DE102012024211A1

DE102012024211A1 - Wärmespeichersystem

Info

Publication number: DE102012024211A1
Application number: DE201210024211
Authority: DE
Inventors: Stefan Glaser
Original assignee: H M Heizkorper & Co KG GmbH; Hm Heizkorper & Co KG GmbH
Current assignee: H M Heizkorper & Co KG GmbH; Hm Heizkorper & Co KG GmbH
Priority date: 2012-12-11
Filing date: 2012-12-11
Publication date: 2014-06-12

Abstract

Das erfindungsgemäße Wärmespeichersystem umfasst eine Mehrzahl von ein Latentwärmespeicher-Medium enthaltenen Wärmespeicher-Behälter 1; A1 bis A4, die einen Einlass E1 bis E4 zum Zuführen und einen Auslass A1 bis A4 zum Abführen eines Wärmeträgers aufweisen. Zum Zuführen bzw. Abführen eines Wärmeträgers ist eine Vorlauf-Leitung 11 bzw. eine Rücklaufleitung 12 vorgesehen. Darüber hinaus weist das Wärmespeichersystem eine Wärmeträger-Verteilungseinrichtung 10 auf, die sich dadurch auszeichnet, dass eine erste Gruppe von Schaltstellungen vorgesehen ist, in denen jeweils mindestens zwei Wärmespeicher-Behälter 1; A1 bis A4 der Mehrzahl von Wärmespeicher-Behälter in Reihe geschaltet sind und mit dem Vorlauf-Anschluss 13 und dem Rücklauf-Anschluss 14 der Wärmeträger-Verteilungseinrichtung 10 derart verbunden sind, dass die Wärmespeicherbehälter der Reihe nach von dem Wärmeträger durchströmt werden. Die Wärmeträger-Verteilungseinrichtung 10 ist als ein Mehrwegeventil ausgebildet, das einen hohlzylindrischen Gehäusekörper 22 aufweist, in dem ein zylindrischer Ventilkörper 23 drehbar gelagert ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Wärmespeichersystem mit einer Mehrzahl von Wärmespeicher-Behältern, die ein Latentwärmespeicher-Medium enthalten.
In solarthermischen Anlagen finden zum Speichern von Solarenergie Latentwärmespeicher Verwendung, die über einen Speicherbehälter zur Aufnahme eines Wärmespeichermediums verfügen. In dem Speicherbehälter ist ein Wärmetauscher angeordnet, der mit einem Vorlauf zum Zuführen eines Wärmeträgermediums und einem Rücklauf zum Abführen des Wärmeträgers verbunden ist.
Die bekannten Wärmespeicher-Behälter können durch Zufuhr von Wärme aufgeladen und durch Abfuhr der gespeicherten Wärme entladen werden. Die bekannten Wärmespeichersysteme umfassen eine Mehrzahl von Wärmespeicher-Behältern, die nacheinander aufgeladen können.
Bei dem Wärmespeichermedium kann es sich um ein Phasenwechselmaterial (PCM) handeln, das zum Speichern der solaren Wärme die Enthalpie reversibler thermodynamischer Zustandsänderungen ausnutzt. Ein bekanntes Phasenwechselmaterial ist beispielsweise Natriumacetat-Trihydrat, das eine hohe Schmelzenthalpie und einen relativ geringen Preis hat. Beim Laden des Latentwärmespeichers geht das Phasenwechselmaterial von einem festen Aggregatzustand in einen flüssigen Aggregatzustand über. Natriumacetat-Trihydrat beispielsweise wird bei einer Schmelztemperatur von 58°C verflüssigt. Beim Abkühlen bleibt das Salzhydrat als unterkühlte Schmelze in einem metastabilen Zustand flüssig. Wenn hingegen eine Kristallisation ausgelöst wird, erwärmt sich das Salzhydrat auf eine Temperatur von 58°C, wobei die latente Wärme wieder freigegeben wird.
Ein Wärmespeichersystem für eine solartechnische Anlage ist aus der EP 2 273 226 A1 bekannt. Das Wärmespeichersystem umfasst eine Mehrzahl von Wärmespeicher-Behältern, die nacheinander aufgeladen oder entladen werden können. Die einzelnen Wärmespeicher-Behälter sind über ein Leitungssystem miteinander verbunden. Zur Steuerung des Zu- bzw. Abflusses des Wärmeträgermediums sind in den Zuführ- und Abführleitungen Ventile angeordnet, die von einer Steuereinheit angesteuert werden. Die Steuerung erlaubt eine Auf- bzw. Entladung der einzelnen Behälter.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen wirtschaftlichen Einsatz von Latentwärmespeicher-Behältern die Aufladung und/oder Entladung der Wärmespeicher-Behälter zu optimieren. Insbesondere ist eine Aufgabe der Erfindung ein Wärmespeichersystem für eine solarthermische Anlage mit einer verbesserten Nutzung der Wärmeenergie zu schaffen, das sich in großen Stückzahlen bei verhältnismäßig geringen Produktionskosten herstellen lässt.
