made into a hood over the Heat exchanger is molded. This can counter conceivable more massive designs of the hood, for. B. in the form of metal or solid plastic parts Weight reduction can be achieved. The hood has on the top a control or outlet opening, the Cross-sectional area depending on what is to be provided Heat flow can be calculated.

Mit der vorliegenden Austrittsöffnung in der Haube ist die Austrittstemperatur nur eine Funktion der Temperaturdifferenz innen/außen (= Aufheizspanne), die so auf 35 K eingestellt werden kann. Das an der Austrittsöffnung austretende Warmwasser, das, bei ungebremster Wärmezufuhr, eine Temperatur von ca. 35 K über der Eintrittstemperatur des Kaltwassers in die Haube hat, muss nun in dem temperaturgeschichteten großen Warmwasserspeicher nach oben transportiert werden. Dies wird bevorzugt durch einen flexiblen Schlauch, der bevorzugt aus einer dünnen Folie aus einem Material mit einer bevorzugt annähernd der Dichte von Wasser gleichen Dichte wie Polyethylen gefertigt sein kann, erreicht. Der Schlauch ist an der obenseitig angeordneten Austrittsöffnung der Haube ringsum festgelegt und richtet sich bei Durchströmung mit dem vom Wärmetauscher erwärmten Wasser per Auftriebskraft nach Art eines "Fesselballons" auf, so dass der innerhalb des flexiblen Schlauchs aufsteigende Teil des Wassers abgetrennt vom restlichen Wasser in Richtung zu der Oberseite des Wasserbehälters transportiert wird. Das Warmwasser tritt nun stets an jener Wasserschicht des äußeren temperaturgeschichteten Speichers aus, die die gleiche Temperatur aufweist. Abgesehen von dem flexiblen Schlauch könnte auch eine Leitung vorgesehen sein, die eine derartige Dichte aufweist, dass ihr Austrittsende in Höhe der vorbestimmten Grenzschicht zu liegen kommt. Hierzu könnte auch bspw. eine teleskopartige Leitung mit z. B. einem am Austrittsende vorgesehenen Auftriebskörper oder aus einem Material angepaßter Dichte vorgesehen sein.With the present outlet opening in the hood Outlet temperature only a function of the temperature difference inside / outside (= heating span), which are set to 35 K. can. The hot water emerging at the outlet opening, with undamped heat supply, a temperature of approx. 35 K above the inlet temperature of the cold water into the hood must now in the temperature-layered large hot water tank be transported upwards. This is preferred by a flexible hose, which is preferably made of a thin film a material with a preferably approximately the density of Water of the same density as polyethylene can be made reached. The hose is arranged on the top Outlet opening of the hood is fixed all around and is aligned when flowing through with the water heated by the heat exchanger by buoyancy force like a "captive balloon", so that the part of the ascending within the flexible hose Water separated from the remaining water towards the Top of the water tank is transported. The Hot water now always occurs on that layer of water on the outside temperature stratified memory, which is the same Temperature. Except for the flexible hose could also be provided a line that such Density shows that its exit end in the amount of predetermined boundary layer comes to lie. This could also For example, a telescopic line with z. B. one on Exit end provided buoyancy body or from a Material adapted density can be provided.

Der flexible Schlauch kann aus derart schwimmfähigem Material sein, dass er im Kaltwasser schwimmfähig, im Warmwasser aber schwimmunfähig ist. Dies kann durch entsprechende Anpassung der Schlauchmaterialdichte an die Dichte des Kalt- bzw. Warmwassers erfolgen. Hierdurch kann der Schlauch bspw. derart vorgesehen sein, dass er in 45°C warmem Wasser schwimmt, so dass sein Auftrieb an der dortigen Grenzschicht Null wird. Der Schlauch kann z. B. aus einem leichten Gummimaterial gefertigt sein. Aus Gewichtsgründen ist er vorteilhafterweise aus einer dünnen, bevorzugt ca. 0,02 mm starken, Folie. Das dünne und damit leichte Folienmaterial hat den Vorteil, dass es der Aufstellbewegung des Schlauchs nur geringste Widerstandskräfte entgegensetzt.The flexible hose can be made of such a buoyant material be that it floats in cold water, but in hot water is unable to swim. This can be done by adjusting the Hose material density to the density of the cold or hot water respectively. As a result, the hose can be provided in this way, for example be that it swims in 45 ° C warm water, so that its Buoyancy at the local boundary layer becomes zero. The hose can e.g. B. be made of a light rubber material. Out For reasons of weight, it is advantageously made of a thin, preferably about 0.02 mm thick, film. The thin and therefore lightweight film material has the advantage that it is the Installation movement of the hose only minimal resistance forces opposed.

Es bleibt das Problem, dass die maximale Warmwassertemperatur im Speicher aus Gründen der Verkalkungsgefahr auf maximal 70°C begrenzt werden muss. Andererseits sollte aus Gründen des Schutzes vor Legionellen die Wassertemperatur auf mindestens 60°C angehoben werden. Da nun ein Thermostat immer eine gewisse Unsicherheit von ca. 2°C aufweist, wird eine Thermostateinstellung von 65°C bevorzugt werden.The problem remains that the maximum hot water temperature in the storage tank to a maximum of 70 ° C due to the risk of calcification must be limited. On the other hand, for reasons of Protection against Legionella the water temperature to at least 60 ° C can be raised. Since a thermostat is always a certain one If there is an uncertainty of approx. 2 ° C Thermostat setting of 65 ° C are preferred.

