EP4386278A1 - Verfahren und vorrichtung zum befüllen, verdichten und evakuieren eines vakuumspeichers - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum befüllen, verdichten und evakuieren eines vakuumspeichers Download PDF

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EP4386278A1
EP4386278A1 EP23200179.2A EP23200179A EP4386278A1 EP 4386278 A1 EP4386278 A1 EP 4386278A1 EP 23200179 A EP23200179 A EP 23200179A EP 4386278 A1 EP4386278 A1 EP 4386278A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
filling
vacuum
unit
evacuating
line
Prior art date
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Granted
Application number
EP23200179.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP4386278B1 (de
Inventor
Andreas Meng
Peter Teplica
Marek Jakubco
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Original Assignee
Stiebel Eltron GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Stiebel Eltron GmbH and Co KG filed Critical Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Publication of EP4386278A1 publication Critical patent/EP4386278A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP4386278B1 publication Critical patent/EP4386278B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
    • F24H1/18—Water-storage heaters
    • F24H1/181—Construction of the tank
    • F24H1/182—Insulation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D20/0034—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using liquid heat storage material

Definitions

  • the invention relates to a method for filling, compressing and evacuating a vacuum storage tank for storing hot water, with the features of the preamble of claim 1 and the device for carrying out the method according to claim 7.
  • Vacuum storage tanks are known, such as hot water tanks, for generating and storing hot water, which are mainly used in households. When hot water is removed from the storage tank of the vacuum storage tank, cold water automatically flows into the storage tank, which is then heated again.
  • Hot water tanks are available in various sizes and storage volumes. Depending on the size and the associated purpose of the hot water tank, the attachment and installation of the hot water tank also vary. For example, there are hot water tanks that are hung or attached to a wall.
  • wall-mounted hot water tanks have a cold water inlet, a hot water outlet, a heating element, a temperature sensor, an impressed current anode or an MgO anode and a safety temperature sensor in the lower area, which lead into the interior of the storage tank.
  • the disadvantage of this is that the components and the openings provided for them each form a heat transport path from the interior of the tank to the outside.
  • vacuum-insulated hot water tanks in particular, there is a high need for constant optimization in order to reduce the heat transfer from the hot water tank to the outside.
  • a storage container especially one made of steel, has the disadvantage that a kind of funnel is created in the middle of the storage container during the suction phase of the insulation material.
  • the insulation material sticks to the walls of the storage container and there is then not enough insulation material in the middle of the storage container and an air hole is created.
  • the vacuum pump sucks in air instead of insulation material.
  • the problem that arises from this is an insufficient amount of insulation material and a non-homogeneous Thermal insulation in the vacuum storage tank.
  • this also poses the risk that the material adhering to the walls of the storage container suddenly falls from the walls into the middle of the storage container and then leads to blockages in the lines of the device.
  • a vibrator that sets the storage container in motion can provide a remedy. This sets the storage container in motion and shakes up the insulation material in the storage container.
  • the disadvantage here is the purchase and operating costs for the vibrator and at the same time the vibrations can have a negative effect on the welding points of the storage container and the device.
  • the object of the invention is to provide a method that has optimized process steps and thus the introduction of the insulation material can be carried out more homogeneously and efficiently.
  • a complete filling of the vacuum storage unit with the insulation material must be ensured.
  • the costs for thermal insulation should be kept low and the method for implementation and the associated number of process steps should be minimized and the device should be optimized for this purpose.
  • a vacuum tank is used in which a water tank is located.
  • An insulating unit between the outer and inner tank is evacuated and filled with a special insulating powder, in particular pyrogenic silica.
  • the insulation thickness is dimensioned using the required technical parameters. Insulation with insulating powder is not possible in the lower area of the hot water tank.
  • the method relates to a vacuum storage device which consists of an inner container and an outer container which surrounds the inner container.
  • a gap is formed between the inner container and the outer container, which is used as an insulating layer or to accommodate an insulating medium.
  • An insulating material is introduced into the insulation unit and a vacuum is created. This results in very good insulation of the inner container.
  • an evacuation and filling pipe which is made primarily of copper, remains on the outer container.
  • a subsequent cover conceals the remaining or separated evacuation and filling pipe.
  • This evacuation and filling pipe connects the device for filling, compacting and evacuating and the vacuum storage unit.
  • the gap or the insulation unit between the inner container and the outer container is filled with an insulating material, compacted and then evacuated. The compaction ensures that the insulating material is evenly distributed and homogeneous insulation is created around the inner container.
  • the filling, compacting and evacuating process includes the following steps: In the first step, the process begins by determining the actual weight of the vacuum storage tank (first weighing). Due to manufacturing tolerances, the weight differs slightly from vacuum storage tank to vacuum storage tank. This information is very important for the process, as it allows the exact amount of insulation material added to be determined in the intermediate step and also at the end.
  • the first evacuation is then carried out.
  • the vacuum pump is operated at high power, in particular at > 95% of the power, and keeps the power constant for a few minutes, in particular between 2 and 4 minutes.
  • the first filling starts. Filling takes place via pressure equalization.
  • the filling line valve is opened and the insulation material is transported via the filling and evacuation line into the gap in the insulation unit, between the inner and outer containers of the vacuum storage tank.
