DE102022125653A1 - Heat storage device for heating and/or hot water production of a complete building - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wärmespeichervorrichtung zum Beheizen und/oder zur Warmwassergewinnung eines Komplettgebäudes, wobei die Wärmespeichervorrichtung ein Gehäuse und ein erstes Speichermodul mit mindestens einem Speicherblockelement aufweist und das Speichermodul in dem Gehäuse angeordnet ist, und die Wärmespeichervorrichtung mindestens ein elektrisches Heizelement, einen Wärmeaustauscher, einen Lufteintritt von dem Wärmeaustauscher zu dem Speichermodul und einen Luftaustritt von dem Speichermodul zu dem Wärmeaustauscher aufweist und das mindestens eine Speicherblockelement eine erste Aufnahmeaussparung aufweist, wobei in der ersten Aufnahmeaussparung das mindestens eine elektrische Heizelement zum Aufheizen des Speicherblockelementes angeordnet ist, sodass durch den Lufteintritt eintretende Luft mittels des mindestens einen aufgeheizten Speicherblockelementes erwärmbar und/oder die erwärmte Luft durch den Luftaustritt dem Wärmeaustauscher zuführbar ist.

Figure DE102022125653A1_0000
The invention relates to a heat storage device for heating and/or hot water generation in a complete building, the heat storage device having a housing and a first storage module with at least one storage block element and the storage module being arranged in the housing, and the heat storage device having at least one electric heating element, a heat exchanger, a Air inlet from the heat exchanger to the storage module and an air outlet from the storage module to the heat exchanger and the at least one storage block element has a first receiving recess, the at least one electric heating element for heating the storage block element being arranged in the first receiving recess, so that air entering through the air inlet can be heated by means of the at least one heated storage block element and/or the heated air can be supplied to the heat exchanger through the air outlet.
Figure DE102022125653A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmespeichervorrichtung zum Beheizen und/oder zur Warmwassergewinnung eines Komplettgebäudes, wobei die Wärmespeichervorrichtung ein Gehäuse und ein erstes Speichermodul mit mindestens einem Speicherblockelement aufweist und das Speichermodul in dem Gehäuse angeordnet ist, und die Wärmespeichervorrichtung mindestens ein elektrisches Heizelement, einen Wärmeaustauscher, einen Lufteintritt von dem Wärmeaustauscher zu dem Speichermodul und einen Luftaustritt von dem Speichermodul zu dem Wärmeaustauscher aufweist und das mindestens eine Speicherblockelement eine erste Aufnahmeaussparung aufweist.The invention relates to a heat storage device for heating and/or hot water generation in a complete building, the heat storage device having a housing and a first storage module with at least one storage block element and the storage module being arranged in the housing, and the heat storage device having at least one electric heating element, a heat exchanger, a Air inlet from the heat exchanger to the storage module and an air outlet from the storage module to the heat exchanger and the at least one storage block element has a first receiving recess.

Überschüssige elektrische Energie aus regenerativen Energiequellen, wie Photovoltaikanlagen und Windkraftanlagen, kann prinzipiell auf verschiedene Weise zwischengespeichert werden. Die vorhandenen Speicherlösungen eignen sich jedoch nicht zur direkten Beheizung und/oder zur direkten Warmwasserversorgung eines Gebäudes. Ein herkömmlicher elektrochemischer Batteriespeicher kann die gestellten technischen Anforderungen nicht erfüllen, weist einen hohen Wartungsbedarf und eine kurze Lebensdauer auf. Des Weiteren sind zur Fertigung von herkömmlichen Batteriespeichern seltene Rohstoffe erforderlich.Excess electrical energy from regenerative energy sources, such as photovoltaic systems and wind turbines, can in principle be temporarily stored in various ways. However, the existing storage solutions are not suitable for the direct heating and/or hot water supply of a building. A conventional electrochemical battery storage system cannot meet the technical requirements, has a high maintenance requirement and has a short service life. Furthermore, rare raw materials are required for the production of conventional battery storage systems.

Aus AT 506 477 B1 ist eine Wärmespeichereinrichtung mit einem Behälter bekannt, welcher durch eine Trennwand in eine innere Kernzone und in eine äußere Ringzone unterteilt ist. Die innere Kernzone weist ein Wärmespeichermedium, beispielsweise kugelförmige Steine oder Formsteine aus Schamott, und als Heizmittel für dieses Wärmespeichermedium eine elektrische Widerstandsheizung auf, welche rechenförmig ausgeschnittene Bleche und Verbindungsstreifen zur Verbindung mit benachbarten Blechen aufweist. Die Heizkörper sind in Formsteinen des Speichermaterials der Kernzone eingebettet und somit zwischen diesen angeordnet.Out of AT 506 477 B1 a heat storage device with a container is known, which is divided by a partition into an inner core zone and an outer annular zone. The inner core zone has a heat storage medium, for example spherical bricks or shaped bricks made of fireclay, and as heating means for this heat storage medium an electrical resistance heater which has rake-shaped cut sheets and connecting strips for connection to adjacent sheets. The heating elements are embedded in shaped stones of the storage material of the core zone and are thus arranged between them.

EP 0 504 536 B1 offenbart einen Beton-Formstein zur Verwendung als Sickerstein, welcher an seinen vier Stirnseiten je drei Abstandsnocken aufweist, welche sich von der Unterseite aus nicht über die ganze Höhe erstrecken. Die Formsteine werden derart aneinandergelegt, dass jeweils die Abstandsnocken aufeinandertreffen, um eine definierte Fugenbreite zu ergeben, die einerseits so schmal ist, dass auch Schuhe mit schmalen Absätzen nicht darin steckenbleiben, andererseits die Fugenbreite groß genug ist, damit Wasser in Rinnen und weiter in den Untergrund gelangen kann. EP 0 504 536 B1 discloses a shaped concrete block for use as a seepage block, which has three spacer cams on each of its four front sides, which do not extend over the entire height from the underside. The shaped stones are placed next to each other in such a way that the spacer cams meet to create a defined joint width that is so narrow that even shoes with narrow heels do not get stuck in it, on the one hand, and on the other hand the joint width is large enough to allow water to get into channels and further into the underground can reach.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Stand der Technik zu verbessern.The object of the invention is to improve the prior art.

Gelöst wird die Aufgabe durch eine Wärmespeichervorrichtung zum Beheizen und/oder zur Warmwassergewinnung eines Komplettgebäudes, wobei die Wärmespeichervorrichtung ein Gehäuse und ein erstes Speichermodul mit mindestens einem Speicherblockelement aufweist und das Speichermodul in dem Gehäuse angeordnet ist, und die Wärmespeichervorrichtung mindestens ein elektrisches Heizelement, einen Wärmeaustauscher, einen Lufteintritt von dem Wärmeaustauscher zu dem Speichermodul und einen Luftaustritt von dem Speichermodul zu dem Wärmeaustauscher aufweist und das mindestens eine Speicherblockelement eine erste Aufnahmeaussparung aufweist, wobei in der ersten Aufnahmeaussparung das mindestens eine elektrische Heizelement zum Aufheizen des Speicherblockelementes angeordnet ist, sodass durch den Lufteintritt eintretende Luft mittels des mindestens einen aufgeheizten Speicherblockelementes erwärmbar und/oder die erwärmte Luft durch den Luftaustritt dem Wärmeaustauscher zuführbar ist.The object is achieved by a heat storage device for heating and/or hot water generation for a complete building, the heat storage device having a housing and a first storage module with at least one storage block element and the storage module being arranged in the housing, and the heat storage device having at least one electric heating element, a heat exchanger , has an air inlet from the heat exchanger to the storage module and an air outlet from the storage module to the heat exchanger, and the at least one storage block element has a first receiving recess, wherein the at least one electric heating element for heating the storage block element is arranged in the first receiving recess, so that the air inlet incoming air can be heated by means of the at least one heated storage block element and/or the heated air can be fed to the heat exchanger through the air outlet.

