DE202009000530U1

DE202009000530U1 - Vorrichtung zum Speichern von unterschiedlichen Wässern in Rotationsschichten

Info

Publication number: DE202009000530U1
Application number: DE202009000530U
Authority: DE
Original assignee: DRECHSLER WOLF HAGEN
Current assignee: DRECHSLER WOLF HAGEN
Priority date: 2009-01-14
Filing date: 2009-01-14
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2019-01-15

Abstract

Vorrichtung zum Speichern von unterschiedlichen Flüssigkeiten in Schichten gebildet aus einem Speicher (F), einem im oberen Bereich des Speichers F angeordneten schüssel- oder kegelförmigen Strömungsformer (A), Öffnungsschnitten (D), mindestens einer Einströmöffnung (C) und einer Zuleitung (G), dadurch gekennzeichnet, dass ein in einen Speicher (F) eingebauter Strömungsformer (A) Öffnungen (E) ausweist, welche so ausgestaltet sind, dass sie eine in den Raum oberhalb Strömungsformer (A) und Speicher (F) einströmende Flüssigkeit so winklig zur Achse des Speichers (F) aus diesen Öffnungen (E) in den Speicher (F) strömen lassen, dass die nacheinander in den Speicher (F) eingebrachten Flüssigkeiten im Speicher (F) rotierende Schichten bilden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Speichern von unterschiedlichen Flüssigkeiten in Rotationsschichten. Die Flüssigkeiten können sich dabei in ihren Temperaturniveaus und/oder in ihrer biologischen und/oder chemischen Zusammensetzung unterscheiden.
Aus dem Stand der Technik bekannt sind Vorrichtungen, die Flüssigkeiten, vorwiegend Wässer, in einem Speicher in Schichten speichern. Dazu werden unterschiedliche Strömungsformer am Eingang bzw. Ausgang des Speichers angeordnet.
Ziel ist dabei eine gute und langfristige Trennung der unterschiedlichen Wässer, um sie bei Bedarf wieder dem Speicher entnehmen zu können, ohne das sie sich vermischt haben.
Ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannt sind Vorrichtungen, die Flüssigkeiten in Rotation versetzen, um eine bessere Vermischung zu erzielen.
So beschreibt die DE 197 51 730 A1 eine Vorrichtung, die viskose Substanzen über eine Mischvorrichtung durch Rotation vermischt und reinigt.
DE 10 2004 017 443 B3 beschreibt Verfahren und Vorrichtung zum Rühren von unterschiedlichen Flüssigkeiten über ein rotierendes Magnetfeld mit dem Ziel der besseren Vermischung.
Diese Verfahren benutzen alle die Rotation zum Naheliegenden, also zur Vermischung und nicht zur Trennung von Flüssigkeiten.
DE 10 2004 017 532 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum Speichern von unterschiedlichen Wässern in Schichten, die zur Schichtenbildung die Wasserzuläufe auf sich horizontal erstreckende Strömungsumlenkelemente richtet.
DE 10 2007 032 195 A1 beschreibt einen Schichtenspeicher für vorwiegend Heizungswasser, welcher die Trennung der unterschiedlichen Wässer durch eine horizontale Trennplatte bewirkt.
Aus dem Stand der Technik sind noch eine Vielzahl von Schichtenspeicher bekannt, die auf unterschiedliche Art und Weise der Strömungsformung die Schichtbildung im Speicher organisieren.
Alle bekannten Vorrichtungen versuchen dabei, bei Ladung bzw. Entladung des Speichers die Schichtbildung durch eine gleichmäßige, nicht rotierende Strömung aufrecht zu erhalten.
Verbreitete Anwendung im Stand der Technik finden zum Beispiel Schichtenspeicher, die, wie in 2 dargestellt, über Strömungsformer aus Lochblech die Schichtung organisieren.
Der Strömungsformer besteht dort aus einem schalenförmigen Blech J, welches mit Löchern K perforiert ist und im Speicher L an den Einströmseiten des Wassers angebracht wird. Das Wasser strömt dabei, über die Zuleitung M in den Raum über Blech J und weiter über die Löcher K in den Speicher L.
Auf dieser Strecke verringert sich dabei die Strömungsgeschwindigkeit wegen der Raumvergrößerung der die Strömung umfassenden Begrenzung.
Die kinetische Energie des Wassers, die bei direktem Einströmen aus der Zuleitung M in den Speicher L über Wirbelbildung die Wässer vermischen würde, wird im Auffangraum über Blech J und Speicher L reduziert.
Das verteilt aus dem Auffangraum zwischen Blech J und Speicher L über die Löscher K in den Speicher L einströmende Wasser besitzt eine verringerte kinetische Energie, die gegen die natürliche Schichtenbildung, resultierend aus dem unterschiedlichem Gewicht der verschiedenen Wässer, die Wirbelbildung auf eine begrenzte Mischschicht reduziert.
Die natürliche Schichtenbildung entsteht durch die unterschiedlichen, spezifischen Gewichte der Wässer in unterschiedlichen Temperaturniveaus. Oben befindet sich leichteres Wasser mit hoher Temperatur, unten schwereres Wasser mit tiefer Temperatur.
Dieser in 2 dargestellte Vorgang wird in der Umkehr bei gleicher Vorrichtung durch von unten nach oben einströmendes Wasser mit tiefer Temperatur gleichwertig ablaufen.
