DE3312089A1 - Warmwasserspeicherbehaelter zur aufladung durch sonnenkollektoren - Google Patents

Description

• Warmwasserspeicherbehälter zur Aufladung durch Sonnenkollektoren Die Erfindung betrifft einen drucklosen, vertikal stehenden, im wesentlichen zylindrischen Warmwasserspeicherbehälter zur Aufladung durch Sonnenkollektoren in Schwerkraftzirkulation, der aus thermoplastischem Kunststoff hergestellt ist, dessen Zirkulations-, Entnahme- und Speiseanschlüsse nur von unten in den Behälter eingeführt sind und dessen glockenförmiger Wärmedämmkörper mit einem äußeren Mantel aus Metallblech alle Bauteile des Speichers ohne Unterbrechungen umschließt.
• Schweißbare thermoplastische, nach heutigem Stand der Technik bekannte Kunststoffe, die bei Erwärmung keine unhygienischen Einflüsse auf Trinkwasser haben, verlieren in der Regel ihre Festigkeit durch uv-Bestrahlung.
• Außerdem ist die Verformungsmöglichkeit, die mechanische Belastbarkeit bei Berührung mit Metallen, insbesondere Kupfer, solcher hygienisch geeigneten Kunststoffe begrenzt.
• Diese Nachteile des Kunststoffes müssen berücksichtigt werden, der Vorteil der chemischen Beständigkeit gegen Wasser und die darin gelösten Gase und Mineralien und die geringe Wärmeleitfähigkeit soll genutzt werden.
• Durch konstruktive Maßnahmen ist der Behälter insbesondere mechanisch zu entlasten und so auszubilden, daß ein hoher thermischer Wirkungsgrad sichergestellt wird und daß das in drucklosen Warmwasserspeichern bei der Versorgung mehrerer Entnahmestellen erforderliche Schwimmerventil im Störungsfall gut zugänglich ist.
• Bekannt sind solche Wasserwärmespeicher mit Behältern aus korrosionswiderstandsfähigem- oder korrosionswiderstandsfähig beschichtetem Metall deren Rohrleitungsanschlüsse von außen in funktionsgerechter Höhe in den Speicherbehälter eingeführt, und dessen Schwimmerventil zur Regelung des Wasser-Zulaufes durch eine Revisionsöffnung zugänglich ist.
• Als Beispiele hierfür sind zu nennen: a) Thermoiphoning Solar Heaters by Bruce Anderson veröffentlicht im Solar Age Resource Book ed. Mr. McPhillips 1979 Solar Vision Inc. b) Solar Water Heaters with Natural Cirkulation by D.I. Close Member of Comnonweaith Scientific and Industrial Organisation Engeniering Section Highett, Victoria, Australia Diese Speicherbehälter aus Metall bewahren infolge der Wärmeleitfähigkeit der Metallwände nur über kürzere Zeiträume die gewünschte Temperaturschichtung, so daß nach Beendigung der Wärmezufuhr die Wärme aus dem oberen Speicherbereich über die Metallwände in den unteren kälteren Speicherbereich abfließt.
• Ein weiterer Nachteil bekannter Speicher mit Schwimmerventil ist die Störung der Temperaturschichtung bei Nachspeisung von kaltem Wasser.
• Von Nachteil der Speicher mit Behältern aus korrosionsbeständigem oder korrosionsbeständig beschichtetem Metall ist auch der Aufwand an Produktionseinrichtungen, die zum Beispiel nur durch qualifizierte Kräfte bedient werden können, sowie die hohen Rohstoffkosten korrosionsbeständiger Metalle.
• Die Erfindung soll die genannten Nachteile bekannter Bauarten beseitigen.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daB der Speicherbehälter aus einem für heißes Brauchwasser geeigneten, keine gesundheitsschädigenden und unhygienischen Substanzen absondernden thermoplastischen Kunststoffmaterial von geringer Wärmeleitfähigkeit hergestellt wird, wobei wegen der geringen mechanischen Belastbarkeit insbesondere des erwärmten Kunststoffmaterials alle Einführungen in den Behälter in dessen kältestem Bereich, den unteren Boden, eingeschweißt werden, wodurch weiterhin ein außen glatter, nicht durch Rohrstutzen oder Revisionsöffnungen unterbrochener glockenförmiger Wärmedämmkörper mit äußerem Metallmantel so über den Behälter gestülpt werden kann, daß alle Teile des Behälters gleichermaßen gegen material schädigende uv-Strahlung geschützt werden.
• Um in einem solchen Speicherbehälter mit t Rohrleitungseinführungen nur von unten eine Störung der Schwerkraftzirkulation bei der Aufladung durch Sonnenkollektoren sowie eine Störung der Temperaturschichtung im Speicher zu vermeiden, werden die durch die kälteren unteren Bereiche des Speichers in funktionsgerechte Höhenbereiche hinzuführenden Zirkulations- und Entnahmeleitungen als Doppelmantelrohr mit Luft-Hohlraum ausgebildet, so daß ein Wärmefluß vom heißen Wasser durch die Rohrwand an das kältere Wasser' und eine dadurch mögliche Umwälzung durch Thermik im Behälter vermieden wird.
