AT516315A1 - heat storage - Google Patents
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Abstract
Wärmespeicher umfassend, einen Behälter (1 ), ein in dem Behälter (1) vorgesehenes erstes Medium (2) zum Speichern und/oder zum Transport von Wärme, ein in dem Behälter vorgesehenes zweites Medium (3) zum Speichern und/oder zum Transport von Wärme, einen ersten Wärmetauscher (4), der zumindest mit dem ersten Medium (2) in Kontakt steht, sodass bei vorliegen einer Temperaturdifferenz ein Wärmestrom zwischen dem ersten Medium (2) und dem ersten Wärmetauscher (4) erfolgt, einen zweiten Wärmetauscher (5), der zumindest mit dem zweiten Medium (3) in Kontakt steht, sodass bei vorliegen einer Temperaturdifferenz ein Wärmestrom zwischen dem zweiten Medium (3) und dem zweiten Wärmetauscher (5) erfolgt, wobei das erste Medium (2) eine höhere Dichte aufweist als das zweite Medium (3), wobei die beiden Medien (2, 3), also das erste Medium (2) und das zweite Medium (3), zwei ineinander nicht lösbare Stoffe sind, und wobei die beiden Medien (2, 3) direkt aneinander anliegend als Zweiphasensystem im Behälter (1) angeordnet sind.A heat storage device comprising a container (1), a first medium (2) provided in the container (1) for storing and / or transporting heat, a second medium (3) provided in the container for storing and / or transporting Heat, a first heat exchanger (4) which is in contact at least with the first medium (2), so that when there is a temperature difference between a heat flow between the first medium (2) and the first heat exchanger (4), a second heat exchanger (5 ), which is at least in contact with the second medium (3), so that when there is a temperature difference, a heat flow between the second medium (3) and the second heat exchanger (5), wherein the first medium (2) has a higher density than the second medium (3), wherein the two media (2, 3), that is, the first medium (2) and the second medium (3), are two non-dissolvable substances, and wherein the two media (2, 3) directly abutting each other as two-phase Asensystem in the container (1) are arranged.
Description
Wärmespeicherheat storage
Die Erfindung betrifft einen Energie- oder Wärmespeicher umfassend einen Behälter,ein in dem Behälter vorgesehenes erstes Medium zum Speichern und/oder zumTransport von Wärme, ein in dem Behälter vorgesehenes zweites Medium zumSpeichern und/oder zum Transport von Wärme, einen ersten Wärmetauscher, derzumindest mit dem ersten Medium in Kontakt steht, sodass bei vorliegen einerTemperaturdifferenz ein Wärmestrom zwischen dem ersten Medium und dem erstenWärmetauscher erfolgt, einen zweiten Wärmetauscher, der zumindest mit dem zweitenMedium in Kontakt steht, sodass bei vorliegen einer Temperaturdifferenz einWärmestrom zwischen dem zweiten Medium und dem zweiten Wärmetauscher erfolgt. Wärmespeicher sind für unterschiedliche Anwendungen bekannt. Beispielsweise sindPufferspeicher für Heizungsanlagen und ähnliche wärmetechnische Anlagen bekannt.Der Begriff Puffer(wärme)speicher stammt insbesondere aus der vorrangigenAnwendung, nämlich der Speicherung von Energie über einen relativ zum Jahr oder zurSaison kurzen Zeitraum. Der Wärmeeintrag in den Wärmespeicher kanngegebenenfalls in Menge und Leistung ebenso unterschiedlich sein wie dieWärmeentnahme aus diesem Speicher.The invention relates to an energy or heat accumulator comprising a container, a first medium provided in the container for storing and / or transporting heat, a second medium for storing and / or transporting heat provided in the container, a first heat exchanger having at least the first medium is in contact, so that when there is a temperature difference, a heat flow between the first medium and the first heat exchanger takes place, a second heat exchanger, which is at least in contact with the second medium, so that when there is a temperature difference, a heat flow between the second medium and the second heat exchanger takes place , Heat accumulators are known for different applications. For example, buffer memories for heating systems and similar thermal equipment are known. The term buffer (heat) memory comes in particular from the priority application, namely the storage of energy over a relatively short period or season. The heat input into the heat storage can possibly be as different in amount and power as the heat removal from this memory.
Diese Pufferspeicher dienen insbesondere dazu, Wärme zu speichern undgegebenenfalls wieder abzugeben, um beispielsweise Wärmeertragsschwankungenoder Wärmebedarfsschwankungen auszugleichen.Specifically, these buffers serve to store and, if necessary, re-emit heat, for example, to compensate for heat output variations or heat demand variations.
Herkömmliche unter dem Namen Pufferspeicher bekannte Wärmespeicher umfasseneinen Behälter, in dem ein Wärmespeichermedium wie beispielsweise Wasservorgesehen ist. Ferner sind in dem Pufferspeicher mehrere Wärmetauschervorgesehen, über die Wärme in das Wärmespeichermedium eingebracht oder aus demWärmespeichermedium entnommen werden kann. Beispielsweise ragen in denBehälter Wärmetauscher, um Wärme von Solarthermie-Paneelen oder vonherkömmlichen Heizkesseln auf das Wärmespeichermedium zu übertragen. Darüberhinaus ragen Wärmetauscher in den Behälter, die zur Wärmeentnahme eingerichtetsind. Beispielsweise sind Wärmetauscher zur Speisung einer Zentralheizungsanlageoder für heißes Brauchwasser vorgesehen.Conventional heat accumulators known as buffer storage include a container in which a heat storage medium, such as water, is provided. Further, a plurality of heat exchangers are provided in the buffer memory, through which heat can be introduced into the heat storage medium or removed from the heat storage medium. For example, heat exchangers protrude into the vessel to transfer heat from solar thermal panels or from conventional boilers to the thermal storage medium. In addition, heat exchangers protrude into the container, which are set up for heat removal. For example, heat exchangers are provided for feeding a central heating system or for hot service water.
Gemäß Stand der Technik ist es zur Erhöhung der Wärmekapazität desWärmespeichermediums bekannt, ein Phasenwechselspeichermedium zu verwenden,das insbesondere durch einen Phasenwechsel, also einen Wechsel desAggregatzustandes, gegenüber Wasser im Bereich der Phasenwechseltemperatur einestark erhöhte Wärmekapazität aufweist. Ein Beispiel für einPhasenwechselspeichermedium ist Paraffin. Nachteilig an herkömmlichen Paraffin-Pufferspeichern ist, dass bei einer Entnahme der Wärme durch einen Wärmetauscher,das Paraffin zuerst in jenem Bereich aushärtet, in dem die Wärme entnommen wird -also im Bereich des Wärmetauschers. Dadurch packt festes Paraffin an demWärmetauscher an, was den Wärmeübergang beeinträchtigt und die Effizienz desSystems verschlechtert.According to the prior art, in order to increase the heat capacity of the heat storage medium, it is known to use a phase change storage medium which has a greatly increased heat capacity, in particular by a phase change, ie a change of the state of aggregation, with respect to water in the area of the phase change temperature. An example of a phase change storage medium is paraffin. A disadvantage of conventional paraffin storage tanks is that when the heat is removed by a heat exchanger, the paraffin first cures in the region in which the heat is removed -thus in the area of the heat exchanger. As a result, solid paraffin packs on the heat exchanger, which impairs the heat transfer and degrades the efficiency of the system.
Gemäß Stand der Technik sind Pufferspeicher bekannt, in denen Wasser vorgesehenist, wobei in das Wasser in Kunststofffolien verpackte Beutel mit Paraffin eingebrachtsind. Nachteilig an dieser Konstruktion ist, dass bekanntePhasenwechselspeichermedien wie beispielsweise Paraffin einen hohenWärmeausdehnungskoeffizienten haben, wodurch bei beutelförmig aufgebautenParaffinelementen die Gefahr besteht, dass diese platzen und dadurch die Effizienz desIn the prior art buffer tanks are known in which water is provided, with paraffin bags packed in the water in plastic films. A disadvantage of this construction is that known phase change storage media such as paraffin have a high coefficient of thermal expansion, which is why there is a risk in the case of bag-shaped paraffin elements that they burst and thereby the efficiency of the
Systems verringern. Darüber hinaus ist auch durch die ungleichmäßige Verteilung derParaffinbeutel die Effizienz verringert.Reduce system. Moreover, the uneven distribution of the paraffin bags also reduces efficiency.
