DE202011000562U1 - layer memory - Google Patents

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Abstract

Schichtspeicher, insbesondere für eine solarthermisch unterstützte Heizungsanlage, der mit einer als Wärmespeichermedium dienenden Flüssigkeit befüllbar ist und der durch zwei vertikal beabstandete Zwischenböden (3, 4) in eine obere Kammer (10), eine mittlere Kammer (20) und eine untere Kammer (30) unterteilt ist, wobei eine erste Wärmetauschereinheit (11) in zumindest der oberen Kammer (10) angeordnet ist und eine zweite Wärmetauschereinheit (31) in der unteren Kammer (30) angeordnet ist, und wobei die obere Kammer (10) und die mittlere Kammer (20) jeweils eine Zuführung (14, 24) und eine Rückführung (15, 25) für die Flüssigkeit aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass
– die Zwischenböden (3, 4) so angeordnet oder ausgestaltet sind, dass die untere Kammer (30) mit der mittleren Kammer (20) hydraulisch verbunden ist und die mittlere Kammer (20) mit der oberen Kammer (10) hydraulisch verbunden ist und
– mindestens eine zusätzliche direkte hydraulische Verbindung vorhanden ist, durch die die untere Kammer (30) unmittelbar mit...
Stratified storage, in particular for a solar thermal assisted heating system, which can be filled with a liquid serving as a heat storage medium and by two vertically spaced intermediate floors (3, 4) in an upper chamber (10), a middle chamber (20) and a lower chamber (30 ), wherein a first heat exchanger unit (11) is disposed in at least the upper chamber (10) and a second heat exchanger unit (31) is disposed in the lower chamber (30), and wherein the upper chamber (10) and the middle chamber (20) each have a feed (14, 24) and a return (15, 25) for the liquid, characterized in that
- The shelves (3, 4) are arranged or configured so that the lower chamber (30) to the central chamber (20) is hydraulically connected and the central chamber (20) to the upper chamber (10) is hydraulically connected and
- There is at least one additional direct hydraulic connection, through which the lower chamber (30) directly with ...

Figure 00000001
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Description

Die Erfindung betrifft einen Schichtspeicher, insbesondere für eine solarthermisch unterstützte Heizungsanlage, der mit einer als Wärmespeichermedium dienenden Flüssigkeit befüllbar ist und der durch zwei vertikal beabstandete Zwischenböden in eine untere Kammer, eine mittlere Kammer und eine obere Kammer unterteilt ist, wobei eine erste Wärmetauschereinheit in der unteren Kammer angeordnet ist und eine zweite Wärmetauschereinheit in zumindest der oberen Kammer angeordnet ist, und wobei die mittlere Kammer und die untere Kammer jeweils eine Zuführung und eine Rückführung für die Flüssigkeit aufweisen.The invention relates to a stratified storage tank, in particular for a solar thermal assisted heating system, which can be filled with a liquid serving as a heat storage medium and which is divided by two vertically spaced intermediate floors in a lower chamber, a middle chamber and an upper chamber, wherein a first heat exchanger unit in the lower chamber is arranged and a second heat exchanger unit is arranged in at least the upper chamber, and wherein the middle chamber and the lower chamber each have a supply and a return for the liquid.

Derartige Schichtspeicher dienen als Wärmespeicher für Heizungs- und Warmwasseranlagen. Sie sind typischerweise in etwa zylinderförmig aufgebaut, wobei die Höhe des Zylinders seinen Durchmesser deutlich übersteigt, so dass sich im Inneren eine vertikale Schichtung der als Wärmespeichermedium dienenden Flüssigkeit einstellt, bei der die Temperatur der Flüssigkeit von unten nach oben ansteigt. Der vertikale Temperaturgradient im Schichtspeicher ermöglicht eine Ankopplung an verschiedene Wärmequellen (Therme mit Gas- oder Ölbrenner, Luft- oder Erdreichwärmepumpe, Solarthermieanlage) und Wärmesenken (Verbraucher, beispielsweise Heizkreislauf, Brauchwassererwärmung, Abtauzyklus einer Luftwärmepumpe) auf unterschiedlichen Temperaturniveaus.Such stratified storage serve as a heat storage for heating and hot water systems. They are typically approximately cylindrical in construction, wherein the height of the cylinder significantly exceeds its diameter, so that inside a vertical layering of serving as a heat storage medium liquid, in which the temperature of the liquid increases from bottom to top. The vertical temperature gradient in the stratified tank allows coupling to different heat sources (thermal with gas or oil burner, air or ground heat pump, solar thermal system) and heat sinks (consumers, such as heating circuit, domestic water heating, defrost cycle of an air heat pump) at different temperature levels.

Zur Anbindung an die Wärmequellen oder -senken dienen die Flüssigkeitszuführungen und die Flüssigkeitsrückführungen des Schichtspeichers, falls die entsprechende Wärmequelle oder -senke unmittelbar oder über einen externen Wärmetauscher mit der Flüssigkeit, mit der auch der Schichtspeicher befüllt ist, betrieben wird. Dieses ist beispielsweise bei einer Gas- oder Öltherme der Fall und, indirekt über einen externen Wärmetauscher, bei einer Wärmepumpe.For connection to the heat sources or sinks serve the liquid feeds and the liquid recirculation of the stratified storage tank, if the corresponding heat source or sink is operated directly or via an external heat exchanger with the liquid with which the stratified storage tank is filled. This is the case for example in a gas or oil thermal and indirectly via an external heat exchanger in a heat pump.

Wärmequellen oder -senken, die mit einer anderen Flüssigkeit als der im Schichtspeicher betrieben werden, sind über die im Schichtspeicher angeordneten Wärmetauscher mit diesem verbunden, beispielsweise die Solarthermieanlage und die Brauchwassererwärmung.Heat sources or sinks, which are operated with a different liquid than that in the stratified storage tank, are connected via the heat exchanger arranged in the stratified storage tank with the latter, for example the solar thermal system and the heating of the process water.