Die Lösung dieser Aufgaben erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Gegenstände der Unteransprüche betreffen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung.
Das erfindungsgemäße Wärmespeichersystem umfasst eine Mehrzahl von ein Latentwärmespeicher-Medium enthaltenen Wärmespeicher-Behältern, die jeweils einen Einlass zum Zuführen und einen Auslass zum Abführen eines Wärmeträgers aufweisen. Zum Zuführen bzw. Abführen eines Wärmeträgers ist eine Vorlauf-Leitung bzw. eine Rücklauf-Leitung vorgesehen.
Darüber hinaus weist das Wärmespeichersystem eine Wärmeträger-Verteilungseinrichtung auf. Die Vorlauf-Leitung ist an einen Vorlauf-Anschluss und die Rücklauf-Leitung ist an einen Rücklauf-Anschluss der Wärmeträger-Verteilungseinrichtung angeschlossen. Die Wärmeträger-Verteilungseinrichtung weist eine Mehrzahl von Auslassen zum Zuführen des Wärmeträgers in einen oder mehrere Wärmeträger-Behälter und eine Mehrzahl von Einlässen zum Abführen des Wärmeträgers aus einem oder mehreren Wärmeträger-Behältern auf.
Das Leitungssystem des Wärmespeichersystems umfasst eine Mehrzahl von Zuführleitungen, die jeweils einen Auslass der Wärmeträger-Verteilungseinrichtung mit einem Einlass eines Wärmespeicher-Behälters verbinden, und eine Mehrzahl von Abführleitungen, die jeweils einen Auslass eines Wärmespeicherbehälters mit einem Einlass der Wärmeträger-Verteilungseinrichtung verbinden.
Die Wärmeträger-Verteilungseinrichtung des erfindungsgemäßen Wärmespeichersystems zeichnet sich dadurch aus, dass eine erste Gruppe von Schaltstellungen vorgesehen ist, in denen jeweils mindestens zwei Wärmespeicher-Behälter der Mehrzahl von Wärmespeicher-Behältern in Reihe geschaltet sind und mit dem Vorlauf-Anschluss und dem Ablauf-Anschluss derart verbunden sind, dass die Wärmespeicher-Behälter der Reihe nach von dem Wärmeträger durchströmt werden.
Die Reihenschaltung von mindestens zwei Wärmespeicher-Behältern ermöglicht einen Betriebsmodus zum Aufladen der Wärmespeicher-Behälter, bei dem ein bereits fast aufgeladener Wärmespeicher-Behälter noch in einer Haltephase bis zur vollständigen Aufladung betrieben werden kann, während ein noch nicht aufgeladener Wärmespeicher aufgeladen wird. In diesem Betriebsmodus werden sämtliche Wärmespeicher-Behälter von dem Wärmeträger durchströmt. An den ersten Wärmebehälter, der sich in der Haltephase befindet, wird nur relativ wenig Wärmeenergie abgegeben, die aber ausreichend ist, um den ersten Wärmebehälter in der Haltephase zu betreiben. Gleichzeitig werden der oder die nachfolgenden Wärmespeicher-Behälter aufgeladen. Dadurch wird der Aufladung der Wärmespeicher-Behälter optimiert. In der Reihenschaltung ist es möglich, einen oder mehrere Wärmespeicher-Behälter gleichzeitig in der Haltephase zu betreiben, während ein oder mehrere Wärmespeicher-Behälter gleichzeitig aufgeladen werden.
