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WO2025051312A1 - Puffertank und wärmetauscher - Google Patents

Puffertank und wärmetauscher Download PDF

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Publication number
WO2025051312A1
WO2025051312A1 PCT/DE2023/000104 DE2023000104W WO2025051312A1 WO 2025051312 A1 WO2025051312 A1 WO 2025051312A1 DE 2023000104 W DE2023000104 W DE 2023000104W WO 2025051312 A1 WO2025051312 A1 WO 2025051312A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
liner
heat exchanger
buffer tank
connecting pieces
opening
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
PCT/DE2023/000104
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hubert Börger
Alexander BÖRGER
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.)
EMANO KUNSTSTOFFTECHNIK GmbH
Original Assignee
EMANO KUNSTSTOFFTECHNIK GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by EMANO KUNSTSTOFFTECHNIK GmbH filed Critical EMANO KUNSTSTOFFTECHNIK GmbH
Priority to DE112023003378.1T priority Critical patent/DE112023003378A5/de
Priority to PCT/DE2023/000104 priority patent/WO2025051312A1/de
Publication of WO2025051312A1 publication Critical patent/WO2025051312A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Pending legal-status Critical Current

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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
    • 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
    • F24H9/00—Details
    • F24H9/12—Arrangements for connecting heaters to circulation pipes
    • F24H9/13—Arrangements for connecting heaters to circulation pipes for water heaters
    • F24H9/133—Storage heaters
    • 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
    • F24H9/00—Details
    • F24H9/14—Arrangements for connecting different sections, e.g. in water heaters 
    • F24H9/142—Connecting hydraulic components
    • 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
    • F24H9/00—Details
    • F24H9/18—Arrangement or mounting of grates or heating means
    • F24H9/1809—Arrangement or mounting of grates or heating means for water heaters

Definitions

  • the invention relates to a buffer tank and a heat exchanger, in particular a buffer tank and heat exchanger for domestic and industrial hot water treatment systems.
  • the buffer tanks or containers known from the state of the art in domestic water heating systems are predominantly made of stainless steel or copper and are usually surrounded by a thermal insulation layer. Tanks made of enameled or galvanized sheet steel were also offered. Such containers are subject to severe corrosion. Depending on the aggressiveness of the water, the service life of even copper containers can be very short. To slow the corrosion and deposition process, sacrificial anodes are used as cathodic protection.
  • liquid containers which are manufactured from thermoplastic material using the blow molding or rotational melt molding process, but which are not suitable for these purposes because they cannot withstand the required water pressure, especially when heated.
  • Plastic containers are also known in which an outer shell made of glass-fiber-reinforced synthetic resin is wrapped over an inner wall made of thermoplastic. This initially creates a mostly circular hollow body with a more or less large opening at each end.
  • the edges of the inner wall, thickened at these openings, are designed as flange rings, each of which has threaded holes at regular intervals on its end face to allow the opening to be closed with a screwed-on lid. These lids are then also used for attaching pipe connections and fittings.
  • High-pressure vessels for gaseous media consist of a liner made of thermoplastic material and a glass-fiber-reinforced casing, in which metal connection pieces, in particular connection pieces for valves, are incorporated into the liner and form a material-locking connection with the thermoplastic material of the liner.
  • DE 24 25 424 A1 discloses a plastic hot water tank in which an outer wall made of glass-fiber-reinforced thermosetting synthetic resin is wound over an inner wall made of thermoplastic material.
  • the inner wall is closed on one end, referred to as the container base, and open on the other end and provided with a short, cylindrical extension, with a flange ring fitting over the cylindrical extension on the open side, with threaded holes arranged at regular intervals in the end face and a collar-like edge resting on the outer surface of the inner wall of the container, the latter being covered by the outer wall of the container.
  • the flange ring has threaded holes arranged at regular intervals on its end face, which serve to attach a cover using screws.
  • the cover is provided with connections for pipes and fittings.
  • DE 43 16 219 B4 discloses a water heater made of a temperature-resistant plastic material.
  • the water tank is composed of two half-shells, with the connection pieces for the cold water inlet and the hot water outlet formed on one end face. An opening is provided on the other end face of the water tank, the projecting edge of which is equipped with a thread for screwing in a cover.
  • the invention according to WO 2015 014 615 A1 relates to a water heater having a base tank for holding water.
  • the base tank has at least one inlet for water to be heated and at least one outlet for heated water.
  • the water heater further comprises a housing made at least partially from a heat-insulating polyurethane material and at least partially surrounding the base tank.
  • the outlet extends through the housing and has at least one section that extends vertically downwards within the housing substantially from the top of the base tank.
  • the inlet is designed as a straight pipe and is connected or attached to the base tank near the bottom and extends through the side wall of the base into the interior of the base tank.
  • EP 0 565 782 A1 describes a storage heater or tank for domestic boilers, consisting of a substantially elliptical, cylindrical or similar shell with partially spherical ends, provided with a bottom flange and an inlet flange for access and fastening, such a plastic shell intended to ensure a watertight seal and lined with one or more layers of high-strength fibers arranged in a circumferential direction with different inclinations are arranged on the generatrix or on the axis of the casing, such lining layers being capable of withstanding the axial and radial stresses generated by the contents and by the pressure inside the casing, the end flanges also being integrated into the casing by a portion of the lining made of fibers having a lower inclination to the axis and bonded with synthetic adhesive resin to reduce the tensile and shear stresses to which said fibers are subjected.
  • the casing is described as a blow-molded casing made of plastic material, e.g., high-density polyethylene or the like.
  • the invention EP 2 592 361 A1 relates to a storage tank made of plastic for a fluid medium, in particular for heated heating water or heated drinking water, wherein at least one assembly opening of the storage tank is closed with a lid for a head-side assembly opening of the storage tank to be closed and/or with a base for a foot-side assembly opening of the storage tank to be closed and the storage tank is at least partially reinforced or wrapped on the outside with a fiber composite material.
  • the walls of the storage container, and in particular the walls of the lid and base, are made entirely or essentially entirely of plastic.
