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Die Erfindung betrifft einen Schichtspeicher zum Speichern von Wasser in thermischen Schichtungen mit einem Behälter.
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In einem Schichtspeicher bilden sich die Schichten aufgrund der Dichteunterschiede des Wassers so aus, dass die wärmste Wasserschicht stets ganz oben ist. Damit diese Schichtung erhalten bleibt, ist es erforderlich, zuströmendes Wasser im Sinne des Wärmeträgers so zuzuführen, dass es mit möglichst kleiner Strömungsgeschwindigkeit aus der Zuleitung in das Speichervolumen eintritt. Außerdem muss das zuströmende Wasser möglichst genau in Höhe des Speichervolumens eingespeichert werden, dessen Schicht kaum einen Temperaturunterschied zu ihm selbst aufweist.
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Durch die Druckschrift
DE 100 25 318 C1 ist ein Schichtspeicher bekannt. Der Schichtspeicher weist im Innern mehrere Füllrohre auf, welche mit in unterschiedlichen Höhen gelegenen ventillosen Austrittsöffnungen versehen sind. Weiterhin sind diese Füllrohre über ein Verteilerrohr miteinander verbunden, welches sich im unteren Bereich des Schichtspeichers befindet.
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Die Druckschrift
DE 100 49 278 A1 offenbart einen Schichtspeicher zur Speicherung von Wärmeenergie, welcher mehrere zueinander beabstandet angeordnete Prallbleche aufweist. Die Prallbleche ermöglichen einen Fluidaustausch innerhalb des Schichtspeichers. Weiterhin ist mindestens ein Einströmrohrauslass in unmittelbarer Nähe eines Prallbleches angeordnet. Die Enden der Einströmrohre sind als Diffusoren ausgebildet, welche eine Verlangsamung und somit eine Beruhigung der Fluidströmung bewirken.
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Die Druckschrift
DE 20 2010 004 802 U1 beinhaltet einen Schichtspeicher, mit mehreren Wasseranschlüssen, wobei in den Bereichen der Wasseranschlüsse beabstandet von der Behälterwand Platten gehalten sind, die im Zusammenhang mit der Behälterwand Kanäle ausbilden.
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Die Schichtspeicher besitzen eine hohe Komplexität und sind wartungsunfreundlich.
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Der im Schutzanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen energieeffizienten wartungsfreien Schichtspeicher als Pufferspeicher so zu schaffen, dass bei Zufuhr und Entnahme von Wasser als Wärmeträger eine Durchmischung der thermischen Schichten im Schichtspeicher weitestgehend verhindert wird.
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Diese Aufgabe wird mit den im Schutzanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.
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Der Schichtspeicher zum Speichern von Wasser in thermischen Schichtungen mit einem Behälter zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass der energieeffiziente wartungsfreie Schichtspeicher als Pufferspeicher so ausgebildet ist, dass bei Zufuhr und Entnahme von Wasser als Wärmeträger eine Durchmischung der thermischen Schichten im Schichtspeicher weitestgehend verhindert wird.
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Dazu befindet sich im Behälter wenigstens eine Einrichtung zum Austritt und/oder Eintritt von Wasser, welche zwei beabstandet zueinander angeordnete Platten aufweist. Eine dieser Platten besitzt eine Öffnung zum Austritt und/oder Eintritt von Wasser, so dass Wasser bei Zufuhr und/oder Abfuhr zwischen den Platten strömt. Weiterhin ist die Öffnung mit einer Leitung zur Zufuhr und/oder Abfuhr von Wasser verbunden.
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Der Behälter ist wärmegedämmt und verfügt über wenigstens eine Leitung, welche insbesondere über die Decke des Behälters nach außen geführt ist. Diese Leitung stellt den Zulauf und den Ablauf von Wasser als Wärmeträger dar. Entsprechend von Schichten bestimmter Temperatur im Behälter können auch mehrere über die Decke des Behälters nach außen geführte Leitungen als Zuläufe und/oder Abläufe von Wasser als Wärmeträger vorhanden sein. Am Ende der Leitung oder an den Enden der Leitungen sind die beabstandet zueinander angeordneten Platten angeordnet. Durch diese Anordnung wird eine Vergleichmäßigung des Austritts und des Eintritts von Wasser als Wärmeträger in der Ebene und eine extrem niedrige Strömungsgeschwindigkeit ermöglicht. So wird der Impuls des Massestroms klein, wodurch eine Vermischung aufgrund von Verwirbelung weitestgehend verhindert wird. Es bilden sich stabile Schichten innerhalb des Schichtspeichers aus.
