DE3835096C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Warmwasserschichtspeicher für Brauchwasserentnahmeanlagen, Heizungsanlagen oder Wärmerückgewinnungsanlagen mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 und ist ganz besonders geeignet in Verbindung mit Sonnenkollektoren als Wärmequelle.

An einen solchen Wärmeschichtspeicher sind verschiedene, sich teilweise widersprechende Anforderungen zu stellen. So soll innerhalb kürzester Zeit nach Inbetriebnahme heißes Brauchwasser aus dem Speicher abgezogen werden können. Dazu ist es bekannt, den Speicherbehälter und die zugeordneten, zur Wärmezufuhr bzw. zur Wärmeentnahme notwendigen Wärmetauscher einander so zuzuordnen, daß z.B. über in verschiedenen Höhenlagen eingebaute Wärmetauscher, die als erstes anfallende zugeführte Wärme in den oberen Bereich, z.B. in das obere Drittel des aufrecht stehenden Speicherbehälters einzubringen, und die Warmwasserentnahmestelle im Bereich der Decke des Behälters vorzusehen. Dadurch ist es möglich, schon kurze Zeit nach Inbetriebnahme warmes Brauchwasser aus dem oberen Bereich des Behälters abzuziehen, auch wenn die tiefer liegenden Bereiche des Speichervolumens des Behälters noch nicht oder nur kaum aufgeheizt sind. Durch diese Aufteilung des Speichervolumens in einen Volumenvorranganteil im oberen Bereich und eine darunterliegende Volumensspeicherreserve kann man bereits mit geringer Sonneneinstrahlung und innerhalb kurzer Zeit heißes Brauchwasser zur Verfügung stellen. Bei ungünstiger Sonneneinstrahlung oder nach Aufheizung des Vorrangvolumens wird das die Wärme zuführende Wasser dem tieferliegenden Wärmetauscher im Speicher zugeführt, so daß die Wärme nun vorwiegend dem Reservevolumen des Speichers zugeführt wird.

Derartige Warmwasserschichtspeicher sind sehr aufwendig, sowohl in der Herstellung als auch in der Wartung und befriedigen nur in begrenztem Umfange.

Es ist ferner bekannt, den Speicherbehälter mit Doppelmantel auszubilden. Dadurch wird eine äußere Ringkammer über die Höhe und den Umfang des Speicherbehälters geschaffen, durch die die Wärme zuführendes Wasser geleitet wird. Auch hier wird eine relativ rasche Aufheizung des oberen Speichervolumens erreicht. Verringert sich jedoch die Sonneneinstrahlung, bleibt man bei dieser Ausführungsform an ein festes Verteilungsschema der zugeführten Wärme gebunden, so daß die Ausbildung einer Wärmeschichtung im Speicherbehälter leidet. Auch diese Ausführungsform ist aufwendig und kostspielig.

Es ist daher auch schon bekannt, die Wärmetauscher, die zur Zufuhr der Wärme bzw. zur Entnahme der Wärme dienen, außerhalb des eigentlichen Speicherbehälters anzuordnen und durch einen entsprechenden Speisestromkreis bzw. Entnahmestromkreis mit dem Speicherbehälter zu verbinden. Dabei kann das Wasser dem unteren Bereich des Speichers entnommen und über eine Pumpe durch den die Wärme zuführenden Wärmetauscher gedrückt und erwärmt werden, worauf das erwarmte Wasser in den oberen Bereich des Speicherbehälters zurückgeführt wird. Auch mit diesem Verfahren ist eine rasche Aufheizung des oberen Teils des Speichervolumens möglich, so daß eine rasche Entnahme von warmem Brauchwasser möglich ist. Bei ungünstiger Sonneneinstrahlung und verringerter Wärmezufuhr erfolgt jedoch auch hier eine empfindliche Störung der Wärmeschichtung. Letztere ist aber für ausreichend lange Wärmespeicherzeiten von größter Bedeutung.

Ein Warmwasserschichtspeicher mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist aus der JP 57-1 74 903 A bekannt.