  • the plastic is a thermoplastic polymer. It is recommended that the thermoplastic polymer be a polyolefin, and advantageously, polyethylene and/or polypropylene.
  • the storage container has a barrier layer made of metal, plastic, or paint, which prevents the diffusion of corrosive gases into the interior of the storage container and which is arranged between the storage container and the fiber composite material.
  • the lid and the base each have a connection element, to which connection elements the extraction device and the feed device are preferably connected.
  • the invention according to DE 10 2020 001 135 B3 relates to a pressure vessel and a method for producing a pressure vessel made of plastic for a pressurized, flowable, or gaseous medium for pressures up to 700 bar and above.
  • the pressure vessel consists of an inner container made of plastic with connection pieces arranged on the end faces for receiving valves and an outer shell made of fiber-reinforced reinforcement, wherein the Connection pieces are formed into the wall of the end faces of the inner container, in particular rotated in and formed by the fiber-reinforced reinforcement of the outer shell.
  • the connecting pieces consist of a hub, a cylindrical center piece and a flange, whereby the hub is provided with a bore carrying an internal thread, an external thread arranged at the lower end of the hub reaching into the interior of the inner container, the center piece with anti-twist devices distributed around the circumference and threaded bores arranged on the front side of the cylindrical center piece and the flange with undercuts and anti-twist devices.
  • WO 2014 118 338 A1 presents a heating system comprising one or more heat sources, a tank, and one or more heat users.
  • the tank contains a heat transfer medium and an energy storage medium that defines a thermal energy store.
  • the energy storage medium comprises a phase change material, and the phase change material is packaged in bags, and the bags are arranged in the tank such that heat transfer occurs.
  • the medium can flow at least partially around the bags to charge and discharge it.
  • the tank is provided with several connection pieces attached to the shell of the tank and to the top of the tank for supplying and discharging media for various heat sources and heat users. The tank and the connection pieces, as well as their attachment to the tank, are not disclosed.
  • CN 10 295 934 A1 describes a pressure-resistant and heat-resistant tank made of plastic, which has a container wall surface section consisting of a multi-layer structure with an inner layer made of polyphenylene ether resin, an outer layer made of polyamide resin and an intermediate layer made of a polyphenylene ether resin composition arranged between the inner layer and the outer layer and containing polyphenylene ether resin and polyamide resin.
  • US 2015 345 827 A1 describes a buffer water storage tank that integrates hot water and heating and has a tank body covered with a thermal insulation layer, such as thermal insulation cotton. This buffer water storage tank is used to connect hot water connections from heat sources to heat sinks.
  • WO2022 229 477 A1 describes a plastic pressurized hot water storage tank for hot water preparation or heating, made of plastic material, in particular PERT material.
  • the storage tank consists of a cylindrical body consisting of a cylinder, tube, or rigid SDR tube made of PERT material and two curved ends, preferably in the form of spherical caps, which are attached to the respective ends of the tube by welding with a molecular bonding system or butt welding.
  • the cold water inlet connections, water outlet connections and connections for the heat sources are connected to the plastic storage tank by welding.
  • All buffer tanks or containers known from the state of the art are made of stainless steel or copper, encased in a thermal insulation layer of foam or thermal insulation cotton.
  • the cold water inlet connections, water outlet connections, and heat source connections are welded to the buffer tank.
  • Enameled or galvanized sheet steel versions are also available.
  • sacrificial anodes are used as cathodic protection.
  • the object of the invention is to provide a buffer tank and heat exchanger, in particular a hot water buffer tank and heat exchanger, for domestic and industrial hot water treatment systems and for domestic and industrial central heating systems, which eliminates the disadvantages of the prior art, consists of a plastic tank and thus reduces the risk of corrosion and has no welded joints that can lead to leaks due to load changes.
  • a buffer tank and heat exchanger in particular a hot water buffer tank and heat exchanger for household and industrial hot water treatment systems with a container base 16 for receiving a container 1, wherein the container 1 consists of a liner 2 made of thermoplastic material and a fiber-reinforced outer shell 3 wound around the liner 2 and the liner 2 consists of a jacket 4 and end faces 6, 7 with molded-on semicircular bottoms 19, 20.
  • pipe receptacles 5 with a supporting plastic internal thread 12 and molded-in connecting pieces 10 are arranged, and in the base 19 of the end face 6 of the liner 2, an opening 9 which can be closed pressure-tight with a cover 8 is arranged as an inspection opening or as an opening for the installation of a heating register 24, wherein a metal ring 13 with rivet nuts 14 and with a sealing seat 15 is arranged around the opening 9 in the base 19 of the liner 2.
  • the connecting pieces 10 consist of a head 17 and a cylindrical shaft 18 and are provided with an internal thread 21 which corresponds to the plastic internal thread 12 of the pipe holder 5.
  • the connecting pieces 10 with their head 17 and with their shaft 18 and the metal ring 13 arranged in the base 19 of the liner 2 with rivet nuts 14 and the sealing seat 15 are completely molded into the liner 2 during the plastic forming process.
  • the connecting pieces 10 are incorporated into the pipe receptacles 5 of the shell 4 of the liner 2 with threaded bolts 11 that can be subsequently removed from the connecting pieces 10 to form a supporting plastic internal thread 12 molded into the pipe receptacles 5 for the pipe connections of heat sources 25 and heat users 26 during the plastic forming process, wherein after completion of the plastic forming process of the liner 2, the threaded bolt 11 is removed from the pipe receptacles 5 and the connecting pieces 10, so that the supporting plastic internal thread 12 for receiving pipe connections has been formed in the pipe receptacles 5.
  • the liner 2 with the pipe receptacles 5 and the opening 9 is then wrapped with the fiber-reinforced outer shell 3, wherein cutouts 22 for the pipe receptacles 5 and a cutout 23 for the opening 9 are formed in the outer shell 3.