Zum Entladen der Wärmespeicher-Behälter ermöglicht die Reihenschaltung bei einer Temperatur des Latentwärmespeicher-Mediums unterhalb der gewünschten Temperatur die Nutzung von Wärmeenergie, die noch in dem bereits teilweise entladenen Wärmespeicher-Behälter zur Verfügung steht. Hierzu durchströmt der Wärmeträger zuerst in den bereits teilweise entladenen Wärmespeicher-Behälter, der seine Restwärme an den Wärmeträger abgeben kann, wonach der Wärmeträger den noch vollen oder nur teilweise entladenen Wärmespeicher-Behälter mit der höheren Temperatur durchströmt, so dass der Wärmeträger auf die gewünschte Temperatur erwärmt wird, um eine Heizungsanlage betreiben zu können.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Wärmeträger-Verteilungseinrichtung sieht eine Reihenschaltung von zwei Wärmespeicher-Behältern vor. Es können aber auch mehr als zwei Wärmespeicher-Behälter in Reihe geschaltet werden.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist eine zweite Gruppe von Schaltstellungen vorgesehen, in denen jeweils ein Wärmespeicher-Behälter der Mehrzahl von Wärmespeicher-Behältern mit dem Vorlauf-Anschluss und dem Rücklauf-Anschluss derart verbunden ist, dass der Wärmespeicher-Behälter von dem Wärmeträger durchströmt wird. Dadurch ist es möglich, zunächst nur einen der Wärmespeicher-Behälter zu beladen oder entladen.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ermöglicht, die einzelnen Behälter zum Auf- bzw. Entladen wechselweise in Reihe zu schalten, so dass sich die einzelnen Behälter, die sich in einem unterschiedlichen Betriebsmodus befinden, zur Optimierung der Auf- bzw. Entladung gegeneinander austauschen lassen. Hierzu ist die Wärmeträger-Verteilungseinrichtung derart ausgebildet, dass in einer der vorausgehenden Schaltstellung nachfolgenden Schaltstellung der Wärmespeicher-Behälter, der in der vorausgehenden Schaltstellung der zweite Behälter in der Reihenschaltung von zwei Behältern ist, in der nachfolgenden Schaltstellung der erste Behälter in der Reihenschaltung von zwei Behältern ist.
Die Wärmeträger-Verteilungseinrichtung sieht vorzugsweise eine Schaltstellung vor, in der Vorlauf-Anschluss und der Rücklauf-Anschluss und die Einlässe und Auslässe geschlossen sind.
Die Wärmeträger-Verteilungseinrichtung ist vorzugsweise als ein einziges Mehrwegeventil ausgebildet, das sich einfach installieren lässt und einen geringen Platzbedarf hat. Damit kann eine aufwändige Ventilanordnung mit einer Vielzahl von Ventilen entfallen.
Zur Verringerung der Produktionskosten hat sich ein Mehrwegeventil als vorteilhaft erwiesen, dass einen im Wesentlichen hohlzylindrischen Gehäusekörper aufweist, in dem ein im Wesentlicher zylindrischer Ventilkörper drehbar gelagert ist, wobei in dem hohlzylindrischen Gehäusekörper eine Bohrung für den Vorlauf-Anschluss und eine Bohrung für den Rücklauf-Anschluss und eine Mehrzahl von Bohrungen für die Einlässe und eine Mehrzahl von Bohrungen für die Auslässe vorgesehen sind und in dem zylindrischen Ventilkörper die Bohrungen des Vorlauf-Anschlusses und Rücklauf-Anschlusses mit den Bohrungen der Einlässe und Auslässe verbindende Kanäle vorgesehen sind. Ein derartiges Mehrwegventil kann im Vergleich zu den Ventilanordnungen der bekannten Wärmespeichersysteme mit geringeren Produktionskosten hergestellt werden.
Die Steuerung der Wärmeträger-Verteilungseinrichtung erfolgt zum Auf- bzw. Entladen der Wärmespeicher-Behälter vorzugsweise vollautomatisch, wobei die Wärmespeicher-Behälter in einer Reihenschaltung betrieben werden, in der die Behälter jeweils gegeneinander ausgetauscht werden.
Zum Umschalten der Wärmespeicher-Behälter ist vorzugsweise ein elektromotorischer oder pneumatischer Stellantrieb zum Drehen des zylindrischen Ventilkörpers der Wärmeträger-Verteilungseinrichtung vorgesehen. Weiterhin ist vorzugsweise eine Steuereinheit zum Ansteuern des Stellantriebs vorgesehen, so dass die Wärmeträger-Verteilungseinrichtung die vorgegebenen Schaltstellungen einnimmt.
Eine vollautomatische Steuerung des Aufladevorgangs ist mit einer den Betriebszustand des Wärmespeicher-Behälters überwachenden Überwachungseinheit möglich, die bei einem Übergang von einem kristallinen Zustand des Latentwärmerspeicher-Mediums in einen flüssigen Zustand ein Steuersignal erzeugt. Dabei ist die Steuereinheit derart konfiguriert, dass der Stellantrieb von einer vorausgehenden Schaltstellung in eine nachfolgende Schaltstellung umgeschaltet wird, wobei der Wärmespeicher-Behälter, der in der vorausgehenden Schaltstellung der zweite Behälter in einer Reihenschaltung von zwei Behältern ist, in der der vorausgehenden Schaltstellung nachfolgenden Schaltstellung der erste Behälter in der Reihenschaltung von zwei Behältern ist.
Die Überwachungseinheit kann unterschiedlich ausgebildet sein. Zur Erkennung des jeweiligen Betriebszustandes kann beispielsweise die Leitfähigkeit und/oder die Temperatur des Latentwärmespeicher-Mediums überwacht werden.