Diese zeigt einen Schichtspeicher mit außenliegendem Wärmetauscher und Umwälzpumpe, die durch oben und unten liegende Stutzen mit dem Speicherbehälter zu einem geschlossenen Umwälzkreis verbunden sind. Die Warmwasserzuleitung ragt in den Speicherbehälter und ist an ihrem Austrittsende mit einem kurzen Dämpfungskörper verbunden, der die Eintrittsgeschwindigkeit des Wassers herabsetzen soll. Der Dämpfungskörper ist im oberen Bereich eines an beiden Enden offenen, konzentrisch zur Behälterachse angeordneten Leitrohres vorgesehen, das aus einem Bereich im kurzen Abstand unter der Decke des Speicherbehälters nach unten ragt und im kurzen Abstand vom Behälterboden endet.

Bei diesem Schichtspeicher dient das sich nahezu über die ganze Höhe des Speicherbehälters erstreckende und an beiden Enden offene Leitrohr dazu, kaltes Wasser aus dem unteren Bereich des Speichers in den Warmwassereintrittsbereich zu leiten, wobei das von dem Dämpfungskörper nach oben aufsteigende warme Wasser das durch das Leitrohr zugeführte kalte Wasser auf dem Wege der Injektorwirkung nach oben mitnimmt und dabei erwärmt. Das zugeführte warme Wasser gelangt damit ausschließlich durch das obere offene Ende des Leitrohres in den oberen Volumenbereich des Speicherbehälters. Gleichzeitig erzeugt die Warmwasserzufuhr innerhalb des das Leitrohr umgebenden Volumens eine langsame Umlaufströmung bei der sich in dem äußeren Ringbereich von großem Querschnitt eine Wärmeschichtung bildet und immer neu bilden muß, da alles zugeführte Wasser und das durch das Leitrohr aufsteigende kalte Wasser ausschließlich in den oberen Volumenbereich des Speicherbehälters geleitet wird.

Die Strömungsgeschwindigkeit in der inneren Umlaufströmung des Speicherbehälters wird entsprechend durch den äußeren Umwälzkreis unterstützt und verstärkt. Warmes Wasser von geringerer Temperatur muß also stets durch die warmen Schicht im oberen Speichervolumen absinken bis in den Höhenbereich des Speicherbehälters, der der Temperatur des aus dem oberen offenen Ende des Leitrohres austretenden Wassers entspricht.

Nur wenn das durch die Umlaufleitung zugeführte Wasser eine Temperatur aufweist, die etwa der Temperatur am unteren Ende des Speicherbehälters entspricht, kann dieses zugeführte Wasser über das Leitrohr auch nach unten strömen und am unteren Ende des Rohres austreten. Dieser Zustand ist jedoch von der Praxis her gesehen uninteressant, da er bedeutet, daß in dem Wärmetauscher eine Wärmezufuhr nicht erfolgt. In diesem Fall wird in der Regel die Umwälzpumpe besser ausgeschaltet.

Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, einen Warmwasserschichtspeicher dieser Art insbesondere für den Einsatz im Zusammenhang mit Sonnenkollektoren als Wärmequelle so weiterzuleiten, daß die Ausbildung der anfänglichen Wärmeschichten, vor allem im oberen Volumenbereich des Speicherbehälters, besonders begünstigt und auch bei nachlassender Wärmezufuhr weitgehend ungestört aufrechterhalten wird, und zwar bei einfachem Aufbau und kostengünstigem Betrieb des Warmwasserschichtspeichers.

Diese Aufgabe wird durch einen Warmwasserschichtspeicher mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Durch die Verwendung von zwei zueinander konzentrischen und zwischen sich eine langgestreckte Ringzone begrenzenden Leitrohren wird einmal im Speicherbehälter eine langgestreckte Eintrittszone für das die Wärme zuführende Wasser gebildet, aus der das Wasser aufgrund der Bemessung praktisch in laminarer Strömung und mit einer Geschwindigkeit ohne Injektorwirkung austritt, und zwar tritt das Wasser zunächst in eine durch die beiden Enden der unterschiedlich langen Leitrohre begrenzte Verweilzone ein. Durch die Bemessung dieser Verweilzone kann erreicht werden, daß das eintretende Wasser eine ausreichende Verweilzeit zur Verfügung hat, um in Abhängigkeit von den Temperatur- und Wärmeschichtungsverhältnissen und in Abhängigkeit von der Bemessung der begrenzten Durchtrittsöffnungen am oberen Ende des äußeren Leitrohres entweder eine Wärmeauftriebsströmung durch die langgestreckte Ringzone zwischen den beiden Leitrohren zu entwickeln oder aber in laminarer ruhiger Strömung ohne Injektorwirkung aus dem unteren Ende des äußeren Leitrohres in den mittleren Bereich der Höhe des Warmwasserschichtbehälters auszutreten.