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Vorteilhafterweise ist mit dem Schichtspeicher eine schnelle Warmwasserbereitstellung von Trinkwasser und eine Entnahme von Heizwasser je nach Bedarf aus verschiedenen Speicherschichten gegeben. Darüber hinaus ist ein derartiger Schichtspeicher durch die einfachen Einbauten in Form der Leitungen mit den beabstandet zueinander angeordneten Platten wartungsarm. Die so als Düsen wirkenden Platten in Verbindung mit der Leitung können leicht an die jeweiligen Anforderungen hinsichtlich der Beladung und Entladung des Schichtspeichers auch entsprechend der Temperaturniveaus des Schichtspeichers angepasst werden. Die so ausgebildeten Düsen mit den beabstandet zueinander angeordneten Platten in Verbindung mit den Leitungen können auch in einem Kältespeicher angewendet werden.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den folgenden Weiterbildungen und Ausführungsformen aufgeführt. Diese können den Schichtspeicher zum Speichern von Wasser in thermischen Schichtungen mit einem Behälter einzeln oder in einer Kombination fortbilden.
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Zwischen den Platten zum Austritt und/oder Eintritt von Wasser befindet oder befinden sich in einer Ausführungsform wenigstens ein Abstandselement und/oder ein Körper aus einem offenporigen Material. Der Körper aus dem offenporigen Material verbessert vorteilhafterweise den gleichmäßigen Wasseraustritt hinsichtlich der mit der Platte verbundenen Leitung. Weiterhin kann mittels des Körpers aus dem offenporigen Material eine Anpassung an bestehende Behälterinnengeometrien erfolgen. Das kann insbesondere bei Nachrüstungen bestehender Schichtspeicher erfolgen.
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Das Abstandselement ist in einer Ausführungsform in seiner Länge veränderbar, so dass der Abstand der zwei Platten einstellbar ist. Im einfachsten Fall können Gewindestangen als Abstandselemente eingesetzt werden. Mittels mehrerer Abstandselemente kann der Abstand von parallel zueinander angeordneten Platten einfach eingestellt werden.
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Die Platten zum Austritt und/oder Eintritt von Wasser sind in einer Ausführungsform über wenigstens einen Linearantrieb zur Änderung des Abstands der Platten miteinander verbunden. Weiterhin ist in oder an der Leitung zur Zufuhr und/oder Abfuhr von Wasser ein Sensor zur Erfassung des Volumenstroms des Wassers in der Leitung angeordnet. Der Linearantrieb und der Sensor zur Erfassung des Volumenstroms sind mit einer Steuereinrichtung verbunden sind, welche so ausgebildet ist, dass eine konstante Einströmgeschwindigkeit des Wassers vorhanden ist, wobei sich bei vergrößernden Volumenstrom der Abstand der Platten vergrößert oder sich bei verkleinernden Volumenstrom der Abstand der Platten verringert.
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Der Linearantrieb ist in einer Ausführungsform ein Hydraulikzylinder in Verbindung mit wenigstens einer Hydraulikpumpe, welche mit der Steuereinrichtung verbunden ist.
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Der Körper aus dem offenporigen Material ist in einer Ausführungsform ein Schaum aus einem Kunststoff oder einem Metall. Der Körper kann insbesondere unmittelbar an der Öffnung der Platte angebracht sein, wobei dieser die Öffnung überdeckt.
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Die Platten zum Austritt und/oder Eintritt von Wasser sind in einer Ausführungsform horizontal oder überwiegend horizontal im Behälter angeordnet.
