DE102006002727A1 - Layer heat storage apparatus for hot water supply, has transport media in heat networks and storage medium in storage tank without fluid connection - Google Patents

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Abstract

The heat storage apparatus has at least one storage tank (3) enclosing a storage medium (19) such as water. At least two height-adjustable heat exchangers (9,11,13) are arranged in the storage tank, for at least two different heat networks (21,23,33) with respective transport media. The transport media in the heat networks and the storage medium in the storage tank are arranged without fluid connection between the transport media, and the storage medium. An independent claim is included for a method of supplying hot water.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schichtenwärmespeichervorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie ein Verfahren zur Warmwasserbereitung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 12.The The present invention relates to a layer heat storage device according to the preamble of claim 1, and a method for water heating according to the preamble of claim 12.
  • Aus der Praxis sind Warmwasserspeicher für den Einsatz im Bereich der Haustechnik bekannt, welche als reine Pufferspeicher oder auch als Schichtenspeicher ausgestaltet sind. Bei diesen Speichern wird eine große Menge erwärmten Wassers in einem entsprechend dimensionierten und isolierten Behältnis gelagert und bei Bedarf abgerufen.Out The practice is hot water storage for use in the field of Domestic engineering known which as pure buffer memory or as a layer memory are designed. These stores will be a large amount heated Water stored in a suitably sized and insulated container and retrieved when needed.
  • Ein Nachteil dieser Art von Speichern ist das oftmals große Speichervolumen, welches zur Bereitstellung einer ausreichenden Menge an Warmwasser erforderlich ist. Dieses Speichervolumen erfordert nicht nur generell einen beachtlichen Stauraum für die Bereitstellung eines entsprechend dimensionierten Speicherkessels, sondern im Falle eines Schichtenspeichers zur Vermischung der in den Kessel einströmenden und ausströmenden Wassermengen zudem auch geeignete Pumpen bzw. Verwirbelungs- oder Vermischungseinrichtungen mit der hierbei erforderlichen Regelungstechnik. Trotz der im Stand der Technik zu diesem Zweck eingesetzten Technik (Pumpen, Verwirbelungseinrichtungen, Regelungen, etc.) ist es oftmals schwierig, die optimale bzw. gewünschte Mischung der im Speicherkessel vorhandenen Flüssigkeit zu erzielen. Ferner kommt es regelmäßig zu Ausfällen der zum Zwecke der Vermischung eingesetzten technischen Bauteile, was Kosten für Reparatur und/oder Wartung bedingt.One Disadvantage of this type of storage is the often large storage volume, which is necessary to provide a sufficient amount of hot water is. This storage volume not only generally requires a considerable amount of money Storage space for the Provision of a suitably dimensioned storage tank, but in the case of a stratified storage for mixing the in entering the boiler and outflowing Amounts of water also suitable pumps or turbulence or Mixing devices with the required control technology. Despite the technique used for this purpose in the prior art (pumps, Turbulators, regulations, etc.), it is often difficult the optimal or desired To achieve a mixture of the liquid present in the storage tank. Further it regularly comes to failures of for the purpose of mixing used technical components, what costs for Repair and / or maintenance conditional.
  • Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Wärmespeichervorrichtung und ein entsprechendes Verfahren zur Warmwasserbereitung vorzuschlagen.In front It is an object of the present invention to provide a improved heat storage device and to propose a corresponding method for the preparation of hot water.
  • Die erfindungsgemäße Aufgabe wird jeweils durch die Merkmalskombination des Anspruchs 1 sowie durch die Merkmalskombination des Anspruchs 12 gelöst.The inventive task is in each case by the combination of features of claim 1 and solved by the feature combination of claim 12.
  • So wird erfindungsgemäß eine Schichtenwärmespeichervorrichtung mit wenigstens einem Speicherkessel vorgeschlagen, welcher wenigstens ein erstes Speichermedium enthält bzw. dieses umgibt. Im Speicherkessel befinden sich erfindungsgemäß ferner wenigstens zwei Wärmetauscher. Jeder der Wärmetauscher ist in jeweils wenigstens ein Wärmenetz, wie beispielsweise ein Heizwassernetz, ein Brauchwassernetz oder dergleichen, eingebunden. Durch entsprechende Führung bzw. Anordnung der Wärmenetze bezogen zueinander ist es erfindungsgemäß jedoch auch möglich, ein oder mehrere der verwendeten Wärmetauschern durch Umleitmechanismen wie Weichen, Ventile oder dergleichen mal dem einen und mal dem anderen Wärmenetz oder ggf. auch mehreren Wärmenetzen gleichzeitig zugänglich zu machen bzw. in diese einzubinden.So According to the invention, a layer heat storage device proposed with at least one storage tank, which at least one contains first storage medium or surrounds this. In the storage tank are according to the invention further at least two heat exchangers. Each of the heat exchangers is in each case at least one heating network, such as a heating water network, a water mains or like that, integrated. By appropriate guidance or arrangement of the heat networks relative to one another, however, it is also possible according to the invention or more of the heat exchangers used By diverting mechanisms such as switches, valves or the like times the one and one time the other heating network or possibly several heating networks accessible at the same time to make or involve in this.