Durch die Lage des unteren offenen Endes des inneren Leitrohres wird in dem Speicherbehälter ein Grenzbereich zwischen dem oberen und dem unteren Volumenabschnitt des Speicherbehälters definiert, wobei der obere Bereich zur Schnellaufheizung und der darunterliegende Bereich als Wärmespeicherreserve dient. Der Grenzbereich zwischen diesen Bereichen kann in seiner Höhenlage in Abhängigkeit von der Temperatur und der Menge des zufließenden Wassers und der Warmwasserentnahme variieren. Die Umschaltung zwischen den verschiedenen Betriebsweisen erfolgt automatisch aufgrund der Ausbildung und Bemessung der Leiteinrichtung. Dabei kann die Wirkungsweise auf einfache und zuverlässige Weise durch eine Steuereinrichtung beeinflußt werden, die in Abhängigkeit von der Wärmeschichtung und Temperaturverteilung über die Höhe des Speicherbehälters die volumetrische Leistung des Umwälzkreises und damit die Strömungsgeschwindigkeit des durch das innere Leitrohr eintretenden Wassers verändert, wobei die Anordnung in jedem Fall so getroffen ist, daß auch bei maximaler volumetrischer Leistung und damit maximaler Zuströmgeschwindigkeit die geforderte laminare Strömung in allen Bereichen der Leiteinrichtung und die Vermeidung von Injektorwirkungen in diesem Bereich gewährleistet sind.

Die bei dem Warmwasser-Schichtspeicher erfindungsgemäß vorgesehene Leitwerkseinrichtung arbeitet ohne Ventile oder andere Steuerungsseinrichtungen. Sie sorgt selbständig in Abhängigkeit von dem Temperaturverhältnis zwischen dem die Wärme zuführenden Wasser und den verschiedenen Wärmeschichten im Speicher dafür, daß relativ heißes Wasser durch den Ringraum zwischen den beiden Leitrohren direkt in den oberen Speichervolumenbereich des Speicherbehälters eingespeist wird, während zugeführtes Wasser von relativ geringerer Temperatur automatisch in den unteren Speichervolumenbereich des Behälters eingespeist wird. Dabei trennt in der Leitwerkseinrichtung der Ringraum zuverlässig den oberen Speichervolumenbereich höherer Temperatur von dem unteren Speichervolumenbereich niedrigerer Temperatur.

Dabei ist es wesentlich, daß abgestimmt auf die volumetrische Leistung der das die Wärme zuführende Wasser einspeisenden Einrichtung die Strömungsquerschnitte der Leitwerkseinrichtung so bemessen sind, daß unter allen Bedingungen weitgehend nur laminare und turbulenzfreie Strömungen vorliegen und die Strömungsgeschwindigkeiten so begrenzt bleiben, daß die Strömungen keine lnjektorförderwirkung entwickeln, durch die z.B. kälteres Wasser durch den Ringraum der Leitwerkseinrichtung in den oberen Speichervolumenbereich mitgerissen werden könnte oder umgekehrt heißes Wasser über diesen Ringbereich in den unteren Speichervolumenbereich gefördert werden könnte.

Die Ausbildung des Warmwasserschichtspeichers gemäß der Erfindung genügt in optimaler Weise der Forderung einer raschen Aufheizung des oberen Speichervolumenbereiches des Speicherbehälters, so daß schon nach kürzester Zeit nach Inbetriebnahme der Einrichtung heißes Brauchwasser zur Verfügung gestellt werden kann. Die Ausbildung stellt aber auch sicher, daß z.B. bei nachlassender Sonneneinstrahlung und nachlassender Wärmezufuhr das weniger warme Wasser von dem oberen Speichervolumenbereich ferngehalten und ausschließlich dem unteren Speichervolumenbereich zugeleitet wird. Auch bei wechselnden Zuführungstemperaturen und unregelmäßigen Brauchwasserentnahmen wird so über lange Zeit eine ausgeprägte Schichtung von Wasser sehr unterschiedlicher Temperatur aufrechterhalten, was für eine optimale Ausnutzung der zugeführten Wärme und eine langzeitige Speicherung dieser Wärme außerordentlich wichtig ist.

