DE19953492A1 - Vorrichtung zur Flüssigkeits-Entnahme und Beladung von Schichtspeichern - Google Patents

Abstract

Eine Vorrichtung dient zur temperaturgeregelten Entnahme und Beladung von flüssigen Medien aus oder in geschichtete Speicher oder dergleichen. Sie weist zwei koaxial ineinander gesteckte Rohre auf, von denen das Innenrohr einseitig, stirnseitig geschlossen ist. Die Rohre weisen etwa lotrecht zur Längsachse aufeinander abgestimmte, beliebige geometrische Öffnungen auf, welche bei koaxialer Verschiebung über die gesamte Länge der Rohre, über einen definierten Hub von oben nach unten oder umgekehrt in den einzelnen Abständen der Öffnungen, bei anfänglicher Überschneidung bis zur vollen Deckung und endender Überschneidung den Medienfluss ins Innenrohr oder aussetzend vom Innenrohr nach außen in den Speicher freigeben.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur temperaturgeregelten Entnahme und Beladung von flüssigen Medien aus oder in einen geschichteten Speicher oder dergleichen Behältnis. Es sind bereits Lade- und Entnahmeeinrichtungen für Schichtspeicher bekannt, die z. B. als Differentialrohr oder als Schichtrohr mit Klappen, Leitblenden usw. ausgebildet sind.

Für die Entladung ist von der Fa. KATENS-Solar, Dieselstraße 45, D 87437 Kempten, ein System bekannt, welches ein feststehendes Rohr im Speicherboden und ein übergestülptes Rohr aufweist. Beide haben gegenläufige, wendelförmige Reihenbohrungen und durch Drehung des Aussenrohres kann der Schnittpunkt der Bohrungen von unten nach oben oder umgekehrt wandern. Diese Vorrichtung hat den Nachteil, dass große Rohr-Durchmesser im Verhältnis zu den Bohrungen benötigt werden und dass die Einrichtung fest im Speicher angeschraubt ist, was die Flexibilität einschränkt.

Bedingt durch die geometrische Funktionsweise werden sehr hohe Strömungsgeschwindigkeiten bei Aus- oder Eintritt in den Speicher gefahren, was zur Wirbelbildung im Speicher führen kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art mit verbesserter Effektivität und einfacherer Montierbarkeit zu schaffen.

Diese Aufgabe wird mit den in den Schutzansprüchen aufgeführten Merkmalen gelöst.

Die Erfindung dient der effizienten, temperaturgerechten Entnahme und Einbringung von flüssigen Medien in Schichtspeichern durch minimale geometrische Abmessungen insbesondere hinsichtlich dem Durchmesser der Rohre im Verhältnis zu der entnehmbaren Wassermenge bzw. der zu beschickenden Wassermenge. Die temperaturabhängige Medienentnahme aus einem Schichtspeicher oder einer ähnlichen Einrichtung erfolgt bei dieser Erfindung durch eine eingeschraubte oder ähnlich mechanisch lösbarer Lanze, welche mit einem Aussenrohr und einem passgenau sitzendem Innenrohr, welches sich koaxial verschieben läßt, ausgestattet ist. Das Aussenrohr und das Innenrohr sind mit Ausschnitten versehen, welche durch die koaxiale Verschraubung des Innenrohres über einen definierten Hub nacheinander Übereinstimmung erreichen und somit in verschiedenen Höhen die hydraulische Verbindung zwischen Schichtspeicher und Entnahmerohr herstellen. Die Entnahmeleistung bzw. die Einbringleistung (Volumen/Zeit) läßt sich verdoppeln durch die Anordnung der Öffnungen auf den Rohrumfang um 180° und in Koaxialrichtung um den halben Abstand versetzt. Die geometrischen Ausschnitte sind so zu wählen, dass dieselben sich gegenseitig (gegenüberliegend) nicht beeinträchtigen.

Je nach gewünschter Vorlauftemperatur kann die Entnahme ohne Beimischung von kälterem Wasser (Exergieverlust) vorgenommen und dadurch die Verfügbarkeit des Speichers erhöht werden.

Vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in den Unteransprüchen wiedergegeben.