• Um den Innendruck des mechanisch nicht belastbaren Behälters mit Sicherheit unter Kontrolle halten zu können, ist ein als Standrohr ausgebildetes einwandiges Oberlaufrohr vorgesehen, das mit seinem unteren Ende dicht unter dem Speicherbehälter in eine Tasse mündet.
• Diese Tasse füllt sich mit Niederschlagswasser, das beim Aufheizen des Speicherinhaltes aus hohem Dampfgehalt der im Speicher verbliebenen Luft an der Innenwand des durch den unteren kälteren Speicherbereich geführten Oberlaufrohres ausfällt. Dadurch erfolgt automatisch ein Abschluß des Speicherluftraumes gegenüber der Atmosphäre, so daß nach Sättigung der Luft über dem Wasserspiegel des Speichers eine weitere Ausdampfung und damit verbundene erhebliche Wärmeverluste vermieden werden.
• Um bei solchen drucklosen, zur Versorgung mehrerer Zapfstellen mit einem erforderlichen Schwimmerventil ausgerüsteten Speicherbehälter im Falle eines Öefektes die Demontierbarkeit des St@wimmerventiles in einfacher Weise ohne zusätzliche Revisionsöffnung zu erreichen, wurde das Schwimmerventil so konstruiert, daß es von unten her gemeinsam mit dem Schwimmer in ein Stand- und gleichzeitig Führungsrohr eingeschoben werden kann, wobei die Abdichtung gegenüber dem in den Behälterboden eingeschweißten Stand- und Führungsrohr in einfacher Weise durch Rundprofil-Dichtungsringe erfolgt.
• Um bei Wasserentnahme die Nachspeisung des kalten Wassers in den unteren Speicherbereich ohne Störung der Temperaturschichtung im Speicher durch ein Schwimmerventil zu erreichen, wurde dieses Schwimmerventil so in einem Standrohr angeordnet und mit einer Sperrscheibe versehen, daß durch eine Mehrzahl von Uffnungen in diesem Standrohr das kalte Nachspeisewasser mit geringer Strömungsgeschwindigkeit waagerecht über dem unteren Boden des Behälters eingebracht und eine Vermischung durch Turbulenz mit bereits erwärmtem Wasser vermieden wird.
• Um bei einem solchen Speicherbehälter die Wärmedämmung mit bestmöglicher Wirkung den Erfordernissen anpassen zu können, wird der zylindrische Speicherbehälter leicht kegelförmig hergestellt, wobei der obere Boden des Behälters den geringeren Durchmesser aufweist.
• Zwischen dem zylindrischen Außenmantel aus Metall und dem Speicherbehälter ist damit in den oberen wänneren Bereichen des Speichers eine dickere Wärmedämmschicht möglich als im unteren kälteren Bereich.
• Ein weiterer Vorteil dieser Bauform besteht auch darin, den innen kegelförmigen Isoliermantel leichter abnehmen und aufsetzen zu können.
• Um den Bereich solcher Speicher in nicht frostfreien Gebieten zu ermöglichen, wird ein Oberflächenwärmeaustauscher verwendet, dessen Innenraum mit dem mit Frostschutzmitteln angereicherten Wassersystem des sehr einfriergefährdeten Sonnenkollektors in Verbindung steht.
• Der Wärmetauscher wurde so konstruiert, daß er mit seinem zylindrischen Außenkörper in ein in den unteren Behälterboden eingeschweißtes Führungsrohr eingeschoben werden kann, wobei die Abdichtung in einfacher Weise durch Rundprofil-Dichtungsringe aus geeignetem Gummimaterial erfolgt.
• Um eine Berührung von Metallen, insbesondere Kupfer, mit dem gegen Metallkontakt empfindlichen Kunststoff zu vermeiden, werden als Verbindungselemente mit den wasserführenden Rohrleitungen oder den Sonnenkollektoren Zwischenstücke aus trinkwassergeeignetem Gummi schlauch eingesetzt und mittels Schlauchklemmbändern befestigt.
• Bei dem in Stand- und Führungsrohren einzuschiebenden Schwimmerventil oder Wärmeaustauscher aus Metall werden zur Abdichtung Rundprofil-Dichtringe aus geeignetem Gummimaterial verwendet, die einen Abstand von mehreren Millimetern zwischen Metallteil und Führungsrohr gewährleisten.
• Die mit dieser Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere in der hierdurch möglichen Verwendung von hygienisch für Trinkwasser geeigneten, chemisch widerstandsfähigen Kunststoffen mit geringer Wärmeleitfähigkeit, deren Rohstoffkosten gegenüber chemisch g1eichwertig widerstandsfähigen Metallverbindungen wesentlich niedriger sind sowie der Bearbeitbarkeit mit einfachem Handwerkszeug wie Handsägen und Handscheren und der Schweißbarkeit mit handlichen Heißluftschweißgeräten, die keine Fremdgase benötigen und überwiegend mit einer elektrischen Antriebsleistung von weniger als 1 kW betrieben werden können, so daß eine Produktion dieser Speicherbehälter in Gegenden möglich ist, in denen umfangreiches technisches Gerät oder in der Bedienung solchen Gerätes geschultes Personal nicht verfügbar ist.