In der nachfolgenden Beschreibung werden mehrere Ausführungsformen der Erfindung anhand von Zeichnungen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 in schematischer Ansicht einen Warmwasser-Schichtspeicher gemäß der Erfindung mit dem zugehörigen Warmwasserspeisekreis, und zwar in einer Phase, in der Wasser hoher Temperatur zugespeist wird;

Fig. 2 in gleicher Darstellung wie Fig. 1 den Warmwasser-Schichtspeicher in einer Phase, in der Wasser von geringerer Temperatur dem Speicher zugeführt wird;

Fig. 3 im größeren Maßstabe und im Einzelnen die Leitwerkseinrichtung und

Fig. 4 zwei Diagramme, die zu verschiedenen Zeiten während der Abkühlungsphase die Warmwasserschichtausbildung und die Aufrechterhaltung dieser Schichtung über vorbestimmte Zeiten erkennen läßt.

Fig. 1 zeigt einen Speicherbehälter 1, der aufrecht stehend auf dem Boden angeordnet ist. Seine Höhe ist wesentlich größer als sein Durchmesser.

Im Bereich des Speicherbodens 3 ist ein Wasserstutzen 4 angeordnet, durch den Frischwasser oder Rücklaufwasser dem Speicher zugeführt oder aus diesem entnommen werden kann. Im Bereich der Decke 2 des Behälters 1 ist ein Zuführungsstutzen 6 angeordnet durch den Wärme zuführendes Wasser dem Speichervolumen zugespeist wird. Mit dem Zuführungsstutzen 6 ist eine auf die Achse 15 des Behälters ausgerichtete Leitwerkseinrichtung 7 verbunden. In der Decke 2 ist ein Entnahmestutzen 5 angeordnet, über den heißes Wasser aus dem oberen Bereich des Behälters 1 entnommen und der Brauchstelle zugeführt werden kann.

Durch die Leitwerkseinrichtung 7 wird das Speichervolumen der Höhe nach unterteilt. Dies ist durch die strichpunktierte Linie mit den beiden Pfeilen 30 und 31 angedeutet. Die Höhenlage der strichpunktierten Linie ist nicht kritisch und variiert. In jedem Fall ist der durch den Pfeil 30 angedeutete obere Bereich des Speichervolumens derjenige Bereich, der bei Inbetriebnahme der Anlage als erster mit dem über den Zuführungsstutzen 6 zugeführten heißen Wasser gefüllt wird und der somit schon kurze Zeit nach Betriebsaufnahme heißes Wasser durch den Entnahmestutzen 5 zur Verfügung stellen kann. Der untere Bereich, der durch den Pfeil 31 angedeutet ist, dient als Speicherreserve und ist normalerweise mit weniger heißem Wasser gefüllt.

Die Leitwerkseinrichtung 7 besteht aus einem langgestreckten unten offenen inneren Leitrohr 20 und einem dieses mit radialem Spiel umgebenden langgestreckten und unten offenen äußeren Leitrohr 21, welches das innere Leitrohr nach unten um ein vorbestimmtes Maß überragt. Im oberen Bereich des oben im übrigen geschlossenen äußeren Leitrohres sind Durchtrittsöffnungen 22 in Umfangsrichtung verteilt angeordnet.

Die Leitwerkseinrichtung 7 bildet somit eine langgestreckte Eintrittszone 49 (vgl. Fig. 3), eine an diese anschließende erweiterte Verweilzone 48 und eine langgestreckte Ringzone 46, die über die oberen Durchtrittsöffnungen 22 (Fig. 1) oder 50 (Fig. 3) mit dem oberen Speichervolumenbereich in Verbindung steht. Bezogen auf die maximale volumetrische Leistung einer das Wasser dem Zuführungsstutzen 6 oder 44 zuführenden Speiseeinrichtung sind die Strömungsquerschnitte der verschiedenen Zonen und Bohrungen so gewählt, daß in allen Zonen im wesentlichen nur laminare Strömungen ohne Turbulenzen vorliegen und die Strömungsgeschwindigkeit so gering ist, daß durch die sich in der Leitwerkseinrichtung 7 entwickelnden Strömungen kein Wasser aus dem eigentlichen Speichervolumen mitgerissen wird, und zwar unabhängig von der Strömungsrichtung in der Leitwerkseinrichtung 7.

