DE202009010484U1

DE202009010484U1 - Pufferspeicher

Info

Publication number: DE202009010484U1
Application number: DE202009010484U
Authority: DE
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-08-01
Filing date: 2009-08-01
Publication date: 2010-12-02
Anticipated expiration: 2019-08-02

Abstract

Pufferspeicher mit einem Speicherbehälter (1), sowie mit Stutzen (2) in unterschiedlichen Höhenlagen zum Anschließen von Leitungen zu oder von mindestens einer Wärmequelle oder mindestens einem Wärmeverbraucher, wobei unter Berücksichtigung der Temperaturschichtung im Speicherbehälter (1) wärmeres Vorlaufwasser im oberen Bereich und kühleres im unteren Bereich eingespeist wird, und wobei Heizwasser im oberen Bereich entnommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einstellen einer höhenvariablen Einspeiseöffnung (3, 3') mindestens eine sich vertikal über einen Teilbereich der Höhe des Speicherbehälters (1) erstreckende Einspeisevorrichtung (4) vorgesehen ist, welche aus einer mit mindestens einem Stutzen (2) zum Anschließen einer Vorlaufleitung verbundenen, sich vertikal erstreckenden ersten Kammer (5) und zwei mit der ersten Kammer (5) in Verbindung stehenden, jeweils einen Schwimmkörper (6) aufnehmenden weiteren Kammern (7, 8) besteht, und dass diese Kammern (7, 8) jeweils eine durch den Schwimmkörper (6) in Abhängigkeit der Temperatur des Vorlaufwassers verschließbare oder freigebbare Einspeiseöffnung (3, 3') aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Pufferspeicher nach dem Oberbegriff des Schutzanspruches 1. Derartige Pufferspeicher kommen bei Heizungsanlagen zur Anwendung, wenn Wärmeproduktion und Wärmebedarf nicht zeitgleich möglich sind. Dies ist beispielsweise besonders in Verbindung mit Solaranlagen und Festbrennstoffkesseln der Fall. Für eine effektive Wärmenutzung spielt das Temperaturniveau im Pufferspeicher eine entscheidende Rolle: Je höher die Wärmeträgertemperatur, desto vielfältiger sind die Nutzungsmöglichkeiten. Die Zu- und Abfuhr von Wasser bzw. Wärme erfolgt bei bekannten Lösungen über Stutzen in unterschiedlichen Höhenlagen zum Anschließen von Leitungen zu oder von mindestens einer Wärmequelle sowie zu oder von mindestens einem Wärmeverbraucher. Dabei soll die vorhandene Temperaturschichtung im Speicherbehälter möglichst beibehalten werden. Weiterhin sollen im oberen Speicherbereich möglichst hohe Temperaturen zu Verfügung stehen, da zum Beispiel ein effektiver Betrieb einer Frischwasserstation erst ab 60°C interessant ist.
Es ist daher üblich, dass wärmeres Vorlaufwasser von einem Heizgerät im oberen Bereich eingespeist und kühleres Rücklaufwasser im unteren Bereich entnommen wird. Genauso wird zur Versorgung eines Wärmeverbraucher kühleres Rücklaufwasser im unteren Bereich eingespeist und wärmeres Vorlaufwasser im oberen Bereich entnommen. Ansonsten würde eine Durchmischung des Wasserinhalts einerseits zu einer deutlich geringeren Entnahmetemperatur führen und andererseits würde das Einschichten von Wärme durch eine zu geringe Temperaturdifferenz erschwert. Außerdem würden Energieverluste entstehen, wenn beispielsweise relativ warmes Wasser in die unteren, kühleren Zonen des Speicherbehälters gelangt und zunächst das gesamte Volumen aufgeheizt werden muss, um die gewünschte Entnahmetemperatur im oberen Bereich zur Verfügung zu stellen.
