DE102010006882A1 - Excess heat accumulator for storing excess heat resulting during operation of e.g. block-type thermal power station, has cavity filled with liquid storage medium, where excess heat is introduced into cavity by heat exchanger - Google Patents

Excess heat accumulator for storing excess heat resulting during operation of e.g. block-type thermal power station, has cavity filled with liquid storage medium, where excess heat is introduced into cavity by heat exchanger Download PDF

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Abstract

The accumulator has a cavity (G1) filled with a liquid storage medium e.g. biomass, effluent, water and rainwater, where excess heat is introduced into the cavity by a heat exchanger (9). The cavity has an outlet (14) connected with an intake of an adjacent cavity that has an outlet for guiding the liquid medium to a processing system. The heat exchanger has a pipe arranged with windings at bottom of the cavity. The cavity has inner- and outer pipe systems (11, 12) for removal of the stored heat energy by a heat pump (16) using a secondary cycle medium e.g. water or water-glycol-mixture.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Speicherung von Überschusswärme.The invention relates to a device for storing excess heat.

In Wohn- und Gewerbebereichen fällt beim Betrieb von Anlagen, z. B. von Blockheizkraftwerken und Solaranlagen, ein zeitlich unterschiedlicher Überschuss an Wärme an, der zum Zeitpunkt der Entstehung oftmals keine Verwendung findet und als Überschusswärme für kleine Zeitabschnitte ortsnah gespeichert werden soll.In residential and commercial areas falls in the operation of facilities, such. As of combined heat and power plants and solar systems, a time-varying excess of heat, which is often not used at the time of emergence and should be stored as surplus heat for small periods of time close to the place.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten für die Speicherung von Überschusswärme. Die Wärmespeicherung im Erdboden wird in der homepage der Vorlesung „Die Zukunft unserer Energieversorgung – Physikalische Grundlagen und Folgerungen” von Prof. Dr. Dietrich Pelte, Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg, Fakultät für Physik und Astronomie im Abschnitt ”Energiespeicher: Thermische Energie” wegen der geringen Wärmeleitfähigkeit des Bodens und den damit verbundenen geringen Speicherverlusten als eine technisch einfache Lösung dargestellt. Darüber hinaus wird Wasser wegen seiner sehr großen spezifischen Wärmekapazität als besonders gut geeignet als Speicher für die thermische Energie hervorgehoben.There are several ways to store excess heat. The heat storage in the ground is in the homepage of the lecture "The future of our energy supply - physical bases and conclusions" by Prof. dr. Dietrich Pelte, Ruprecht-Karls-University Heidelberg, Faculty of Physics and Astronomy in the section "Energy Storage: Thermal Energy" because of the low thermal conductivity of the soil and the associated low memory losses represented as a technically simple solution. In addition, because of its very high specific heat capacity, water is highlighted as being particularly well-suited as a storage for thermal energy.

Wesentlich höhere Speicherdichten lassen sich erreichen, wenn das Speichermedium zwischen Ladung und Entladung seinen Aggregatzustand wechselt (s. GETRÄNKEINDUSTRIE 2/2003, S. 36 „Den Energiekosten zum Trotz” ). Allerdings ist dazu eine relativ kostspielige Anlage notwendig.Significantly higher storage densities can be achieved if the storage medium changes its state of aggregation between charge and discharge (s. BEVERAGE INDUSTRY 2/2003, p. 36 "In spite of the energy costs" ). However, this requires a relatively expensive investment.

Durch die gezielte Versickerung aufgewärmten Wassers, u. a. nach Reinigung aus einer häuslichen Kleinkläranlage, wird in einem Verfahren zur Verbesserung der Wärmegewinnung aus Erdwärme mittels Erdwärmetauscher, einem ausgedehnten Rohrsystem, ( DE 10 2006 001 169 A1 ) in oberflächennahen Bodenschichten ein offener Erdwärmespeicher geschaffen, der in Stadtgebieten einsetzbar ist und eine vom Wetter unabhängigere und konstantere Wärmegewinnung ermöglichen soll. Diese technische Lösung setzt ausgedehnte verfügbare Flächen voraus.The targeted infiltration of warmed-up water, including after cleaning from a domestic wastewater treatment plant, is in a process for improving the heat recovery from geothermal heat by means of geothermal heat exchanger, an extended pipe system ( DE 10 2006 001 169 A1 ) created an open geothermal storage in near-surface soil layers, which is used in urban areas and should allow a more independent and weather-dependent heat generation. This technical solution requires extensive available space.

