DE4226212A1 - Warmwasserspeicheranlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Warmwasserspeicheranlage aus zu­ mindest zwei Warmwasserspeichern, die über einen Durchlaß mit­ einander wasserleitend verbunden sind, dessen Durchmesser klei­ ner ist als die Durchmesser der Warmwasserspeicher.

Es ist bekannt, zur Erhöhung der Speicherkapazität zwei ein­ zelne Warmwasserspeicher, die jeweils im wesentlichen zylinder­ förmig sind, übereinander anzuordnen und miteinander wasserlei­ tend zu verbinden. Die Verbindung erfolgt üblicherweise über einen Flansch, der am Boden des oberen Warmwasserspeichers an­ geordnet ist, und einen weiteren Flansch, der an der oberen Abdeckung des unteren Warmwasserspeichers angeordnet ist.

In Warmwasserspeichern der hier in Rede stehenden Art bildet sich eine sogenannte Wärmeschichtung aus, d. h. heißeres Wasser bewegt sich aufgrund des Auftriebs im Speicher nach oben, wäh­ rend sich kältere Wasserschichten im unteren Bereich des Spei­ chers sammeln. Es entsteht so ein kontinuierlicher Temperatur­ gradient im Speicher, wobei die Temperatur vertikal nach oben zunimmt (der Begriff vertikal bezieht sich hier auf die Schwer­ kraft).

Es besteht allgemein das Bestreben, die Wärmeschichtung im Warm­ wasserspeicher nicht zu zerstören, d. h., insbesondere bei Was­ serentnahme aus dem Speicher soll durch die entstehende Strö­ mung die Wärmeschichtung möglichst nicht gestört werden.

Bezüglich der Erhaltung der Wärmeschichtung bestehen bei Warmwasserspeicheranlagen aus zumindest zwei vertikal über­ einander angeordneten Warmwasserspeichern der eingangs ge­ kannten Art folgende Probleme:

• - Kommt es im oberen Warmwasserspeicher zu einer Wasserzirkulation, so erzeugt das zurückströmende Wasser im oberen Speicher eine beträchtliche Unruhe, die sich nach unten in den unteren Warmwasserspeicher fortpflanzen kann und dabei die Wärmeschichtung be­ einträchtigt.
• - Beim Aufheizen des Wassers im oberen Warmwasserspeicher und/oder im unteren Warmwasserspeicher, gegebenenfalls über Wärmetauscher, entsteht ebenfalls eine Wasserum­ wälzung, wobei erhitztes Wasser nach oben strömt und bewirkt, daß auf der anderen Seite des Speichers käl­ teres Wasser nach unten strömt. Es entsteht ein Kreis­ lauf mit vertikalen Strömungskomponenten in dem je­ weils betroffenen Speicher. Auch hierdurch kann die Wärmeschichtung des Wassers im jeweils anderen Speicher gestört werden.

Insbesondere bei Warmwasserspeichern für Solaranlagen, Nachtstrom­ speicheranlagen und auch andere Anwendungen ist jedoch die Erhal­ tung der Wärmeschichtung im Wasser im Interesse einer günstigen Energiebilanz wesentlich.

Bereits die Anordnung von zwei Warmwasserspeichern mit einem Durchlaß (Verbindung), dessen Durchmesser geringer ist als der Durchmesser der Speicher, stellt insofern eine Verbesserung hinsichtlich der Erhaltung der Wärmeschichtung im Wasser dar, als der Durchlaß selbst eine Drossel für Störeffekte bildet, d. h. Warmwasserströmungen und andere Störungen in einem Speicher schlagen nur gedrosselt auf den anderen Speicher durch, so daß die Wärmeschichtung im anderen Speicher nur in geringerem Aus­ maß gestört wird.

Der Erfindung liegt das Ziel zugrunde, hier eine weitere Ver­ besserung zu schaffen, nämlich die Wärmeschichtung in einer Warmwasserspeicheranlage der eingangs genannten Art weiter zu stabilisieren.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß im oder am Durchlaß ein eine Wasserströmung behinderndes Bauteil angeordnet ist.

Die Warmwasserspeicheranlage, bei der die Erfindung bevorzugt eingesetzt wird, besteht aus (zumindest) zwei Warmwasserspei­ chern, die vertikal übereinander angeordnet sind und zwischen denen sich der verengte Durchlaß für Wasser befindet. "Verengt" bedeutet in diesem Zusammenhang, daß der Durchlaß eine Verjün­ gung gegenüber den Abmessungen der Warmwasserspeicher darstellt. Typischerweise dienen Flansche zur Herstellung der Verbindung zwischen den Warmwasserspeichern und gleichzeitig zur Bildung eines Durchlasses.