Aufgabe der Erfindung ist es nun einen Wärmespeicher zu schaffen, der effizientarbeitet. Insbesondere soll ein Wärmespeicher geschaffen werden, der eine hoheWärmekapazität bei geringer Baugröße aufweist und darüber hinaus eine effiziente undrasche Wärmeentnahme ermöglicht.The object of the invention is now to provide a heat storage that works efficiently. In particular, a heat storage is to be created, which has a high heat capacity and small size and also allows efficient and rapid heat extraction.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird insbesondere durch die Merkmale derunabhängigen Patentansprüche gelöst.The object of the invention is achieved in particular by the features of the independent claims.
Die Erfindung betrifft insbesondere einen Energie- oder Wärmespeicher umfassendeinen Behälter, ein in dem Behälter vorgesehenes erstes Medium zum Speichernund/oder zum Transport von Wärme, ein in dem Behälter vorgesehenes zweitesMedium zum Speichern und/oder zum Transport von Wärme, einen erstenWärmetauscher, der zumindest mit dem ersten Medium in Kontakt steht, sodass beivorliegen einer Temperaturdifferenz ein Wärmestrom zwischen dem ersten Medium unddem ersten Wärmetauscher erfolgt, einen zweiten Wärmetauscher, der zumindest mitdem zweiten Medium in Kontakt steht, sodass bei vorliegen einer Temperaturdifferenzein Wärmestrom zwischen dem zweiten Medium und dem zweiten Wärmetauschererfolgt, wobei das erste Medium eine höhere Dichte aufweist als das zweite Medium, wobei diebeiden Medien, also das erste Medium und das zweite Medium, zwei ineinander nichtlösbare Stoffe sind, und wobei die beiden Medien direkt aneinander anliegend und/oderaufeinander als Zweiphasensystem im Behälter angeordnet sind.More particularly, the invention relates to an energy or heat storage comprising a container, a first medium for storing and / or transporting heat provided in the container, a second medium for storing and / or transporting heat provided in the container, a first heat exchanger at least with contacting the first medium so that there is a heat flow between the first medium and the first heat exchanger in the presence of a temperature difference, a second heat exchanger contacting at least the second medium, so that when there is a temperature difference, a heat flow occurs between the second medium and the second heat exchanger; wherein the first medium has a higher density than the second medium, wherein the two media, ie, the first medium and the second medium, are two non-dissolvable substances, and wherein the two media directly adjacent to each other and / or on each other as a two-phase system in B are arranged ehälter.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass zwischen dem ersten Medium und dem zweitenMedium eine Grenzschicht gebildet ist, und dass bei vorliegen einerTemperaturdifferenz ein Wärmestrom zwischen dem ersten Medium und dem zweitenMedium über die Grenzschicht hinweg erfolgt.Optionally, it is provided that a boundary layer is formed between the first medium and the second medium, and that when there is a temperature difference, a heat flow between the first medium and the second medium takes place across the boundary layer.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass zumindest eines der beiden Medien einPhasenwechselspeichermedium ist, dessen Phasenwechselpunkt imBetriebstemperaturbereich des Wärmespeichers liegt.If appropriate, it is provided that at least one of the two media is a phase change storage medium whose phase change point is within the operating temperature range of the heat accumulator.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass das erste Medium einOptionally, it is provided that the first medium a
Phasenwechselspeichermedium ist, dessen Phasenwechselpunkt zwischen flüssigemund festem Aggregatzustand im Betriebstemperaturbereich des Wärmespeichers liegt.Phase change memory medium is the phase change point between liquid and solid state of aggregation in the operating temperature range of the heat storage.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass das erste Medium Paraffin ist oder enthält.Optionally, it is provided that the first medium is or contains paraffin.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass das zweite Medium im Betriebstemperaturbereich imflüssigen Aggregatzustand vorliegt, oder dass das zweite Medium einPhasenwechselspeichermedium ist, dessen Phasenwechselpunkt zwischen flüssigemund dampfförmigem Aggregatzustand außerhalb des Betriebstemperaturbereichs desWärmespeichers liegt.It is preferably provided that the second medium is in the liquid state in the operating temperature range, or that the second medium is a phase change storage medium whose phase change point between liquid and vapor state is outside the operating temperature range of the heat accumulator.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass das zweite Medium einPhasenwechselspeichermedium ist, dessen Phasenwechselpunkt zwischen flüssigemund dampfförmigem Aggregatzustand im Betriebstemperaturbereich desWärmespeichers liegt.If appropriate, it is provided that the second medium is a phase change storage medium whose phase change point between liquid and vapor state is in the operating temperature range of the heat accumulator.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass das zweite Medium Alkohol ist oder enthält.Optionally, it is provided that the second medium is or contains alcohol.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der erste Wärmetauscher mit einer Wärmequelleverbunden oder verbindbar ist, sodass ein Wärmeeintrag in den Wärmespeicher überden ersten Wärmetauscher erfolgt.Optionally, it is provided that the first heat exchanger connected to a heat source or is connectable, so that a heat input into the heat storage via the first heat exchanger takes place.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der zweite Wärmetauscher mit einer Wärmesenkeverbunden oder verbindbar ist, sodass eine Wärmeentnahme aus dem Wärmespeicherüber den zweiten Wärmetauscher erfolgt.Optionally, it is provided that the second heat exchanger connected to a heat sink or is connectable, so that a heat removal from the heat storage via the second heat exchanger.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der erste Wärmetauscher in das erste Mediumund zumindest teilweise auch in das zweite Medium ragt, sodass bei vorliegen einerTemperaturdifferenz ein Wärmestrom vom ersten Wärmetauscher direkt in beideMedien erfolgt.Optionally, it is provided that the first heat exchanger projects into the first medium and at least partially also into the second medium, so that when there is a temperature difference, a heat flow from the first heat exchanger takes place directly into both media.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der zweite Wärmetauscher entfernt von demersten Medium angeordnet ist oder entfernt von dem ersten Medium in das zweiteMedium ragt, sodass keine direkte Berührung zwischen dem zweiten Wärmetauscherund dem ersten Medium gegeben ist.Optionally, it is provided that the second heat exchanger is arranged remote from the first medium or remote from the first medium into the second medium, so that there is no direct contact between the second heat exchanger and the first medium.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der erste Wärmetauscher einen von einemWärmetauschermedium durchströmten ersten Wärmetauscherkanal umfasst undinsbesondere als in den Behälter ragender Rohrwärmetauscher ausgebildet ist.Optionally, it is provided that the first heat exchanger comprises a first heat exchanger channel through which flows a heat exchange medium and, in particular, is designed as a tube heat exchanger projecting into the container.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der erste Wärmetauscher eineWärmeabgabestrecke umfasst, entlang derer Wärme von dem ersten Wärmetauscheran die Wärmespeichermedien abgegeben wird, sodass ein den ersten Wärmetauscherdurchströmendes Wärmetauschermedium zuerst einen ersten Wärmetauscherabschnittund dann einen zweiten Wärmetauscherabschnitt durchströmt, und dass der ersteWärmetauscherabschnitt zumindest teilweise in das zweite Medium ragt oder mit demzweiten Medium in Kontakt steht.Optionally, it is contemplated that the first heat exchanger includes a heat removal path along which heat is transferred from the first heat exchanger to the heat storage media such that a heat exchange medium passing through the first heat exchanger first flows through a first heat exchanger section and then a second heat exchanger section and the first heat exchanger section projects at least partially into the second medium or in contact with the second medium.