In der OS DE 197 49 699 A1 werden in einer kompakten biologischen Kleinkläranlage Wärmetauscher angeordnet, durch die das Abwasser mit dem Ziel, die Abbauleistung der Anlage zu erhöhen, zusätzlich erwärmt werden kann. Diese technische Lösung hat nicht die Wärmespeicherung zum Ziel, sondern die Verbesserung der Reinigungsleistung der Kläranlage aufgrund höherer Betriebstemperaturen.In the OS DE 197 49 699 A1 Heat exchangers are arranged in a compact biological wastewater treatment plant, through which the wastewater can be additionally heated with the aim of increasing the degradation capacity of the plant. This technical solution has not the heat storage to the goal, but the improvement of the cleaning performance of the sewage treatment plant due to higher operating temperatures.

In einem von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt geförderten Projekt ”Energiegewinnung aus Kleinkläranlagen” aus www.dbu.de/projekt-23822 wird die nutzbare Wärmemenge durch eine Wärmetauschermatte oder durch ein Rohr, jeweils zylindrisch um das Belebungsbecken einer Kleinkläranlage angeordnet, entzogen. Die nutzbare Wärmeleistung liegt zwischen 30 und 50 W. Diese wird mittels einer Wärmepumpe einem Kompostierungsprozess zugeführt. Dieser Vorschlag erlaubt eine Vorstellung über die Höhe der nutzbaren Ausgangsleistung, die ohne Energiezufuhr relativ gering ist.In a project funded by the Deutsche Bundesstiftung Umwelt "Energy generation from small wastewater treatment plants" www.dbu.de/projekt-23822 the usable amount of heat through a heat exchanger mat or through a pipe, each cylindrically disposed around the aeration tank a small wastewater treatment plant, withdrawn. The usable heat output is between 30 and 50 W. It is fed to a composting process by means of a heat pump. This proposal allows an idea of the amount of useful output power that is relatively low without power.

In der DE-OS 10 2006 008 379 A1 wird ein Rohrsystem zur Abwasserentsorgung und Wärmerückgewinnung bei erdverlegten Leitungen beschrieben, wobei die Rohranordnung aus einem Kollektorrohr besteht, das die Leitung umschlingt.In the DE-OS 10 2006 008 379 A1 a piping system for wastewater disposal and heat recovery in buried pipes is described, the pipe assembly consists of a collector tube which wraps around the pipe.

Die Literaturstellen betreffen die Speicherung von Wärme im Erdboden, im Wasserspeicher und in Medien mit Aggregatwechsel. Weitere technische Lösungen beziehen sich auf die Verbesserung des Betriebs von Kleinkläranlagen oder auf die Nutzung der im Abwasser vorhandenen Wärme.The references relate to the storage of heat in the soil, in the water storage and in media with aggregate change. Other technical solutions relate to the improvement of the operation of small sewage treatment plants or to the use of existing heat in the wastewater.

Es konnten keine technischen Lösungen gefunden werden, die in unmittelbarer Nähe des Entstehungsorts der Überschusswärme eine Speicherung erlauben. Ausgehend von dem oben dargestellten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige, effiziente und technisch einfach zu realisierende Überschusswärmespeicherung direkt am Entstehungsort der überschüssigen Wärme und ohne Inanspruchnahme großer Flächen zu schaffen.No technical solutions could be found which would allow storage in the immediate vicinity of the place of origin of the surplus heat. Based on the above-described prior art, the present invention seeks to provide an inexpensive, efficient and technically easy to implement excess heat storage directly at the origin of excess heat and without the use of large areas.

Die Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen 1 bis 16 aufgeführten Merkmale gelöst.The object is solved by the features listed in the claims 1 to 16.

Die Erfindung besteht darin, dass Überschusswärme orts- und zeitnah in einem Wärmespeicher, der aus einer oder mehreren mit einem flüssigen Speichermedium gefüllten Grube besteht, gespeichert wird. Das flüssige Speichermedium ist Biomasse, Abwasser, Wasser oder Regenwasser. Diese Stoffe weisen einen im Vergleich zu vielen anderen Stoffen erheblich höheren Wert der spezifischen Wärmekapazität aus und sind damit gut geeignet für einen Wärmespeicher, der im Erdreich mit seinen mittleren Werten der spezifischen Wärmekapazität und der geringen Wärmeleitfähigkeit angeordnet wird.The invention consists in that excess heat is stored locally and in a timely manner in a heat accumulator consisting of one or more pits filled with a liquid storage medium. The liquid storage medium is biomass, sewage, water or rainwater. These substances exhibit a significantly higher value of the specific heat capacity compared to many other substances and are therefore well suited for a heat storage, which is arranged in the ground with its average values of specific heat capacity and low thermal conductivity.