Beim Ein- und Ausströmen von Flüssigkeit in den Schichtspeicher können Verwirbelungen der Flüssigkeit auftreten, die zu einer Mischung von unterschiedlich temperierter Flüssigkeit führt. Um diese möglichst gering zu halten, ist es bekannt, Zwischenböden in dem Schichtspeicher anzuordnen, die den Schichtspeicher in verschiedene Kammern, die mit unterschiedlichen Temperaturbereichen assoziiert sind, unterteilten. Auf diese Weise entstehen drei Kammern: die untere Kammer, die mittlere Kammer und die obere Kammer, wobei üblicherweise die Solarthermieanlage ihre Wärme an die untere Kammer abgibt, die Brauchwassererwärmung ihren Wärmebedarf aus der oberen Kammer deckt und die mittlere Kammer entweder mit einem Heizkreis verbunden ist, um die von der Solarthermieanlage gelieferte Wärme einem Heizkreis zuzuführen oder mit einer Luftwärmepumpe verbunden ist, um dieser gegebenenfalls Wärme für einen Auftauzyklus zuzuführen. Durch die Zwischenböden wird von der Solarthermie gelieferte Wärme folglich nahezu ausschließlich der direkt der unteren Kammer benachbarten mittleren Kammer zugeführt. Bei hoher Sonneneinstrahlung ist die Solarthermieanlage jedoch in der Lage, Wärme auf einem Temperaturniveau zu erzeugen, das effektiver für die Brauchwassererwärmung eingesetzt werden könnte, um einen Einsatz von fossiler Energie (Öl, Gas) durch die Therme zur Erwärmung der oberen Kammer auf eine zur Brauchwassererwärmung ausreichende Temperatur zu vermindern. In einer solchen Situation verhindern die Zwischenböden, dass von der Solarthermieanlage gelieferte Wärme ihrer effektivsten Nutzung zugeführt werden kann.When liquid flows in and out of the stratified storage fluid, turbulence of the liquid can occur which leads to a mixture of differently tempered liquid. To minimize this, it is known to arrange intermediate floors in the stratified storage, which subdivided the stratified storage into different chambers, which are associated with different temperature ranges. In this way, three chambers are created: the lower chamber, the middle chamber and the upper chamber, usually the solar thermal system gives its heat to the lower chamber, the domestic water heating covers their heat demand from the upper chamber and the middle chamber is either connected to a heating circuit in order to supply the heat supplied by the solar thermal system to a heating circuit or to an air heat pump in order to supply heat for a thawing cycle if necessary. As a result of the intermediate floors, heat supplied by the solar thermal energy is supplied almost exclusively to the middle chamber directly adjacent to the lower chamber. At high solar radiation, however, the solar thermal system is able to produce heat at a temperature level that could be used more effectively for domestic water heating to a use of fossil energy (oil, gas) through the spa to heat the upper chamber to one for domestic water heating to reduce sufficient temperature. In such a situation, the intermediate floors prevent heat supplied by the solar thermal system from being used for its most effective use.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schichtspeicher zu schaffen, bei dem Verwirblungen zur Durchmischung unterschiedlich temperierter Flüssigkeiten effektiv verhindert sind und der gleichzeitig eine effektive Nutzung der in die untere Kammer des Schichtspeichers eingebrachten Wärme ermöglicht.It is therefore an object of the present invention to provide a stratified storage in which Verwirblungen for mixing different tempered liquids are effectively prevented and at the same time allows effective use of the introduced into the lower chamber of the stratified storage heat.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Schichtspeicher mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs.This object is achieved by a layer memory having the features of the independent claim.

Erfindungsgemäß zeichnet sich ein Schichtspeicher der eingangs genannten Art dadurch aus, dass die Zwischenböden so angeordnet oder ausgestaltet sind, dass die untere Kammer mit der mittleren Kammer hydraulisch verbunden ist und die mittlere Kammer mit der oberen Kammer hydraulisch verbunden ist und dass mindestens eine zusätzliche direkte hydraulische Verbindung vorhanden ist, durch die die untere Kammer unmittelbar mit der oberen Kammer hydraulisch verbunden ist.According to the invention, a stratified storage of the type mentioned above is characterized in that the intermediate floors are arranged or configured so that the lower chamber is hydraulically connected to the middle chamber and the middle chamber is hydraulically connected to the upper chamber and that at least one additional direct hydraulic There is a connection through which the lower chamber is directly hydraulically connected to the upper chamber.