Der Entladevorgang kann mit einer den Betriebszustand des Wärmespeicher-Behälters überwachenden Überwachungseinheit vollautomatisch gesteuert werden, die bei Unterschreiten einer vorgegebenen Temperatur des Latentwärmerspeicher-Mediums ein Steuersignal erzeugt. Dabei ist die Steuereinheit derart konfiguriert, dass der Stellantrieb von einer vorausgehenden Schaltstellung in eine nachfolgende Schaltstellung umgeschaltet wird, wobei der Wärmespeicher-Behälter, der in der vorausgehenden Schaltstellung der zweite Behälter in einer Reihenschaltung von zwei Behältern ist, in der der vorausgehenden Schaltstellung nachfolgenden Schaltstellung der erste Behälter in der Reihenschaltung von zwei Behältern ist.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 einen Latentwämespeicher-Behälter des erfindungsgemäßen Wärmespeichersystems in teilweiser geschnittener Darstellung,
2 das erfindungsgemäße Wärmespeichersystem in stark vereinfachter schematischer Darstellung,
3A die erste Schaltstellung der Wärmeträger-Verteilungseinrichtung des Wärmespeichersystems,
3B die zweite Schaltstellung der Wärmeträger-Verteilungseinrichtung,
3C die dritte Schaltstellung der Wärmeträger-Verteilungseinrichtung,
3D die vierte Schaltstellung der Wärmeträger-Verteilungseinrichtung,
3E die fünfte Schaltstellung der Wärmeträger-Verteilungseinrichtung,
3F die sechste Schaltstellung der Wärmeträger-Verteilungseinrichtung,
3G die siebte Schaltstellung der Wärmeträger-Verteilungseinrichtung,
3H die achte Schaltstellung der Wärmeträger-Verteilungseinrichtung,
3I die neunte Schaltstellung der Wärmeträger-Verteilungseinrichtung,
3J die zehnte Schaltstellung der Wärmeträger-Verteilungseinrichtung,
4 eine Seitenansicht des hohlzylindrischen Gehäusekörpers der als Mehrwegeventil ausgebildeten Wärmeträger-Verteilungseinrichtung,
5 einen Schnitt durch den Gehäusekörper von 4 entlang der Linie A-A,
6 eine Seitenansicht des zylindrischen Ventilkörpers des Mehrwegeventils in geschnittener Darstellung und
7 einen Schnitt durch den Ventilkörper von 6 entlang der Linie A-A.
1 zeigt einen Wärmespeicher-Behälter 1 des Wärmespeichersystems in teilweise geschnittener Darstellung. Der Wärmespeicher-Behälter 1 ist mit einem nicht dargestellten Latentwärmespeicher-Medium befüllt, das einen Wärmetauscher 2 umschließt. Der Wärmetauscher 2 weist eine Mehrzahl von Rohren 3 auf, die um eine zentrale Achse umfangsmäßig verteilt angeordnet sind. Die Rohre 3 des Wärmetauschers 2 erstrecken sich durch einen Stapel 4 von Platten. Der Plattenstapel 4 dient der Vergrößerung der wirksamen Wärmeübergangsfläche. Am Deckelteil 5 des Behälters befindet sich ein nachfolgend als Auslass A bezeichneter Rücklauf-Anschluss 6 zum Abführen eines flüssigen Wärmeträgers und am Bodenteil 7 ein nachfolgend als Einlass E bezeichneter Vorlauf-Anschluss 8 zum Zuführen des Wärmeträgers.
2 zeigt in stark vereinfachter schematischer Darstellung das Wärmespeichersystem, das eine Mehrzahl von Wärmespeicher-Behältern (1) umfasst. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst das Wärmespeichersystem eine Mehrzahl von gruppenweise angeordneten Wärmespeicher-Behältern (1). Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist jede Gruppe von Wärmespeicher-Behältern (1) jeweils vier Behälter A1 bis A4 auf. In 2 ist nur eine Gruppe von Behältern dargestellt.
Das Wärmespeichersystem umfasst weiterhin ein Leitungssystem 9 und eine Wärmeträger-Verteilereinrichtung 10. Das Leitungssystem 9 weist für sämtliche Wärmespeicher-Behälter 1 eine gemeinsame Vorlauf-Leitung 11 und Rücklauf-Leitung 12 auf. Beim Aufladen des Wärmespeicher-Behälters 1 strömt der Wärmeträger aus einem nicht dargestellten Sonnenkollektor über die Vorlauf-Leitung 11 in den Behälter und aus dem Behälter zurück in den Sonnenkollektor. Beim Entladen des Behälters ist die Strömung umgekehrt. Der Wärmträger strömt über die Rücklauf-Leitung 12 in einen nicht dargestellten Heizkörper und aus dem Heizkörper über die Vorlauf-Leitung 11 zurück in den Behälter 1. In 1 ist die Flussrichtung mit Pfeilen gekennzeichnet.
