Teleskopischer Warmwasserspeicher mit Regulierung

Abstract

 Bei einem Warmwasserspeicher, welcher mit einer Energiequelle und einem Umlaufsystem und/oder wenigstens einem Warmwasserverbraucher gekoppelt ist, ist in einem festen Behälter (1), wenigstens ein isolierter, teleskopartiger Tank (3) an der Behalterabdeckung (2) befestigt, wobei in jeden Tank (3) eine Entnahmeleitung (8) mündet, wobei der (die) Tank(s) (3) im Behalter (1) angeordnet ist (sind) und über Ventile (5) miteinander oder mit dem Behälter (1) in Verbindung steht (stehen). Weiters ist das Volumen (29,30,31) des (der) Tanks (3) in Abhängigkeit von der Flüssigkeitszugabe bzw. Flüssigkeitsentnahme veränderbar, wobei in den (die) Tank(s) (3) Wasser unterschiedlicher Temperaturen derart einbringbar ist, daß sich ein Temperaturgradient von einer höchsten Temperatur im innersten Tank zu einer niedrigeren Temperatur in dem Behälter (1) und ggf. in dem (den) umgebenden Tank(s) ergibt.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Warmwasserspeicher, welcher mit einer Energiequelle und einem Umlaufsystem und/oder wenigstens einem Warmwasserverbraucher gekoppelt ist.

[0002] Derartige Warmwasserspeicher sind in unterschiedlichen Ausführungen bekannt, wobei ein entsprchend isolierter und ein großes Volumen aufweisender Behälter über eine Energiequelle mit Wasser hoher Temperatur gespeist wird und aus diesem Behälter wenigstens ein Warmwasserverbraucher erwärmtes oder heißes Wasser entnimmt und/oder ein Umlaufsystem, beispielsweise eine Heizanlage, an den Behälter gekoppelt ist. Nachteilig bei diesen bekannten Warmwasserspeichern ist im allgemeinen die Tatsache, daß in einem derartigen Speicher nur Warmwasser eines einzigen Temperaturniveaus vorrätig gehalten werden kann und bei großer Warmwasser- bzw. Energieentnahme die Temperatur im Speicher unter Umständen stark abfallt und zu Zeitpunkten eine Wiederaufheizung des Inhalts vorgenommen werden muß, zu welchen günstige Energiepreise nicht ausgenützt werden können. Darüberhinaus müssen die Temperaturen in einem solchen Warmwasserspeicher üblicherweise sehr hoch gewählt werden, um eine entsprechende Energiemenge speichern zu können, wozu für eine Energieoptimierung aufwendige Isolierungen des Behälters notwendig sind.

[0003] Die vorliegende Erfindung zielt nun darauf ab, einen Warmwasserspeicher der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher eine Anpassung an die vorhandene Warmwassermenge und eine Berücksichtigung von Schwankungen in der Intensität der gewonnenen Energie ermöglicht. Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Warmwasserspeicher der eingangs genannten Art im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß in einem festen Behälter, wenigstens ein isolierter, teleskopartiger Tank an der Behälterabdeckung befestigt ist (sind), daß in jeden Tank eine Entnahmeleitung mündet, daß der (die) Tank(s) im Behälter angeordnet ist (sind) und über Ventile miteinander oder mit dem Behälter in Verbindung steht (stehen), daß das Volumen des (der) Tanks in Abhängigkeit von der Flüssigkeitszugabe bzw. Flüssigkeitsentnahme veränderbar ist, und daß in den (die) Tank(s) Wasser unterschiedlicher Temperaturen derart einbringbar ist, daß sich ein Temperaturgradient von einer höchsten Temperatur im innersten Tank zu einer niedrigeren Temperatur in dem Behälter und ggf. in dem (den) umgebenden Tank(s) ergibt. Dadurch, daß wenigstens ein teleskopierbarer Tank in dem den Warmwasserspeicher bildenden Behälter vorgesehen ist, dessen Volumen in Abhängigkeit von der Flüssigkeitszufuhr bzw. -entnahme veranderbar ist, läßt sich mit dem erfindungsgemäßen Warmwasserspeicher eine Anpassung auf die aktuelle Energiesituation und vorrätige Warmwassermenge erzielen. Durch das variable Volumen der jeweils unterschiedliches Temperaturniveau aufweisenden Tanks wird zu jedem Zeitpunkt für jedes Temperaturniveau ein der vorhandenen Energiemenge entsprechendes Volumen zur Verfügung gestellt, wodurch Energie gespart und wirtschaftlich genutzt werden kann. Dies gilt insbesondere beim Einsatz von Solarenergie, bei welcher in Abhängigkeit von der Tageszeit und der Sonneneinstrahlung unterschiedliche Temperaturen in einer Warmwasseraufbereitung erzielbar sind und entsprechend der erzielbaren Temperatur selektiv eine Einspeicherung von Warmwasser in einen Tank mit entsprechendem Temperaturniveau erfolgt. Weiters können mit dem erfindungsgemaßen Warmwasserspeicher neueste Erkenntnisse in der Heiztechnik und deren Einzelkomponenten, insbesondere der unterschiedlichen Möglichkeiten der Energieerzeugung und -gewinnung, miteinander im Sinne einer Optimierung der insbesondere zusätzlich einzusetzenden Energiequellen verknüpft und kombiniert werden.

