DE3023592A1 - Verfahren und anlage zur waermespeicherung - Google Patents

Verfahren und anlage zur waermespeicherung

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DE3023592A1 DE19803023592 DE3023592A DE3023592A1 DE 3023592 A1 DE3023592 A1 DE 3023592A1 DE 19803023592 DE19803023592 DE 19803023592 DE 3023592 A DE3023592 A DE 3023592A DE 3023592 A1 DE3023592 A1 DE 3023592A1
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Description

DlPL-ING. WERNER LORENZ
7920 Heidenheim, Fasanenstr. 7
Telefon 07321/52740
10. Juni 1980
Akte: DI 667
Anmelder :
Societe de Dietrich
F-67110 Niederbronn
Frankreich
Verfahren und Anlage zur Wärmespeicherung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anlage, die zur Langzeitspeicherung von Wärmeenergie vorgesehen ist.
Sie ist hauptsächlich im Eigenheim anwendbar und hat den Zweck der Speicherung von Wärmeenergie im Sommer sowie im Winter, ausgehend von der Zufuhr unentgeltlicher äußerer Energie (z.B. Sonnenenergie) oder von irgendeiner Rückgewinnung.
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— χ. —
Die Speicherung der Wärme in Form von Warmwasser wird gewöhnlich in kleinem Maßstab auf kurzer Zeit durchgeführt aber auch für bedeutende Wärmemengen über einige Monate und sogar ein Jahr.
Im Eigenheim gibt es abgesonderte Räume, in welchen der Wärmebedarf von einer warmen Jahreszeit zur nächsten gespeichert werden kann.
Sogar für ein Haus mit kleiner bewohnbarer Grundfläche von 100 qm zeigen die Berechnungen, daß man bedeutende Wärmemengen vorsehen muß, welche in keinem Fall unter 200 Kubikmetern liegen. Um Raum zu gewinnen, gibt es nur die eine Lösung, die zur Phasenänderung der Flüssigkeit erforderliche Wärmemenge zu nutzen.
Man weiß, daß man zusätzliche 80 Kilokalorien wiedergewinnen kann, indem man einen Liter Wasser in Eis verwandelt, welches im festen Zustand offensichtlich dasselbe Volumen einnimmt.
Will man also bei Wasser von 60 C die Temperatur auf minus 5 C senken, würde es möglich, 145 Kilokalorien pro Kilo in Eis umgewandeltes Wasser zu speichern.
Diese physikalische Tatsache wird in verschiedenen Systemen angewendet, wo man an ein Reservoir oder an einen Speicherbehälter eine Wärmepumpe anschließt. Man verwertet also das ganze nutzbare Volumen oder mindestens einen begrenzten Teil desselben, um der verwendeten Flüssigkeit, im allgemeinen Wasser, das Maximum an Energie zu entziehen, indem man die Temperatur unter Null absenkt.
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Dazu ist im Inneren des verwendeten Volumens ein ganzes Netz von Spezialkühlrohren erforderlich.
Der Aufwand an Kompliziertheit dieser Anlage und die oft erhebliche Leistung der an den Speicher angeschlossenen Kühlmaschine machen ihre Kosten beträchtlich,um nicht zu sagen unerschwinglich in Anbetracht der realisierbaren Einsparungen.
Aufgrund dieser Tatsache wird die Amortisierung dieser Anlage derart lang, daß sich ihr praktischer Reiz dafür mindert.
Das Verfahren und die Anlage gemäß der Erfindung benützen ebenfalls die Verbesserung der Speicherung durch den Übergang auf Eis , aber ohne aus dem ganzen verwendeten Volumen einen Eisblock zu bilden.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Anlage beträchtlich zu vereinfachen und sie infolgedessen betriebssicherer und weniger kostspielig zu machen.
Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, aus dem Boden des Speicherbehälters kontinuierlich Eisstücke aus einem Kältemittelkreislauf zu bilden, der an eine Wärmepumpe angeschlossen ist, dann diese Eisstücke automatisch zu entformen, und zwar durch Anwärmung mit Hilfe einer äußeren unentgeltlichen Energiequelle oder irgendeiner Rückgewinnung, z.B. durch Sonnenenergie, damit sie an die Oberfläche steigen, Das Verfahren besteht darin, in der Zwischensaison direkt das in dem oberen Teil des Behältervolumens vorhandene ausreichend warme Wasser zu verwenden und getrennt oder gemeinsam am Boden des Behälters mittels einer Wärmepumpe die von den Sonnenzellen oder anderswo herkommende Energie zu nutzen, um die Temperatur so weit als möglich zu senken.
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Die erfindungsgemäße Anlage umfaßt einen Speicherbehälter, der mit den Sonnenzellen und mit einem Wärmespeicher auf Luftabzugsbasis oder irgendeiner anderen Rückgewinnungseinrichtung^aie üfeer eine Wärmepumpe in einen direkt angeschlossenen Austauscher abgibt, wobei die ZeIIe7 die Rückgewinnungseinrichtungen und der Primärkreislauf der Wärmepumpe an eine am Boden des Behälters angeordnete Austauschstruktur angeschlossen sind. Auf einem gleichen, am Boden des Behälters angeordneten Gebilde befindet sich ein Rost zur Herstellung von Eisstücken, der an einemMehrEachkreislauf für die Zirkulation von warmem Wasser anliegt, welches von den Empfängern kommt, verbunden mit einem Kreislauf für die Kühlflüssigkei^der in engem Kontakt mit der Struktur zur Herstellung der Eisstücke steht.
Die detaillierten technischen Merkmale der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung behandelt, welche mit Hilfe von beigefügten Zeichnungen ein nichtbeschränktes Beispiel ausführt:
Es zeigt:
Fig. 1 einen schematischen Schnitt der gesamten Anlage,
Fig. 2 einen Detailansicht im Querschnitt einer Ausführungsform der Austauschstruktur am Boden des Rückgewinnungsbehälters,
Fig. 3 eine Detailansicht im Querschnitt einer zweiten Ausführungsform der Austauschstruktur am Boden des Rückgewinnungsbehälters.
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% 3023B92
Gehen wir zunächst das erfindungsgemäße Verfahren durch.
Das Verfahren besteht darin, Wärmeenergie aus einer Flüssigkeit zu entnehmen, vorzugsweise aus Wasser, indem man dessen Temperatur senkt, Eisstücke auf dem Boden eines Rückgewinnungsbehälters in einer Austauschstruktur herstellt, und folgende Kreisläufe verbindet: den Mehrfachkreislauf zur Eisstückeherstellung, den verschachtelt anliegenden Kreislauf für die Zirkulation von Warmwasser, das von den Sonnenempfängern kommt und dem Kreislauf für Kühlflüssigkeit von einer Wärmepumpe im engen Kontakt mit dem Kreislauf für die Bildung der Eisstücke,indem er z.B. mit seinem Boden verbunden ist.
Genauer gesagt besteht das Verfahren darin, Eisstücke durch das Kühlmittel einer Wärmepumpe herzustellen und sie durch die geeignete Zirkulation von warmem Wasser, welches von den Sonnenempfängern und/oder von anderen Vorrichtungen kommt, zu entformen, wobei diese Eisstücke entlang der seitlichen Wände der Eisbildungseinrichtung an die Oberfläche des gespeicherten Wassers schwimmen.
Das Verfahren erlaubt es, mit Hilfe eines bestimmten Kreislaufs, die in dem Behälter während der Zwischensaison angesammelte Wärme direkt.zu verwenden, z.B. um unmittelbar eine Fußbodenhei zung zu versorgen.
In der Tat gewinnt man die Erstarrungswärme bei der Herstellung der Eisstücke zurück.
Es gestattet vor allem die angereicherten Kalorien durch Senken der Wassertemperatur- unter Null Grad Celsius umzuwandeln, d.h., das Wasser kurzfristig aber ständig in Eis zu verwandeln.