Beim dem erfindungsgemäßen Wärmespeicher ist bevorzugt dasEnergiespeichermedium, also das erste Medium, vom Entnahmewärmetauscher, alsovom zweiten Wäremetauscher, durch eine Energietransferflüssigkeit, also das zweiteMedium, getrennt. Die Wärmeübertragung vom Energiespeichermedium auf dieTransferflüssigkeit findet bevorzugt in einer Medientrennschicht ohne festeWärmetauscherfläche statt, wodurch auf eine feste Wärmetauscherwand in diesemBereich verzichtet werden kann. Stattdessen wird bevorzugt eine mit demPhasenwechselmedium schwer bzw. kaum mischbare Flüssigkeit alsWärmetransfermedium zwischen Phasenwechselmedium und demEntnahmewärmetauscher eingeführt. Das hat zur Folge, dass sich verfestigendePhasenwechselmediumteile absetzen können, ohne dass der Wärmetausch an einerfesten Fläche behindert wird.In the heat storage device according to the invention, the energy storage medium, ie the first medium, is preferably separated from the removal heat exchanger as a second heat exchanger by an energy transfer liquid, ie the second medium. The heat transfer from the energy storage medium to the transfer liquid preferably takes place in a media separation layer without a solid heat exchange surface, whereby a solid heat exchanger wall in this area can be dispensed with. Instead, it is preferred to introduce a liquid which is difficult to miscible with the phase change medium as a heat transfer medium between the phase change medium and the withdrawal heat exchanger. As a result, solidifying phase change media parts can settle out without hindering the heat exchange at a fixed surface.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind demnach in dem Behälter zumindestzwei Medien vorgesehen. Das erste Medium ist insbesondere dazu eingerichtet undgeeignet Wärme zu speichern. Dieses erste Medium weist bevorzugt eine höhere Wärmekapazität auf als das zweite Medium. Die höhere Wärmekapazität wirdinsbesondere durch den im Betriebsbereich des Wärmespeichers liegendenPhasenwechselpunkt bewirkt. Wärme, kommend von einer Wärmequelle, wiebeispielsweise von einer Solarthermieanlage oder von einem Heizkessel, wird übereinen Wärmetauscher, insbesondere in das erste Medium eingebracht und daringespeichert.Thus, according to a preferred embodiment, at least two media are provided in the container. The first medium is particularly adapted and capable of storing heat. This first medium preferably has a higher heat capacity than the second medium. The higher heat capacity is in particular caused by the phase change point lying in the operating range of the heat accumulator. Heat from a source of heat, such as a solar thermal system or from a boiler, is introduced and stored via a heat exchanger, in particular into the first medium.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass das erste Medium und das zweite Medium als ineinander nicht lösbare Medien ausgebildet sind. Als Beispiel für derartige Medien wirddie Medienpaarungen Paraffin und Alkohol, oder ähnliche nicht ineinander lösbareStoffe genannt. Bevorzugt sind die beiden Medien derart im Behälter angeordnet, dasskeine oder nur eine geringe Durchmischung erfolgt. Mögliche Medien/Mediumspaarungen:It is preferably provided that the first medium and the second medium are formed as non-detachable media. As an example of such media, the media pairings are called paraffin and alcohol, or similar non-dissolvable materials. Preferably, the two media are arranged in the container such that no or only a small mixing takes place. Possible media / medium pairings:
Erstes Medium:First medium:
Phasenwechselmaterial z.B. ParaffinPhase change material e.g. paraffin
Schmelzbereich: 38 - 43°C; (kann je nach Druck variieren)Melting range: 38 - 43 ° C; (may vary depending on pressure)
Dichte fest: 0,85kg/dm3 bei 25°C;Density: 0.85kg / dm3 at 25 ° C;
Dichte flüssig: 0,76kg/dm3 bei 80°CZweites Medium: Wärmetransferflüssigkeit z.B. EthanolDampfdruck 58 hPa bei 20°CDichte bei 20°C: flüssig: 0,79kg/dm3Dichte bei 80°: kleiner als 0,76 kg/dm3Density liquid: 0.76kg / dm3 at 80 ° CZ. Wide medium: heat transfer liquid e.g. Ethanol vapor pressure 58 hPa at 20 ° C density at 20 ° C: liquid: 0.79 kg / dm3 density at 80 °: less than 0.76 kg / dm3
Bevorzugter Betriebstemperaturbereich der obengenannten Mediumspaarung: etwa20°C bis 60°C. Beispielhafter Duck in den Medien im Betriebstemperaturbereich: ca.2bar bis 8bar; bevorzugt temperaturabhängig um etwa 6bar.Preferred operating temperature range of the above-mentioned medium pairing: about 20 ° C to 60 ° C. Exemplary duck in the media in the operating temperature range: ca.2bar to 8bar; preferably temperature-dependent by about 6bar.
Der Schmelzbereich des ersten Mediums und der Dampfdruck des zweiten Mediumskönnen je nach Inhaltsstoffen und/oder Druck-Temperatur-Paarung beeinflusst undverändert werden.The melting range of the first medium and the vapor pressure of the second medium may be influenced and varied depending on the ingredients and / or pressure-temperature pairing.
Zwischen jeweils zwei Medien ist bevorzugt eine Grenzschicht vorgesehen. In allenAusführungsformen können die Medien, insbesondere das erste Medium und das zweite Medium, direkt aneinander anliegen. Bevorzugt sind keine Wände oderMembrane zwischen den Medien vorgesehen.Between each two media, a boundary layer is preferably provided. In all embodiments, the media, in particular the first medium and the second medium, may directly abut each other. Preferably, no walls or membranes are provided between the media.
Bevorzugt weisen die Medien unterschiedliche Dichten, insbesondere ausreichendstark voneinander abweichende Dichten auf, sodass das eine Medium auf einemweiteren Medium angeordnet werden kann, ohne dass eine selbsttätige, starkeDurchmischung erfolgt. Beispielsweise weist das erste Medium eine höhere Dichte aufals das zweite Medium, wodurch das erste Medium im Behälter unterliegendangeordnet ist und das zweite Medium gegebenenfalls auf dem ersten Mediumschwimmt.Preferably, the media have different densities, in particular densities that deviate sufficiently from one another so that the one medium can be arranged on another medium without an automatic, strong mixing occurring. For example, the first medium has a higher density than the second medium, whereby the first medium is disposed in the container and the second medium optionally floats on the first medium.
Bevorzugt ist das erste Medium ein Phasenwechselspeichermedium oder einLatentwärmematerial, das im Betriebstemperaturbereich des Wärmespeichers einenPhasenwechselpunkt aufweist.Preferably, the first medium is a phase change storage medium or a latent heat material having a phase change point in the operating temperature range of the heat storage.
Als Phasenwechselpunkt wird eine Temperatur-/Druckkombination oder ein Bereich(Schmelzbereich) einer Temperatur-/Druckkombination definiert, bei deren Über- oderUnterschreitung das Medium zumindest teilweise seinen Aggregatzustand ändert.As the phase change point, a temperature / pressure combination or a range (melting range) of a temperature / pressure combination is defined, in whose overshoot or undershoot the medium at least partially changes its state of aggregation.
Bevorzugt erfolgt im Betriebstemperaturbereich des Wärmespeichers bei dem erstenMedium ein Phasenwechsel von fest zu flüssig oder von flüssig zu fest. Als Beispiel fürein derartiges Phasenwechselspeichermedium wird Paraffin genannt, das imBetriebstemperaturbereich des Wärmespeichers im festen und/oder im flüssigenAggregatzustand vorliegen kann. Verwendbare Phasenwechselspeichermedien, wiebeispielsweise Paraffin, können folgende Vorteile aufweisen: chemisch inert, ungiftig,langszeitstabil und/oder hohe Wärmekapazität insbesondere bei derPhasenwechseltemperatur.Preferably, in the operating temperature range of the heat accumulator in the first medium, a phase change from solid to liquid or from liquid to solid takes place. As an example of such a phase change storage medium is called paraffin, which may be present in the operating temperature range of the heat storage in the solid and / or in the liquid state. Useful phase change storage media, such as paraffin, may have the following advantages: chemically inert, non-toxic, slow-time stable, and / or high heat capacity, especially at the phase change temperature.
Bevorzugt sind die beiden Medien so gewählt, dass im Betriebstemperaturbereich inkeinem der Aggregatzustände eine maßgebliche Durchmischung der beiden Medienauftritt. So kann beispielsweise das erste Medium fest oder flüssig sein, wobei sich daszweite Medium mit dem ersten Medium weder in dessen festem noch in dessenflüssigem Aggregatzustand löst.Preferably, the two media are selected so that in the operating temperature range in no aggregate states a significant mixing of the two media occurs. For example, the first medium may be solid or liquid, with the second medium dissolving with the first medium neither in its solid nor in its liquid state of matter.
