DE102011015530A1

DE102011015530A1 - Stratified storage tank for storing thermal energy, has partition wall extended over height level region, so that passage opening is below highest levels of height of partition wall and fluid exchange is performed freely in interior space

Info

Publication number: DE102011015530A1
Application number: DE102011015530A
Authority: DE
Inventors: Hartmut Rieger
Original assignee: Roto Frank AG
Current assignee: Roto Frank AG
Priority date: 2011-03-30
Filing date: 2011-03-30
Publication date: 2012-10-04
Anticipated expiration: 2031-03-31
Also published as: DE102011015530B4

Abstract

The tank (1) has an interior space (8) with a container (2). A partition wall (26) divides the interior space into interior space regions. A phase transition material with large phase transition temperature is arranged in the upper portion of interior space filled with fluid (24). The partition wall has passage opening for communicatively connecting two interior regions. The partition wall is extended over height level region (29), so that the passage opening is below highest levels of height of partition wall and the fluid exchange is performed freely in interior space locked outward.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schichtenspeicher zur Speicherung von Wärmeenergie, mit einem einen Innenraum aufweisenden Behälter, der mindestens eine, den Innenraum in übereinander liegende Innenraumbereiche aufteilende Trennwand aufweist, wobei sich in jedem Innenraumbereich ein Phasenübergangsmaterial befindet, die Phasenübergangsmaterialien unterschiedlich große Phasenübergangstemperaturen aufweisen, das Phasenübergangsmaterial mit der höheren Phasenübergangstemperatur in dem oberen Innenraumbereich angeordnet ist, der Innenraum mit einem Fluid gefüllt ist und die Trennwand mindestens eine die beiden Innenraumbereich kommunizierend verbindende Durchtrittsöffnung besitzt.The invention relates to a stratified storage device for storing thermal energy, comprising a container having an interior space, which has at least one partition wall dividing the interior into superimposed interior regions, wherein a phase transition material is present in each interior region, the phase transition materials have phase transition materials having different phase transition temperatures the higher phase transition temperature is arranged in the upper interior region, the interior space is filled with a fluid, and the partition wall has at least one passage opening communicating with the two interior areas.

Aus dem deutschen Gebrauchsmuster DE 299 14 113 U1 ist ein Schichtenspeicher der eingangs genannten Art bekannt. Er weist einen Behälter mit einem Innenraum auf, in dem zwei ebene, horizontal verlaufende Trennwände auf unterschiedlichen Höhenpositionen angeordnet sind. Die Trennwände sind als Trenngitter ausgebildet. In den von den Trennwänden abgeteilten Innenraumbereichen des Behälters sind Latentspeichermaterialien, das heißt Phasenübergangsmaterialien, mit unterschiedlichen Phasenüberganstemperaturen angeordnet. Der Innenraum wird von einem Fluid durchströmt, das mehrere Kreisläufe speist, wobei die einzelnen Kreisläufe in den unteren Bereich des Schichtenspeichers eintreten und aus dem oberen Bereich wieder austreten. Dadurch, dass der bekannte Schichtenspeicher von dem Fluid durchströmt wird, wird die Ausbildung von auf unterschiedlichen Höhenniveaus liegenden Temperaturschichten gestört. Diese Eigenschaft ist nicht bei allen Anwendungsfällen vorteilhaft.From the German utility model DE 299 14 113 U1 a stratified storage of the type mentioned is known. It has a container with an interior, in which two flat, horizontally extending partitions are arranged at different height positions. The partitions are designed as a separation grid. In the interior regions of the container partitioned by the partitions, latent storage materials, that is to say phase transition materials, are arranged at different phase transition temperatures. The interior is traversed by a fluid that feeds several circuits, wherein the individual circuits enter the lower region of the stratified storage and exit from the upper region again. Because the fluid flows through the known layer reservoir, the formation of temperature layers lying at different height levels is disturbed. This property is not advantageous in all applications.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Schichtenspeicher zur Speicherung von Wärmeenergie zu schaffen, bei dem sich eine exakte Temperaturschichtung einstellt, insbesondere selbstregelnd.The invention is therefore based on the object to provide a layer memory for storing heat energy, in which adjusts an exact temperature stratification, in particular self-regulating.