Das mit ca. 10°C eintretende Kaltwasser (entspricht der üblichen Leitungswassertemperatur) würde bei der oben erwähnten Ausgestaltung mit 18 kW-Heizung und einer Haube mit einem Volumen von beispielsweise 5 l in einem ersten Durchgang ohne Unterbrechung auf 45°C erwärmt. Im zweiten Durchgang würde dann in jeweils etwa 5 Liter Chargen nach und nach die Temperatur des in die Haube eintretenden 45-grädigen Wassers um 20 K auf 65°C angehoben. Der Temperaturfühler gibt dann die Wärmezufuhr für die Heizung frei, während die 5 Liter Warmwasser nach und nach durch den Schlauch in den die Haube umgebenden Warmwasserbehälter übertreten. Das in die Haube eintretende 45- grädige Leitungswasser würde dann ebenfalls auf 65°C erwärmt. Als Konsequenz wird die Zeit, in der die Heizungsanlage durch die Warmwasservorrangschaltung von der Wärmeversorgung durch den Kessel abgekoppelt ist, erheblich reduziert.The cold water entering at approx. 10 ° C (corresponds to the usual tap water temperature) would be the one mentioned above Design with 18 kW heating and a hood with one Volume of, for example, 5 l in a first run without Interruption heated to 45 ° C. Then in the second round in about 5 liter batches gradually the temperature of the 45-degree water entering the hood by 20 K. 65 ° C raised. The temperature sensor then gives the heat free for heating, while the 5 liters of hot water gradually after through the hose into the surrounding the hood Step over the hot water tank. The 45- entering the hood bad tap water would then also be heated to 65 ° C. As a consequence, the time in which the heating system runs through the hot water priority circuit from the heat supply through the boiler is decoupled, significantly reduced.

Werden nun Teilmengen gezapft, so wird bei dem konventionellen Speicher durch die entstehende Wasserwalze die vorhandene Schichtung des Wassers teilweise zerstört. Bei dem erfindungsgemäßen Warmwasserspeicher bleibt die Schichtung erhalten.If partial quantities are now tapped, the conventional one Store the existing one due to the emerging water roller Layering of water partially destroyed. In which Hot water storage according to the invention remains the stratification receive.

Im folgenden werden die Vorteile der Erfindung anhand eines Vergleichs mit dem aus dem Stand der Technik bekannten System verdeutlicht. Hierzu werden jeweils als Speicherheizung ein 18 kW Heizkessel herangezogen und die Mindestzapfmenge auf ca. 14 l/Minute Warmwasser mit 45°C in 10 Minuten festgelegt. Bei beiden Systemen sind die Größe der Heizfläche, die Dicke der Dämmung und die Dimension der Anschlüsse gleich. Hierzu ist, wie oben angegeben ein herkömmlicher Warmwasserspeicher mit 150 l Fassungsvermögen erforderlich. Der erfindungsgemäße Warmwasserspeicher braucht hierfür dagegen nur ein Fassungsvermögen von ca. 80 l. Obwohl bei dem erfindungsgemäßen System zusätzliche Bauteile, nämlich die Haube und die Leitung, sowie eine gegebenenfalls in der Geometrie geänderte Heizschlange und eine andere Lage der Anschlüsse vorzusehen sind, fallen die Herstellungskosten aufgrund der kleineren Abmessungen geringer aus.The following are the advantages of the invention using a Comparison with the system known from the prior art clarifies. For this purpose, an 18th kW boiler used and the minimum draw volume to approx. 14 l / minute hot water set at 45 ° C in 10 minutes. At Both systems are the size of the heating surface, the thickness of the Insulation and the dimension of the connections are the same. This is as stated above with a conventional hot water tank 150 l capacity required. The invention On the other hand, hot water storage only needs one Capacity of approx. 80 l. Although with the invention System additional components, namely the hood and the line, and a geometry that may have been changed Heating coil and a different location of the connections manufacturing costs fall due to the smaller Dimensions smaller.

Ferner wird bei der Erfindung auch das Leergewicht des Warmwasserspeichers erheblich verringert, so dass sich Transport, Montage und Aufstellung des Systems vereinfachen. Nach einer vollständigen Entleerung benötigt das aus dem Stand der Technik bekannte System ca. 15 Minuten, bis es für den vollen Komfort Warmwasser bereitstellen kann. Das genannte erfindungsgemäße System benötigt hierfür lediglich 5 Minuten. Bedingt durch die kleinere Oberfläche und die damit geringeren Wärmeverluste ist der erfindungsgemäße Warmwasserspeicher auch gegenüber dem aus dem Stand der Technik bekannten System energiesparender.Furthermore, the unladen weight of the Hot water tank significantly reduced, so that Simplify transportation, assembly and installation of the system. After a complete emptying, this is required from a standing start system known in the art takes about 15 minutes until it is for the can provide full comfort hot water. The said The system according to the invention requires only 5 minutes for this. Due to the smaller surface and the smaller ones The hot water tank according to the invention is also a heat loss compared to the system known from the prior art more energy efficient.