Somit wird eine Wärmespeichervorrichtung bereitgestellt, welche nicht nur einzelne Räume eines Gebäudes, sondern ein Komplettgebäude beheizen und mit Warmwasser versorgen kann. Dazu werden das mindestens eine Speicherblockelement oder die Speicherblockelemente in der Wärmespeichervorrichtung unter Verwendung von Elektroenergie, bevorzugt gewonnen durch Photovoltaikanlagen, mittels mindestens einem Heizelement oder Heizelementen erhitzt und somit mit Wärme aufgeladen, und die in den Speicherblockelementen des jeweiligen Speichermoduls gespeicherte Wärme bedarfsgerecht wieder abgegeben. Dazu kann die Photovoltaikanlage beispielsweise auf dem Dach eines Einzelhauses installiert und die Wärmespeichervorrichtung unterirdisch im Garten oder im Keller des Einzelhauses angeordnet sein. Über die Sommermonate wird die Elektroenergie gewonnen mittels der Photovoltaikanlage zum Erhitzen der Speicherblockelemente genutzt und die gespeicherte Wärme bevorzugt über eine intelligente Steuerung bedarfsgerecht zum Heizen und zur Wassergewinnung des Einzelhauses verwendet. Hierbei kann der Betrieb der Wärmespeichervorrichtung batchweise erfolgen, das bedeutet, die Speicherblockelemente werden zunächst beispielsweise in den Sommermonaten aufgeheizt und anschließend wird im Herbst und im Winter die gespeicherte Wärme zum Heizen genutzt. Ebenso kann die Wärmespeichervorrichtung kontinuierlich betrieben werden, wobei kühlere Luft durch und/oder um die Außenoberfläche die Speicherblockelemente strömt, deren Wärme aufnimmt und die die austretende, erwärmte Luft kontinuierlich im Wärmeaustauscher ihre Wärme zum Beheizen und/oder zur Warmwassergewinnung abgibt.Thus, a heat storage device is provided, which can not only heat individual rooms of a building, but an entire building and supply it with hot water. For this purpose, the at least one storage block element or the storage block elements in the heat storage device are heated using electrical energy, preferably generated by photovoltaic systems, by means of at least one heating element or heating elements and are thus charged with heat, and the heat stored in the storage block elements of the respective storage module is released again as required. For this purpose, the photovoltaic system can be installed, for example, on the roof of a detached house and the heat storage device can be arranged underground in the garden or in the basement of the detached house. During the summer months, the electrical energy generated by the photovoltaic system is used to heat the storage block elements and the stored heat is preferably used via an intelligent control system to heat and water the individual house as required. In this case, the operation of the heat storage device can take place in batches, which means that the storage block elements are first heated, for example in the summer months, and then the stored heat is used for heating in autumn and winter. Likewise, the heat storage device may be operated continuously, with cooler air flowing through and/or around the outer surface of the storage block elements, absorbing heat thereof and continuously conveying the exiting, heated air in the heat exchanger gives off its heat for heating and/or hot water production.

Dadurch, dass als Speicherblockelemente konventionelle Baukonstruktionssteine, wie Mauerziegel oder Schamottsteine, und/oder speziell ausgebildet Speicherblocksteine einsetzbar sind, ist die Wärmespeichervorrichtung mit geringeren Kosten als bei herkömmlichen Batteriespeichern realisierbar. Zudem sind keine seltenen Rohstoffe und/oder seltene Elemente für die Fertigung des Speichers notwendig. Da das Aufheizen der Speicherblockelemente und die Wärmeübertragung an den Wärmeaustauscher ohne chemische Reaktion erfolgen, können die Wärmebeladungs- und Wärmeentladungsvorgänge an den Speicherblockelementen unbegrenzt wiederholt werden, ohne dass die Wärmespeichervorrichtung ihren Wirkungsgrad verliert oder verschleißen. Die Speicherblockelemente selbst weisen eine Haltbarkeit von mindestens 30 Jahren und eine sehr lange Standzeit auf, wobei lediglich andere, einzelne Verschleißbauteile, wie beispielsweise Lüftungsklappen, in der Wärmespeichervorrichtung ausgetauscht werden können. Folglich ist der Wartungsaufwand der Wärmespeichervorrichtung sehr gering und diese kostengünstig betreibbar.Due to the fact that conventional building blocks, such as bricks or fireclay bricks, and/or specially designed storage blocks can be used as storage block elements, the heat storage device can be implemented at lower costs than with conventional battery storage systems. In addition, no rare raw materials and/or rare elements are necessary for the production of the memory. Because the heating of the storage block elements and heat transfer to the heat exchanger occur without chemical reaction, the heat loading and discharging processes on the storage block elements can be repeated indefinitely without the heat storage device losing efficiency or wearing out. The storage block elements themselves have a service life of at least 30 years and a very long service life, with only other, individual components subject to wear, such as ventilation flaps, being able to be exchanged in the heat storage device. Consequently, the maintenance effort for the heat storage device is very low and it can be operated cost-effectively.

Somit können die erforderlichen Heizkosten eines Komplettgebäudes mittels der Wärmespeichervorrichtung um bis zu 90 % reduziert und Kohlenstoffdioxidemissionen ebenfalls wesentlich vermindert werden.Thus, the required heating costs of a complete building can be reduced by up to 90% by means of the heat storage device and carbon dioxide emissions can also be significantly reduced.

Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung ist, eine Wärmespeichervorrichtung modular mit aneinander und übereinander angeordneten Speicherblockelementen in Kaskadenbauweise als Wärmespeicher auszubilden und diese Speicherblockelemente mit elektrischer Energie mittels elektrischer Heizelemente aufzuheizen, wobei das jeweilige Heizelement im direkten Kontakt zu einer inneren Oberfläche des Speicherblockelementes in einer Aufnahmeaussparung des Speicherblockelementes aufgenommen ist, um bedarfsgerecht diese gespeicherte Wärme zum Beheizen und/oder zur Warmwasserversorgung eines kompletten Gebäudes zu verwenden. Durch den modularen Aufbau mittels der Anordnung von einzelnen Speicherblockelementen und/oder Speichermodulen mit einem Volumen insbesondere in einem Bereich von einigen wenigen zu mehreren Kubikmetern sind die Abmessungen der Wärmespeichervorrichtung sowohl an den Wärmebedarf als auch an den zur Verfügung stehenden Raum zur Installation für das jeweilige Gebäude optimal und flexibel anpassbar.An essential idea of the invention is to design a modular heat storage device with storage block elements arranged one on top of the other in a cascade design as a heat storage and to heat these storage block elements with electrical energy by means of electrical heating elements, with the respective heating element being in direct contact with an inner surface of the storage block element in a receiving recess of the storage block element is recorded in order to use this stored heat for heating and/or hot water supply of an entire building as required. Due to the modular design by means of the arrangement of individual storage block elements and/or storage modules with a volume in particular in a range from a few to several cubic meters, the dimensions of the heat storage device are dependent on both the heat requirement and the space available for installation in the respective building optimally and flexibly adaptable.

Folgendes Begriffliche sei erläutert:The following terms are explained:

Eine „Wärmespeichervorrichtung“ (auch „Wärmespeicher“ genannt) ist insbesondere eine Vorrichtung zum Speichern thermischer Energie. In der Wärmespeichervorrichtung wird insbesondere Wärme mit einer Rückholabsicht eingelagert, um diese bei Bedarf kontinuierlich oder später zu nutzen. Bei einer Wärmespeichervorrichtung handelt es sich insbesondere um eine Vorrichtung zum Speichern von fühlbarer oder sensibler Wärme, welche sich beim Zuführen oder Abführen direkt in einer Zunahme oder Abnahme der Temperatur bemerkbar macht. In der Wärmespeichervorrichtung, dem Speichermodul und/oder dem mindestens einen Speicherblockelement findet insbesondere nicht eine Phasenumwandlung statt. Zum Speichern der Wärme weist die Wärmespeichervorrichtung mindestens ein erstes Speichermodul mit mindestens einem Speicherblockelement auf. Des Weiteren weist die Wärmespeichervorrichtung bevorzugt für jedes Speicherblockelement mindestens ein elektrisches Heizelement auf. Die Wärmespeichervorrichtung weist insbesondere ein isolierendes Gehäuse auf, in welchem die Speichermodule, ein Heizregisterraum und/oder ein Kernspeicherraum angeordnet sind. Anstatt die Wärmespeichervorrichtung fest einzubauen oder aufzustellen, kann diese auch als mobiles System ausgebildet und dazu beispielsweise in einem Container angeordnet sein, wobei bevorzugt auf dem Dach des Containers Solarpanel angeordnet sind, um die elektrische Energie zum Aufheizen der Speicherblockelemente direkt bereitzustellen.A "heat storage device" (also called "heat storage device") is in particular a device for storing thermal energy. In particular, heat is stored in the heat storage device with the intention of retrieving it, in order to use it continuously or later when required. A heat storage device is, in particular, a device for storing sensible heat, which is directly noticeable in an increase or decrease in temperature when it is supplied or removed. In particular, no phase transformation takes place in the heat storage device, the storage module and/or the at least one storage block element. In order to store the heat, the heat storage device has at least one first storage module with at least one storage block element. Furthermore, the heat storage device preferably has at least one electrical heating element for each storage block element. In particular, the heat storage device has an insulating housing in which the storage modules, a heating register space and/or a core storage space are arranged. Instead of permanently installing or setting up the heat storage device, it can also be designed as a mobile system and, for example, be arranged in a container, with solar panels preferably being arranged on the roof of the container in order to provide the electrical energy for heating the storage block elements directly.

Ein „Speichermodul“ ist insbesondere eine modulare Anordnung von mindestens einem Speicherblockelement. Ein Speichermodul weist bevorzugt mehrere Speicherblockelemente auf, welche insbesondere nebeneinander und/oder übereinander angeordnet sind. Somit kann ein Speichermodul in der Stapelhöhe, der Anzahl der Reihen und der Länge jeder Reihe mit Speicherblockelementen variabel ausgebildet sein. Durch die Anordnung von mehreren Speicherblockelementen in mehreren Speichermodulen kann die Wärmespeichervorrichtung flexibel an den jeweiligen Wärmebedarf und/oder die bereitstehende elektrische Energiemenge zum Aufheizen der Speicherblockelemente angepasst werden. Zudem kann ein Speichermodul außer Betrieb genommen werden, während in den anderen Speichermodulen weiter Wärme in den Speicherblockelementen aufgenommen, gespeichert und/oder abgegeben wird.A "memory module" is in particular a modular arrangement of at least one memory block element. A memory module preferably has a plurality of memory block elements which are arranged in particular next to one another and/or one above the other. A memory module can thus be designed to be variable in terms of the stack height, the number of rows and the length of each row with memory block elements. By arranging a plurality of storage block elements in a plurality of storage modules, the heat storage device can be flexibly adapted to the respective heat requirement and/or the amount of electrical energy available for heating the storage block elements. In addition, a storage module can be taken out of service while heat continues to be absorbed, stored and/or given off in the other storage modules in the storage block elements.