Diese Aufgabe wird bei einem Schichtenspeicher der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass sich die Trennwand über einen Höhenniveaubereich erstreckt, dass die Durchtrittsöffnung unterhalb des höchsten Höhenniveaus der Trennwand liegt und dass sich das Fluid austauschfrei in dem nach außen abgeschlossenen Innenraum befindet. Durch die sich über einen Höhenniveaubereich erstreckende Trennwand, die also nicht – wie im Stand der Technik – horizontal eben, sondern zumindest mit einer Vertikalkomponente verläuft, wird sich das Fluid entsprechend seiner örtlichen Temperatur auf das Höhenniveau begeben, das der jeweils örtlichen Temperatur des Fluids entspricht. Wärmere Fluidbereiche werden sich also auf höherem Höhenniveau befinden als kühlere Fluidbereiche. Da sich die Durchtrittsöffnung unterhalb des höchsten Höhenniveaus der Trennwand befindet, wird durch diese Durchtrittsöffnung dann ein Fluidaustausch stattfinden, wenn – beispielsweise durch Energiezufuhr – die Temperatur des Fluids ansteigt, das wärmere Fluid nach oben steigt und dabei – von oben nach unten über den Höhenniveaubereich der Trennwand die Temperatur aufbaut, solange, bis dieses erhöhte Temperaturniveau die Durchtrittsöffnung erreicht, wodurch dann entsprechend erwärmtes Fluid hindurchtreten und in einen höheren Bereich des Innenraums steigen kann. Dieser gesamte Vorgang unterliegt daher den physikalischen Gesetzen des thermischen Auftriebs sowie der Schwerkraft, wobei selbstverständlich auch Wärmeleitung mit eine Rolle spielt. Da das Fluid austauschfrei im Innenraum eingeschlossen ist, ergeben sich keine Fremdströmungen, wie beispielsweise mittels Pumpen geförderter Kreisläufe, so wie dies im genannten Stand der Technik der Fall ist. Vielmehr wird sich die Temperaturschichtung in dem Fluid nur aufgrund der vorstehend erwähnten physikalischen Gegebenheiten einstellen.This object is achieved in a stratified storage device of the type mentioned above in that the partition wall extends over a height level range, that the passage opening is below the highest height level of the partition wall and that the fluid is exchange-free in the interior closed to the outside. By extending over a height level range partition, which is not - as in the prior art - horizontally flat, but at least with a vertical component, the fluid will go according to its local temperature to the height level corresponding to the respective local temperature of the fluid , Warmer fluid areas will therefore be at a higher height level than cooler fluid areas. Since the passage opening is below the highest height level of the partition wall, then a fluid exchange will take place through this passage, if - for example, by energy - the temperature of the fluid increases, the warmer fluid rises and thereby - from top to bottom over the height level range Partition wall builds up the temperature until this elevated temperature level reaches the passage opening, which then pass correspondingly heated fluid and can rise to a higher region of the interior. This entire process is therefore subject to the laws of physics of thermal buoyancy and gravity, of course, also plays heat conduction with a role. Since the fluid is enclosed without exchange in the interior, there are no foreign flows, such as pumped by means of pumping circuits, as is the case in the cited prior art. Rather, the temperature stratification in the fluid will only adjust due to the aforementioned physical conditions.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Trennwand mindestens eine Schrägfläche aufweist. Die vorstehend genannte vertikale Komponente führt also dazu, dass eine Erstreckung der Trennwand schräg zur Horizontalen beziehungsweise geneigt zur Vertikalen vorliegt. Selbstverständlich kann die erwähnte vertikale Komponente der Trennwand auch zu einer Stufenausbildung mit oder ohne Schrägflächen erfolgen und/oder es sind Trennwandbereiche vorgesehen, die vertikal und/oder horizontal verlaufen, wobei sich insgesamt jedoch die Trennwand über einen Höhenniveaubereich erstreckt.According to a development of the invention it is provided that the partition has at least one inclined surface. The above-mentioned vertical component thus results in that an extension of the partition is oblique to the horizontal or inclined to the vertical. Of course, the mentioned vertical component of the partition can also be made to a step formation with or without inclined surfaces and / or partition wall areas are provided which extend vertically and / or horizontally, but overall, the partition extends over a height level range.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Trennwand haubenartig ausgebildet ist. Dies bedeutet, dass sie randseitig tiefer liegende Bereiche als in ihrem Zentralbereich aufweist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Trennwand als Kegelmantelwand oder Kegelstumpfmantelwand ausgebildet ist. Natürlich sind auch andere haubenartige Gebilde möglich, wie beispielsweise kalottenförmig, glockenförmig und so weiter. Von Bedeutung ist lediglich, dass die mindestens eine Schrägfläche ausgebildet wird, wobei sich die mindestens eine Durchtrittsöffnung in einem tiefer liegenden Bereich der Schrägfläche befindet, wobei ein höher liegender Bereich der Schrägfläche durchtrittsöffnungsfrei ist.According to a development of the invention it is provided that the partition wall is hood-like. This means that it has lower-lying areas at the edges than in its central area. In particular, it can be provided that the partition wall is designed as a cone shell wall or truncated cone shell wall. Of course, other hood-like structures are possible, such as dome-shaped, bell-shaped and so on. It is only important that the at least one inclined surface is formed, wherein the at least one passage opening is located in a lower region of the inclined surface, wherein a higher lying area of the inclined surface is free passage opening.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass sich die Durchtrittsöffnung in einem unteren Bereich der Schrägfläche, der Kegelmantelwand oder der Kegelstumpfmantelwand befindet. Hierauf wurde vorstehend bereits hingewiesen.A development of the invention provides that the passage opening is located in a lower region of the inclined surface, the conical shell wall or the truncated cone shell wall. This has already been pointed out above.