Die Erfindung wird im folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen mit Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:The invention is more preferred in the following on the basis of Embodiments explained with reference to the drawing. The drawing shows:

Fig. 1 schematisch einen Warmwasserspeicher gemäß dem Stand der Technik im Längsschnitt, Fig. 1 schematically shows a hot water tank according to the prior art in a longitudinal section,

Fig. 2 schematisch einen erfindungsgemäßen Warmwasserspeicher im Längsschnitt, Fig. 2 shows diagrammatically a hot water storage tank according to the invention in longitudinal section;

Fig. 3 schematisch einen erfindungsgemäßen Warmwasserspeicher im Längsschnitt mit darin angeordneten Temperaturfühlern und Fig. 3 shows schematically a hot water tank according to the invention in longitudinal section with temperature sensors and arranged therein

Fig. 4 bis 6 Diagramme, in denen mit den Temperaturfühlern erfasste Temperaturverläufe im erfindungsgemäßen Warmwasserspeicher für verschiedene Betriebszustände dargestellt sind. FIGS. 4 to 6 are diagrams in which are illustrated with the temperature sensors detected temperature gradients in the novel hot water tank for different operating states.

Nach der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Warmwasserspeicher 1 einen Wasserbehälter 2 auf, der an seinem Boden 3 einen Zuführanschluss 4 zum Zuführen von Kaltwasser und an seiner Oberseite 5 einen Abführanschluss 6 (Zapfstelle) zum Abführen von Warmwasser aufweist. Im vorliegenden Falle ist der Wasserbehälter 2 zylinderförmig ausgebildet; es kommen jedoch auch andere Formen wie z. B. eine Kugelform in Betracht. Am Boden 3, d. h. im unteren Teil des Wasserbehälters, ist eine Wärmequelle in Form eines Wärmetauschers 7 angeordnet, der an eine nicht dargestellte Wärmespeicherheizung angeschlossen ist. Der Wärmetauscher 7 kann beispielsweise eine von Heizwasser durchlaufene Heizschlange sein. Es sind jedoch auch andere Wärmequellen, wie z. B. eine Elektroheizschlange, möglich.According to the embodiment shown in FIG. 2, the hot water tank 1 according to the invention has a water tank 2 , which has a supply connection 4 for supplying cold water on its bottom 3 and a discharge connection 6 (tap) for discharging hot water on its upper side 5 . In the present case, the water tank 2 is cylindrical; however, other shapes such as B. a spherical shape into consideration. At the bottom 3 , ie in the lower part of the water tank, a heat source in the form of a heat exchanger 7 is arranged, which is connected to a heat storage heater, not shown. The heat exchanger 7 can be, for example, a heating coil through which heating water passes. However, there are also other heat sources, such as. B. an electric heating coil, possible.

Um den Wärmetauscher 7 ist eine Hülle oder Haube 8 angeordnet, von der ein den Wärmetauscher 7 einschließendes Teilvolumen des Behältervolumens ausgebildet wird. Da die Haube 8 keinen größeren äußeren Kräften ausgesetzt ist, kann sie aus sehr dünnem Material, z. B. aus einer Folie, hergestellt sein. Als Material eignet sich ferner insbesondere wärmeisolierendes Material, wie z. B. Kunststoff. Die Haube 8 hat an ihrer Unterseite eine Eintrittsöffnung 9, über welche das Innere der Haube 8 mit dem umliegenden Wasser in Verbindung steht, so dass das Wasser in das Innere der Haube 8 und damit in Kontakt mit dem Wärmetauscher 7 gelangen kann. Die Haube 8 hat ferner an ihrer Oberseite eine Austrittsöffnung 10, an welche ein flexibler Schlauch 11 mit seinem Eintrittsende 12 angeschlossen ist. Die notwendige Querschnittsfläche der Austrittsöffnung 10 der wird in Abhängigkeit von der zugeführten Wärmemenge, der Haubenhöhe und der bekannten Stoffdaten des Wassers so festgelegt, daß sich die gewünschte Komforttemperatur ergibt. Die Berechnung kann entsprechend den bekannten Verfahren zur Auftriebsberechnung bei Schornsteinen oder Kühltürmen durchgeführt werden. Es wird hierzu auch auf die als Anlage zur Beschreibung beigefügte Berechnung verwiesen.A sheath or hood 8 is arranged around the heat exchanger 7 , from which a partial volume of the container volume enclosing the heat exchanger 7 is formed. Since the hood 8 is not exposed to major external forces, it can be made of very thin material, e.g. B. be made of a film. Also particularly suitable as a material is heat-insulating material, such as. B. plastic. The hood 8 has on its underside an inlet opening 9 , through which the interior of the hood 8 is connected to the surrounding water, so that the water can get into the interior of the hood 8 and thus come into contact with the heat exchanger 7 . The hood 8 also has an outlet opening 10 on its upper side, to which a flexible hose 11 is connected with its inlet end 12 . The necessary cross-sectional area of the outlet opening 10 is determined as a function of the amount of heat supplied, the hood height and the known material data of the water so that the desired comfort temperature is obtained. The calculation can be carried out in accordance with the known methods for calculating the buoyancy of chimneys or cooling towers. For this purpose, reference is also made to the calculation attached to the description.