  • the internal thread 21 of the connecting pieces 10 serves as a guide for mounting the pipes in the plastic internal thread 12 during the assembly of pipes in the pipe receptacles 5. This prevents the pipes from tilting during assembly of the pipes in the pipe receptacles and thus from destroying the supporting plastic internal thread 12, since the supporting plastic internal thread 12, in addition to supporting the pipe connections, also has a sealing function with respect to the pipe connections.
  • a heating register 24 can be arranged in the container 1 as a heat source 25 in the buffer tank and heat exchanger, which heating register is fastened to the metal ring 13 with its rivet nuts 14.
  • the heating register 24 can be connected to a heat pump, a solar collector or a burner for gaseous or liquid media to generate the heat
  • the pipe receptacles 5 with their portable plastic internal thread 12 can be designed to accommodate heating cartridges as heat sources 25.
  • the heating cartridges can be connected to a photovoltaic system.
  • the supporting plastic internal thread of the pipe holder can be variably designed in terms of length, thread type, and thread size, and adapted according to customer requirements. Different heat sources and heat users can be connected to the buffer tank and heat exchanger simultaneously.
  • the connecting pieces 10 and the metal ring 13 with the rivet nuts 14 can be rotated or cast into the liner 2 made of thermoplastic material.
  • the connecting pieces 10 and the metal ring 13 are made of metal, in particular of structural steel, stainless steels, aluminum alloys, brass or other copper alloys and are subjected to a surface treatment by means of a heat treatment before being processed as an insert in the plastic forming process.
  • the container 1 After being wrapped with the fiber-reinforced outer shell 3, the container 1 can additionally be provided with a thermal insulation layer.
  • Fig. 1 shows the buffer tank and heat exchanger with container base 16, Figs. 2 and 3 a schematic sectional view of the container 1
  • Fig. 4 a sectional view of the detail A with the pipe holder 5 of the container 1
  • Fig. 5 is a sectional view of the detail A of the pipe holder 5 of the container 1
  • Fig. 6 is a view of the connecting piece 10 with threaded bolt 11
  • Fig. 7 is a view of the connecting piece
  • Fig. 8 is a sectional view of the detail B with the lid 8 and opening 9 of the container 1
  • Fig. 9 is a schematic example of the application of the buffer tank and heat exchanger, wherein
  • the connecting pieces 10 are manufactured from stainless steel by machining processes such as turning, milling, drilling and form erosion, whereby the connecting pieces 10 consist of the head 17 and the cylindrical shaft 18 and are provided with an internal thread 21 which corresponds to the supporting plastic internal thread 12 of the pipe holder 5.
  • the connecting pieces 10 are then subjected to a surface treatment with an adhesive and a heat treatment.
  • the connecting pieces 10, with the threaded bolts 11 screwed into the connecting pieces 10, are then inserted and secured into a mold for a rotational sintering process in such a way that the connecting pieces 10 are rotated into the PE plastic material in the shell of the liner 2 during the production of the liner 2 by rotational sintering.
  • the connecting pieces 10, including their head 17 and their shaft 18, and the metal ring 13 arranged in the base 19 of the liner 2, with the rivet nuts 14 and the sealing seat 15, are molded into the liner 2 using the plastic forming process.
  • the threaded bolt 11 is removed from the pipe receptacles 5 and the connecting pieces 10, so that the supporting plastic internal thread 12 for receiving pipe connections has been formed in the pipe receptacles 5.
  • the liner 2 with the pipe receptacles 5 and the connecting pieces 10 arranged in the pipe receptacles 5 and the opening 9 with the metal ring 13 formed in the liner 2 is then wrapped with the fiber-reinforced outer shell 3, wherein openings 22 for access to the pipe receptacles 5 and a opening 23 for the opening 9 and the rotated-in metal ring 13 with rivet nut 14 and sealing seat 15 are incorporated into the outer shell 3.
  • the threaded bolts 11, which extend from the connecting pieces 10 into the interior of the liner 2 formed by the plastic forming process, in this case rotational sintering, are used to form the supporting plastic internal threads 12 onto the connecting pieces 10 during the plastic forming process, in this case rotational sintering, whereby the supporting plastic internal threads 12 of the pipe receptacles 5 extend into the interior of the liner 2.
  • rotational sintering By varying the length of the threaded bolt 11, the Length, type and size of the thread of the supporting plastic internal thread 12 can be varied as required.
  • the container 1 according to example 1 is, as shown in Fig. 9, equipped with a heating register 24 as heat source 25 and with a heating cartridge received in a pipe holder 5 as heat source 25 and with heat users 26 shown as radiators and shower heads, wherein the heating register 24 is connected to a heat pump or a solar collector and the heating cartridge is connected to a photovoltaic system via a converter.
  • the inventive buffer tank and heat exchanger with a liner 2 made of thermoplastic material and a fiber-reinforced outer shell 3 wrapped around the liner 2 and with pipe receptacles 5 molded into the liner 2 of the plastic liner and a metal ring 13 molded into the bottom of one end face of the plastic liner for connecting the heat sources and users creates a buffer tank and heat exchanger that is significantly less expensive than the buffer tanks known from the prior art and that has a high durability due to less corrosion and deposits.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Puffertank und Wärmetauscher, insbesondere einen Puffertank und Wärmetauscher für Haushalt- und Industrie-Warmwasserbereitungsanlagen mit einem Behälterfuß (16) zur Aufnahme eines Behälters (1), bestehend aus einem Liner (2) aus thermoplastischem Kunststoff und einer um den Liner (2) gewickelten faserarmierten Außenhülle (3), wobei der Liner (2) aus einem Mantel (4) und aus Stirnseiten (6, 7) mit angeformten halbkreisförmigen Böden (19, 20) besteht. Im Mantel (4) des Liners (2) sind Rohraufnahmen (5) mit tragenden Kunststoffinnengewinde (12) und, durch Kunststoffumformverfahren, insbesondere Rotationssintern oder Gießen, eingeformte Anschlussstücke (10) und im Boden (19) der Stirnseite (6) des Liner (2) eine mit einem Deckel (8) druckfest verschließbare Öffnung (9) als Revisionsöffnung oder als Öffnung für den Einbau einer Wärmequelle (25), insbesondere eines Heizregisters (24) angeordnet, wobei um die Öffnung (9) im Boden (19) des Liners (2) ein Metallring (13) mit Nietmuttern (14) und mit einem Dichtsitz (15) durch Kunststoffumformverfahren, insbesondere Rotationssintern oder Gießen, eingeformt ist. Die Rohraufnahmen (5) sind so ausgebildet, dass in den Rohraufnahmen (5) Wärmequellen (25), insbesondere Heizpatronen aufgenommen werden können.