Ein „Speicherblockelement“ ist insbesondere ein großformatiger Stein. Ein Speicherblockelement kann insbesondere die Form und/oder die Abmessung eines Mauersteins aufweisen. Ein Speicherblockelement kann beispielsweise eine Länge in einem Bereich von 200 mm bis 400 mm, eine Breite (Tiefe) in einem Bereich von 100 mm bis 200 mm und/oder eine Höhe in einem Bereich von 100 mm bis 200 mm aufweisen. Das Speicherblockelement ist insbesondere in seiner äußeren Grundform rechteckig oder quadratisch ausgebildet. Die Speicherblockelemente sind insbesondere aufeinander stapelbar und nebeneinander anordenbar. Das Speicherblockelement weist insbesondere Naturstein und/oder ein gesteinsähnliches Material auf. Beispielsweise kann das Speicherblockelement Schamott als ein gesteinsähnliches, künstlich hergestelltes, feuerfestes Material aufweisen. Ebenso kann das Speicherblockelement Beton aufweisen. Bevorzugt weist das Speicherblockelement insbesondere Magnetit als Grundstoff auf. Bei dem Speicherblockelement kann es sich um einen Hohlblockstein oder einen Massivblockstein handeln. Im Falle eines Massivblocksteines weist das Speicherblockelement insbesondere mindestens eine Aufnahmeaussparung zum Aufnehmen eines elektrischen Heizelementes in seinem Inneren auf.In particular, a "memory block element" is a large-sized stone. A storage block element can in particular have the shape and/or the dimensions of a brick. For example, a memory block element may have a length in a range of 200 mm to 400 mm, a width (depth) in a range of 100 mm to 200 mm and/or a height in a range of 100 mm to 200 mm. In particular, the basic external shape of the storage block element is rectangular or square. The memory block elements can in particular be stacked on top of one another and arranged next to one another. The storage block element has in particular natural stone and/or a rock-like material. For example, the storage block element can have fireclay as a rock-like, man-made, refractory material. Likewise, the storage block element can have concrete. The storage block element preferably has magnetite as the basic material. The storage block element can be a hollow block or a solid block. In the case of a solid block, the storage block element has in particular at least one receiving recess for receiving an electrical heating element in its interior.

Eine „Aufnahmeaussparung“ ist insbesondere ein ausgesparter Raum in dem Speicherblockelement. Bei einer Aufnahmeaussparung kann es sich insbesondere um einen durchgehenden Hohlraum in eine Richtung durch das Speicherblockelement handeln. Ebenso kann es sich bei der Aufnahmeaussparung um eine Vertiefung in der Oberfläche einer Wand des Speicherblockelementes handeln. Dadurch ist die Aufnahmeaussparung zumindest an einer Wand des Speicherblockelementes offen ausgebildet. Bevorzugt ist die Aufnahmeaussparung in die Unterseite des Speicherblockelementes eingebracht und ist über die Länge oder die Breite des Speicherblockelementes durchgehend ausgebildet, sodass die Aussparung zwei gegenüberliegende Öffnung an gegenüberliegenden Wänden des Speicherblockelementes aufweist und durchgehend in der Unterseite offen ausgebildet ist. Eine Aufnahmeaussparung ist insbesondere ein Einschnitt in die Oberfläche eines Speicherblockelementes ist. Neben Schneiden kann die Aufnahmeaussparung jedoch auch durch Fräsen, Bohren, Schleifen oder ein anderes Fertigungsverfahren in die Oberfläche und/oder eine Wand des Speicherblockelementes eingebracht sein. In jedem Fall ist die Aufnahmeaussparung innerhalb der äußeren Grundform des Speicherblockelementes angeordnet.In particular, a “receiving recess” is a recessed space in the memory block element. A receiving recess can in particular be a continuous hollow space in one direction through the storage block element. Likewise, the receiving recess can be a depression in the surface of a wall of the storage block element. As a result, the receiving recess is open at least on one wall of the storage block element. The receiving recess is preferably made in the underside of the storage block element and is continuous over the length or width of the storage block element, so that the recess has two opposite openings on opposite walls of the storage block element and is continuously open in the underside. A receiving recess is in particular an incision in the surface of a memory block element. In addition to cutting, the receiving recess can also be made in the surface and/or a wall of the storage block element by milling, drilling, grinding or another manufacturing process. In any case, the receiving recess is arranged within the outer basic shape of the memory block element.

Ein „elektrisches Heizelement“ ist insbesondere ein technisches Bauteil, mit welchem dem jeweiligen Speicherblockelement Wärmeenergie zugeführt werden kann. Das elektrische Heizelement wandelt insbesondere elektrischen Strom in Wärme um. Bei einem elektrischen Heizelement kann es sich beispielsweise um eine stromdurchflossene Heizwendel, einen Heizstab und/oder einen Kaltleiter handeln.An "electrical heating element" is in particular a technical component with which thermal energy can be supplied to the respective storage block element. In particular, the electrical heating element converts electrical current into heat. An electrical heating element can be, for example, a current-carrying heating coil, a heating element and/or a PTC thermistor.

Ein „Wärmeaustauscher“ (auch Wärmetauscher" oder „Wärmeübertrager“ genannt) ist insbesondere eine Vorrichtung, mit welcher thermische Energie von einem Stoffstrom auf einen anderen übertragen wird. Im Wärmeaustauscher wird insbesondere die durch die Um- und/oder Durchströmung der Speicherblockelemente erwärmte Luft abgekühlt und deren Wärme über den Wärmeaustauscher an ein anderes Medium, wie Wasser oder Luft, zum Heizen und/oder zur Warmwassergewinnung abgegeben. Als Wärmeaustauscher kann beispielsweise ein Heizregister als rekuperativer Wärmeübertrager angeordnet werden. Auch könnte ein durch die Photovoltaikanlage produzierter Strom zusätzlich direkt einem Heizungssystem zugeführt werden. Folglich kann flexibel die überschüssige elektrische Energie sowohl zum Beladen der Wärmespeichervorrichtung als auch zusätzlich zum direkten Beheizen des Heizkreislaufes des Gebäudes verwendet werden. Hierbei bietet sich auch eine Verbindung mit einem Blockheizkraftwerk an, welches bevorzugt mit Holzpellets als Energieträger betrieben werden sollte.A "heat exchanger" (also called heat exchanger" or "heat exchanger") is in particular a device with which thermal energy is transferred from one material flow to another. In the heat exchanger, in particular, the air heated by flowing around and/or through the storage block elements is cooled and its heat is transferred via the heat exchanger to another medium, such as water or air, for heating and/or hot water generation. A heating register can be arranged as a recuperative heat exchanger, for example, as a heat exchanger. Electricity produced by the photovoltaic system could also be fed directly to a heating system As a result, the excess electrical energy can be used flexibly both to charge the heat storage device and also to directly heat the building’s heating circuit.

Der „Lufteintritt“ und der „Luftaustritt“ sind insbesondere jeweils technische Bauteile, durch welche Luft zu dem Speichermodul und/oder den Speichermodulen eintreten und austreten kann. Bei dem Lufteintritt und dem Luftaustritt kann es sich jeweils beispielsweise um eine Rohrleitung und/oder einen Kanal handeln.The "air inlet" and the "air outlet" are in particular technical components through which air can enter and exit the storage module and/or the storage modules. The air inlet and the air outlet can each be a pipeline and/or a duct, for example.

In einer weiteren Ausführungsform der Wärmespeichervorrichtung weist das erste Speichermodul ein zweites Speicherblockelement, ein drittes Speicherblockelement und/oder eine Vielzahl von weiteren Speicherblockelementen auf, wobei die Speicherblockelemente horizontal und/oder vertikal nebeneinander und/oder aneinander liegend angeordnet sind.In a further embodiment of the heat storage device, the first storage module has a second storage block element, a third storage block element and/or a multiplicity of further storage block elements, the storage block elements being arranged horizontally and/or vertically next to one another and/or adjacent to one another.

Somit ist das erste Speichermodul und/oder ein Speichermodul durch beliebiges Aneinandersetzen von Speicherblockelementen in Reihen nebeneinander und/oder hintereinander und durch Aufstapeln von Speicherblockelementen flexibel in seiner Länge, Breite und Höhe ausbildbar.Thus, the length, width and height of the first memory module and/or a memory module can be embodied flexibly by any arrangement of memory block elements in rows next to one another and/or one behind the other and by stacking memory block elements.