Aus der DE 39 05 874 C2 ist ein Warmwasserspeicher mit einer Ladewechselvorrichtung bekannt, die aus einem im Speicher senkrecht angeordneten Warmwasserzuführrohr im Vorlauf des Heizkreises besteht. Das Warmwasserzuführrohr ist mit einem unten liegenden Einlass versehen und mündet am oberen Ende frei in den Speicherraum. Es befinden sich daran übereinander angeordnete Auslässe mit jeweils eigenen, voneinander unabhängig wirkenden Klappenventilen, welche entsprechend der Temperaturschichtung öffnen und somit das zugeführte Medium auf der günstigsten Höhe in den Wasserraum einströmen lassen. Allerdings ist die Wirksamkeit der vielen sich über die Speicherhöhe erstreckenden Öffnungen nicht immer gewährleistet. Besonders bei relativ kleinen Temperaturunterschieden und bei relativ großen einzuschichtenden Volumenströmen ist die Funktion eingeschränkt, d. h. es findet eine Durchmischung des Speicherinhalts statt.
Weiterhin sind Einbauteile zur Beruhigung und/oder Vergleichmäßigung der Strömung im unmittelbaren Einflussbereich für die Strömung vor der Ein- oder Ausmündung von Stutzen in Speicherbehältern genauso bekannt wie horizontale Trennbleche im Speicherbehälter. In der Regel erfolgt die Wärmeentnahme im oberen Speicherbereich, und wenn von Wärmeverbrauchern ein niedrigeres Temperaturniveau gefordert wird, werden dafür Mischer eingesetzt, welche die Temperatur durch Zumischung von kälterem Rücklaufwasser senken. Somit wird gemäß dem Stand der Technik immer das heißeste Wasser im Pufferspeicher genutzt, unabhängig von der tatsächlich von einem Verbraucher geforderten Temperatur.
Der Neuerung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Aufbau eines Pufferspeichers insbesondere im Hinblick auf eine temperatursensible Einspeisung von Wasser bzw. Wärme unter Beibehaltung der Temperaturschichtung im Inneren des Pufferspeichers zu optimieren.
Neuerungsgemäß wird dies mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Der Pufferspeicher ist dadurch gekennzeichnet, dass zum Einstellen einer höhenvariablen Einspeiseöffnung mindestens eine sich vertikal über einen Teilbereich der Höhe des Speicherbehälters erstreckende Einspeisevorrichtung vorgesehen ist. Diese besteht aus einer mit mindestens einem Stutzen zum Anschließen einer Vorlaufleitung verbundenen, sich vertikal erstreckenden ersten Kammer sowie zwei mit der ersten Kammer in Verbindung stehenden, jeweils einen Schwimmkörper aufnehmenden weiteren Kammern, welche jeweils eine durch den Schwimmkörper in Abhängigkeit der Temperatur des Vorlaufwassers verschließbare oder freigebbare Einspeiseöffnung aufweisen. Dabei wir von den Schwimmkörper der Effekt ausgenutzt, dass sich bei verschiedenen Temperaturen die Dichte einer Flüssigkeit, hier des Heizmediums, ändert.
Die mit mindestens einem Stutzen zum Anschließen einer Vorlaufleitung verbundene, sich vertikal erstreckende erste Kammer ist zur Beruhigung der eintretenden Strömung und Verteilung derselben vorgesehen. Daran sind die jeweils einen Schwimmkörper aufnehmenden weiteren Kammern gekoppelt Diese erstrecken sich vertikal nur jeweils auf einem geringen Teil der Gesamterstreckung der ersten Kammer und parallel zu dieser. Damit bilden sie mit ihren Wänden jeweils einen vertikalen Bewegungsweg für jeweils einen Schwimmkörper aus, welcher jeweils eine Einspeiseöffnung pro Kammer verschließt oder freigibt.
Die beiden weiteren Kammern stehen jeweils im unteren und im oberen Bereich der ersten Kammer mit dieser über mindestens eine Durchbrechung oder ein Gitter in Verbindung. Die jeweilige Einspeiseöffnung, die Durchbrechung oder die Maschenweite eines Gitters im Verbindungsbereich zwischen zwei Kammern sind kleiner als der Durchmesser des zugeordneten Schwimmkörpers bemessen.