Description

Puffertank und Wärmetauscher
Die Erfindung betrifft einen Puffertank und einen Wärmetauscher, insbesondere einen Puffertank und Wärmetauscher für Haushalt- und Industrie- Warmwasseraufbereitungsanlagen.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Puffer-tanks oder -behälter in Haushalt- Warmwasserbereitungsanlagen sind vorwiegend aus nichtrostendem Stahl oder Kupfer hergestellt und sind in der Regel mit einer Wärmedämmschicht umgeben. Es wurden auch Tanks aus emailliertem oder verzinktem Stahlblech angeboten. Solche Behälter sind starken Korrosionen ausgesetzt. Je nach Aggressivität des Wassers ist die Lebensdauer selbst der aus Kupfer hergestellten Behälter unter Umständen nur sehr gering. Um den Korrosions- und Ablagerungsprozess zu verlangsamen, werden Opferanoden als kathodischer Schutz eingesetzt.
Auch sind aus dem Stand der Technik Flüssigkeitsbehälter bekannt, die im Blasverfahren oder dem Rotations-Schmelzgussverfahren aus thermoplastischem Kunststoff hergestellt werden, die aber für diese Zwecke nicht geeignet sind, da sie den erforderlichen Wasserdruck, insbesondere in erwärmtem Zustand nicht aushalten.
Weiterhin sind Kunststoffbehälter bekannt, bei denen über eine Innenwand aus thermoplastischem Kunststoff eine Außenhülle aus glasfaserarmiertem Kunstharz gewickelt wird. Es entsteht dabei zunächst ein meist drehrunder Hohlkörper, der an jedem Stirnende eine mehr oder weniger große Öffnung hat. Die an diesen Öffnungen verdickten Ränder der Innenwand sind dabei als Flanschringe ausgebildet, deren jeder auf seiner Stirnfläche in regelmäßigen Abständen mit Gewindebohrungen versehen ist, um die Öffnung mit einem aufgeschraubten Deckel verschließen zu können. Diese Deckel benutzt man dann auch zur Anbringung von Leitungsanschlüssen und Armaturen.
Auch sind aus dem Stand der Technik Hochdruckbehälter für gasförmige Medien bekannt, die aus einem Liner aus thermoplastischem Kunststoff und glasfaserarmierten Ummantelung bekannt, bei denen Anschlussstücke aus Metall, insbesondere Anschlusstücke für Ventile in den Liner eingearbeitet sind und mit dem thermoplastischen Kunststoff des Liners eine stoffschlüssige Verbindung eingehen. Aus der DE 24 25 424 A1 ist ein Warmwasserbehälter aus Kunststoff bekannt, bei dem über eine Innenwand aus thermoplastischem Kunststoff eine Außenwand aus glasfaserarmiertem duroplastischen Kunstharz gewickelt ist. Die Innenwand ist an ihrer einen, als Behälterboden bezeichneten Stirnseite geschlossen und an der anderen Stirnseite offen und mit einem kurzen, zylindrischen Ansatz versehen, wobei an der offenen Seite ein über den zylindrischen Ansatz passender Flanschring mit in der Stirnfläche in gleichmäßigen Abständen angeordneten Gewindebohrungen und einem auf der Außenfläche der Behälterinnenwand aufliegenden kragenartigen Rand angeordnet ist, welch letzterer von der Außenwand des Behälters überdeckt ist.
Der Flanschring weist auf seiner Stirnfläche in regelmäßigen Abständen angeordnete Gewindebohrungen auf, die der Befestigung eines Deckels mittels Schrauben dienen. Der Deckel ist mit Anschlüssen für Rohrleitungen und Armaturen versehen. In der DE 43 16 219 B4 wird ein Warmwasserbereiter offenbart, der aus einem temperaturbeständigen Kunststoffmaterial besteht. Der Wasserbehälter ist aus zwei Halbschalen und zusammengesetzt., wobei dessen Anschlussstutzen für den Kaltwasserzulauf und den Warmwasserablauf an dessen einer Stirnseite angeformt sind. An der anderen Stirnseite des Wasserbehälters ist eine Öffnung vorgesehen, deren vorgezogener Rand mit einem Gewinde zum Einschrauben eines Deckels ausgerüstet ist.
Die Erfindung gemäß WO 2015 014 615 A1 betrifft einen Warmwasserbereiter, der einen Grundbehälter zur Wasseraufnahme aufweist. Der Grundbehälter weist mindestens einen Zulauf für zu erwärmendes Wasser und mindestens einen Auslass für erwärmtes Wasser auf. Der Warmwasserbereiter weist ferner ein Gehäuse auf, das zumindest teilweise aus einem wärmeisolierenden Material aus Polyurethan hergestellt ist und den Grundbehälter zumindest teilweise umgibt. Der Auslass erstreckt sich durch das Gehäuse und weist mindestens einen Abschnitt auf, der sich innerhalb des Gehäuses im Wesentlichen vom Kopf des Grundbehälter senkrecht nach unten erstreckt. Der Zulauf ist als gerades Rohr ausgebildet und in der Nähe der Unterseite an den Grundbehälter angeschlossen oder angebracht und erstreckt sich durch die Seitenwand des Bodens in das Innere des Grundbehälters.
