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Die
Erfindung bezieht sich auf einen Wärmespeicher mit einem Behälter zur
temperaturgeschichteten Aufnahme eines Wärmeträgers und mit einem selbstumlaufenden
Ladekreis; der einen im wesentlichen innerhalb des Behälters angeordneten
Wärmetauscher
zum Erwärmen
des Wärmeträgers und
eine sich zumindest über
einen Teil der Behälterhöhe erstreckende,
mit dem Behälter
in unterschiedlichen Höhen
strömungsverbundene
Steigleitung für
den erwärmten
Wärmeträger umfaßt, wobei
der Wärmetauscher
ein die Steigleitung tragendes, zylindrisches Gehäuse, das
den Boden des Behälters
durchsetzt und Durchtrittsöffnungen
zur Strömungsverbindung mit
dem Behälterinneren
bildet, sowie eine an einen Vor- und
einen Rücklauf
eines Heizmediums angeschlossene, zum Gehäuse koaxiale, schraubenförmig gewundene
Rohrschlange aufweist.
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Um
ohne Steuerungsaufwand eine der Temperaturschichtung entsprechende
Ladung eines Wärmespeichers über einen
Ladekreis zu gewährleisten,
der einen außerhalb
des Wärmespeicherbehälters angeordneten
Wärmetauscher
zum Erwärmen
des Wärmeträgers über ein
Heizmedium und eine sich zumindest über einen Teil der Behälterhöhe erstreckende,
mit dem Behälter
in unterschiedlichen Höhen
strömungsverbundene
Steigleitung für
den erwärmten
Wärmeträger umfaßt, ist
es bekannt (
EP 924 471
A2 ), die außerhalb
des Behälters
verlaufende, über
Verbindungsleitungen an den Behälter
angeschlossene Steigleitung mit dem Wärmetauscher zu einem selbstumlaufenden
Ladekreis zusammenzuschließen.
Im Gegensatz zu Wärmetauschern
mit einem Zwangsumlauf hängt
die Ladekreisströmung eines
selbstumlaufenden Ladekreises bei gegebenen Konstruktionsparametern
ausschließlich
von der jeweiligen Temperatur des im Wärmetauscher erwärmten Wärmeträgers und
der Schichttemperatur im Behälter
ab. Aufgrund der temperaturabhängigen Dichteunterschiede
steigt der im Wärmetauscher
erwärmte
Wärmeträger in der
Steigleitung solange auf, bis die Schichttemperatur im Behälter im
Bereich einer Verbindungsleitung der Temperatur des Wärmeträgers in
der Steigleitung entspricht, so daß sich wegen der Thermosiphonwirkung
des selbstumlaufenden Ladekreises eine der jeweiligen Temperaturschichtung
im Behälter
entsprechende Ladung des Wärmespeichers
einstellt. Der selbstumlaufende Ladekreis erfordert zwar eine Nacheinanderschaltung des
Wärmetauschers
und der Steigleitung der Höhe nach,
doch kann das Heizmedium für
den Wärmetauscher
in einem Zwangsumlauf geführt
werden, so daß das
jeweilige Wärmeangebot
durch das Heizmedium trotz der unterschiedlichen Temperaturniveaus gut
ausgenützt
werden kann. Es muß allerdings
der zusätzliche
Platzbedarf für
den Wärmetauscher
und die an den Wärmetauscher
angeschlossene Steigleitung außerhalb
des Behälters
sowie der dafür
erforderliche Konstruktionsaufwand in Kauf genommen werden.
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Zum
Aufladen eines Warmwasserspeichers ist es außerdem bekannt (
EP 0 518 369 A1 ), im Speicherbehälter eine
sich über
die Behälterhöhe erstreckende
Steigleitung vorzusehen, in der eine Ladeleitung eines Ladekreises
mündet.
Dieser Ladekreis entnimmt dem Speicherbehälter das zu erwärmende Wasser
im Bodenbereich, um es über
einen Wärmetauscher
aufzuwärmen
und der Steigleitung in einem mittleren Höhenbereich zuzuführen, die
an ihrem oberen Ende und im Bereich unterhalb der Mündung der
Ladeleitung Durchtrittsöffnungen
aufweist, so daß unter
bestimmten Strömungsverhältnissen das über die
Ladeleitung zuströmende
Wasser in Abhängigkeit
von seiner Ladetemperatur entweder in der Steigleitung nach oben
aufsteigt oder nach unten absinkt, um durch die Durchtrittsöffnungen
der Steigleitung in die der Ladetemperatur angepaßte Wasserschicht
auszutreten. Wegen des Zwangsumlaufs des durch den Ladekreis geförderten
Wassers können
jedoch die für
die angestrebte Wirkung erforderlichen Strömungsverhältnisse kaum eingehalten werden.