Insbesondere ist bevorzugt auch die Dichte des zweiten Mediums derart gewählt, dasssie (im Betriebstemperaturbereich des Wärmespeichers) in jedem Aggregatzustand deszweiten Mediums unterhalb der Dichte des ersten Mediums liegt. Dies bedeutet, daszweite Medium ist bevorzugt leichter als das erste Medium im festen Aggregatzustandund leichter als das erste Medium im flüssigen Aggregatzustand.In particular, the density of the second medium is preferably also chosen such that it is (in the operating temperature range of the heat accumulator) in each state of aggregation of the second medium below the density of the first medium. That is, the second medium is preferably lighter than the first medium in the solid state and lighter than the first medium in the liquid state.
Gegebenenfalls ist auch das zweite Medium ein Phasenwechselmedium, das imBetriebstemperaturbereich des Wärmespeichers einen Phasenwechselpunkt aufweist.Gegebenenfalls ist das zweite Medium jedoch ein Medium, das imTemperatureinsatzbereich des Wärmespeichers keinen Phasenwechselpunkt aufweist.Bevorzugt ist das zweite Medium im gesamten Temperatureinsatzbereich desWärmespeichers in einem flüssigen Aggregatzustand oder zu großen Teilen in einemflüssigen Aggregatzustand, sodass der Wärmeübergang zwischen dem zweitenMedium und dem zweiten Wärmetauscher effizient erfolgt. Gegebenenfalls liegt beimzweiten Medium ein Phasenwechselpunkt im Betriebstemperaturbereich desWärmespeichers vor, wobei insbesondere ein Phasenwechsel von flüssig zudampfförmig oder von dampfförmig zu flüssig erfolgt.Optionally, however, the second medium is a phase change medium which has a phase change point in the operating temperature range of the heat storage. However, if desired, the second medium is a medium which does not have a phase change point in the thermal storage temperature range. Preferably, the second medium is in a liquid state or too large in the entire temperature range of the heat storage Parts in a liquid state of aggregation, so that the heat transfer between the second medium and the second heat exchanger is efficient. Optionally, the second medium is a phase change point in the operating temperature range of the heat accumulator, wherein in particular a phase change from liquid to vapor or from vapor to liquid takes place.
Bevorzugt umfasst der erfindungsgemäße Wärmespeicher zumindest einen erstenWärmetauscher. Dieser erste Wärmetauscher ist bevorzugt mit dem ersten Medium inKontakt, sodass ein Wärmestrom zwischen dem ersten Medium und dem erstenWärmetauscher erfolgen kann. Gegebenenfalls ist der erste Wärmetauscher auch inKontakt mit dem zweiten Medium, sodass ein direkter Wärmestrom zwischen demersten Wärmetauscher und dem zweiten Medium erfolgen kann. Der Wärmestrom vomersten Wärmetauscher zum ersten und/oder zweiten Medium erfolgt in dieserAusführungsform insbesondere durch direkten Kontakt zwischen dem erstenWärmetauscher und dem ersten und/oder dem zweiten Medium.Preferably, the heat accumulator according to the invention comprises at least a first heat exchanger. This first heat exchanger is preferably in contact with the first medium so that a heat flow can take place between the first medium and the first heat exchanger. Optionally, the first heat exchanger is also in contact with the second medium, so that a direct heat flow between the first heat exchanger and the second medium can take place. The heat flow from the first heat exchanger to the first and / or second medium takes place in this embodiment, in particular by direct contact between the first heat exchanger and the first and / or the second medium.
Gegebenenfalls weist der Wärmetauscher einen ersten Wärmetauscherkanal auf, durchden ein Wärmetauschermedium befördert wird oder ist. Dieses Wärmetauschermediumtritt an einer ersten Stelle des ersten Wärmetauschers in den Behälter ein, wird entlangeiner Wärmeabgabestrecke durch den ersten Wärmetauscher und den Behälter geleitetund tritt an einer zweiten Stelle wieder aus.Optionally, the heat exchanger has a first heat exchanger passage through which a heat exchange medium is or is conveyed. This heat exchange medium enters the container at a first location of the first heat exchanger, passes through the first heat exchanger and the vessel along a heat release path, and exits at a second location.
Gegebenenfalls ist der Wärmetauscher als Rohrwärmetauscher ausgebildet, der einRohr bzw. ein spiralförmig oder mäanderförmig verlaufendes Rohr umfasst. DiesesRohr tritt durch die Behälterwand des Behälters in den Behälter ein, ist in weiterer Folgedurch zumindest eines der Medien geführt, und tritt an einer weiteren Stelle wiederdurch die Behälterwand aus dem Behälter aus. Bevorzugt ist das Rohr des erstenWärmetauschers im Bereich des Eintritts in den Behälter durch das zweite Mediumgeführt, sodass Wärme gegebenenfalls direkt an das zweite Medium abgegeben wird.Optionally, the heat exchanger is designed as a tube heat exchanger comprising a tube or a spiral or meandering tube. This tube enters the container through the container wall of the container, is subsequently guided through at least one of the media, and exits the container at a further location through the container wall. Preferably, the tube of the first heat exchanger is guided in the region of the inlet into the container by the second medium, so that heat is optionally delivered directly to the second medium.
In weiterer Folge erstreckt sich der Wärmetauscher, insbesondere das Rohr, durch denBehälter und in das erste Medium. Dabei durchtritt der Wärmetauscher bevorzugt dieGrenzschicht zwischen den beiden Medien. Ferner tritt der Wärmetauscherkanal,insbesondere das Rohr, in einem weiteren Bereich, in dem bevorzugt das erste Mediumvorgesehen ist, wieder aus dem Behälter aus.Subsequently, the heat exchanger, in particular the tube, extends through the container and into the first medium. The heat exchanger preferably passes through the boundary layer between the two media. Furthermore, the heat exchanger channel, in particular the tube, emerges again from the container in a further region in which the first medium is preferably provided.
Die in den Behälter eingebrachte Wärme wird insbesondere an das erste Mediumabgegeben und dort gespeichert. Die Wärme der Wärmequelle wird indirekt über denersten Wärmetauscher auf das erste Medium und weiter über die Grenzschicht an daszweite Medium übertragen. Ferner kommt es gegebenenfalls auch zu einem direktenEintrag von Wärme des ersten Wärmetauschers in das zweite Medium, insbesondere injenem Bereich, in dem gegebenenfalls ein Teil des ersten Wärmetauschers in daszweite Medium ragt oder mit diesem in Kontakt steht.The heat introduced into the container is in particular delivered to the first medium and stored there. The heat of the heat source is transferred indirectly via the first heat exchanger to the first medium and further via the boundary layer to the second medium. Furthermore, if appropriate, direct introduction of heat from the first heat exchanger into the second medium also occurs, in particular in that region in which, if appropriate, part of the first heat exchanger projects into or is in contact with the second medium.
Bevorzugt weist das Wärmetauschermedium beim Eintritt in den ersten Wärmetauschereine höhere Temperatur auf als beim Austritt. Dadurch ist gegebenenfalls auch dieOberflächentemperatur des Wärmetauschers in Bereich des Eintritts höher als imBereich des Austritts. Somit weist der erste Wärmetauscher gegebenenfalls einenheißen Bereich und einen kühleren Bereich auf. Insbesondere ist der heiße Bereichderart angeordnet, dass er in das zweite Medium und/oder in das erste Medium ragt.Preferably, the heat exchange medium has a higher temperature when entering the first heat exchanger than at the outlet. As a result, the surface temperature of the heat exchanger may also be higher in the region of the inlet than in the region of the outlet. Thus, the first heat exchanger optionally has a hot area and a cooler area. In particular, the hot region is arranged to project into the second medium and / or into the first medium.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist ein zweiter Wärmetauscher vorgesehen.Über diesen Wärmetauscher kann Wärme von einer Wärmesenke aus demWärmespeicher entnommen werden. Beispielsweise kann Wärme für heißesBrauchwasser oder für ein Zentralheizungssystem eines Haushaltes entzogen werden.Bevorzugt steht dieser zweite Wärmetauscher in Kontakt mit dem zweiten Medium.According to a preferred embodiment, a second heat exchanger is provided. Heat can be removed from this heat exchanger via a heat sink from the heat accumulator. For example, heat may be removed for hot utility water or for a home central heating system. Preferably, this second heat exchanger is in contact with the second medium.