In der EP 0 565 782 A1 wird eine Speicherheizung oder -behälter für Heizkessel für den Hausgebrauch beschrieben, der aus einer im Wesentlichen elliptischen, zylindrischen oder ähnlichen Hülle mit teilweise kugelförmigen Enden besteht, die mit einem Bodenflansch und einem Einlassflansch für den Zugang und die Befestigung versehen sind, wobei eine solche Hülle aus Kunststoff eine wasserdichte Abdichtung gewährleisten soll und mit einer oder mehreren Schichten hochfester Fasern ausgekleidet ist, die in einem umlaufenden Sinne mit unterschiedlichen Neigungen angeordnet sind an der Generatrix oder an der Achse der Hülle, wobei solche Auskleidungsschichten in der Lage sind, die axialen und radialen Spannungen standzuhalten, die durch den Inhalt und durch den Druck im Inneren der Hülle erzeugt werden, wobei die Endflansche auch durch einen Teil der Auskleidung von Fasern, die eine geringere Neigung gegenüber der Achse aufweisen, in die Hülle integriert und mit synthetischem Haftharz verbunden sind, um die Zug- und Scherspannungen zu verringern, denen die genannten Fasern unterworfen werden. Die Hülle ist als eine durch das Blasformverfahren geformten Hülle aus Kunststoffmaterial, z. B. Polyethylen hoher Dichte oder dergleichen beschrieben. Die Erfindung EP 2 592 361 A1 betrifft einen Speicherbehälter aus Kunststoff für ein fluides Medium, insbesondere für erwärmtes Heizungswasser oder erwärmtes Trinkwasser, wobei mindestens eine Montageöffnung des Speicherbehälters mit einem Deckel für eine zu verschließende kopfseitige Montageöffnung des Speicherbehälters und/oder mit einem Boden für eine zu verschließende fußseitige Montageöffnung des Speicherbehälters verschlossen und der Speicherbehälter zumindest teilweise außenseitig mit einem Faserverbundmaterial verstärkt bzw. umwickelt ist.
Die Wandung des Speicherbehälters und insbesondere die Wandung des Deckels und des Bodens bestehen vollständig bzw. im Wesentlichen vollständig aus Kunststoff. Vorteilhafterweise ist der Kunststoff ein thermoplastisches Polymer. Es empfiehlt sich, dass das thermoplastische Polymer ein Polyolefin und zweckmäßigerweise ein Polyethylen und/oder Polypropylen ist.
Der Speicherbehälter weist eine Barriereschicht aus Metall, Kunststoff oder einem Lack auf, die ein Diffundieren korrosiver Gase in den Innenraum des Speicherbehälters verhindert und die zwischen dem Speicherbehälter und dem Faserverbundmaterial angeordnet ist. Der Deckel und der Boden weist jeweils ein Anschlusselement auf, an welche Anschlusselemente vorzugsweise die Entnahmevorrichtung und die Einspeisungsvorrichtung angeschlossen sind. Die Erfindung gemäß DE 10 2020 001 135 B3 betrifft einen Druckbehälter und ein Verfahren zur Herstellung eines Druckbehälters aus Kunststoff für ein druckbelastetes, fließfähiges oder gasförmiges Medium für Drücke bis 700 bar und darüber. Der Druckbehälter besteht aus einem Innenbehälter aus Kunststoff mit an den Stirnseiten angeordneten Anschlussstücken zur Aufnahme von Ventilen und aus einem Außenmantel aus einer faserverstärkten Armierung, wobei die Anschlussstücke in die Wandung der Stirnseiten des Innenbehälters eingeformt, insbesondere einrotiert und von der faserverstärkten Armierung des Außenmantel umformt sind.
Die Anschlussstücke bestehen aus einer Nabe, einem zylindrischen Mittelstück und einem Flansch, wobei die Nabe mit einer, ein Innengewinde tragende, Bohrung, einem am unteren, in das Innere des Innenbehälters reichenden Ende der Nabe angeordneten Außengewinde, das Mittelstück mit auf dem Umfang verteilten Verdrehsicherungen und auf der Stirnseite des zylindrischen Mittelstücks angeordneten Gewindebohrungen sowie der Flansch mit Hinterschneidungen und Verdrehsicherungen versehen sind.
In der WO 2014 118 338 A1 wird ein Heizsystem vorgestellt, das eine oder mehrere Wärmequellen, einen Tank und einen oder mehrere Wärmenutzer umfasst. Der Tank enthält ein Wärmeübertragungsmedium und ein Energiespeichermedium, das einen thermischen Energiespeicher definiert. Das Energiespeichermedium umfasst ein Phasenwechselmaterial und das Phasenwechselmaterial ist in Beutel verpackt, und die Beutel sind im Tank so angeordnet, dass die Wärmeübertragung erfolgt. Das Medium kann die Beutel zumindest teilweise umströmen, um es zu laden und zu entladen. Der Tank ist mit mehrere am Mantel des Tanks und am Kopf des Tanks befestigten Anschlussstücke für die Zuführung und Abführung von Medien für verschiedene Wärmequellen und Wärmenutzern versehen. Der Tank und die Anschlussstücke sowie deren Befestigung am Tank sind nicht offenbart.
In der CN 10 295 934 A1 wird ein druckfester und hitzebeständiger Tank aus Kunststoff beschrieben, der einen Behälterwandflächenabschnitt aufweist, der aus einem mehrschichtigen Aufbau mit einer Innenschicht aus Polyphenylenetherharz, einer Außenschicht aus Polyamidharz und Zwischenschicht aus einer Polyphenylenetherharzzusammensetzung besteht, die zwischen der Innenschicht und der Außenschicht angeordnet ist und Polyphenylenetherharz und Polyamidharz enthält.
Die US 2015 345 827 A1 beschreibt einen Pufferwasserspeicher, der Warmwasser und Heizung integriert und einen Behälterkörper aufweist, der mit einer Wärmedämmschicht, wie z. B. Wärmedämmbaumwolle, bedeckt ist. Dieser Pufferwasserspeicher wird zur Verbindung von Warmwasseranschlüssen von Wärmequellen Kühlkörper verwendet. Die WO2022 229 477 A1 beschreibt einen Druck- Warmwasserspeicher aus Kunststoff für die Warmwasserbereitung oder für die Heizung, die aus Kunststoffmaterial, insbesondere aus PERT-Material besteht. Der Speicherbehälter besteht aus einem zylindrischen Körper, der aus einem Zylinder, Rohr oder starren SDR-Rohr aus PERT-Material und zwei gekrümmten Böden, vorzugsweise in Form von kugelförmigen Kappen, die an den jeweiligen Enden des Rohres durch Schweißen mit einem molekularen Bindungssystem oder Stumpfschweißen befestigt werden.
