DD148252A5

DD148252A5 - Thermoisolierter waermespeicher

Info

Publication number: DD148252A5
Application number: DD79218051A
Authority: DD
Inventors: Peter Neumann
Original assignee: Isopag Ag
Priority date: 1978-12-23
Filing date: 1979-12-21
Publication date: 1981-05-13
Also published as: IT1164538B; BE880837A; IT7928356A0; FR2444894A1; GR74889B; YU309679A; BR7908453A; ES487011A1; GB2042158A; JPS5589692A; SE7910534L; DE2855911A1; NL7909122A; CH650585A5

Abstract

Ziel und Aufgabe der Erfindung bestehen darin, einen umweltfreundlichen Waermespeicher mit groszer Waermespeicherkapazitaet zu schaffen, der es gestattet, die von Sonnenkollektoren oder Waermepumpen oder dergleichen gewonnene Waerme zu speichern und der gleichzeitig dazu geeignet ist, den Wirkungsgrad von herkoemmlichen Heizungsanlagen zu verbessern. Die Aufgabe wird dadurch geloest, dasz man einen sehr grosz dimensionierten, thermoisolierten, ein waermespeicherndes Medium enthaltenden Behaelter einsetzt. Der thermoisolierte Waermespeicher ist dadurch gekennzeichnet, dasz a) das im Waermespeicher enthaltene waermespeichernde Medium Wasser und/oder eine andere umweltfreundliche Fluessigkeit oder eine leicht schmelzende Substanz ist, b) die Speicherkapazitaet, d.h. das Fassungsvermoegen des Waermespeichers entsprechend grosz dimensioniert ist, c) der Waermespeicher innen ganz oder teilweise eine die Waermestrahlung reflektierende Beschichtung oder reflektierende Folienauskleidung, vorzugsweise eine Auskleidung aus hochpolierter Aluminiumfolie, aufweist und d) der Waermespeicher Einrichtungen zur Waermezufuhr und zur Waermeabgabe aufweist.

Description

AP P 28 D/ 218 051 56 692/24

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Thermoisolierter Wärmespeicher

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen thermoisolierten Wärmespeicher für Heizungs- und/oder Brauchwassersysteme.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, daß in letzter Zeit große Anstrengungen unternommen werden, um Energie in Form von Wärme mittels Sonnenkollektoren oder Wärmepumpen zu gewinnen. Unabhängig davon ist man ständig bemüht, den Wirkungsgrad der herkömmlichen Kohle-, Gas- und Ölheizungen zu verbessern. Im Falle der Wärmegewinnung mittels Sonnenkollektoren wirkt es sich nachteilig aus, daß in unseren Breiten die Sonneneinstrahlung recht unregelmäßig und im Winter darüber hinaus relativ schwach ist, so daß mit Sonnenkollektoren gerade dann, wenn viel Energie gebraucht wird, d.h. im Winter, nicht viel Wärme kontinuierlich gewonnen werden kann, um so wichtiger ist es daher, bei Sonneneinstrahlung,

und zwar insbesondere im Winter, so viel wie möglich an Wärme zu gewinnen und zu speichern, um über längere Perioden, an denen die Sonne nicht scheint, hinwegzukommen. Dies scheitert in der Regel daran, daß die Speicherkapazitäten zu gering sind, üblicherweise haben die Warmwasserboiler, die mittels der umlaufenden Sonnenkollektorlüssigkeit beheizt werden, nur ein Fassungsvermögen von 300 bis 500 1, d.h., daß man mit dieser Warmwassermenge nicht weit kommt, insbesondere dann nicht, wenn man die gespeicherte Wärme nicht nur zum Erwärmen des Brauchwassers, sondern zusätzlich oder nur für Heizungszwecke verwenden will.

Im Falle von Kohle-, Gas- und Ölheizungen ist man insbesondere bemüht) durch Regeltechniken mittels Außenthermostaten, an den Heizkörpern befindliche Thermostatventile, durch Zeitrelais für Boiler-Nachlaufheizung und dergleichen den Wirkungsgrad zu erhöhen. Nachteilig wirkt sich jedoch bei diesen Heizungen, und zwar insbesondere bei Gas- und Ölheizungen, nach wie vor die Tatsache aus, daß auf Grund des relativ geringen Fassungsvermögens des Heizkessels der Brenner in relativ kurzen Zeitabständen an- und abschaltet, so daß der Brenner jeweils nur über kurze Perioden brennt, wodurch ein starker Energieverlust bedingt ist.

Es sind ferner Elektrospeicherheizungen bekannt, die den billigen Nachtstrom ausnützen und die Wärme in relativ kleinen Volumeinheiten speichern. Diese Speicher erwärmen sich dabei auf sehr hohe Temperaturen, was nicht nur besondere Wärmeisolationsprobleme bedingt, sondern auch Probleme hinsichtlich einer rationellen und gesunden Abführung der gespeicherten Wärme.

