DE20019169U1

DE20019169U1 - Warmwasserspeicher

Info

Publication number: DE20019169U1
Application number: DE20019169U
Authority: DE
Original assignee: Buderus Heiztechnik GmbH
Current assignee: Bosch Thermotechnik GmbH
Priority date: 2000-11-10
Filing date: 2000-11-10
Publication date: 2001-03-15
Anticipated expiration: 2010-11-11

Description

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BUDERUS HEIZTECHNIK GMBH

G 1490 TE-P Z

Beschreibung

Warmwasserspeicher

Die Neuerung betrifft einen Warmwasserspeicher mit einem vertikal im Speicherbehälter angeordneten Mittelrohr nach dem Oberbegriff des Schutzanspruches 1.
Ein gattungsgemäßer Warmwasserspeicher ist aus der DE 43 01 723 C2 bekannt und besteht aus einem Speicherbehälter mit einem Kaltwasserzulauf im unteren sowie einem Warmwasserablauf im oberen Bereich. Vertikal im Speicherbehälter ist ein Mittelrohr angeordnet, das unten wenigstens eine Einströmöffnung mit einem festgelegten Querschnitt und in seinem Mantel in unterschiedlichen Höhenlagen eine Anzahl von Ausströmöffnungen aufweist. Innerhalb des Mittelrohres befindet sich in dessen unterem Bereich ein Wärmetauscher für ein erstes Heizmedium. Dieser wird vorzugsweise an den Kreislauf einer Solaranlage angeschlossen, um eine Wasserzirkulation im Speicherbehälter zu erzeugen, wenn das in der unteren Zone des Mittelrohres erwärmte Wasser aufsteigt, durch die seitlichen Öffnungen in höheren Schichten ausströmt und gleichzeitig durch die Einströmöffnungen kühleres Wasser aus dem unteren Bereich des Speichers nachströmt.
Zusätzlich kommt als weiteres Heizmedium noch das Heizwasser eines Kesselkreislaufs in Betracht, welches dann beispielsweise über einen weiteren Wärmetauscher im oberen Bereich des Speicherbehälters geführt wird. Man vermeidet allerdings eine sogenannte Nachladung des Warmwasserspeichers über den Kesselkreislauf, um das aktuelle Sonnenenergieangebot aus der Solaranlage möglichst vollständig auszunutzen. Dazu sind einerseits niedrige Wassertemperaturen für einen guten Wärmeaustausch im Bereich um den ersten Wärmetauscher im Mittelrohr notwendig. Andererseits muss das aufgeheizte Wasser durch das Mittelrohr möglichst schnell bis in die Nähe des Warmwasserablaufs im oberen Bereich des "Speicherbehälter gelangen, damit eine Nachladung nicht erfolgt bzw. damit entsprechend temperiertes Warmwasser zur Abgabe zur Verfügung steht. Trotz der vorstehend beschriebenen Wasserzirkulation soll die Temperaturschichtung im Speicherbehälter erhalten bleiben.

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Wenn sie zerstört würde, wäre die Temperatur im oberen Bereich des Speicherbehälters zu niedrig bzw. die optimalen Temperaturen am Wärmetauscher im Mittelrohr würden sich nicht einstellen. Es entstünden Energieverluste, wenn beispielsweise relativ warmes Wasser in die unteren, kühleren Zonen des Speicherbehälters gelangt und zunächst das gesamte Wasservolumen aufgeheizt werden muss, um die gewünschte Auslauftemperatur im oberen Bereich zur Verfügung zu stellen.

Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, die Funktion eines Warmwasserspeichers mit einem vertikal im Speicherbehälter angeordneten Mittelrohr zu optimieren.

Neuerungsgemäß wurde dies mit den Merkmalen des Schutzanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Der Warmwasserspeicher ist dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der mindestens einen Einströmöffnung in Abhängigkeit von der Wassertemperatur im Speicherbehälter zu verstellen ist, um die Wasserzirkulation im gesamten Speicherbehälter sowie am Wärmetauscher im Mittelrohr zu regulieren. Bei einer relativ hohen Temperatur im oberen Bereich des Speicherbehälters ist ein relativ großer Querschnitt der Einströmöffnung freigegeben, so dass die Zirkulation durch Wärmeleitrohr und Speicherbehälter verstärkt wird. Je kühler das Wasser im oberen Bereich des Speicherbehälters, desto kleiner wird der Querschnitt der Einströmöffnung. Er kann dann auch ganz verschlossen werden.
Um den Querschnitt der mindestens einen Einströmöffnung zu beeinflussen, ist das Mittelrohr oder ein mit diesem korrespondierendes Verschlussbauteil beweglich gelagert. Ein temperaturabhängig wirkendes Element ist so am Mittelrohr oder am mit diesem korrespondierenden Verschlussbauteil angebracht, dass dieses eine temperaturabhängige Bewegung, vorzugsweise als Verschiebung in vertikaler Richtung oder als Drehung in Umfangsrichtung, ausführt. Daher besteht das Mittelrohr aus zwei konzentrischen Rohrkörpern mit jeweils mindestens einer einander zugeordneten Einströmöffnung im unteren Bereich. Der bewegliche, mit dem temperaturabhängig wirkenden Element verbundene Rohrkörper ist am feststehenden Rohrkörper geführt. Es bietet sich dabei an, den oberen, beweglichen Teil des Mittelrohres über das temperaturabhängig wirkende Element innen am Speicherbehälter vertikal aufzuhängen. Ein am Speicherboden befestigtes Unterteil bildet