Der flexible Schlauch 11 hat eine derartige Länge, dass er wenigstens annähernd bis zur Oberseite 5 des Wasserbehälters 2 reicht. Der Schlauch 11 weist bevorzugt an dem Austrittsende 13 zur Erzielung eines Ausströmwiderstandes, um den Auftrieb des erwärmten Wassers auf den Schlauch zu übertragen, einen Deckel 22 und zwei seitliche Auströmöffnungen 23 auf und besteht bevorzugt aus einem ggfs. wärmeisolierenden Material, wie z. B. Kunststoff, das weiter bevorzugt sehr dünn, insbesondere als Folie, ausgebildet ist. In der Austrittsöffnung 10 der Haube 8 ist ferner ein Temperaturfühler 14 angeordnet, mittels dessen die Wasseraustrittstemperatur aus der Haube 8 erfassbar ist. Der Temperaturfühler 14 ist mit einer nicht dargestellten Regelung verbunden, die ihrerseits mit einer nicht dargestellten Wärmespeicherheizung verbunden ist.The flexible hose 11 has a length such that it extends at least approximately to the top 5 of the water tank 2 . The hose 11 preferably has a cover 22 and two lateral outlet openings 23 at the outlet end 13 to achieve an outflow resistance in order to transmit the buoyancy of the heated water to the hose, and preferably consists of a possibly heat-insulating material, such as, for. B. plastic, which is further preferably very thin, in particular as a film. A temperature sensor 14 is also arranged in the outlet opening 10 of the hood 8 , by means of which the water outlet temperature from the hood 8 can be detected. The temperature sensor 14 is connected to a control, not shown, which in turn is connected to a heat storage heater, not shown.