Bei einem zweiten, dritten und/oder weiteren Speicherblockelement handelt es sich in der Funktion um ein oben definiertes Speicherblockelement. Bevorzugt weisen alle Speicherblockelemente die gleiche Form, gleiche Eigenschaften und/oder Materialien auf. Prinzipiell können die Speicherblockelemente aber auch unterschiedliche Formen, Eigenschaften und/oder Materialien aufweisen. Ebenso kann die Aufnahmeaussparung oder können mehrere Aufnahmeaussparungen auch in unterschiedlichen räumlichen Positionen und/oder Ausrichtungen in den Speicherblockelementen ausgebildet sein.A second, third and/or further memory block element is functionally a memory block element as defined above. All storage block elements preferably have the same shape, properties and/or materials. In principle, however, the memory block elements can also have different shapes, properties and/or materials. Likewise, the receiving recess or several receiving recesses can also be formed in different spatial positions and/or alignments in the memory block elements.

Um die Aufnahme von Wärme zu verbessern und die gespeicherte Wärmemenge zu vergrößern, weist das Speicherblockelement oder weisen die Speicherblockelemente jeweils eine zweite Aufnahmeaussparung, eine dritte Aufnahmeaussparung und/oder weitere Aufnahmeaussparungen und/oder ein zweites elektrisches Heizelement, ein drittes elektrisches Heizelement und/oder weitere elektrische Heizelemente auf.In order to improve the absorption of heat and to increase the amount of heat stored, the storage block element or the storage block elements each have a second receiving recess, a third receiving recess and/or further receiving recesses and/or a second electric heating element, a third electric heating element and/or others electric heating elements.

Bei einer zweiten, dritten und optional weiteren Aufnahmeaussparung handelt es sich in der Funktion um eine oben definierte Aufnahmeaussparung. Bevorzugt weisen die Aufnahmeaussparungen alle dieselbe Form auf. Die Aufnahmeaussparungen können jedoch auch unterschiedliche Formen und/oder Ausrichtungen innerhalb des jeweiligen Speicherblockelementes aufweisen.In the case of a second, third and optionally further receiving recess, the function is a receiving recess defined above. The receiving recesses preferably all have the same shape. However, the receiving recesses can also have different shapes and/or orientations within the respective memory block element.

Bei einem zweiten, dritten und optional weiteren elektrischen Heizelement handelt es sich um ein oben definiertes Heizelement. Die zwei oder mehreren Heizelemente können dieselbe Bauart oder unterschiedliche Bauarten aufweisen.A second, third and optionally further electrical heating element is a heating element as defined above. The two or more heating elements can be of the same type or different types.

In einer weiteren Ausführungsform der Wärmespeichervorrichtung ist die Aufnahmeaussparung oder sind die Aufnahmeaussparungen in einer Seitenfläche des jeweiligen Speicherblockelementes ausgebildet.In a further embodiment of the heat storage device, the receiving recess or recesses is or are formed in a side surface of the respective storage block element.

Dadurch kann das elektrische Heizelement in einfacher Weise von außen in die Aufnahmeaussparung eingelegt und/oder eingeschoben werden.As a result, the electrical heating element can be easily inserted and/or pushed into the receiving recess from the outside.

Unter einer „Seitenfläche“ wird insbesondere eine Fläche verstanden, welche einen geometrischen Körper und somit das Speicherblockelement begrenzt. Im Falle eines rechteckigen Speicherblocksteins kann es sich bei der Seitenfläche somit um die Oberseite, Unterseite oder eine der vier Seitenwände des rechteckigen Speicherblockelementes handeln. Im Falle von mehreren Aufnahmeaussparungen können diese selbstverständlich in dieselbe Seitenfläche oder in unterschiedlichen Seitenflächen des Speicherblockelementes ausgebildet sein. Bevorzugt sind zwei oder mehrere Aufnahmeaussparungen in der Seitenfläche an der Unterseite des Speicherblockelementes durchgehend eingebracht und weisen jeweils zwei gegenüberliegende Aussparungsöffnungen an zwei gegenüberliegenden Seitenflächen anliegend an der Unterseite des jeweiligen Speicherblockelementes auf.A “side surface” is understood to mean, in particular, a surface which delimits a geometric body and thus the storage block element. In the case of a rectangular storage block, the side surface can thus be the top, bottom or one of the four side walls of the rectangular storage block element. In the case of several receiving recesses, these can of course be formed in the same side face or in different side faces of the storage block element. Two or more receiving recesses are preferably introduced continuously in the side surface on the underside of the storage block element and each have two opposite recess openings on two opposite side surfaces adjacent to the underside of the respective storage block element.

Dadurch wird mittels der Aufnahmeaussparung jeweils ein definierter und separater Aufnahmeraum für ein elektrisches Heizelement bereitgestellt. Da die Aufnahmeaussparung innerhalb des Speicherblockelementes angeordnet ist, ist das jeweilige elektrische Heizelement geschützt in der Aufnahmeaussparung angeordnet. Aufgrund der Anordnung der Aufnahmeaussparung an einer Seitenfläche kann das elektrische Heizelement in einfacher Weise in die Aufnahmeaussparung eingebracht und auch wieder entnommen werden. Durch die gezielte Aufnahme des jeweiligen elektrischen Heizelementes in einer Aufnahmeaussparung innerhalb der äußeren Grundform des jeweiligen Speicherblockelementes kann das elektrische Heizelement zwar zwischen zwei Speicherblockelementen angeordnet sein, wenn das nächstfolgende Speicherblockelement an dieser Seitenfläche mit der eingebrachten Aufnahmeaussparung anliegt, das elektrische Heizelement ist jedoch keinen Kräften, insbesondere keinen Reibungskräften, zwischen den aneinanderliegenden Speicherblockelementen ausgesetzt. Durch die Aufnahmeaussparung innerhalb und/oder ausgebildet in einer Seitenfläche des jeweiligen Speicherblockelementes, wird gerade verhindert, dass ein elektrisches Heizelement frei zwischen zwei Speicherblockelementen angeordnet werden muss, wo prinzipiell immer die Gefahr einer Beschädigung besteht.As a result, a defined and separate receiving space for an electrical heating element is provided in each case by means of the receiving recess. Since the receiving recess is arranged within the storage block element, the respective electrical heating element is arranged in a protected manner in the receiving recess. Due to the arrangement of the receiving recess on a side surface, the electrical heating element can be inserted into the receiving recess and also removed again in a simple manner. Due to the targeted accommodation of the respective electrical heating element in a receiving recess within the outer basic shape of the respective storage block element, the electrical heating element can be arranged between two storage block elements if the next subsequent storage block element rests on this side surface with the introduced receiving recess, but the electrical heating element is not subject to any forces, in particular no frictional forces exposed between the adjacent memory block elements. The receiving recess within and/or formed in a side surface of the respective storage block element prevents an electrical heating element from having to be arranged freely between two storage block elements, where there is always a risk of damage.

Um ein Speicherblockelement mit einem definierten Aufnahmeraum und einer Schutzfunktion für das elektrische Heizelement und gleichzeitig eine definierte Auflagefläche auf einem darunter angeordneten Speicherblockelement bereitzustellen, weist das jeweilige Speicherblockelement mindestens zwei Nocken an einer Unterseite auf, wobei zwischen benachbarten Nocken jeweils eine Aussparung angeordnet ist, und die jeweilige Aussparung eine Aufnahmeaussparung für ein elektrisches Heizelement ist und/oder mit Luft durchströmbar ist.In order to provide a storage block element with a defined receiving space and a protective function for the electric heating element and at the same time a defined bearing surface on a storage block element arranged underneath, the respective storage block element has at least two cams on an underside, with a recess being arranged between adjacent cams and the each recess is a receiving recess for an electric heating element and/or air can flow through it.

Somit können neben dem Einsatz von konventionellen Baukonstruktionssteinen als Speicherblockelemente auch speziell ausgebildete Speichersteine eingesetzt werden. Dazu weisen die Speicherblockelemente jeweils an ihrer Unterseite beabstandete Nocken mit einem zwischen den benachbarten Nocken jeweils angeordneten Hohlraum auf, wobei in den Hohlräumen elektrische Heizstäbe zum Erhitzen des jeweiligen Speicherblockelementes eingesetzt sind und/oder die Hohlräume mit Luft durchströmt werden. Zur Fertigung dieser Speicherblockelemente mit Nocken kann beispielsweise Magnetit als Grundstoff eingesetzt werden.Thus, in addition to the use of conventional building blocks as storage block elements, specially designed storage blocks can also be used. For this purpose, the storage block elements each have on their underside spaced cams with a cavity arranged between the adjacent cams, electric heating rods being used in the cavities for heating the respective storage block element and/or air flowing through the cavities. Magnetite, for example, can be used as the basic material for manufacturing these storage block elements with cams.