Die Qualität der Schichtenbildung bestimmt das nutzbare Volumen des Speichers und ist damit ein Maß für die Ökonomie. Bei Speichern mit dicken Mischschichten benötigt man größere und damit teurere Speicher für ein entsprechendes Nutzvolumen.
Die Dicke der Mischschicht bestimmt bei den Speichern nach 2 das Gleichgewicht zwischen der wirbelbildenden kinetischen Energie des aus den Löchern K austretenden Wassers und der natürlichen Schichtenbildung, resultierend aus den Gewichtsunterschieden der Wässer. Zusätzlich wirkt noch die Viskosität der Flüssigkeit.
Alle diese bekannten Vorrichtungen besitzen Nachteile.
Ein erster Nachteil liegt darin, das bei geringer werdenden Temperaturunterschieden der Wässer die Mischschichten immer größer werden. Für Wässer, die sich nicht durch die Temperatur, sonder durch biologische und/oder chemische Zusammensetzung unterscheiden, sind sie nicht geeignet.
Derartige Wässer werden aber in steigendem Maß für zum Beispiel Trinkwassererwärmungen mit thermischer Desinfektion des Wassers verwendet. Das auf Desinfektionstemperatur erwärmte Wasser wird dabei zur Desinfektion eine festgelegte Zeit durch einen Schichtenspeicher geleitet. Dabei unterscheiden sich die Wässer dort nicht durch ihre Temperatur, sondern durch ihre biologischen Bestandteile.
Ein zweiter Nachteil liegt darin, das bei geringem Volumenstrom durch den Speicher am Speicherausgang eine Strömungsgeometrie entsteht, die in den von der Austrittsmitte entfernten Speicherbereichen keine ausreichende Durchströmung realisiert. Es entsteht dort unerwünscht stagnierendes Wasser.
Ein weiterer Nachteil liegt darin, das derartige Speicher zur Bildung akzeptabler Schichten auch bei Wässern mit unterschiedlichen Temperaturen sehr große und damit teure Strömungsformer benötigen.
Von diesem Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die im erheblich ökonomischeren Betrieb hinsichtlich sowohl Investitions- als auch Betriebskosten Wässer in Schichten speichert.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Nachfolgend soll diese Vorrichtung anhand des Ausführungsbeispiels und der 1 näher erläutert werden.
Der grundlegende Gedanke der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, die gemäß dem Stand der Technik bekannte Auffassung, das man zur Schichtenbildung in runden Speichern eine in Achsrichtung des Speichers gerichtete Strömung mit geringer kinetischer Energie, gebildet durch Strömungsformer am Speichereingang, verwendet und das die Rotation von Flüssigkeiten nur zur Vermischung derselben Verwendung findet, zu durchbrechen.
Die kinetische Energie des einströmenden Wassers, die die Schichtung im Speicher zerstören könnte, wird während der Einströmung in Rotationsenergie umgewandelt. Die Einströmung erfolgt dazu nicht in Achsrichtung des Speichers, sondern tangential winklig zur Achse.
Diese Einströmung erzeugt eine Rotation des einströmenden Wassers um die Speicherachse und treibt damit eine Rotation der gesamten Wässer im Speicher bis zum Speicherausgang an.
Die Vorrichtung nach 1 zeigt den entsprechenden Strömungsformer und seinen Einbau in den Speicher.
1.1 zeigt davon ein Blech A mit einem Segmentausschnitt B, einem Lochausschnitt C und Öffnungsschnitten D.
Dieses Blech A wird, zu sehen in 1.2 und 1.3, am Segmentausschnitt B zusammengefügt. Es entsteht ein kegelförmiger Strömungsformer mit einem Loch C zum Wassereintritt und Öffnungen E zum Wasseraustritt.
Die Öffnungen E entstehen bei der kegelförmigen Zusammenfügung des Blechs A durch die winkligen Öffnungsschnitte D, deren Blechinhalt im Winkel seine ursprüngliche Form beibehält.
1.4 zeigt den eingebauten Strömungsformer im Speicher F. Das Wasser strömt über den Wassereingang G durch das Loch C in den Raum zwischen Strömungsformer A und Speicher F und weiter über die Öffnungen E winklig zur Speicherachse in den Speicher F.
Auf dieser Strecke verringert sich die Strömungsgeschwindigkeit wegen der Raumvergrößerung der die Strömung umfassenden Begrenzung. Die restliche kinetische Energie des Wassers wird teilweise für den Antrieb der Rotation des Wassers im Speicher verbraucht.
Der Geschwindigkeitsunterschied des über Öffnung E einströmenden Wassers zu dem in die jeweils ähnliche Richtung rotierenden Speicherwasser ist sehr gering. Damit ist die Wirbelbildung gering und es entstehen gute und dauerhafte Rotationsschichten H der unterschiedlichen Wässer, die sich in Richtung I der Austrittsöffnung des Speichers F bewegen.
Die Vorteile dieser Vorrichtung sind eine gute Speicherschichtung auch bei verschiedenen Wässern gleichen Temperaturniveaus, einer Vermeidung von stagnierendem Wasser im Speicherbereich des Speicherausganges bei geringen Speichervolumenströmen und eines kleineren Strömungsformers. Damit ist der Einsatzbereich dieser Speicher erweitert, sie besitzen eine bessere Funktionsqualität und sind kostengünstiger, weil kleinere Speicher und kleinere Strömungsformer Verwendung finden.