Die Kaltwasserzulaufanschlüsse, Wasseraustrittsanschlüsse und Anschlüsse für die Wärmequellen sind mit dem Speicher aus Kunststoff durch Verschweißen mit dem Speicherbehälter verbunden.
Bei allen aus dem Stand der Technik bekannten Puffertanks oder -behälter bestehen aus nichtrostendem Stahl oder Kupfer, die zur Wärmeisolierung mit einer Wärmedämmschicht aus Schaumstoffen oder Wärmedämmbaumwolle umhüllt sind, wobei die Kaltwasserzulaufanschlüsse, Wasseraustrittsanschlüsse und Anschlüsse für die Wärmequellen mit dem Puffertank durch Verschweißen verbunden sind. Es werden auch solche aus emailliertem oder verzinktem Stahlblech angeboten.
Je nach Aggressivität des Wassers ist die Lebensdauer selbst der aus Kupfer hergestellten Behälter unter Umständen nur sehr gering. Um den Korrosions- und Ablagerungsprozess zu verlangsamen, werden Opferanoden als kathodischer Schutz eingesetzt.
Durch den Einsatz von Opferanoden und durch das Verschweißen der Anschlüsse mit dem Puffertank entstehen erhöhte Herstellungskosten es besteht die Gefahr, dass es bei Lastwechsel und Druckänderungen durch die Schweißverbindung zu Leckagen kommen kann.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen Puffertank und Wärmetauscher, insbesondere einen Warmwasser-Puffertank und -Wärmetauscher, für Haushalt- und Industrie- Warmwasseraufbereitungsanlagen und für Haus- und Industrie- Sammelheizungen zu schaffen, der die Nachteile des Standes der Technik ausräumt, aus einem Kunststofftank besteht und somit die Korrosionsgefahr verringert sowie keine Schweißverbindungen aufweist, die durch Lastwechsel zu Undichtigkeiten führen können. Die Aufgabe der Erfindung wird durch einen Puffertank und Wärmetauscher, insbesondere Warmwasser-Puffertank und Wärmetauscher für Haushalt- und Industrie- Warmwasseraufbereitungsanlagen mit einem Behälterfuß 16 zur Aufnahme eines Behälters 1 , wobei der Behälter 1 aus einem Liner 2 aus thermoplastischem Kunststoff und einer um den Liner 2 gewickelten faserarmierten Außenhülle 3 und der Liner 2 aus einem Mantel 4 und aus Stirnseiten 6,7 mit angeformten halbkreisförmige Böden 19, 20 besteht, gelöst.
In dem Mantel 4 des Liners 2 sind Rohraufnahmen 5 mit einem tragenden Kunststoffinnengewinde 12 und eingeformten Anschlussstücken 10 und im Boden 19 der Stirnseite 6 des Liners 2 eine mit einem Deckel 8 druckfest verschließbare Öffnung 9 als Revisionsöffnung oder als Öffnung für den Einbau eines Heizregisters 24 angeordnet, wobei um die Öffnung 9 im Boden 19 des Liners 2 ein Metallring 13 mit Nietmuttern 14 und mit einem Dichtsitz 15 angeordnet ist.
Die Anschlusstücke 10 bestehen aus einem Kopf 17 und einem zylindrischen Schaft 18 und sind mit einem Innengewinde 21 , das dem Kunststofflinnengewinde 12 der Rohraufnahme 5 entspricht, versehen.
Die Anschlussstücke 10 mit ihrem Kopf 17 und mit ihrem Schaft 18 und der im Boden 19 des Liners 2 angeordnete Metallring 13 mit Nietmuttern 14 und dem Dichtsitz 15 sind im Kunststoffumformverfahren komplett in den Liner 2 eingeformt. In die Rohraufnahmen 5 des Mantels 4 des Liners 2 sind die Anschlussstücke 10 mit aus den Anschlussstücken 10 nachträglich entfernbaren Gewindebolzen 11 zur Bildung eines in den Rohraufnahmen 5 eingeformten tragenden Kunststoffinnengewindes 12 für die Rohranschlüsse von Wärmequellen 25 und Wärmenutzer 26 während des Kunststoffumformverfahren eingearbeitet, wobei nach Beendigung des Kunststoffumformverfahrens des Liners 2 der Gewindebolzen 11 aus den Rohraufnahmen 5 und den Anschlusstücke 10 entfernt wird, so dass in den Rohraufnahmen 5 das tragende Kunststoffinnengewinde 12 für die Aufnahme von Rohranschlüssen gebildet wurde.
Danach wird der Liner 2 mit den Rohraufnahmen 5 und der Öffnung 9 mit der faserarmierten Außenhülle 3 umwickelt, wobei in die Außenhülle 3 Freimachungen 22 für die Rohraufnahmen 5 und eine Freimachung 23 für den Öffnung 9 eingeformt sind. Das Innengewinde 21 der Anschlussstücke 10 dient während der Montage von Rohren in die Rohraufnahmen 5 als Führung für das Montieren der Rohre in das Kunststoffinnengewinde 12. Dadurch wird bei der Montage der Rohre in die Rohraufnahmen ein Verkanten der Rohre und damit eine Zerstörung des tragenden Kunststoffinnengewinde 12 verhindert, da das tragende Kunststoffinnengewinde 12 neben des Tragens der Rohranschlüsse auch eine Dichtfunktion gegenüber den Rohranschlüssen hat.
In dem Puffertank und Wärmetauscher kann in einer Auslegung der Erfindung als eine Wärmequelle 25 ein Heizregister 24 im Behälter 1 angeordnet sein, das am Metallring 13 mit seinen Nietmuttern 14 befestigt ist.