Prinzipiell ist herauszustellen, dass jede Aufnahmeaussparung und/oder Aussparung des Speicherblockelementes ein elektrisches Heizelement aufnehmen kann oder mit Luft durchströmbar ist. Durch die Durchströmung der jeweiligen Aussparung und/oder Aufnahmeaussparung mit Luft wird die Wärmeabgabe von den mit den elektrischen Heizelementen aufgeheizten Speicherblockelementen weiter verbessert, da die Wärmeabgabe nicht nur über die äußeren Seitenflächen, sondern auch über die inneren Oberflächen der jeweiligen Aussparung und/oder Aufnahmeaussparung erfolgt. Durch die Anordnung eines elektrischen Heizelementes möglichst bündig mit der inneren Oberfläche der jeweiligen Aussparung und/oder Aufnahmeaussparung wird eine optimale direkte Kontaktfläche zwischen der Außenoberfläche des elektrischen Heizelementes und der Innenoberfläche der jeweiligen Aussparung und/oder Aufnahmeaussparung bereitgestellt. Ebenso kommt die Luft beim Durchströmen direkt mit der inneren Oberfläche der Aussparung des jeweiligen Speicherblockelementes in Kontakt. Dadurch, dass ein in einer Aussparung und/oder Aufnahmeaussparung angeordnetes elektrisches Heizelement direkt benachbart zu einer mit Luft durchströmten jeweiligen Aussparung und/oder Aufnahmeaussparung angeordnet sein kann, wird direkt ein hoher Temperaturgradient zwischen der Aussparung und/oder Aufnahmeaussparung mit dem elektrischen Heizelement und der mit Luft durchströmten Aussparung und/oder Aufnahmeaussparung ausgebildet, wodurch der Wärmeübergang verbessert ist.In principle, it should be emphasized that each receiving recess and/or recess of the storage block element can receive an electrical heating element or air can flow through it. The flow of air through the respective recess and/or receiving recess further improves the heat dissipation from the storage block elements heated with the electric heating elements, since the heat dissipation is not only via the outer side surfaces, but also via the inner surfaces of the respective recess and / or receiving recess takes place. Arranging an electrical heating element as flush as possible with the inner surface of the respective recess and/or receiving recess provides an optimal direct contact surface between the outer surface of the electrical heating element and the inner surface of the respective recess and/or receiving recess. The air also comes into direct contact with the inner surface of the recess of the respective storage block element as it flows through. Since an electric heating element arranged in a recess and/or receiving recess can be arranged directly adjacent to a respective recess and/or receiving recess through which air flows, a high temperature gradient between the recess and/or receiving recess with the electrical heating element and the Air-flow recess and / or receiving recess formed, whereby the heat transfer is improved.

Eine „Nocke“ ist insbesondere ein Abschnitt und/oder ein Bauteil des Speicherblockelementes, welches einen Kontakt zu einem darunter angeordneten Speicherblockelement und/oder dem Boden eines Raumes sicherstellt.A “cam” is in particular a section and/or a component of the storage block element which ensures contact with a storage block element arranged underneath and/or the floor of a room.

In einer weiteren Ausführungsform der Wärmespeichervorrichtung weist das jeweilige Speicherblockelement zumindest teilweise eine weitere Aussparung in einer Seitenwand durchgehend entlang einer Abmessung der Seitenwand auf, sodass ein Luftdurchgangskanal in und/oder an dem jeweiligen Speicherblockelement ausgebildet ist.In a further embodiment of the heat storage device, the respective storage block element has at least partially a further cutout in a side wall continuous along a dimension of the side wall, so that an air passage channel is formed in and/or on the respective storage block element.

Dadurch wird zum einen eine große Kontaktfläche zur Wärmeabgabe von dem jeweiligen Speicherblockelement an die durch den Luftdurchgangskanal strömende Luft bereitgestellt. Zudem kann dadurch, dass die weitere Aussparung nur teilweise in einer Seitenwand des Speicherblockelementes ausgebildet ist, die stehengebliebene Restseitenwand direkt als Anlagefläche an eine Seitenwand des nächstfolgenden Speicherblockelementes dienen. Dadurch ist eine kompakte Anordnung der Speicherblockelemente nebeneinander und gleichzeitig eine Luftdurchströmung durch den integrierten Luftkanal der direkt aneinander liegenden Speicherblockelemente ermöglicht. Folglich müssen die Speicherblockelemente nicht auf einen vorgegebenen Abstand und/oder Spalt mit ihren Seitenwänden aufwändig zueinander positioniert werden, um im Raum zwischen diesem Abstand eine Durchströmung mit Luft zu ermöglichen. Stattdessen ist der Luftdurchgangskanal direkt in der Seitenwand und somit innerhalb des äußeren Grundkörpers des Speicherblockelementes ausgebildet. Die weitere Aussparung kann beispielsweise teilweise derart in der Seitenwand des Speicherblockelementes ausgebildet sein, dass diese weitere Aussparung durchgehend in der Tiefe des Speicherblockelementes ausgebildet ist, jedoch von der Oberseite des Speicherblockelementes entlang dieser Seitenwand nicht ganz bis nach unten zur Unterseite geführt ist, sondern oberhalb der Unterseite ein Steg entlang der Tiefe stehenbleibt. Somit dient die äußere Fläche dieses Steges ausgerichtet zum nächstfolgenden seitlichen Speicherblockelement als Anlagefläche an die Seitenwand dieses nächstfolgenden Speicherblockelementes, während oberhalb dieses Steges der integrierte Luftdurchgangskanal ausgebildet ist. Durch diese spezielle Form der Speicherblockelemente mit einem seitlichen Steg und der darüber ausgebildeten Aussparung in einer Seitenwand als Luftdurchgangskanal können die Speicherblockelemente in einfacher Weise nebeneinander gesetzt werden, ohne dass das Abstandsmaß zwischen den Speicherblockelementen jeweils manuelle eingestellt und kontrolliert werden muss. Auch können an der Seitenwand eines Speicherblockelementes ein oberer Steg angrenzend an die Oberseite und ein unterer Steg angrenzend an die Unterseite ausgebildet sein, wobei zwischen dem oberen Steg und dem unteren Steg der Luftdurchgangskanal angeordnet ist, so dass zwei Anlageflächen zum nächstfolgenden Speicherblockelement vorliegen.On the one hand, this provides a large contact area for dissipating heat from the respective storage block element to the air flowing through the air passage duct. In addition, because the further recess is only partially formed in a side wall of the storage block element, the remainder of the side wall can serve directly as a bearing surface on a side wall of the next following storage block element. This enables a compact arrangement of the storage block elements next to one another and, at the same time, allows air to flow through the integrated air duct of the storage block elements lying directly next to one another. As a result, the storage block elements do not have to be positioned at a predetermined distance and/or gap with their side walls in relation to one another, in order to allow air to flow through in the space between this distance. Instead, the air passage channel is formed directly in the side wall and thus within the outer base body of the storage block element. The further cutout can, for example, be partially formed in the side wall of the storage block element in such a way that this further cutout is formed continuously in the depth of the storage block element, but is not led all the way down to the underside from the top side of the storage block element along this side wall, but above the Underside a ridge along the depth remains. The outer surface of this web, aligned with the next lateral storage block element, thus serves as a bearing surface on the side wall of this next storage block element, while the integrated air passage channel is formed above this web. Due to this special shape of the storage block elements with a lateral web and the recess formed above it in a side wall as an air passage channel, the storage block elements can be easily placed next to each other without the distance between the storage block elements having to be manually adjusted and checked in each case. An upper web can also be formed on the side wall of a storage block element adjacent to the upper side and a lower web adjacent to the underside, with the air passage channel being arranged between the upper web and the lower web, so that there are two contact surfaces for the next storage block element.

Bei der weiteren Aussparung handelt es sich um eine oben definierte Aussparung, jedoch ist diese in einer Seitenwand eines im Speichermodulblock angeordneten Speicherblockelementes ausgebildet. Durch diese weitere Aussparung ist zumindest ein Teil der Seitenwand der ursprünglichen Grundform des Speicherblockelementes entfernt. Bei der Abmessung, entlang welcher die Aussparung durchgehend ist, kann es sich um die Länge oder die Breite und somit die Tiefe des Speicherblockelementes handeln. Bevorzugt weist jedes Speicherblockelement nur an einer seiner Seitenwände die weitere Aussparung und/oder einen Steg auf und die gegenüberliegende Seitenwand ist gerade ohne Aussparung ausgebildet. Um die Luftdurch- und -umströmung zu verbessern kann das Speicherblockelement auch an zwei gegenüberliegenden Seitenwände jeweils eine weitere Aussparung und/oder einen Steg aufweisen.The further recess is a recess defined above, but this is formed in a side wall of a memory block element arranged in the memory module block. At least part of the side wall of the original basic shape of the storage block element is removed through this further recess. The dimension along which the recess is continuous may be the length or the width and hence the depth of the memory block element. Each storage block element preferably has the further cutout and/or a web on only one of its side walls, and the opposite side wall is designed straight without a cutout. In order to improve the air flow through and around, the storage block element can also have a further recess and/or a web on each of two opposite side walls.

Um die Wärmespeichervorrichtung flexibel und modular je nach vorhandenem Raum und/oder des notwendigen Wärmebedarfes auszubilden, weist die Wärmespeichervorrichtung ein zweites Speichermodul, ein drittes Speichermodul, ein viertes Speichermodul und/oder weitere Speichermodule auf, wobei zwischen den Speichermodulen jeweils ein Luftkanal zum Durchströmen mit Luft ausgebildet ist.In order to design the heat storage device to be flexible and modular, depending on the available space and/or the necessary heat requirement, the heat storage device has a second storage module, a third storage module, a fourth storage module and/or further storage modules, with an air duct between each of the storage modules for air to flow through is trained.