  • Die hierbei verwendeten Wärmetauscher sind erfindungsgemäß höhenversetzt zueinander angeordnet. Wenn im Rahmen der vorliegenden Erfindung davon die Rede ist, daß die eingesetzten Wärmetauscher zueinander höhenversetzt angeordnet sind, so bedeutet dies an sich, daß diese Wärmetauscher in einer vertikalen Ausrichtung übereinander angeordnet sind, ohne sich in ihren Abmessungen in vertikaler Richtung zu überlappen. Jedoch wird erfindungsgemäß auch jene Anordnung als höhenversetzt verstanden, bei welcher die verwendeten Wärmetauscher beispielsweise seitlich versetzt zueinander angeordnet sind, sofern zumindest ein Funktionsbereich eines beliebigen unteren Wärmetauschers so angeordnet ist, daß ein durch diesen Bereich erwärmtes erstes Speichermedium bei dessen Aufsteigen im Speicherkessel wenigstens einen Funktionsbereich eines beliebigen, über ihn gelegenen Wärmetauschers erreichen kann. Bei dieser höhenversetzten Anordnung der verwendeten Wärmetauscher ist es erfindungsgemäß vorteilhaft möglich, das Funktionsprinzip der aus dem Stand der Technik bekannten Schichtenbildung im Speicherkessel zu nutzen.The used here are heat exchangers height offset according to the invention arranged to each other. If in the context of the present invention it is said that the used heat exchanger offset each other are arranged, this in itself means that these heat exchangers in a vertical Aligned one above the other are without overlapping in their vertical dimensions. However, according to the invention, those too Arrangement as offset in height understood, in which the heat exchangers used, for example are arranged laterally offset from one another, if at least one Functional range of any lower heat exchanger so arranged is that one heated by this area first storage medium as it ascends in the storage tank at least a functional area of any heat exchanger located above it can reach. At this offset Arrangement of the heat exchanger used is it is advantageous according to the invention possible, the functional principle of the layer formation known from the prior art to use in the storage tank.
  • Erfindungsgemäß sind die Wärmenetze und die Speicherkessel derart räumlich voneinander getrennt, daß die in den Wärmenetzen vorhandenen Transportmedien einerseits und das im Speicherkessel vorhandene Speichermedium andererseits keine Fluidverbindung zueinander haben. „Fluidverbindung" bedeutet im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Möglichkeit zweier Medien, sich körperlich bzw. stofflich zu vermischen. Ein Vorteil dieser räumlichen im Sinne einer körperlichen Trennung zwischen Speichermedium im Speicherkessel und Transportmedium in den Wärmenetzen besteht in den deutlich weniger aufwendigen Maßnahmen zur Bekämpfung von Keimbildung im gesamten Versorgungsnetz. So wird beispielsweise als warmes Brauchwasser verwendetes Trinkwasser jeweils nach Bedarf „frisch" dem Wassernetz entnommen und mittels Durchlauf durch den Speicherkessel erwärmt. Es wird kein Wasser als Brauchwasser verwendet, welches bereits eine gewisse Zeit erwärmt im Speicherkessel gespeichert vorlag.According to the invention heating networks and the storage tank so spatially separated from each other, that the in the heating networks existing transport media on the one hand and in the storage tank On the other hand, existing storage medium has no fluid connection with one another to have. "Fluid connection" means in the frame the possibility of the present invention two media, physically or material to mix. An advantage of this spatial in the sense of a physical Separation between storage medium in the storage tank and transport medium in the heating networks exists in the much less costly measures to combat Nucleation throughout the supply network. For example used as warm service water drinking water each as needed "freshly" taken from the water network and heated by passage through the storage tank. There is no water as Used hot water, which already heated for a certain time in the storage tank saved.
  • Im Folgenden wird die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Schichtenwärmespeichervorrichtung beschrieben: Von einem durch den in einem unteren Bereich des Speicherkessels angeordneten Wärmetauscher („unterer Wärmetauscher") strömenden Transportmedium eines Wärmenetzes wird mittels dieses durchströmten Wärmetauschers Wärme an das den Wärmetauscher umgebende erste Speichermedium abgegeben. Man spricht hierbei vom „Laden" des Kesselspeichers. Dieses Laden erfolgt im Wege der Wärmekonvektion. Derart wärmebeladen gibt der untere Bereich des Speicherkessels Wärme bzw. die entsprechende Energie an höher gelegene, kältere Speicherkesselabschnitte ab. Diese Wärmeübertragung zu höher gelegenen Bereichen erfolgt erfindungsgemäß im Wesentlichen durch den Auftrieb des erwärmten, frei beweglichen ersten Speichermediums in einem ersten Kesselbereich und den im Ausgleich hierzu an anderer Stelle des Speicherkessels erfolgenden Absinkens kälterer Einheiten des ersten Speichermediums in einen unteren Kesselbereich.The mode of operation of the layer heat storage device according to the invention is described below: From a heat transfer medium flowing through the heat exchanger ("lower heat exchanger") arranged in a lower region of the storage tank, heat is transferred to the first storage device surrounding the heat exchanger by means of this heat exchanger delivered. This heat is transferred to the lower area of the storage tank, which transfers heat or energy to higher, colder storage tank sections by the buoyancy of the heated, freely movable first storage medium in a first boiler area and the compensation of this taking place elsewhere in the storage tank sinking colder units of the first storage medium in a lower boiler area.
  • Über einen weiteren, in einem oberen Bereich des Speicherkessels gelegenen Wärmetauscher („oberer Wärmetauscher") kann erfindungsgemäß somit Wärme für ein weiteres Wärmenetz entnommen werden („Entladen des Speichers"), welche dem Spei cherkessel zuvor über den Wärmetauscher zugeführt worden war. Dieses Entladen erfolgt wie auch das Laden des Speicherkessels mittels Wärmekonvektion zwischen Wärmetauscher und erstem Speichermedium.About one further, located in an upper area of the storage tank heat exchangers ( "Upper Heat exchanger ") according to the invention thus Heat for another heating network be removed ("unloading of the memory "), which the boiler above over the heat exchanger has been supplied was. This unloading takes place as well as the loading of the storage tank by means of heat convection between heat exchangers and first storage medium.
  • Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Schichtenwärmespeichervorrichtung besteht darin, daß sie mit niedrigem Aufwand auch in bereits bestehende bzw. installierte Warmwassersysteme eingebunden werden kann.One Advantage of the layer heat storage device according to the invention is that she is with Low effort in existing or installed hot water systems can be integrated.
  • Da erfindungsgemäß, anders als im Stand der Technik, keine mechanischen Bauteile wie Pumpen oder dergleichen zur Schichtenbildung erforderlich sind, zeichnet sich die erfindungsgemäße Schichtenwärmespeichervorrichtung durch geringe Störanfälligkeit und somit niedrige Betriebskosten aus. Da ferner keine aufwendige Steuerungs- oder Regelungstechnik erforderlich ist, verringert sich das Investitionsvolumen und die Störanfälligkeit der erfindungsgemäßen Schichtenwärmespeichervorrichtung weiter. Hiermit verbunden ist die Einsparung von Kosten für Investition und Wartung.There according to the invention, different as in the prior art, no mechanical components such as pumps or the like is required for layering draws the layer heat storage device according to the invention due to low susceptibility to interference and thus low operating costs. Furthermore, no complicated Control technology is required, the investment volume and the reduced susceptibility the layer heat storage device according to the invention further. This is associated with the saving of investment costs and maintenance.
  • Da die erfindungsgemäße Schichtenwärmespeichervorrichtung als geschlossenes System (d. h. bei Trennung von Speichermedium und Transportmedium) aber ohne Einsatz von Pumpen oder vergleichbarer mechanischer Vorrichtungen auskommt, wird ferner eine nahezu perfekte Schichtenbildung im Speicherkessel allein durch Umwälzung aufgrund von lokalen Temperaturunterschieden erzielt. Bei Einsatz der erfindungsgemäßen Schichtenwärmespeichervorrichtung lassen sich durch die besonders günstige Wärmeverteilung aufgrund der guten Schichtenbildung zwischen mehreren Wärmenetzen vorteilhaft auch Heizkosten einsparen sowie eine hiermit verbundene Verringerung der Umweltbelastung erzielen. Ferner reduziert sich bei Verwendung der erfindungsgemäßen Schichtenwärmespeichervorrichtung die Anzahl der Brennerstarts bei Öl- und Gaskesseln um bis zu 70%. Hiermit verbunden geht eine Reduzierung der Umweltbelastung einher.There the layer heat storage device according to the invention as a closed system (i.e., when disconnected from storage medium and transport medium) but without the use of pumps or comparable mechanical devices also becomes a near-perfect Stratification in the storage tank solely by circulation due to achieved local temperature differences. When using the layer heat storage device according to the invention can be due to the particularly favorable heat distribution due to Good stratification between several heating networks also advantageous Save heating costs and a related reduction to achieve the environmental impact. Furthermore, reduced when using the Layer heat storage device according to the invention the number of burner starts for oil and gas boilers up to 70%. Linked to this is a reduction in environmental impact associated.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche.advantageous Further developments of the invention are the subject of the dependent claims.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform wird Wasser als erstes Speichermedium eingesetzt. Wasser zeichnet sich durch gute Verfügbarkeit, geringen Preis und guten Wärmeübergangskoeffizienten aus. Ein „Laden" und „Entladen" von Wasser als erstes Speichermedium mit bzw. von Wärme ist auf einfache Weise möglich.In a preferred embodiment Water is used as the first storage medium. Water draws through good availability, low price and good heat transfer coefficient out. A "loading" and "unloading" of water as the first storage medium with or from heat is possible in a simple way.
  • In einer weiteren bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform umfaßt zumindest das den unteren Wärmetauscher umgebende Speichermedium ein erstes Speichermedium und ein zweites Speichermedium. Das zweite Speichermedium ist ein Latentwärmespeichermedium, welches in das erste Speichermedium eingebettet bzw. zu großen Teilen von diesem umgeben ist, wobei es in diesem freibeweglich schwimmen bzw. sich bewegen kann oder aber ortsfest angeordnet sein kann. Zusätzlich zu der oben angesprochenen Wärmekonvektion zwischen dem ersten Speichermedium und den Wärmetauschern findet im Speicherkessel dieser Ausfürungsform auch ein Wärme- bzw. Energieausgleich zwischen erstem Speichermedium und zweitem Speichermedium statt.In Another preferred embodiment of the invention comprises at least that the lower heat exchanger surrounding storage medium, a first storage medium and a second storage medium Storage medium. The second storage medium is a latent heat storage medium, which embedded in the first storage medium or in large parts of this is surrounded, in which it freely float in this or can move or can be arranged stationary. In addition to the above-mentioned heat convection between the first storage medium and the heat exchangers takes place in the storage tank this embodiment also a heat or energy balance between the first storage medium and the second storage medium instead.