Nachstehend ist die Erfindung mit ihren wesentlichen Einzelheiten anhand der Zeichnungen noch näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 eine schematisch dargestellte Solaranlage,

Fig. 2 eine Seitenansicht einer Schichtentnahmevorrichtung,

Fig. 3 eine Detailansicht der Schichtentnahmevorrichtung im Bereich X der Fig. 2 und

Fig. 4 einen Querschnitt der Schichtentnahmevorrichtung entsprechend der Schnittlinie VI-VI in Fig. 2.

Eine in Fig. 1 gezeigte Solaranlage 1 weist in einem Förderkreislauf für ein flüssiges Wärmeträgermedium 2 einen Speicherbehälter 3, einen Sonnenkollektor 4, einen Vorratsbehälter 5 für Schutzmedium 6, ein Dreiwegeventil 7 sowie eine Umwälzpumpe 8 auf.

Die Umwälzpumpe ist in eine Rücklaufleitung 9 eingesetzt, die vom Speicherbehälter 3 zum Sonnenkollektor 4 führt und eine Vorlaufleitung 10 führt vom Sonnenkollektor 4 zum Speicherbehälter 3.

Die Rücklaufleitung 9 ist beim Speicherbehälter 3 an eine Schichtentnahmevorrichtung 20 angeschlossen, mittels der das im Speicherbehälter 3 temperaturgeschichtete Wasser in einer solchen Temperierung entnommen werden kann, daß die optimale Verfügbarkeit der Sonneneinstrahlung ausgenutzt werden kann. Wie gut in den Fig. 2 bis 4 erkennbar, weist die Schichtentnahmevorrichtung 20 zwei koaxial ineinander geführte, etwa vertikal in den Speicherbehälter eingesetzte Rohre 21, 22 auf (vergleiche auch Fig. 1). Die Innenhöhlung 23 des Innenrohres 22 ist an den Rücklaufanschluß 24 des Speicherbehälters 3 angeschlossen. Die beiden Rohre weisen im Verlauf ihrer Längserstreckung seitliche Wandungsöffnungen 25, 25a auf, die durch Relativbewegen der beiden Rohre in axialer Richtung wahlweise an unterschiedlichen Stellen der Längserstreckung zur Bildung von Durchtrittsöffnungen 26 in Überdeckungslage bringbar sind.

In Fig. 2 ist erkennbar, daß die Abstände der Wandungsöffnungen 25 in Längsrichtung bei dem Außenrohr größer sind als die Abstände der Wandungsöffnungen 25a bei dem Innenrohr, so daß nacheinander bei einer Verschiebung der beiden Rohre relativ zueinander in Längsrichtung, Wandungsöffnungen 25, 25a der beiden Rohre in unterschiedlichen Höhen in Überdeckungslage bringbar sind. Dementsprechend wird durch die sich überdeckenden Wandungsöffnungen gebildeten Durchtrittsöffnung 26 Wasser in der entsprechenden Schichthöhe entnommen.

In Fig. 2 ist weiterhin erkennbar, daß sich die beiden obersten Wandungsöffnungen 25, 25a in Überdeckungslage befinden und eine Durchtrittsöffnung 26 bilden, so daß in dieser Position Wasser aus dem oberen Bereich des Behälters entnommen wird. Durch entsprechendes Axialverschieben der beiden Rohre relativ zueinander kann jede der Wandungsöffnungen 25 im Außenrohr 21 in Deckungslage mit einer der Wandungsöffnungen 25a des Innenrohres 22 gebracht werden, so daß eine Wasserentnahme in der jeweils gewürichten Schichthöhe aus dem Speicherbehälter 3 möglich ist.

Die Detailansicht gemäß Fig. 3 zeigt das obere Ende der Schichtentnahmevorrichtung 20 und es ist hier deutlich erkennbar, daß sich die beiden obersten Wandungsöffnungen 25, 25a in Überdeckungslage befinden, so daß hier eine Durchtrittsöffnung 26 gebildet ist. Wird das Innenrohr 22 etwas nach unten verschoben, so würde die in Fig. 3 untere Wandungsöffnung 25a des Innenrohres 22 in Überdeckungslage mit der Wandungsöffnung 25 im Außenrohr 21 gelangen, so daß dann ein Wassereintritt bei der weiter unten gebildeten Durchtrittsöffnung erfolgen würde.

Wie auch gut in Fig. 4 erkennbar, sind die Wandungsöffnungen 25, 25a als Radialschlitze ausgebildet, die sich über etwas mehr als einem Viertel des Rohrumfangs erstrecken.