Bei einem zweiten, dritten, vierten und optional weiteren Speichermodul handelt es sich prinzipiell um ein oben definiertes Speichermodul. Die Speichermodule können jedoch gleiche oder unterschiedlich ausgebildete Speicherblockelemente, eine gleiche und/oder unterschiedliche Anzahl von Speicherblockelementen und/oder eine unterschiedliche Reihung und/oder Stapelung von Speicherblockelementen aufweisen.A second, third, fourth and optionally further memory module is in principle a memory module as defined above. However, the memory modules can have identical or differently designed memory block elements, an identical and/or different number of memory block elements and/or a different sequence and/or stacking of memory block elements.

In einer weiteren Ausführungsform weist das Gehäuse einen ersten Raum, in dem der Wärmeaustauscher angeordnet ist, und einen zweiten Raum, in dem das Speichermodul oder die Speichermodule angeordnet ist oder sind, auf, wobei das Gehäuse, der erste Raum und/oder der zweite Raum eine Isolierung aufweist oder aufweisen.In a further embodiment, the housing has a first space, in which the heat exchanger is arranged, and a second space, in which the storage module or the storage modules is or are arranged, the housing, the first space and/or the second space has or have insulation.

Um eine optimale Wärmespeicherung und eine optimale Temperatur für die Nutzung der abgegebenen Wärme bereitzustellen, weist oder weisen der erste Raum eine Temperatur in einem Bereich von 80 °C bis 100 °C und/oder der zweite Raum eine Temperatur in einem Bereich von 400 °C bis 600 °C auf.In order to provide optimal heat storage and an optimal temperature for the use of the emitted heat, the first room has or have a temperature in a range of 80°C to 100°C and/or the second room has a temperature in a range of 400°C up to 600 °C.

In einer weiteren Ausführungsform weist die Wärmespeichervorrichtung eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung auf.In a further embodiment, the heat storage device has a control and/or regulating device.

Neben der optimalen Anpassbarkeit an die jeweilige Wärmebedarfsanforderung und den verfügbaren Raummaßen, ist die Wärmespeichervorrichtung im Hinblick auf eine Isolierung ihres Gehäuses, der notwendigen Zugänglichkeit für Wartungsarbeiten und der Temperaturführung mittels einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung individuell entsprechend den jeweiligen Anforderungen ausgestaltbar. Somit ist die Speichervorrichtung auch in ein Energiekonzept und die Energiebilanz eines industriellen oder gewerblichen Betriebes einbindbar und dort nutzbar.In addition to the optimal adaptability to the respective heat demand requirement and the available room dimensions, the heat storage device can be configured individually according to the respective requirements with regard to the insulation of its housing, the necessary accessibility for maintenance work and the temperature control by means of a control and/or regulating device. The storage device can thus also be integrated into an energy concept and the energy balance of an industrial or commercial operation and used there.

Unter einer „Steuereinrichtung“ wird insbesondere eine Einrichtung verstanden, welche einen vorgegebenen Wert, insbesondere eine Temperatur, setzt. Unter einer „Regeleinrichtung“ wird insbesondere eine Einrichtung verstanden, welche einen Messwert, insbesondere einen gemessenen Temperaturwert, rückkoppelt und jeweils einen Stellwert einstellt. Somit können mittels der Steuer- und/oder Regeleinrichtung die optimalen Temperaturen in dem ersten Raum und/oder dem zweiten Raum eingestellt und/oder geregelt werden.A “control device” is understood to mean, in particular, a device which sets a predefined value, in particular a temperature. A “control device” is understood to mean, in particular, a device which feeds back a measured value, in particular a measured temperature value, and sets a control value in each case. The optimum temperatures in the first room and/or the second room can thus be set and/or regulated by means of the control and/or regulating device.

Dadurch, dass die Wärmespeichervorrichtung innerhalb des Gehäuses bevorzugt in einen Heizregisterraum als ersten Raum und einen Kernspeicherraum als zweiten Raum getrennt ist, wird eine optimale Luftführung zu erhalten, wobei die Luftregulierung mittels Klappen und Ansteuerung der entsprechenden Ventilatoren erfolgt. Durch die getrennte Anordnung in zwei Räumen werden ungewollte Wärmeverluste verhindert. Hierbei ist die Luftführung vor allem im Hinblick auf die deutlich höhere Temperatur von 400 °C bis 600 °C im Kernspeicherraum im Vergleich zu dem Heizregisterraum bis 80 °C bis 100 °C gezielt zu steuern und/oder regeln.Because the heat storage device is preferably separated within the housing into a heating register space as the first space and a core storage space as the second space, optimal air flow is obtained, with the air being regulated by means of flaps and activation of the corresponding fans. The separate arrangement in two rooms prevents unwanted heat loss. The air flow is to be controlled and/or regulated in a targeted manner, especially with regard to the significantly higher temperature of 400 °C to 600 °C in the core storage room compared to the heating register room of up to 80 °C to 100 °C.

In einer weiteren Ausführungsform der Wärmespeichervorrichtung weist das Speichermodul und/oder weisen die Speichermodule ein Volumen in einem Bereich von 1 m3 bis 50 m3, insbesondere 5 m3 bis 30 m3, bevorzugt 10 m3 bis 20 m3, auf.In a further embodiment of the heat storage device, the storage module and/or the storage modules have a volume in a range from 1 m 3 to 50 m 3 , in particular 5 m 3 to 30 m 3 , preferably 10 m 3 to 20 m 3 .

Im Weiteren wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

  • 1 eine Wärmespeichervorrichtung mit einem Kernspeicherraum und einem Heizregisterraum verbunden mit einem Heizkreislauf eines Komplettgebäudes,
  • 2 eine dreidimensionale Darstellung einer Alternative des Speichersteins mit zwei Aussparungen und darin angeordneten Heizelementen sowie eine Detailansicht, und
  • 3 eine dreidimensionale Darstellung eines Ausschnittes eines Speichermodules mit alternativen Speichersteinen gemäß 2.
The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment. It shows
  • 1 a heat storage device with a core storage room and a heating register room connected to a heating circuit of a complete building,
  • 2 a three-dimensional representation of an alternative storage stone with two recesses and heating elements arranged therein as well as a detailed view, and
  • 3 a three-dimensional representation of a section of a memory module with alternative memory bricks according to 2 .

Eine Wärmespeichervorrichtung 100 weist ein Gehäuse 111 mit einer Isolierung 108 auf. In dem Gehäuse 111 ist ein Heizregisterraum 113 und ein Kernspeicherraum 115 angeordnet. Der Kernspeicherraum 115 ist von einem Anschlussraum 107 umgeben.A thermal storage device 100 has a housing 111 with insulation 108 . A heating register space 113 and a core storage space 115 are arranged in the housing 111 . The core memory space 115 is surrounded by a connection space 107 .

Der Heizregisterraum 113 weist ein Heizregister 104 auf und ist mit einem Heizkreislauf 121 angetrieben durch eine Heizungspumpe 119 verbunden. In den Heizkreislauf 121 ist eine Wohnheizung 117 eines nicht gezeigten Komplettgebäudes eingebunden, wobei diese Wohnheizung 117 nur exemplarisch für alle Heizkörper in dem Komplettgebäude steht.The heating register space 113 has a heating register 104 and is connected to a heating circuit 121 driven by a heating pump 119 . A residential heating system 117 of a complete building (not shown) is integrated into the heating circuit 121, this residential heating system 117 being only an example of all radiators in the complete building.

Der Kernspeicherraum 115 weist ein erstes Speichermodul 130, ein zweites Speichermodul 230, ein drittes Speichermodul 330, ein viertes Speichermodul 430 und ein fünftes Speichermodul 530 auf, welche zusammen ein Volumen von 7,04 m3 einnehmen. Jedes Speichermodul 130, 230, 330, 430 und 530 weist in einer ersten Reihe jeweils zwei nebeneinander angeordnete Speichersteine 101 mit jeweils zehn weiteren darüber gestapelten Speichersteinen 101 und insgesamt vier hintereinander gesetzte Reihen dieser gestapelten Speichersteine 101 auf.The core memory space 115 has a first memory module 130, a second memory module 230, a third memory module 330, a fourth memory module 430 and a fifth memory module 530, which together occupy a volume of 7.04 m 3 . In a first row, each storage module 130, 230, 330, 430 and 530 has two storage blocks 101 arranged next to one another, each with ten further storage blocks 101 stacked above them, and a total of four rows of these stacked storage blocks 101 set one behind the other.

Jeder Speicherstein 101 weist eine rechteckige Form mit Kantenlängen von 400 x 200 x 200 mm Kantenlänge und ein Eigengewicht von 20 kg auf. Die Speichersteine 101 sind unter Verwendung von Magnetit gefertigt und weisen an seiner Unterseite jeweils fünf Nocken 125 mit vier Aussparungen 123 angeordnet zwischen benachbarten Nocken 125 auf. In einigen der Aussparungen 123 sind elektrisch betriebene Heizelemente 103 angeordnet, wobei jeder Speicherstein 101 zumindest mit einem Heizelement 103 in Wärmekontakt zum Aufheizen steht (in 1 sind nur exemplarisch drei Heizelemente 103 eingezeichnet). Nicht mit Heizelementen 103 versehen Aussparungen 123 sind frei mit Luft durchströmbar. Neben diesen Luftströmungskanälen durch die Aussparungen 123 sind auch jeweils zwischen den Speichermodulen 130, 230, 330, 430 und 530 und den Reihen Luftkanäle 102 zum Luftdurchtritt angeordnet.Each storage stone 101 has a rectangular shape with edge lengths of 400 x 200 x 200 mm edge length and a dead weight of 20 kg. The storage stones 101 are manufactured using magnetite and each have five cams 125 with four recesses 123 arranged between adjacent cams 125 on its underside. Electrically operated heating elements 103 are arranged in some of the recesses 123, with each storage stone 101 being in thermal contact with at least one heating element 103 for heating (in 1 only three heating elements 103 are shown as an example). Not provided with heating elements 103 Recesses 123 can flow freely with air. In addition to these air flow channels through the recesses 123, air channels 102 for the passage of air are also arranged in each case between the storage modules 130, 230, 330, 430 and 530 and the rows.

