DE4121083A1 - Hot water storage vessel for solar heating - has cylindrical pressure vessel protruding from enclosing tank at top or bottom - Google Patents

Hot water storage vessel for solar heating - has cylindrical pressure vessel protruding from enclosing tank at top or bottom

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Abstract

The hot-water storage vessel is for a solar heater. It comprises a cylindrical pressure vessel (1) enclosed in a storage tank (2), and from which it protrudes at top or bottom. The tank can have bottleneck-type sealing edges (3) enclosing the vessel and with soft elastic joints between them, pressed against the vessel by clamping straps. The tank unions (6, 7) can be tangential. The level at which water is extracted from the tank can be controlled dependent on its temperature, typically using a pipe with lengthwise slits one above the other and enclosed by a second pipe with spiral slits one above the other, and which is turned by a regulator dependent on the water temperature. ADVANTAGE - Large capacity, low cost, and heat-transfer with minimum temperature difference.

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.The invention relates to a hot water tank for Solar heaters. The use of solar energy for the Water heating is well known. Because of the time offset between the supply of solar energy and the need for warm Water, an energy storage device is usually required keeps a supply of warm water available for several days.

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.The usual structure consists of a pressure vessel from which Consumable water is flowing through. The heating of the content takes place through a heat exchanger which is separated from the medium of the Solar circuit is flowed through. Often the upper Area provided another heat exchanger, the electrical or is supplied with hot water from the heating system Adjust deficits of the solar energy supply.

Problematisch ist:The problem is:

  • - daß die Speicher aufgrund der Verwendung handelsüblicher Druckbehälter nicht in beliebiger, gewünschter Größe zur Verfügung stehen,- That the memory due to the use of commercial Pressure vessels not in any desired size To be available,
  • - daß die geforderte Druckfestigkeit bei größeren Abmessungen dicke Wände erfordert,- That the required compressive strength for larger dimensions thick walls requires
  • - daß der Wärmetauscher des Solarsystems im Speicherbehälter sehr groß sein muß, um eine geringe Temperaturdifferenz des Solarkreislaufes gegenüber dem Verbrauchswasser zu erzielen,- That the heat exchanger of the solar system in the storage tank must be very large in order to maintain a small temperature difference To achieve solar circulation in relation to the consumption water,
  • - daß der Wärmetauscher einen hohen Durchflußwiderstand hat, was eine große Pumpleistung erfordert,- that the heat exchanger has a high flow resistance, which requires a large pumping capacity
  • - daß das Verbrauchswasser entweder im Verlauf der Abkühlung mit abnehmender Temperatur entnommen wird, oder durch ständiges zusätzliches Heizen auf einer konstanten Entnahmetemperatur gehalten wird.- That the consumption water either in the course of cooling with decreasing temperature, or by constant additional heating at a constant Extraction temperature is kept.

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.The aim of the invention is to create a memory that the Requirements of a solar energy supply better corresponds to a large storage volume with low Manufacturing costs, the heat transfer from the Solar circuit in the consumption water at the lowest possible Temperature difference allowed, mixing of the heat layers in the consumption water storage and avoids consumption water gives as constant a removal temperature as possible.

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.According to the invention the object is achieved in that a elongated cylindrical pressure vessel with a partial volume of daily needs within a larger one Storage container with the volume for several days to weeks is arranged. The surrounding container is only with the low water pressure applied to the water column of the corresponds to the highest point of the solar circuit. This container can therefore be built accordingly light and z. B. from Plastic are made. To stabilize Ties are processed. The inner pressure vessel can protrude slightly from the surrounding tank so that it can be used for fittings such as drain and inlet, protective anodes and additional heat exchanger directly  becomes accessible. One protects in the upper warm area additional insulation against heat loss.

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.The sealing of the surrounding container from the inside Pressure accumulator can e.g. B. by a bottle-shaped ring be provided with a soft elastic seal encloses inner memory and pressed by a strap becomes.

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.Inlet and outlet of the consumption water through the lid of the Pressure vessel take place because of the lower heat loss preferably through the lower lid. A serves as the process Pipe that was offset one above the other and on the circumference Has longitudinal slots and which is surrounded by a tube that Has slots at the same height, but in a line are arranged one above the other. The outer tube is rotatable and sealed by the lid of the store and performed can be rotated by a motorized mechanism will. The inner tube is also rotatable to the outer sealed but firmly connected to the storage floor. By turning the outer tube you can now use the assignment slots determine the height from which Consumable water is removed. The water temperature is from the location within the memory. The temperature of the withdrawn water is at the storage outlet via a sensor measured and in an electronic controller with a set value compared. In the event of deviations from The target value is adjusted to the outer slotted tube to reach the target.