[0004] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Warmwasserspeichers ist die Ausbildung so getroffen, daß das Material der Tanks derart gewählt ist, daß das Gewicht des Tanks geringer ist als das Gewicht der gespeicherten und den Tank umgebenden Flüssigkeit. Dadurch ergibt sich bei einer Zufuhr von Warmwasser in einen der Tanks oder einer Entnahme aus einem der Tanks automatisch eine Anpassung des Volumens desselben durch Ausnutzung des Auftriebs des jeweils innenliegenden Tanks in einem äußeren Tank.

[0005] Für eine einfache Verbindung eines Tanks mit dem jeweils benachbarten Tank ist die Ausbildung bevorzugt so getroffen, daß ein Ventil zur Verbindung benachbarter Tanks an der Boden- fläche des jeweils innenliegenden Tanks vorgesehen ist. Dadurch kann bei entsprechender Konstruktion des Ventils bei einem Aufsitzen des Ventilkörpers auf der Bodenfläche des umgebenden Tanks ein automatisches Öffnen des Ventils erfolgen, wodurch durch Überströmen ein selbstätiger Ausgleich der Flüssigkeitsmenge benachbarter Tanks erzielbar ist.

[0006] Um eine einfache Steuerung zu ermöglichen und Aufschluß über die jeweils in den einzelnen Tanks herrschende Temperatur zu haben, sind bevorzugt in den Tanks Temperaturfühler vorgesehen.

[0007] Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Ausbildung so getroffen, daß der außenliegende Tank über eine Überlauföffnung mit einem von dem Behälter begrenzten Kaltwasserspeicher in Verbindung steht. Mit einer derartigen Konstruktion wird ermöglicht, die gesamte Höhe des Behälters für die teleskopierbaren Tanks zu nutzen und weiters ein abgeschlossenenes System zu schaffen, bei welchem der die Tanks umgebende Kaltwasserspeicher eine zusätzliche Isolierung darstellt. Weiters kann durch diese Kaltwasserreserve ein jeweils günstiger Betriebszustand einer Solaranlage aufrechterhalten werden. Mit Vorteil ist die Ausbildung erfindungsgemäß derart weitergebildet, daß an den Kalwasserspeicher eine Verbindungsleitung zu einem Wärmetauscher oder zu einer Energiequelle, insbesondere eine Solarenergieanlage oder ein Feststoff- oder Flüssigbrennkessel, angeschlossen ist, und daß der Wärmetauscher oder die Energiequelle über Leitungen, deren Durchtrittsquerschnitt über ein Steuergerät in Abhängigkeit von der Temperatur des erwärmten Wassers steuerbar ist, mit unterschiedlichen Tanks im Behälter verbindbar sind.

[0008] Zur Einstellung und Aufrechterhaltung eines entsprechenden Flüssigkeitsniveaus im Kaltwasserspeicher ist die Ausbildung bevorzugt so getroffen, daß im Kaltwasservolumen ein Schwimmerventil vorgesehen ist, welches in Abhängigkeit vom Flüssigkeitsniveau im Kaltwasserspeicher ein Durchflußventil in einer Zuführungsleitung zu dem Kaltwasserspeicher steuert.

[0009] Für den Fall einer Kombination des erfindungsgemäßen Warmwasserspeichers mit einer Heizungsanlage ist die Ausbildung bevorzugt so getroffen, daß in wenigstens einem innenliegenden Tank Elemente einer Heizanlage, insbesondere Heizschlangen, angeordnet sind, wodurch sich in einfacher Weise eine Niedertemperaturheizanlage sowie eine Radiatiorheizanlage verwirklichen lassen.