Generell sind die Schwimmkörper so ausgelegt, dass nur eine Einspeiseöffnung, entweder in der oberen oder in der unteren Kammer, wechselweise und in Abhängigkeit der Temperatur des Vorlaufwassers freigegeben wird.
In einer ersten speziellen Ausführungsform weisen die Schwimmkörper einen konstanten Auftrieb auf und sind, so ausgelegt dass diese beim Erreichen einer vorgebbaren Einschichttemperatur nach unten schweben und die jeweils zugeordnete Einspeiseöffnung freigeben. In diesem Fall ist die Einspeiseöffnung in der oberen Kammer im oberen Bereich einer vertikalen Wand zum Speicherinneren und in der unteren Kammer im unteren Bereich einer vertikalen Wand zum Speicherinneren angeordnet.
Dagegen weisen die Schwimmkörper in einer zweiten speziellen Ausführungsform einen variablen Auftrieb auf und sind beispielsweise aus einem sich mit zunehmender Temperatur ausdehnenden Werkstoff, beispielsweise Wachs, hergestellt. Die Auslegung erfolgt dabei so, dass diese beim Erreichen einer vorgebbaren Einschichttemperatur nach oben schweben und die jeweils zugeordnete Einspeiseöffnung freigeben. Dabei ist dann die Einspeiseöffnung in der oberen Kammer im unteren Bereich einer vertikalen Wand zum Speicherinneren und in der unteren Kammer im oberen Bereich einer vertikalen Wand zum Speicherinneren angeordnet.
Vorteilhafterweise beträgt die für die Auslegung der Schwimmkörper maßgebende Einschichttemperatur etwa 60°C. Dies bedeutet, dass die Schwimmkörper mit einem konstanten Auftrieb bei dieser Temperatur nach unten schweben und bei Ausbildung mit einem variablen Auftrieb aufsteigen. So werden die grundsätzlich gut nutzbaren Wärmeströme mit einem Temperaturniveau von 60°C und mehr in der Mitte bzw. im oberen Speicherbereich eingeschichtet. Durch die untere Einspeiseöffnung gelangen dann die geringer temperierten Wärmeströme.
Mit der neuerungsgemäßen Einspeisevorrichtung wird auf einfache und sichere Art und Weise die temperatursensible Einspeisung von Wasser in einem Pufferspeicher, unter Beibehaltung der Temperaturschichtung im Inneren des Pufferspeichers, gewährleistet. Durch die in der Höhe variable Öffnung, welche von den beiden Schwimmkörpern entsprechend freigegeben wird, wird der eintretende Wärmestrom effektiv gelenkt, so dass die hohen Temperaturen im oberen Bereich des Pufferspeichers dabei nicht angetastet bzw. durch Vermischung abgebaut werden und so für nachfolgende Wärmeanforderungen auf einem höheren Temperaturniveau zur Verfügung stehen.
Vorteile der neuerungsgemäßen Einspeisevorrichtung sind die zuverlässige Einschichtung auch bei relativ niedriger Temperaturdifferenz sowie bei kleinen und bei größeren Wasservolumenströmen. Vorzugsweise befindet sich der Stutzen für die Vorlaufleitung im oberen Bereich der ersten Kammer. Er kann je nach Bedarf auch im unteren Bereich, seitlich oder an der Unterseite angebracht sein. Weiterhin können bei Bedarf auch mehrere Vorlaufleitungen über Stutzen an die erste Kammer angeschlossen werden.
Grundsätzlich kann ein minimaler Leckagestrom wegen des erforderlichen Bewegungsspiels für die Schwimmkörper an den Einspeiseöffnungen in Kauf genommen werden und stört die Temperaturschichtung im Speicher nicht. Jedenfalls besitzen die Schwimmkörper ausreichend Spiel, um die Bewegungsfähigkeit selbst nach einer eventuellen Bildung von Ablagerungen noch zu gewährleisten. So tritt schon der gewünschte positive Funktionseffekt für die Einschichtung ein, wenn an den Eintrittsöffnungen mit den Schwimmkörpern nur der freie Durchlassquerschnitt eingeengt wird und dadurch der Durchlasswiderstand für die Strömung erhöht ist.
Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der Neuerung dar. Es zeigt, jeweils in einem vertikalen Schnitt:
1: schematisch einen Pufferspeicher mit einer Einspeisevorrichtung,
2: eine Einspeisevorrichtung mit einem Schwimmkörper mit konstantem Auftrieb in einem Betriebszustand mit einer relativ hohen Vorlauftemperatur,
3: eine Einspeisevorrichtung gemäß 2 in einem Betriebszustand mit einer relativ niedrigen Vorlauftemperatur
4: eine Einspeisevorrichtung mit einem Schwimmkörper mit variablem Auftrieb in einem Betriebszustand mit einer relativ hohen Vorlauftemperatur und
5: eine Einspeisevorrichtung gemäß 4 in einem Betriebszustand mit einer relativ niedrigen Vorlauftemperatur.
Der Pufferspeicher besteht im Wesentlichen aus einem Speicherbehälter 1 mit Stutzen 2 in unterschiedlichen Höhenlagen zum Anschließen von Leitungen zu oder von mindestens einer Wärmequelle oder mindestens einem Wärmeverbraucher, welche nicht dargestellt sind. Unter Berücksichtigung der Temperaturschichtung im Speicherbehälter 1 wird kühleres Rücklaufwasser im unteren Bereich eingespeist und wärmeres Vorlaufwasser im oberen Bereich entnommen.
Zum Einstellen einer höhenvariablen Einspeiseöffnung 3, 3' ist eine Einspeisevorrichtung 4 vorgesehen, welche sich vertikal über einen Teilbereich der Höhe des Speicherbehälters 1 erstreckt.
Die Einspeisevorrichtung 4 besteht aus einer sich vertikal erstreckenden ersten Kammer 5 und zwei mit dieser in Verbindung stehenden, jeweils einen Schwimmkörper 6 aufnehmenden weiteren Kammern 7, 8. In Abhängigkeit der Temperatur des Vorlaufwassers verschließt der Schwimmkörper 6 die Einspeiseöffnung 3, 3' oder gibt diese frei. Dazu sind die Schwimmkörper 6 so ausgelegt, dass nur eine Einspeiseöffnung 3, 3', entweder in der oberen oder in der unteren Kammer 7, 8, wechselweise und in Abhängigkeit der Temperatur des Vorlaufwassers freigegeben wird.
Gemäß den 2 und 3 besitzen die Schwimmkörper 6 jeweils einen konstanten Auftrieb, so dass sie beim Erreichen einer vorgebbaren Einschichttemperatur nach unten schweben und die jeweils zugeordnete Einspeiseöffnung 3, 3' freigeben. Die Einspeiseöffnung 3 in der oberen Kammer 7 ist dabei im oberen Bereich einer vertikalen Wand zum Speicherinneren und die Einspeiseöffnung 3' in der unteren Kammer 8 im unteren Bereich einer vertikalen Wand zum Speicherinneren angeordnet.