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Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht in der Entwicklung eines Wärmespeichers mit. großer Wärmespeicherkapazität.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen umweltfreundlichen Wärmespeicher zu schaffen, der es einerseits gestattet, die von Sonnenkollektoren oder Wärmepumpen oder dergleichen gewonnene Wärme, mit der nur relativ geringe Temperaturerhöhungen im Wärmespeicher erreicht werden können, zu speichern und der es andererseits erlaubt, in wirksamer Weise den Wirkungsgrad von Kohle-, Gas- und Ölheizungen .sowie von anderen Heizungsarten zu erhöhen bzw. erst sinnvoll zu ermöglichen.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch den Einsatz eines thermoisolierten Wärmespeichers gelöst, der als wärmespeicherndes Medium Wasser und/oder eine andere umweltfreundliche Flüssigkeit oder eine leicht schmelzende Substanz enthält, entsprechend groß dimensioniert ist und innen ganz oder teilweise eine die Wärmestrahlung reflektierende Beschichtung oder reflektierende Folienauskleidung, vorzugsweise eine Auskleidung aus hochpolierter Aluminiumfolie, aufweist.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein wärmeisolierter Wärmespeicher für Heizungs- und/oder Brauchwassersysteme, der dadurch gekennzeichnet ist, daß

a) das in ihm enthaltene wärmespeichernde Medium Wasser und/oder eine andere umweltfreundliche Flüssigkeit oder eine leicht schmelzende Substanz ist,

b) die Speicherkapazität entsprechend groß ist,

c) er innen ganz oder teilweise mit einer die Wärmestrahlung reflektierenden Beschichtung oder reflektierende Folienauskleidung, vorzugsweise eine Auskleidung aus hochpolierter Aluminiumfolie, versehen ist und '

d) er Einrichtungen zur Wärmezufuhr und zur- Wärmeabgabe aufweist.

Als wärmespeicherndes Medium wird gemäß der Erfindung Wasser besonders bevorzugt, da es leicht erhältlich und besonders umweltfreundlich ist. An Stelle von Wasser kann man aber selbstverständlich auch andere Flüssigkeiten einsetzen, z.B. Glycerin, gegebenenfalls in Mischung mit Wasser, oder öle wie z.B. Paraffinöl oder Siliconöl. Andererseits kann es aber auch vorteilhaft sein, als wärmespeicherndes Medium gemäß der Erfindung eine Substanz einzusetzen, die zwar unter Normalbedingungen fest ist, aber bereits bei relativ niedrigen Temperaturen schmilzt. Zu Substanzen dieser Art gehören beispielsweise Hartparaffine mit Schmelzpunkten zwischen 50° und 62°C, Wachse, niedermolekulare inerte Polymere sowie sehr niedrig schmelzende Legierungen wie z.B. Woods Legierung (Schmelzpunkt: 60 bis 70°C). Bei derartig niedrig schmelzenden Substanzen wird der Wärmespeichereffekt dadurch erhöht, daß zum Schmelzen zusätzliche Energie benötigt wird. Führt man beispielsweise einem Hartparaffin Wärme zu, so steigt dessen Temperatur stetig bis zum Schmelzpunkt an; dann erhöht sich seine Temperatur längere Zeit nicht mehr, da die ganze zugeführte Wärmeenergie zum Schmelzen aufgebraucht wird. Erst wenn das gesamte

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Hartparaffin geschmolzen ist, erwärmt sich das Hartparaffin weiter. Diese zum Schmelzen notwendige Wärmemenge bezeichnet man als Schmelzwärme. Bei Abkühlung der Substanz wird dann diese Schmelzwärme wieder in Form von Erstarrungswärme neben der eigentlichen Abkühlung frei.

Die Speicherkapazität des Wärmespeichers hängt einerseits von den Eigenschaften des eingesetzten wärmespeichernden Mediums und andererseits von dessen Menge ab. Vorzugsweise sollte die Speicherkapazität so groß sein, daß die gespeicherte Wärme ohne zusätzliche Heizung ausreicht, um über einige Tage hinaus einen normalen Haushalt mit der üblichen Menge an Warmwasser zu versorgen.

Da gemäß der Erfindung als wärmespeicherndes Medium Wasser besonders bevorzugt wird, hat der Wärmespeicher vorzugsweise ein Fassungsvermögen von mindestens 1 500 1, 'insbesondere ein solches von ca. 5 000 bis 15 000 1, und vorzugsweise eine säulenförmige, insbesondere zylindrische, senkrecht angeordnete Form. Der Innendurchmesser eines solchen Hohlzylinders beträgt beispielsweise ca. 0,8 m bis 2,0 m bei einer Höhe von ca. J> bis 5 m. Der Zylindermantel sowie der Boden und der Deckel können aus jedem beliebigen geeigneten Material bestehen, daß - falls es nicht selbst schon genug thermisch isolierend wirkt zusätzlich eine thermoisolierende Schicht aufweist, wobei die Dicke der Isolationsschicht sich nach dem λ-Wert (Wärmeleitzahl) richtet und so dick ist, daß durch den Behältermantel, den Boden und den Deckel praktisch keine Wärmeverluste auftreten. Die thermoisolierende Schicht besteht vorzugsweise aus einem Polyurethanhartschaumstoff und weist eine Dicke von ca. 15 cm auf. Die thermoisolierende Schicht kann entweder direkt als selbsttragendes Element den Wärmespeicher bilden oder aber die Isolationsschicht wird auf die Behälterwandung einschließlich Boden und Decke außen oder innen aufgebracht

