DE202019000063U1

DE202019000063U1 - Liquid storage layers

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Publication number: DE202019000063U1
Application number: DE202019000063.1U
Authority: DE
Original assignee: Von Bartels GmbH
Current assignee: Von Bartels GmbH
Priority date: 2019-01-05
Filing date: 2019-01-05
Publication date: 2019-01-28
Anticipated expiration: 2029-01-06

Abstract

Flüssigkeits-Schichtenspeicher (1), aufweisend- einen mit einem ersten flüssigen Medium (4) befüllbaren Behälter (2),- wenigstens einen in einer Behälterwand (3) vorgesehenen Anschluß (13, 14) zur Zu- und/oder Abführung des ersten flüssigen Mediums (4),- einen in dem Behälter (2) angeordneten ersten Rohrwärmetauscher (5) mit einem durch eine Behälterwand (3) geführten Zulauf (7) und Ablauf (8), dadurch gekennzeichnet, dass- der erste Rohrwärmetauscher (5) in Richtung seiner Längserstreckung horizontal in einem oberen Bereich (16) des Behälters (2) angeordnet ist, in dem sich im mit dem ersten flüssigen Medium (4) befüllten Zustand die wärmste(n) Schicht(en) des ersten flüssigen Mediums (4) ausbildet bzw. ausbilden.Liquid stratified storage device (1), comprising - a container (2) which can be filled with a first liquid medium (4), - at least one connection (13, 14) provided in a container wall (3) for supplying and / or discharging the first liquid Medium (4), - in the container (2) arranged first tube heat exchanger (5) with a through a container wall (3) guided inlet (7) and outlet (8), characterized in that the first tube heat exchanger (5) in Direction of its longitudinal extent is arranged horizontally in an upper region (16) of the container (2), in which in the filled with the first liquid medium (4) state, the warmest (s) layer (s) of the first liquid medium (4) is formed or train.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Flüssigkeits-Schichtenspeicher gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The present invention relates to a liquid layer storage according to the preamble of claim 1.

Gattungsgemäße Flüssigkeits-Schichtenspeicher sind in zahlreichen Ausführungsvarianten aus dem Stand der Technik bekannt. Diese bestehen im Wesentlichen aus einem Behälter, dessen Durchmesser kleiner ist als die Höhe des Behälters. Der Behälter weist in einer Behälterwand vorgesehene Anschlüsse zur Zu- und/oder Abführung eines ersten flüssigen Mediums, beispielsweise Brauchwasser eines Heizungssystems auf, das von einer Aufheizeinheit in den Flüssigkeits-Schichtenspeicher und von dort weiter in Heizkörper des Heizungssystems weitergeleitet wird. Die in dem Behälter gespeicherte Flüssigkeit bildet dabei waagerechte Flüssigkeitschichten unterschiedlicher Temperaturen aus, wobei die Temperatur der einzelnen Flüssigkeitsschichten von oben nach unten massebedingt abnimmt.Generic liquid layer stores are known in numerous variants of the prior art. These consist essentially of a container whose diameter is smaller than the height of the container. The container has connections provided in a container wall for the supply and / or discharge of a first liquid medium, for example service water of a heating system, which is forwarded by a heating unit into the liquid stratified storage and from there further into radiators of the heating system. The liquid stored in the container forms horizontal liquid layers of different temperatures, wherein the temperature of the individual liquid layers decreases from top to bottom due to the mass.

Desweiteren ist in dem Behälter ein Rohrwärmetauscher mit einem durch eine Behälterwand geführten Zulauf und Ablauf eingebaut, der der Aufwärmung eines zweiten flüssigen Medium, insbesondere von Trinkwasser, dient. Dieser Rohrwärmetauscher ist dabei üblicherweise derart in dem Behälter eingebaut, dass seine Längsachse vertikal verläuft.Furthermore, in the container, a tube heat exchanger is installed with a guided through a container wall inlet and drain, which serves to heat a second liquid medium, in particular drinking water. This tube heat exchanger is usually installed in such a way in the container that its longitudinal axis is vertical.