Im Folgenden wird die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Warmwasserspeichers 1 erläutert. Über den Zuführanschluss 4 ist dem Wasserbehälter 2 des Warmwasserspeichers 1 Kaltwasser zuführbar, welches im Warmwasserspeicher 1 zu warmem Wasser erwärmt und ferner zur weiteren Verwendung bereitgestellt werden soll. Ein Teil des zugeführten Kaltwassers gelangt im Wasserbehälter 2 durch die Eintrittsöffnung 9 in die Haube 8 und damit abgetrennt vom die Haube 8 umgebenden restlichen Wasser in Kontakt mit dem Wärmetauscher 7. Über diesen wird die in der Haube 8 vorliegende Teilmenge des Wassers auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt, die bevorzugt bei 45°C liegt. Die auf 45°C erwärmte Teilmenge des Wassers innerhalb der Haube 8 hat gegenüber dem umliegenden restlichen Wasser, welches eine Temperatur von 10°C, eine kleinere Dichte, so dass es durch die Austrittsöffnung 10 in den flexiblen Schlauch 11 eindringend konvektiv in diesem aufsteigt. Der Schlauch 11 richtet sich nach Art eines Fesselballons auf, so dass die innerhalb des flexiblen Schlauchs 11 aufsteigende Teilmenge des Wassers abgetrennt vom restlichen Wasser per Auftriebskraft in Richtung zu der Oberseite 5 des Wasserbehälters 2 transportiert wird. Indem sich nun unter der Oberseite 5 des Wasserbehälters 2 mehr und mehr Wasser mit der Temperatur von 45°C ansammelt, senkt sich der flexible Schlauch 11 mit seinem Austrittsende 13 mehr und mehr ab, da der Auftrieb des im Schlauch 11 aufsteigenden Wassers nur bis zum Erreichen einer Wasserschicht gleicher Temperatur reicht. Somit wird das Austrittsende 13 automatisch durch die Auftriebskräfte in Höhe einer durch die Haubenaustrittstemperatur, bevorzugt 45°C, festgelegten Grenzschicht 15 positioniert. Dadurch, dass die von dem Wärmetauscher 7 erwärmte Teilmenge des Wassers stets an oder oberhalb der Grenzschicht 15 dem restlichen Wasser zugeführt wird, wird die von dem Wärmetauscher 7 abgegebene Wärme hauptsächlich dem sofort als warmes Wasser nutzbaren oberen Teilvolumen 16 des Wassers (Warmwasservolumen) im Wasserbehälter 2 zugeführt, während an dem durch die Grenzschicht 15 vom oberen Teilvolumen 16 getrennten unteren Teilvolumen 17 des Wassers (Kaltwasservolumen) nur die Wärmeverluste durch die Haube 8 und den Schlauch 11 sowie die Übertragungswärme an der Grenzschicht 15 zugeführt werden. Durch Wahl eines Wärmeisolationsmaterials für die Haube 8 und den Schlauch 11 können diese Verluste derart reduziert werden, dass annähernd 100% der zugeführten Wärme an das über der Grenzschicht 15 liegende Teilvolumen 16 des Wassers (Warmwasservolumen) im Wasserbehälter 2 zugeführt wird. Damit kann die Grenzschicht 15 beim Aufheizen des im Behälter 2 befindlichen Wassers auch sehr schnell abgesenkt werden, so dass auch schnell eine ausreichende Menge an warmem Wasser vorliegt. Wenn ferner der Wasserbehälter 2 ganz entleert ist, kann zudem stets jener Teil an Warmwasser aus dem Wasserbehälter 2 herausgeführt werden, welcher von dem Wärmetauscher 7 erwärmt und über den Schlauch 11 direkt nach oben in Richtung zu der Oberseite 5 transportiert wird, an der der Abführanschluss 6 für das Warmwasser angeordnet ist.The mode of operation of the hot water tank 1 according to the invention is explained below. Cold water can be supplied via the supply connection 4 to the water tank 2 of the hot water tank 1 , which water is heated to warm water in the hot water tank 1 and is also to be made available for further use. A part of the cold water supplied comes into contact with the heat exchanger 7 in the water tank 2 through the inlet opening 9 into the hood 8 and thus separated from the remaining water surrounding the hood 8 . The partial quantity of water present in the hood 8 is heated via this to a predetermined temperature, which is preferably 45 ° C. The heated to 45 ° C part of the water inside the hood 8 has a smaller density than the surrounding remaining water, which has a temperature of 10 ° C, so that it rises convectively through the outlet opening 10 into the flexible hose 11 . The hose 11 is erected in the manner of a tethered balloon, so that the part of the water rising within the flexible hose 11 is separated from the rest of the water by lifting force in the direction of the top 5 of the water container 2 . By now more and more water with the temperature of 45 ° C accumulates under the top 5 of the water container 2 , the flexible hose 11 lowers with its outlet end 13 more and more, since the buoyancy of the water rising in the hose 11 only up to Reaching a layer of water of the same temperature is sufficient. Thus, the outlet end 13 is automatically positioned by the buoyancy forces at the level of a boundary layer 15 determined by the hood outlet temperature, preferably 45 ° C. Characterized in that the portion of the water heated by the heat exchanger 7 is always supplied to the remaining water at or above the boundary layer 15 , the heat given off by the heat exchanger 7 is mainly the upper partial volume 16 of the water (hot water volume) in the water tank which can be used immediately as warm water 2 supplied, while at the lower partial volume 17 of the water (cold water volume) separated from the upper partial volume 16 by the boundary layer 15, only the heat losses through the hood 8 and the hose 11 and the heat of transmission at the boundary layer 15 are supplied. By choosing a heat insulation material for the hood 8 and the hose 11 , these losses can be reduced in such a way that approximately 100% of the heat supplied is supplied to the partial volume 16 of water (hot water volume) in the water tank 2 lying above the boundary layer 15 . The boundary layer 15 can thus also be lowered very quickly when the water in the container 2 is being heated, so that a sufficient amount of warm water is also quickly available. Furthermore, if the water tank 2 is completely emptied, that part of hot water can also always be led out of the water tank 2 which is heated by the heat exchanger 7 and is transported via the hose 11 directly upwards in the direction of the top side 5 at which the discharge connection 6 is arranged for the hot water.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, wird der Warmwasserspeicher 1 mit dem Wasserbehälter 2 in Hochkantposition verwendet. Es ist jedoch auch problemlos möglich, den Warmwasserspeicher 1 in liegender Position zu verwenden. Hierzu ist, wie oben erläutert, der Abführanschluss 6 wiederum am dann vorliegenden oberen Behälterabschnitt und der Zuführanschluss 4 am dann vorliegenden unteren Behälterabschnitt anzuordnen.As can be seen from Fig. 2, the hot water tank 1 is used with the water tank 2 in the upright position. However, it is also easily possible to use the hot water tank 1 in a lying position. For this purpose, as explained above, the discharge connection 6 is again to be arranged on the upper container section which is then present and the supply connection 4 is to be arranged on the lower container section which is then present.

Fig. 3 zeigt schematisch den erfindungsgemäßen Warmwasserspeicher 1, in welchem eine Temperaturmessanordnung 18 mit einem oberen, einem mittleren und einem unteren Temperaturmessfühler 19, 20 bzw. 21 angeordnet ist, die an der Oberseite 5, leicht oberhalb der Längsmitte bzw. leicht unterhalb der Längsmitte des Wasserbehälters 2 angeordnet sind. Aus Gründen der Übersicht sind in dieser Figur der Wärmetauscher, die Haube und der flexible Schlauch nicht dargestellt. Mit dieser Temperaturmessanordnung 18 wurden zur Verdeutlichung der Funktion des erfindungsgemäßen Warmwasserspeichers 1 Temperaturverläufe für unterschiedliche Betriebszustände des Speichers 1 ermittelt, die in den Fig. 4 bis 6 in Form von Diagrammen dargestellt sind. Fig. 3 shows schematically the hot water tank 1 according to the invention, in which a temperature measuring arrangement 18 with an upper, a middle and a lower temperature sensor 19 , 20 and 21 is arranged, the top 5 , slightly above the longitudinal center or slightly below the longitudinal center of the water tank 2 are arranged. For reasons of clarity, the heat exchanger, the hood and the flexible hose are not shown in this figure. This temperature measurement arrangement 18 for illustrating the function of the hot water storage tank according to the invention were determined 1 temperature curves for different operating states of the memory 1, shown in Figs. 4 to 6 in the form of diagrams.