Diese Gruben, insbesondere Fertigteilgruben oder Fertigteilbehälter aus Beton oder Kunststoff in Modul- oder Ringbauweise, mit einem Volumen von 5 bis 30 m3 lassen sich praktisch auf jedem Grundstück installieren und können z. B. zwischen dem Anfallort von Abwasser und seiner Übergabestelle in die öffentliche Kanalisation eingebaut werden. Die Anzahl der Gruben, die untereinander verbunden sind, richtet sich im Wesentlichen nach der Menge des Anfalls des flüssigen Speichermediums.These pits, in particular precast pits or prefabricated containers made of concrete or plastic in module or ring design, with a volume of 5 to 30 m 3 can be installed on virtually any property and can be used for. B. be installed between the point of sewer wastewater and its transfer point in the public sewer. The number of pits that are interconnected depends essentially on the amount of seizure of the liquid storage medium.

Die Überschusswärme wird in die Grube 1 mit dem flüssigen Speichermedium jeweils über einen Einlauf am Boden dieser Grube durch ein schneckenförmiges Rohrsystem oder über einen tauchsiederähnlichen Wärmetauscher im Kreislauf eingeleitet.The excess heat is introduced into the pit 1 with the liquid storage medium in each case via an inlet at the bottom of this pit by a helical pipe system or via a dew point similar heat exchanger in the circuit.

Über einen Auslauf, der mit dem Einlauf der folgenden Grube verbunden ist, sowie über einen Auslauf in der letzten Grube, der zu einer Aufbereitungsanlage führt, wird das flüssige Speichermedium über die Gruben verteilt und danach aus dem Überschusswärmespeicher entfernt.Via an outlet, which is connected to the inlet of the next pit, as well as an outlet in the last pit, which leads to a treatment plant, the liquid storage medium is distributed over the pits and then removed from the excess heat storage.

Zur Entnahme der gespeicherten Wärmeenergie sind an den Gruben innere und äußere Rohrsysteme angeordnet. Sie wirken als Wärmetauscher für die Bereitstellung der Wärmeenergie an die Verbraucher.To remove the stored heat energy inner and outer pipe systems are arranged at the pits. They act as heat exchangers for the provision of heat energy to consumers.

Ein kleinflächiges Rohrsystem im umgebenden Erdreich dient als Vorstufe bei der Entnahme der gespeicherten Wärmeenergie und ermöglicht, mittels des Mediums im Sekundärkreislauf einer Wärmepumpe die Wärmeenergie aus dem Erdreich zu nutzen.A small-area pipe system in the surrounding soil serves as a preliminary stage in the removal of the stored heat energy and makes it possible to use the heat energy from the ground by means of the medium in the secondary circuit of a heat pump.

Das entstehende Temperaturfeld, das für eine Speicherung und Entnahme beträchtlicher Energiemengen geeignet ist, weist unterschiedliche Temperaturen auf. Im allgemeinen wird die Temperatur im Erdreich am geringsten sein, sie wird in den äußeren Rohrsystemen in Richtung der Grube 1 steigen und weiter in den inneren Rohrsystemen wieder in Richtung der Grube 1 einen Maximalwert annehmen, der als Eintritt für den Sekundärkreislauf einer Wärmepumpe mit hohem Wirkungsgrad geeignet ist.The resulting temperature field, which is suitable for storing and removing considerable amounts of energy, has different temperatures. In general, the temperature in the ground will be the lowest, it will rise in the outer pipe systems in the direction of the pit 1 and continue to assume a maximum value in the inner pipe systems back towards the pit 1, as the entrance for the secondary circuit of a heat pump with high efficiency suitable is.

Die Entnahme der gespeicherten Wärmeenergie wird mittels eines Sekundärkreislauf-Mediums, das aus Wasser oder aus einem Wasser-Glykol-Gemisch besteht, durch eine Wärmepumpe durchgeführt. Das Sekundärkreislauf-Medium durchläuft zuerst ein Rohrsystem im umgebenden Erdreich, danach tritt es in das äußere Rohrsystem der der Grube 1 entgegengesetzt gelegenen Grube ein, durchströmt nacheinander die äußeren Rohrsysteme der Gruben, gelangt in das äußere Rohrsystem der Grube 1 und dann über einen Überlauf in das innere Rohrsystem der der Grube 1 entgegengesetzten Grube und letztendlich durchfließt es alle inneren Rohrsysteme, zuletzt das der Grube 1, und schließt damit den Kreislauf über die Wärmepumpe.The removal of the stored heat energy is carried out by means of a secondary circulation medium, which consists of water or of a water-glycol mixture, by a heat pump. The secondary circuit medium first passes through a pipe system in the surrounding soil, then it enters the outer pipe system of the mine 1 opposite pit, successively flows through the outer pipe systems of the pits, enters the outer pipe system of the pit 1 and then an overflow in the inner pipe system of the pit 1 opposite pit and ultimately it flows through all the inner pipe systems, the last of the pit 1, and thus closes the circuit via the heat pump.