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das Gegenstück und reicht nur bis in Bereich des im Inneren angeordneten Wärmetauschers für den Solarkreislauf. Der obere, bewegliche Teil des Mittelrohres übergreift außen das Unterteil und ist von diesem geführt. Zusammen mit dem Unterteil wird somit ein Ringspalt als Einströmöffnung im Bereich des Wärmetauschers ausgebildet. Dieser hat einen variablen Querschnitt in unterschiedlichen Positionen, welcher von der speziellen Gestaltung der übergreifenden Enden der beiden konzentrischen Rohrkörper, im Zusammenspiel mit der Bewegung des temperaturabhängig wirkenden Elements bzw. des oberen Teils des Mittelrohres, abhängt. Alternativ zu einer axialen Verschiebung kann der obere Teil des Mittelrohres um eine vertikale Achse drehbar gelagert sein. Das temperaturabhängig wirkende Element bewirkt dann eine Drehung, weil es zwischen dem oberen Teil des Mittelrohres und dem Speicherbehälter so angebracht ist, dass es in horizontaler Richtung wirkt.

Bei einer weiteren Variante ist das Mittelrohr feststehend ausgebildet und wird von einem konzentrischen, zum Beispiel ringförmigen, durch das temperaturabhängig wirkende Element bewegten Verschlussbauteil umgeben. Dieses hat ebenfalls durch seine Bewegung und/oder seine Form Einfluss auf einen variablen Querschnitt der mindestens einen Einströmöffnung in unterschiedlichen Positionen. Genauso kann sowohl das Temperaturabhängig wirkendes Element selbst als Klappe ausgebildet sein als auch eine von diesem betätigte Klappe an der Einströmöffnung angebracht sein, um einen variablen, stufenlos verstellbaren Querschnitt für das einströmende Wasser in unterschiedlichen Positionen freizugeben.

Grundsätzlich ist es günstig, wenn das temperaturabhängig wirkende Element, beispielsweise ein Bimetall, direkt im Strömungsweg des aus dem Mittelrohr ein- oder ausströmenden Wassers und/oder in der wärmsten Zone des Speicherbehälters angebracht ist, um ein schnelles Ansprechen auf die aktuelle Temperatursituation sicherzustellen. Bei Erwärmung dehnt sich das temperaturabhängig wirkende Element aus. Umgekehrt zieht es sich bei der Einspeisung von relativ kühlem Wasser zusammen. Für die geringen Dreh- oder Verschiebungsbewegungen an den als Spalt oder Bohrungen gestalteten Eintrittsöffnungen reicht die mit einem einfachen, wartungsfreien Bimetallelement realisierbare Maßänderung völlig aus.
Bei einer Unterteilung des Speichervolumens in einen inneren und äußeren Speicherbehäl-

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ter, beispielsweise für Trink- und Heizwasser, sind das Mittelrohr und das temperaturabhängig wirkende Element im inneren Behälter angebracht. Daher sollte der innere Behälter sich über die volle Höhe des Speicherbehälters erstrecken, weil dann sowohl eine gute Temperaturschichtung als auch ein optimaler Wärmetausch erreicht wird, wenn sich die Einströmöffnung im Bereich des Wärmetauschers in der kühlsten Zone des Speicherbehälters befindet.

Mit der neuerungsgemäßen Anordnung wird die Funktion eines insbesondere in Solaranlagen integrierten Warmwasserspeichers mit einem Mittelrohr verbessert, weil die Zirkulation im Inneren bzw. der Wärmeaustausch zwischen den angeschlossenen Kreisläufen und dem Speicherinhalt in Abhängigkeit der aktuell vorherrschenden Temperaturen reguliert wird. Dabei wird einerseits durch guten Wärmeaustausch, d. h. niedrige Temperatur des in das Mittelrohr strömenden Wassers, ein Maximum an Sonnenenergie schon bei relativ geringen Vorlauftemperaturen ausgenutzt. Andererseits wird die Temperatur am Warmwasserablauf im oberen Speicherbereich so schnell wie mit dem aktuellen Wärmeeintrag möglich erhöht. Zudem bleibt die Temperaturschichtung im Speicherbehälter in allen Betriebszuständen erhalten.