Solche Flüssigkeits-Schichtenspeicher haben sich an sich bewährt. Allerdings ist die Erwärmung der den Rohrwärmetauscher durchlaufenden Flüssigkeit stark vom Temperaturgradienten der in dem Behälter gespeicherten Flüssigkeit abhängig, wobei bei großem Temperaturgradienten der untere Bereich des Rohrwärmetauschers in Flüssigkeitsschicht(en) relativ niedriger Temperaturen reicht, so dass eine hinreichende bzw. gewünschte Aufheizung der zweiten Flüssigkeit nicht immer gewährleistet ist.Such liquid layer stores have proven themselves. However, the heating of the liquid passing through the tube heat exchanger is highly dependent on the temperature gradient of the liquid stored in the container, and at high temperature gradient, the lower portion of the tube heat exchanger in liquid layer (s) of relatively low temperatures sufficient, so that a sufficient or desired heating of the second liquid not always guaranteed.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Flüssigkeits-Schichtenspeicher bereitzustellen, mit dem eine zuverlässige Aufheizung der zweiten durch den Rohrwärmetauscher geführte Flüssigkeit auf eine vorbestimmte Temperatur in einfacher Weise ermöglicht ist.The object of the present invention is to provide a liquid stratified storage device with which a reliable heating of the second liquid guided through the tube heat exchanger to a predetermined temperature is made possible in a simple manner.

Diese Aufgabe wird durch einen Flüssigkeits-Schichtenspeicher mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a liquid layer memory having the features of claim 1.

Der erfindungsgemäße Flüssigkeits-Schichtenspeicher weist einen mit einem ersten flüssigen Medium befüllbaren Behälter auf sowie wenigstens einen in einer Behälterwand vorgesehenen Anschluß zur Zu- und/oder Abführung des ersten flüssigen Mediums. In dem Behälter ist ein erster Rohrwärmetauscher mit einem durch eine Behälterwand geführten Zulauf und Ablauf angeordnet. Der erste Rohrwärmetauscher ist erfindungsgemäß in Richtung seiner Längserstreckung horizontal in einem oberen Bereich des Behälters angeordnet, in dem sich im mit dem ersten flüssigen Medium befüllten Zustand die wärmste(n) Schicht(en) des flüssigen Mediums ausbildet bzw. ausbilden.The liquid stratified storage device according to the invention has a container which can be filled with a first liquid medium and at least one connection provided in a container wall for supplying and / or discharging the first liquid medium. In the container, a first tube heat exchanger is arranged with a guided through a container wall inlet and outlet. According to the invention, the first tube heat exchanger is arranged horizontally in the direction of its longitudinal extension in an upper region of the container in which the warmest layer (s) of the liquid medium is formed or formed in the state filled with the first liquid medium.

Durch die Anordnung des Rohrwärmetauscher derart, dass die Längsachse des Rohrwärmetauschers waagerecht im oberen Bereich des Behälters liegt, ist der Rohrwärmetauscher stets im wärmsten Bereich des Flüssigkeits-Schichtenspeichers, sprich im Bereich einer oder mehrerer der heißesten Flüssigkeitsschichten positioniert, was eine zuverlässige Aufheizung der den Rohrwärmetauscher durchströmenden zweiten Flüssigkeit ermöglicht. Selbst wenn der Flüssigkeits-Schichtenspeicher nur gering beheizt ist, ist eine zuverlässige Aufheizung der den Rohrwärmetauscher durchströmenden zweiten Flüssigkeit gewährleistet, so dass geringere Heizkosten seitens einer evtl. erforderlichen Nachbeheizung der zweiten Flüssigkeit entstehen.The arrangement of the tube heat exchanger such that the longitudinal axis of the tube heat exchanger is located horizontally in the upper region of the container, the tube heat exchanger is always in the warmest region of the liquid stratified storage, ie positioned in the range of one or more of the hottest liquid layers, resulting in reliable heating of the tube heat exchanger allows flowing through the second liquid. Even if the liquid layer storage is heated only slightly, a reliable heating of the tubular heat exchanger flowing through the second liquid is ensured, so that lower heating costs caused by any necessary subsequent heating of the second liquid.

Vorteilhafte Ausführungsvarianten der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsvariante ist der erste Rohrwärmetauscher in einem oberen Viertel des Behälters angeordnet. Damit ist neben der Positionierung des Rohrwärmetauschers im wärmsten Bereich des Flüssigkeits-Schichtenspeichers auch der Einbau eines großvolumigen weiteren Wärmetauschers, beispielsweise eines Solarwärmetauschers, der der Erwärmung der ersten in dem Behälter gespeicherten Flüssigkeit dient, ermöglicht.According to an advantageous embodiment, the first tube heat exchanger is arranged in an upper quarter of the container. Thus, in addition to the positioning of the tube heat exchanger in the warmest region of the liquid stratified storage also the installation of a large-volume further heat exchanger, such as a solar heat exchanger, which serves to heat the first liquid stored in the container allows.