  • the pressure in the insulation unit is ⁇ 100 mbar, preferably ⁇ 50 mbar, but particularly preferably ⁇ 5 mbar.
  • the filling status is determined by the subsequent weighing (second weighing) and the determination of the weight of the vacuum storage unit that has been filled up to that point. This is how the possible amount of insulation material still missing is determined.
  • the insulation material is compressed in the vacuum storage unit.
  • the subsequent second evacuation differs from the first evacuation. While the first evacuation is intended to create a vacuum quickly and easily and the vacuum pump can therefore be operated at high power, the The vacuum pump must be precisely regulated during the second evacuation. The problem here is that the insulation material that is already in the insulation unit is pulled out again and can therefore clog the vacuum pump and the lines.
  • the insulation unit could be filled again.
  • a decision is made about further filling.
  • the weight of the empty vacuum storage unit is known from the first weighing; after the second weighing, the weight of the vacuum storage unit after the first filling is known.
  • the amount of insulation material actually added is determined in weight. This difference is compared with a specified target value. If the difference corresponds to the target value, no further filling is necessary. If the difference is smaller than the target value, further filling is necessary to achieve an advantageous filling of almost 100%.
  • the vacuum storage unit If the vacuum storage unit is refilled, it is weighed after refilling to determine its status (third weighing). After the subsequent and renewed compaction (second compaction) of the insulation material in the insulation unit, the final and final evacuation is carried out.
  • the vacuum pump valve and the vacuum suction line valve are opened, the vacuum pump is regulated and a pressure of ⁇ 100 mbar, preferably ⁇ 50 mbar, but particularly preferably ⁇ 5 mbar, is generated in the vacuum storage unit.
  • the vacuum storage unit or the filling and evacuation pipe of the vacuum storage unit can now be closed and separated.
  • An optional final weighing (fourth weighing) checks the weight and the correct procedure for the last time.
  • a device for filling, compressing and evacuating a vacuum storage device is provided, with which the method according to the invention is carried out.
  • the device consists of a storage container, a vacuum pump, lines and, in the advantageous embodiment, a total of 4 valves.
  • the storage container receives the insulating material in powder form and the flow of the insulating material is in the direction of the vacuum storage device.
  • the device according to the invention uses a storage container that is made of plastic or at least partially made of plastic or is coated with plastic.
  • the advantageous arrangement of the valves ensures efficient filling, compacting and evacuating.
  • the filling line valve and the vacuum suction line valve are preferably arranged in parallel.
  • the vacuum suction line and the filling line open into the filling and evacuation line, with the filling and evacuation line being connected to the vacuum storage.
  • a scale on the device ensures that the vacuum storage is weighed.
  • this weighing method it is possible to determine the status of the filling and thus to determine the remaining amount of insulation material that still needs to be filled and to introduce this into the insulation unit of the vacuum storage tank in the optional next filling step.
  • the hot water tank has a capacity of up to 300 liters, particularly preferably between approx. 5 and approx. 150 liters.
  • the process for filling, compressing and evacuating a vacuum storage tank for storing hot water is described in Fig.1
  • the device for filling, compacting and evacuating 1 shown is described.
  • the valve arrangement that should preferably be used is discussed.
  • the insulating material is located in the storage container 3.
  • the flow of the insulating material is from the storage container 3 in the direction of the vacuum reservoir 2.
  • the insulating material reaches the filling line 7 via a storage container valve 3.1 and the storage container line 3.2 and then via the filling line valve 7.1 and the filling and evacuation line 8 into the insulation unit of the vacuum reservoir 2.
  • the vacuum pump 4 is regulated as required and depending on the process step.
  • the vacuum is controlled by the vacuum pump valve 4.1 , which is located in the vacuum pump line 4.2 .
  • the vacuum suction line 6 is arranged, in which the vacuum suction line valve 6.1 is located. Both the filling line 7 and the vacuum suction line 6 open into the Filling and evacuation line 8.
  • the filling line valve 7.1 is arranged in the filling line 7 , parallel to the vacuum suction line valve 6.1 .
  • the process sequence starts with a) weighing and determining the actual weight of the vacuum storage unit 2. After weighing, the first b) evacuation is carried out using the vacuum pump 4 and by opening the vacuum pump valve 4.1 .
  • the vacuum pump 4 is operated at high power, in particular at > 95% of the power, and keeps the power constant for a few minutes, in particular between 2 and 4 minutes.
  • the first filling starts.
  • the filling line valve 7.1 is opened and the insulation material is conveyed from the storage container 3 via the filling and evacuation line 8 into the gap of the insulation unit 201 of the vacuum storage unit 2.
  • the pressure in the insulation unit is less than 100 mbar, preferably less than 50 mbar, but particularly preferably less than 5 mbar.
  • the weight of the vacuum storage unit 2 is determined by the subsequent d) weighing. In order to be able to introduce additional insulation material into the gap and at the same time achieve homogeneous insulation, e) the insulation material is compressed in the vacuum storage unit 2 .
  • the subsequent f) second evacuation differs from the a) first evacuation. While in the a) first evacuation a vacuum is generated easily and quickly and the vacuum pump 4 can therefore be operated at high power, the vacuum pump 4 must be precisely regulated in the f) second evacuation. The problem here is that the insulation material, which is already in the insulation unit 201 , is pulled out again and can thus clog the vacuum pump 4 and the lines.