Fig. 4 zeigt, dass auch bei völlig entleertem Warmwasserspeicher 1 die Heizungsleistung sofort, wie bei einem Durchlaufwassererwärmer, zu ca. 90% als Nutzwärme in Form von 45-grädigem Warmwasser an der Zapfstelle, d. h. am Abführanschluss 6, verfügbar ist. Fig. 4 shows that even when the hot water tank 1 is completely empty, the heating output is immediately available as useful heat in the form of 45-degree hot water at the tap, ie at the discharge connection 6 , as in the case of a continuous-flow water heater.

Fig. 5 zeigt den Aufheizvorgang bei vollständig entleertem Speicher 1. Der steile Anstieg der Temperatur zeigt jeweils wie die Grenzschicht 15 von oben nach unten über die jeweiligen Temperaturfühler 19, 20, 21 geschoben wird. Bei einer mittleren Speichertemperatur von ca. 60°C wurde der Aufheizvorgang abgebrochen. Fig. 5 shows the heating process at completely empty memory 1. The steep rise in temperature shows how the boundary layer 15 is pushed from top to bottom over the respective temperature sensors 19 , 20 , 21 . The heating process was stopped at an average storage temperature of approx. 60 ° C.

Fig. 6 zeigt im linken Teil einen Zapfvorgang (= Wannenfüllvorgang) bei dem der Speicher 1 weitgehend geleert wird. Man erkennt, dass sich dabei die Grenzschicht von unten nach oben über die beiden tiefliegenden Temperaturfühler 20 und 21 schiebt. Die Grenzschicht 15 befindet sich bei Beendigung des Zapfvorganges (= tiefster Punkt der Kurven) zwischen dem mittleren und dem oberen Temperaturfühler 20 bzw. 19. Nach Beendigung des Zapfvorganges wird der teilweise entladene Speicher 1 erneut geladen (siehe rechter Teil von Fig. 6). Hierbei wird wiederum die Grenzschicht von oben nach unten geschoben und der Ladevorgang bei ca. 60°C mittlere Speichertemperatur abgebrochen. Fig. 6 shows in the left part of a dispensing operation (= Wannenfüllvorgang) wherein the memory is largely emptied. 1 It can be seen that the boundary layer is pushed from bottom to top over the two low-lying temperature sensors 20 and 21 . The boundary layer 15 is located between the middle and the upper temperature sensors 20 and 19 at the end of the tapping process (= lowest point of the curves). After the tapping process has been completed, the partially discharged memory 1 is reloaded (see the right part of FIG. 6). Here again the boundary layer is pushed from top to bottom and the charging process is stopped at an average storage temperature of approx. 60 ° C.

investment Model presentation for calculating the hot water tank according to the invention 1. Methodical procedure for the calculation

Kaltwasser mit gegebener Temperatur wird in einem Schritt in einer Haube mit einer festgelegten Bauhöhe, die in einem Speicher integriert ist, (s. Figur A3-1 zur Anlage) auf eine Warmwassertemperatur erwärmt, die den Komfortwünschen der Nutzer entspricht.Cold water with a given temperature is in one step in a hood with a specified height, which is integrated in a memory (see Figure A3-1 for the system) to a Warm water temperature warmed, which corresponds to the comfort requirements of the users.

Dieses Warmwasser wird dann in einem zweiten Schritt in den Speicher übergeben, der in der Regel, mit nach oben ansteigender Temperatur, geschichtetes Wasser enthält. Diese Übergabe erfolgt so, dass zum einen das Warmwasser im Speicher in der Temperaturschicht austritt, die die gleiche Temperatur aufweist wie das Warmwasser, und dass sich zum zweiten das Warmwasser nicht mit dem Speicherwasser mischt.This hot water is then transferred to the storage tank in a second step As a rule, with rising temperature, stratified water contains. This handover takes place in such a way that, on the one hand, the hot water in the storage tank emerges in the temperature layer has the same temperature as the hot water, and the second is that Hot water does not mix with the storage water.

Die oben genannten beiden Schritte laufen solange stationär ab, wie im Speicher unterhalb der Ebene "0" im Bild A3-1 Kaltwassertemperatur herrscht. In dieser Zeit hat die Wassererwärmung absoluten Vorrang vor der Wärmeversorgung der Heizung. Nach dem oben beschriebenen Füllen des Speichers mit Warmwasser, das der Komforttemperatur entspricht, erfolgt dann eine weitere Erwärmung bis zur gewünschten Abschaltetemperatur. In dieser Zeit hat die Wassererwärmung eingeschränkten Vorrang vor der Wärmeversorgung der Heizung. Dies bedeutet, dass dann jeweils nach ca. 6 Minuten Dauer, für etwa 2 Minuten die Wärmezufuhr zur Heizung freigegeben wird. Dies verhindert in der Regel ein merkbares Absinken der Raumtemperaturen.The above two steps are stationary as long as in the memory below the Level "0" in Fig. A3-1 cold water temperature prevails. During this time the Water heating is an absolute priority over heating supply. According to the above Filling the storage tank with hot water that corresponds to the comfort temperature, Then there is a further heating up to the desired switch-off temperature. In these times water heating has priority over the heating supply. This means that after about 6 minutes each time, for about 2 minutes Heat supply to the heater is released. This usually prevents a noticeable Lower room temperatures.