In dem Flüssigkeits-Schichtenspeicher ist gemäß einer vorteilhaften Ausführungsvariante in einem unteren Bereich des Behälters ein zweiter Rohrwärmetauscher zur Beheizung des ersten flüssigen Mediums angeordnet. Dies ermöglicht eine effiziente Wärmezufuhr zur Aufheizung des ersten flüssigen Mediums.In accordance with an advantageous embodiment, a second tube heat exchanger for heating the first liquid medium is arranged in the liquid layer store in a lower region of the container. This allows an efficient supply of heat for heating the first liquid medium.

So ist der zweite Rohrwärmetauscher gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante an eine Solarthermieeinheit angekoppelt, was mit einer weiteren Einsparung an Kosten für die Beheizung der ersten Flüssigkeit einhergeht.Thus, the second tube heat exchanger is coupled according to a further advantageous embodiment of a solar thermal unit, which is associated with a further saving in costs for the heating of the first liquid.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung ist die Rohrleitung des ersten und/oder des zweiten Rohrwärmetauschers wendelförmig gebogen. Dadurch ist ein zur Wärmeübertragung hinreichender Durchströmungsweg der ersten und/oder der zweiten Flüssigkeit gewährleistet. According to a further advantageous embodiment of the invention, the pipeline of the first and / or the second tube heat exchanger is bent helically. As a result, sufficient heat transfer for the passage of the first and / or the second liquid is ensured.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung ist die Rohrleitung zumindest des ersten Rohrwärmetauschers aus einem trinkwassergeeigneten Material, insbesondere aus Kupfer oder Edelstahl gefertigt.According to a further advantageous embodiment of the invention, the pipeline is at least the first tube heat exchanger made of a drinking water suitable material, in particular made of copper or stainless steel.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung ist die Rohrleitung des ersten und/oder des zweiten Rohrwärmetauschers zur Erhöhung der Wärmetauscherfläche als Wellrohr ausgebildet.According to a further advantageous embodiment of the invention, the pipe of the first and / or the second tube heat exchanger is designed to increase the heat exchanger surface as a corrugated pipe.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Flüssigkeits-Schichtenspeicher;
2 eine Seitenansicht des Flüssigkeits-Schichtenspeicher aus 1.

Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 a perspective view of an embodiment of a liquid-layer memory according to the invention;
2 a side view of the liquid layer storage 1 ,

In der nachfolgenden Figurenbeschreibung beziehen sich Begriffe wie oben, unten, links, rechts, vorne, hinten usw. ausschließlich auf die in den jeweiligen Figuren gewählte beispielhafte Darstellung und Position des Flüssigkeits-Schichtenspeichers, des Behälters, des Rohrwärmetauschers und dergleichen. Diese Begriffe sind nicht einschränkend zu verstehen, d.h. durch verschiedene Arbeitsstellungen oder die spiegelsymmetrische Auslegung oder dergleichen können sich diese Bezüge ändern.In the following description of the figures, terms such as above, below, left, right, front, back, etc. refer exclusively to the exemplary representation and position of the liquid stratified reservoir, the container, the tube heat exchanger and the like chosen in the respective figures. These terms are not meant to be limiting, i. through different working positions or the mirror-symmetric design or the like, these references may change.

Die 1 und 2 zeigen eine bevorzugte Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Flüssigkeits-Schichtenspeichers 1.The 1 and 2 show a preferred embodiment of a liquid layer memory according to the invention 1 ,

Der Flüssigkeits-Schichtenspeicher 1 weist einen mit einem ersten flüssigen Medium 4 befüllbaren Behälter 2 auf. Der Behälter ist dabei vorzugsweise von zylindrischer Gestalt mit einer Behälterhöhe h, die größer ist als der Durchmesser d des Behälters 2. Denkbar sind jedoch selbstverständlich auch andere Formgestalten des Behälters 2.The liquid stratified storage 1 has one with a first liquid medium 4 fillable container 2 on. The container is preferably of cylindrical shape with a container height h, which is greater than the diameter d of the container 2 , Conceivable, however, are of course other shapes of the container 2 ,

Das erste flüssige Medium ist vorzugsweise Brauchwasser eines Heizungssystems, das in dem Behälter 2 zur bedarfsweisen Verwendung zwischengespeichert wird. Zur Befüllung des Behälters ist in einer Behälterwand 3 des Behälters 2 wenigstens ein Anschluß 13, 14 zur Zu- und/oder Abführung des ersten flüssigen Mediums 4 vorgesehen.The first liquid medium is preferably service water of a heating system that is in the container 2 is cached for on-demand use. To fill the container is in a container wall 3 of the container 2 at least one connection 13 . 14 for the supply and / or discharge of the first liquid medium 4 intended.