  • next step g a decision is made about further filling.
  • the weight of the empty vacuum storage tank is known from the first weighing, and after the second (or subsequent) weighing, the weight of the vacuum storage tank after the first (or subsequent) filling is known. By calculating the difference between the two weights, the actual amount of insulation material added is determined in weight.
  • the first filling is slightly below full filling; according to one idea of the invention, the container is filled to a guide value of approximately 90%. The missing amount is then added in the second filling.
  • the decision process as to whether further filling is necessary can be carried out once or several times in the procedure.
  • the vacuum suction line valve 6.1 is opened, the vacuum pump 4 is regulated and a pressure of less than 100 mbar, preferably less than 50 mbar, but particularly preferably less than 5 mbar, is generated. k) The vacuum reservoir 2 or the filling line of the vacuum reservoir can now be closed.
  • An optional final weighing checks the weight and the correct procedure for the last time.
  • a vacuum reservoir 2 can be seen in a sectional view.
  • the outer container 200 surrounds the inner container 100. Between the outer container 200 and the inner container 100 there is an insulation unit 201 which is filled with insulating material and in which a vacuum exists.
  • the inner container 100 is made up of a cover part 120, a casing part 130 and a base part 140.
  • a connection flange 110 is welded to the inner container 100, in particular to the base part 140.
  • the base 210 of the outer container 200 is made up of two parts and consists of an inner and an outer ring.
  • the insulation unit 201 consists of a gap which is filled with an insulating material or insulating medium and is then evacuated. Accordingly, the insulation unit 201 insulates the inner container 100.
  • the outer container 200 has a base 210, a lid 220 and a housing 230.
  • a closure body is inserted into the opening 113 and fastened to the connecting flange 110 .

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Abstract

Verfahren zum Befüllen, Verdichten und Evakuieren eines Vakuumspeichers (2), zum Speichern von Warmwasser, wobei der Vakuumspeicher mindestens besteht aus einem Innenbehälter (100), zur Aufnahme von Wasser, einem Außenbehälter (200), der den Innenbehälter (100) umgibt, einen mit dem Innenbehälter (100) verbundenen Anschlussflansch (110) zum Aufnehmen und Befestigen eines Verschlusskörpers und einer Isoliereinheit (201) zwischen dem Innenbehälter (100) und dem Außenbehälter (200), wobei die Isoliereinheit (201) mit einem Dämmmaterial befüllt und evakuiert wird, umfassend folgende Schritte:
a) Erstes Wiegen des Vakuumspeichers (2);
b) Erstes Evakuieren der Isoliereinheit (201);
c) Erstes Befüllen der Isoliereinheit (201) mit einem Dämmmaterial;
d) Zweites Wiegen des Vakuumspeichers (2);
e) Erstes Verdichten des Dämmmaterials in der Isoliereinheit (201);
f) Zweites Evakuieren der Isoliereinheit (201);
g) Ermitteln des Status der Befüllung in der Isoliereinheit,
g1) wenn Status der Befüllung < Sollwert, dann weiter mit Verfahrensschritt h); oder
g2) wenn Status der Befüllung = Sollwert, dann weiter mit Verfahrensschritt l);

h) Zweites Befüllen der Isoliereinheit (201) mit einem Dämmmaterial;
i) Drittes Wiegen des Vakuumspeichers (2);
j) Zweites Verdichten des Dämmmaterials in der Isoliereinheit (201);
k) Drittes Evakuieren der Isoliereinheit (201);
l) Verschließen der Isoliereinheit (201) des Vakuumspeichers (2) oder des Befüll- und Evakuirungsrohres des Vakuumspeichers (2);

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Befüllen, Verdichten und Evakuieren eines Vakuumspeichers, zum Speichern von Warmwasser, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und der Vorrichtung, um das Verfahren durchzuführen nach Anspruch 7.
  • Es sind Vakuumspeicher bekannt, wie Warmwasserspeicher, zum Erzeugen und Speichern von warmem Wasser, welche im Wesentlichen in Haushalten eingesetzt werden. Mit der Entnahme von Warmwasser aus dem Speicherbehälter des Vakuumspeichers strömt selbsttätig Kaltwasser in den Speicherbehälter nach, welches dann wieder erwärmt wird. Dabei gibt es Warmwasserspeicher in verschiedenen Größen und Speichervolumen. Je nach Größe und den damit verbundenen Einsatzzweck des Warmwasserspeichers, sind auch die Anbringung und Aufstellung des Warmwasserspeichers unterschiedlich. So gibt es beispielsweise Warmwasserspeicher, welche an einer Wand aufgehangen bzw. befestigt werden.
  • Typischerweise weisen die wandhängende Warmwasserspeicher im unteren Bereich einen Kaltwasserzulauf, einen Warmwasserablauf, ein Heizelement, einen Temperatursensor, eine Fremdstromanode oder eine MgO-Anode und einen Sicherheitstemperatursensor auf, die in das Innere des Speicherbehälters führen. Nachteilig daran ist, dass die Bauteile und die dafür vorgesehenen Öffnungen jeweils einen Wärmetransportweg von dem Inneren des Behälters nach außen bilden. Insbesondere in einem Fall von vakuumisolierten Warmwasserspeichern ist der Bedarf nach stetiger Optimierung hoch, um den Wärmeübergang aus dem Warmwasserspeicher nach außen zu verringern.