Die Entnahme der gespeicherten Wärmeenergie ist auch ohne Durchlaufen einer Wärmepumpe mittels eines Wärmeträger-Mediums möglich. Dieses fließt durch alle oder nur ausgewählte Abschnitte des Überschusswärmespeichers, so dass eine direkte Wärmeversorgung von Verbrauchern möglich ist. So kann dieses Verfahren zur Warmwasseraufheizung sowie zur Warmwasservorheizung in Wäschereien, Autowäschen und Großküchen genutzt werden.The removal of the stored heat energy is possible even without passing through a heat pump by means of a heat transfer medium. This flows through all or only selected portions of the excess heat storage, so that a direct heat supply to consumers is possible. So this method can be used for hot water heating and hot water pre-heating in laundries, car washes and commercial kitchens.

Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment.

Die dazu gehörigen Zeichnungen 1 und 2 demonstrieren die erfindungsgemäße Lösung.The accompanying drawings 1 and 2 demonstrate the solution according to the invention.

In 1 ist ein Speichersystem mit einer Grube dargestellt. Die Grube G1 ist mit einem flüssigen Speichermedium, in dieser Ausführung mit Abwasser, gefüllt. Über den Einlauf 2 erfolgt die Füllung der Grube G1 mit Abwasser. Das Speichermedium Abwasser gelangt über den Auslauf 20 in eine Abwasseraufbereitungsanlage 4.In 1 is a storage system with a pit shown. The pit G1 is filled with a liquid storage medium, in this embodiment with wastewater. About the enema 2 the filling of the pit G1 takes place with waste water. The storage medium sewage passes over the outlet 20 in a wastewater treatment plant 4 ,

Der Eintrag 5 der Überschusswärme durch den Deckel 6 der Grube G1 mittels des Wärmeenergieträger-Mediums Wasser, das einen Warmwasserspeicher 7 sowie drei kleinere Pufferbehälter 8 durchläuft, geschieht über den Wärmetauscher 9. Dieser Wärmetauscher 9 ist als schneckenförmiges Rohrsystem mit einer oder mehreren Windungen am Boden der Grube G1 angeordnet. In einer anderen Ausführung ist der Wärmetauscher 9 am Boden der Grube G1 als Tauchsieder, der in die Grube G1 hineinragt, mit einer oder mit mehreren Rohrwindungen ausgebildet. Der Austritt 10 des WärmeenergieträgerMediums ist an den Warmwasserspeicher 7 angeschlossen, damit wird der Kreislauf des Trägermediums geschlossen.The entry 5 the excess heat through the lid 6 the pit G1 by means of the heat energy medium medium water, a hot water tank 7 and three smaller buffer tanks 8th passes through, happens via the heat exchanger 9 , This heat exchanger 9 is arranged as a helical pipe system with one or more windings at the bottom of the pit G1. In another embodiment, the heat exchanger 9 at the bottom of the pit G1 as immersion heater, which projects into the pit G1, formed with one or more pipe turns. The exit 10 of the thermal energy medium is to the hot water tank 7 connected, so that the circulation of the carrier medium is closed.

Nach dem Eintrag der Überschusswärme in die Grube G1 wird das Abwasser erwärmt. Die sich einstellende Temperatur wird im Wesentlichen durch die thermische Energie des Abwassers, die Menge an Überschusswärme und durch die Temperatur und die Wärmeleitfähigkeit des umliegenden Erdreichs bestimmt. Im Inneren der Grube G1 wird die höchste Temperatur erreicht, nahe außerhalb der Außenwand der Grube G1 ist die Temperatur geringer als im Inneren der Grube.After entering the surplus heat into the pit G1, the wastewater is heated. The resulting temperature is essentially determined by the thermal energy of the wastewater, the amount of excess heat and the temperature and thermal conductivity of the surrounding soil. Inside the pit G1 the highest temperature is reached, near the outside wall of the pit G1 the temperature is lower than inside the pit.

Die Entnahme der gespeicherten Wärmeenergie erfolgt über einen räumlich gestreckten Wärmetauscher. Die Grubenwand ist innen und außen mit einem Rohrsystem versehen, das aus mehreren konzentrisch um die Wandung gelegten Rohren jeweils innen und außen mit mehreren Windungen besteht. 1 zeigt dieses Rohrsystem mit einem inneren Rohrsystem 11 und einem äußeren Rohrsystem 12. Das äußere Rohrsystem 12 hat im unteren Grubenbereich einen Einlauf 13 sowie am oberen Ende einen Auslauf 14. Dieser Auslauf ist im unteren Bereich der Grube mit dem Einlauf 15 des inneren Rohrsystems 11 verbunden.The removal of the stored heat energy via a spatially stretched heat exchanger. The pit wall is internally and externally provided with a pipe system consisting of several concentrically placed around the wall pipes each inside and outside with several turns. 1 shows this pipe system with an inner pipe system 11 and an outer pipe system 12 , The outer pipe system 12 has an inlet in the lower pit area 13 as well as an outlet at the upper end 14 , This spout is at the bottom the pit with the inlet 15 of the inner pipe system 11 connected.