  • Diese erfindungsgemäße Ausführungsform zeichnet sich vorteilhaft dadurch aus, daß der für wenigstens zwei Wärmenetze verwendete Speicherkessel einen geringeren Platzbedarf erfordert, als dies mit herkömmlichen Speicherkesseln der Fall ist. Durch Einsatz des als Latentwärmespeicher vorgesehenen zweiten Speichermediums kann das tatsächlich genutzte Speichervolumen das physisch vorgesehene Speichervolumen deutlich übersteigen. Volumeneinsparungen von bis zu 50% des herkömmlichen erforderlichen Speicher-Kessel-Volumens sind realisierbar. Durch Einbindung von Solaranlagen kann bei Begrenzung der Rücklauftemperatur zudem deren Wirkungsgrad aufgrund der großen Speicherkapazität der erfindungsgemäßen Schichtenwärmespeichervorrichtung merklich erhöht werden.These Inventive embodiment draws advantageous characterized in that for at least two heat networks used storage tank requires less space, than this with conventional Storage tanks is the case. By using the as latent heat storage provided second storage medium, the actually used Storage volume significantly exceed the physically intended storage volume. volume savings up to 50% of the conventional required storage tank volume are feasible. By Integration of solar systems can be limited by limiting the return temperature In addition, their efficiency due to the large storage capacity of the layer heat storage device according to the invention noticeably increased become.
  • Eine wiederum weiter bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schichtenwärmespeichervorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß das zweite Speichermedium Natriumacetat aufweist. Natriumacetat ist für gute Latentwärmespeicherei genschaften bekannt und läßt sich überdies besonders leicht und umweltschonend verarbeiten. So läßt sich Natriumacetat problemlos in ein im Wesentlichen kugelförmiges zweites Speichermedium einarbeiten, was zu einem besonders günstigen Volumen-Oberflächen-Verhältnis des zweiten Speichermediums führt. Die Nutzung der vorteilhaften kugelförmigen Oberfläche des zweiten Speichermediums ist natürlich nicht an die Verwendung von Natriumacetat gebunden. Auch andere, als zweites Speichermedium verwendete Speichermittel können kugelförmig als Latentwärmespeicher verwendet werden.A further preferred embodiment of the layer heat storage device according to the invention is characterized in that the second storage medium comprises sodium acetate. Sodium acetate is known for good latent heat storage properties and can also be processed very easily and environmentally friendly. Thus, sodium acetate can einar easily in a substantially spherical second storage medium work, resulting in a particularly favorable volume-surface ratio of the second storage medium. Of course, the use of the advantageous spherical surface of the second storage medium is not bound to the use of sodium acetate. Other storage means used as a second storage medium can be used spherical as latent heat storage.
  • Eine wiederum weiter bevorzugte Ausführungsform weist in einem oberen Bereich des Speicherkessels kein zweites Speichermedium auf. Dieser obere Bereich des Speicherkessels kann einen oberen oder obersten Wärmetauscher umgeben. Diesem Bereich des Speicherkessels, in welchem kein zweites Speichermedium vorliegt, kann die Energie, welche für die Brauchwassererwärmung erforderlich ist, mittels des oberen Wärmetauschers besonders leicht und damit zügig entzogen werden, da das erst allein vorliegende erste Speichermedium einen besonders schnellen Wärmeübergang zwischen dem im oberen Bereich des Speicherkessels vorliegenden ersten Speichermedium und dem den obersten Wärmetauscher durchströmenden Transportmedium des entsprechenden Wärmenetzes im Gegensatz zum Latentspeichermedium ermöglicht. Auf diese Weise wird eine eventuelle Verzögerung beim Wärmeaustausch aufgrund der vergleichsweise langsamen Wärmebe- und entladung des Latentwärmespeichermediums auf vorteilhafte Weise umgangen. Dies ist vor allem bei Abrufen warmen Duschwassers von Vorteil.A in turn further preferred embodiment does not have a second storage medium in an upper area of the storage tank on. This upper area of the storage tank can be an upper one or top heat exchanger surround. This area of the storage tank, in which no second Storage medium is present, the energy required for domestic water heating is, by means of the upper heat exchanger very light and therefore fast be withdrawn, since the first available only first storage medium a particularly fast heat transfer between the top of the storage tank first storage medium and the transport medium flowing through the uppermost heat exchanger of the corresponding heating network unlike the latent storage medium allows. This way will a possible delay during heat exchange due to the comparatively slow heat loading and unloading of the latent heat storage medium bypassed in an advantageous manner. This is especially true for retrievals warm shower water beneficial.
  • Eine wiederum weiter bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsform weist wenigstens einen Zugang zum Speicherkessel auf, durch welchen das zweite Speichermedium in den Speicherkessel einbringbar ist. Derart ausgestaltet kann ein solcher Speicherkessel auch nachträglich noch mit dem zweiten Speichermedium bestückt werden. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn aufgrund veränderter Nutzungsumstände für die erfindungsgemäße Schichtenwärmespeichervorrichtung mehr oder weniger Latentwärmespeichermedium zum Einsatz kommen soll. Auch ein Austausch defekten Latentwärmespeichermaterials oder ein Ersatz des bislang verwendeten Latentwärmespeichermaterials durch ein verbessertes Latentwärmespeichermedium ist durch diesen wenigstens einen Zugang auch nachträglich und ohne besonderen Aufwand vorteilhaft möglich.A in turn further preferred embodiment of the invention has at least an access to the storage tank, through which the second storage medium can be introduced into the storage tank. Can be designed like that such a storage tank even later with the second Storage medium equipped become. This is particularly advantageous if due to changed Terms circumstances for the Layer heat storage device according to the invention more or less latent heat storage medium to be used. Also an exchange of defective latent heat storage material or a replacement of the previously used latent heat storage material by a improved latent heat storage medium is by this at least one access also subsequently and advantageously possible without any special effort.