Gemäß den 4 und 5 besitzen die Schwimmkörper 6 einen variablen Auftrieb und so ausgelegt, dass diese beim Erreichen einer vorgebbaren Einschichttemperatur nach oben schweben und die jeweils zugeordnete Einspeiseöffnung 3, 3' freigeben. Dazu ist die Einspeiseöffnung 3 in der oberen Kammer 7 im unteren Bereich einer vertikalen Wand zum Speicherinneren und die Einspeiseöffnung 3' in der unteren Kammer 8 im oberen Bereich einer vertikalen Wand zum Speicherinneren angeordnet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 3905874 C2 [0003]

Claims

Pufferspeicher mit einem Speicherbehälter (1), sowie mit Stutzen (2) in unterschiedlichen Höhenlagen zum Anschließen von Leitungen zu oder von mindestens einer Wärmequelle oder mindestens einem Wärmeverbraucher, wobei unter Berücksichtigung der Temperaturschichtung im Speicherbehälter (1) wärmeres Vorlaufwasser im oberen Bereich und kühleres im unteren Bereich eingespeist wird, und wobei Heizwasser im oberen Bereich entnommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einstellen einer höhenvariablen Einspeiseöffnung (3, 3') mindestens eine sich vertikal über einen Teilbereich der Höhe des Speicherbehälters (1) erstreckende Einspeisevorrichtung (4) vorgesehen ist, welche aus einer mit mindestens einem Stutzen (2) zum Anschließen einer Vorlaufleitung verbundenen, sich vertikal erstreckenden ersten Kammer (5) und zwei mit der ersten Kammer (5) in Verbindung stehenden, jeweils einen Schwimmkörper (6) aufnehmenden weiteren Kammern (7, 8) besteht, und dass diese Kammern (7, 8) jeweils eine durch den Schwimmkörper (6) in Abhängigkeit der Temperatur des Vorlaufwassers verschließbare oder freigebbare Einspeiseöffnung (3, 3') aufweisen.
Pufferspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mit mindestens einem Stutzen (2) zum Anschließen einer Vorlaufleitung verbundene, sich vertikal erstreckende erste Kammer (5) zur Beruhigung der Strömung und Verteilung derselben vorgesehen ist.
Pufferspeicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils einen Schwimmkörper (6) aufnehmenden weiteren Kammern (7, 8) mit der ersten Kammer (5) gekoppelt sind, sich vertikal nur jeweils auf einem geringen Teil der Gesamterstreckung der ersten Kammer (5) parallel zu dieser erstrecken und jeweils einen vertikalen Bewegungsweg für jeweils einen Schwimmkörper (6) ausbilden, welcher jeweils eine Einspeiseöffnung (3, 3') pro Kammer (7, 8) verschließt oder freigibt.
Pufferspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden weiteren Kammern (7, 8) jeweils im unteren und im oberen Bereich der ersten Kammer (5) mit dieser über mindestens eine Durchbrechung oder ein Gitter in Verbindung stehen.
Pufferspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Einspeiseöffnung (3, 3'), die Durchbrechung oder die Maschenweite eines Gitters im Verbindungsbereich zwischen zwei Kammern (5, 7, 8) kleiner als der Durchmesser des zugeordneten Schwimmkörpers (6) ist.
Pufferspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwimmkörper (6) so ausgelegt sind, dass nur eine Einspeiseöffnung (3, 3'), entweder in der oberen oder in der unteren Kammer (7, 8), wechselweise und in Abhängigkeit der Temperatur des Vorlaufwassers freigegeben wird.
Pufferspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwimmkörper (6) einen konstanten Auftrieb aufweisen und so ausgelegt sind, dass diese beim Erreichen einer vorgebbaren Einschichttemperatur nach unten schweben und die jeweils zugeordnete Einspeiseöffnung (3, 3') freigeben.
Pufferspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspeiseöffnung (3) in der oberen Kammer (7) im oberen Bereich einer vertikalen Wand zum Speicherinneren und die Einspeiseöffnung (3') in der unteren Kammer (8) im unteren Bereich einer vertikalen Wand zum Speicherinneren angeordnet ist.
Pufferspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwimmkörper (6) einen variablen Auftrieb aufweisen und so ausgelegt sind, dass diese beim Erreichen einer vorgebbaren Einschichttemperatur nach oben schweben und die jeweils zugeordnete Einspeiseöffnung (3, 3') freigeben.
Pufferspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 6 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspeiseöffnung (3) in der oberen Kammer (7) im unteren Bereich einer vertikalen Wand zum Speicherinneren und die Einspeiseöffnung (3') in der unteren Kammer (8) im oberen Bereich einer vertikalen Wand zum Speicherinneren angeordnet ist.
Pufferspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die für die Auslegung der Schwimmkörper (6) maßgebende Einschichttemperatur etwa 60°C beträgt.