Über eine Wärmepumpe 16 wird die gespeicherte Wärmeenergie dem Überschusswärmespeicher entzogen. Das Sekundärkreislauf-Medium der Wärmepumpe 16 durchläuft nacheinander ein Rohrsystem 17 im Erdreich, das äußere Rohrsystem 12 der Grube und schließlich das innere Rohrsystem der Grube G1. Das Sekundärkreislauf-Medium der Wärmepumpe 16 nimmt auf diesem Weg mit steigender Temperatur in den Rohrsystemen zunehmend Wärmeenergie auf. Am Auslauf 18 des inneren Rohrsystems der Grube steht ein Sekundärkreislauf-Medium mit der höchsten Temperatur als Einlauf in die Wärmepumpe 16 bereit.About a heat pump 16 the stored heat energy is removed from the excess heat storage. The secondary circuit medium of the heat pump 16 goes through a pipe system in succession 17 in the ground, the outer pipe system 12 the pit and finally the inner pipe system of pit G1. The secondary circuit medium of the heat pump 16 In this way increasingly absorbs heat energy with increasing temperature in the piping systems. At the outlet 18 of the inner pipe system of the pit is a secondary circulation medium with the highest temperature as an inlet into the heat pump 16 ready.

Die Rohre sind an der jeweiligen Grubenwand durch ein Klippsystem befestigt, andere bekannte Einrichtungen zur Befestigung derartiger Rohrsysteme, wie Rohrmatten, können auch verwendet werden. Die Rohre können Metallrohre oder auch Kunststoffschläuche sein, die für Trinkwasser oder andere Zwecke genutzt werden. Der Abstand der Windungen kann zwischen 15 und 30 cm betragen, die Rohre bzw. Schläuche haben einen Durchmesser von etwa 20 mm.The pipes are secured to the respective pit wall by a clip system, other known means for attaching such pipe systems, such as pipe mats, may also be used. The pipes can be metal pipes or plastic hoses that are used for drinking water or other purposes. The distance of the windings can be between 15 and 30 cm, the pipes or hoses have a diameter of about 20 mm.

Als Sekundärkreislauf-Medium der Wärmepumpe 16 kann Wasser verwendet werden, bei starker Abkühlung kann auch ein Wasser-Glykol-Gemisch eingesetzt werden.As a secondary circulation medium of the heat pump 16 Water can be used, with strong cooling, a water-glycol mixture can be used.

In 2 ist ein Speichersystem mit 3 Gruben dargestellt. Die Gruben G1, G2 und G3 sind mit einem flüssigen Speichermedium, in dieser Ausführung mit Abwasser, gefüllt. Über den Einlauf 2 erfolgt die Füllung der Grube G1 mit Abwasser. Das Speichermedium Abwasser gelangt über den Überlauf 3 in die Grube G2 sowie weiter über den Überlauf 19 in die Grube G3. Das Speichermedium Abwasser wird über den Auslauf 20 einer Abwasseraufbereitungsanlage 4 zugeführt.In 2 is a storage system with 3 pits. The pits G1, G2 and G3 are filled with a liquid storage medium, in this embodiment with wastewater. About the enema 2 the filling of the pit G1 takes place with waste water. The storage medium sewage passes over the overflow 3 into the pit G2 and continue over the overflow 19 into the pit G3. The storage medium sewage is over the spout 20 a wastewater treatment plant 4 fed.

Der Eintrag der Überschusswärme in die Grube G1 mittels des Wärmeenergieträger-Mediums Wasser, das einen Warmwasserspeicher 7 sowie drei kleinere Pufferbehälter 8 durchläuft, geschieht über den Wärmetauscher 9. Ausführungen des Wärmetauschers 9 sind in 1 beschrieben. Um Energieverluste gering zu halten, kann die Zuleitung der Überschusswärme über ein wärmeisoliertes Rohr erfolgen.The entry of excess heat in the pit G1 by means of the thermal energy medium medium water, a hot water tank 7 and three smaller buffer tanks 8th passes through, happens via the heat exchanger 9 , Versions of the heat exchanger 9 are in 1 described. In order to keep energy losses low, the supply of excess heat can be done via a thermally insulated pipe.