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Die Leitung zur Zufuhr und/oder Abfuhr von Wasser ist in einer Ausführungsform eine gedämmte Leitung. Damit werden vorteilhafterweise durch fließendes Wasser in der Leitung verursachte Verwirbelungen an der Leitung vermieden. Eine gedämmte Leitung kann eine Rohr in Rohr Anordnung sei, wobei das Innenrohr aus einem Metall und das Außenrohr aus einem Metall oder einem Kunststoff bestehen kann. Das Innenrohr gewährleistet dabei die Stabilität der Anordnung. Die Spaltgröße der beiden Rohre ist so, dass eine Luftpolsterisolation vorhanden ist, ohne dass Verwirbelungen auftreten.
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Im Behälter befinden sich in einer Ausführungsform mehrere Einrichtungen zum Austritt und/oder Eintritt von Wasser beabstandet zueinander, welche Leitungen zur Zufuhr und/oder Abfuhr von Wasser besitzen.
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Einrichtungen zum Austritt und/oder Eintritt von Wasser befinden sich in einer Ausführungsform in thermischen Schichtungen verschiedener Temperatur im Behälter.
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Die Leitung ist in einer Ausführungsform mit einem Antrieb so verbunden, dass die Höhe der mit der Leitung verbundenen Einrichtung zum Austritt und/oder Eintritt von Wasser gegenüber dem Boden des Behälter veränderbar ist. Damit kann die Einrichtung zum Austritt und/oder Eintritt von Wasser in verschiedenen thermischen Schichtungen im Behälter platziert werden.
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Der mit der Leitung verbundene Antrieb ist in einer Ausführungsform mit einer oder der Steuereinrichtung verbunden.
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Der Behälter besitzt in einer Ausführungsform Innenwände und Außenwände, wobei sich zwischen den Innenwänden und den Außenwänden Vakuum-Isolations-Paneele mit jeweils einem Kern und einer Hülle flächig befinden. Damit ist ein hochgedämmter Behälter vorhanden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen jeweils prinzipiell dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
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Es zeigen:
- 1 ein Schichtspeicher zum Speichern von Wasser in thermischen Schichtungen,
- 2 eine Einrichtung zum Austritt und/oder Eintritt von Wasser in einer Vorderansicht,
- 3 eine Einrichtung zum Austritt und/oder Eintritt von Wasser in einer Draufsicht,
- 4 eine Einrichtung zum Austritt und/oder Eintritt von Wasser mit einem Körper aus einem Metallschaum in einer Vorderansicht und
- 5 eine Einrichtung zum Austritt und/oder Eintritt von Wasser mit einem Körper aus einem Metallschaum in einer Draufsicht.
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Ein Schichtspeicher zum Speichern von Wasser 3 in thermischen Schichtungen besteht im Wesentlichen aus einem Behälter 1 mit mindestens einer Einrichtung 2 zum Austritt und/oder Eintritt von Wasser 3.
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Die 1 zeigt einen Schichtspeicher zum Speichern von Wasser 3 in thermischen Schichtungen in einer prinzipiellen Darstellung.
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Der Behälter 1 ist insbesondere als Zylinder oder Quader ausgebildet. Weiterhin kann der Behälter 1 Innenwände 4 und Außenwände 5 besitzen, wobei sich zwischen den Innenwänden 4 und den Außenwänden 5 wenigstens ein Wärmedämmkörper 6 befindet. Zur Wärmedämmung können insbesondere Vakuum-Isolations-Paneele mit jeweils einem Kern und einer Hülle zwischen den Innenwänden 4 und den Außenwänden 5 flächig angeordnet sein. Im Behälter 1 befinden sich die Einrichtungen 2 zum Austritt und/oder Eintritt von Wasser 3, welche mit nach außen geführte Leitungen 7 zur Zufuhr und/oder Abfuhr von Wasser 3 verbunden sind. Dazu kann der Behälter 1 einen Halter 8 aufweisen. Die Leitungen 7 sind dazu vorzugsweise als gedämmte Leitungen 7 ausgeführt, so dass Verwirbelungen im Behälter 1 vermieden werden. Dazu kann eine Rohr in Rohr Anordnung verwendet werden, wobei das Innenrohr aus einem Metall und das Außenrohr aus einem Metall oder einem Kunststoff bestehen kann. Die Spaltgröße der beiden Rohre ist zur Schaffung einer Luftpolsterisolation möglichst groß, aber nur so groß, dass keine Verwirbelungen auftreten. Die Einrichtungen 2 zum Austritt und/oder Eintritt von Wasser 3 befinden sich vorteilhafterweise in thermischen Schichtungen verschiedener Temperatur des Behälters 1.