Von Vorteil ist, wenn der Trennwand das unter ihr liegende Phasenübergangsmaterial zugeordnet ist. Die Trennwand und das ihr zugeordnete Phasenübergangsmaterial bilden sozusagen eine Wirkungseinheit, das heißt, die das unter ihr liegende Fluid abschirmende Trennwand ist im Bereich des ihr zugeordneten Phasenübergangsmaterials derart angeordnet, dass das erwähnte Fluid mit diesem Phasenübergangsmaterial in Kontakt kommt, dort also ein Wärmeaustausch stattfinden kann. It is advantageous if the partition is assigned to the underlying phase change material. The partition wall and the phase transition material assigned to it form, so to speak, an effective unit, that is to say that the partition wall shielding the fluid below it is arranged in the region of the phase transition material assigned to it so that the mentioned fluid comes into contact with this phase transition material, ie a heat exchange can take place there ,

Von Vorteil ist, dass mehrere Trennwände auf unterschiedlichen Höhenniveaus vorgesehen sind und dass jeder Trennwand ein unter ihr liegendes Phasenübergangsmaterial zugeordnet ist. Dadurch werden entsprechend der Anzahl der Trennwände und/oder Phasenübergangsmaterialien entsprechend viele Temperaturschichten im Schichtenspeicher ausgebildet. Je mehr derartige Schichten vorhanden sind, umso größer ist der Temperaturbereich, der von dem Schichtenspeicher zur Wärmeenergiespeicherung genutzt wird.It is advantageous that a plurality of partitions are provided at different height levels and that each partition is associated with a lying below it phase transition material. As a result, a corresponding number of temperature layers are formed in the stratified storage tank in accordance with the number of partitions and / or phase transition materials. The more such layers are present, the greater the temperature range that is used by the stratified storage for thermal energy storage.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Phasenübergangsmaterial vollständig oder größtenteils innerhalb des Höhenniveaubereichs der zugeordneten Trennwand angeordnet ist. Mithin befindet sich das Phasenübergangsmaterial in oder in etwa in dem Höhenniveaubereich, innerhalb dessen sich auch die Trennwand befindet. Handelt es sich bei der Trennwand beispielsweise um eine Kegelstumpfmantelwand, so befindet sich das Phasenübergangsmaterial unterhalb dieser Kegelstumpfmantelwand derart, dass es das Innere des Kegelstumpfes teilweise ausfüllt, wobei „teilweise” bedeutet, dass hinreichend Raum für das Fluid verbleibt. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Trennwand durch ihre haubenartige Ausbildung eine Haube bildet, die das zugeordnete Phasenübergangsmaterial aufnimmt.In particular, it can be provided that the phase change material is arranged completely or largely within the height level range of the associated partition wall. Thus, the phase change material is in or about in the height level range, within which the partition wall is located. For example, if the partition is a truncated cone shell wall, the phase transition material below that truncated cone shell wall is such that it partially fills the interior of the truncated cone, where "partially" means that there is sufficient room for the fluid. It can be provided in particular that the partition wall forms a hood by their hood-like design, which receives the associated phase transition material.