Zum Positionieren der beiden Rohre 21, 22 relativ zueinander ist ein motorischer Verstellantrieb 27 vorgesehen, der, wie in Fig. 1 erkennbar, an eine Solaranlagensteuerung 28 angeschlossen ist.

Erwähnt sei noch, daß anstatt einer Axialbewegung der beiden Rohre 21, 22 relativ zueinander auch eine Drehbewegung relativ zueinander möglich ist, wobei dann die Wandungsöffnungen in beiden Rohren in Längsrichtung gleiche Abstände aufweisen, in Umfangsrichtung zumindest bei einem Rohr jedoch versetzt zueinander angeordnete Wandungsöffnungen aufweist.

Für einen praktisch vollautomatischen Betrieb der Solaranlage ist die Steuerung 28 mit einem Außentemperaturfühler 29, einem Strahlungsfühler 30, mit der Umwälzpumpe 8, dem Dreiwegeventil 7 sowie Temperaturfühlern 31 für die Temperaturschichtung des Wärmeträgermediums im Speicherbehälter verbunden.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur temperaturgeregelten Entnahme und Beladung von flüssigen Medien aus oder in geschichtete Speicher oder dergleichen Behältnisse(n), dadurch gekennzeichnet, dass zwei koaxial ineinander gesteckte Rohre (21, 22), von denen das Innenrohr (22) einseitig, stirnseitig geschlossen ist, etwa lotrecht zur Längsachse aufeinander abgestimmte, beliebige geometrische Öffnungen (25, 25a) aufweisen, welche bei koaxialer Verschiebung über die gesamte Länge der Rohre, über einen definierten Hub von oben nach unten oder umgekehrt in den einzelnen Abständen der Öffnungen, bei anfänglicher Überschneidung bis zur vollen Deckung und endender Überschneidung den Medienfluss ins Innenrohr oder aussetzend vom Innenrohr nach aussen in den Speicher freigeben.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Entnahme- bzw. das Beladungsrohr beliebig in einem Schichtspeicher (3) über eine vorhandene Muffe im Speicher vorzugsweise vertikal von oben oder von unten einschraubbar ist.

3. Vorrichtung zur temperaturgeregelten Entnahme und Beladung von flüssigen Medien aus oder in geschichtete Speicher oder dergleichen Behältnisse(n), insbesondere für eine Solaranlage mit einem Förderkreislauf für ein flüssiges Wärmeträgermedium, wobei in dem Förderkreislauf ein Speicherbehälter sowie wenigstens ein Sonnenkollektor angeordnet und über eine Vorlaufleitung und eine Rücklaufleitung miteinander verbunden sind, sowie mit einer Pumpe zum Umfördern des Wärmeträgermediums, dadurch gekennzeichnet, daß der Rücklauf (24) beim Speicherbehälter (3) an eine Schichtentnahmevorrichtung (20) angeschlossen ist, die vorzugsweise zwei koaxial ineinander geführte, etwa vertikal in den Speicherbehälter eingesetzte Rohre (21, 22) aufweist, daß die Innenhöhlung (23) des Innenrohres (22) an den Rücklaufanschluß (24) angeschlossen ist, daß die Rohre im Verlauf ihrer Längserstreckung seitliche Wandungsöffnungen (25, 25a) aufweisen, die durch Relativbewegungen der beiden Rohre (25, 25a) wahlweise an unterschiedlichen Stellen der Längserstreckung zur Bildung von Durchtrittsöffnungen (26) in Überdeckungslage bringbar sind.

4. Solaranlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Schichtentnahmevorrichtung (20) die Abstände der Wandungsöffnungen (25 bzw. 25a) in Längsrichtung bei einem Rohr größer als bei dem anderen Rohr sind und daß die Rohre in Längsrichtung relativ zueinander verstellbar sind.

5. Solaranlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandungsöffnungen in beiden Rohren gleiche Abstände in Längsrichtung aufweisen und in Umfangsrichtung zumindest bei einem Rohr versetzt zueinander angeordnet sind.

6. Solaranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung beziehungsweise die Schichtentnahmevorrichtung (20) einen an eine Steuerung beziehungsweise Solaranlagensteuerung (28) angeschlossenen, motorischen Verstellantrieb (27) aufweist.