  • Aus der Schrift DE 102017209782 A1 ist ein Verfahren zur Wärmedämmung eines evakuierbaren Behälters bekannt. In EP 3995772 A1 ist ein Verfahren zur Quetschung des Rohrelements zur Befüllung und Evakuierung offenbart, sowie ein Quetschwerkzeug zur Durchführung des Verfahrens.
  • Ein Vorratsbehälter, insbesondere aus Stahl hat den Nachteil, dass bei der Ansaugphase des Dämmmaterials in der Mitte des Vorratsbehälters eine Art Trichter entsteht. Das Dämmmaterial bleibt an den Wänden des Vorratsbehälters haften und in der Mitte des Vorratsbehälters ist dann nicht ausreichend Dämmmaterial in der Vorlage und es entsteht ein Luftloch. Resultierend dadurch wird durch die Vakuumpumpe Luft anstatt des Dämmmaterials angesaugt. Die Problematik, die sich daraus ergibt, ist eine nicht ausreichende Menge an Dämmmaterial und eine nicht homogene Wärmedämmung in dem Vakuumspeicher. Gleichzeitig birgt dies zusätzlich die Gefahr, dass das anhaftende Material an den Wänden des Vorratsbehälters schlagartig von den Wänden in die Mitte des Vorratsbehälters fällt und dann zu Verstopfungen in den Leitungen der Vorrichtung führt. Abhilfe kann ein Rüttler, der den Vorratsbehälter in Bewegung versetzt, schaffen. Dabei wird der Vorratsbehälter in Bewegung versetzt und das Dämmmaterial in dem Vorratsbehälter aufgerüttelt. Nachteilig dabei sind die Anschaffungs- und Betriebskosten für den Rüttler und gleichzeitig können sich die Vibrationen negativ auf die Schweißpunkte des Vorratsbehälters und der Vorrichtung auswirken.
  • Daher ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren vorzusehen, das optimierte Verfahrensschritte aufweist und somit das Einbringen des Dämmmaterials homogener und effizienter durchführbar ist. Neben dem gleichmäßigen Einbringen des Dämmmaterials, ist eine vollständige Befüllung mit dem Dämmmaterial in dem Vakuumspeicher sicherzustellen. Gleichzeitig sollen die Kosten zur Wärmedämmung niedrig gehalten und das Verfahren zur Durchführung und die damit verbundene Anzahl der Verfahrensschritte minimiert und die Vorrichtung dazu optimiert angepasst werden.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch die Vorrichtung zur Vorrichtung zum Befüllen, Verdichten und Evakuieren eines Vakuumspeichers mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Bei Warmwasserspeichern ist es wichtig, dass die Temperatur des darin befindlichen Wassers, so lang wie möglich und ohne nachzuheizen, gehalten werden kann. Um das Ziel zu erreichen, ist eine sehr gute Isolierung ringsherum am Behälter nötig. Dazu wird ein Vakuumbehälter verwendet, indem sich ein Wassertank befindet. Eine Isoliereinheit zwischen dem äußeren und inneren Behälter wird evakuiert und mit einem speziellen Isolierpulver, insbesondere mit pyrogener Kieselsäure, gefüllt. Dabei wird die Isolierdicke über die benötigten technischen Parameter dimensioniert. Im unteren Bereich des Warmwasserspeichers ist die Isolierung mit einem Isolierpulver nicht möglich. Dort ist eine Öffnung, in der ein Heizelement eingeführt wird, wo sich die Anschlüsse für den Zu- und Ablauf des Warmwasserspeichers und gegeben falls weitere Bauteile befinden. Daher werden im unteren Bereich des Warmwasserspeichers Materialien verwendet, welche eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweisen.
  • Gemäß Erfindung bezieht sich das Verfahren auf einen Vakuumspeicher, der aus einem Innenbehälter besteht und einem Außenbehälter, der den Innenbehälter umgibt. Dabei ist zwischen dem Innenbehälter und dem Außenbehälter ein Spalt ausgebildet, der als isolierende Schicht bzw. zur Aufnahme für ein Isoliermedium verwendet wird. In dieser Isoliereinheit wird ein Dämmmaterial eingebracht und ein Vakuum erzeugt. Daraus resultierend ergibt sich eine sehr gute Isolierung des Innenbehälters. Sobald die Herstellungsschritte des Vakuumspeichers abgeschlossen sind, verbleibt am Außenbehälter ein Evakuierungs- und Befüllrohr, welches insbesondere aus Kupfer besteht. Eine anschließende Abdeckung verdeckt das verbleibende bzw. abgetrennte Evakuierungs- und Befüllrohr. Über dieses Evakuierungs- und Befüllrohr besteht die Verbindung zwischen der Vorrichtung zum Befüllen, Verdichten und Evakuieren und dem Vakuumspeicher. Der Spalt bzw. die Isoliereinheit zwischen dem Innenbehälter um dem Außenbehälter wird mit einem Dämmmaterial aufgefüllt, verdichtet und anschließend evakuiert. Das Verdichten sorgt dafür, dass sich das Dämmmaterial gleichmäßig verteilt und eine homogene Isolierung um den Innenbehälter entsteht.