Durch die zusätzliche direkte hydraulische Verbindung wird ermöglicht, dass Solarwärme, die üblicherweise in die untere Kammer eines solchen Schichtspeichers eingebracht wird, auch unmittelbar an die obere Kammer abgegeben werden kann und dort direkt, z. B. zur Brauchwassererwärmung genutzt werden kann.The additional direct hydraulic connection allows solar heat, which is usually introduced into the lower chamber of such a stratified storage, can also be delivered directly to the upper chamber and there directly, z. B. can be used for domestic water heating.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Schichtspeichers ist die zusätzliche direkte hydraulische Verbindung durch mindestens zwei Rohre gebildet, die durch die Zwischenböden geführt sind und die Enden aufweisen, die jeweils in der unteren Kammer und der oberen Kammer positioniert sind. Bevorzugt reicht eines der Rohre mit seinem oberen Ende nicht oder nur unwesentlich über den oberen der Zwischenböden hinaus, wohingegen sein unteres Ende deutlich unterhalb des unteren der Zwischenböden angeordnet ist. Ebenfalls bevorzugt reicht eine anderes der Rohre mit seinem unteren Ende nicht oder nur unwesentlich unter den unteren Zwischenboden hinaus, wohingegen sein oberes Ende deutlich oberhalb des oberen Zwischenbodens angeordnet ist. Auf diese Weise wird erreicht, dass ein signifikanter Flüssigkeitsaustausch über die zusätzliche direkte hydraulische Verbindung nur bei solchen Temperaturniveaus in der unteren bzw. oberen Kammer einsetzt, bei denen die Wärme der unteren in die obere Kammer effektiv nutzbar ist.In a preferred embodiment of the stratified storage, the additional direct hydraulic connection is formed by at least two tubes, which are guided through the intermediate floors and having the ends positioned respectively in the lower chamber and the upper chamber. Preferably, one of the tubes extends with its upper end not or only slightly beyond the upper of the intermediate floors, whereas its lower end is located well below the lower of the intermediate floors. Also preferably, another of the tubes extends with its lower end not or only slightly below the lower shelf, while its upper end is located well above the upper shelf. In this way it is achieved that a significant fluid exchange via the additional direct hydraulic connection only at those temperature levels in the lower and upper chamber begins, in which the heat of the lower chamber in the upper chamber is effectively used.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Schichtspeichers sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.Further advantageous embodiments and further developments of the stratified storage are the subject of the dependent claims.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe von zwei Figuren näher erläutert, die einen Schichtspeicher in unterschiedlichen Schnittansichten zeigen.The invention will be explained in more detail below with reference to an embodiment with the aid of two figures, which show a layer memory in different sectional views.

In den 1 und 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines Schichtspeichers dargestellt. Die Figuren sind Schnittzeichnungen, aus denen die äußere Form des Schichtspeichers, seine Anschlüsse, mit denen der Schichtspeicher mit weiteren Komponenten einer Heizungs- und Warmwasseranlage verbunden wird, sowie die im Inneren des Schichtspeichers angeordneten und üblicher Weise nicht sichtbaren Komponenten des Schichtspeichers hervorgehen. Teilweise sind die inneren Komponenten des Schichtspeichers in den Figuren ganz oder abschnittsweise ausgeblendet, um in der Zusammenschau beider Figuren den Gesamtaufbau des Schichtspeichers deutlich darstellen zu können. Im Folgenden werden die 1 und 2 daher gemeinsam erläutert.In the 1 and 2 a first embodiment of a stratified storage is shown. The figures are sectional drawings from which the outer shape of the stratified storage, its connections with which the stratified storage is connected to other components of a heating and hot water system, as well as arranged in the interior of the stratified storage and usually not visible components of the stratified memory emerge. In part, the inner components of the stratified memory are completely or partially hidden in the figures in order to be able to clearly represent the overall structure of the stratified memory in the combination of both figures. The following are the 1 and 2 therefore explained together.

Der Schichtspeicher weist einen wesentlichen hohlzylinderförmigen Grundkörper 1 auf, auf dessen offene Enden Endkappen 2 aufgesetzt sind, die bevorzugt durch eine Hartlot oder Schweißverbindung mit dem Grundkörper 1 verbunden sind. Das innere Volumen des Schichtspeichers ist gegenüber der Umgebung vollständig hermetisch abgeschlossen und nimmt beim Einsatz des Schichtspeichers in einer Heizungs- und Warmwasseranlage im Betrieb die Flüssigkeit auf, die als Wärmespeicher- und Wärmeaustauschmedium in der Anlage eingesetzt wird. Im Folgenden wird diese Flüssigkeit der einfacheren Darstellung halber als Speicherflüssigkeit bezeichnet.The layer memory has a substantial hollow cylindrical body 1 on, on the open ends end caps 2 are placed, preferably by a braze or welded joint with the body 1 are connected. The inner volume of the stratified storage tank is completely hermetically sealed from the environment and during operation of the stratified storage tank in a heating and hot water installation, it absorbs the liquid which is used as the heat storage and heat exchange medium in the installation. Hereinafter, this liquid is referred to as a storage liquid for the sake of simplicity.

Bevor im Herstellungsprozess der Grundkörper 1 oben mit einer der Endkappen 2 verschlossen wird, wird in den Grundkörper 1 ein Einsatz eingesetzt, der die inneren Komponenten des Schichtspeichers umfasst. Dieses sind unter anderem zwei Zwischenböden 3, 4, die im mittleren Bereich des Schichtspeichers beanstandet voneinander angeordnet sind. Die Zwischenböden 3, 4 unterteilen den Schichtspeicher in drei Bereiche oder auch Kammern genannt, eine obere Kammer 10, eine mittlere Kammer 20 und eine untere Kammer 30.Before in the manufacturing process of the main body 1 above with one of the end caps 2 is closed, is in the main body 1 an insert is used which comprises the inner components of the stratified storage. These include two false floors 3 . 4 , which are spaced apart in the central region of the stratified storage. The shelves 3 . 4 subdivide the stratified storage into three areas or chambers called an upper chamber 10 , a middle chamber 20 and a lower chamber 30 ,

Neben den genannten Zwischenböden 3, 4 umfasst der in den Schichtspeicher eingesetzte Einsatz einen ersten Wärmetauscher 11 und einen zweiten Wärmetauscher 31. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist der zweite Wärmetauscher 31 in der 1 nicht dargestellt. 2 zeigt aus denselben Gründen den ersten Wärmetauscher nur Abschnittsweise. Beide Wärmetauscher sind durch Rohrschlangen gebildet, die jeweils zwei Anschlüsse 12, 13 bzw. 32 und 33 aufweisen, die aus dem Schichtspeicher heraus geführt sind. Die Wärmetauscher 11, 31 sind gegenüber dem inneren Volumen des Schichtspeichers vollständig abgedichtet. Zur mechanischen Stützung des ersten Wärmetauschers 11 und ggf. auch des zweiten Wärmetauschers 31 und weiterer Komponenten des Einsatzes ist ein Tragegestell 9, beispielsweise aus Kunststoff, vorgesehen.In addition to the aforementioned shelves 3 . 4 The insert used in the stratified storage tank comprises a first heat exchanger 11 and a second heat exchanger 31 , For clarity, the second heat exchanger 31 in the 1 not shown. 2 shows the first heat exchanger only in sections for the same reasons. Both heat exchangers are formed by coiled tubing, each with two connections 12 . 13 respectively. 32 and 33 have, which are guided out of the stratified storage. The heat exchangers 11 . 31 are completely sealed against the inner volume of the stratified storage. For mechanical support of the first heat exchanger 11 and possibly also the second heat exchanger 31 and other components of the insert is a carrying frame 9 , For example, plastic, provided.