  • In einer wiederum weiter bevorzugten Ausführungsform weist der Speicherkessel wenigstens eine Einrichtung zum Einbringen von zusätzlicher Wärme in den Speicherkessel auf, welche von einer Elektroheizeinrichtung oder dergleichen erzeugt wurde. Diese bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich vorteilhaft dadurch aus, daß in Momenten besonders hohen Bedarfs an warmen Wasser für die Wärmenetze die hierzu erforderliche, fehlende Energie rasch bereitgestellt werden kann. Anders als im Stand der Technik üblich unterliegt die erfindungsgemäße Schichtenwärmespeichervorrichtung dieser Ausführungsform beim zusätzlichen Erwärmen mittels Elektroheizeinrichtungen jedoch keinem Wärmeverlust gegenüber der Speicherkesselumgebung: Die gesamte, mittels der Elektroheizeinrichtung erzeugte Energie wird entweder zur Erwärmung des ersten Speichermediums verwendet und steht somit über die Wärmetauscher für eine rasch erfolgende Erwärmung der Transportmedien in den Wärmenetzen zur Verfügung, oder sie wird nahezu verlustfrei im ersten und/oder zweiten Speichermedium des Speicherkessels gespeichert.In a further preferred embodiment, the storage tank at least one means for introducing additional heat into the Storage tank on which of an electric heater or the like was created. This preferred embodiment is advantageous characterized in that in Moments of particularly high demand for warm water for the heating networks the required, missing energy quickly provided can be. Unlike the usual in the prior art, the layer heat storage device according to the invention is subject this embodiment at the additional Heat by means of electric heaters but no heat loss against the Storage tank environment: the whole, by means of the electric heater Energy generated either to heat the first storage medium used and thus stands over the heat exchangers for one rapid warming the transport media in the heating networks to disposal, or it is almost lossless in the first and / or second storage medium stored in the storage tank.
  • In einer wiederum weiter bevorzugten Ausführungsform weist der Speicherkessel der Schichtenwärmespeichervorrichtung wenigstens eine Einrichtung zum Verbinden des Speicherkesssels mit wenigstens einem weiteren Speicherkessel auf. Es ist somit vorteilhaft möglich, das Wärmespeichervolumen des Wärmespeicherkessels durch Anfügen eines weiteren Speicherkessels und Herstellen von Fluidverbindungen mittels der wenigstens einen Einrichtung zum Verbinden des Speicherkessels nach Bedarf zu erhöhen. Bei erhöhtem Bedarf an Speicherkapazität ist es daher nicht erforderlich, den bereits erworbenen und installierten Speicherkessel gegen einen neuen, größeren auszutauschen. Es genügt, einen zweiten, ggf. kleineren Speicherkessel zusätzlich zu erwerben.In a further preferred embodiment, the storage tank the layer heat storage device at least one device for connecting the storage bowl with at least another storage tank. It is thus advantageously possible that Heat storage capacity of the heat storage boiler by attaching another storage tank and establishing fluid connections by means of the at least one device for connecting the storage tank to increase as needed. At elevated Need for storage capacity It is therefore not necessary to already purchased and installed Storage tank for a new, larger exchange. It is enough, one second, possibly smaller storage tank in addition to purchase.
  • Die vorliegende Erfindung sieht in dieser Ausführungsform ebenfalls vor, wenigstens einen solchen weiteren Speicherkessel bedarfsgesteuert in die Schichtenwärmespeichervorrichtung fluid- bzw. strömungstechnisch einzubeziehen, und diesen bei nachlassendem Bedarf ggf. auch wieder aus der Schichtenwärmespeichervorrichtung „auszuschließen". Die hierzu erforderlichen Leitungen, Ventile und Regelungen sind dem Fachmann als solche bekannt.The present invention also provides in this embodiment, at least such a further storage tank demand-controlled in the layer heat storage device fluid or fluidic if necessary, and this again if necessary from the layer heat storage device "exclude." The required for this Cables, valves and controls are known to those skilled in the art.
  • In einer weiteren, ebenfalls bevorzugten Ausführungsform ist der wenigstens eine Speicherkessel als ein druckfester Speicherkessel ausgestaltet. „Druckfest" bedeutet im Rahmen der vorliegenden Erfindung, daß kein erstes Speichermedium aufgrund von Verdampfung oder Verdunstung aus dem Speicherkessel austreten kann. Der Speicherkessel hält etwa einem im Betrieb auftretenden Verdampfungsdruck des Speichermediums stand.In Another, likewise preferred embodiment is the at least a storage tank designed as a pressure-resistant storage tank. "Pressure-resistant" means in the frame the present invention that no first storage medium due to evaporation or evaporation can escape from the storage tank. The storage tank stops about an occurring during operation evaporation pressure of the storage medium was standing.
  • Diese erfindungsgemäße Ausführungsform zeichnet sich vorteilhaft dadurch aus, daß ein – wie etwa bei nicht druckfestem Speicherkessel erforderliches – Nachfüllen des ersten Speichermediums nicht erforderlich ist. Ferner bedarf es bei druckfestem Speicherkessel keines Ausgleichsbehälters und keines Überlaufs. Diese erfindungsgemäße Ausführungsform zeichnet sich somit durch verminderten Platzbedarf sowie durch Einsparung der für Ausgleichsbehälter und/oder Überlauf erforderlichen Kosten aus. Ein runder Querschnitt ist fertigungstechnisch vorteilhaft. Zudem erlaubt ein runder Querschnitt, daß ein möglichst großer Anteil der Speichermedien einen geringen räumlichen Abstand zu den in aller Regel nahe dem Mittelpunkt des Kesselquerschnitts angeordneten Wärmetauschern aufweist. Bei dieser Anordnung erfolgt der Wärmeübergang zwischen den Speichermedien und den Wärmetauschern vergleichsweise rasch.This embodiment according to the invention is advantageously characterized by the fact that refilling of the first storage medium, as required, for example, in the case of a non-pressure-resistant storage tank, is not necessary. Furthermore, with pressure-resistant storage tank no compensation tank and kei needed overflow. This embodiment of the invention is thus characterized by reduced space requirements and by saving the costs required for expansion tank and / or overflow. A round cross-section is advantageous in terms of manufacturing technology. In addition, a round cross-section allows that the largest possible proportion of the storage media has a small spatial distance to the usually located near the center of the boiler cross-section heat exchangers. In this arrangement, the heat transfer between the storage media and the heat exchangers takes place comparatively quickly.