Bevorzugt ist der Wärmetauscher ausschließlich mit dem zweiten Medium und nicht mitdem ersten Medium in Kontakt. Das zweite Medium wirkt in dieser Konfigurationhauptsächlich als Wärmeüberträger und gegebenenfalls nur nachrangig alsWärmespeicher. Durch diese Anordnung wird beispielsweise verhindert, dass daserkaltende, aushärtende erste Medium an den zweiten Wärmetauscher anpackt undsomit die Effizienz verringert.Preferably, the heat exchanger is in contact only with the second medium and not with the first medium. The second medium acts in this configuration mainly as a heat exchanger and possibly only as a secondary heat storage. By this arrangement, for example, the cold-curing first-medium is prevented from being attracted to the second heat exchanger, thus reducing the efficiency.
Gegebenenfalls sind weitere Wärmetauscher vorgesehen, die in Kontakt mit einem,beiden oder im Falle mehrerer Medien mit mehreren Medien in Kontakt stehen. WeitereWärmetauscher können beispielsweise Wärme von einer Solaranlage, einemHeizkessel, einer Wärmepumpe oder ähnlichen Vorrichtungen an eines oder mehrereMedien übertragen. Gegebenenfalls können weitere Wärmetauscher jedoch auchWärmetauscher zur Abfuhr von Wärme sein. Beispielsweise können getrennteWärmetauscher für die Brauchwasserheizung und die Zentralheizung vorgesehen sein.Optionally, further heat exchangers are provided which are in contact with one, two or in the case of several media in contact with several media. Other heat exchangers may, for example, transfer heat from a solar system, a boiler, a heat pump or similar devices to one or more media. Optionally, however, further heat exchangers may also be heat exchangers for dissipating heat. For example, separate heat exchangers may be provided for the dhw heating and the central heating.
Alle Wärmetauscher, insbesondere der zweite Wärmetauscher, können ähnlich demersten Wärmetauscher ausgebildet sein und insbesondere einen Wärmetauscherkanalund ein Wärmetauschermedium umfassen. Gegebenenfalls können alleWärmetauscher aller Ausführungsformen, insbesondere der zweite Wärmetauscher, alsRohrwärmetauscher ausgebildet sein.All heat exchangers, in particular the second heat exchanger, may be formed similar to the first heat exchanger and in particular comprise a heat exchanger channel and a heat exchanger medium. Optionally, all heat exchangers of all embodiments, in particular the second heat exchanger, can be designed as a tube heat exchanger.
Gegebenenfalls oder bevorzugt ist eine Ausgleichsvorrichtung vorgesehen. DieseAusgleichsvorrichtung dient insbesondere dem Ausgleich der temperaturabhängigenVolumenausdehnung des oder der Medien. Insbesondere ein Phasenwechselmediumweist einen erhöhten Temperaturausdehnungskoeffizienten auf. Durch dieAusgleichsvorrichtung geschieht beispielsweise eine Beeinflussung des Drucks in demBehälter. Gegebenenfalls kann es von Vorteil sein, wenn bei Erhitzung undWärmeeintrag der Druck im Behälter steigt. Durch eine Erhöhung des Drucksverschieben in der Regel auch die Phasenwechselpunkte eines oder beider Medien.Beispielsweise kann durch eine Erhöhung des Drucks der Siedepunkt des zweitenMediums erhöht werden, womit das zweite Medium auch bei erhöhter Temperatur inflüssiger Form vorliegt oder der Anteil der Dampfphase zumindest verringert ist. DieAusgleichsvorrichtung kann als herkömmliche Ausgleichsvorrichtung ausgebildet sein,die beispielsweise einen mit Gas wie Druckluft gefüllten Ausgleichsbehälter umfasst, der mit dem Behälter in Fluidverbindung steht. Durch die Komprimierbarkeit des in demAusgleichsbehälter angeordneten Gases kann der Druck im Behälter bei Ausdehnungder Medien begrenzt, verringert oder zumindest gedämpft werden.Optionally or preferably, a compensation device is provided. This compensating device serves, in particular, to compensate for the temperature-dependent volume expansion of the medium (s). In particular, a phase change medium has an increased coefficient of thermal expansion. By way of example, the balancing device influences the pressure in the container. Optionally, it may be advantageous if the pressure in the container rises during heating and heat input. For example, increasing the pressure may increase the boiling point of the second medium, with the second medium being in a liquid form even at elevated temperature, or at least reducing the proportion of vapor phase. The compensating device may be formed as a conventional compensating device comprising, for example, a reservoir filled with gas, such as compressed air, in fluid communication with the reservoir. The compressibility of the gas disposed in the surge tank can limit, reduce, or at least dampen the pressure in the tank as the media expands.
Die Wärmeübertragung von dem ersten Medium auf das zweite Medium erfolgtbevorzugt durch direkten Kontakt der beiden Medien miteinander. Insbesondere erfolgtder Wärmetransport über eine zwischen den beiden Medien vorgesehene, durch direkteAnlage der beiden Medien gebildete Grenzschicht. Die Wärmeübertragung geschiehtinsbesondere durch direkte Wärmeleitung des einen Mediums auf das andere.Gegebenenfalls erfolgt eine Wärmeübertragung auch über natürliche oder künstlicheKonvektion. Beispielsweise bilden sich in dem ersten Medium, in dem zweiten Mediumund/oder in dem Behälter Transportwalzen aus, entlang derer das oder die Medien eineBewegung erfahren. Diese Transportwalzen können durch natürliche Konvektion, ohnefremde Anregung oder durch künstliche Konvektion, beispielsweise durch einen Rührerentstehen. Gegebenenfalls ist der Behälter derart ausgestaltet, dass eine thermischeBewegung oder Konvektion begünstigt ist.The heat transfer from the first medium to the second medium preferably takes place by direct contact of the two media with each other. In particular, the heat transfer takes place via a boundary layer provided between the two media and formed by the direct application of the two media. In particular, heat transfer occurs by direct heat transfer from one medium to the other. Optionally, heat transfer also occurs via natural or artificial convection. For example, transport rollers form in the first medium, in the second medium and / or in the container, along which the media or media undergo a movement. These transport rollers may be formed by natural convection, unimagined excitation or by artificial convection, for example by a stirrer. Optionally, the container is configured such that thermal movement or convection is favored.
Gegebenenfalls sind in dem Behälter Leitmittel, wie beispielsweise Leitbleche oderRohre vorgesehen. Diese Leitmittel dienen insbesondere dazu, den Wärmetransport zuverbessern. Bevorzugt wird der Wärmetransport dadurch verbessert, dass eine gezielteSteuerung von Transportwalzen bzw. der konvektiven Bewegungen verbessert wird.Optionally, guide means, such as baffles or pipes, are provided in the container. These conductive agents serve in particular to improve the heat transfer. Preferably, the heat transfer is improved by the fact that a targeted control of transport rollers or the convective movements is improved.
Die Erkaltung und Aushärtung des Phasenwechselmediums, insbesondere des erstenMediums, geschieht an der Grenzschicht, bevorzugt entfernt von festen Komponentenwie Rohren oder Wärmetauschern, sodass der obengenannte nachteilige Effekt desStandes der Technik verringert wird.The cooling and curing of the phase change medium, in particular the first medium, takes place at the boundary layer, preferably away from solid components such as pipes or heat exchangers, so that the above-mentioned disadvantageous effect of the prior art is reduced.