Gegenüber der bekannten Ausführung mit festgelegten Strömungsverhältnissen wird nun ein Eintrittsquerschnitt in das Mittelrohr eingestellt, der allen Anlagenvarianten gerecht wird. Ein und derselbe Speicher ist bei verschiedenen Anlagen einsetzbar und paßt die Zirkulation im Inneren zum Beispiel selbständig an die Zahl der angeschlossenen Solarkollektoren, deren Ausrichtung oder den aktuellen Solarertrag an. Dadurch ist die solare E-nergieausnutzung optimiert und mögliche Abstimmungsfehler bei der Installation werden ausgeschlosssen. Das gesamte neuerungsgemäße System benötigt keine Hilfsenergie.

Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der Neuerung dar und zeigt in einer einzigen Figur einen vertikalen Längsschnitt durch einen Warmwasserspeicher mit einem vertikal im Speicherbehälter angeordneten Mittelrohr.

Der Warmwasserspeicher besteht aus einem Speicherbehälter 1 mit einem Kaltwasserzulauf 2 im unteren und einem Warmwasserablauf 3 im oberen Bereich sowie einem vertikal im Speicherbehälter 1 angeordneten Mittelrohr 4, welches unten wenigstens eine Einströmöffnung 5 und in seinem Mantel in unterschiedlichen Höhenlagen eine Anzahl von

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Ausströmöffnungen 6 aufweist. Im unteren Teil des Mittelrohres 4 befindet sich ein Wärmetauscher 7 für ein erstes Heizmedium, der an den Kreislauf einer Solaranlage angeschlossen ist.

Der Querschnitt der mindestens einen Einströmöffnung 5 bzw. des dargestellten Ringspalts 8 wird in Abhängigkeit von der Wassertemperatur im Speicherbehälter 1 verstellt. Maßgebend ist dafür das temperaturabhängige Dehnen oder Zusammenziehen des temperaturabhängig wirkenden Elements 9. Dieses ist an der Oberseite des Mittelrohres 4, also der wärmsten Zone im Speicherbehälter 1, angebracht und bildet die Aufhängung für den oberen Teil des Mittelrohres 4, welcher ein Unterteil 10 außen übergreift. Dabei entsteht der in seinem Querschnitt und/oder Strömungswiderstand variabel einstellbare Ringspalt 8 und gleichzeitig wird der bewegliche obere Teil des Mittelrohres 4 am feststehenden Unterteil 10 geführt.

Durch den Ringspalt 8 wird somit relativ kühles Wasser aus dem unteren Bereich des Speicherbehälters 1 dosiert zum Wärmetauscher 7 geleitet. Ist beispielsweise dort die eingebrachte Solarwärme relativ gering, so genügt eine geringe Durchströmung am Ringspalt 8 für eine optimale Wärmeübertragung. Der obere Teil des Mittelrohres 4 muss dann vom temperaturabhängig wirkenden Element 9 möglichst weit nach unten bewegt werden. Erwärmtes Wasser tritt an der höchsten Stelle aus dem Mittelrohr 4 aus und bleibt im oberen Bereich des Speicherbehälters 1 in direkter Nähe zum Warmwasserablauf 3. Es erscheint ein dauerhaft geöffneter Mindestquerschnitt der Einströmöffnung 5 sinnvoll, da eine geringe Zirkulation über den Wärmetauscher 7 in allen Betriebszuständen günstig ist.
Sobald der Wärmeeintrag über den Wärmetauscher 7 oder die Temperatur am Element 9 im oberen Bereich des Speicherbehälters 1 zunimmt, ist ein größerer Querschnitt der Einströmöffnung 5 bzw. eine stärkere Zirkulation im Speicherbehälter 1 besser. Dann wird der obere Teil des Mittelrohres 4 angehoben und öffnet den Ringspalt 8 bzw. reduziert dort den Strömungswiderstand, um verstärkt kühleres Wasser aus dem Bereich um den Kaltwasserzulauf 2 in das Mittelrohr 4 hineinzuleiten.