Der dargestellte Schichtspeicher ist insbesondere zur Verwendung mit einer Solarthermieanlage geeignet. Über einen Flüssigkeitskreislauf sind dabei Solarkollektoren der Solarthermieanlage über die Anschlüsse 32 und 33 mit dem zweiten Wärmtauscher 31 verbunden. Dieser Wärmetauscher befindet sich vollständig in der unteren Kammer 30 des Schichtspeichers. Der erste Wärmetauscher 11 ist zur Brauchwassererwärmung vorgesehen. Er ist zumindest in der oberen Kammer 10 angeordnet, im dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Teil des ersten Wärmetauschers 11 auch in der unteren Kammer 30 angeordnet, wobei die Rohrschlange des ersten Wärmetauschers 11 dabei ohne weitere Schleifen möglichst direkt durch die mittlere Kammer 20 geführt ist.The stratified storage shown is particularly suitable for use with a solar thermal system. Solar collectors of the solar thermal system are connected via the connections via a liquid circuit 32 and 33 with the second heat exchanger 31 connected. This heat exchanger is located completely in the lower chamber 30 the stratified storage. The first heat exchanger 11 is intended for domestic water heating. He is at least in the upper chamber 10 arranged, in the illustrated embodiment is a part of the first heat exchanger 11 also in the lower chamber 30 arranged, wherein the coil of the first heat exchanger 11 doing so without further loops as directly as possible through the middle chamber 20 is guided.

Aufgrund der unterschiedlichen Dichte einer Flüssigkeit bei verschiedener Temperatur stellt sich innerhalb des Schichtspeichers im Betrieb ein Temperaturgradient ein, bei dem grundsätzlich wärmere Speicherflüssigkeit weiter oben und kältere Speicherflüssigkeit weiter unten geschichtet ist. Der zweite Wärmetauscher 31 speist somit bei möglichst geringer Temperatur der Speicherflüssigkeit ein, was eine hohe Effektivität der Solarthermieanlage ermöglicht. Brauwasser wird dagegen auf einem relativ hohen Temperaturniveau von ca. 55°–60° benötigt, weswegen die Rohschlangen des ersten Wärmetauschers 11 bis in den oberen Teil der oberen Kammer 10 verlegt sind, von wo das Brauchwasser sie über den oberen Anschluss 13 zu den Verbrauchsstellen geführt wird. Der in der unteren Kammer angeordnete Teil ersten Wärmetauschers 11 dient im Wesentlichen der Vorerwärmung des über den unteren Anschluss 32 zugeführten Brauchwassers über Wärme der Solarthermieanlage.Due to the different density of a liquid at different temperatures, a temperature gradient arises within the stratified storage during operation, in which fundamentally warmer storage liquid is stacked further upwards and colder storage liquid further down. The second heat exchanger 31 feeds at the lowest possible temperature of the storage liquid, which allows a high efficiency of the solar thermal system. In contrast, brewing water is required at a relatively high temperature level of about 55 ° -60 °, which is why the raw coils of the first heat exchanger 11 to the upper part of the upper chamber 10 from where the service water they are above the upper port 13 to the points of consumption. The arranged in the lower chamber part of the first heat exchanger 11 essentially serves to preheat the over the lower port 32 supplied hot water via heat of the solar thermal system.

Zum Austausch der Speicherflüssigkeit im Schichtspeicher sind in der oberen Kammer 10 des Schichtspeichers eine Zuführung 14 und eine Rückführung 15 vorgesehen. Im Inneren des Schichtspeichers sind im Bereich der Zuführung 14 und der Rückführung 15 Prallbleche 16, 17 angeordnet, die eine übermäßige Verwirblung der innerhalb des Schichtspeichers gespeicherten Speicherflüssigkeit verhindern sollen. Die Zuführung 14 und eine Rückführung 15 sind typischerweise mit einer fossil betriebenen Therme oder einer Wärmepumpe verbunden, die bei Bedarf genutzt wird, um das geforderte hohe Temperaturniveau für die Brauchwassererwärmung zu erreichen bzw. zu halten.To replace the storage liquid in the stratified storage tank are in the upper chamber 10 the stratified storage a feeder 14 and a return 15 intended. Inside the stratified storage are in the area of the feeder 14 and the return 15 baffles 16 . 17 arranged to prevent excessive Verwirblung the storage fluid stored within the stratified storage. The feeder 14 and a return 15 are typically associated with a fossil-fueled spa or heat pump that is used as needed to achieve the required high temperature level for service water heating.