Bei der rechnerischen Überprüfung der oben genannten Zielvorgaben wird unten der Weg des zu erwärmenden Wassers (s. Bild A3-1) vom Ort "0" im Speicher bis zu Austritt aus dem flexiblen Schlauch am Ort "4" verfolgt. In the mathematical review of the above targets, the way of water to be heated (see Fig. A3-1) from location "0" in the storage tank to the outlet from the flexible hose tracked at location "4".

2. Warming the cold water to the comfort temperature for hot water Way from place "0" to place "1"

Da das Wasser im Speicher bezüglich der wirkenden Kräfte als ruhend betrachtet werden kann, gilt die hydrostatische Grundgleichung.Since the water in the storage tank can be considered to be static with regard to the acting forces, the basic hydrostatic equation.

Da alle Größen auf der rechten Seite der Gleichung 1 bekannt sind, kann der Differenzdruck an der Außenseite der Haube berechnet werden.Since all quantities on the right side of equation 1 are known, the differential pressure at the Be calculated outside of the hood.

Path from location "1" to location "2"

Messungen haben gezeigt, dass innerhalb der Haube annähernd Warmwassertemperatur herrscht. Somit wird hier bei gleichbleibendem Druck durch Mischung das Kaltwasser angenähert auf Warmwassertemperatur angehoben.Measurements have shown that there is approximately warm water temperature inside the hood. Thus, the cold water is approximated by mixing at constant pressure DHW temperature raised.

Path from location "2" to location "3"

Da die Kontrollöffnung sehr klein im Vergleich zum Haubenquerschnitt ist, gilt hier näherungsweise die Bernoulligleichung ohne Verlustglied.Since the inspection opening is very small compared to the hood cross section, the following applies approximately the Bernoulli equation without loss element.

Da nun c₂ ² sehr klein ist, kann
Since c ₂ ² is now very small, can

gesetzt und Gleichung 2 zweckentsprechend umgestellt werden.set and equation 2 changed accordingly become.

In Gleichung 3 ist nun aus geometrischen Gründen z₃ - z₂ = h und aus hydrostatischen Gründen p₂ - p₃ = p₁ - p₀. Zusammen mit Gleichung 1 ergibt sich dann aus Gleichung 3 die Gleichung 4.Equation 3 now shows z ₃ - z ₂ = h for geometric reasons and p ₂ - p ₃ = p ₁ - p ₀ for hydrostatic reasons. Together with equation 1, equation 4 then results in equation 4.

Die einzige verbliebene Unbekannte in Gleichung 4 ist c₃, die man somit bestimmen kann.The only remaining unknown in equation 4 is c ₃ , which can thus be determined.

Der Haube wird nun die Kesselleistung zugeführt. Durch Messungen wurde weiterhin nachgewiesen, dass der Wärmedurchgang durch die Haube vernachlässigt werden kann. Aus Gründen der Energieerhaltung muss dann im stationären Betrieb Gleichung 5 gelten.The boiler output is now supplied to the hood. Measurements have also shown that the heat transfer through the hood can be neglected. Because of Energy conservation must then apply to equation 5 in stationary operation.

Setzt man schließlich Gleichung 4 in Gleichung 5 ein so erhält man Gleichung 6.Finally putting Equation 4 in Equation 5 gives Equation 6.

In Gleichung 6 sind nun alle Größen auf der rechten Seite der Gleichung bekannt.In Equation 6, all quantities on the right side of the equation are now known.

Das oben formulierte Ziel des ersten Schrittes wird erreicht, wenn die Größe der Kontrollöffnung etwa Gleichung 6 entspricht.The goal of the first step formulated above is achieved if the size of the Control opening corresponds approximately to equation 6.

3. Transport of the hot water to the layer of the same temperature in the storage tank Path from location "3" to location "4"

Durch die Auswahl des Materials und der Wandstärke ist das Nettogewicht des flexiblen Schlauches im Vergleich zum Auftrieb des Warmwassers im Schlauch vernachlässigbar. Weiterhin wird durch einen entsprechenden Strömungswiderstand am Auslass des flexiblen Schlauches dafür gesorgt, dass die Austrittsöffnung des flexiblen Schlauches sich in der Schicht gleicher Temperatur wie das Warmwasser befindet.The choice of material and wall thickness is the net weight of the flexible hose negligible compared to the buoyancy of the hot water in the hose. Furthermore, by an appropriate flow resistance at the outlet of the flexible hose ensures that the outlet opening of the flexible hose is in the same temperature layer as that Hot water is located.

Für die Strömung im flexiblen Schlauch gilt die Bernoulligleichung mit Verlustglied.The Bernoulli equation with loss element applies to the flow in the flexible hose.