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Die erfindungsgemäße Anlage setzt sich zusammen aus einem Rückgewinnungsbehälter 1, eingegraben oder im Keller, dessen Volumen an die Bedürfnisse des Eigenheimes angepaßt ist, im allgemeinen etwa 40 Kubikmeter. Dieser Behälter besteht aus einer wärmeisolierten Umhüllung 2 und vorzugsweise aus einem inneren dichten Mantel 3, der sich an die Wände anlegt. Sie weist an ihrem oberen Teil einen Zugang in das Innere in Form einer Besichtigungsöffnung 4 auf.
Dieser Behälter weist auf seinem Boden eine kombinierte Austauscheinrichtung 5 auf, bestehend aus zwei Zirkulationskreisläufen und aus einerStruktür zur Herstellung von Eisstücken 6.
Der Austauschkomplex ist einerseits mit dem Primärkreislauf 7 einer Wärmepumpe 8 verbunden, welcher über seinen Sekundärkreislauf 10 die Kalorien in einem Austauscher 9, vorzugsweise eine Mischbatterie, zurückgewinnt. Der gesamte Austauschkomplex 5 ist andererseits mit den. Sonnenempfängern 11 über einen den Umwälzer 13 enthaltenden Zubringerkreislauf 12 verbunden.
Der äußere Kreislauf für den Wärmetransport ist mit einer oder mehreren Quellen für die Energierückgewinnung verbunden. Er kann ebenso gut auf einen Luft/Wasser-Rückgewinnungstank 14 oder auf eine Wärmepumpe 15 wirken, welche die Energie der phreatischen Schicht oder des Kellers in das Innere des Hauses leiten. Die letzteren können für besondere Zwecke direkt in die Mischbatterie 9 abgeben.
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Der Austauschkomplex 5 läßt sich auf verschiedene technische Art verwirklichen.
Er enthält in allgemeiner Form auf seiner oberfläche eine Struktur 16 zur Herstellung von Eisstücken, welche mehrfach mit der Struktur 17 verschachtelt ist, welche die Zirkulation des von den Sonnenempfängern oder anderswo herkommenden Warmwassers besorgt.
Dieses Gebilde läßt sich z.B. in Form eines gerippten Bleches 18 herstellen, welches rechtwinklig (zinnenförmig) oder trapezförmig gewellt und auf eine Platte 19 aufgebracht ist. Die Kanäle 20 dienen als Struktur zur Herstellung der Eisstücke und die vorspringenden Strukturen bilden die Tunnels für die Zirkulation des Warmwassers, welches von den Sonnenempfängern 11 oder einer anderen Wärmerückgewinnungsquelle kommt.
Die seitlichen Wände 22 und 23 gehören gleichzeitig zum Heizkreislauf 24 und zu den Strukturen für die Bildung der Eisstücke.
Die Böden 25 der Kanäle 20 sind in engem Kontakt mit dem Primärkreislauf 7 des Kältemittels der Wärmepumpe 8 z.B. in Form der Rohre 26 vom Kreisquerschnitt.
In gewissen Fällen ist es vorteilhaft, in den vorspringenden .Strukturen 21 Leitungen 27 (Fig. 3) für die indirekte Heizung der Seitenwände 22 und 23 vorzusehen.
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— % —
Der Austauscher oder die Mischbatterie 9 erhält den
direkten Kreislauf 28 über eine Pumpe 29 ggf. den Kreislauf in einem Luft/Wasser-Rückgewinnungstank der Abzugsluft, dem Sekundärkreislauf 10 der Wärmepumpe 8 und nach Bedarf jeden weiteren Kreislauf zur Aufbereitung der zurückgewonnenen Wärme, welche direkt verwendbar ist, d.h. ohne über den Speicherbehälter zu gehen.
Der Austauscher versorgt mit seinem Kreislauf oder mit
seinen Kreisläufen 30 die gesamte Heizung des Eigenheimes, welche vorzugsweise als Fußbodenheizung 31 ausgebildet ist zuzüglich ggf. eine Serie von Radiatoren oder Konvektoren 32.