Nach dem Eintrag der Überschusswärme in die Grube G1 wird diese durch das Abwasser, das nacheinander die Gruben G1, G2 und G3 durchläuft, in die Gruben G2 und G3 transportiert. Daraus ergibt sich ein Temperaturfeld, das im Wesentlichen durch die thermische Energie des Abwassers, die Menge an Überschusswärme und durch die Temperatur und die Wärmeleitfähigkeit des umliegenden Erdreichs gegeben ist. Im Inneren der Grube G1 wird die höchste Temperatur erreicht, die Temperatur in der Grube G2 liegt unterhalb der der Grube G1 und die Temperatur der Grube G3 liegt unterhalb der der Grube G2. Die Wärmeenergie verteilt sich in den Gruben auch über die Grubenwände hinaus, so dass nahe außerhalb der Außenwand der Grube G1 eine geringere Temperatur als im Inneren der Grube G1 auftritt und die Temperaturen nahe der Außenwände der Gruben G2 und G3 jeweils niedriger sind als die Innentemperaturen.After the entry of excess heat into the pit G1 this is transported through the wastewater, which successively passes through the pits G1, G2 and G3, in the pits G2 and G3. This results in a temperature field that is essentially given by the thermal energy of the wastewater, the amount of excess heat and by the temperature and thermal conductivity of the surrounding soil. Inside the pit G1 the highest temperature is reached, the temperature in the pit G2 is below that of the pit G1 and the temperature of the pit G3 is below that of the pit G2. The heat energy is also distributed in the pits beyond the pit walls, so that a temperature lower than inside the pit G1 occurs near the outside wall of the pit G1 and the temperatures near the outside walls of the pits G2 and G3 are lower than the inside temperatures, respectively.

Die Entnahme der gespeicherten Wärmeenergie erfolgt über einen räumlich gestreckten Wärmetauscher. Dieser besteht aus einer zweckmäßigen Verbindung der inneren und äußeren Rohrsysteme. Die äußeren Rohrsysteme der einzelnen Gruben sind nacheinander verbunden, ebenso die inneren Rohrsysteme. Der Auslauf 14 des äußeren Rohrsystems 12 der Grube G1 ist mit dem Einlauf 21 des inneren Rohrsystems 11 der Grube G3 verbunden. Das innere Rohrsystem der Grube G3 weist im oben definierten Temperaturfeld eine höhere Temperatur als das äußere Rohrsystem der Grube G1 auf.The removal of the stored heat energy via a spatially stretched heat exchanger. This consists of a convenient connection of the inner and outer pipe systems. The outer pipe systems of the individual pits are connected one after the other, as well as the inner pipe systems. The spout 14 of the outer pipe system 12 the pit G1 is with the inlet 21 of the inner pipe system 11 connected to the pit G3. The inner pipe system of the pit G3 has a temperature higher than the outer pipe system of the pit G1 in the temperature field defined above.

Über eine Wärmepumpe 16 wird die gespeicherte Wärmeenergie dem Überschusswärmespeicher entzogen. Das Sekundärkreislauf-Medium der Wärmepumpe 16 durchläuft nacheinander ein Rohrsystem 17 im Erdreich, danach das äußere Rohrsystem 12 der Grube G3, danach das äußere Rohrsystem 12 der Grube G2 und schließlich das der Grube G1. Danach fließt das Medium durch das innere Rohrsystem 11 der Grube G3, dann durch das der Grube G2 und G1. Das Sekundärkreislauf-Medium der Wärmepumpe 16 nimmt auf diesem Weg in kleinen Schritten mit steigender Temperatur zunehmend Wärmeenergie auf. Am Auslauf 18 des inneren Rohrsystems der Grube G1 steht ein Sekundärkreislauf-Medium mit der höchsten Temperatur als Einlauf in die Wärmepumpe 16 bereit.About a heat pump 16 the stored heat energy is removed from the excess heat storage. The secondary circuit medium of the heat pump 16 goes through a pipe system in succession 17 in the soil, then the outer pipe system 12 the pit G3, then the outer pipe system 12 the pit G2 and finally the pit G1. Thereafter, the medium flows through the inner pipe system 11 the pit G3, then through the pit G2 and G1. The secondary circuit medium of the heat pump 16 In this way takes in small steps with increasing temperature increasingly heat energy. At the outlet 18 of the inner pipe system of the pit G1 is a secondary circulation medium with the highest temperature as inlet into the heat pump 16 ready.

Alternativ kann eine direkte Entnahme der Wärmeenergie mittels Wärmeträgermedium ohne eine Wärmepumpe nach Durchlaufen der Rohrsysteme in der oben beschriebenen Reihenfolge erfolgen.Alternatively, a direct removal of heat energy by means of heat transfer medium without a heat pump after passing through the pipe systems in the order described above.

In Abhängigkeit vom gewünschten Temperaturregime kann das Wärmeträgermedium nur ein Teilstück der Rohrsysteme durchlaufen.Depending on the desired temperature regime, the heat transfer medium can only pass through a section of the pipe systems.