Das Heizregister 24 kann mit einer Wärmpumpe, mit einem Sonnenkollektor oder mit einem Brenner für gasförmige oder flüssige Medien zur Erzeugung der Wärme verbunden sein
In einer weiteren Auslegung der Erfindung können die Rohraufnahmen 5 mit ihrem tragbaren Kunststoffinnengewinde 12 zur Aufnahme von Heizpatronen als Wärmequellen 25 ausgebildet sein.
Die Heizpatronen können mit einer Photovoltaikanlage verbunden sein. Mit dem Gewindebolzen 11 kann das tragende Kunststoffinnengewinde der Rohraufnahme in seiner Länge, in der Gewindeart und Gewindegröße variabel gestaltet und entsprechend des Kundenwunsches angepasst werden und es können verschiedene Wärmequellen und Wärmenutzer gleichzeitig mit dem Puffertank und Wärmetauscher verbunden sein.
Die Anschlussstücke 10 und der Metallring 13 mit den Nietmuttern 14 können in den Liner 2 aus thermoplastischen Kunststoff einrotiert oder eingegossen sein.
Die Anschlussstücke 10 und der Metallring 13 sind aus Metall, insbesondere aus Bau- Stahl, rostfreien Stählen, Aluminium- Legierungen, Messing oder anderen Kupfer- Legierungen gefertigt und sind vor der Verarbeitung als Einlegeteil in das Kunststoffumformungsverfahren einer Oberflächenbehandlung mittels einer Wärmebehandlung unterzogen.
Der Behälter 1 kann nach dem Umwickeln mit der faserverstärkten Außenhülle 3 zusätzlich mit einer Wärmedämmschicht versehen werden.
Die Erfindung wird anhand eines Beispiels näher erläutert, wobei die Fig. 1 den Puffertank und Wärmetauscher mit Behälterfuß 16, die Fig.2 und 3 eine schematische Schnittdarstellung des Behälters 1 , die Fig.4 eine Schnittdarstellung des Details A mit der Rohraufnahme 5 des Behälters 1, die Fig.5 eine Schnittdarstellung des Details A der Rohraufnahme 5 des Behälters 1 , die Fig.6 ein Darstellung des Anschlussstückes 10 mit Gewindebolzen 11 , die Fig. 7 eine Darstellung des Anschlussstückes 10, die Fig. 8 eine Schnittdarstellung des Details B mit dem Deckel 8 und Öffnung 9 des Behälters 1 , und die Fig. 9 ein schematisches Beispiel der Anwendung des Puffertanks und Wärmetauscher, wobei
1 Behälter
2 Liner
3 faserarmierte Außenhülle
4 Mantel
5 Rohraufnahme
6 Stirnseite mit Boden 19
7 Stirnseite mit Boden 20
8 Deckel
9 Öffnung
10 Anschlussstück
11 Gewindebolzen
12 Kunststoffinnengewinde der Rohraufnahme 5
13 Metallring
14 Nietmutter
15 Dichtsitz
16 Behälterfuß
17 Kopf des Anschlussstückes 10
18 Schaft des Anschlussstückes 10
19 Boden der Stirnseite 6
20 Boden der Stirnseite 7
21 Innengewinde der Anschlussstücke 10
22 Freimachung für Rohraufnahmen 5 in der faserarmierten Außenhülle 3
23 Freimachung für Öffnung 9 in der faserarmierten Außenhülle 3
24 Heizregister
25 Wärmequelle
26 Wärmenutzer bedeuten. Beispiele
1. Die Anschlussstücke 10 werden durch spanabhebende Verfahren, wie Drehen, Fräsen, Bohren und Formerodieren aus einem rostfreien Stahl gefertigt, wobei die Anschlussstücke 10 aus dem Kopf 17 und dem zylindrischen Schaft 18 bestehen und mit einem Innengewinde 21 , das dem tragenden Kunststoffinnengewinde 12 der Rohraufnahme 5 entspricht, versehen sind.
Anschließend werden die Anschlussstücke 10 einer Oberflächenbehandlung mit, einem Haftmittel und einer Wärmebehandlung unterzogen. Danach werden die Anschlussstücke 10 mit den in die Anschlusstücke 10 eingeschraubten Gewindebolzen 11 in ein Formwerkzeug für ein Rotations- Sinterverfahren so eingebracht und befestigt, dass die Anschlussstücke 10 im Mantel des Liners 2 bei der Herstellung des Liners 2 durch das Rotationssintern in das Kunststoffmaterial PE, einrotiert werden, wobei die Anschlussstücke 10 komplett mit ihrem Kopf 17 und mit ihrem Schaft 18 und der im Boden 19 des Liners 2 angeordnete Metallring 13 mit den Nietmuttern 14 und dem Dichtsitz 15 im Kunststoffumformverfahren in den Liner 2 eingeformt sind.
Nach Beendigung des Kunststoffumformverfahrens des Liners 2 wird der Gewindebolzen 11 aus den Rohraufnahmen 5 und den Anschlusstücke 10 entfernt, so dass in den Rohraufnahmen 5 das tragende Kunststoffinnengewinde 12 für die Aufnahme von Rohranschlüssen gebildet wurde.
Der Liner 2 mit den Rohraufnahmen 5 und in den Rohraufnahmen 5 angeordneten Anschlussstücken 10 und der Öffnung 9 mit dem in den Liner 2 eingeformten Metallring 13 wird anschließend mit der faserarmierten Außenhülle 3 umwickelt, wobei in die Außenhülle 3 Freimachungen 22 für den Zugang zu den Rohraufnahmen 5 und eine Freimachung 23 für die Öffnung 9 und des einrotierten Metallringes 13 mit Nietmutter 14 und Dichtsitz 15 eingearbeitet sind.