Man zieht die Fußbodenheizung vor, weil sie bei viel niedrigeren Temperaturen als Konvektoren oder Radiatoren funktioniert, d.h., bei 3§° bis 40° C.
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Claims (1)

  1. :j.* !:■·■■■■ ι/., ί -λ ,
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    10. Juni 1980 Akte: DI 667
    Anmelder:
    Societe de Dietrich
    F-67110 Niederbronn
    Frankreich
    Patentansprüche:
    Verfahren zur Speicherung von Wärmeenergie in einem flüssigen Medium, mit Phasenänderung, vorzugsweise mit Wasser zur Umbildung von Eis in Wasser zur Speicherung und von Wasser in Eis zur Entnahme, dadurch gekennzeichnet, daß man in der Periode der Energieentnahme vom Boden eines Rückgewinnungsbehälters fortlaufend Eisstücke herstellt, und zwar in einer kombinierten Austauschstruktur, welche in sich vereinigt: einen Eisstückbildner, einen Kreislauf
    130024/0660
    ORIGINAL INSPECTED
    für Warmwasserzirkulation neben jedem Bildnerelement und auch einen Kreislauf für die Kühlflüssigkeit in engem Kontakt mit dem Bildner und indem man die Eisstücke durch Zirkulation einer warmen Flüssigkeit entformt, welche dann an die Oberfläche des Wassers im Speicherbehälter schwimmen.
    2. Anlage zur Speicherung von Wärmeenergie, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen im Keller vorgesehenen Speicherbehälter (1) enthält, der durch einen Innenmantel isoliert ist, auf seinem Boden einen Austauschkomplex (5) enthält, mit Heizkreisläufen (17), und einen Kühlers (7), sowie einer Struktur zur Herstellung von Eisstücken (6) , wobei der Heizkreislauf (17) mit einem oder mehreren unentgeltlichen Wärmezufuhrquellen verbunden ist, z.B. mit Sonnenzellen (11) und wobei der Kühlkreislauf aus dem Verdampfer einer Wärmepumpe Wasser/Wasser (8) besteht, der mit dem Austauscher oder der Mischbatterie (9) verbunden ist.
    3. Anlage gemäß Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Eisstückebildner (6)/ der auf der Oberseite des Austauschkomplexes vorgesehen ist,aus einer Struktur zur Bildung von Eisstücken besteht, die mehrfach in der Struktur für die Zirkulation von Warmwasser verschachtelt ist.
    4. Anlage gemäß den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildung der Eisstücke (6) und der Kreislauf für die Zirkulation des Warm^wassers (17) in Form eines gerippten Bleches (18) mit zinnenförmigen oder trapez-
    130024/0660
    förmigen Profil hergestellt ist, welches auf einer Trägerplatte (19) befestigt ist, wobei die Kanäle lineare Elemente zur Bildung von Eisstücken bilden und die durch die Platte verschlossenen Vorsprünge die Leitungen des Kreislaufes für die Zirkulation des Warmwassers darstellen.
    5. Anlage gemäß Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampferkreislauf/für die Kühlflüssigkeit in Form von Leitungen ausgebildet ist, die auf der Trägerplatte entlang der Kanäle für die Bildung der Eisstücke verlaufen.
    6. Anlage gemäß Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Warmwasserkreislauf (17) einem direkten Typ entspricht, in Form von in den VorSprüngen verlaufenden Leitungen.
    7. Anlage gemäß Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherbehälter (1) direkt mit dem Austauscher (9) über den bestimmten Kreislauf (28) verbunden ist.
    8. Anlage gemäß Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Austauschkomplex (5) außer dem Kreislauf der Sonnenempfänger den oder die Kreisläufe von beliebigen anderen Rückgewinnungsquellen aufnimmt.
    9. Anlage gemäß Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Austauscher oder die Mischbatterie (9.) die Kreisläufe der nutzbaren Rückgewinnungsquellen direkt aufnimmt.
    1 30024/0660
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