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 ...
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
Der Schichtspeicher weist einen wesentlichen hohlzylinderförmigen Grundkörper
Bevor im Herstellungsprozess der Grundkörper
Neben den genannten Zwischenböden
Der dargestellte Schichtspeicher ist insbesondere zur Verwendung mit einer Solarthermieanlage geeignet. Über einen Flüssigkeitskreislauf sind dabei Solarkollektoren der Solarthermieanlage über die Anschlüsse
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
Zum Austausch der Speicherflüssigkeit im Schichtspeicher sind in der oberen Kammer
Eine weitere Zuführung
Zudem befinden sich im Bereich der oberen Kammer
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
Ein Austausch der Speicherflüssigkeit zwischen den Kammern
Die Breite der Spalte
Es versteht sich, dass ein Flüssigkeitsaustausch zwischen den verschiedenen Kammern
Weiterhin sind zum Austausch der Speicherflüssigkeit zwischen verschiedenen Kammern in die Zwischenböden
Die Rohre
Über die Rohre
Alternativ zu den gezeigten Rohren
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
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R207 | Utility model specification |
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R163 | Identified publications notified | ||
R163 | Identified publications notified |
Effective date: 20111219 |
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R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years | ||
R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |
Effective date: 20140414 |
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R157 | Lapse of ip right after 6 years |