Der Heizregisterraum 113 und der Kernspeicherraum 115 sind mittels eines Lufteintrittes 106 und eines Luftaustrittes 105 verbunden. Im Lufteintritt 106 ist eine Luftbeimischklappe 110 und ein Gebläse 109 angeordnet. Im Luftaustritt 105 ist ebenfalls eine Luftbeimischklappe 110 angeordnet.The heater register space 113 and the core storage space 115 are connected by means of an air inlet 106 and an air outlet 105 . An air mixing flap 110 and a blower 109 are arranged in the air inlet 106 . An air mixing flap 110 is also arranged in the air outlet 105 .

Mit der Wärmespeichervorrichtung 100 werden folgende Arbeitsschritte durchgeführt:The following work steps are carried out with the heat storage device 100:

Mittels elektrischer Energie gewonnen von einer nicht gezeigten Photovoltaikanlage, welche auf einem Dach des Komplettgebäudes installiert ist, werden die Heizelemente 103 zum Aufheizen der Speichersteine 101 betrieben. Aufgrund des Aufheizens weisen die Speichersteine 101 im Kernspeicherraum 115 eine Temperatur von 500 °C auf. Mittels des Gebläses 109 unter Steuerung der Luftbeimischklappen 110 des Lufteintrittes 106 und des Luftaustrittes 105 wird kühlere Luft aus dem Heizregisterraum 113 in den Anschlussraum 107 und den Kernspeicherraum 115 kontinuierlich gefördert. Im Kernspeicherraum 115 tritt die Luft durch die Aussparung 123 in den Speicherstein 101 und durch die Luftkanäle 102 und nimmt dabei die Wärme von den erhitzten Speichersteinen 101 auf. Die erwärmte Luft wird über den Luftaustritt 105 in das Heizregister 104 gefördert und bei einer Temperatur von 95 °C auf den Heizkreislauf 121 zum Beheizen der Wohnheizung 117 übertragen.The heating elements 103 for heating the storage stones 101 are operated by means of electrical energy obtained from a photovoltaic system (not shown) which is installed on a roof of the complete building. Due to the heating, the storage bricks 101 in the core storage space 115 have a temperature of 500°C. By means of the blower 109 under the control of the air mixing flaps 110 of the air inlet 106 and the air outlet 105, cooler air is conveyed continuously from the heating register space 113 into the connection space 107 and the core storage space 115. In the core storage space 115, the air passes through the recess 123 into the storage brick 101 and through the air ducts 102 and in the process absorbs the heat from the heated storage bricks 101. The heated air is conveyed via the air outlet 105 into the heating register 104 and, at a temperature of 95 °C, is transferred to the heating circuit 121 for heating the domestic heating system 117.

Somit wird eine modulare Wärmespeichervorrichtung 100 bereitgestellt, bei der elektrische Energie gewonnen mittels einer Photovoltaikanlage direkt zum Beheizen der Speichersteine 101 verwendet und bedarfsgerecht zum Beheizen eines Komplettgebäudes eingesetzt wird.A modular heat storage device 100 is thus provided, in which electrical energy obtained by means of a photovoltaic system is used directly to heat the storage stones 101 and is used as needed to heat a complete building.

In einer Alternative des Speichersteins weist der Speicherstein 201 eine Oberseite 231, eine Unterseite 233, eine linke Seitenwand 235, eine rechte Seitenwand 237, eine Vorderwand 238 und eine Rückwand 239 auf. Der Speicherstein 201 weist eine rechteckige Grundform auf (2). Der rechteckige Speicherstein 201 weist eine Länge von 200 mm, eine Breite (Tiefe) von 100 mm und eine Höhe von 100 mm auf. An seiner Oberseite 231 weist der Speicherstein 201 eine Strukturierung als Rutschschutz für einen darüber gestapelten weiteren Speicherstein 201 auf. Die rechte Seitenwand 237 ist im oberen Bereich ausgespart und weist im unteren Bereich einen Steg 251 auf, welcher von der Unterseite 233 durchgehend entlang der gesamten Tiefe des Speichersteins 201 ausgebildet ist. Die Steglänge 255 und die Steghöhe 253 betragen jeweils 20 mm.In an alternative of the storage block, the storage block 201 has a top 231 , a bottom 233 , a left side wall 235 , a right side wall 237 , a front wall 238 and a back wall 239 . The storage stone 201 has a rectangular basic shape ( 2 ). The rectangular storage brick 201 has a length of 200 mm, a width (depth) of 100 mm and a height of 100 mm. On its upper side 231, the storage block 201 has a structure as a slip protection for a further storage block 201 stacked above it. The right side wall 237 is recessed in the upper area and has a web 251 in the lower area, which is continuously formed from the underside 233 along the entire depth of the storage stone 201 . The web length 255 and the web height 253 are each 20 mm.

In der Unterseite 233 sind zwei Aussparungen 223 ausgebildet, welche jeweils von der Vorderwand 238 bis zur Rückwand 239 durchgehend sind. In den beiden Aussparungen 223 sind jeweils ein als Heizstab ausgebildetes Heizelement 103 angeordnet. Die beiden Heizelemente 103 sind im Querschnitt kreisrund. Wie im Detailausschnitt A in der 2 gezeigt ist, ist die jeweilige Aussparung 223 im oberen Bereich halbkreisförmig ausgebildet, sodass das mit seiner Unterseite auf einem Boden eines Kernspeicherraums 115 oder der Oberseite 231 eines darunter angeordneten Speichersteins 201 (siehe 3) aufliegt und im oberen Bereich bündig von der Aussparung 223 umgeben ist. Dadurch ist ein optimaler Kontakt zwischen der Außenfläche des Heizelementes 103 und der Innenoberfläche der Aussparung 223 für den Wärmeübergang vom Heizelement 103 an den Speicherstein 201 bereitgestellt.Two recesses 223 are formed in the underside 233 , each of which is continuous from the front wall 238 to the rear wall 239 . A heating element 103 designed as a heating rod is arranged in each of the two recesses 223 . The two heating elements 103 are circular in cross section. As in detail section A in the 2 is shown, the respective recess 223 is semicircular in the upper area, so that the underside rests on a floor of a core storage space 115 or the upper side 231 of a storage brick 201 arranged underneath (see 3 ) rests and is flush surrounded by the recess 223 in the upper area. This provides optimal contact between the outer surface of the heating element 103 and the inner surface of the recess 223 for the heat transfer from the heating element 103 to the storage stone 201 .

In 3 ist ein Ausschnitt eines ersten Speichermoduls 103 mit den aneinander gesetzten und aufgestapelten Speichersteinen 201 gezeigt. Beim Aufeinanderstapeln und Aneinanderreihen der Speichersteine 201 ist jeweils die rechte Außenseite des Steges 251 des Speichersteines 201 an der nächstfolgenden linken, geraden Seitenwand 235 des in Reihe gesetzten, nächstfolgenden Speichersteins 201 angeordnet, sodass oberhalb des Steges 251 aufgrund der Aussparung ein integrierter Luftkanal 202 entlang der Tiefe des Speichersteins 201 ausgebildet ist. Dadurch ist durch die Ausbildung jedes Speichersteins 201 mit dem integrierten Luftkanal 202 oberhalb des Steges 251 an seiner rechten Seitenwand 237 gleichzeitig im Bereich des integrierten Luftkanals 202 eine hohe Kontaktfläche an der rechten Seitenwand 237 dieses Speichersteins 201 mit dem Steg 251 und an der auf der gegenüberliegenden Seite angeordneten linken Seitenwand 235 des nächstfolgenden Speichersteins 201 für eine optimale Wärmeabgabe an die durch den integrierten Luftkanal 202 strömende Luft gewährleistet.In 3 a section of a first storage module 103 with the storage blocks 201 placed next to one another and stacked is shown. When the storage blocks 201 are stacked and lined up one on top of the other, the right outer side of the web 251 of the storage block 201 is arranged on the next left, straight side wall 235 of the next storage block 201 placed in a row, so that above the web 251, due to the recess, there is an integrated air duct 202 along the Depth of the storage stone 201 is formed. As a result, due to the design of each storage block 201 with the integrated air duct 202 above the web 251 on its right-hand side wall 237, in the area of the integrated air duct 202 there is also a large contact area on the right-hand side wall 237 of this storage block 201 with the web 251 and on the opposite Side arranged left side wall 235 of the next storage block 201 for optimal heat dissipation to the air flowing through the integrated air duct 202 guaranteed.