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oder aber zwischen entsprechenden Verschalungen eingebracht. Die Wandungen des Wärmespeichers können dabei aus Metall, Kunststoff oder Betonringen bestehen. Das gleiche gilt für die Verschalungen. Beispielsweise werden mit Vorteil gemäß der Erfindung übereinander angeordnete Betonringe eingesetzt, die zentrisch von Betonringen umgeben sind, deren Durchmesser vorzugsweise 30 cm größer sind als die Durchmesser der inneren Betonringe. Der zwischen den Betonringen bestehende Zwischenraum wird dann an Ort und Stelle mit Polyurethanhartschaumstoff ausgeschäumt, wobei man das Ausschäumen vorteilhafterweise stufenweise durchführt, d.h. je nach Höhe der Betonringe werden ein oder zwei Innen-Betonringe und entsprechend viele Außen-Betonringe verlegt und der Zwischenraum ausgeschäumt bevor die nächsten Betonringe übereinander angeordnet werden. Selbstverständlich können an Stelle der Außen-Betonringe entsprechende Ringe aus Metall oder Kunststoff eingesetzt werden oder aber die Außenringe sind aus Beton und die Innenringe sind aus Metall oder Kunststoff. Selbstverständlich können auch gleichzeitig die Innen- und Außenringe aus Metall oder Kunststoff bestehen. Darüber hinaus braucht die Ausschäumung nicht an Ort und Stelle zu erfolgen, sondern die Wärmespeicher k'önnen fix und fertig angeliefert werden.

Der Zylindermantel, der Boden und der Deckel des Wärmespeichers· können aber auch, wie bereits erwähnt, als selbsttragende Elemente ausgebildet sein, wobei diese Elemente gegebenenfalls durch zusätzliche Hilfsmittel zusammengehalten werden. Beispielsweise kann der Zylindermantel nur aus Polyurethanhartschaumstoff bestehen und zwar in Form eines Rohres oder er kann aus übereinander angeordneten Rohrringen, die im Aufbau den Betonringen entsprechen, oder aus zwei Halbschalen oder aus mehreren Zylinderlängssegmenten bestehen. Die Halbschalen bzw. die Zylinderlängssegmente haben entweder eine Länge,

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die der gewünschten Höhe des Wärmespeichers entspricht oder aber sie sind so dimensioniert, daß sie durch zusätzliche Übereinanderanordnung die gewünschte Höhe ergeben. Um eine verschiebesichere Übereinanderanordnung zu gewährleisten, weisen sowohl die Rohre, die Rohrringe als auch die Halbschalen und die Längssegmente an ihren Fuß- und gegebenenfalls Kopfenden entsprechend geformte nut- bzw. federartige Vorsprünge bzw. Vorsprünge auf, wie sie bei den Betonringen üblich sind.

Vorzugsweise sind die Zylinderlängssegmente ferner so gestaltet, daß die Innen- und Außenflächen den gleichen Krümmungsradius aufweisen. Durch den gleichen Krümmungsradius können die Zylinderlängssegmente während des Transportes raumsparend und beschädigungssicher übereinander angeordnet werden, ohne daß die Ecken irgendwie gefährdet sind.

Die Halbschalen weisen vorzugsweise auch an ihren Längskanten Nut und Feder oder entsprechende Vorsprünge bzw. Vertiefungen auf, während dies bei den Zylinderlängssegmenten nicht notwendig ist, da diese an ihren Längskanten so ausgebildet sind, daß sie nach dem Prinzip der Gewölbesteine aneinander zu liegen kommen. Die Lage der Seitenflächen der Längssegmente ist dabei so angelegt, daß die theoretische Verlängerung der Seitenflächen durch die Zylinderlängsachse geht.

Zusammengehalten werden die Halbschalen bzw. die Zylinderlängssegmente vorzugsweise durch Stahlbänder, die beispielsweise an ihren Enden, ähnlich wie Schlauchschellen, zusammengeschraubt werden, oder durch übereinanderangeordnete Betonringe.

Die säulenförmige, insbesondere zylindrische Gestaltung bei senkrechter Anordnung wird deshalb bevorzugt, weil

dadurch gewährleistet ist, daß sich das Warmwasser stets auf relativ kleinem Raum an der Oberfläche sammelt, von wo es entweder abgezogen wird oder aber wo die Wärme an einen oder mehrere Wärmeaustauscher abgegeben wird, in denen das Brauch- und/oder Heizungswasser erwärmt wird.