Die Wärmeträger-Verteilereinrichtung ist als ein Mehrwegeventil 10 ausgebildet. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Ventil ein Mehrwegeventil mit 10 Schaltstellungen, die in den 3A bis 3J dargestellt sind.
Das Mehrwegeventil 10 weist einen Vorlauf-Anschluss 13, an den die Vorlauf-Leitung 11 angeschlossen ist, und einen Rücklauf-Anschluss 14 auf, an den die Rücklauf-Leitung 12 angeschlossen ist. Zum Anschluss der Wärmespeicher-Behälter A1 bis A4 weist das Mehrwegeventil einen ersten Ein- und Auslass SE1, SA1, einen zweiten Ein- und Auslass SE2, SA2, einen dritten Ein- und Auslass SE3, SE3 und einen vierten Ein- und Auslass SE4, SA4 auf. Von den Auslässen S1A bis S4A des Mehrwegventils 10 gehen Zuführleitungen 15 ab, die zu den Einlässen E1 bis E4 der Wärmespeicher-Behälter A1 bis A4 führen, und von den Auslässen A1 bis A4 der Wärmespeicher-Behälter A1 bis A4 gehen Abführleitungen 16 ab, die zu den Einlässen S1E bis S4E des Mehrwegventils 10 führen.
Darüber hinaus weist das Wärmspeichersystem eine nur andeutungsweise dargestellte Steuereinheit 17 und eine Überwachungseinheit 18 auf, die über eine Datenleitung 19 miteinander verbunden sind. Die Überwachungseinheit 18 überwacht den Betriebszustand der einzelnen Wärmespeicher-Behälter A1 bis A4. Die Steuereinheit 17 ist über eine Steuerleitung 20 mit einem elektromagnetischen Stellantrieb 21, beispielsweise einen Schrittmotor, verbunden, der an dem Mehrwegeventil 10 vorgesehen ist, um die einzelnen Schaltstellungen einzustellen.
3A zeigt die erste Schaltstellung des Mehrwegeventils, in der Vorlauf- und Rücklauf-Anschluss (VL, RL) 13, 14 sowie die Ein- und Auslässe S1E bis S4E; S1A bis S4A geschlossen sind, so dass die Flüssigkeitsströmung vollständig unterbrochen ist. Dieser Schaltstellung entspricht der zehnten Schaltstellung (3J).
Nach der ersten Schaltstellung folgt eine Gruppe von Schaltstellungen, die bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel vier Schaltstellungen umfasst, in denen jeweils einer der vier Wärmespeicher-Behälter A1 bis A4 einzeln aufgeladen bzw. entladen werden.
3B zeigt die zweite Schaltstellung, in der der erste Auslass S1A über die erste Zuführ-Leitung 15 mit dem Einlass E1 des ersten Wärmespeicher-Behälters A1 und der Auslass A1 des ersten Wärmespeicher-Behälters über die Rückführ-Leitung 16 mit dem ersten Einlass S1E des Mehrwegeventils 10 verbunden ist, so dass nur der erste Behälter A1 von dem Wärmeträger durchströmt wird. Es folgen entsprechend die dritte bis fünfte Schaltstellung dieser Gruppe (3C bis 3E in Verbindung mit 2).
Das Mehrwegeventil 10 sieht weiterhin eine Gruppe von Schaltstellungen vor, in denen jeweils zwei Behälter in Reihe geschaltet sind. Dies sind die sechste bis neunte Schaltstellung (3F bis 3I).
3F zeigt die sechste Schaltstellung, in der der Vorlauf-Anschluss 13 mit dem ersten Auslass S1A und der zweite Einlass S2E mit dem Rücklauf-Anschluss 14 verbunden sind, während der erste Einlass S1E mit dem zweiten Auslass S2A verbunden ist. Folglich strömt der Wärmeträger zunächst durch den ersten Wärmespeicher-Behälter A1 und dann durch den zweiten Behälter A2.
Die 3G bis 3I zeigen die siebte bis neunte Schaltstellung. In der siebten Schaltstellung werden der zweite und dritte Behälter, in der achten Schaltstellung der dritte und vierte Behälter und in der neunten Schaltstellung der vierte und erste Behälter nacheinander von dem Wärmeträger durchströmt.
Nachfolgend wird die Steuerung des Stellantriebes zum Aufladen und Entladen der Wärmespeicher-Behälter 1 beschrieben.