Claims (1)

1. Patentansprüche 1. Druckloser, vertikal stehender. im wesentlichen zylindrischer Warmwasserspeicherbehälter, der aus thermoplastischem Kunststoff hergestellt ist, und dessen Zirkulations-, Entnahme- und Speiseanschlüsse nur von unten in den Behälter eingeführt sind und dessen glockenförmiger Warmedänflkörper mit einem äuOeren Mantel aus Metallblech alle Bauteile des Speichers ohne Unterbrechungen umschließt, dadurch gekennzeichnet, daB der Speicherbehälter aus einem für heißes Brauchwasser geeigneten, keine gesundheitsschädigenden oder unhygienischen Substanzen absondernden thermoplastischen schweißbaren Kunststoffmaterial von geringer Wärmeleitfähigkeit hergestellt wird, wobei wegen der geringen mechanischen Belastbarkeit insbesondere des erwärmten Kunststoffmaterials alle Einführungen in den Behälter in dessen ältesten Bereich, den unteren Boden, eingeschweißt werden, wodurch weiterhin ein außen glatter, nicht durch Rohrstutzen oder Revisionsöffnungen unterbrochener glockenförmiger Wärmedämmkörper mit äußerem Metallmantel so über den Behälter gestülpt werden kann, daB alle Teile gleichermaßen gegen materialschädigende uv-Strahlung geschützt werden.

   2, Druckloser, vertikal stehender, im wesentlichen zylindrischer Warmwasserspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Störung der Schwerkraftzirkulation bei der Aufladung durch Sonnenkollektoren sowie eine Störung der Temperaturbeschichtung im Speicher vermieden wird, indem die durch die kälteren unteren Bereiche des Speichers in funktionsgerechte Höhenbereiche hindurchzuführenden Zirkulations- und Entnahmeleitungen als Doppelmantelrohr (1) mit Lufthohlraum ausgebildet werden, so daß ein Wärmefluß vom heißen Wasser durch die Rohrwand an das kältere Wasser und eine dadurch mögliche Umwälzung durch Thermik im Behälter vermieden wird.

   3. Druckloser, vertikal stehender, im wesentlichen zylindrischen Warmwasserspeicher nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendruck des mechanisch nicht belastbaren Behälters mit Sicherheit unter Kontrolle gehalten werden kann, indem ein als Standrohr ausgebildetes einwandiges Oberlaufrohr (2) eingebaut wird, das mit seinem unteren Ende dicht unter dem Speicherbehälter in eine Tasse (3) mündet und daß diese Tasse sich mit Niederschlagswasser füllt, das beim Aufheizen des Speicherbehälters aus dem hohen Dampfgehalt der im Speicher verbliebenen Luft an der Innenwand des durch den unteren kälteren Speicherbereich geführten Oberlaufrohres ausfä'fltwodurch automatisCh ein Abschluß des Speicherluftraumes gegenüber der Atmosphäre erfolgt, so daß nach Sättigung der Luft über dem Wasserspiegel des Speichers eine weitere Ausdampfung und damit verbundene erhebliche Wärmeverluste vermieden werden.