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Claims

1. Warmwasserspeicher, bestehend aus einem Speicherbehälter (1) mit einem Kaltwasserzulauf (2) im unteren und einem Warmwasserablauf (3) im oberen Bereich, einem vertikal im Speicherbehälter (1) angeordneten Mittelrohr (4), das unten wenigstens eine Einströmöffnung (5) und in seinem Mantel in unterschiedlichen Höhenlagen eine Anzahl von Ausströmöffnungen (6) aufweist, wobei ein unterer Wärmetauscher (7) für ein erstes Heizmedium, vorzugsweise aus dem Kreislauf einer Solaranlage, im unteren Teil des Mittelrohres (4) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der mindestens einen Einströmöffnung (5) in Abhängigkeit von der Wassertemperatur im Speicherbehälter (1) zu verstellen ist.

2. Warmwasserspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer relativ hohen Temperatur im oberen Bereich des Speicherbehälters (1) ein relativ großer Querschnitt der Einströmöffnung (5) freigegeben ist und dass bei relativ kühlem Wasser im oberen Bereich des Speicherbehälters (1) die Einströmöffnung (5) bzw. deren Querschnitt im unteren Bereich des Speicherbehälters (1) sehr klein oder verschlossen ist.

3. Warmwasserspeicher nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittelrohr (4) oder ein mit diesem korrespondierendes Verschlussbauteil zur Beeinflussung des Querschnittes der mindestens einen Einströmöffnung (5) beweglich gelagert ist.

4. Warmwasserspeicher nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein temperaturabhängig wirkendes Element (9) so am Mittelrohr (4) oder am mit diesem korrespondierenden Verschlussbauteil angebracht ist, dass dieses eine temperaturabhängige Bewegung, vorzugsweise als Verschiebung in vertikaler Richtung oder als Drehung in Umfangsrichtung, ausführt.

5. Warmwasserspeicher nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittelrohr (4) aus zwei konzentrischen Rohrkörpern mit jeweils mindestens einer einander zugeordneten Einströmöffnung (5) im unteren Bereich besteht, wobei der bewegliche, mit dem temperaturabhängig wirkenden Element (9) verbundene Rohrkörper am feststehenden Rohrkörper geführt ist.

6. Warmwasserspeicher nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Teil des Mittelrohres (4) über das Temperaturabhängig wirkende Element (9) innen am Speicherbehälter (1) vertikal aufgehängt ist, ein am Speicherboden befestigtes Unterteil (10) im Bereich des im Inneren angeordneten Wärmetauschers (7) für ein erstes Heizmedium außen übergreift und von diesem geführt ist.

7. Warmwasserspeicher nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Teil des Mittelrohres (4) zusammen mit dem Unterteil (10) einen Ringspalt (8) als Einströmöffnung (5) im Bereich des Wärmetauschers (7) ausbildet, welcher einen variablen Querschnitt in unterschiedlichen Positionen durch die Gestalt der übergreifenden Enden der beiden konzentrischen Rohrkörper, in Verbindung mit der Bewegung des temperaturabhängig wirkenden Elements (9) bzw. des oberen Teils des Mittelrohres (4), aufweist.

8. Warmwasserspeicher nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Teil des Mittelrohres (4) um eine vertikale Achse drehbar gelagert ist und das temperaturabhängig wirkende Element (9) die Drehung bewirkt, indem es zwischen dem oberen Teil des Mittelrohres (4) und dem Speicherbehälter (1) angebracht ist.

9. Warmwasserspeicher nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittelrohr (4) feststehend ausgebildet und von einem konzentrischen, durch das temperaturabhängig wirkende Element (9) bewegten Verschlussbauteil umgeben ist, welches durch seine Gestalt Einfluss auf einen variablen Querschnitt der mindestens einen Einströmöffnung (5) in unterschiedlichen Positionen hat.

10. Warmwasserspeicher nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittelrohr (4) feststehend und das temperaturabhängig wirkende Element (9) selbst als Klappe ausgebildet ist oder dass mindestens eine von diesem betätigte Klappe an der Einströmöffnung (5) angebracht ist und einen variablen Querschnitt in unterschiedlichen Positionen freigibt.

11. Warmwasserspeicher nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das temperaturabhängig wirkende Element (9) vorzugsweise im Strömungsweg des aus dem Mittelrohr (4) austretenden oder einströmenden Wassers und/oder in der wärmsten Zone des Speicherbehälters (1) angebracht ist.

12. Warmwasserspeicher nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Unterteilung des Speichervolumens in einen inneren und äußeren Speicherbehälter (1) das Mittelrohr (4) und das temperaturabhängig wirkende Element (9) vorzugsweise im inneren Behälter angebracht sind, so dass sich die Einströmöffnung (5) in der kühlsten Zone des Speicherbehälters (1) befindet.