Gemäß einer weiter bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung, die auch einzeln (also ohne die oben genannten Merkmale) realisier­ bar ist, ist vorgesehen daß im oder am Durchlaß zwischen den Warmwasserspeichern eine Führung für Wasser vorgesehen ist, welche bewirkt, daß die Strömung des Wassers vom einen in den anderen Speicher so verläuft, daß eine möglichst geordnete Zir­ kulation jeweils in den Speichern auftritt, die dafür sorgt, daß nach einer Erhitzung eines Teils des Wassers sich schnell wieder eine geordnete Wärmeschichtung ausbildet.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 schematisch zwei vertikal übereinander angeordnete Warmwasserspeicher mit einem Bauteil im Durchlaß zwischen den Speichern, welches die Wasserströmung behindert;

Fig. 2 eine Abwandlung der Warmwasserspeicheranlage gemäß Fig. 1 hinsichtlich des die Wasserströ­ mung behindernden Bauteiles; und

Fig. 3 eine Warmwasserspeicheranlage mit zwei über­ einander angeordneten Warmwasserspeichern und einer Führung für die Warmwasserströmung im Durchlaß zwischen den Speichern.

Gemäß Fig. 1 ist ein oberer Warmwasserspeicher 10 vertikal über einem unteren Warmwasserspeicher 12 angeordnet und die beiden Speicher sind über einen Durchlaß 14 wasserleitend miteinander verbunden. Wie sich aus den Figuren ergibt, ist der Durchlaß 14 gegenüber dem Durchmesser der Warmwasserspeicher verjüngt.

Im Durchlaß 14 ist beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ein Bauteil 16a angeordnet, welches die Wasserströmung in der Warm­ wasserspeicheranlage derart behindert, daß eine Störung der Wärmeschichtung im unteren Warmwasserspeicher 12 aufgrund von Strömungen im oberen Warmwasserspeicher 10 reduziert ist. Gemäß Fig. 1 ist das Bauteil 16a in Form eines Zylinders ausgestaltet, der links neben der Figur noch einmal gesondert, in herausgenom­ menem Zustand dargestellt ist. Im eingebauten Zustand gemäß Fig. 1 ragt der Zylinder 16a mit seinen Wänden in den oberen Warmwasserspeicher 10. Tritt im oberen Warmwasserspeicher 10 eine Wasserzirkulation gemäß den Pfeilen P₁ auf, dann ist die Wirkung dieser Zirkulation im Bezug auf die Wärmeschichtung im unteren Warmwasserspeicher 12 aufgrund des Bauteiles 16a stark reduziert. Die Strömung gemäß den Pfeilen P₁ geht nämlich beid­ seits um das aufragende zylinderförmige Bauteil 16a herum und ihre Wirkung ("Durchschlagen") auf den unteren Warmwasserspeicher ist somit stark verringert.

Weiterhin zeigt die Fig. 1 die übrigen wesentlichen Komponenten der Warmwasserspeicheranlage, wie einen Verbraucher 20, Wärme­ tauscher 22, 24, eine Zuleitung 26 für Kaltwasser, eine Ablei­ tung 28 für Warmwasser, eine Isolierung 30 für die Warmwasser­ speicher und Zu- und Ableitungen 32 bzw. 34 für die Wärmetau­ scher 22 und 24.

In den Figuren sind einander entsprechende Bauteile mit glei­ chen Bezugszeichen versehen.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist das Bauteil, welches eine die Wärmeschichtung störende Wasserströmung zwischen den Speichern behindert, gegenüber dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 abgewandelt. Gemäß Fig. 2 ist an der engsten Durchlaß­ stelle zwischen den beiden Speichern 10, 12 ein ca. 50 mm hohes "dreidimensionales" Netz angeordnet, welches aus mehreren Wän­ den besteht, die sich jeweils vertikal erstrecken und die in Draufsicht (in Fig. 1 von oben) ein Raster bilden, sowie in Seitenansicht (gemäß Fig. 2) eine Anordnung einer Vielzahl pa­ ralleler Wandabschnitte. Man kann das Bauteil 16b gemäß Fig. 2 auch als "Wellenbrecher" verstehen.

Auch das Bauteil 16b gemäß Fig. 2 (welches dort in der Figur links in vereinzeltem Zustand noch einmal dargestellt ist) dient dazu, eine Beeinträchtigung der Wärmeschichtung in einem Spei­ cher aufgrund einer Wasserströmung im anderen Speicher zu re­ duzieren.