Aufgrund des jeweiligen Steges 251 der Speichersteine 201 sind diese kompakt mit einer definierten Abmessung des dazwischen angeordneten Luftkanals 202 angeordnet. Ansonsten wird das erste Speichermodul 103 und werden die Speichersteine 201 wie oben beschrieben verwendet.Due to the respective web 251 of the storage stones 201, these are compact with a defined dimension of the air duct 202 arranged in between. Otherwise, the first memory module 103 and the memory bricks 201 are used as described above.

BezugszeichenlisteReference List

100100
Wärmespeichervorrichtungthermal storage device
101101
Speichersteinstorage stone
102102
Luftkanalair duct
103103
Heizelementheating element
104104
Heizregisterheating register
105105
Luftaustrittair leakage
106106
Lufteintrittair intake
107107
Anschlußraumconnection room
108108
Isolierunginsulation
109109
Gebläsefan
110110
Luftbeimischklappeair mixing flap
111111
GehäuseHousing
113113
Heizregisterraumheater register room
115115
Kernpeicherraumcore space
117117
Wohnheizungresidential heating
119119
Heizungspumpeheating pump
121121
Heizkreislaufheating circuit
123123
Aussparungrecess
125125
Nockecam
130130
erstes Speichermodulfirst memory module
201201
Speichersteinstorage stone
202202
integrierter Luftkanalintegrated air duct
223223
Aussparungrecess
230230
zweites Speichermodulsecond memory module
231231
Oberseitetop
233233
Unterseitebottom
235235
linke Seitenwandleft side wall
237237
rechts Seitenwandright side wall
238238
Vorderwandfront wall
239239
Rückwandback panel
243243
Aussparungshöherecess height
245245
Aussparungsbreiterecess width
251251
Stegweb
253253
Steghöheweb height
255255
Steglängebar length
330330
drittes Speichermodulthird memory module
430430
viertes Speichermodulfourth memory module
530530
fünftes Speichermodulfifth memory module

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • AT 506477 B1 [0003]AT 506477 B1 [0003]
  • EP 0504536 B1 [0004]EP 0504536 B1 [0004]

Claims (10)

Wärmespeichervorrichtung (100) zum Beheizen und/oder zur Warmwassergewinnung eines Komplettgebäudes, wobei die Wärmespeichervorrichtung (100) ein Gehäuse (111) und ein erstes Speichermodul (130) mit mindestens einem Speicherblockelement (101, 201) aufweist und das Speichermodul (130) in dem Gehäuse (111) angeordnet ist, und die Wärmespeichervorrichtung (100) mindestens ein elektrisches Heizelement (103), einen Wärmeaustauscher (104), einen Lufteintritt (106) von dem Wärmeaustauscher (104) zu dem Speichermodul (130) und einen Luftaustritt (105) von dem Speichermodul (130) zu dem Wärmeaustauscher (104) aufweist und das mindestens eine Speicherblockelement (101, 201) eine erste Aufnahmeaussparung (123, 223) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Aufnahmeaussparung (123, 223) das mindestens eine elektrische Heizelement (103) zum Aufheizen des Speicherblockelementes (101, 201) angeordnet ist, sodass durch den Lufteintritt (106) eintretende Luft mittels des mindestens einen aufgeheizten Speicherblockelementes (101) erwärmbar und/oder die erwärmte Luft durch den Luftaustritt (105) dem Wärmeaustauscher (104) zuführbar ist.Heat storage device (100) for heating and/or hot water production of a complete building, wherein the heat storage device (100) has a housing (111) and a first storage module (130) with at least one storage block element (101, 201) and the storage module (130) in the Housing (111) is arranged, and the heat storage device (100) at least one electric heating element (103), a heat exchanger (104), an air inlet (106) from the heat exchanger (104) to the storage module (130) and an air outlet (105) from the storage module (130) to the heat exchanger (104) and the at least one storage block element (101, 201) has a first receiving recess (123, 223), characterized in that in the first receiving recess (123, 223) the at least one electrical Heating element (103) for heating the storage block element (101, 201) is arranged so that air entering through the air inlet (106) can be heated by means of the at least one heated storage block element (101) and/or the heated air can be fed through the air outlet (105) to the heat exchanger ( 104) can be supplied. Wärmespeichervorrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Speichermodul (130) ein zweites Speicherblockelement, ein drittes Speicherblockelement und/oder eine Vielzahl von weiteren Speicherblockelementen (101, 201) aufweist, wobei die Speicherblockelemente (101, 201) horizontal und/oder vertikal nebeneinander und/oder aneinander liegend angeordnet sind.Heat storage device (100) after claim 1 , characterized in that the first memory module (130) has a second memory block element, a third memory block element and/or a multiplicity of further memory block elements (101, 201), the memory block elements (101, 201) being arranged horizontally and/or vertically next to one another and/or are arranged adjacent to each other. Wärmespeichervorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Speicherblockelement oder die Speicherblockelemente (101, 201) jeweils eine zweite Aufnahmeaussparung, eine dritte Aufnahmeaussparung und/oder weitere Aufnahmeaussparungen (123, 223) und/oder ein zweites elektrisches Heizelement, ein drittes elektrisches Heizelement und/oder weitere elektrische Heizelemente (103) aufweist oder aufweisen.Heat storage device (100) after claim 1 or 2 , characterized in that the storage block element or the storage block elements (101, 201) each have a second receiving recess, a third receiving recess and/or further receiving recesses (123, 223) and/or a second electrical heating element, a third electrical heating element and/or further electrical Has or have heating elements (103). Wärmespeichervorrichtung (200) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeaussparung oder die Aufnahmeaussparungen (123, 223) in einer Seitenfläche (231, 233, 235, 237, 238, 239) des jeweiligen Speicherblockelementes (101, 201) ausgebildet ist oder sind.Heat storage device (200) according to one of the preceding claims, characterized in that the receiving recess or recesses (123, 223) is formed in a side surface (231, 233, 235, 237, 238, 239) of the respective storage block element (101, 201). or are. Wärmespeichervorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Speicherblockelement (101) mindestens zwei Nocken (125) an einer Unterseite aufweist, wobei zwischen benachbarten Nocken (125) jeweils eine Aussparung (123) angeordnet ist, und die jeweilige Aussparung eine Aufnahmeaussparung für ein elektrisches Heizelement (103) ist und/oder mit Luft durchströmbar ist.Heat storage device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the respective storage block element (101) has at least two cams (125) on an underside, with a recess (123) being arranged between adjacent cams (125) and the respective The recess is a receiving recess for an electric heating element (103) and/or air can flow through it. Wärmespeichervorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Speicherblockelement (201) zumindest teilweise eine weitere Aussparung in einer Seitenwand (235, 237, 238, 239) durchgehend entlang einer Abmessung der Seitenwand (235, 237, 238, 239) aufweist, sodass ein Luftdurchgangskanal (202) in und/oder an dem jeweiligen Speicherblockelementes (201) ausgebildet ist.Heat storage device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the respective storage block element (201) at least partially has a further recess in a side wall (235, 237, 238, 239) continuously along one dimension of the side wall (235, 237, 238, 239), so that an air passage channel (202) is formed in and/or on the respective storage block element (201). Wärmespeichervorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmespeichervorrichtung (100) ein zweites Speichermodul (230), ein drittes Speichermodul (330), ein viertes Speichermodul (430) und/oder weitere Speichermodule aufweist (530), wobei zwischen den Speichermodulen (130, 230, 330, 430, 530) jeweils ein Luftkanal (102) zum Durchströmen mit Luft ausgebildet ist.Heat storage device (100) according to any one of the preceding claims, characterized in that the heat storage device (100) has a second storage module (230), a third storage module (330), a fourth storage module (430) and/or further storage modules (530), wherein between the storage modules (130, 230, 330, 430, 530) there is an air duct (102) for air to flow through. Wärmespeichervorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (111) einen ersten Raum (113), in dem der Wärmeaustauscher (104) angeordnet ist, und einen zweiten Raum (115), in dem das Speichermodul oder die Speichermodule (130, 230, 330, 430, 530) angeordnet ist oder sind, aufweist, wobei das Gehäuse (111), der erste Raum (113) und/oder der zweite Raum (113) eine Isolierung (108) aufweist oder aufweisen.Heat storage device (100) according to any one of the preceding claims, characterized in that the housing (111) has a first space (113) in which the heat exchanger (104) is arranged, and a second space (115) in which the storage module or the Storage modules (130, 230, 330, 430, 530) is or are arranged, wherein the housing (111), the first space (113) and/or the second space (113) has or have insulation (108). Wärmespeichervorrichtung (100) nach einem Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Raum (113) eine Temperatur in einem Bereich von 80°C bis 100°C und/oder der zweite Raum (115) eine Temperatur in einem Bereich von 400°C bis 600°C aufweist oder aufweisen.Heat storage device (100) according to a Claims 7 or 8th , characterized in that the first space (113) has or have a temperature in a range from 80°C to 100°C and/or the second space (115) has a temperature in a range from 400°C to 600°C. Wärmespeichervorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmespeichervorrichtung (100) eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung aufweist.Heat storage device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the heat storage device (100) has a control and/or regulating device.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0504536B1 (en) 1991-03-20 1995-11-22 Rolf Scheiwiller Concrete paving blocks
AT506477B1 (en) 2008-02-21 2010-07-15 Schweighofer Franz HEAT STORAGE DEVICE

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