Selbstverständlich braucht der Wärmespeicher nicht nur eine säulenförmige bzw. zylindrische Form aufzuweisen und senkrecht angeordnet zu sein, sondern er kann auch liegend angeordnet sein oder aber die Form einer Pyramide, eines Kegels, eines Quaders oder eines Würfels aufweisen, wobei dann jedoch ein pyramidischer oder halbkugelförmiger oder ähnlich gestalteter Aufsatz auf dem Behälter angeordnet sein sollte, der gewährleistet, daß sich das heiße Wasser stets in dem dadurch begrenzten, relativ kleinen Raum ansammeln kann.

Die die Innenflächen des Wärmespeichers bildenden Flächen sind vorzugsweise mit Aluminiumfolie, insbesondere einer hochpolierten Aluminiumfolie, beschichtet. Gemäß der Erfindung können beispielsweise die Halbschalen bzw. die Zylinderlängssegmente kontinuierlich als Sandwich-Elemente hergestellt werden, wobei die Außenschichten aus Aluminiumfolien und der Kern aus Polyurethanhartschaumstoff bestehen. An dieser Stelle wird, bemerkt, daß für das Merkmal, wonach der Wärmespeicher innen ganz oder teilweise eine die Wärmestrahlung reflektierende Beschichtung oder reflektierende Folienauskleidung, vorzugsweise eine Auskleidung aus Aluminiumfolie oder dergleichen, aufweist, nicht nur in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Wärmespeicher Schutz beanspruchen wird, sondern auch ein separater Schutz für Wärmespeicher anderer Bauart, bei spielsweise für die kleineren Warmwasserboiler mit einem Fassungsvermögen von 300 bis 500 1.

In den Fällen, in denen das Isoliergehäuse des Wärme-

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speicher nicht wasserdicht oder aber korrosionsanfällig ist, wird in dem Wärmespeicher am oberen Ende des Zylindermantels ein Fo.liensack befestigt, der so dimensioniert ist, daß er am Boden zum Aufliegen und an der inneren Zylinderwandung zum Anliegen kommt. Wird ein solcher Foliensack eingesetzt, so kann dieser Foliensack auch die Funktion der wärmereflektierenden Auskleidung übernehmen und zwar dann, wenn der Foliensack selbst aus einer mit einer die wärmereflektierenden Schicht beschichtet bzw. kaschiert ist.

In Anbetracht der Große der erfindungsgemäß bevorzugten großen Wärmespeicher, v/erden diese vorzugsweise, beispielsweise im Falle von Ein- und Zweifamilienhäuser, außerhalb des Hauses, vorzugsweise im Erdreich, aufgestellt. In vielen Fällen lassen sich mit Vorteil ehemalige Versitzgruben zum erfindungsgemäßen Wärmespeicher "umbauen".

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung be-M'l'.ehon alt¹.ο der Zylindermantel, der boden und dor Deckel des Wärmespeichers aus Polyurethanhartschaumstoffen. Die nachfolgenden Fig. veranschaulichen diese bevorzugte Ausführungsform, ohne jedoch die Erfindung darauf einzuschränken.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäß bevorzugten Wärmespeicher, dessen Zylindermantel, dessen Boden und dessen Deckel aus Polyurethanhartschaumstoff bestehen, wobei der Zylindermantel 2 aus Zylinderlängssegmenten 5, wie sie nachfolgend in Fig. 4, 5 und 6 im Querschnitt dargestellt sind, zusammengesetzt ist. Die Zylinderlängssegmente 5 sind innen und außen mit Aluminiumfolie kaschiert (in den Fig. nicht dargestellt), mo <1ηΠ (11 ri !I"niinnwMiKluntfnn don V.y'\ !,ruinvmnnt.oln ?.

die Wärme reflektieren können. Vorzugsweise sind die Innenflächen des Bodens 4 und der Deckel 3 ebenfalls mit Aluminiumfolie kaschiert. Die Füllhöhe des Wärmespeichers ist mit "h" und der Innendurchmesser mit "i" angegeben. Gefüllt ist der Wärmespeicher mit Wasser 6. Die vorzugsweise unterhalb der Wasseroberfläche und am Boden des Wärmespeichers angeordneten Wärmeaustauscher sind mit ihren Zu- und Ableitungen nicht dargestellt. Die im Luftpolster 7 mit der Eintrittsöffnung 8 endende - Zuleitung und die im Wasser etwas oberhalb des Bodens mit der Saugöffnung .9 endende Ableitung

• stellen die Zu- und Ableitungen für eine besondere Ausführungsform gemäß der Erfindung dar, auf die später in Verbindung mit einem Sonnenkollektor als Wärmequelle noch etwas ausführlicher eingegangen wird.