  • Die erfindungsgemäße Aufgabe wird auch durch das Verfahren zur Warmwasserbereitung nach Anspruch 12 gelöst. Die hierbei erzielten Vorteilen entsprechen ungeschmälert jenen, welche bei Einsatz der erfindungsgemäßen Schichtenwärmespeichervorrichtung erzielt werden können und oben erläutert sind. Auf die obige Diskussion dieser Vorteile wird daher an dieser Stelle ausdrücklich Bezug genommen.The inventive task is also claimed by the process for hot water according to claim 12 solved. The advantages achieved in this respect are undiminished which when using the layer heat storage device according to the invention can be achieved and explained above are. The above discussion of these benefits will therefore be addressed by this Ask explicitly Referenced.
  • Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Blick auf die Zeichnung detailliert erläutert. In der Zeichnung gilt:in the The following are preferred embodiments of the present invention with reference to the drawing detailed explained. In the drawing:
  • 1 zeigt ein Beispiel für die Einbindung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schichtenwärmespeichervorrichtung in ein haustechnisches Versorgungsnetz, bestehend aus Heizungsnetz, solarthermische Versorgung und Brauchwasserbereitung; 1 shows an example of the integration of an embodiment of the layer heat storage device according to the invention in a building services supply network, consisting of heating network, solar thermal supply and dhw production;
  • 2 zeigt ein weiteres Beispiel einer Einbindung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schichtenwärmespeichervorrichtung in ein haustechnisches Versorgungsnetz; und 2 shows a further example of an integration of an embodiment of the layer heat storage device according to the invention in a home-technical supply network; and
  • 3 zeigt ein wiederum weiteres Beispiel für die Einbindung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schichtenwärmespeichervorrichtung in ein haustechnisches Versorgungsnetz, bestehend aus Heizungsnetz und Brauchwasserbereitung unter Einbindung der Abwärme einer Kältemaschine. 3 shows a turn another example of the integration of an embodiment of the layer heat storage device according to the invention in a domestic supply network, consisting of heating network and dhw heating involving the waste heat of a chiller.
  • In der Zeichnung bezeichnen gleiche Bezugszeichen dieselben oder zumindest gleiche Bauteile. In der Zeichnung gilt ferner folgende Zuordnung:
  • A
    Verdichter
    B
    Verflüssiger zur Warmwassererzeugung
    C
    Verdampfer zur Kaltwassererzeugung
    D
    Kältemittel/Luftwärmetauscher
    E
    Rückschlagventil
    F
    Serviceventil
    G
    Magnetventil
    H
    Umkehrventile
    L
    Flüssigkeitssammler mit Sicherheitsventil
    M
    Flüssigkeitsabscheider
    N
    Filter
    O
    thermostatisches Expansionsventil
    P
    Bypass-Ventil mit Motor
    In the drawing, like reference numerals designate the same or at least the same components. The following assignment also applies in the drawing:
    A
    compressor
    B
    Condenser for hot water production
    C
    Evaporator for cold water production
    D
    Coolant / air heat exchanger
    e
    check valve
    F
    service valve
    G
    magnetic valve
    H
    reverse valves
    L
    Liquid collector with safety valve
    M
    liquid separator
    N
    filter
    O
    thermostatic expansion valve
    P
    Bypass valve with motor
  • 1 zeigt eine erfindungsgemäße Schichtenwärmespeichervorrichtung 1 mit einem ersten Speicherkessel 3 und einem zweiten, optionalen (in Strichlinien dargestellten) Speicherkessel 5. Beide Speicherkessel 3 und 5 sind mittels einer Einrichtung 7 zum Verbinden der beiden Speicherkessel derart verbunden, daß ein Strömungsaustausch zwischen beiden Speicherkesseln 3 und 5 möglich ist. Wie 1 zu entnehmen ist, können neben dem ersten Speicherkessel 3 und dem optionalen zweiten Speicherkessel 5 weitere Speicherkessel zu einer Speicherbatterie zusammengefügt werden. Der erste Speicherkessel 3 weist drei Wärmetauscher 9, 11 und 13 auf. Die Wärmetauscher 9, 11 und 13 sind in der Darstellung der 1 derart höhenversetzt zueinander angeordnet, daß sie aufeinander stehend im Wesentlichen die gesamte Höhe des Speicherkessels 3 ausfüllen. Zwischen den einzelnen Wärmetauschern 9, 11 und 13 ist keine funktionelle Verbindung wie etwa Leitungen für einen Flüssigkeitsaustausch, Strömungsverbindung oder dergleichen erforderlich. Wie auch in jeder anderen Ausführungsform, können die Wärmetauscher als Lamellenwärmetauscher ausgestaltet sein, bei welchem die Lamellen senkrecht verlaufen, die Leitungen für die Transportmedien hingegen waagrecht. 1 shows a layer heat storage device according to the invention 1 with a first storage tank 3 and a second optional storage tank (shown in phantom) 5 , Both storage tanks 3 and 5 are by means of a device 7 connected to connect the two storage tank such that a flow exchange between the two storage tanks 3 and 5 is possible. As 1 can be seen, in addition to the first storage tank 3 and the optional second storage tank 5 further storage tanks are joined together to form a storage battery. The first storage tank 3 has three heat exchangers 9 . 11 and 13 on. The heat exchangers 9 . 11 and 13 are in the presentation of 1 so arranged offset in height to each other that they standing on each other substantially the entire height of the storage tank 3 fill out. Between the individual heat exchangers 9 . 11 and 13 no functional connection such as fluid communication, flow communication or the like is required. As in any other embodiment, the heat exchangers can be configured as a plate heat exchanger in which the fins run vertically, the lines for the transport media, however, are horizontal.