Zumindest ein Teil der Wärmeübertragung vom ersten Wärmetauscher auf den zweitenWärmetauscher erfolgt indirekt. Dazu wird Wärme vom ersten Wärmetauscher auf daserste Medium übertragen. Das erste Medium nimmt diese Wärme auf und speichert sie.Durch die direkte Anlage des ersten Mediums am zweiten Medium wird die Wärme vomersten Medium auf das zweite Medium übertragen. Diese Übertragung erfolgtinsbesondere über die Grenzschicht. Im zweiten Medium wird die übertragene Wärme aufgenommen und beispielsweise an den zweiten Wärmetauscher übertragen. Ingewissem Maße wird die Wärme auch im zweiten Medium gespeichert.At least part of the heat transfer from the first heat exchanger to the second heat exchanger takes place indirectly. For this purpose, heat is transferred from the first heat exchanger to the first medium. The first medium absorbs this heat and stores it. The direct contact of the first medium on the second medium transfers the heat from the first medium to the second medium. This transfer occurs in particular via the boundary layer. In the second medium, the transmitted heat is absorbed and transmitted, for example, to the second heat exchanger. To a certain extent, the heat is also stored in the second medium.
Eine Übertragung von Wärme erfolgt, wie in allen Ausführungsformen und auch in denPatentansprüchen angemerkt, physikalisch betrachtet insbesondere dann, wenn einTemperaturunterschied der Wärmeüberträger vorliegt. Die Wärmeübertrager sindbeispielsweise ein Wärmetauscher, ein Wärmetauscherfluid, einWärmetauschermedium, die genannten Medien, insbesondere das erste Medium, daszweite Medium und/oder andere Medien. So wird beispielsweise vom ersten Mediumauf das zweite Medium nur dann Wärme übertragen, wenn ein Temperaturunterschiedbesteht, insbesondere, wenn das erste Medium eine höhere Temperatur aufweist, alsdas zweite Medium. Gegebenenfalls weisen die beiden Wärmeüberträger an ihrenOberflächen, Berührflächen oder Grenzschichten dieselben Temperaturen auf. AlsTemperaturdifferenz wird daher insbesondere eine Temperaturdifferenz der beidenWärmeüberträger bezeichnet, durch die ein Wärmefluss entsteht oder gegeben ist.Heat transfer, as noted in all embodiments and also in the claims, is physically considered especially when there is a temperature differential of the heat exchangers. The heat exchangers are, for example, a heat exchanger, a heat exchange fluid, a heat exchange medium, said media, in particular the first medium, the second medium and / or other media. For example, heat is transferred from the first medium to the second medium only when there is a temperature difference, especially when the first medium is at a higher temperature than the second medium. Optionally, the two heat exchangers have the same temperatures at their surfaces, contact surfaces or boundary layers. The temperature difference is therefore in particular a temperature difference of the two heat transfer means, by which a heat flow is created or given.
Das zweite Medium überträgt Wärme an den zweiten Wärmetauscher. Insbesonderewird durch den zweiten Wärmetauscher Wärme aus dem zweiten Medium entnommen.Dadurch wird gegebenenfalls das zweite Medium gekühlt. Durch die Kühlung deszweiten Mediums kommt es gegebenenfalls zu einer Kühlung der Grenzschicht undinsbesondere zur Kühlung des ersten Mediums.The second medium transfers heat to the second heat exchanger. In particular, heat is removed from the second medium by the second heat exchanger. Thereby, the second medium is optionally cooled. By cooling the second medium, it may be necessary to cool the boundary layer and, in particular, to cool the first medium.
Geschieht eine Kühlung bis unterhalb des Phasenwechselpunktes des ersten Mediums,so entstehen an der Grenzschicht oder im Bereich der Grenzschicht Bereiche, in denenein Phasenwechsel des ersten Mediums von flüssig zu fest erfolgt. Die festen Teilebzw. Volumenelemente des ersten Mediums weisen bevorzugt eine höhere Dichte aufals das erste Medium in seinem flüssigen Aggregatzustand. Dadurch sinken die festenVolumenteile bevorzugt Richtung Boden des Behälters. In diesem tieferliegendenBereich des ersten Mediums liegt bei Entnahme von Wärme gegebenenfalls einehöhere Temperatur vor als im Bereich der Grenzschicht, womit die erstarrtenVolumenteile wieder aufgeschmolzen werden. Der Wärmefluss zwischen den beidenMedien erfolgt über den Kontakt der beiden Medien, wobei zumindest das zweiteMedium bevorzugt einen flüssigen Aggregatzustand aufweist. Bevorzugt weist auch daserste Medium zumindest teilweise einen flüssigen Aggregatzustand auf. Durch dieseIf cooling takes place below the phase change point of the first medium, then areas are created at the boundary layer or in the region of the boundary layer in which a phase change of the first medium takes place from liquid to solid. The firm Teilebzw. Volume elements of the first medium preferably have a higher density than the first medium in its liquid state. As a result, the solid volume parts preferably sink toward the bottom of the container. In this deeper region of the first medium, a higher temperature may be present when removing heat than in the region of the boundary layer, whereby the solidified parts of the volume are remelted. The heat flow between the two media is via the contact of the two media, wherein at least the second medium preferably has a liquid state of matter. Preferably, the first medium also at least partially has a liquid state of matter. Through this
Anordnung wird vermieden, dass erstarrte Teile des ersten Mediums an Komponentenzur Wärmeentnahme anpacken und den Wärmeübergang verschlechtern.Arrangement avoids that solidified parts of the first medium to components take to heat extraction and deteriorate the heat transfer.
Gegebenenfalls steht der erste Wärmetauscher sowohl mit dem ersten Medium alsauch mit dem zweiten Medium in Kontakt. Gegebenenfalls ragt der ersteWärmetauscher durch die Grenzschicht von dem ersten Medium in das zweite Medium.Somit ist die Grenzschicht gegebenenfalls nicht komplett frei von festen Komponenten.Es kann Vorkommen, dass erstarrendes erstes Medium an diesem erstenWärmetauscher anpackt. Jedoch ist der erste Wärmetauscher insbesondere zumEnergieeintrag eingerichtet, womit in der Regel die Temperatur an oder im Bereich desersten Wärmetauschers höher ist, als die Temperatur der Medien.Optionally, the first heat exchanger is in contact with both the first medium and the second medium. Optionally, the first heat exchanger projects through the boundary layer from the first medium into the second medium. Thus, the boundary layer may not be completely free of solid components. There may be evidence that solidifying first medium attaches to this first heat exchanger. However, the first heat exchanger is designed in particular for the purpose of energy input, with the result that the temperature at or in the region of the first heat exchanger is generally higher than the temperature of the media.
In allen Ausführungsformen stehen die beiden Medien bevorzugt in direktem Kontaktzueinander. Gegebenenfalls sind mehr als zwei Medien vorgesehen. Als Medium wirdin diesem Zusammenhang ein Stoff zur Wärmespeicherung bzw. zur Wärmeübertragung bezeichnet. Insbesondere eignen sich dazu jene Stoffe, diezumindest in einem Teilbereich des Einsatztemperaturbereichs des Wärmespeichers inflüssiger Form vorliegen. Der Betriebstemperaturbereich des Wärmespeichers kannbeispielsweise zwischen - 10°C und 150°C liegen. Bevorzugt liegt derBetriebstemperaturbereich des Wärmespeichers zwischen 1°C und 100°C. Besondersbevorzugt liegt der Betriebstemperaturbereich zwischen etwa 5°C und 85°C. Für dieAnwendung als Pufferspeicher in einer Haus-Heizungsanlage liegt derBetriebstemperaturbereich beispielsweise zwischen 5°C und 85°C, wobei beiherkömmlichem Betrieb ein Betriebstemperaturbereich zwischen 20°C und 85°Cund/oder zwischen 30°C und 60°C bevorzugt sind. Für die Anwendung alsPufferspeicher einer Haus-Heizungsanlage ist der Betriebstemperaturbereichinsbesondere durch die Phasenübergangspunkte des zu erwärmenden Wassersbegrenzt. So sollten in Rohrleitungssystemen Temperaturen von 85°C nichtüberschritten und Temperaturen von 5°C nicht unterschritten werden.In all embodiments, the two media are preferably in direct contact with each other. Optionally, more than two media are provided. As a medium in this context, a substance for heat storage or heat transfer is referred to. In particular, those substances which are present in at least a portion of the operating temperature range of the heat accumulator in liquid form are suitable. The operating temperature range of the heat accumulator may be, for example, between -10 ° C and 150 ° C. Preferably, the operating temperature range of the heat accumulator is between 1 ° C and 100 ° C. More preferably, the operating temperature range is between about 5 ° C and 85 ° C. For example, for use as a buffer in a home heating system, the operating temperature range is between 5 ° C and 85 ° C, with an operating temperature range between 20 ° C and 85 ° C and / or between 30 ° C and 60 ° C being preferred in conventional operation. For use as a buffer of a domestic heating system, the operating temperature range is limited, in particular, by the phase transition points of the water to be heated. In piping systems temperatures of 85 ° C should not be exceeded and temperatures of 5 ° C should not be undercut.