Fig. 2 zeigt im Längsschnitt in vergrößerter Form das obere Ende 10 des Zylindermantels 2 mit dem Rand des Deckels 3, der durch Deckelschrauben 12 mit dem oberen Ende 10 des Zylindermantels 2 verbunden ist, wobei die hermetische Abdichtung mittels elastischer Dichtungsringe 13 erreicht wird. Die Befestigung 14 des Foliensackes 15 ist schematisch im Längsschnitt am oberen Ende 10 des Längssegmentes 2 dargestellt.

Fig. 3 zeigt im Längsschnitt in vergrößerter Form das mit einer rundumlaufenden Feder 18 versehene untere Ende 16 des Zylindermantels 2, die in die rundumlaufende Nut 17 der Bodenplatte 4 eingreift.

Fig. 4 zeigt im Querschnitt die zu einem Zylindermantel zusammengefügten Zylinderlängssegmente 5, deren Innenflächen einen kleineren Krümmungsradius auf-

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weisen wie die Außenflächen, wobei sich der Krümmungsradius der Innenflächen nach dem gewünschten Innendurchmesser i des Wärmespeichers und der Krümmungsradius der Außenflächen sich nach der gewünschten Wandstärke des Zylindermantels 2 richtet und außen im Schnitt ebenfalls einen Kreis ergibt.

Fig. 5 zeigt im Querschnitt die zu einem Zylindermantel 2 zusammengefügten Zylinderlängssegmente 5 deren Oberflächen einen kreisrunden Querschnitt ergeben, während die Außenflächen einen wellenförmig gekrümmten Kreisbogen ergeben, da der Krümmungsradius der Innenflächen gleich dem Krümmungsradius der Außenfläche ist.

Fig. 6 zeigt in perspektivischer Darstellung übereinanderlagernde Längssegmente 5 gemäß Fig. 5.

Fig. 7 zeigt einen Längsschnitt durch einen bekannten Betonring mit dem schematisch dargestellten rundumlaufenden Vorsprung 21 und der entsprechenden rundumlaufenden Aussparung 22, die ein verschiebesicheres Übereinanderlagern von Betonringen ermöglicht.

Hinsichtlich der verschiedenen Ausführungsmöglichkeiten gemäß der Erfindung gelten noch die nachfolgend näher beschriebenen Merkmale..

Vorzugsweise befindet sich über dem wärmespeichernden Medium 6 ein Gaspolster 7, das vorzugsweise aus Luft oder einem Inertgas, beispielsweise Stickstoff, besteht. Das Gaspolster ist üblicherweise hermetisch gegenüber der Außenatmosphäre abgeriegelt und so bemessen, daß sein Volumen unter Normalbedingungen in der Lage ist, die bei der Erwärmung des wärme-

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speichernden Mediums 6 auftretende Druckerhöhung abzupuffern. Andererseits kann es aber auch von Vorteil sein, wenn das Gaspolster nicht hermetisch gegenüber der Außenatmosphäre abgeriegelt ist, sondern mit der Außenatmosphäre in Verbindung steht. Auf diese Weise kann ein einfacher Druckausgleich im System erzielt werden, vorausgesetzt, daß die Verbindung mit der Außenatmosphäre so gestaltet ist, daß größere Verdampfungsverluste vermieden werden. In welcher Weise der Fachmann eine solche Verbindung zur Außenatmosphäre schaffen kann,ist ihm bekannt. Selbstverständlich kann man bei einer speziellen erfindungsgemäßen Ausführungsform auch auf das Gaspolster ganz verzichten, wobei es sich dann jedoch empfiehlt an anderer Stelle ein in der Heizungstechnik übliches Druckausgleichsgefäß anzubringen. Ferner ist es möglich, daß das wärmespeichernde Medium 6, z.B. das bevorzugt eingesetzte Wasser, unter einem Druck steht, der dem in der Wasserleitung herrschenden Druck entspricht. Andererseits ist es natürlich auch möglich, den Wärmespeicher über ein entsprechendes Druckreduzierventil mit der Wasserleitung zu verbinden. Diese Ausführungsform wird man insbesondere dann wählen, wenn man das im Wärmespeicher erhitzte Wasser direkt als warmes Brauchwasser verbrauchen möchte.

Die Einrichtungen zur Wärmezufuhr sind vorzugsweise wenig über dem Boden des WärmeSpeichers angeordnet, da auf diese V/eise erreicht wird, daß das warme Wasser sich im oberen Teil des WärmeSpeichers ansammelt und stets das sich . am Boden des Wärmespeichers ansammelnde kalte Wasser erwärmt wird. Die Vorrichtung zur Wärmezufuhr ist beispielsweise ein Wärmeaustauscher, der am Boden des Wärmespeichers angeordnet ist und der durch umlaufendes Wasser gespeist wird, das beispielsweise in Sonnenkollektoren oder in Wärmepumpen erwärmt wird. Gemäß einer besonders bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform kann das im Wärmespeicher befindliche Wasser am Boden

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abgepumpt und direkt durch den Sonnenkollektor oder durch den Kessel eines Öl-, Gas- oder Kohlebrenners geleitet und dem Wärmespeicher am Kopf wieder zugeführt werden. Eine derartige Ausführungsform wird nachfolgend noch in Verbindung mit dem Einsatz eines Sonnenkollektors näher beschrieben.

