DE4121083A1

DE4121083A1 - Warmwasserspeicher fuer solarheizung

Info

Publication number: DE4121083A1
Application number: DE4121083A
Authority: DE
Inventors: Joern-Henrich Schaefertoens
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-06-26
Filing date: 1991-06-26
Publication date: 1993-01-07

Description

Die Erfindung betrifft einen Warmwasserspeicher für Solarheizungen. Die Nutzung von Sonnenenergie für die Wassererwärmung ist bekannt. Aufgrund des zeitlichen Versatzes zwischen dem Angebot an Sonnenenergie und des Bedarfs an warmem Wasser, wird ein Energiespeicher erforderlich, der in der Regel einen Vorrat von warmem Wasser für mehrere Tage bereithält.

Der übliche Aufbau besteht aus einem Druckbehälter der von dem Verbrauchwasser durchflossen wird. Die Erhitzung des Inhaltes erfolgt durch einen Wärmetauscher, der vom Medium des Solarkreislaufes durchflossen wird. Häufig wird im oberen Bereich ein weiterer Wärmetauscher vorgesehen, der elektrisch oder mit Warmwasser aus der Heizungsanlage versorgt wird, um Defiziete des Solarenergieangebotes anzugleichen.

Problematisch ist:

- daß die Speicher aufgrund der Verwendung handelsüblicher Druckbehälter nicht in beliebiger, gewünschter Größe zur Verfügung stehen,
- daß die geforderte Druckfestigkeit bei größeren Abmessungen dicke Wände erfordert,
- daß der Wärmetauscher des Solarsystems im Speicherbehälter sehr groß sein muß, um eine geringe Temperaturdifferenz des Solarkreislaufes gegenüber dem Verbrauchswasser zu erzielen,
- daß der Wärmetauscher einen hohen Durchflußwiderstand hat, was eine große Pumpleistung erfordert,
- daß das Verbrauchswasser entweder im Verlauf der Abkühlung mit abnehmender Temperatur entnommen wird, oder durch ständiges zusätzliches Heizen auf einer konstanten Entnahmetemperatur gehalten wird.

Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Speichers, der den Anforderungen einer solaren Energieversorgung besser entspricht, ein großes Speichervolumen bei geringen Herstellungskosten aufweist, die Wärmeübertragung aus dem Solarkreislauf in das Verbrauchswasser bei möglichst geringer Temperaturdifferenz erlaubt, Durchmischung der Wärmeschichten im Verbrauchswasserspeicher vermeidet und Verbrauchswasser bei möglichst konstanter Entnahmetemperatur abgibt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein länglicher zylindrischer Druckbehälter mit einem Teilvolumen des täglichen Bedarfs innerhalb eines größeren Speicherbehälters mit dem Volumen für mehrere Tage bis Wochen angeordnet wird. Der umgebende Behälter ist nur mit dem geringen Wasserdruck beaufschlagt, der der Wassersäule des höchsten Punktes des Solarkreises entspricht. Dieser Behälter kann deshalb entsprechend leicht gebaut sein und z. B. aus Kunststoff gefertigt werden. Zur Stabilisierung können Spannbänder verarbeitet werden. Der innere Druckbehälter kann an dem umgebenen Tank etwas herausragen, damit er für Amaturen wie Ab- und Zulauf, Schutzanoden und Zusatzwärmetauscher direkt zugänglich wird. In dem oberen warmen Bereich schützt eine zusätzliche Isolation vor Wärmeverlust.

Die Abdichtung des umgebenen Behälters gegenüber dem inneren Druckspeicher kann z. B. durch einen flaschenhalsförmigen Ring vorgesehen werden, der mit einer weichelastischen Dichtung den inneren Speicher umschließt und durch ein Spannband angepreßt wird.

Zulauf und Ablauf des Verbrauchswassers durch die Deckel des Druckbehälters erfolgen, wegen des geringeren Wärmeverlustes vorzugsweise durch den unteren Deckel. Als Ablauf dient ein Rohr, das übereinander und am Umfang spiralförmig versetzte Längsschlitze aufweist und das von einem Rohr umgeben ist, das Schlitze in gleicher Höhe aufweist, die jedoch in einer Linie übereinander angeordnet sind. Das äußere Rohr ist drehbar und abgedichtet durch den Deckel des Speichers durchgeführt und kann durch einen motorisch angetriebenen Mechanismus gedreht werden. Das innere Rohr ist zu dem äußeren ebenfalls drehbar abgedichtet jedoch fest mit dem Speicherboden verbunden. Durch Drehung des äußeren Rohres kann nun über die Zuordnung von Schlitzen bestimmt werden, aus welcher Höhe das Verbrauchswasser entnommen wird. Die Wassertemperatur ist von der Lage innerhalb des Speichers abhängig. Die Temperatur des entnommenen Wassers wird am Speicheraustritt über einen Fühler gemessen und in einem elektronischen Regler mit einem eingestellten Sollwert verglichen. Bei Abweichungen vom Sollwert erfolgt eine Verstellung des äußeren Schlitzrohres bis zum Erreichen der Sollvorgabe.