Eine weitere Zuführung 24 und eine weitere Rückführung 25 der Speicherflüssigkeit ist im Bereich der mittleren Kammer 20 angeordnet. Diese Zuführung 24 und Rückführung 25 können mit einem Heizungskreislauf, beispielsweise einer Fußbodenheizung, verbunden werden, um Wärme über die Speicherflüssigkeit auf einem mittleren Temperaturniveau zum Heizen zu verwenden. Alternativ können die Zuführung 24 und Rückführung 25 mit einer Luftwärmepumpe verbunden werden, um die Speicherflüssigkeit als Wärmequelle für einen Abtauvorgang einsetzen zu können. In dem Fall wird die mittlere Kammer 20 als Pufferspeicher eingesetzt. Innerhalb einer Heizungsanlage kann vorgesehen sein, die mittlere Kammer 20 zu beiden Zwecken einzusetzen, was beispielsweise durch Dreiwegeventile o. ä. realisiert werden kann.Another feeder 24 and another return 25 the storage liquid is in the area of the middle chamber 20 arranged. This feeder 24 and repatriation 25 may be connected to a heating circuit, such as underfloor heating, to use heat through the storage fluid at a medium temperature level for heating. Alternatively, the feeder 24 and repatriation 25 be connected to an air heat pump to use the storage liquid as a heat source for a defrosting can. In the case, the middle chamber 20 used as a buffer. Within a heating system can be provided, the middle chamber 20 to use for both purposes, which can be realized for example by three-way valves o. Ä.

Zudem befinden sich im Bereich der oberen Kammer 10 und der mittleren Kammer 20 jeweils ein Flansch oder Gewindestutzen 18 bzw. 28, in die jeweils ein elektrischer Heizstab optional eingesetzt werden kann.They are also located in the upper chamber 10 and the middle chamber 20 one flange or threaded connection each 18 respectively. 28 , in each of which an electric heating element can optionally be used.

Es versteht sich, dass die Schichtung der Speicherflüssigkeit aufgrund von Dichteunterschieden nicht zwingend zu jedem Zeitpunkt gegeben ist, sondern dass diese Schichtung durch nicht Gleichgewichtszustände bei einem Einbringen oder Entnehmen von Wärmemenge aus dem Schichtspeicher oder aufgrund von Verwirbelungen beim Austausch der Speicherflüssigkeit gestört sein kann.It is understood that the stratification of the storage liquid due to density differences is not necessarily given at any time, but that this stratification may be disturbed by non-equilibrium states in an introduction or removal of heat from the stratified storage or due to turbulence when replacing the storage liquid.

Um insbesondere eine Umschichtung aufgrund von Verwirbelungen beim Zuführen und dem Rückführen der Speicherflüssigkeit durch die Zuführung 14, 24 und die Rückführung 15, 25 zu verringern, ist der Schichtenspeicher durch die Zwischenböden 3, 4 in die genannten drei Kammern 10, 20, 30 unterteilt. Die Unterteilung ist jedoch nicht der Natur, dass ein Flüssigkeitsaustausch zwischen den verschiedenen Kammern 10, 20, 30 unterbunden wäre. Vielmehr sind definierte Möglichkeiten zum Flüssigkeitsaustausch, auch hydraulische Verbindungen, zwischen den Kammern 10, 20, 30 vorgesehen.In particular, a redistribution due to turbulence in the supply and the return of the storage liquid through the supply 14 . 24 and the return 15 . 25 To reduce the stratification is through the shelves 3 . 4 in the mentioned three chambers 10 . 20 . 30 divided. However, the subdivision is not the nature of having a fluid exchange between the different chambers 10 . 20 . 30 would be prevented. Rather, defined options for fluid exchange, including hydraulic connections, between the chambers 10 . 20 . 30 intended.

Ein Austausch der Speicherflüssigkeit zwischen den Kammern 10, 20, 30 ist zum einen dadurch gegeben, dass die Zwischenböden 3, 4 in ihrem Durchmesser kleiner sind als der innere Durchmesser des hohlzylinderförmigen Grundkörpers 1. Als Folge wird ein um die Zwischenböden 3, 4 umlaufender Spalt 5, 6 gebildet. Durch den Spalt 5 kann warme Flüssigkeit aus der unteren Kammer 30 in die mittlere Kammer 20 gelangen und umgekehrt kältere Flüssigkeit aus der mittleren Kammer 20 in die untere Kammer 30. Entsprechend kann durch den oberen umlaufenden Spalt 6 wärmere Flüssigkeit aus der mittleren Kammer 20 in die obere Kammer 10 gelangen und umgekehrt kältere Flüssigkeit 10 aus der oberen Kammer 10 in die mittlere Kammer 20 gelangen.An exchange of the storage liquid between the chambers 10 . 20 . 30 is given by the fact that the shelves 3 . 4 in diameter are smaller than the inner diameter of the hollow cylindrical body 1 , As a result, one around the shelves 3 . 4 circumferential gap 5 . 6 educated. Through the gap 5 can warm fluid from the lower chamber 30 in the middle chamber 20 and vice versa colder fluid from the middle chamber 20 into the lower chamber 30 , Accordingly, by the upper circumferential gap 6 warmer fluid from the middle chamber 20 in the upper chamber 10 arrive and vice versa colder liquid 10 from the upper chamber 10 in the middle chamber 20 reach.

Die Breite der Spalte 5, 6 liegt im Bereich von einigen Millimetern (mm), beispielsweise zwischen 1 und 5 mm und bevorzugt zwischen 1 und 3 mm.The width of the column 5 . 6 is in the range of a few millimeters (mm), for example between 1 and 5 mm and preferably between 1 and 3 mm.