  • Das Verfahren zum Befüllen, Verdichten und Evakuieren umfasst die folgenden Verfahrensschritte:
    Im ersten Schritt beginnt das Verfahren mit der Feststellung des tatsächlichen Gewichtes des Vakuumspeichers (erstes Wiegen). Aufgrund von Fertigungstoleranzen weicht das Gewicht von Vakuumspeicher zu Vakuumspeicher leicht ab. Diese Information ist für das Verfahren sehr wichtig, so kann die genaue eingebrachte Menge an Dämmmaterial im Zwischenschritt und auch am Ende bestimmt werden.
  • Im Anschluss wird das erste Evakuieren durchgeführt. Die Vakuumpumpe wird mit hoher Leistung, insbesondere mit > 95 % der Leistung, betrieben und hält die Leistung für einige wenige Minuten, insbesondere zwischen 2 und 4 Minuten, konstant. Im nächsten Schritt startet die erste Befüllung. Die Befüllung erfolgt über den Druckausgleich. Das Befüllleitungsventil wird geöffnet und das Dämmmaterial wird über die Befüll- und Evakuierleitung in den Spalt der Isoliereinheit, zwischen dem Innen- und Außenbehälter des Vakuumspeichers befördert.
  • In der Isoliereinheit befindet sich ein Druck von < 100 mbar, vorzugsweise < 50 mbar, aber besonders vorzugsweise < 5 mbar. Über das anschließende Wiegen (zweites Wiegen) und der Feststellung des Gewichtes des bis dahin gefüllten Vakuumspeichers, wird der Status der Befüllung ermittelt. Über diesen Weg wird die mögliche noch fehlende Menge an Dämmmaterial bestimmt.
  • Um weiteres Dämmmaterial in die Isoliereinheit einbringen zu können und gleichzeitig eine homogene Dämmung zu erreichen, wird das Dämmmaterial in dem Vakuumspeicher verdichtet.
  • Das anschließende zweite Evakuieren unterscheidet sich von dem ersten Evakuieren. Während bei dem ersten Evakuieren einfach und schnell ein Vakuum erzeugt werden soll und die Vakuumpumpe daher mit hoher Leistung betrieben werden kann, ist die Vakuumpumpe bei dem zweiten Evakuieren genau zu regeln. Hier besteht nämlich die Problematik, dass das Dämmmaterial, welches sich bereits in der Isoliereinheit befindet, wieder herausgezogen wird und somit die Vakuumpumpe und die Leitungen verstopfen kann.
  • Im nächsten Schritt könnte die Isoliereinheit erneut befüllt werden. An dieser Stelle, aber auch an einer anderen Stelle des Verfahrens, wird eine Entscheidung über eine weitere Befüllung getroffen. Durch das erste Wiegen ist das Gewicht des leeren Vakuumspeichers bekannt, nach dem zweiten Wiegen ist das Gewicht des Vakuumspeichers nach der ersten Befüllung bekannt. Durch Bildung der Differenz zwischen den beiden Gewichten, wird die tatsächlich eingebrachte Menge an Dämmmaterial in Gewichtsmaß bestimmt. Dieser Differenzwert wird mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen. Entspricht der Differenzwert dem Sollwert, ist keine weitere Befüllung notwendig. Ist der Differenzwert kleiner als der Sollwert, so ist eine weitere Befüllung nötig, um eine vorteilhafte Befüllung von annährend 100 % zu erreichen.
  • Wird der Vakuumspeicher erneut befüllt, so wird dieser auch nach der erneuten Befüllung, zur Feststellung des Status, gewogen (drittes Wiegen). Nach der anschließenden und erneuten Verdichtung (zweite Verdichtung) des Dämmmaterials in der Isoliereinheit, wird das abschließende und finale Evakuieren durchgeführt. Hierbei werden das Vakuumpumpenventil und das Vakuumsaugleitungsventil geöffnet, die Vakuumpumpe geregelt und einen Druck von < 100 mbar, vorzugsweise < 50 mbar, aber besonders vorzugsweise < 5 mbar, in dem Vakuumspeicher erzeugt. Der Vakuumspeicher bzw. das Befüll- und Evakuirungsrohr des Vakuumspeichers kann nun verschlossen und abgetrennt werden.
  • Ein optionales abschließendes Wiegen (viertes Wiegen) überprüft letztmalig das Gewicht und das korrekt durchgeführte Verfahren.
  • Ferner ist erfindungsgemäß eine Vorrichtung zum Befüllen, Verdichten und Evakuieren eines Vakuumspeichers vorgesehen, mit der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird. Dabei besteht die Vorrichtung aus einem Vorratsbehälter, einer Vakuumpumpe, Leitungen und in der vorteilhaften Ausführung mit insgesamt 4 Ventilen. Der Vorratsbehälter nimmt das Dämmmaterial in Pulverform auf und der Fluss des Dämmmaterials ist in Richtung des Vakuumspeichers.
  • Um die eingangs genannter Problematiken zu umgehen, dass Luft anstatt des Dämmmaterials angesaugt wird, wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein Vorratsbehälter verwendet, der aus Kunststoff oder zumindest teilweise aus Kunststoff besteht oder mit Kunststoff beschichtet ist. Durch das Ersetzen des Vorratsbehälters aus Stahl, durch einen aus Kunststoff oder durch einen mit einer Beschichtung aus Kunststoff, wird erreicht, dass das Dämmmaterial nicht mehr an den Wänden des Vorratsbehälters hängen bleibt und ein Luftloch entsteht.