  • Der Speicherkessel 3 ist ebenso wie der optionale Speicherkessel 5 bis etwa zwei Drittel seiner Höhe mit im Wesentlichen kugelförmigen Natriumacetat-Kugeln 15 als Schichtenwärmespeichermedium aufgefüllt. Zwischen den dargestellten Natriumacetat-Kugeln 15 – welche sich in den unteren zwei Drittel der Höhe des Speicherkessels 3 befinden – sowie im oberen Drittel 17 des Speicherkessels 3 befindet sich das erste Speichermedium 19. Beim ersten Speichermedium 19 handelt es sich bspw. um Wasser. Wasser als erstes Speichermedium 19 kann durch die Natriumacetat-Kugeln 15 hindurch ungehindert zirkulieren. Der unterste Wärmetauscher 9 überträgt Wärme der thermischen Solaranlage 21 an die ihn umgebenden Natriumacetat-Kugeln 15 sowie das ihn umgebende Wasser als erstes Speichermedium 19 im Speicherkessel 3.The storage tank 3 is the same as the optional storage tank 5 to about two thirds of its height with substantially spherical sodium acetate spheres 15 filled as a layer heat storage medium. Between the sodium acetate spheres shown 15 - which are in the lower two thirds of the height of the storage tank 3 - as well as in the upper third 17 of the storage tank 3 is the first storage medium 19 , At the first storage medium 19 is it, for example, to water. Water as the first storage medium 19 can through the sodium acetate balls 15 through freely circulate. The lowest heat exchanger 9 transfers heat of solar thermal system 21 to the surrounding sodium acetate balls 15 and the surrounding water as the first storage medium 19 in the storage tank 3 ,
  • Der zweite Wärmetauscher 11 ist mit einer Warmwasserbereitungsanlage 23 verbunden, welche mittels eines Brennkessels 25 und einer Kesselregelung 27 das im zugehörigen Wärmenetz enthaltene Transportmedium (Wasser) derart erwärmt, daß eine stationäre Heizung 29 sowie eine Fußbodenheizung 31 erwärmt werden. Die mittels des Wärmetauschers 11 den ihn umgebenden Natriumacetat-Kugeln 15 als zweites Speichermedium und dem ihn umgebenen Wasser als erstes Speichermedium 19 entnommene Wärme kann hierbei die erforderliche, vom Brennkessel 25 zu erzeugende Heizleistung vorteilhaft verringern.The second heat exchanger 11 is with a water heating system 23 connected, which by means of a fuel boiler 25 and a boiler control 27 the transport medium contained in the associated heat network (water) heated so that a stationary heating 29 and underfloor heating 31 to be heated. The means of Wärmetau exchanger 11 the surrounding sodium acetate balls 15 as the second storage medium and the water surrounding it as the first storage medium 19 extracted heat can be the required, from the combustion boiler 25 Advantageously reduce heat output to be generated.
  • Der Wärmetauscher 13, welcher nur vom Wasser 19 als erstes Speichermedium, nicht aber auch von Natriumacetat-Kugeln 15 umgeben ist, ist im oberen Drittel bzw. oberen Bereich 17 des ersten Speicherkessels 3 angeordnet: Er erwärmt das Nutzwasser einer Brauchwasserbereitungsanlage 33. Der Wärmetauscher 13 erwärmt hierbei ihm aus der Kaltwasserzufuhr 35 zugeführtes Nutzwasser. Das erwärmte Brauchwasser der Brauchwasserbereitungsanlage 33 bezieht seine Wärme somit der dem Speicherkessel 3 durch die Wärmetauscher 9 und 11 zugeführten Energie. Das obere Drittel 17 des Speicherkessels 3 enthält, wie oben bereits erläutert, keine Natriumacetat-Kugeln 15, um einen möglichst zügigen Wärmeaustausch zwischen Wärmetauscher 13 und lediglich erstem Speichermedium (z. B. Wasser) zu ermöglichen.The heat exchanger 13 which only from the water 19 as the first storage medium, but not also of sodium acetate balls 15 is in the upper third or upper area 17 of the first storage tank 3 arranged: It heats the used water of a dhw preparation plant 33 , The heat exchanger 13 warms him from the cold water supply 35 supplied water. The heated service water of the process water preparation plant 33 gets its heat thus the storage tank 3 through the heat exchangers 9 and 11 supplied energy. The upper third 17 of the storage tank 3 contains, as already explained above, no sodium acetate balls 15 to ensure the fastest possible heat exchange between the heat exchanger 13 and only to enable first storage medium (eg water).
  • Die vorliegende Erfindung schlägt somit erstmals eine Schichtenwärmespeichervorrichtung vor, welche eine Schichtenwärmebildung innerhalb eines ersten, in einem Speicherkessel gelagerten Speichermediums ohne Einsatz von Pumpen oder Verwirbelungseinrichtungen ermöglicht. Die vorliegende Erfindung kann zudem ein zusätzliches, zweites Speichermedium aufweisen, welches ein Latentspeichermedium sein kann. Die vorliegende Erfindung schlägt ferner ein neues Verfahren zur Warmwasserbereitung unter Einsatz der erfindungsgemäßen Schichtenwärmespeichervorrichtung vor.The present invention proposes thus for the first time a layer heat storage device which is a layer heat formation within a first storage medium stored in a storage tank without the use of pumps or turbulators. The present invention may also include an additional, second storage medium which may be a latent storage medium. The present Invention also proposes a new method for hot water preparation using the layer heat storage device according to the invention in front.