Dabei ist ein als Zulauf genutzter Anschluss 13 in einem oberen Bereich 16 vorzugsweise mit einer Aufheizeinheit wie beispielsweise einer Gasverbrennungseinheit, einer Solarthermieeinheit oder dergleichen verbunden, über die auf eine vorbestimmte Heiztemperatur erhitztes Wasser dem Behälter 2 zugeführt wird.Here is a connection used as an inlet 13 in an upper area 16 preferably connected to a heating unit such as a gas combustion unit, a solar thermal unit or the like, via the water heated to a predetermined heating temperature to the tank 2 is supplied.

Das erhitzte Brauchwasser 4 wird über einen als Auslass genutzten Anschluss 15 beispielsweise in (nicht dargestellte) Heizkörper eines Heizungssystems weitergeleitet.The heated service water 4 is via a terminal used as an outlet 15 for example, in (not shown) radiator of a heating system forwarded.

Die in dem Behälter 2 gespeicherte aktuell nicht benötigte Flüssigkeit bildet dabei waagerechte Flüssigkeitschichten unterschiedlicher Temperaturen aus, wobei die Temperatur der einzelnen Flüssigkeitsschichten von oben nach unten massebedingt abnimmt.The one in the container 2 stored liquid which is not currently required forms horizontal liquid layers of different temperatures, the temperature of the individual liquid layers decreasing from top to bottom as a result of the mass.

Wie in den 1 und 2 des Weiteren gezeigt, ist in dem Behälter 2 ein von einem zweiten flüssigen Medium durchströmter erster Rohrwärmetauscher 5 mit einem durch die Behälterwand 3 geführten Zulauf 7 und Ablauf 8 angeordnet. Dieser erste Rohrwärmetauscher 5 dient dabei gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erwärmung von Trinkwasser. Um die Erwärmung des zweiten flüssigen Mediums beim Durchströmen durch den ersten Rohrwärmetauscher 5 in effizienter Weise zu gewährleisten, ist der erste Rohrwärmetauscher 5 in Richtung seiner Längserstreckung entlang einer Längsachse 10 horizontal im oberen Bereich 16 des Behälters 2 angeordnet. In diesem oberen Bereich 16 des Behälters 2 bilden sich im mit dem ersten flüssigen Medium 4 befüllten Zustand des Behälters 2 die wärmste(n) Schicht(en) des ersten flüssigen Mediums 4 aus und ermöglichen so einen effizienten Wärmeaustausch der beiden Flüssigkeiten.As in the 1 and 2 further shown is in the container 2 a first tubular heat exchanger through which a second liquid medium flows 5 with one through the container wall 3 guided feed 7 and expiration 8th arranged. This first tube heat exchanger 5 serves according to a preferred embodiment of the heating of drinking water. To the heating of the second liquid medium as it flows through the first tube heat exchanger 5 to ensure efficient, is the first tube heat exchanger 5 in the direction of its longitudinal extent along a longitudinal axis 10 horizontally in the upper area 16 of the container 2 arranged. In this upper area 16 of the container 2 Form in with the first liquid medium 4 filled condition of the container 2 the warmest layer (s) of the first liquid medium 4 and thus allow an efficient heat exchange of the two liquids.

Besonders bevorzugt ist der erste Rohrwärmetauscher 5 in einem oberen Viertel des Behälters 2 angeordnet. Dies ermöglicht neben dem effizienten Wärmeaustausch der beiden Flüssigkeiten auch den Einbau eines großvolumigen, von einem dritten Medium durchströmten zweiten Rohrwärmetauschers 12 in einem unteren Bereich 17 des Behälters 2. Der zweite Rohrwärmetauscher 12 dient dabei der direkten Beheizung des ersten flüssigen Mediums 4.Particularly preferred is the first tube heat exchanger 5 in an upper quarter of the container 2 arranged. This allows not only the efficient heat exchange of the two liquids and the installation of a large volume, flowed through by a third medium second tube heat exchanger 12 in a lower area 17 of the container 2 , The second tube heat exchanger 12 serves the direct heating of the first liquid medium 4 ,

In einer bevorzugten Ausführungsvariante ist der zweite Rohrwärmetauscher 1) des Flüssigkeits-Schichtenspeichers 1 an eine (nicht dargestellte) Solarthermieeinheit angekoppelt.In a preferred embodiment, the second tube heat exchanger 1 ) of the liquid stratified storage 1 coupled to a (not shown) solar thermal unit.