Der äußere Behälter erhält einen Auslauf im unteren Bereich und einen Zulauf für das erwärmte Wasser aus dem Solarkreislauf im oberen Bereich. Bei der Anordnung dieser Anschlüsse ist darauf zu achten, daß vertikale Strömungen vermieden werden. Horizontale Strömungen sind dagegen wegen des verbesserten Wärmeaustausches zum inneren Druckbehälter erwünscht. Eine dem entsprechende Strömung in Umfangsrichtung kann durch eine in Umfangsrichtung tangentiale Anordnung der Anschlüsse erreicht werden.

Das Wasser wird dem Solarkreis direkt und ohne Wärmetauscher zugeführt. Der Solarkollektor kann damit effizient genutzt werden, da das Wasser mit geringst möglicher Temperatur dorthin gelangt.

Für die Übertragung der Energie vom Solarkreislauf auf den Verbrauchswasservorrat steht im allgemeinen eine längere Zeit zur Verfügung, so daß die Übertragung über den Außenmantel des Druckbehälters dazu ausreicht. Die gleichmäßige Wärmeübertragung vermeidet einen übermäßigen Wasseraustausch im Druckbehälter, so daß in diesem eine stabile Schichtung erhalten bleibt. Der Verzicht auf einen Rohrwärmetauscher im Solarkreislauf ermöglicht einen geringen Durchflußwiderstand, der entweder durch eine entsprechend geringere Pumpenleistung oder einen intensiveren Wasserdurchlauf genutzt werden kann.

Fig. 1 zeigt im geschnittener schematischer Darstellung den erfindungsgemäßen Aufbau des Speichers mit einem schlanken Druckbehälter (1), der in dem umgebenden Behälter (2) mit den Dichträndern (3) und den tangentialen Anschlüssen (6) und (7) angeordnet ist. Gezeigt wird auch die erfindungsgemäße Verbrauchswasserentnahmevorrichtung (8) bestehend aus dem Standrohr (9), dem darum angeordneten Steuerrohr (11) und dem mechanischen Drehantrieb (14), sowie der Temperaturfühler (16) an der Entnahmeleitung (17) und das Regelgerät (15).

Fig. 2 zeigt im Detail die Abdichtung zwischen dem Druckbehälter (1) und dem umgebenden Behälter (2) mit dem flaschenhalsartigen Kragen (3), dem Dichtring (4) und dem Spannband (5).

Fig. 3 zeigt die erfindungsgemäße Verbrauchswasserentnahmeeinrichtung (8) in teilweise geschnittener Darstellung als Ausschnitt der Fig. 1. Das Standrohr (9) ist fest mit dem Druckbehälter (1) verbunden und weist in regelmäßigen Abständen übereinander angeordnete Längsschlitze (10) auf. Es wird umgeben von dem Steuerrohr (11), das ebenfalls Längsschlitze aufweist, die jedoch zusätzlich in Umfangsrichtung versetzt, also spiralförmig angeordnet sind. Das Steuerrohr ist in der Durchführung (13) durch den Druckbehälter (1) drehbar gelagert und abgedichtet und kann mittels einer motorischen Verstelleinheit (14) gegenüber dem Druckbehälter (1) gedreht werden. Die Verstelleinheit ist in dem dargestellten Ausführungsbespiel mit einem Schneckengetriebe ausgeführt.

Claims

1. Warmwasserspeicher für Solarheizung, dadurch gekennzeichnet, daß ein zylindrischer Druckbehälter (1) in einem umgebenden Speichergefäß (2) angeordnet ist und mindestens in einem Bereich im Bereich des Bodens oder des Deckels aus dem Speichergefäß herausragt.

2. Warmwasserspeicher für Solarheizung, dadurch gekennzeichnet, daß der umgebende Behälter an den Enden flaschenhalsartige Dichtränder (3) aufweist, die den inneren Behälter umschließen, und daß zwischen den Dichträndern und dem inneren Behälter weichelastische Dichtungen (4) angeordnet sind, die mit Spannbändern (5) gegen den inneren Behälter angepreßt werden.

3. Warmwasserspeicher für Solarheizung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in das umgebende Gefäß einmündenden Anschlußleitungen (6), (7) in Umfangsrichtung tangential angeordnet sind.

4. Warmwasserspeicher für Solarheizung, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Druckbehälter eine Entnahmevorrichtung (8) für die Entnahme von Wasser aus verschiedenen Speicherschichten vorgesehen ist, wobei die Höhe der Entnahme durch eine Temperaturmessung des abfließenden Verbrauchswassers bestimmt und geregelt wird.

5. Warmwasserspeicher für Solarheizung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Entnahmevorrichtung aus einem Entnahmerohr (9) besteht, das fest mit dem Druckbehälter verbunden ist und das in Längsrichtung übereinanderliegende Schlitze (10) aufweist, und von einem Steuerrohr (11) umgeben ist, das ebenfalls übereinanderliegende, jedoch am Umfang spiralförmig versetzte Schlitze (12) aufweist und im Deckel des Druckbehälters drehbar gelagert und druckfest abgedichtet (13) ist und mit einer Antriebseinheit (14) verbunden ist, die von einem temperarturabhängigen Regler (15) im Sinne der Erzielung einer gleichmäßigen Auslaßtemperatur angesteuert wird.

6. Warmwasserspeicher für Solarheizung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß für die Regelung der Entnahmetemperatur ein Temperaturfühler (16) an der Entnahmeleitung (17) des Druckbehälters vorgesehen ist.