Es versteht sich, dass ein Flüssigkeitsaustausch zwischen den verschiedenen Kammern 10, 20, 30 auch dadurch erreicht werden könnte, dass die Zwischenböden 3, 4 entsprechende Perforationen oder Öffnungen aufweisen. Ein Vorteil der umlaufenden Spalte 5, 6 ist jedoch, dass sie sich im Randbereich zur Wandung des Grundkörpers 1 befinden. Wenn durch ein Einströmen von Speicherflüssigkeit durch die Zufuhr 14 oder die weitere Zufuhr 24 eine Flüssigkeitsbewegung innerhalb der oberen Kammer 10 oder der mittleren Kammer 20 einsetzt, so ist diese Bewegung durch den Einfluss der Innenwand des Grundkörpers 1 in dessen unmittelbarer Nähe weniger stark, als in weiter vom Grundkörper 1 beabstandeten Bereichen. Entsprechend wird ein nicht durch Temperaturunterschiede, sondern lediglich durch eine Flüssigkeitsbewegung hervorgerufener Austausch von Flüssigkeit zwischen den Kammern 10, 20 bzw. 20, 30 durch den umlaufenden Spalt 5, 6 so klein wie möglich gehalten.It is understood that a fluid exchange between the different chambers 10 . 20 . 30 could also be achieved by the fact that the shelves 3 . 4 have corresponding perforations or openings. An advantage of the circumferential column 5 . 6 is, however, that they are in the edge region to the wall of the body 1 are located. If by an influx of storage liquid through the supply 14 or the further feed 24 a fluid movement within the upper chamber 10 or the middle chamber 20 is used, this movement is due to the influence of the inner wall of the body 1 in the immediate vicinity less strong, than in further from the main body 1 spaced areas. Accordingly, an exchange of liquid between the chambers, not caused by temperature differences but merely by a fluid movement, becomes 10 . 20 respectively. 20 . 30 through the circumferential gap 5 . 6 kept as small as possible.

Weiterhin sind zum Austausch der Speicherflüssigkeit zwischen verschiedenen Kammern in die Zwischenböden 3, 4 eingesetzte Rohre 7, 8 vorgesehen. Diese Rohre 7, 8 ermöglichen einen unmittelbaren Austausch von Speicherflüssigkeit zwischen der unteren Kammer 30 und der oberen Kammer 10. Die Rohre 7, 8 sind abgedichtet in entsprechende Öffnungen der Zwischenböden 3, 4 eingesetzt, beispielsweise eingeschweißt. Ihre Öffnungen enden jeweils in der oberen Kammer 10 und der unteren Kammer 30. Durch die mittlere Kammer 20 sind die Rohre 7, 8 geführt, ohne das eine hydraulische Verbindung von einer der Kammern 10, 30 in diese mittlere Kammer 20 durch die Rohre 7, 8 gebildet ist.Furthermore, to replace the storage fluid between different chambers in the shelves 3 . 4 used pipes 7 . 8th intended. These pipes 7 . 8th allow immediate exchange of storage fluid between the lower chamber 30 and the upper chamber 10 , The pipes 7 . 8th are sealed in corresponding openings of the shelves 3 . 4 used, for example, welded. Their openings end in the upper chamber 10 and the lower chamber 30 , Through the middle chamber 20 are the pipes 7 . 8th guided, without a hydraulic connection from one of the chambers 10 . 30 in this middle chamber 20 through the pipes 7 . 8th is formed.

Die Rohre 7, 8 sind jeweils ungefähr gleich lang, jedoch in unterschiedlichen Höhen innerhalb des Schichtspeichers angeordnet: Die Rohre 7 reichen mit einem oberen Ende nicht oder nur unwesentlich über den oberen Zwischenboden 4 hinaus, wohingegen sie mit einem unteren Ende weit unterhalb des unteren Zwischenbodens 3 enden, in etwa in einer mittleren Höhe in der unteren Kammer 30. Umgekehrt ist das Rohr 8 so angeordnet, dass ein unteres Ende bündig mit dem unteren Zwischenboden 3 ist oder nur unwesentlich nach unten über diesen Zwischenboden 3 hinaus ragt, wohingegen das obere Ende des Rohres 8 deutlich oberhalb des oberen Zwischenbodens 4 in der oberen Kammer 10 positioniert ist. Die Dimension der Rohre sollte sich im Bereich von DN 50 (Diameter Nominal – ungefährer innerer Durchmesser 50 mm) bewegen, um einen ausreichenden Flüssigkeitsaustausch für einen schnellen Temperaturwechsel zu ermöglichen.The pipes 7 . 8th are each about the same length, but arranged at different heights within the stratified storage: the tubes 7 with an upper end are not or only slightly above the upper shelf 4 whereas they have a lower end well below the lower shelf 3 ending at about the middle height in the lower chamber 30 , The reverse is the pipe 8th arranged so that a lower end flush with the lower intermediate floor 3 is or only slightly down over this intermediate floor 3 protrudes, whereas the upper end of the tube 8th clearly above the upper shelf 4 in the upper chamber 10 is positioned. The dimension of the tubes should be within the range of DN 50 (Diameter Nominal - approximate inner diameter 50 mm) to allow sufficient fluid exchange for rapid temperature cycling.