In vielen Fällen kann es aber auch vorteilhafter sein, wenn man das im Wärmespeicher befindliche Medium mittels elektrischer Energie, die insbesondere in den Nachtstunden preisgünstig zu haben ist, aufheizt. Zu diesem Zweck befindet sich dann am Boden des Wärmespeichers eine elektrisch beheizte Wärmequelle, beispielsweise eine solche, die Tnit einem großen Tauchsieder vergleichbar ist.

Unterhalb der Oberfläche sind vorzugsweise die Einrich- tungen zur Wärmeabgabe, d.h. entsprechende Wärmeaustauscher angeordnet, durch die das Brauch- und/oder Heizungswasser geleitet wird und sich darin erwärmt. Eine zweckmäßige Anordnung sieht vor, daß zwei entsprechende Wärmeaustauscher übereinander oder nebeneinander angeordnet sind, wobei durch den.einen Wärmeaustauscher das für den Verbrauch bestimmte Wasser und. durch den anderen das für Heizungszwecke bestimmte Wasser geleitet wird.

Ähnlich wie das als wärmespeicherndes Medium ' '· dienende Wasser direkt in Sonnenkollektoren erhitzt werden kann, kann das gespeicherte Wasser auch direkt durch die Heizkörper der Heizungsanlage oder durch die Fußbodenheizung geleitet werden. Genau das gleiche gilt für den bereits erwähnten Fall, daß man das im Wärmespeicher gespeicherte warme Wasser als warmes Brauchwasser direkt verwenden will.

* des wärmespeichernden Mediums 6

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Eine besonders interessante Anwendung des erfindungsgemäßen Wärmespeichers ist in einer speziellen Kombination mit einem Sonnenkollektor zu sehen, wodurch man eine Sonnenkollektor-Heizung erhält, die im wesentlichen aus einem Sonnenkollektor, dem erfindungsgemäßen Wärmespeicher, den Rezirkulationsrohren, die es gestatten, die Kollektorflüssigkeit durch den Sonnenkollektor und den Wärmespeicher im Kreislauf umzupumpen, und dem eigentlichen Heizkörper- bzw. Brauchwassersystem besteht. Diese Kombination ist dadurch gekennzeichnet, daß

(a) der thermoisolierte Wärmespeicher 1 ein Fassungsvermögen von mindestens 1500 1 hat und.innen ganz oder teilweise eine die Wärmestrahlung reflektierende Beschicktung oder reflektierende Folienauskleidung, vorzugsweise eine Auskleidung aus Aluminiumfolie oder dergleichen aufweist,

(b) die Kollektorflüssigkeit nicht durch die im Wärmespeicher 1 befindlichen Wärmeaustauscher, sondern durch den Wärmespeicher 1 selbst geführt und das zur Beheizung der Heizkörper dienende Wasser bzw. · das heiße Brauchwasser durch einen im Wärmespeicher 1 befindlichen Wärmeaustauscher, dessen Fassungsvermögen Je nach Aufgabe variiert, geleitet wird,

(c) sich im Wärmespeicher 1 über der umzupumpenden Kollektorflüssigkeit ein Gaspolster 7 befindet,

(d) der Wärmespeicher so gestaltet ist, daß sich das Gaspolster 7 über dem Wärmeaustauscher befindet, der im Wärmespeicher 1 so angeordnet ist, daß er sich während des Betriebs des Sonnenkollektors wenig unterhalb der Wasseroberfläche 6 befindet,

(e) sich im unteren Teil des Wärmespeichers 1, vorzugsweise am Boden, eine Absaugöffnung 9 und am oberen

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Teil des Wärmespeichers 1 eine Eintrittsöffnung 8 für die Kollektorflüssigkeit befindet, wobei die. Eintrittsöffnung 8 im oberen Teil des Gaspolsters 7 endet,

(f) der Sonnenkollektor so angeordnet ist, daß während des Betriebes des Sonnenkollektors die darin befindliche Kollektorflüssigkeit nach Ausschalten der Umlaufpumpe, die die Kollektorflüssigkeit umpumpt, aus dem Sonnenkollektor und den entsprechenden Rezirkulationsrohren durch die Eintrittsöffnung 8 bzw. die Absaugöffnung 9 in den Wärmespeicher 1 auslaufen kann.