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Schließlich ist
es bekannt (
DE 195
42 076 A1 ), zum Laden eines Wärmespeichers einen Wärmetauscher
zu verwenden, der ein eine Steigleitung tragendes, zylindrisches
Gehäuse
umfaßt,
das den Boden des Behälters
des Wärmespeichers
durchsetzt und Durchtrittsöffnungen
zur Strömungsverbindung
mit dem Behälterinneren
bildet, und eine an einen Vor- und einen Rücklauf eines Heizmediums angeschlossene,
zum Gehäuse
koaxiale, schraubenförmig
gewundene Rohrschlange aufweist. Um bei schwankenden Wärmeangeboten
einen hohen Wirkungsgrad zu erreichen, wird das Kaltwasser aus dem
radial äußeren, unteren
Bereich des Speicherbehälters
durch eine außerhalb
des Speicherbehälters
verlaufende Rohrleitung durch den Boden des Gehäuses in den Wärmetauscher
geführt,
wobei über
ein Regelventil die in den Wärmetauscher
strömende,
aufzuwärmende
Kaltwassermenge vorgegeben werden kann. Nachteilig ist vor allem,
daß über das
Gehäuse
des Wärmetauschers
aufgrund der durch das Gehäuse
gebildeten Wärmetauscherfläche die
Temperaturschichtung im Speicherbehälter beeinträchtigt wird.
Außerdem
besteht die Gefahr, daß erwärmtes Wasser
aus der Steigleitung nicht nur in einen angepaßten Wärmebereich des Speicherbehälters austritt,
was wiederum zu einer Störung
der Wärmeschichtung
im Speicherbehälter
führt.
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Der
Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Wärmespeicher
der eingangs geschilderten Art mit einfachen konstruktiven Mitteln
so auszugestalten, daß der
Platzbedarf für
die Anordnung des Wärmetauschers
und der daran angeschlossenen Steigleitung entfällt und trotzdem eine Ladung des
Wärmespeichers
unter einer weitgehenden Beibehaltung der Temperaturschichtung innerhalb
des Wärmespeichers
ermöglicht
wird.
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Die
Erfindung löst
die gestellte Aufgabe dadurch, daß die Durchtrittsöffnungen
des Gehäuses über die
Höhe des
aus Kunststoff gefertigten Mantels des Gehäuses verteilt sind und daß die Steigleitung über ihre
Höhe verteilt
nach unten abfallende Austrittsstutzen trägt.
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Durch
die Anordnung des Wärmetauschers zumindest
im wesentlichen innerhalb des Behälters des Wärmespeichers wird zwar eine
den Außenraum um
den Wärmespeicher
freigebende Konstruktion erhalten, doch bringt die Anordnung des
Wärmetauschers
im Behälterinneren
die Gefahr einer Beeinträchtigung
der Temperaturschichtung im Wärmespeicher
mit sich. Dieser Gefahr wird durch das Vorsehen eines Kunststoffmantels
für das
Gehäuse
des Wärmetauschers
begegnet. Da das Gehäuse
den Behälterboden
durchsetzt und über
die Höhe
seines aus Kunststoff gefertigten Mantels verteilte Durchtrittsöffnungen
zur Strömungsverbindung
mit dem Behälterinneren
bildet, bildet sich beim Aufladen des Wärmespeichers eine Ladeströmung aus,
die im Bodenbereich des Wärmespeichers
eine kalte Wärmeträgerströmung aus
dem Behälter
des Wärmespeichers
in das Gehäuse
des Wärmetauschers
und eine über
die schraubenförmig
gewundene Rohrschlange durch das Heizmedium erwärmte Wärmeträgerströmung umfaßt, die innerhalb des Gehäuses nach oben
zur Steigleitung strömt,
um über
die an die Steigleitung angesetzten Austrittsstutzen in die Wärmespeicherschicht
mit der entsprechenden Temperatur auszutreten. Die Höhe der nach
unten abfallenden Austrittsstutzen kann nur bei einem vergleichsweise
geringen Temperaturunterschied zwischen der in der Steigleitung
aufsteigenden Wärmeträgerströmung und
der im Bereich der Austrittsstutzen anliegenden Wärmeträgerschicht
des Behälters überwunden
werden, also nur dann, wenn der Behälter im Bereich dieser anliegenden
Schicht geladen werden soll. Es zeigt sich somit, daß trotz
der Unterbringung des Wärmetauschers
im Behälter
durch das Vorsehen eines zur Wärmeisolierung
aus Kunststoff gefertigten Gehäusemantels
die Temperaturschichtung im Behälter
des Wärmespeichers
nicht gefährdet
wird, zumal bei einem höheren
Wärmeangebot
durch das Heizmedium in der schraubenförmig gewundenen Rohrschlange
die im Wärmetauscher
auf eine höhere
Temperatur aufgewärmte
Wärmeträgerströmung schneller
aus dem Gehäuse
des Wärmetauschers
in die anschließende
Steigleitung strömt.
Da sich die schraubenförmig
gewundene Rohrschlange über
einen wesentlichen Teil der Gehäusehöhe erstreckt, ergibt
sich über
die Höhe
des Gehäuses
des Wärmetauschers
ein entsprechender Temperaturanstieg des zum Laden des Wärmespeichers
erwärmten Wärmeträgers, so
daß ein
die Behälterschichtung beeinträchtigender
Ladevorgang über
die Durchtrittsöffnungen
im Bereich des Kunststoffmantels unterbunden wird.