Um einen hinreichenden Wärmeaustausch der ersten Flüssigkeit mit der zweiten Flüssigkeit zu erreichen, ist eine Rohrleitung 9 des ersten Rohrwärmetauschers 5 wendelförmig gebogen. Dies ermöglicht eine kompakte Bauweise des ersten Rohrwärmetauschers 5 bei gleichzeitig großer wirksamer Wärmeaustauschfläche.In order to achieve a sufficient heat exchange of the first liquid with the second liquid, is a pipeline 9 of the first tube heat exchanger 5 helically bent. This allows a compact design of the first tube heat exchanger 5 at the same time a large effective heat exchange surface.

Um die Wärmeaustauschfläche nochmals weiter zu erhöhen, ist
die Rohrleitung 9 des ersten Rohrwärmetauschers 5 als Wellrohr ausgebildet.To further increase the heat exchange surface is
the pipeline 9 of the first tube heat exchanger 5 designed as a corrugated pipe.

Sofern der erste Rohrwärmetauschers 5 zur Durchleitung von Trinkwasser vorgesehen ist, ist die Rohrleitung 9 des ersten Rohrwärmetauschers 5 aus einem trinkwassergeeigneten Material, insbesondere Kupfer oder Edelstahl gefertigt.Unless the first tube heat exchanger 5 is intended for the transmission of drinking water, is the pipeline 9 of the first tube heat exchanger 5 made of a drinking water suitable material, especially copper or stainless steel.

Denkbar ist auch die Ausbildung des zweiten Rohrwärmetauschers12 mit wendelförmig gebogener Rohrleitung und/oder dessen Ausbildung als Wellrohr.Also conceivable is the design of the second tube heat exchanger 12 with a helically bent pipe and / or its construction as a corrugated pipe.

Denkbar sind aber auch andere Formgestaltungen der Rohrleitung des ersten oder des zweiten Rohrwärmetauschers 5, 12.However, other shapes of the pipeline of the first or the second tube heat exchanger are also conceivable 5 . 12 ,

Wichtig ist, den ersten Rohrwärmetauscher 5 so im Behälter 2 anzubringen, dass die Rohrleitung 9 vollständig im vertikal oberen Bereich des Behälters 2 und damit im Bereich der ersten Flüssigkeit 4 mit der höchsten Temperatur eingetaucht ist, um die Effizienz des Wärmeaustauschs gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Flüssigkeits-Schichtenspeichern zu erhöhen.Importantly, the first tube heat exchanger 5 so in the container 2 attach that pipe 9 completely in the vertical upper area of the container 2 and thus in the area of the first liquid 4 is submerged at the highest temperature to increase the efficiency of heat exchange over the prior art liquid stratified reservoirs.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Flüssigkeits-Schichtenspeicher Liquid storage layers
22: Behältercontainer
33: Behälterwandcontainer wall
44: erste Flüssigkeitfirst liquid
55: erster Rohrwärmetauscherfirst tube heat exchanger
66: Anschlussplatteconnecting plate
77: Rücklaufreturns
88th: ZulaufIntake
99: Rohrpipe
1010: Längsachselongitudinal axis
1111: Sockelbase
1212: zweiter Rohrwärmetauschersecond tube heat exchanger
1313: Anschlussconnection
1414: Anschlussconnection
1515: Anschlussconnection
1616: oberer Bereichupper area
1717: unterer Bereich lower area
HH: Behälterhöhecontainer height

Claims

Liquid stratified storage device (1), comprising - a container (2) which can be filled with a first liquid medium (4), - at least one connection (13, 14) provided in a container wall (3) for supplying and / or discharging the first liquid Medium (4), - in the container (2) arranged first tube heat exchanger (5) with a through a container wall (3) guided inlet (7) and outlet (8), characterized in that - the first tube heat exchanger (5) in Direction of its longitudinal extent is arranged horizontally in an upper region (16) of the container (2), in which in the filled with the first liquid medium (4) state, the warmest (s) layer (s) of the first liquid medium (4) is formed or train.

Liquid stratified storage (1) according to Claim 1 , characterized in that the first tube heat exchanger (5) in an upper quarter of the container (2) is arranged.

Liquid stratified storage (1) according to Claim 1 or 2 , characterized in that in a lower region (17) of the container (2) a second tubular heat exchanger (12) through which a third medium flows is arranged for heating the first liquid medium (4).

Liquid stratified storage device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the second tube heat exchanger (12) is coupled to a solar thermal unit.

Liquid stratified storage tank (1) according to one of the preceding claims, characterized in that a pipeline (9) of at least the first tube heat exchanger (5) is bent in a helical manner.

Liquid stratified storage tank (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the pipeline (9) of at least the first tube heat exchanger (5) is made of a material suitable for drinking water, in particular copper or stainless steel.

Liquid stratified storage tank (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the pipeline (9) of at least the first tube heat exchanger (5) is designed as a corrugated tube.