A: Strömungsformer für Rotationsschichtung
B: Segment
C: Loch für Eingang bzw. Ausgang
D: Öffnungsschnitte
E: Öffnungen für Ausströmung winklig zur Speicherachsrichtung
F: Speicher für Rotationsschichtung
G: Eingang bzw. Ausgang für Rotationsschichtenspeicher
H: Rotationsschicht
I: Bewegungsrichtung der Rotationsschicht
J: Strömungsformer für übliche Schichtung
K: Öffnung für Ausströmung in Speicherachsrichtung
L: Speicher für übliche Schichtung
M: Eingang bzw. Ausgang für übliche Schichtenspeicher
N: Bewegungsrichtung der üblichen Schichten

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19751730 A1 [0005]
- DE 102004017443 B3 [0006]
- DE 102004017532 A1 [0008]
- DE 102007032195 A1 [0009]

Claims

Vorrichtung zum Speichern von unterschiedlichen Flüssigkeiten in Schichten gebildet aus einem Speicher (F), einem im oberen Bereich des Speichers F angeordneten schüssel- oder kegelförmigen Strömungsformer (A), Öffnungsschnitten (D), mindestens einer Einströmöffnung (C) und einer Zuleitung (G), dadurch gekennzeichnet, dass ein in einen Speicher (F) eingebauter Strömungsformer (A) Öffnungen (E) ausweist, welche so ausgestaltet sind, dass sie eine in den Raum oberhalb Strömungsformer (A) und Speicher (F) einströmende Flüssigkeit so winklig zur Achse des Speichers (F) aus diesen Öffnungen (E) in den Speicher (F) strömen lassen, dass die nacheinander in den Speicher (F) eingebrachten Flüssigkeiten im Speicher (F) rotierende Schichten bilden.