Es sei angenommen, dass der Wärmeträger aus dem Solarkollektor den ersten Wärmespeicher-Behälter A1 in der zweiten Schaltstellung solange durchströmt hat, dass das Latentwärmespeicher-Medium aus dem kristallinen in den flüssigen Zustand übergeht oder übergegangen ist (3B). Diesen Betriebszustand stellt die Überwachungseinheit 18 beispielsweise durch eine Leitwert- und/oder Temperaturmessung des Wärmespeicher-Mediums fest. Nunmehr soll der erste Behälter A1 in einer Haltephase betrieben und der zweite Behälter A2 aufgeladen werden. Die Steuereinheit 17 steuert jetzt den Stellantrieb 21 an, so dass das Mehrwegeventil 10 die sechste Schaltstellung einnimmt (3F), in der zuerst der erste Behälter A1 und dann der zweite Behälter A2 von dem Wärmeträger durchströmt werden. Folglich gibt der Wärmeträger an den ersten Behälter A1 für die Haltephase nur verhältnismäßig wenig Wärmeenergie ab, während der zweite Behälter A2 nunmehr aufgeladen wird, so dass das Latentwärmespeicher-Medium aus dem kristallinen in den flüssigen Zustand übergeht. Für den Betrieb des zweiten Behälters A2 in der Haltephase und zum Aufladen des dritten Behälters A3 folgt die siebte Schaltstellung (3G), der die achte Schaltstellung für den Betrieb des dritten Behälters A3 in der Haltephase und zum Aufladen des vierten Behälters A4 folgt (3H) etc. Die Behälter A1 bis A4 werden also wechselweise ausgetauscht.
Der Betrieb der Wärmespeicher-Behälter 1 in Reihe bietet auch für den Entladevorgang Vorteile. Es sei angenommen, dass der erste Behälter A1 entladen wird. Zum Einleiten des Entladevorgangs wird das in einem Zustand einer unterkühlten Schmelze befindliche Latentwärmespeicher-Medium gezündet. Dadurch steigt die Temperatur des Latentwärmespeicher-Mediums beispielsweise auf 58°C an. Der erste Behälter A1 wird in der zweiten Schaltstellung von dem Wärmträger durchströmt (3B). Die Temperatur des Latentwärmespeicher-Mediums von 58°C wird zunächst gehalten. Dann fällt aber die Temperatur ab. Dieser Temperaturabfall wird von der Überwachungseinheit 18 erkannt. Wenn die Temperatur unterhalb eines vorgegebenen Grenzwertes absinkt, der beispielsweise 40°C ist, d. h. die Temperatur unterhalb der für den Betrieb der Heizung erforderlichen Vorlauftemperatur liegt, gibt die Steuereinheit 17 die sechste Schaltstellung vor (3F), so dass ein zweiter vollständig geladener Behälter A2 mit dem ersten Behälter A1 in Reihe geschaltet wird. Dadurch wird der erste Behälter A1 vollständig entladen, wodurch die Restmenge an Wärme genutzt wird, während der zweite Behälter A2 den Wärmeträger auf die erforderliche Temperatur, beispielsweise 58°C, erwärmt. Die anderen Behälter A3 und A4 können dann in den folgenden Schaltstellungen sukzessive folgen.
Nachfolgend wird der Aufbau des Mehrwegeventils unter Bezugnahme auf die 4 bis 7 im Einzelnen beschrieben.