[0010] Bei Einsatz des erfindungsgemäßen Warmwasserspeichers in Verbindung mit einem Umlaufsystem einer Heizungsanlage ist die Ausbildung weiters bevorzugt so getroffen, daß an einen Tank mittleren Temperaturniveaus eine Wärmepumpe anschließbar ist.

[0011] Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der beigeschlossenen Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert, in welcher zeigen: Fig. 1 einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Warmwasserspeichers; Fig. 2 den in Fig. 1 dargestellten Warmwasserspeicher mit einer einfachen Warmwassersteuerung; und Fig. 3 eine abgewandelte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Warmwasserspeichers unter Anschluß eines Heizsystems.

[0012] In Fig. 1 ist mit 1 ein fester Behälter bezeichnet, wobei an der Abdeckung 2 dieses den Warmwasserspeicher bildenden Behälters drei isolierte, teleskopartige Tanks 3 befestigt sind. Die Tanks können sich entsprechend der Flüssigkeitszugabe oder Flüssigkeitsabgabe zusammenziehen oder ausdehnen, wie dies unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Figuren noch näher ausgeführt werden wird. Die innenliegenden Tanks stehen jeweils über in der Bodenfläche 4 angeordnete Ventile 5 in Verbindung, während das den außenliegenden, teleskopierbaren Tank begrenzende Volumen über eine Überlauföffnung 6 in seinem oberen Randbereich mit einem vom Mantel des Behälters 1 begrenzten Kaltwasserspeicher 7 in Verbindung steht.

[0013] Bei der Darstellung gemäß Fig. 2 sind die drei im Inneren des Behälters 1 angeordneten, teleskopierbaren Tanks in ihrer vollkommen eingezogenen Lage dargestellt, in welcher die Tanks 3 jeweils ihr kleinstmögliches Volumen aufweisen. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, werden die Bodenventile 5 durch ein Aufliegen eines jeweils außenliegenden Tanks am innenliegenden Tank geöffnet, so daß ein Flüssigkeitsausgleich zwischen jeweils zwei benachbarten Tanks selbsttätig erfolgt. Bei der Darstellung gemäß Fig.2 mündet in jeden der Tanks jeweils eine Entnahmeleitung 8, welche zu nicht näher dargestellten Verbrauchern führt. In diesen Entnahmeleitungen 8 sind Pumpen und/oder Ventile 9 eingeschaltet, wobei Steuerleitungen von einem zentralen Steuergerät 10 zu diesen Pumpen bzw. Ventilen 9 mit 11 bezeichnet sind. Das Steuergerät 10 steuert weiters über Steuerleitungen 12 Pumpen bzw. Ventile 13 in Zuführungsleitungen 14, über welche erwärmtes Wasser aus einer Wärmequelle 15 entsprechend der Temperatur dieses erwärmten Wassers in die einzelnen Tanks geleitet wird. Die Temperaturverteilung in den einzelnen Tanks ist hiebei derart, daß im innenliegenden Tank die höchste Temperatur herrscht und in den jeweils äußeren Tanks eine geringere Temperatur herrscht. Zur Überprüfung der Temperatur in den einzelnen Tanks sind in diesen Wärmefühler 16 angeordnet, welche über Leitungen 17 ebenfalls mit dem Steuergerät 10 verbunden sind.

[0014] Die allgemein als Energiequelle 15 bezeichnete Vorrichtung umfaßt im vorliegenden Fall einen Wärmetauscher 25, welchem aus dem Kaltwasserspeicher 7 des Behälters über eine Leitung 18 Wasser zugeführt wird, welches nach dem Aufheizen in Abhängigkeit von der mit dem Temperaturfühler 19 bestimmten Temperatur über die Zuführungsleitungen 14 einem der Tanks zugeführt wird. Der Temperaturfühler 19 ist hiebei ebenfalls über eine Leitung 20 mit dem Steuergerät 10 verbunden. Als Energiequelle für den Wärmetauscher 25 können beispielsweise eine Solarenergieanlage, eine Wärmepumpe oder ein Brennstoffkessel 21 Verwendung finden.

[0015] Das Flüssigkeitsniveau im Kaltwasserspeicher 7 wird über ein Schwimmerventil 22 auf einem konstanten Wert gehalten, welches Schwimmerventil ein Durchflußventil bze. eine Pumpe 23 in einer Zuleitung 24 steuert.