Dem unteren Wasserstutzen 4 ist eine Strömungsbremseinrichtung 13, 14 zugeordnet, welche die durch den Wasserstutzen 4 eintretende Wasserströmung abbremst, beruhigt und um 180 Grad in Richtung auf den Boden 3 des Behälters umlenkt, so daß das eintretende Wasser in laminarer Strömung sich fächerartig über den Boden 3 des Behälters ausbreitet und ohne Turbulenzen in das Speichervolumen eintritt.

Über die Höhe des Behälters 1 sind Temperaturfühler verteilt. Diese sind elektronische Anlagefühler, die in einem Meßband zusammen mit den Meßleitungen integriert sind. Das Meßband 35 ist z.B. entlang einer Mantellinie auf der Außenfläche der Behälterwandung angeordnet, so daß in verschiedenen Höhenlagen Temperaturmeßfühler 36, 38, 40a und 41a vorliegen. Das Meßband liegt zwischen der Wandung des Behälters 1 und einer Wärmedämmschalung 45a.

Die Meßleitungen der Temperaturfühler sind in der Leitung 42a zusammengefaßt, die mit einer Steuereinrichtung z.B. einem Mikroprozessor 43a, verbunden ist. Dieser kann über eine Leitung 44a von einer weiteren Meßstelle 46a auch die Temperaturwerte des zugespeisten Wassers aufnehmen. Die Steuereinrichtung 43a dient vor allem zur Steuerung der volumetrischen Leistung des Zuspeisekreises, der die Stutzen 4 und 6 über eine Umwälzeinrichtung 12 miteinander verbindet. Über eine Leitung 47a steuert die Steuereinrichtung 43a die Drehzahl der Umwälzeinrichtung 12. In dem Speisekreis liegen ein oder zwei Wärmetauscher 8 die mit einem Sonnenkollektorkreis 9 oder einem üblichen Heizkreis 10 verbunden sind.

Bei Inbetriebnahme arbeitet die Einrichtung in einer Schnellaufheizphase. Dabei kann der Sonnenkollektor momentan aufgrund der höheren Einspeisetemperaturen mit einem geringeren Wirkungsgrad arbeiten. Die Dauer der Schnellaufheizphase wird bestimmt durch die Dauer des Aufheizens eines vorbestimmten oberen Volumenbereiches des Behälter 1 auf eine vorbestimmte Temperatur.

Die Größe dieses Volumens kann frei gewählt werden. Ebenso kann die Soll- Temperatur der Aufheizung frei eingestellt werden.

Sobald die Soll-Temperatur erreicht ist schaltet der Mikroprozessor 43a auf Normalbetrieb um. Hierbei arbeitet der Sonnenkol­ lektor mit dem optimalen Wirkungsgrad. Dabei kann die Temperatur an der Meßstelle 46a absinken.

Fig. 1 zeigt die Schnellaufheizphase. Das heiße Wasser gelangt durch den Zuführungsstutzen 6 in die Verweilzone 48 (Fig. 3). Wegen des großen Temperaturunterschiedes zu dem Wasser, das im Speicher vorhanden ist, steigt das Wasser durch die Ringzone 46 und die Durchtrittsöffnungen 22 in den oberen Volumenbereich des Behälters 1 auf und füllt diesen mit Wasser hoher Temperatur. Zei­ gen die Temperaturfühler eine ausreichende Aufheizung des oberen Volumenbereiches 30 an, schaltet der Mikroprozessor 43a auf Nor­ malbetrieb. Dabei ist häufig die Temperatur des zugeführten Was­ sers deutlich niedriger als die Höchsttemperatur. Durch das geringere Temperaturgefälle ge­ genüber dem Wasser im Volumenbereich 30 wird nun das zugespeiste Wasser entsprechend den Pfeilen in Fig. 2 in den unteren Volumenbe­ reich 31 des Behälters 1 eingespeist.

Diese selbsttätige Umschaltwirkung der Leitwerkseinrichtung 7 be­ ruht wesentlich auf der Ausbildung und Bemessung der einzelnen Strömungszonen innerhalb der Leitwerkseinrichtung, wie dies weiter oben erläutert ist.