Über die Rohre 7, 8 setzt dann ein Flüssigkeitsaustausch zwischen der oberen Kammer 10 und der unteren Kammer 30 ein, wenn die Speicherflüssigkeit im oberen Bereich der unteren Kammer 30 eine Temperatur einnimmt, die höher ist als im unteren Bereich der oberen Kammer 10. Wie bereits erwähnt, ist vorgesehen, den zweiten Wärmetauscher 31 mit einer Solarthermieanlage zu verbinden. Falls aufgrund von hoher Sonneneinstrahlung sich im oberen Bereich der Kammer 30 eine Temperatur einstellt, die so hoch ist, dass sie die Temperatur im unteren Bereich der unteren Kammer 10 übersteigt, kann die so erwärmte Speicherflüssigkeit durch das Rohr 8 unmittelbar in die obere Kammer 10 aufsteigen, wobei im Gegenzug Flüssigkeit einer niedrigeren Temperatur aus dem unteren Bereich der oberen Kammer 10 in die untere Kammer 30 hinab sinken kann. Wenn aufgrund einer erhöhten Sonneneinstrahlung Speicherflüssigkeit im Schichtspeicher durch den zweiten Wärmetauscher 31 durch die Solarthermieanlage auf ein Temperaturniveau gebracht wird, dass zur Erwärmung von Flüssigkeit in der oberen Kammer 10 und damit zur Brauchwassererwärmung geeignet ist, so ist es sinnvoll, die Solarwärme auch für genau diesen Zweck zu nutzen. Wie zuvor angegeben wird in der oberen Kammer 10 Speicherflüssigkeit auf einem hohen Temperaturniveau für die Brauchwassererwärmung über den ersten Wärmetauscher 11 benötig. Eine Temperatur auf einem Niveau von etwa 55 bis 60° im oberen Bereich der Kammer 10 ist konventionell nur unter Aufbringung von Primärenergie zu erreichen. Wärmeenergie zur Aufrechterhaltung des Temperaturniveaus in der oberen Kammer 10 kann somit entweder nur solarthermisch gewonnen werden oder muss durch konventionelle Wärmeerzeuger über die Zuführung 14 der oberen Kammer 10 zugeführt werden. Wenn es das Temperaturniveau in der unteren Kammer 30 zulässt, ist die aus Gründen des Umweltschutzes und der Verringerung von Energiekosten sinnvollste Verwendung dieser Wärmeenergie die Zuführung von Wärme in die obere Kammer 10. Dieses wird durch die Anordnung der Rohre 7 und 8 erreicht. Bei passenden Temperaturbedingungen stellen die Rohre 7 und 8 eine Art thermosiphonischer Vorrangschaltung für die Zufuhr der Wärmeenergie aus der Solarthermieanlage in die obere Kammer 10 und damit zur Brauchwassererwärmung da. Diese wird unter den gegebenen Voraussetzungen gegenüber einer Verwendung der Wärme der über den Heizkreislaufüber die mittlere Kammer 20 bevorzugt. Sollte aufgrund dieser thermosiphonischen Vorrangschaltung die Solarenergie nicht mehr für einen eventuellen Bedarf an Heizungswärme ausreichen, kann diese Heizungswärme leichter über eine Wärmepumpe bereit gestellt werden, als die Wärmemenge auf den höheren Temperaturniveau, die für die Brauchwassererwärmung benötigt wird.About the pipes 7 . 8th then sets a fluid exchange between the upper chamber 10 and the lower chamber 30 when the storage fluid is in the upper area of the lower chamber 30 a temperature is higher than in the lower part of the upper chamber 10 , As already mentioned, it is provided, the second heat exchanger 31 to connect with a solar thermal system. If due to high solar radiation in the upper part of the chamber 30 sets a temperature that is high enough to lower the temperature in the lower part of the lower chamber 10 exceeds, the thus heated storage liquid through the pipe 8th directly into the upper chamber 10 rising, in turn, liquid of a lower temperature from the lower part of the upper chamber 10 into the lower chamber 30 can sink down. If due to increased sunlight storage fluid in the stratified storage through the second heat exchanger 31 brought to a temperature level by the solar thermal system that is used to heat liquid in the upper chamber 10 and is therefore suitable for domestic water heating, it makes sense to use the solar heat for precisely this purpose. As previously stated, in the upper chamber 10 Storage fluid at a high temperature level for DHW heating via the first heat exchanger 11 benötig. A temperature at a level of about 55 to 60 ° in the upper part of the chamber 10 Conventionally, it can only be achieved by applying primary energy. Heat energy to maintain the temperature level in the upper chamber 10 can thus be obtained either only solar thermal or must by conventional heat generators on the supply 14 the upper chamber 10 be supplied. If it is the temperature level in the lower chamber 30 For reasons of environmental protection and the reduction of energy costs, the most sensible use of this heat energy is the supply of heat to the upper chamber 10 , This is due to the arrangement of the pipes 7 and 8th reached. At suitable temperature conditions adjust the tubes 7 and 8th a kind of thermosiphonic priority circuit for the supply of heat energy from the solar thermal system in the upper chamber 10 and thus for domestic water heating there. This is under the given conditions against using the heat of the heating circuit via the middle chamber 20 prefers. If due to this thermosiphonic priority circuit, the solar energy is no longer sufficient for a possible need for heating heat, this heating heat can be easily provided via a heat pump, as the amount of heat to the higher temperature level, which is needed for domestic water heating.

Alternativ zu den gezeigten Rohren 7, 8, die durch die mittlere Kammer 20 geführt sind, können auch extern am Schichtspeicher angeordnete Rohre als direkte hydraulische Verbindungen der oberen Kammer 10 mit der unteren Kammer 30 eingesetzt werden. Die externen Rohre können wiederum in unterschiedlichen Höhen in dem innere Volumen des Schichtspeichers enden.Alternative to the tubes shown 7 . 8th passing through the middle chamber 20 are also externally arranged on the stratified storage tubes as direct hydraulic connections of the upper chamber 10 with the lower chamber 30 be used. The external tubes may in turn end up at different heights in the inner volume of the stratified storage.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Grundkörperbody
22
Endkappeendcap
3, 43, 4
Zwischenbodenfalse floor
5, 65, 6
Spaltgap
7, 87, 8
Rohrpipe
99
Tragegestellcarrying frame
1010
obere Kammerupper chamber
1111
erster Wärmetauscherfirst heat exchanger
12, 1312, 13
Anschlussconnection
1414
Zuführungfeed
1515
Rückführungreturn
16, 1716, 17
Prallblechbaffle
1818
Flansch für elektrische HeizungFlange for electric heating
2020
mittlere Kammermiddle chamber
2424
Zuführungfeed
2525
Rückführungreturn
2828
Flansch für elektrische HeizungFlange for electric heating
3030
untere Kammerlower chamber
3131
zweiter Wärmetauschersecond heat exchanger
32, 3332, 33
Anschlussconnection

Claims (10)