[0016] Bei der Ausführungsform gemäß Fig.3 sind für gleiche Bauteile die Bezugszeichen der vorangehenden Figur beibehalten worden. Zusätzlich ist bei dieser Ausführungsform auch ein Heizsystem vorgesehen. Das zentrale Steuergerat 10 ermöglicht hiebei unterschiedliche Steuer- und Entnahmevorgänge.

[0017] Wie bei der vorangehenden Ausführungsform kann vorgesehen sein, daß Wasser aus dem Wärmetauscher 25 jeweils über die Zuleitungen 14 in einen entsprechenden Tank eingebracht wird, wobei die Überprüfung der Temperatur in den einzelnen Tanks wiederum über die Temperaturfühler 16 erfolgt. Es läßt sich hiebei über das Steuergerät ein entsprechender Temperaturgradient durch eine programmierbare Temperaturdifferenz zwischen benachbarten Tanks einstellen. Als günstig hat sich im Zusammenhang mit der Verwendung einer Heinzanlage beispielsweise eine Temperaturdifferenz von 15 °C zwischen einzelnen Tanks erwiesen.

[0018] Bei Verwendung einer Solaranlage 26 zur Versorgung des Wärmetauschers 25 dehnen sich an Schönwettertagen die jeweils inneren Tanks durch entsprechende Warmwasserzufuhr aus, da aus dem Kaltwasserspeicher 7 über die Leitung 18 entnommenes Wasser erhitzt wird und in den jeweiligen inneren Tank zugeführt wird. Bei Erreichen des maximalen Volumens des in diesem Ausführungsbeispiel mit 29 bezeichneten Heißwassertanks sitzt die Bodenfläche 4 dieses innersten Tanks auf der Bodenfläche des diesen innersten Tank umgebenden und mit 30 bezeichneten Warmwassertanks auf, so daß über das Bodenventil 5 eine Verbindung zwischen diesen beiden Tanks hergestellt wird und warmes Wasser aus dem innersten Tank in den diesen umgebenden Warmwassertank strömt. Bei weiterer Zufuhr von warmen Wasser erfolgt nach vollständigem Füllen des Warmwassertanks 30 ebenfalls ein Öffnen seiner Bodenventile 5 durch ein Aufsitzen auf der Bodenfläche des mit 31 bezeichneten weiteren Tanks und somit ein Überströmen von Flüssigkeit. Bei entsprechend langanhaltender Sonneneinstrahlung und somit Erwärmung stellt sich der in Fig. 3 gezeigte Zustand ein, welcher einer Speicherung einer maximal möglichen Wärme- bzw. Energiemenge entspricht. Im allgemeinen genügen die derart im den inneren Tanks erzielbaren Temperaturen, um eine schematisch mit 32 bezeichneten Niedertemperaturheizung und eine mit 33 bezeichnete schematische Radiatorenheizung zu betreiben.

[0019] Damit die voll ausgedehnten Tanks 29, 30 und 31 während einer nachfolgenden Schlechwetterperiode mit geringem Warmwasserverbrauch nicht bei vollem Volumen auskühlen, kann vorgesehen sein, Warmwasser aus dem Tank 30 und somit auch aus dem innersten Tank 29 gegebenenfalls über einen Mischer 34 abzuziehen und in den äußeren, sich auf einer geringeren Temperatur befindlichen Tank 31 umzuleiten. Die Steuerung des Mischers 34 erfolgt wiederum durch das zentrale Steuergerät 10 über eine Steuerleitung 35. Durch eine derartige Umleitung von warmem bzw. heißem Wasser aus den inneren Tanks verringert sich deren Volumen, so daß in diesen innersten Tanks eine entsprechend hohe Temperatur des darin gespeicherten Flüssigkeitsvolumens aufrecht erhalten werden kann.

[0020] Während einer Schlechtwetterperiode mit tiefen Temperaturen und somit dem Erfordernis einer großen Heizleistung oder bei einem großen Warmwasserverbrauch ziehen sich die jeweils innen liegenden Tanks 29 und 30 zusammen, wobei bei einem Aufliegen der Bodenflächen benachbarter Tanks wiederum ein Öffnen der Bodenventile 5 erfolgt und in diesem Fall kühlere Flüssigkeit aus einem jeweils außen liegenden Tank in einen innenliegenden Tank strömen kann. Bei Entnahme von Wasser aus einem außenliegenden Tank kann der Boden dieses Tanks durch Auftrieb angehoben werden und dadurch die Ventile benachbarter Tanks öffnen.