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Das Erfindungsv/esentliche ist somit in der Kombination des Wärmespeichers, des Luftpolsters und des Leerlaufens des Sonnenkollektors bei Pumpenstillstand zu sehen, wobei das Leerlaufen des Kollektors bei Pumpenstillstand nur dadurch erreicht werden konnte, daß man mit dem vorstehend genannten Luftpolster arbeitet. Dieses Luftpolster hat in diesem Fall somit zwei Funktionen zu erfüllen, einmal das Auslaufen des Kollektors bei Nichtpumpenbetrieb zu ermöglichen und andererseits als Druckpuffer zu wirken, da nicht unbeträchtliche Druckunterschiede beim Aufheizen des Innenwassers von einer Temperatur von ca. 20 bis 25 C auf 60⁰C auftreten.

Vorzugsweise ist das im Wärmespeicher 1 befindliche Gaspolster 7 über eine Rohrleitung mit dem am höchsten liegenden Kanal im Sonnenkollektor über ein am Sonnenkollektor befindliches Ventil verbunden, das sich beim Ausschalten der Umlaufpumpe, d.h. dem Wegfall des Innendruckes, öffnet und damit das Auslaufen der Kollektorflüssigkeit aus dem Sonnenkollektor begünstigt. Das Gaspolster 7 ist, wie bereits angegeben, ein Luftpolster oder ein Inertgaspolster, z.B. ein Stickstoffpolster, dessen Volumen

* bei dieser Sonnenkollektor-Heizung

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unter Normalbedingungen so gewählt ist, daß es einerseits in der Lage ist, die beim Erwärmen der Kollektorflüssigkeit im System auftretende Druckerhöhung abzupuffern und andererseits mindestens so groß ist, um die im Sonnenkollektor und in den Rezirkulationsrohren während des Umpumpens befindliche Kollektorflüssigkeit zu ersetzen. Die Kanäle im Sonnenkollektor, durch die die Kollektorflüssigkeit zirkuliert, sind vorzugsweise so schräg installiert, daß die Kollektorflüssigkeit beim Ausschalten der Umlaufpumpe sowohl über die Eintrittsöffnung 8, als auch durch die Absaugöffnung 9 in den Wärmespeicher 1 zurücklaufen kann.

Claims

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Erfindungsanspruch

1. Thermoisolierter Wärmespeicher für Heizungs- und/oder Brauchwassersysteme, gekennzeichnet dadurch, daß

a) das im Wärmespeicher (1) enthaltende wärmespeichernde Medium (6) Wasser und/oder eine andere umweltfreundliche Flüssigkeit oder eine leicht schmelzende Substanz ist,

b) die Speicherkapazität, d. h. das Passungsvermögen des Wärmespeichers (1) entsprechend groß dimensioniert ist,

c) der Wärmespeicher (1) innen ganz oder teilweise eine die Wärmestrahlung reflektierende Beschichtung oder reflektierende Folianauskleidung, vorzugsweise eine Auskleidung aus hochpolierter Aluminiumfolie, aufweist und

d) der Wärmespeicher (1) Einrichtungen zur Wärmezufuhr und zur Wärmeabgabe aufweist.

2· Wärmespeicher nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß er ein Fassungsvermögen von mindestens 1500 1 hat.
3. Wärmespeicher nach den Punkten 1 und-2, gekennzeichnet dadurch, daß seine Form säulenförmig, vorzugsweise zylindrisch ist und er senkrecht angeordnet ist.

4-» Wärmespeicher nach den Punkten 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß er einen Innendurchmesser (i) von 0,8 bis 2 m und der Zylindermantel innen eine Höhe (h) von 3 his 5 m hat.

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5. Wärmespeicher nach den Punkten 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß der Zylindermantel (2) sowie der Boden (4) . und der Deckel (3) aus einem thermoisolierenden Material, vorzugsweise einem geschäumten Kunststoff, insbesondere einem Polyurethanhartschaumstoff, bestehen, die Wandstärke im Falle von Polyurethanhartschaumstoff vorzugsweise 15 cm "beeträgt, und die Innenfläche des Mantels, des Bodens und des Deckels mit einer hochpolierten Aluminiumfolie verkleidet sind.

6, Wärmespeicher nach den Punkten 1 bis 5» gekennzeichnet dadurch, daß der Zylindermantel (2) des Warmwasserspeichers (1) aus einem Rohr oder übereinander angeordneten Rohrringen oder aus zwei Halbschalen oder mehreren Zylinderlängssegmenten besteht, die entweder eine Länge haben wie die gewünschte Höhe des Wärmospeichers oder aber durch zusätzliche Übereinanderanordnung die gewünschte Höhe ergeben.

7e Wärmespeicher nach den Punkten 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß die Innenflächen (19) und die Außenflächen (20) der Zylinderlängssegmente (5) den gleichen Krümmungsradius (r) aufweisen*
8. Wärmespeicher nach den Punkten 1 bis 7» gekennzeichnet dadurch, daß die übereinander angeordneten Rohrringe bzw. die Zylinderlängssegmente über Nut (17) und Feder (18) miteinander verbunden sind. "

9e Wärmespeicher nach den Punkten 1 bis 8, gekennzeichnet dadurch, daß der Zylindermantel (2) des Wärmespeiehers (1) bildenden Halbschalen bzw. Längssegmente (5) durch Stahlbänder, die vorzugsweise an ihren Enden ähnlich wie Schlauchschellen zusammengeschraubt sind, oder durch übereinander angeordnete Betonringe zusammengehalten werden.