Durch die Gewindebolzen 11 , die durch ihre Länge aus den Anschlusstücken 10 in das Innere des durch das Kunststoffumformverfahren, hier Rotationssintern, geformten Liners 2 hineinragen, werden beim Kunststoffumformverfahren, hier Rotationssintern, an die Anschlusstücken 10 die tragenden Kunststoffinnengewinde 12 angeformt, wobei die tragenden Kunststoffinnengewinde 12 der Rohraufnahmen 5 in das Innere des Liners 2 hineinragen. Durch eine variable Länge des Gewindebolzens 11 kann auch die Länge, die Art und Größe des Gewindes des tragenden Kunststoffinnengewindes 12 je nach Bedarf variiert werden.
2. Der Behälter 1 gemäß Beispiel 1 ist, wie in der Fig. 9 dargestellt, mit einem Heizregister 24 als Wärmequelle 25 und mit einer in einer Rohraufnahme 5 aufgenommenen Heizpatrone als Wärmequelle 25 sowie, mit als Heizkörper und Duschkopf dargestellten, Wärmenutzern 26, ausgerüstet, wobei das Heizregister 24 mit einer Wärmepumpe oder einem Sonnenkollektor und die Heizpatrone über einen Umformer mit einer Photovoltaikanlage verbunden sind.
Durch den erfinderischen Puffertank und Wärmetauscher mit einem Liner 2 aus thermoplastischem Kunststoff und einer um den Liner 2 gewickelten faserarmierten Außenhülle 3 und mit in den Liner 2 des Kunststoffliner eingeformten Rohraufnahmen 5 und in dem Boden einer Stirnseite des Kunststoffliners eingeformten Metallring 13 für den Anschluss der Wärmequellen und -nutzer wird ein Puffertank und Wärmetauscher geschaffen, der bedeutend weniger Kosten verursacht, als die aus dem Stand der Technik bekannten Puffertanks und dem eine hohe Langlebigkeit durch geringere Korrosion und Ablagerung gegeben ist.

Claims

Patentansprüche
1. Puffertank und Wärmetauscher, insbesondere Warmwasser- Puffertank und Warmwasser-Wärmetauscher für Haushalts- und Industrie- Warmwasseraufbereitungsanlagen mit einem Behälterfuß (16) zur Aufnahme eines Behälters (1), bestehend aus einem Liner (2) aus thermoplastischem Kunststoff und einer um den Liner (2) gewickelten faserarmierten Außenhülle (3), wobei der Liner (2) aus einem Mantel (4) und aus Stirnseiten(6,7) mit angeformten halbkreisförmigen Böden (19, 20) besteht, dadurch gekennzeichnet, dass im Mantel (4) des Liners (2) Rohraufnahmen (5) mit tragenden Kunststoffinnengewinden (12) und eingeformten Anschlussstücken (10) und im Boden (19) der Stirnseite (6) des Liners (2) eine Öffnung (9) angeordnet sind, wobei um die Öffnung (9) im Boden (19) des Liners (2) ein Metallring (13) mit Nietmuttern (14) und mit einem Dichtsitz (15) eingeformt ist.
2. Puffertank und Wärmetauscher nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in die Rohraufnahmen (5) des Mantels (4) des Liners (2) die Anschlussstücke (10) mit einem aus den Anschlussstücken (10) nachträglich entfernbaren Gewindebolzen (11) zur Bildung eines in den Rohraufnahmen (5) eingeformten tragenden Kunststoffinnengewindes (12) für die Rohranschlüsse von Wärmequellen (25) und Wärmenutzern (26) während des Kunststoffumformverfahren eingearbeitet sind.
3. Puffertank und Wärmetauscher nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (9) als mit einem Deckel 8 druckfest verschließbare Öffnung 9 ausgebildet ist.
4. Puffertank und Wärmetauscher nach Anspruch 1 - 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Behälter (1) als Wärmequelle (25) ein Heizregister (24) angeordnet ist, wobei das Heizregister (24) am Metallring (13) mit Nietmuttern (14) und Dichtsitz (15) befestigt ist.
5. Puffertank und Wärmetauscher (1) nach Anspruch 1 - 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohraufnahmen (5) mit dem tragenden Kunststoffinnengewinde (12) zur Aufnahme von Heizpatronen als Wärmequelle (25) ausgebildet sind.
6. Puffertank und Wärmetauscher (1) nach Anspruch 1 -2 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlusstücke (10) aus einem Kopf (17) und einem zylindrischen Schaft (18) bestehen und mit einem Innengewinde (21), das dem tragenden Kunststoffinnengewinde (12) der Rohraufnahme (5) entspricht, versehen sind.
7. Puffertank und Wärmetauscher (1) nach Anspruch 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussstücke (10) mit ihrem Kopf (17) und mit ihrem Schaft (20) und der im Boden (21 ) des Liners (2) angeordnete Metallring (13) mit Nietmuttern (14) und dem Dichtsitz (15) im Kunststoffumformverfahren in den Liner (2) eingeformt sind.
8. Puffertank und Wärmetauscher (1 ) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussstücke (10) und der Metallring (13) mit den Nietmuttern (14) in den Liner (2) aus thermoplastischen Kunststoff einrotiert oder eingegossen sind.
9. Puffertank und Wärmetauscher (1) nach Anspruch 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Liner (2) mit der faserarmierten Außenhülle (3) umwickelt ist, wobei in die Außenhülle (3) Freimachungen (22) für den Zugang zu den Rohraufnahmen (5) und eine Freimachung (23) für den Deckel (7) eingeformt sind.
10. Puffertank und Wärmetauscher nach Anspruch 1 - 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussstücke (10) und der Metallring (13) aus Metall, insbesondere aus Bau- Stahl, rostfreien Stählen, Aluminium- Legierungen, Messing oder anderen Kupfer- Legierungen gefertigt sind, und vor der Verarbeitung als Einlegeteil in das Kunststoffumformungsverfahren einer Oberflächenbehandlung mittels einer Wärmebehandlung unterzogen ist.
11 . Puffertank und Wärmetauscher nach Anspruch 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (1) nach dem Umwickeln mit der faserverstärkten Außenhülle (3) mit einer Wärmedämmschicht versehen wird.
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