  • Die vorteilhafte Anordnung der Ventile sorgt für ein effizientes Befüllen, Verdichten und Evakuieren. So sind das Befüllleitungsventil und das Vakuumsaugleitungsventil bevorzugt parallel angeordnet. Dabei münden die Vakuumsaugleitung und die Befüllleitung in die Befüll- und Evakuierleitung, wobei die Befüll- und Evakuierleitung mit dem Vakuumspeicher verbunden ist. Eine Waage an der Vorrichtung sorgt dafür, dass der Vakuumspeicher gewogen wird.
  • Über dieses Wiegeverfahren ist es möglich, den Status der Befüllung zu ermitteln und somit, die noch gegebenenfalls restliche, zu befüllende Menge an Dämmmaterial zu bestimmen und diese im optionalen nächsten Befüllschritt in die Isoliereinheit des Vakuumspeichers einzubringen.
  • Vorzugsweise weist der Warmwasserspeicher ein Fassungsvermögen von bis zu 300 Litern, besonders vorzugsweise zwischen ca. 5 und ca. 150 Litern auf.
  • Vorteile und Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert:
    Figuren:
    • Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung der Vorrichtung zum Befüllen, Verdichtung und Evakuieren eines Vakuumspeichers
    • Fig. 2 eine Schnittansicht eines Vakuumspeichers
  • Das Verfahren zum Befüllen, Verdichten und Evakuieren eines Vakuumspeichers, zum Speichern von Warmwasser, wird anhand des in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung zum Befüllen, Verdichten und Evakuieren 1 beschrieben. Dabei wird auf die vorzugsweise zu verwendende Ventilanordnung eingegangen. Das Dämmmaterial befindet sich im Vorratsbehälter 3. Der Fluss des Dämmmaterials ist von dem Vorratsbehälter 3 in Richtung Vakuumspeicher 2. Über ein Vorratsbehälterventil 3.1 und der Vorratsbehälterleitung 3.2 gelangt das Dämmmaterial in die Befüllleitung 7 und anschließend über Befüllleitungsventil 7.1 und der Befüll- und Evakuierleitung 8 in die Isoliereinheit des Vakuumspeichers 2. Die Vakuumpumpe 4 wird bedarfsgerecht und je nach Verfahrensschritt geregelt.
  • Das Vakuum wird über das Vakuumpumpenventil 4.1 gesteuert, welches sich in der Vakuumpumpenleitung 4.2 befindet. Parallel zu der Befüllleitung 7, ist die Vakuumsaugleitung 6 angeordnet, in der sich das Vakuumsaugleitungsventil 6.1 befindet. Sowohl die Befüllleitung 7 als auch die Vakuumsaugleitung 6 münden in der Befüll- und Evakuierleitung 8. Parallel zu Vakuumsaugleitungsventil 6.1 ist das Befüllleitungsventil 7.1 in der Befüllleitung 7 angeordnet.
  • Der Ablauf des Verfahrens startet mit a) dem Wiegen und der Feststellung des tatsächlichen Gewichtes des Vakuumspeichers 2. Anschließend des Wiegens wird das erste b) Evakuieren durch die Vakuumpumpe 4 und durch das Öffnen des Vakuumpumpenventil 4.1 durchgeführt. Die Vakuumpumpe 4 wird mit hoher Leistung, insbesondere mit > 95 % der Leistung, betrieben und hält die Leistung für einige wenige Minuten, insbesondere zwischen 2 und 4 Minuten, konstant. Im nächsten Schritt startet c) die erste Befüllung. Das Befüllleitungsventil 7.1 wird geöffnet und das Dämmmaterial wird aus dem Vorratsbehälter 3 über die Befüll- und Evakuierleitung 8 in den Spalt der Isoliereinheit 201 des Vakuumspeichers 2 befördert. In der Isoliereinheit befindet sich ein Druck von kleiner 100 mbar, vorzugsweise kleiner 50 mbar, aber besonders vorzugsweise kleiner 5 mbar.
  • Über das anschließende d) Wiegen wird das Gewicht des Vakuumspeichers 2 ermittelt. Um weiteres Dämmmaterial in den Spalt einbringen zu können und gleichzeitig eine homogene Dämmung zu erreichen, wird e) das Dämmmaterial in dem Vakuumspeicher 2 verdichtet.
  • Das anschließende f) zweite Evakuieren unterscheidet sich von dem a) ersten Evakuieren. Während bei dem a) ersten Evakuieren einfach und schnell ein Vakuum erzeugt wird und die Vakuumpumpe 4 daher mit hoher Leistung betrieben werden kann, ist die Vakuumpumpe 4 bei dem f) zweiten Evakuieren genau zu regeln. Hier besteht nämlich die Problematik, dass das Dämmmaterial, welches sich bereits in der Isoliereinheit 201 befindet, wieder herausgezogen wird und somit die Vakuumpumpe 4 und die Leitungen verstopfen kann.