Das Mehrwegeventil 10 weist einen hohlzylindrischen Gehäusekörper 22 auf, in dem ein zylindrischer Ventilkörper 23 drehbar gelagert ist. Die 4 und 5 zeigen den Gehäusekörper, während der Ventilkörper 23 in den 7 und 8 dargestellt ist. An einer Seite des Gehäusekörpers 22 ist ein Anschlussteil 24 mit dem Vorlauf- und Rücklauf-Anschluss sowie den vier Ein- und Auslässen S1E bis S4E und S1A bis S4A ausgebildet. An dem Zulauf- und Rücklauf-Anschluss 13, 14 sowie den Ein- und Auslässen S1E bis S4E und S1A bis S4A befinden sich in der Gehäusewand 25 Bohrungen 26. In dem Ventilkörper 23 sind Kanäle 27 ausgebildet, deren Ein- bzw. Auslässe mit den Bohrungen 26 in der Gehäusewand 25 fluchten, wenn der Ventilkörper 23 verdreht wird. Die Bohrungen 26 in der Gehäusewand 25 und die Kanäle 27 in dem Ventilkörper 23 sind derart ausgebildet, dass der Zu- und Rücklauf-Anschluss 13, 14 sowie die Ein- und Auslässe S1E bis S4E und S1A bis S4A entsprechend der einzelnen Schaltstellungen miteinander verbunden werden. Dabei werden die einzelnen Schaltstellungen beim Drehen des Ventilkörpers 23 der Reihe nach durchlaufen, wie in den 3A bis 3J dargestellt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2273226 A1 [0005]

Claims

Wärmespeichersystem mit einer Mehrzahl von ein Latentwärmespeicher-Medium enthaltenen Wärmespeicher-Behältern (1; A1 bis A4), die einen Einlass (E1 bis E4) zum Zuführen und einen Auslass (A1 bis A4) zum Abführen eines Wärmeträgers aufweisen, einer Vorlauf-Leitung (11) zum Zuführen eines Wärmeträgers und einer Rücklaufleitung (12) zum Abführen des Wärmeträgers, einer Wärmeträger-Verteilungseinrichtung (10), die aufweist: einen Vorlauf-Anschluss (13), an den die Vorlaufleitung (11) angeschlossen ist und einen Rücklauf-Anschluss (14), an den die Rücklaufleitung (12) angeschlossen ist, und eine Mehrzahl von Auslässen (S1A bis S4A) zum Zuführen des Wärmeträgers in einen oder mehrere Wärmespeicher-Behälter (1; A1 bis A4) und eine Mehrzahl von Einlassen (S1E bis S4E) zum Abführen des Wärmeträgers aus einem oder mehreren Wärmeträger-Behältern, eine Mehrzahl von Zuführleitungen (15), die jeweils einen Auslass der Wärmeträger-Verteilungseinrichtung (10) mit einem Einlass eines Wärmespeicher-Behälters (1; A1 bis A4) verbinden, und eine Mehrzahl von Abführleitungen (16), die jeweils einen Auslass eines Wärmespeicherbehälters (1; A1 bis A4) mit einem Einlass der Wärmeträger-Verteilungseinrichtung (10) verbinden, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeträger-Verteilungseinrichtung (10) derart ausgebildet ist, dass eine erste Gruppe von Schaltstellungen vorgesehen ist, in denen jeweils mindestens zwei Wärmespeicher-Behälter (1; A1 bis A4) der Mehrzahl von Wärmespeicher-Behältern (1) in Reihe geschaltet sind und mit dem Vorlauf-Anschluss (11) und dem Rücklauf-Anschluss (14) derart verbunden sind, dass die Wärmespeicherbehälter der Reihe nach von dem Wärmeträger durchströmt werden.
Wärmespeichersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeträger-Verteilungseinrichtung (10) derart ausgebildet ist, dass eine zweite Gruppe von Schaltstellungen vorgesehen ist, in denen jeweils ein Wärmespeicher-Behälter (1; A1 bis A4) der Mehrzahl von Wärmespeicher-Behältern mit dem Vorlauf-Anschluss (13) und dem Rücklauf-Anschluss (14) derart verbunden ist, dass der Wärmespeicherbehälter von dem Wärmeträger durchströmt wird.
Wärmespeichersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeträger-Verteilungseinrichtung (10) für einen Wärmespeicher-Behälter (1; A1 bis A4) der Mehrzahl von Wärmespeicher-Behältern jeweils einen Auslass (S1A bis S4A) und einen Einlass (S1E bis S4E) aufweist, wobei von dem Auslass der Wärmeträger-Verteilungseinrichtung eine Zuführleitung (15) abgeht und zu dem Einlass des Wärmespeicher-Behälters (1; A1 bis A4) führt, und von dem Auslass des Wärmespeicher-Behälters (1; A1 bis A4) eine Abführleitung (16) abgeht und zu dem Einlass der Wärmeträger-Verteilungseinrichtung (10) führt.
Wärmespeichersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Gruppe von Schaltstellungen der Vorlauf-Anschluss (13) jeweils mit einem Auslass der Wärmeträger-Verteilungseinrichtung (10) zum Zuführen des Wärmeträgermediums in einen ersten Wärmespeicherbehälter und der Rücklauf-Anschluss (14) mit einem Einlass der Wärmeträger-Verteilungseinrichtung (10) zum Abführen des Wärmeträgermediums aus einem zweiten Wärmespeicherbehälter verbunden ist, wobei der Einlass der Wärmeträger-Verteilungseinrichtung (10) zum Abführen des Wärmeträgermediums aus dem ersten Wärmespeicherbehälter mit dem Auslass der Wärmeträger-Verteilungseinrichtung zum Zuführen des Wärmeträgermediums in den zweiten Wärmespeicherbehälter verbunden ist.
Wärmespeichersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Gruppe von Schaltstellungen der Vorlauf-Anschluss (13) jeweils mit einem Auslass der Wärmeträger-Verteilungseinrichtung (10) zum Zuführen des Wärmeträgermediums in einen Wärmespeicherbehälter (1; A1 bis A4) und der Rücklauf-Anschluss (14) mit einem Einlass der Wärmeträger-Verteilungseinrichtung (10) zum Abführen des Wärmeträgermediums aus dem Wärmespeicherbehälter verbunden ist.
Wärmespeichersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeträger-Verteilungseinrichtung (10) derart ausgebildet ist, dass in einer der vorausgehenden Schaltstellung nachfolgenden Schaltstellung der Wärmespeicher-Behälter (1; A1 bis A4), der in der vorausgehenden Schaltstellung der zweite Behälter in der Reihenschaltung von zwei Behältern ist, in der nachfolgenden Schaltstellung der erste Behälter in der Reihenschaltung von zwei Behältern ist.
Wärmespeichersystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeträger-Verteilungseinrichtung (10) derart ausgebildet ist, dass in einer ersten Schaltstellung ein erster und zweiter Wärmespeicher-Behälter (A1, A2) in einer zweiten Schaltstellung ein zweiter und dritter Behälter (A2, A3), in einer dritten Schaltstellung ein dritter und vierter Behälter (A3, A4) und in einer vierten Schaltstellung ein vierter und erster Wärmespeicher-Behälter (A4, A1) in Reihe geschaltet sind.
Wärmespeichersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeträger-Verteilungseinrichtung (10) derart ausgebildet ist, dass in einer Schaltstellung der Vorlauf-Anschluss (13) und der Rücklauf-Anschluss (14) und die Einlässe und Auslässe (E1 bis E4; A1 bis A4) geschlossen sind.
Wärmespeichersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeträger-Verteilungseinrichtung (10) als ein Mehrwegeventil ausgebildet ist.
Wärmespeichersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Mehrwegeventil (10) einen hohlzylindrischen Gehäusekörper (22) aufweist, in dem ein zylindrischer Ventilkörper (23) drehbar gelagert ist, wobei in dem Gehäusekörper eine Bohrung (26) für den Vorlauf-Anschluss (13) und eine Bohrung (26) für den Rücklauf-Anschluss (14) und eine Mehrzahl (26) von Bohrungen für die Einlässe (E1 bis E4) und eine Mehrzahl von Bohrungen (26) für die Auslässe (A1 bis A4) vorgesehen sind und in dem Ventilkörper (23) die Bohrungen (26) des Vorlauf-Anschlusses (13) und Rücklauf-Anschluss (14) mit den Bohrungen (26) der Einlässe und Auslässe (E1 bis E4; A1 bis A4) verbindende Kanäle (27) vorgesehen sind.
Wärmespeichersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektromotorischer oder pneumatischer Stellantrieb (21) zum Drehen des Ventilkörpers (23) vorgesehen ist.
Wärmespeichersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit (17) zum Ansteuern des Stellantriebs (21) vorgesehen ist, so dass die die Wärmeträger-Verteilungseinrichtung (10) eine vorgegebene Schaltstellung einnimmt.
Wärmespeichersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine den Betriebszustand des Wärmespeicher-Behälters (1; A1 bis A4) überwachende Überwachungseinheit (18) vorgesehen ist, die bei einem Übergang von einem kristallinen Zustand des Latentwärmerspeicher-Mediums in einen flüssigen Zustand ein Steuersignal erzeugt, wobei die Steuereinheit (17) derart konfiguriert ist, dass der Stellantrieb (21) von einer vorausgehenden Schaltstellung in eine nachfolgende Schaltstellung umgeschaltet wird, wobei der Wärmespeicher-Behälter (1; A1 bis A4), der in der vorausgehenden Schaltstellung der zweite Behälter in einer Reihenschaltung von zwei Behältern ist, in der der vorausgehenden Schaltstellung nachfolgenden Schaltstellung der erste Behälter in der Reihenschaltung von zwei Behältern ist.
Wärmespeichersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine den Betriebszustand des Wärmespeicher-Behälters (1; A1 bis A4) überwachende Überwachungseinheit (18) vorgesehen ist, die bei Unterschreiten einer vorgegebenen Temperatur des Latentwärmerspeicher-Mediums ein Steuersignal erzeugt, wobei die Steuereinheit (17) derart konfiguriert ist, dass der Stellantrieb (21) von einer vorausgehenden Schaltstellung in eine nachfolgende Schaltstellung umgeschaltet wird, wobei der Wärmespeicher-Behälter (1; A1 bis A4), der in der vorausgehenden Schaltstellung der zweite Behälter in einer Reihenschaltung von zwei Behältern ist, in der der vorausgehenden Schaltstellung nachfolgenden Schaltstellung der erste Behälter in der Reihenschaltung von zwei Behältern ist.