Claims (12)

  1. Schichtenwärmespeichervorrichtung (1) mit wenigstens einem Speicherkessel (3), welcher wenigstens ein erstes Speichermedium (19) umgibt, und mit wenigstens zwei im Speicherkessel (3) zueinander höhenversetzt angeordneten Wärmetauschern (9, 11, 13) für wenigstens zwei voneinander verschiedene Wärmenetze (21, 23, 33) mit jeweils einem Transportmedium, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Wärmenetzen (21, 23, 33) enthaltenen Transportmedien und das im Speicherkessel (3) enthaltene Speichermedium (19) ohne Fluidverbindung zwischen den Transportmedien einerseits und dem Speichermedium (19) andererseits angeordnet sind.Layer heat storage device ( 1 ) with at least one storage tank ( 3 ), which at least a first storage medium ( 19 ), and with at least two in the storage tank ( 3 ) arranged at a height offset heat exchangers ( 9 . 11 . 13 ) for at least two different heat networks ( 21 . 23 . 33 ), each with a transport medium, characterized in that in the heating networks ( 21 . 23 . 33 ) contained in the storage tank ( 3 ) storage medium ( 19 ) without fluid connection between the transport media on the one hand and the storage medium ( 19 ) are arranged on the other hand.
  2. Schichtenwärmespeichervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Speichermedium (19) Wasser ist.Layer heat storage device according to claim 1, characterized in that the first storage medium ( 19 ) Water is.
  3. Schichtenwärmespeichervorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Speicherkessel (3) ein zweites, sich vom ersten Speichermedium (19) unterscheidendes zweites Speichermedium (15) umgibt, wobei das zweite Speichermedium (15) ein Latentwärmespeichermedium ist.Layer heat storage device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one storage tank ( 3 ) a second, from the first storage medium ( 19 ) different second storage medium ( 15 ), the second storage medium ( 15 ) is a latent heat storage medium.
  4. Schichtenwärmespeichervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Speichermedium (15) Natriumacetat aufweist.Layer heat storage device according to claim 3, characterized in that the second storage medium ( 15 ) Has sodium acetate.
  5. Schichtenwärmespeichervorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein oberer Bereich (17) des Speicherkessels (3) kein zweites Speichermedium (15) aufweist.Layer heat storage device according to one of Claims 3 or 4, characterized in that an upper region ( 17 ) of the storage tank ( 3 ) no second storage medium ( 15 ) having.
  6. Schichtenwärmespeichervorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherkessel (3) wenigstens einen Zugang (7) zum Speicherkessel (3) aufweist, durch welchen das zweite Speichermedium (15) in den Speicherkessel (3) einbringbar ist.Layer heat storage device according to one of the preceding claims, characterized in that the storage tank ( 3 ) at least one access ( 7 ) to the storage tank ( 3 ), through which the second storage medium ( 15 ) in the storage tank ( 3 ) can be introduced.
  7. Schichtenwärmespeichervorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherkessel (3) wenigstens eine Einrichtung zum Einbringen von Wärme, welche von einer Elektroheizeinrichtung erzeugt wurde, in den Speicherkessel (3) aufweist.Layer heat storage device according to one of the preceding claims, characterized in that the storage tank ( 3 ) at least one device for introducing heat, which was generated by an electric heater, in the storage tank ( 3 ) having.
  8. Schichtenwärmespeichervorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherkessel (3) wenigstens eine Einrichtung (7) zum Verbinden des Speicherkessels (3) mit wenigstens einem weiteren Speicherkessel (5) aufweist.Layer heat storage device according to one of the preceding claims, characterized in that the storage tank ( 3 ) at least one device ( 7 ) for connecting the storage tank ( 3 ) with at least one further storage tank ( 5 ) having.
  9. Schichtenwärmespeichervorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherkessel (3) als druckfester Behälter ausgestaltet ist.Layer heat storage device according to one of the preceding claims, characterized in that the storage tank ( 3 ) is designed as a pressure-resistant container.
  10. Schichtenwärmespeichervorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherkessel (3) als Behälter mit einem runden Querschnitt ausgestaltet ist.Layer heat storage device according to one of the preceding claims, characterized in that the storage tank ( 3 ) is designed as a container with a round cross-section.
  11. Schichtenwärmespeichervorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherkessel (3) drei Wärmetauscher (9, 11, 13) aufweist, welche übereinander angeordnet sind, wobei der unterste Wärmetauscher (9) für Solarthermie, der mittlere Wärmetauscher (11) für ein Heizungsnetz und der oberste Wärmetauscher (13) für die Brauchwasserbereitung eingesetzt vorgesehen ist.Layer heat storage device according to one of the preceding claims, characterized in that the storage tank ( 3 ) three heat exchangers ( 9 . 11 . 13 ), which are arranged one above the other, wherein the lowermost heat exchanger ( 9 ) for solar thermal energy, the middle heat exchanger ( 11 ) for a heating network and the uppermost heat exchanger ( 13 ) is provided for the domestic water preparation used.
  12. Verfahren zur Warmwasserbereitung, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schichtenwärmespeichervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 verwendet wird.Process for the preparation of hot water, characterized in that a layer heat storage device ( 1 ) according to one of claims 1 to 11 is used.
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