Bevorzugte Druckbereiche des oder der Medien zum Speichern und/oder zumTransport von Wärme können zwischen 1bar(Umgebungsdruck und beispielsweise10bar liegen. Besonders bevorzugt sind Drücke zwischen 3 und 8bar, oder um 6bar.Durch Erhöhung des Drucks können die Phasenwechselpunkte der Medien oder desPreferred pressure ranges of the medium (s) for storing and / or transporting heat may be between 1 bar (ambient pressure and, for example, 10 bar.) Particularly preferred pressures are between 3 and 8 bar, or around 6 bar
Mediums verschoben werden. Beispielsweise kann es vorteilhaft sein, durch Erhöhungdes Drucks im Behälter, insbesondere auf beispielsweise etwa 2-8 bar, dieSiedetemperatur des zweiten Mediums zu erhöhen. Der Druck der Medien im Behälterkann vom Druck des Wärmetauschermediums abweichen.Media are moved. For example, it may be advantageous to increase the boiling temperature of the second medium by increasing the pressure in the container, in particular, for example, about 2-8 bar. The pressure of the media in the container may differ from the pressure of the heat exchange medium.
Bevorzugt ist der Behälter als geschlossener Behälter ausgebildet. Gegebenenfalls istdie Behälterwand starr. Gegebenenfalls steht mit dem Behälter eineAusgleichsvorrichtung in Fluidverbindung. Insgesamt ist der Energiespeicher jedochbevorzugt als im Wesentlichen geschlossenes System, bevorzugt umfassend einengeschlossenen Behälter und eine geschlossene Ausgleichsvorrichtung ausgebildet. Indieses geschlossene System ragen bevorzugt ein oder mehrere Wärmetauscher. DieWärmetauscher umfassen bevorzugt Wärmetauscherkanäle, durch die ein odermehrere Wärmetauschermedien zur Entnahme oder Einbringung von Wärmeenergiehindurchgeführt sein können. Der Behälter weist beispielsweise eine Tonnenform, eineZylinderform oder eine Quaderform auf.Preferably, the container is designed as a closed container. Optionally, the container wall is rigid. Optionally, an equalization device is in fluid communication with the container. Overall, however, the energy store is preferably designed as a substantially closed system, preferably comprising a closed container and a closed compensating device. Indieses closed system preferably protrude one or more heat exchangers. The heat exchangers preferably include heat exchange channels through which one or more heat exchange media may be passed for removal or introduction of thermal energy. The container has, for example, a barrel shape, a cylinder shape or a cuboid shape.
In allen Ausführungsformen kann der zweite Wärmetauscher derart angeordnet sein,dass er innerhalb des Behälters vollständig von dem zweiten Medium umgeben ist. Daszweite Medium wirkt insbesondere als Transfermedium oder als Transferflüssigkeit. Daszweite Medium nimmt Wärme aus dem ersten Medium auf und kühlt dieses dadurch ab.Das abgekühlte erste Medium kann daraufhin, sogar wenn es fest wird, feste Elementeenthält oder teilweise verfestigt ist, problemlos absinken. Nachströmende, noch warme,nicht fest gewordene Teile des ersten Mediums können aufsteigen, insbesondere umWärme an das zweite Medium zu übertragen.In all embodiments, the second heat exchanger may be arranged such that it is completely surrounded within the container by the second medium. The second medium acts in particular as a transfer medium or as a transfer liquid. The second medium absorbs and cools heat from the first medium. The cooled first medium can then readily sink, even when solid, solid elements or partially solidified. After-flowing, still warm, not solidified parts of the first medium can rise, in particular to transfer heat to the second medium.
In allen Ausführungsformen kann zumindest einer oder zumindest zwei Wärmetauschervorgesehen sein. Die Wärmetauscher sind bevorzugt metallische Wärmetauscher. Dererste Wärmetauscher, der insbesondere als Ladewärmetauscher ausgebildet ist,befindet sich im Bereich des ersten Mediums. Der zweite Wärmetauscher, derinsbesondere als Entladewärmetauscher ausgebildet ist, befindet sich im Bereich deszweiten Mediums.In all embodiments, at least one or at least two heat exchangers may be provided. The heat exchangers are preferably metallic heat exchangers. The first heat exchanger, which is designed in particular as a charging heat exchanger, is located in the region of the first medium. The second heat exchanger, which is designed in particular as a discharge heat exchanger, is located in the region of the second medium.
In allen Ausführungsformen können beide Wärmetauscher, der erste Wärmetauscherund der zweite Wärmetauscher mit Strömungsleiteinrichtungen versehen sein, welche einen gewünschten Thermikstrom, insbesondere eine gewünschte Konvektioneinstellen.In all embodiments, both heat exchangers, the first heat exchanger and the second heat exchanger may be provided with flow directors which set a desired thermal flow, in particular a desired convection.
In allen Ausführungsbeispielen kann Wärme über den Ladewärmetauscher in das ersteMedium, das insbesondere ein Phasenwechselmedium wie beispielsweise Paraffin ist,eingebracht werden. Das erste Medium wird dadurch geschmolzen und aufgeheizt undinsbesondere mit Wärme beladen.In all embodiments, heat may be introduced via the charge heat exchanger into the first medium, which is in particular a phase change medium such as paraffin. The first medium is thereby melted and heated, and in particular charged with heat.
In allen Ausführungsbeispielen kann das erste Medium (z.B. Energiespeichermedium)vom zweiten Wärmetauscher (z.B. Entladewärmetauscher) durch das zweiteMedium(z.B. Transferflüssigkeit) getrennt sein. Die Wärmeübertragung vom erstenMedium auf das zweite Medium findet bevorzugt in der Grenzschicht, insbesondere inder Medien-Trennschicht statt, wobei zur Wärmeübertragung vom ersten Medium aufdas zweite Medium keine feste Wärmetauscherfläche vorgesehen ist.In all embodiments, the first medium (e.g., energy storage medium) may be separate from the second heat exchanger (e.g., discharge heat exchanger) by the second medium (e.g., transfer liquid). The heat transfer from the first medium to the second medium preferably takes place in the boundary layer, in particular in the media separation layer, wherein no solid heat exchange surface is provided for the heat transfer from the first medium to the second medium.
In allen Ausführungsformen kann das zweite Medium eine wesentlich geringere Dichteals das erste Medium aufweisen, sodass das zweite Medium unabhängig vomAggregatzustand des ersten Mediums stets im oberen Teil des Behälters vorgesehenoder angeordnet ist.In all embodiments, the second medium may have a much lower density than the first medium, so that the second medium is always provided or arranged in the upper part of the container, regardless of the state of aggregation of the first medium.
In allen Ausführungsformen befindet sich zwischen den Medien, insbesondere zwischendem ersten Medium und dem zweiten Medium eine im Wesentlichen waagrechtverlaufende Grenzschicht. Gegebenenfalls kann diese Grenzschicht durch Konvektion,insbesondere natürlich oder künstliche Konvektion von einer ebenen Form abweichen.Jedoch verläuft die Grenzschicht, auch wenn diese durch Verwirbelungen oderEinschlüsse eine gewisse Rauigkeit aufweist, im Wesentlichen waagrecht.In all embodiments, there is a substantially horizontal boundary layer between the media, in particular between the first medium and the second medium. Optionally, this boundary layer may deviate from a planar shape by convection, in particular natural or artificial convection. However, even though it has some roughness due to turbulence or inclusions, the boundary layer is substantially horizontal.