  • Im nächsten Schritt g), es kann aber auch an einer anderen Stelle des Verfahrens erfolgen, wird eine Entscheidung über eine weitere Befüllung getroffen. Durch das erste Wiegen ist das Gewicht des leeren Vakuumspeichers bekannt, nach dem zweiten (oder nachfolgendem) Wiegen ist das Gewicht des Vakuumspeichers nach der ersten (oder nachfolgendem) Befüllung bekannt. Durch Bildung der Differenz zwischen den beiden Gewichten, wird die tatsächlich eingebrachte Menge an Dämmmaterial in Gewichtsmaß bestimmt.
  • Das heißt, es wird ein Differenzwert zwischen dem n.-Wiegen (n = 1, 2, 3, ...) und dem ersten Wiegen gebildet. Dieser Differenzwert wird mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen. Entspricht der Differenzwert dem Sollwert, ist keine weitere Befüllung notwendig und das Verfahren kann im nächsten Schritt abgeschlossen werden. Ist der Differenzwert kleiner als der Sollwert, so ist eine weitere Befüllung nötig.
  • In seltensten Fällen kann auch eine Überfüllung vorkommen, dann wird dies vorteilhaft über ein Signal an das Fertigungspersonal gemeldet.
  • In der vorteilhaften Ausführung des Verfahrens, ist die erste Befüllung leicht unterhalb der vollen Befüllung, gemäß einem Gedanken der Erfindung, wird der Behälter mit einem Richtwert auf ca. 90 % befüllt. In der zweiten Befüllung wird dann die fehlende Menge eingebracht.
  • Der Entscheidungsprozess, ob eine weitere Befüllung notwendig ist, kann einmal oder auch mehrmals in dem Verfahren durchgeführt werden.
  • Wird der Vakuumspeicher erneut h) befüllt, so wird die noch benötigte Menge an Dämmmaterial in die Isoliereinheit eingebracht oder es wird, falls keine erneute Befüllung erforderlich ist, direkt zu Verfahrensschritt I) gesprungen. Nach der Befüllung, wird erneut das Gewicht des Vakuumspeichers bestimmt und die korrekt durchgeführte eingebrachte Menge überprüft. Nach der anschließenden j) Verdichtung des Dämmmaterials im Spalt der Isoliereinheit 201, wird das abschließende und k) finale Evakuieren durchgeführt. Hierbei wird das Vakuumsaugleitungsventil 6.1 geöffnet, die Vakuumpumpe 4 geregelt und einen Druck von kleiner 100 mbar, vorzugsweise kleiner 50 mbar, aber besonders vorzugsweise kleiner 5 mbar, erzeugt. k) Der Vakuumspeicher 2 bzw. die Befüllleitung des Vakuumspeichers kann nun verschlossen werden.
  • Ein optionales abschließendes Wiegen überprüft letztmalig das Gewicht und das korrekt durchgeführte Verfahren.
  • In Fig. 2 ist ein Vakuumspeicher 2 in einer Schnittansicht zusehen. Der Außenbehälter 200 umgibt den Innenbehälter 100. Zwischen dem Außenbehälter 200 und dem Innenbehälter 100 befindet sich eine Isoliereinheit 201, welches mit Dämmmaterial gefüllt ist und indem ein Vakuum besteht. Der Innenbehälter 100 ist aus einem Deckelteil 120, einem Mantelteil 130 und einem Bodenteil 140 ausgebildet. An dem Innenbehälter 100, insbesondere an dem Bodenteil 140, ist ein Anschlussflansch 110 angeschweißt. Der Boden 210 des Außenbehälters 200 ist zweiteilig ausgebildet und besteht aus einem inneren und einem äußeren Ring. Die Isoliereinheit 201 besteht aus einem Spalt, welcher mit einem Dämmmaterial bzw. Isoliermedium gefüllt und abschließend evakuiert wird. Demzufolge isoliert die Isoliereinheit 201 den Innenbehälter 100. Der Außenbehälter 200 Boden 210, einem Deckel 220 und einem Gehäuse 230. Ein Verschlüsskörper wird in die Öffnung 113 eingeführt und am Anschlussflansch 110 befestigt.