Wenn nun der Querschnitt des flexiblen Schlauches ausreichend groß ist, dann ist der Außendruck gleich dem Innendruck.If the cross section of the flexible hose is now sufficiently large, then the external pressure is equal to the internal pressure.

Kombiniert man Gleichung 7 mit Gleichung 8 und löst nach Δp_V auf, so erhält man Gleichung 9.Combining equation 7 with equation 8 and solving for Δp _V gives equation 9.

Gleichung 9 sagt, dass der Querschnitt des flexiblen Schlauches vom Außendruck soweit reduziert wird, bis der vorhandene Auftrieb verwendet wird, um die eventuellen Beschleunigungsverluste und die Reibungsverluste zu decken.Equation 9 says that the cross section of the flexible hose is reduced so far from the external pressure until the existing buoyancy is used to compensate for any loss of acceleration and to cover the friction losses.

Das oben formulierte Ziel des zweiten Schrittes wird erreicht, wenn ein flexibler Schlauch ausreichender Größe eingesetzt wird. The goal of the second step formulated above is achieved if a more flexible A hose of sufficient size is used.

List of symbols

A_K A _K

Kontrollquerschnitt zwischen Haube und flexiblem Schlauch
c_{0. . .4} Control cross-section between hood and flexible hose
c _{0.. .4}

Geschwindigkeiten an den Orten "0" bis "4"
cw spezifische Wärme des Wassers
g Erdbeschleunigung
h Haubenhöhe
p_{0. . .4} Speeds at locations "0" to "4"
cw specific heat of water
g gravitational acceleration
h hood height
p _{0.. .4}

Druck an den Orten "0" bis "4"
_N Printing at locations "0" to "4"
_N

Kesselleistung
z_{0. . .4} Boiler output
z _{0.. .4}

goedätische Höhe an den Orten "0" bis "4"
δ Temperatur
ρ Dichte
Goedetic height at the locations "0" to "4"
δ temperature
ρ density

Claims

1. A method for providing hot water in a hot water tank ( 2 ), in which cold water is heated by a heat source, the cold water being fed into the lower part of the hot water tank ( 2 ) and the hot water being removed from the upper part of the hot water tank ( 2 ) and depending on the amount of hot water discharged, a stratification of a lower volume of cold water ( 17 ) and an upper volume of hot water ( 16 ) occurs, characterized in that a portion of the cold water in the lower part of the hot water tank ( 2 ) is heated by the heat source ( 7 ) and upwards convectively through the surrounding cold water and separated from it up to the respective boundary layer ( 15 ) between the cold water volume ( 17 ) and the hot water volume ( 16 ) and discharged above or in the area of the boundary layer ( 15 ) into the hot water tank ( 2 ) becomes.

2. The method for providing hot water according to claim 1, characterized in that the portion of the cold water in the lower part of the hot water tank ( 2 ) from the heat source ( 7 ) is heated to at least human body temperature.

3. The method for providing hot water according to claim 1 or 2, characterized in that the upwardly convectively guided through the surrounding cold water is separated by a flexible hose 11 from the cold water.

4. A method for providing hot water according to claim 3, characterized in that the partial amount of cold water from the heat source ( 7 ) in a hood 8 surrounding the heat source with an inlet opening ( 9 ) below, through which surrounding cold water into the interior of the hood ( 8 ) can occur, and an overhead outlet opening ( 10 ), to which the flexible hose ( 11 ) is connected, is heated.

5. Hot water tank ( 1 ) for providing hot water with a hot water tank ( 2 ), the lower part of which can supply the cold water and from the upper part of which the hot water can be removed, a heat source ( 7 ) which is arranged in the lower part of the hot water tank ( 2 ) , and a hood ( 8 ) surrounding the heat source ( 7 ) with an inlet opening ( 9 ) at the bottom, through which surrounding cold water can enter the interior of the hood ( 8 ), and an outlet opening ( 10 ) at the top, to which a line ( 11 ) is connected, the outlet end ( 13 ) above or at the level of the respective boundary layer ( 15 ) which is located in the hot water tank ( 2 ) between the overhead hot water volume ( 16 ) and the underlying cold water volume ( 17 ), and with this Boundary layer ( 15 ) can be moved, so that the cold water heated in the hood ( 8 ) in the line ( 11 ) hindu through the surrounding cold water rch rises and can be supplied at or above the boundary layer ( 15 ).

6. Hot water tank ( 1 ) according to claim 5, wherein the line ( 11 ) is a flexible hose.

7. hot water tank ( 11 ) according to claim 5 or 6, wherein the line ( 11 ) is formed from a thin flexible film.

8. hot water tank ( 11 ) according to any one of claims 5 to 7, wherein the line ( 11 ) at the outlet opening ( 13 ) is provided with means for increasing the outlet resistance.

9. hot water tank ( 1 ) for providing hot water according to one of claims 5 to 8 , characterized in that the size of the cross-sectional area of the outlet opening ( 10 ) is determined as a function of the amount of heat supplied, the hood height and the known material data of the water, that the water emerging through the outlet opening has at least the comfort temperature according to DIN 4708.