Die Leitrohre 20, 21 bestehen zweckmäßigerweise aus einem Material geringerer Wärmeleitfähigkeit oder sind mit einem solchen Material ummantelt. Die Rohre selbst ebenso wie die Ringkammer zwischen den Rohren bildet eine wirksame Trennung zwischen dem Austritt im Be­ reich der Durchtrittsöffnungen 22 und dem Austritt am unteren Ende des äußeren Leit­ rohres 21. Damit wird sowohl während der Aufheizung als auch wäh­ rend der Abkühlung die Schichtung nicht nur in optimaler Weise rasch und zuverlässig ausgebildet, sondern auch über lange Zeiten aufrechterhalten, auch wenn die Zuführungstemperaturen ebenso wie die Entnahme von heißem Wasser durch die Brauchstellen im erhebli­ chen Umfange schwanken.

Durch den Wasserstutzen 4 kann der Speicherbehälter 1 gefüllt werden. Durch ihn wird aber auch kühleres Wasser entnommen, das über die Umwälzeinrichtung 12 durch die Wärmetauscher 8 geleitet, aufgeheizt und der Leitwerkseinrichtung 7 erneut zugeführt wird. Entsprechend den Temperaturwerten und der Temperaturverteilung im Speicherbehälter 1 und entsprechend der Wärmezufuhr durch den Sonnenkollektor 9 wird die Drehzahl der Umwälzeinrichtung 12 und damit die Durchströmgeschwindigkeit von dem Mikroprozessor 43a gesteuert.

Da alle Anschlüsse in Decke und Boden vorgesehen sind, läßt sich in einfacher Weise die Wärmedämmschalung 45a anbringen.

Fig. 4 veranschaulicht in einem Diagramm die Temperaturverteilung über die Höhe des Behälters 1, wobei die Lage der Temperaturmeß­ punkte a bis k in Bezug auf den Behälter und die Leiteinrichtung 7 angedeutet sind. Auf der Abszisse ist die Temperatur in Grad Celsius eingetragen, während die Ordinate die Höhenlage der Meßpunkte wiedergibt. Die Kurven geben die Temperaturverteilung während der Aufheizung mit verschiedenen Vorlauftemperaturen im Speichervolu­ men zu verschiedenen Zeiten wieder. Mit t ist die jeweils seit Beendigung der Aufheizung verstrichene Zeit in Minuten bezeichnet.

Man erkennt, daß aufgrund der Ausbildung der Leitwerkseinrichtung die ausgeprägte Schichtung und die ausgeprägten Temperaturunter­ schiede zwischen den Schichten innerhalb des Behälters über lange Zeiten erhalten bleiben. Dies gilt auch für den Fall zwischenzeit­ licher Brauchwasserentnahme unterschiedlicher Intensität.

In einer konkreten Ausführungsform wurden folgende Abmessungen der Teile der Leitwerkseinrichtung und folgende Strömungsgeschwindig­ keiten in den einzelnen Strömungszonen verwendet:

Inneres Leitrohr 20
Innendurchmesser:|50 mm
Wandstärke:	2 mm
Länge:	700 mm

Äußeres Leitrohr 21
Innendurchmesser:|70 mm
Wandstärke:	2 mm
Länge:	880 mm

Durchtrittsöffnungen 22, 50
Durchmesser:|13,5 mm
Anzahl:	4 Stück

Strömungsgeschwindigkeiten in der Schnellaufheizphase

Strömungsgeschwindigkeit im inneren Leitrohr 20: bis zu ca. 0,06 m/s

Strömungsgeschwindigkeit im äußeren Leitrohr 21: bis zu ca. 0,07 m/s

Strömungsgeschwindigkeit in den Einströmöffnungen 22: bis zu ca. 0,25 m/s

Strömungsgeschwindigkeiten in der Normalaufheizphase

Strömungsgeschwindigkeit im inneren Leitrohr 20: bis zu ca. 0,12 m/s

Strömungsgeschwindigkeit im äußeren Leitrohr 21: bis zu ca. 0,06 m/s

Claims (6)