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Besonders
einfache Konstruktionsverhältnisse
ergeben sich, wenn der Mantel des Gehäuses in eine eine Bodenöffnung umschließende Hülse eingesetzt
wird, so daß sich
trotz der Ausbildung des Mantels aus Kunststoff keine Schwierigkeiten
hinsichtlich der Durchführung
des Wärmetauschers
durch den Boden des Wärmespeichers
ergeben.
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In
der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt,
und zwar wird ein erfindungsgemäßer Wärmespeicher
in einem schematischen Axialschnitt gezeigt.
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Der
dargestellte Wärmespeicher
weist einen stehenden Behälter 1 auf,
der zur Warmwasseraufbereitung eine Rohrschlange 2 aufnimmt,
die unten an einen Kaltwasserzulauf 3 und oben an eine
Warmwasserentnahmeleitung 4 angeschlossen ist. Zur Ladung
des Wärmespeichers
dient ein selbstumlaufender Ladekreis, der einen Wärmetauscher 5 und
eine an den Wärmetauscher 5 angeschlossene
Steigleitung 6 umfaßt.
Der Wärmetauscher 5 selbst
besteht aus einem den Boden 7 des Behälters 1 durchsetzenden
Gehäuse 8,
dessen Mantel 9 aus Kunststoff gefertigt und in eine eine
Bodenöffnung
umschließende
Hülse 10 eingesetzt
ist, sowie aus einer zum Gehäuse 8 koaxialen,
schraubenförmig
gewundenen Rohrschlange 11, die an einen Vorlauf 12 und
einen Rücklauf 13 für ein Heizmedium
angeschlossen ist, das beispielsweise über einen Sonnenkollektor erwärmt wird.
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Der
im Wärmetauscher 5 mit
Hilfe des die Rohrschlange 11 durchströmenden Heizmediums innerhalb
des Gehäuses 8 erwärmte Wärmeträger, üblicherweise
Wasser, strömt
aufgrund der sich ergebenden Dichteunterschiede nach oben in die
Steigleitung 6, wobei über
im Bodenbereich des Behälters 1 vorgesehene
Durchtrittsöffnungen 14 des
Gehäuses 8 der
Wärmeträger aus
dem kalten Bereich des Behälters 1 in
das Gehäuse 8 nachströmt. Der
bei einer angepaßten
Heizleistung durch das Heizmedium auf eine entsprechend hohe Temperatur
aufgewärmte
Wärmeträger tritt
am oberen Ende der Steigleitung 6 durch eine Austrittsöffnung 15 im
heißen
Bereich des Wärmespeichers
in den Behälter 1 aus,
womit sich der Ladekreis schließt.
Sinkt die Ladetemperatur des Wärmeträ gers zufolge
eines geringeren Wärmeangebots
durch das Heizmedium, so erfolgt die Ladung des Wärmespeichers über einen
der an die Steigleitung 6 angeschlossenen, über deren
Höhe verteilten
Austrittsstutzen 16 im Bereich jener Wärmeträgerschicht, die eine an die
jeweilige Ladetemperatur angepaßte
Schichttemperatur aufweist. Da die Austrittsstutzen 16 nach
unten abfallen, wird in einfacher Weise verhindert, daß ein Teil
des erwärmten
Wärmeträgers aus
der Steigleitung 6 über
einen Austrittsstutzen 16 in den Bereich einer niedrigeren Schichttemperatur
ausfließt
und dort die Temperaturschichtung stört. Der im Austrittsstutzen 16 entsprechend
der anliegenden Temperaturschicht im Behälter 1 kältere Wärmeträger steht
ja einem Absinken des in der Steigleitung 6 aufsteigenden
wärmeren Wärmeträgers über den
abfallenden Wärmestutzen 16 entgegen.
Da im Kunststoffmantel 9 des Wärmetauschers 5 über die
Gehäusehöhe verteilt
zusätzliche
Durchtrittsöffnungen 17 zur
Strömungsverbindung
mit dem Behälterinneren
vorgesehen sind, kann über
das Gehäuse 8 der
Wärmespeicher
ebenfalls geladen werden, und zwar insbesondere bei einem geringen
Wärmeangebot
durch das Heizmedium. Über
die Durchtrittsöffnungen 17 kann
der auf die umgebende Schichttemperatur innerhalb des Gehäuses 8 aufgewärmte Wärmeträger in den
Behälter 1 austreten.
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Der
Wärmespeicher
kann nicht nur über
den durch den Wärmetauscher 5 bestimmten
Ladekreis geladen werden. Es ist durchaus möglich, eine zusätzliche
Ladung über
einen Heizkessel vorzusehen, dessen Vorlauf mit 18 und
dessen Rücklauf
mit 19 bezeichnet sind. Da beim Laden des Wärmespeichers über einen
Heizkessel von konstanten Ladetemperaturen ausgegangen werden kann,
ist für
diese Ladung kein selbstumlaufender Ladekreis erforderlich.