Die Reihenfolge des Durchlaufs der inneren und äußeren Rohrsysteme kann geändert werden, wenn durch Temperaturmessungen an den Rohrsystemen und an den Ein- und Ausläufen der Temperaturverlauf von dem oben beschriebenen abweicht.The sequence of the passage of the inner and outer pipe systems can be changed if, due to temperature measurements on the pipe systems and at the inlets and outlets, the temperature profile deviates from that described above.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass handelsübliche Gruben auf vielen Grundstücken installiert werden können und damit die Überschusswärmespeicherung effizienter gestaltet wird. Weiterhin ist durch die Anzahl und Größe der Gruben eine flexible und wenig Platz erforderliche Gestaltung der Überschusswärmespei-cherung gewährleistet. Die erfindungsgemäße technische Lösung nutzt dabei die hohe Wärmekapazität von Wasser und ähnlichen Medien und die geringe Wärmeleitfähigkeit des Erdbodens aus. The advantage of the invention is that commercial pits can be installed on many sites and thus make the excess heat storage more efficient. Furthermore, by the number and size of the pits a flexible and little space required design of excess heat storage ensures. The technical solution according to the invention uses the high heat capacity of water and similar media and the low thermal conductivity of the soil.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

G1G1
Grube 1Pit 1
G2G2
Grube 2Pit 2
G3G3
Grube 3Pit 3
22
Einlauf AbwasserInlet wastewater
33
Überlauf AbwasserOverflow sewage
44
AbwasseraufbereitungsanlageWastewater treatment plant
55
Eintrag der ÜberschusswärmeEntry of surplus heat
66
Deckelcover
77
WarmwasserspeicherHot water storage
88th
Pufferbehälterbuffer tank
99
Wärmetauscherheat exchangers
1010
Austritt des WärmeenergieträgerMediumsExit of the thermal energy medium
1111
inneres Rohrsyteminner tube system
1212
äußeres Rohrsystemouter pipe system
1313
Einlauf äußeres RohrsystemInlet outer pipe system
1414
Auslauf äußeres Rohrsystem der Grube 1Outlet outer pipe system of pit 1
1515
Einlauf inneres Rohrsystem der Grube 1Inlet of inner pit 1 pit pipe system
1616
Wärmepumpeheat pump
1717
Rohrsystem ErdreichPipe system soil
1818
Auslauf inneres Rohrsystems der Grube 1Outlet of inner pipe system of pit 1
1919
Überlauf AbwasserOverflow sewage
2020
Auslauf AbwasserOutlet wastewater
2121
Einlauf inneres Rohrsystem der Grube 3Inlet of inner pit 3 pit system

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (16)