[0021] Zusätzlich zu der Entnahme von Wärmeenergie aus den innenliegenden Tanks durch die Heizungssysteme 32 und 33 über in diese Tanks eintauchende Spulensysteme 37 und 38 kann das Wasser in diesen Heizungssystemen auch im Wärmetauscher 25 entsprechend erhitzt werden, wobei neben der Solarenergieanlage 26 eine Wärmepumpe 27 und/oder ein Brennstoffkessel 28 vorgesehen sein können. Bei entsprechenden Temperaturen in den Heizsystemen 32 und 33 kann über die in die Tanks 29 und 30 eintauchenden Spulensysteme 37 und 38 auch eine Aufheizung des in diesen Tanks gespeicherten Warmwassers erfolgen.

[0022] Die mit 27 bezeichnete Wärmepumpe wird günstigerweise aus dem Tank 31 über die Entnahmeleitung 39 und einen gegebenenfalls vorgesehenen Mischer 40 gespeist, wobei der Rücklauf 41 der Wärmepumpe in den Kaltwasserspeicher 7 mündet.

Ansprüche

1. Warmwasserspeicher, welcher mit einer Energiequelle und einem Umlaufsystem und/oder wenigstens einem Warmwasserverbraucher gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß in einem festen Behälter (1), wenigstens ein isolierter, teleskopartiger Tank (3) an der Behälterabdeckung (2) befestigt ist (sind), daß in jeden Tank (3) eine Entnahmeleitung (8) mündet, daß der (die) Tank(s) (3) im Behälter (1) angeordnet ist (sind) und über Ventile (5) miteinander oder mit dem Behälter (1) in Verbindung steht (stehen), daß das Volumen (29,30,31) des (der) Tanks (3) in Abhängigkeit von der Flüssigkeitszugabe bzw. Flüssigkeitsentnahme veränderbar ist und daß in den (die) Tank(s) (3) Wasser unterschiedlicher Temperaturen derart einbringbar ist, daß sich ein Temperaturgradient von einer höchsten Temperatur im innersten Tank zu einer niedrigeren Temperatur in dem Behälter (1) und ggf. in dem (den) umgebenden Tank(s) ergibt.

2. Warmwasserspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Tanks (3) derart gewählt ist, daß das Gewicht des Tanks geringer ist als das Gewicht der gespeicherten und den Tank umgebenden Flüssigkeit.

3. Warmwasserspeicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ventil (5) zur Verbindung benachbarter Tanks (3) an der Bodenfläche (4) des jeweils innenliegenden Tanks vorgesehen ist.

4. Warmwasserspeicher nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den Tanks (3) Temperaturfühler (16) vorgesehen sind.

5. Warmwasserspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der außenliegende Tank über eine Überlauföffnung (6) mit einem von dem Behälter (1) begrenzten Kaltwasserspeicher (7) in Verbindung steht.

6. Warmwasserspeicher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an den Kaltwasserspeicher (7) eine Verbindungsleitung (18) zu einem Wärmetauscher (25) oder zu einer Energiequelle (21,26,27,28), insbesondere eine Solarenergieanlage oder ein Fest- oder Flüssigstoffbrennkessel, angeschlossen ist, und daß der Wärmetauscher (25) oder die Energiequelle über Leitungen (14), deren Durchtrittsquerschnitt über ein Steuergerät (10) in Abhängigkeit von der Temperatur des erwärmten Wassers steuerbar ist, mit unterschiedlichen Tanks (3) im Behälter (1) verbindbar sind.

7. Warmwasserspeicher nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Kaltwasservolumen (7) ein Schwimmerventil (22) vorgesehen ist, welches in Abhängigkeit vom Flüssigkeitsniveau im Kaltwasserspeicher (7) ein Durchflußventil (23) in einer Zuführungsleitung (24) zu dem Kaltwasserspeicher (7) steuert.

8. Warmwasserspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in wenigstens einem innenliegenden Tank (29,30) Elemente einer Heizungsanlage (32,33), insbesondere Heizschlangen (37,38), angeordnet sind.

9. Warmwasserspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an einen Tank (3) mittleren Temperaturniveaus eine Wärmepumpe (27) anschließbar ist.

Zeichnung