Schichtspeicher, insbesondere für eine solarthermisch unterstützte Heizungsanlage, der mit einer als Wärmespeichermedium dienenden Flüssigkeit befüllbar ist und der durch zwei vertikal beabstandete Zwischenböden (3, 4) in eine obere Kammer (10), eine mittlere Kammer (20) und eine untere Kammer (30) unterteilt ist, wobei eine erste Wärmetauschereinheit (11) in zumindest der oberen Kammer (10) angeordnet ist und eine zweite Wärmetauschereinheit (31) in der unteren Kammer (30) angeordnet ist, und wobei die obere Kammer (10) und die mittlere Kammer (20) jeweils eine Zuführung (14, 24) und eine Rückführung (15, 25) für die Flüssigkeit aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass – die Zwischenböden (3, 4) so angeordnet oder ausgestaltet sind, dass die untere Kammer (30) mit der mittleren Kammer (20) hydraulisch verbunden ist und die mittlere Kammer (20) mit der oberen Kammer (10) hydraulisch verbunden ist und – mindestens eine zusätzliche direkte hydraulische Verbindung vorhanden ist, durch die die untere Kammer (30) unmittelbar mit der oberen Kammer (10) hydraulisch verbunden ist.Stratified storage, especially for a solar thermal assisted heating system, with a fluid serving as a heat storage medium is filled and by two vertically spaced intermediate floors ( 3 . 4 ) in an upper chamber ( 10 ), a middle chamber ( 20 ) and a lower chamber ( 30 ), wherein a first heat exchanger unit ( 11 ) in at least the upper chamber ( 10 ) is arranged and a second heat exchanger unit ( 31 ) in the lower chamber ( 30 ), and wherein the upper chamber ( 10 ) and the middle chamber ( 20 ) each a feeder ( 14 . 24 ) and a return ( 15 . 25 ) for the liquid, characterized in that - the intermediate floors ( 3 . 4 ) are arranged or configured so that the lower chamber ( 30 ) with the middle chamber ( 20 ) is hydraulically connected and the middle chamber ( 20 ) with the upper chamber ( 10 ) is hydraulically connected and - there is at least one additional direct hydraulic connection through which the lower chamber ( 30 ) directly with the upper chamber ( 10 ) is hydraulically connected. Schichtspeicher nach Anspruch 1, bei dem zwischen jedem der Zwischenböden (3, 4) und einer Wandung eines Grundkörpers (1) des Schichtspeichers jeweils ein Spalt (5, 6) vorgesehen ist.Stratified storage according to claim 1, wherein between each of the intermediate floors ( 3 . 4 ) and a wall of a base body ( 1 ) of the stratified storage one gap each ( 5 . 6 ) is provided. Schichtspeicher nach Anspruch 2, bei dem die Spalte (5, 6) umlaufend um die Zwischenböden (3, 4) ausgeführt sind.A layered memory according to claim 2, wherein the column ( 5 . 6 ) encircling the intermediate floors ( 3 . 4 ) are executed. Schichtspeicher nach Anspruch 2 oder 3, bei dem die Spalte (5, 6) eine Breite von etwa 1 bis 5 mm und insbesondere im Bereich von etwa 1 bis 3 mm aufweisen.Layered memory according to Claim 2 or 3, in which the column ( 5 . 6 ) have a width of about 1 to 5 mm and in particular in the range of about 1 to 3 mm. Schichtspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Zwischenböden (3, 4) Öffnungen in ihrer Fläche aufweisen.Stratified storage tank according to one of Claims 1 to 4, in which the intermediate floors ( 3 . 4 ) Have openings in their surface. Schichtspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die zusätzliche direkte hydraulische Verbindung durch mindestens zwei Rohre (7, 8) gebildet ist, die durch die Zwischenböden (3, 4) geführt sind und Enden aufweisen, die jeweils in der unteren Kammer (30) und der oberen Kammer (10) positioniert sind.Stratified storage tank according to one of claims 1 to 5, in which the additional direct hydraulic connection through at least two pipes ( 7 . 8th ) formed by the intermediate floors ( 3 . 4 ) are guided and have ends, each in the lower chamber ( 30 ) and the upper chamber ( 10 ) are positioned. Schichtspeicher nach Anspruch 6, bei dem eines der Rohre (7) mit seinem oberen Ende nicht oder nur unwesentlich über den oberen der Zwischenböden (4) hinausreicht, wohingegen sein unteres Ende deutlich unterhalb des unteren der Zwischenböden (3) angeordnet ist.Stratified storage tank according to Claim 6, in which one of the tubes ( 7 ) with its upper end not or only slightly above the upper of the intermediate floors ( 4 ), whereas its lower end is well below the lower of the intermediate floors ( 3 ) is arranged. Schichtspeicher nach Anspruch 7, bei dem das untere Ende des Rohres (7) in einem vertikal mittleren Bereich der unteren Kammer (30) positioniert ist.Layered store according to Claim 7, in which the lower end of the tube ( 7 ) in a vertically central region of the lower chamber ( 30 ) is positioned. Schichtspeicher nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem eines der Rohre (8) mit seinem unteren Ende nicht oder nur unwesentlich unter den unteren Zwischenboden (3) hinausreicht, wohingegen sein oberes Ende deutlich oberhalb des oberen Zwischenbodens (3) angeordnet ist.Stratified storage tank according to one of Claims 6 to 8, in which one of the tubes ( 8th ) with its lower end not or only insignificantly below the lower intermediate floor ( 3 ), whereas its upper end is clearly above the upper intermediate floor ( 3 ) is arranged. Schichtspeicher nach Anspruch 9, bei dem das obere Ende des Rohres (8) in einem vertikal annähernd mittleren Bereich der oberen Kammer (30) positioniert ist.Stratified storage according to claim 9, in which the upper end of the tube ( 8th ) in a vertically approximately middle region of the upper chamber ( 30 ) is positioned.
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