   4. Druckloser, vertikal stehender, im wesentlichen zylindrischer Warmwasserspeicher nach Anspruch 1 bis 3, oder aber druckloser Speicher anderer Bauart, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem solchen, zur Versorgung mehrerer Zapfstellen mit einem zur Nachspeisung erforderlichen Schwimmerventil ausgerüsteten Speicherbehälter die im Falle eines Defektes erforderliche Demontierbarkeit des Schwimmerventiles in einfacher Weise ohne zusätzliche Revisionsöffnung dadurch erreicht wird, daß das Schwimmerventil (4) so gebaut ist, daß es von unten her gemeinsam mit dem Schwimmer (12) in ein Standrohr (6) und gleichzeitig Führungsrohr eingeschoben werden kann, wobei die Abdichtung gegenüber dem im Behälterboden (9) eingeschweißten Stand- und Führungsrohr (6) in einfacher Weise durch Rundprofil-Dichtungsringe (13) aus geeignetem Gummi erfolgt.

   5. Druckloser, vertikal stehender, im wesentlichen zylindrischer Warmwasserspeicher nach Anspruch 1 bis 4, auch druckloser Speicher anderer Bauart, dadurch gekennzeichnet, daß die bei Wasserentnahme erfolgende Nachspeisung kalten Wassers durch ein Schwinwnerventil in den unteren Speicherbereich ohne Störung der Temperaturschichtung im Speicher erreicht wird, indem ein Schwimmerventil (4) so in einem Standrohr (6) angeordnet und mit einer Trennscheibe (5) versehen wird, daß durch eine Mehrzahl von Uffnungen (7) in diesem Standrohr das kalte Nachspeisewasser mit geringer Strömungsgeschwindigkeit waagerecht über dem unteren Boden des Behälters eingebracht und eine Vermischung durch Turbulenz mit bereits erwärmtem Wasser vermieden wird.

   6. Druckloser, vertikal stehender, im wesentlichen zylindrischer Warmwasserspeicher nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Speicherbehälter leicht kegelförmig hergestellt wird, wobei der obere Boden (8) einen geringeren Durchmesser als der untere Boden (9) des Speicherbehälters aufweist, so daG zwischem dem zylindrischen Außenmantel aus Metall (10) und dem Speicherbehälter ln den oberen wärmeren Bereichen des Speichers eine dickere Wärmedämmschicht möglich ist als im unteren, kälteren Bereich und wodurch weiterhin der innen kegelförmige Isoliermantel (11) leichter abgenommen werden kann.

   7. Druckloser, vertikal stehender, im wesentlichen zylindrischer Warmwasserspeicher nach Anspruch 1 bis 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß in nicht frostfreien Gebieten ein Betreiben des Speichers durch einen Oberflächenwarmeaustauscher (14) möglich ist, dessen Innenraum mit dem mit Frostschutzniitteln angereicherten Wassersystem des sehr einfriergefährdeten Sonnenkollektors in Verbindung steht und so konstruiert ist, daß er mit seinem zylindrischen AuBenkörper (15) in ein in den Behälterboden (9) eingeschweißtes Führungsrohr (16) eingeschoben werden kann, wobei die Abdichtung in einfacher Weise durch Rundprofil-Dichtungsringe (13) aus geeignetem Gummi erfolgt.

   8. Druckloser, vertikal stehender, im wesentlichen zylindrischer Warmwasserspeicher nach Anspruch 1 bis 3 und 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß um eine Berührung von Metallen, insbesondere Kupfer, mit dem gegen Metallkontakt empfindlichen Kunststoff zu vermeiden, als Verbindungselemente mit den wasserführenden Rohrleitungen oder den Sonnenkollektoren Zwischenstücke aus hygienisch geeignetem Gummischlauch (17) eingesetzt und mittels Schlauchbändern befestigt werden, oder daß bei Stand- oder Führungsrohren des einzuschiebenden Schwimmerventiles oder des Oberflächenwärinetauschers aus Metall zur Abdichtung Rundprofil-Dichtungsringe aus geeignetem Gumminiaterial und von einen, Profildurchmesser verwendet werden, die einen Abstand von mehreren Millimetern zwischen Metallteil und Führungs- oder Standrohr aus Kunststoff gewährleisten.

   Folgt Zeichnung Blatt 8 und 9