Überschusswärmespeicher, dadurch gekennzeichnet, dass Überschusswärme in eine mit einem flüssigen Speichermedium gefüllte Grube über einen Wärmetauscher eingeleitet wird.Excess heat storage, characterized in that excess heat is introduced into a filled with a liquid storage medium pit via a heat exchanger. Überschusswärmespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Gruben in Abhängigkeit von der Menge des Anfalls des flüssigen Speichermediums hintereinander angeordnet und verbunden werden.Excess heat accumulator according to claim 1, characterized in that one or more pits are arranged and connected in series depending on the amount of seizure of the liquid storage medium. Überschusswärmespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das flüssige Speichermedium aus Biomasse, Abwasser, Wasser oder Regenwasser besteht.Excess heat storage according to claim 1, characterized in that the liquid storage medium consists of biomass, waste water, water or rainwater. Überschusswärmespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gruben mit dem flüssigen Speichermedium jeweils über einen Einlauf und einen Auslauf, der mit dem Einlauf der folgenden Grube verbunden ist, sowie über einen Auslauf in der letzten Grube verfügen, der das flüssige Speichermedium zu einer Aufbereitungsanlage führt.Excess heat storage according to claim 1, characterized in that the pits with the liquid storage medium each have an inlet and an outlet, which is connected to the inlet of the next pit, and an outlet in the last pit, the liquid storage medium to a treatment plant leads. Überschusswärmespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einleitung der Überschusswärme zur Speicherung über einen Wärmetauscher in die erste Grube erfolgt.Excess heat storage according to claim 1, characterized in that the introduction of the excess heat for storage takes place via a heat exchanger in the first pit. Überschusswärmespeicher nach Anspruch 1 und 5 dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher aus einem Rohr besteht, das schneckenförmig mit mehreren Windungen am Boden der Grube angeordnet ist.Excess heat accumulator according to claim 1 and 5, characterized in that the heat exchanger consists of a tube which is arranged helically with several turns at the bottom of the pit. Überschusswärmespeicher nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher aus einem Rohr besteht, das in einer tauchsiederähnlichen Form mit mehreren Windungen am Boden der Grube angeordnet ist.Excess heat accumulator according to claim 1 and 5, characterized in that the heat exchanger consists of a tube which is arranged in a dipping boiler-like shape with several turns at the bottom of the pit. Überschusswärmespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Entnahme der gespeicherten Wärmeenergie jede Grube über ein inneres und ein äußeres Rohrsystem verfügt, wobei die inneren Rohrsysteme und die äußeren Rohrsysteme, jeweils getrennt, hintereinander verbunden sind.Excess heat accumulator according to claim 1, characterized in that for the removal of the stored thermal energy each pit has an inner and an outer pipe system, wherein the inner pipe systems and the outer pipe systems, each separately, are connected one behind the other. Überschusswärmespeicher nach Anspruch 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Entnahme der gespeicherten Wärmeenergie der Auslauf des äußeren Rohrsystems der Grube 1 mit dem Einlauf des inneren Rohrsystems der letzten Grube verbunden ist.Excess heat accumulator according to claim 1 and 8, characterized in that for the removal of the stored thermal energy of the outlet of the outer pipe system of the pit 1 is connected to the inlet of the inner pipe system of the last pit. Überschusswärmespeicher nach Anspruch 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Entnahme der gespeicherten Wärmeenergie als erste Stufe des Wärmeübergangs vor dem Einlauf in das äußere Rohrsystem der letzten Grube ein Rohrsystem angeordnet ist, das im den Überschusswärmespeicher umgebenden Erdreich gelegen ist.Excess heat accumulator according to claim 1 and 8, characterized in that for removing the stored heat energy as a first stage of the heat transfer before the inlet into the outer pipe system of the last pit a pipe system is arranged, which is located in the surplus heat storage surrounding soil. Überschusswärmespeicher nach Anspruch 1 und 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Entnahme der gespeicherten Wärmeenergie mittels eines Sekundärkreislauf-Mediums, das aus Wasser oder aus einem Wasser-Glykol-Gemisch besteht, durch eine Wärmepumpe erfolgt.Excess heat accumulator according to claim 1 and 8 to 10, characterized in that the removal of the stored heat energy by means of a secondary circulation medium, which consists of water or of a water-glycol mixture, is carried out by a heat pump. Überschusswärmespeicher nach Anspruch 1 und 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Entnahme der gespeicherten Wärmeenergie das Sekundärkreislauf-Medium zuerst das Rohrsystem im umgebenden Erdreich durchläuft, danach in das äußere Rohrsystem der der Grube 1 entgegengesetzt gelegenen Grube eintritt, die äußeren Rohrsysteme der Gruben durchströmt, in das äußere Rohrsystem der Grube 1 gelangt und dann über einen Überlauf in das innere Rohrsystem der der Grube 1 entgegengesetzten Grube eintritt und letztendlich alle inneren Rohrsysteme, zuletzt das der Grube 1, durchfließt und damit den Kreislauf über die Wärmepumpe schließt.Excess heat accumulator according to claim 1 and 8 to 11, characterized in that for the removal of the stored heat energy, the secondary circulation medium first passes through the pipe system in the surrounding soil, then enters the outer pipe system of the mine 1 opposite pit, the outer pipe systems of the pits flows through , enters the outer pipe system of the pit 1 and then enters an overflow into the inner pipe system of the pit 1 opposite pit and ultimately all the inner pipe systems, the last of the pit 1, flows through and thus closes the circuit via the heat pump. Überschusswärmespeicher nach Anspruch 1 und 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die gespeicherte Wärme ohne Durchlaufen einer Wärmepumpe mittels eines Wärmeträger-Mediums im Kreislauf durch Durchströmen des Rohrsystems im Erdreich sowie der äußeren und inneren Rohrsysteme oder nur eines Teils von diesen Wärmetauscherabschnitten zu einem Wärmeverbraucher bzw. zum Warmwasserspeicher gelangt.Excess heat accumulator according to claim 1 and 8 to 10, characterized in that the stored heat without passing through a heat pump by means of a heat transfer medium in the cycle by flowing through the pipe system in the ground and the outer and inner pipe systems or only a part of these heat exchanger sections to a heat consumer or gets to the hot water tank. Überschusswärmespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das die einzelnen Rohre der äußeren und inneren Rohrsysteme durch Klippsysteme oder mit anderen bekannten Mitteln an die Grubenwände befestigt werden.Excess heat accumulator according to claim 1, characterized in that the individual pipes of the outer and inner pipe systems are fastened to the pit walls by clip systems or by other known means. Überschusswärmespeicher nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitung der Überschusswärme über ein wärmeisoliertes Rohr führt.Excess heat accumulator according to claim 1 and 3, characterized in that the supply of excess heat passes through a thermally insulated pipe. Überschusswärmespeicher nach Anspruch 1 und 8 bis 15 dadurch gekennzeichnet, dass die Entnahme der gespeicherten Wärmeenergie durch Änderung der Reihenfolge des Durchfließens der inneren und äußeren Rohrsysteme im Ergebnis einer Messung oder einer Abschätzung des Temperaturfeldes erfolgt.Excess heat accumulator according to claim 1 and 8 to 15, characterized in that the removal of the stored heat energy by changing the order of flow through the inner and outer pipe systems as a result of a measurement or an estimate of the temperature field is carried out.
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