1. Warmwasserschichtspeicher für Brauchwasserentnahmeanlagen, Heizungsanlagen, oder Wärmerückgewinnungsanlagen, insb. in Verbindung mit Sonnenkollektoren als Wärmequelle mit einem aufrechtstehenden Speicherbehälter von einem Höhen/Durchmesserverhältnis größer als 1, der obenliegende Zuführungs- und Entnahmestutzen für das die Wärme zuführende und das die Wärme abführende Wasser, einen untenliegenden Zuführungsstutzen für kühles oder kaltes Wasser und einen untenliegenden Entnahmestutzen aufweist, der das Innere des Speicherbehälters über außenliegende Einrichtung, nämlich wenigstens einen Wärmetauscher und eine Waserumwälzung, und über den obenliegenden Zuführungsstutzen für das die Wärme zuführende Wasser zu einem geschlossenen Wasserströmungskreis verbindet, und bei dem der obere Zuführungsstutzen mit einer die Wasserströmung dämpfenden Einrichtung im Inneren des Speicherbehälters verbunden und diese Einrichtung von einem parallel zur Achse des Speicherbehälters langgestreckten Leitrohr umgeben ist, das im Bereich seiner Enden mit einem oberen, schnell erwärmbaren Volumenbereich bzw. demgegenüber verzögert erwärmbaren, tieferliegenden Volumenbereich des Speicherbehälters in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Zuführungsstutzen (6; 44) mit einem langgestreckten, unten offenen, inneren Leitrohr (20; 45) verbunden ist, das von dem äußeren Leitrohr (21; 47) mit radialem Spiel umgeben und von dessen unterem Ende (52) nach unten überragt ist und eine langgestreckte Eintrittszone (49) bildet, die in eine zwischen den unteren Enden (51, 52) der beiden Leitrohre (20, 21, 45, 47) begrenzten Verweilzone (48) mündet, während die Ringzone (46) zwischen den beiden Leitrohren (20, 21, 45, 47) Durchtrittsöffnungen (22; 50) von vorbestimmtem, begrenztem Durchtrittsquerschnitt in dem äußeren Leitrohr (21; 47) mit dem oberen Volumenbereich des Speicherbehälters (1; 40) in Verbindung steht, wobei die Strömungsquerschnitte der Eintrittszone (49), der Ringzone (46) und der im oberen Bereich des äußeren Leitrohres (21; 47) angeordneten Durchtrittsöffnungen (22; 50) in Abhängigkeit von der maximalen volumetrischen Leistung des geschlossenen Wasserströmungskreises zur Ausbildung von einer im wesentlichen turbulenzfreien, laminaren, von einer Injektorförderwirkung freien Wasserströmung bemessen sind, und die volumetrische Leistung der das die Wärme zuführende Wasser dem Zuführungsstutzen (6) zuführenden Umwälzeinrichtung (12) in Abhängigkeit von der Verteilung und Ausdehnung von Wasserschichten unterschiedlicher Temperatur in dem Speicherbehälter (1; 40) regelbar ist.

2. Warmwasserschichtspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß beide Leitrohre (20; 21; 45;47) aus einem Material mit geringem Wärmedurchgangs­ wert bestehen bzw. mit einem solchen Material ummantelt sind.

3. Warmwasserschichtspeicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß über die Höhe des Speicherbehälters (1; 40) verteilte Temperaturfühler (36, 38, 40a, 41) mit einem Steuerkreis (43) verbunden sind, der in Abhängigkeit von den die Temperaturverteilung über die Höhe des Speichervolumens wiedergebenden Temperaturmeßwerten die volumetrische Leistung der Umwälzeinrichtung (12) steuert.

4. Warmwasserschichtspeicher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß alle Temperaturfühler (36, 38, 40a, 41) als elektronische Anlagefühler in einem die elektrischen Anschlußleitungen enthaltenden Meßband (35) integriert sind, das über die Höhe des Speicherbehälters (1; 40) zwischen dessen Außenfläche und einer äußeren Wärmedämmschalung (45a) angeordnet sind.

5. Warmwasserschichtspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein unterer Wasserstutzen (4) des Speicherbehälters (1; 40) zugleich als unterer Entnahme- und Zuführungsstutzen ausgebildet ist und eine die Strömung des in den Speicherbehälter (1; 40) eintretenden Wassers abbremsende und unter Umlenkung zum Speicherboden (3) hin beruhigende Strömungsbremseinrichtung (13, 14) aufweist.

6. Warmwasserschichtspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß alle Wasserleitungs-Zuführungs- und Entnahmestutzen (4 bis 6) ausschließlich an der Decke (2) und an dem Speicherboden (3) des Speicherbehälters (1; 40) angeordnet sind.