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10. Wärmespeicher nach den Punkten 1 bis 9t gekennzeichnet dadurch, daß die thermoisolierende Schicht der Bodenplatte (4) und der Deckplatte (3) des WärmeSpeichers (1) aus dem gleichen Material und in der gleichen Stärke besteht wie der Zylindermantel (2).
11. Wärmespeicher nach den Punkten 1 bis 10, gekennzeichnet dadurch, daß sich das wärmespeichernde Medium (6) in einem Foliensack (15) oder einer Folienblase befindet, der bzw. die an den Innenwandungen des WärmeSpeichers anliegt, wobei der Foliensack bzw. die Folienblase innen mit einer die Wärme reflektierenden Schicht versehen sein kann.
12. Wärmespeicher nach den Punkten 1 bis 11, gekennzeichnet dadurch, daß der Foliensack (15) bzw. die Folienblase aus einer innen mit hochpolierter Aluminiumfolie kaschiert.en Kunststoffolie besteht.
13. Wärmespeicher nach den Punkten 1 bis 12, gekennzeichnet dadurch, daß sich im Wärmespeicher (1) über dem wärmespeichornden Medium (6) ein Gaspolster (7) befindet, vorzugsweise ein solches aus Luft oder einem Inertgas, vorzugsweise Stickstoff.
14. Wärmespeicher nach den Punkten 1 bis 13, gekennzeichnet dadurch, daß der Wärmespeicher (1) hermetisch abgeschlossen ist und das "Volumen des Gaspolsters (7) unter Normalbedingungen so gewählt ist, daß es in der Lage ist, die bei der Erwärmung des wärmespeichenden Mediums (6) auftretende Druckerhöhung abzupuffern.

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15. Wärmespeicher nach den Punkten 1 bis 14·, gekennzeichnet dadurch, daß das Gaspolster (7) mit der Atmosphäre verbunden ist.
16. Wärmespeicher nach den Punkten 1 bis 15* gekennzeichnet dadurch, daß das wärmespeichernde Medium (6) unter einem Druck von ca. 1 bis 2 Atmosphären oder dem in der Wasserleitung herrschenden Druck steht.
17. Wärmespeicher nach den Punkten 1 bis 16, gekennzeichnet dadurch, daß die Einrichtung zur Wärmezufuhr wenig über dem Boden des WärmeSpeichers angeordnet ist.
18. Wärmespeicher nach den Punkten 1 bis 17» gekennzeichnet dadurch, daß die Einrichtung zur Wärmezufuhr ein Y/ärmeaustauscher ist, der durch umlaufendes Wasser gespeist
wird, welches im Sonnenkollektor oder mittels Wärmepumpen erwärmt wird.

19· Wärmespeicher nach den Punkten 1 bis 18, gekennzeichnet dadurch, daß das im Wärmespeicher befindliche Wasser am Boden abgepumpt, direkt durch den Sonnekollektor oder
durch den Kessel eines öl- oder Gas- oder Kohlebrenners geleitet und dem Wärmespeicher am Kopf wieder zugeführt wird.
20. Wärmespeicher nach den Punkten 1 bis 19, gekennzeichnet dadurch, daß die Einrichtung zur Wärmezufuhr eine elektrischbeheizte Wärmequelle ist.

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21. Wärmespeicher nach den Punkten 1 bis 20, gekennzeichnet dadurch, daß die Einrichtung zur Wärmeabgabe unterhalb der Oberfläche des wärmespeichernden Mediums angeordnet ist.
22. Wärmespeicher nach den Punkten 1 bis 21, gekennzeichnet dadurch, daß die Einrichtung zur Wärmeabgabe ein von Brauchwasser oder Heizungswasser durchflossener Wärmeaustauscher ist, wobei zwei entsprechende Wärmeaustauscher neben- oder übereinander angeordnet sein können und der eine Wärmeaustauscher der Erwärmung des Brauch-Wassers und der andere der Erwärmung des Heizungswassers dienen kann.
23. Wärmespeicher nach den Punkten 1 bis 22, gekennzeichnet dadurch, daß das im Wärmespeicher als wärmespeicherndes Medium enthaltende V/asser direkt durch die Heizkörper der Heizungsanlage oder durch die Fußbodenheizung geleitet wird.
24. Wärmespeicher nach den Punkten 1 bis 23» gekennzeichnet dadurch, daß das im Wärmespeicher als wärmespeicherndes Medium enthaltende Wasser direkt als warmes bzw. heißes Brauchwasser verwendet wird.

Hierzu JL__$eifen Zeichnungen