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.The outer container receives an outlet in the lower area and an inlet for the heated water from the solar circuit in the upper area. When arranging these connections is important to ensure that vertical currents are avoided. Horizontal currents, on the other hand, are because of the improved Heat exchange to the inner pressure vessel is desirable. A the corresponding flow in the circumferential direction can by a in Circumferential direction tangential arrangement of the connections reached will.

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.The water is direct to the solar circuit and without a heat exchanger fed. The solar collector can thus be used efficiently because the water is there at the lowest possible temperature reached.

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.For the transfer of energy from the solar circuit to the Consumable water supply is generally available for a long time available so that the transmission over the outer jacket of the Pressure vessel is sufficient. The even one Heat transfer avoids excessive water exchange in the Pressure vessel, so that in this a stable stratification preserved. Dispensing with a tubular heat exchanger in the Solar circuit enables low flow resistance, either by a correspondingly lower pump output or a more intensive water flow can be used.

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. 1 shows a sectional schematic representation of the structure of the memory according to the invention with a slim pressure container ( 1 ), which is arranged in the surrounding container ( 2 ) with the sealing edges ( 3 ) and the tangential connections ( 6 ) and ( 7 ). Also shown is the inventive consumption water extraction device ( 8 ) consisting of the standpipe ( 9 ), the control tube ( 11 ) arranged around it and the mechanical rotary drive ( 14 ), as well as the temperature sensor ( 16 ) on the extraction line ( 17 ) and the control device ( 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. 2 shows in detail the seal between the pressure vessel ( 1 ) and the surrounding container ( 2 ) with the bottle-neck-like collar ( 3 ), the sealing ring ( 4 ) and the tension band ( 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. Fig. 3 shows the consumption water extraction device ( 8 ) according to the invention in a partially sectioned representation as a detail of Fig. 1. The standpipe ( 9 ) is fixed to the pressure vessel ( 1 ) and has longitudinal slots ( 10 ) arranged one above the other at regular intervals. It is surrounded by the control tube ( 11 ), which also has longitudinal slots, but which are additionally offset in the circumferential direction, that is to say arranged in a spiral. The control tube is rotatably supported and sealed in the feedthrough ( 13 ) by the pressure vessel ( 1 ) and can be rotated relative to the pressure vessel ( 1 ) by means of a motorized adjustment unit ( 14 ). The adjustment unit is designed with a worm gear in the exemplary embodiment shown.

Claims (6)

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.1. Hot water tank for solar heating, characterized in that a cylindrical pressure vessel ( 1 ) is arranged in a surrounding storage vessel ( 2 ) and protrudes from the storage vessel in at least one area in the region of the bottom or the lid. 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.2. Hot water tank for solar heating, characterized in that the surrounding container has bottle-neck-like sealing edges ( 3 ) at the ends, which enclose the inner container, and that soft-elastic seals ( 4 ) are arranged between the sealing edges and the inner container, which with tensioning straps ( 5 ) be pressed against the inner container. 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.3. Hot water tank for solar heating according to claim 1 and 2, characterized in that the connecting lines opening into the surrounding vessel ( 6 ), ( 7 ) are arranged tangentially in the circumferential direction. 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.4. Hot water tank for solar heating, characterized in that a removal device ( 8 ) for the removal of water from different storage layers is provided in the pressure vessel, the amount of removal being determined and regulated by a temperature measurement of the outflowing consumption water. 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.5. Hot water tank for solar heating according to claim 4, characterized in that the removal device consists of a removal tube ( 9 ) which is fixedly connected to the pressure vessel and which has slots ( 10 ) lying one above the other in the longitudinal direction, and is surrounded by a control tube ( 11 ) , which also has superimposed but spirally offset slots ( 12 ) and is rotatably mounted and pressure-tightly sealed ( 13 ) in the lid of the pressure vessel and is connected to a drive unit ( 14 ) which is controlled by a temperature-dependent controller ( 15 ) in the sense of Achieving a uniform outlet temperature is controlled. 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.6. Hot water tank for solar heating according to claim 5, characterized in that a temperature sensor ( 16 ) on the removal line ( 17 ) of the pressure vessel is provided for controlling the removal temperature.
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