In allen Ausführungsformen kann beim Entladen des Speichers, also bei dem Entziehenvon Wärme aus dem zweiten Medium das zweite Medium abgekühlt werden.Abgekühlte Teilvolumenbereiche sinken durch Dichteänderungen in dem zweitenMedium nach unten, wodurch nachströmendes, wärmeres zweites Medium in denoberen Bereich des zweiten Mediums nachströmen kann. Bevorzugt ist in allenAusführungsformen der zweite Wärmetauscher im oberen Bereich des zweitenMediums vorgesehen.In all embodiments, upon discharge of the reservoir, that is, removal of heat from the second medium, the second medium may be cooled. Cooled partial volume regions descend through density changes in the second medium, allowing the inflowing, warmer second medium to flow into the upper region of the second medium. Preferably, in all embodiments, the second heat exchanger is provided at the top of the second medium.
In allen Ausführungsformen kann ein Rührwerk bzw. ein Rührer vorgesehen sein, derinsbesondere dazu geeignet oder eingerichtet ist, verfestigtes erstes Medium zuzerkleinern oder aufzulockern.In all embodiments, an agitator or stirrer may be provided which is particularly suitable or adapted to comminute or loosen solidified first medium.
In allen Ausführungsformen kann das zweite Medium schwimmend oder aufliegend aufdem ersten Medium angeordnet sein, wobei sich diese Konfiguration selbsttätigt durchDichteunterschiede einstellt. Darüber hinaus liegen die beiden Medien bevorzugt alsZweiphasensystem vor, wobei eine Phase durch das erste Medium und eine zweitePhase durch das zweite Medium gebildet ist. Zwischen den Phasen verläuft dieGrenzschicht, sodass die beiden Medien im Wesentlichen waagrecht aufeinandergestapelt im Behälter angeordnet sind.In all embodiments, the second medium may be floating or resting on the first medium, this configuration being self-adjusted by density differences. Moreover, the two media are preferably in the form of a two-phase system, one phase being formed by the first medium and a second phase by the second medium. Between the phases, the boundary layer passes, so that the two media are stacked substantially horizontally in the container.
In weiterer Folge wird die Erfindung anhand der Figur weiter beschrieben.Subsequently, the invention will be further described with reference to the figure.
Fig. 1 zeigt eine mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wärmespeichersumfassend einen Behälter 1.1 shows a possible embodiment of a heat accumulator according to the invention comprising a container 1.
Falls nicht anders angegeben, können gegebenenfalls folgende Merkmale vorgesehensein: Behälter 1, erstes Medium 2, zweites Medium 3, erster Wärmetauscher 4, zweiterWärmetauscher 5, Grenzschicht 6, Wärmequelle 7, Wärmesenke 8,Wärmeabgabestrecke 9, erster Wärmetauscherabschnitt 10, zweiterWärmetauscherabschnitt 11, Wärmeeintragsmedium 12, Wärmetauscherkanal 13,Wärmeisolierung 14, Ausgleichsvorrichtung 15Unless otherwise indicated, the following features may optionally be provided: container 1, first medium 2, second medium 3, first heat exchanger 4, second heat exchanger 5, boundary layer 6, heat source 7, heat sink 8, heat dissipation section 9, first heat exchanger section 10, second heat exchanger section 11, heat input medium 12 , Heat exchanger channel 13, heat insulation 14, balancing device 15
Der Behälter kann als herkömmlicher Pufferspeicherbehälter ausgebildet sein.Beispielsweise umfasst der Behälter eine Wand, die beispielsweise aus Metall oderKunststoff besteht bzw. Metall oder Kunststoff enthält. Insbesondere ist, wie beiherkömmlichen Pufferspeichern, auf die Korrosionsbeständigkeit des Behälters zuachten. In der Behälterwand sind bevorzugt mehrere, bevorzugt verschließbareÖffnungen vorgesehen. Durch diese Öffnungen können beispielsweise Wärmetauscher4, 5 bzw. ein oder mehrere Wärmetauscherkanäle 13 in den Innenraum des Behältersgeführt sein.The container may be formed as a conventional buffer storage container. For example, the container comprises a wall made of, for example, metal or plastic or containing metal or plastic. In particular, as with conventional storage tanks, attention is paid to the corrosion resistance of the container. In the container wall are preferably provided a plurality of preferably closable openings. Through these openings, for example, heat exchangers 4, 5 or one or more heat exchanger channels 13 can be guided into the interior of the container.
Bevorzugt umfasst der Behälter 1 eine Wärmeisolierung 14. Diese kann beispielsweisedurch eine außenliegende Schaumstoffverkleidung des Behälters gebildet sein.Preferably, the container 1 comprises a thermal insulation 14. This may be formed, for example, by an external foam covering of the container.
In der vorliegenden Ausführungsform ist der erste Wärmetauscher alsRohrwärmetauscher ausgebildet. Das Rohr tritt im Bereich der Grenzschicht 6 und/oderentfernt von der Grenzschicht in den Behälter 1 ein. Ferner erstreckt sich das Rohrbevorzugt von dem Bereich der Grenzschicht 6 in den unteren Bereich, um in einementfernt von der Grenzschicht liegenden Bereich, insbesondere in einem unterhalb derGrenzschicht liegenden Bereich, wieder auszutreten. Bevorzugt tritt das Rohr oberhalbder Grenzschicht 6 ein in den Behälter ein, womit es zumindest teilweise durch daszweite Medium geführt ist. Gegebenenfalls oder alternativ tritt das Rohr unterhalb derGrenzschicht 6 in den Behälter ein, sodass es entfernt von dem zweiten Medium 3 indas erste Medium 2 geführt ist. Gegebenenfalls ist ein Mittenbereich des Rohres oderdes ersten Wärmetauschers 4 durch die Grenzschicht in das zweite Medium 3 geführt.Gegebenenfalls liegt der gesamte erste Wärmtauscher 4 entfernt von dem zweitenMedium 3.In the present embodiment, the first heat exchanger is formed as a tube heat exchanger. The tube enters the container 1 in the region of the boundary layer 6 and / or removed from the boundary layer. Furthermore, the tube preferably extends from the region of the boundary layer 6 into the lower region in order to emerge again in a region remote from the boundary layer, in particular in a region located below the boundary layer. Preferably, the tube enters above the boundary layer 6 in the container, whereby it is at least partially guided by the second medium. Optionally or alternatively, the tube below the boundary layer 6 enters the container so that it is guided away from the second medium 3 into the first medium 2. Optionally, a central region of the tube or first heat exchanger 4 is passed through the boundary layer into the second medium 3. Optionally, the entire first heat exchanger 4 is located away from the second medium 3.
Gegebenenfalls ist der zweite Wärmetauscher 5 als Rohrwärmetauscher ausgebildet.Das Rohr ist durch die Wand des Behälters 1 in dessen Innenraum geführt. Bevorzugtist das Rohr im Bereich der Grenzschicht 6 in das zweite Medium 3 geführt. Bevorzugtist der gesamte zweite Wärmetauscher 5 beabstandet von dem ersten Medium 2angeordnet.Optionally, the second heat exchanger 5 is formed as a tube heat exchanger. The tube is guided through the wall of the container 1 in the interior thereof. The tube is preferably guided in the region of the boundary layer 6 into the second medium 3. Preferably, the entire second heat exchanger 5 is spaced from the first medium 2.
Ferner umfasst die vorliegende Ausführungsform des Wärmespeichers bevorzugt eineAusgleichsvorrichtung 15. Diese Ausgleichsvorrichtung kann beispielsweise alsherkömmliches Ausdehnungsgefäß ausgebildet sein. Das Ausdehnungsgefäß bzw. dieAusgleichsvorrichtung kann innerhalb des Behälters, außerhalb des Behälters oderüberscheidend ausgebildet sein, sodass sie teilweise innerhalb und teilweise außerhalbdes Behälters liegt.Furthermore, the present embodiment of the heat accumulator preferably comprises a compensating device 15. This compensating device can be designed, for example, as a conventional expansion vessel. The expansion vessel or equalizer may be formed inside the container, outside the container, or overlying such that it lies partially inside and partly outside the container.
Claims (13)
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| ATA736/2014A AT516315B1 (en) | 2014-09-29 | 2014-09-29 | heat storage |
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Citations (6)
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- 2014-09-29 AT ATA736/2014A patent/AT516315B1/en active
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- 2015-09-29 DE DE102015012476.5A patent/DE102015012476A1/en active Pending
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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