Es ist möglich, die beiden Ausführungsbeispiele gemäß den Fig. 1 und 2 zu kombinieren, d. h., zum einen die in den oberen Spei­ cher ragenden Zylinderwände vorzusehen und gleichzeitig die sich vertikal im Bereich des Durchlasses 14 erstreckenden meh­ reren Wände gemäß dem Bauteil 16b.

Die beschriebenen Ausführungsbeispiele haben den Vorteil, daß sie zwar eine Störung der Wärmeschichtungen aufgrund von Wasser­ strömungen verhindern, aber dennoch den thermischen Auftrieb des Wassers von unten nach oben, insbesondere vom unteren in den oberen Speicher, nicht behindern.

Um die Wasserströmung im Falle eines thermischen Auftriebs des Wassers im unteren Speicher 12 (wenn dessen Wassertemperatur größer ist als im oberen Speicher 10) günstig zu gestalten, ist die Anordnung gemäß Fig. 3 vorgesehen. Dort ist eine Führung 36 im Durchlaß 14 angeordnet, die aus einer vertikalen Trennwand besteht, die an ihrer Ober- und an ihrer Unterseite jeweils eine abgeschrägte Verlängerung aufweist. Diese Gestaltung der Führung 36 bewirkt, daß heißeres Wasser aus dem unteren Warm­ wasserspeicher 12 gemäß Fig. 3 auf die rechte Seite des oberen Warmwasserspeichers 10 geleitet wird, entsprechend dem Pfeil P₃, während im Gegenzug aus dem oberen Warmwasserspeicher 10 in den unteren Warmwasserspeicher 12 strömendes Wasser entspre­ chend dem Pfeil P₂ in den linken Bereich des unteren Warmwas­ serspeichers 12 strömt. Somit bildet sich in beiden Warmwasser­ speichern eine relativ geregelte Zirkulation aus und es kommt nicht zu einer mehr oder weniger ungesteuerten Durchmischung des Wassers. Diese Zirkulation ist erwünscht, weil sie die Wär­ meschichtung in der Warmwasserspeicheranlage in erwünschter Weise fördert, nämlich dafür sorgt, daß das wärmste Wasser aus dem unteren Speicher schnell zur Zapfstelle, nämlich in den oberen Bereich des oberen Speichers 10 gelangt.

Die Führung 36 gemäß Fig. 3 kann wahlweise mit den Bauteilen 16a und/oder 16b gemäß den Fig. 1 und 2 kombiniert werden. Auf diese Weise ist es auf einfache und kostengünstige Weise möglich, sowohl die Wärmeschichtung in den beiden Warmwasser­ speichern aufrecht zuerhalten und gleichwohl den thermischen Auftrieb des heißen Wassers von unten nach oben in günstiger Weise zu steuern.

In Abwandlung der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele ist es auch möglich, in einem üblichen Warmwasserspeicher, also einem Einzelspeicher 10 oder 12 gemäß den Figuren, unabhängig von einer Anordnung von Speichern übereinander ein Bauteil an­ zuordnen, welches die Wasserströmung so behindert, daß die Wär­ meschichtung im Warmwasserspeicher erhalten bleibt. Es muß also nicht notwendig das die Wasserströmung behindernde Bauteil ge­ mäß den Fig. 1 bis 3 in einem verjüngten Durchlaß zwischen zwei Speichern angeordnet werden.

Claims (4)

1. Warmwasserspeicheranlage aus zumindest zwei Warmwasser­ speichern (10, 12), die über einen Durchlaß (14) miteinander wasserleitend verbunden sind, dessen Durchmesser kleiner ist als die Durchmesser der Warmwasserspeicher (10, 12), dadurch gekennzeichnet, daß im oder am Durch­ laß (14) ein eine Wasserströmung behinderndes Bauteil (16a, 16b) angeordnet ist.

2. Warmwasserspeicheranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Warmwasser­ speicher (10, 12) vertikal übereinander angeordnet sind und sich der Durchlaß (14) zwischen ihnen befindet.

3. Warmwasserspeicheranlage nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im oder am Durch­ laß (14) eine Führung (16) für Wasser vorgesehen ist.

4. Warmwasserspeicher mit einer Zapfstelle für Heißwasser im vertikal oberen Bereich des Speichers und einer Zuleitung für Kaltwasser, dadurch gekennzeichnet, daß im Warmwasserspei­ cher ein Bauteil angeordnet ist, welches eine Wasserströmung im Speicher derart behindert, daß die Wärmeschichtung des Wassers im Speicher aufrechterhalten bleibt.