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Es zeigen
die 2 eine Einrichtung 2 zum Austritt und/oder Eintritt von Wasser 3 in einer prinzipiellen Vorderansicht und
die 3 eine Einrichtung 3 zum Austritt und/oder Eintritt von Wasser 3 in einer prinzipiellen Draufsicht.
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Die Einrichtung 3 zum Austritt und/oder Eintritt von Wasser 3 weist zwei beabstandet zueinander angeordnete Platten 9, 10 als erste Platte 9 und zweite Platte 10 auf. Die erste Platte 9 besitzt eine Öffnung 12 zum Austritt und/oder Eintritt von Wasser 3, welche mit der Leitung 7 zur Zufuhr und/oder Abfuhr von Wasser 3 verbunden ist. Zwischen den Platten 9, 10 zum Austritt und/oder Eintritt von Wasser 3 befinden sich Abstandselemente 11, so dass Wasser 3 bei Zufuhr und/oder Abfuhr zwischen den Platten 9, 10 und damit in den Behälter 1 oder aus den Behälter 1 strömt. Die Platten 9, 10 sind weiterhin horizontal oder überwiegend horizontal im Behälter 1 angeordnet. Die 2 und 3 zeigen dazu prinzipiell die Zufuhr von Wasser 3.
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Es zeigen
die 4 eine Einrichtung 2 zum Austritt und/oder Eintritt von Wasser 3 mit einem Körper 13 aus einem Metallschaum in einer prinzipiellen Vorderansicht und
die 5 eine Einrichtung 2 zum Austritt und/oder Eintritt von Wasser 3 mit einem Körper 13 aus einem Metallschaum in einer prinzipiellen Draufsicht.
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Zwischen den Platten 9, 10 zum Austritt und/oder Eintritt von Wasser 3 befindet sich in einer Ausführungsform ein Körper 13 aus einem offenporigen Material insbesondere aus einem Metallschaum. Dieser Körper 13 ist vorzugsweise nur unmittelbar an der Öffnung 12 der ersten Platte 9 so angebracht, dass dieser die Öffnung 12 überdeckt.
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Die Abstandselemente 11 können in ihrer Länge veränderbar sein, so dass der Abstand der zwei Platten 9, 10 einstellbar ist. Dazu können insbesondere Gewindestangen verwendet werden.
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Als Abstandselemente 11 können auch Linearantriebe zur Änderung des Abstands der Platten 9, 10 eingesetzt werden. Als Linearantriebe können Hydraulikzylinder in Verbindung mit wenigstens einer Hydraulikpumpe angeordnet sein. In oder an der Leitung 7 zur Zufuhr und/oder Abfuhr von Wasser 3 kann weiterhin ein Sensor zur Erfassung des Volumenstroms des Wassers 3 in der Leitung 7 platziert sein. Die Linearantriebe und der Sensor zur Erfassung des Volumenstroms sind mit einer Steuereinrichtung verbunden, welche so ausgebildet ist, dass eine konstante Einströmgeschwindigkeit des Wassers 3 vorhanden ist, wobei sich bei vergrößernden Volumenstrom der Abstand der Platten 9, 10 vergrößert oder sich bei verkleinernden Volumenstrom der Abstand der Platten 9, 10 verringert.
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Die Leitungen 7 zur Zufuhr und/oder Abfuhr von Wasser 3 können in einer Ausführungsform jeweils mit einem Antrieb so verbunden sein, dass die Höhen der mit den Leitungen 7 verbundenen Einrichtungen 2 zum Austritt und/oder Eintritt von Wasser 3 gegenüber dem Boden des Behälters 1 veränderbar sind. Dazu können die Antriebe im Halter 8 untergebracht sein. Die mit den Leitungen 7 verbundenen Antriebe sind einer oder der Steuereinrichtung verbunden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10025318 C1 [0003]
- DE 10049278 A1 [0004]
- DE 202010004802 U1 [0005]