    • Bezugszeichenliste
    • 1 Vorrichtung
    • 2 Vakuumspeicher
    • 3 Vorratsbehälter
    • 3.1 Vorratsbehälterventil
    • 3.2 Vorratsbehälterleitung
    • 4 Vakuumpumpe
    • 4.1 Vakuumpumpenventil
    • 4.2 Vakuumpumpenleitung
    • 5 Verbindungsleitung
    • 6 Vakuumsaugleitung
    • 6.1 Vakuumsaugleitungsventil
    • 7 Befüllleitung
    • 7.1 Befüllleitungsventil
    • 8 Befüll- und Evakuierleitung
    • 100 Innenbehälter
    • 110 Anschlussflansch
    • 113 Öffnung
    • 120 Deckelteil
    • 130 Mantelteil
    • 140 Bodenteil
    • 200 Außenbehälter
    • 201 Isoliereinheit
    • 210 Boden
    • 220 Deckel
    • 230 Gehäuse

Claims (12)

  1. Verfahren zum Befüllen, Verdichten und Evakuieren eines Vakuumspeichers (2), zum Speichern von Warmwasser, wobei der Vakuumspeicher (2) mindestens besteht aus
    - einem Innenbehälter (100),
    - einem Außenbehälter (200) der den Innenbehälter (100) umgibt,
    - einen mit dem Innenbehälter (100) verbundenen Anschlussflansch (110) zum Aufnehmen und Befestigen eines Verschlusskörpers und
    - einer Isoliereinheit (201) zwischen dem Innenbehälter (100) und dem Außenbehälter (200), wobei die Isoliereinheit (201) mit einem Dämmmaterial befüllt und in der Isoliereinheit (201) ein Vakuum erzeugt wird,
    umfassend folgende Schritte:
    a) Erstes Wiegen des Vakuumspeichers (2);
    b) Erstes Evakuieren der Isoliereinheit (201);
    c) Erstes Befüllen der Isoliereinheit (201) mit einem Dämmmaterial;
    d) Zweites Wiegen des Vakuumspeichers (2);
    e) Erstes Verdichten des Dämmmaterials in der Isoliereinheit (201);
    f) Zweites Evakuieren der Isoliereinheit (201);
    g) Ermitteln des Status der Befüllung in der Isoliereinheit (201),
    g1) wenn Status der Befüllung < Sollwert, dann weiter mit Verfahrensschritt h); oder
    g2) wenn Status der Befüllung = Sollwert, dann weiter mit Verfahrensschritt I);
    h) Zweites Befüllen der Isoliereinheit (201) mit einem Dämmmaterial;
    i) Drittes Wiegen des Vakuumspeichers (2);
    j) Zweites Verdichten des Dämmmaterials in der Isoliereinheit (201);
    k) Drittes Evakuieren der Isoliereinheit (201);
    l) Verschließen der Isoliereinheit (201) des Vakuumspeichers (2) oder des Befüll- und Evakuirungsrohres des Vakuumspeichers (2);
  2. Verfahren zum Befüllen, Verdichten und Evakuieren eines Vakuumspeichers (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Wiegen der Status der Befüllung ermittelt und ein Differenzwert berechnet wird, der sich aus dem ersten Wiegen und aus einem weiteren Wiegen, ergibt.
  3. Verfahren zum Befüllen, Verdichten und Evakuieren eines Vakuumspeichers (2) nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Evakuieren durch eine Regelung der Vakuumpumpe (4) durchgeführt wird, bei der die Leistung der Vakuumpumpe (4) an dem Verfahrensschritt angepasst ist.
  4. Verfahren zum Befüllen, Verdichten und Evakuieren eines Vakuumspeichers (2) nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Isoliereinheit (201) auf einen Druck von < 100 mbar, vorzugsweise auf < 50 mbar, aber besonders vorzugsweise auf < 5 mbar gebracht wird.
  5. Verfahren zum Befüllen, Verdichten und Evakuieren eines Vakuumspeichers (2) nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren einmal oder mehrmals hintereinander angewendet wird.
  6. Verfahren zum Befüllen, Verdichten und Evakuieren eines Vakuumspeichers (2) nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Dämmmaterial der Isoliereinheit (201) pyrogene Kieselsäure verwendet wird.
  7. Vorrichtung (1) zum Befüllen, Verdichten und Evakuieren eines Vakuumspeichers (2), um das Verfahren nach Anspruch 1 durchzuführen, wenigstens umfassend:
    - ein Vorratsbehälter (3) zur Aufnahme von Dämmmaterial;
    - ein Vorratsbehälterventil (3.1) in der Vorratsbehälterleitung (3.2);
    - eine Vakuumpumpe (4) zur Erzeugung eines Vakuums im Vakuumspeicher (2);
    - ein Vakuumpumpenventil (4.1) in der Vakuumpumpenleitung (4.2);
    - eine Verbindungsleitung (5);
    - ein Vakuumsaugleitungsventil (6.1) in der Vakuumsaugleitung (6);
    - ein Befüllleitungsventil (7.1) in der Beflüllleitung (7);
    - eine Befüll- und Evakuierleitung (8);
  8. Vorrichtung (1) zum Befüllen, Verdichten und Evakuieren eines Vakuumspeichers (2) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorratsbehälter (3) zu mindestens teilweise aus Kunststoff besteht oder eine Beschichtung aus Kunststoff aufweist.
  9. Vorrichtung (1) zum Befüllen, Verdichten und Evakuieren eines Vakuumspeichers (2) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass Befüllleitungsventil (7.1) und das Vakuumsaugleitungsventil (6.1) parallel angeordnet sind.
  10. Vorrichtung (1) zum Befüllen, Verdichten und Evakuieren eines Vakuumspeichers (2) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumsaugleitung (6) und die Befüllleitung (7) in die Befüll- und Evakuierleitung (8) münden, wobei die Befüll- und Evakuierleitung (8) mit dem Vakuumspeicher (2) verbunden ist.
  11. Vorrichtung (1) zum Befüllen, Verdichten und Evakuieren eines Vakuumspeichers (2) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorratsbehälterleitung (3.2) und die Vakuumpumpenleitung (4.2) in die Verbindungsleitung (5) münden.
  12. Vorrichtung (1) zum Befüllen, Verdichten und Evakuieren eines Vakuumspeichers (2) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) eine Waage beinhaltet, die den Vakuumspeicher (2) wiegt und den Status der Befüllung ermittelt.
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