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein mit dem Fluid in Wärmeaustausch stehender Wärmetauscher im Innenraum angeordnet ist. Dieser Wärmetauscher dient dazu, Wärmeenergie in das Innere des Schichtenspeichers einzubringen, also dem Fluid Wärme zuzuführen. Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Wärmetauscher zum Abführen von Warme dient.According to a development of the invention, it is provided that a standing with the fluid in heat exchange heat exchanger is arranged in the interior. This heat exchanger serves to introduce thermal energy into the interior of the stratified storage, that is to supply heat to the fluid. Alternatively it can be provided that the heat exchanger serves to dissipate heat.

Wenn im Zuge dieser Anmeldung von „Wärme” gesprochen wird oder auch von „Wärmeaustausch” und so weiter, so ist selbstverständlich auch stets umfasst, dass es sich um einen Kühleffekt handeln kann, dass also der Schichtenspeicher zu Kühlzwecken herangezogen wird. Der Einfachheit halber wird im Zuge dieser Anmeldung jedoch nur von „Wärme” gesprochen.If in the course of this application is spoken of "heat" or even "heat exchange" and so on, so of course always includes that it may be a cooling effect, so that the stratified storage is used for cooling purposes. For the sake of simplicity, however, only "heat" is used in the course of this application.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass zwei Wärmetauscher im Innenraum angeordnet sind, zwischen denen die Trennwand und die Phasenübergangsmaterialien angeordnet sind. Bevorzugt dient einer der Wärmetauscher zum Zuführen von Energie und ist in einem unteren Bereich des Innenraums des Schichtenspeichers angeordnet. Der weitere Wärmetauscher dient insbesondere zum Abführen von Energie und ist in einem oberen Bereich des Innenraums des Schichtenspeichers angeordnet.It is preferably provided that two heat exchangers are arranged in the interior, between which the partition and the phase change materials are arranged. Preferably, one of the heat exchangers serves to supply energy and is arranged in a lower region of the interior of the stratified storage. The further heat exchanger is used in particular for dissipating energy and is arranged in an upper region of the interior of the stratified storage.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Behälter oder der Innenraum einen insbesondere kreisförmigen Grundriss aufweist. Insofern handelt es sich bei der erwähnten Kegelmantelwand oder Kegelstumpfmantelwand um eine Kreiskegelstumpfmantelwand beziehungsweise Kreiskegelmantelwand.A development of the invention provides that the container or the interior has a particular circular floor plan. In this respect, the mentioned conical jacket wall or truncated cone lateral wall is a circular truncated cone lateral wall or circular cone lateral wall.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass an der Peripherie des Grundrisses oder im Bereich der Peripherie des Grundrisses das tiefstliegende Höhenniveau der Trennwand liegt. Dies bedeutet also, dass an der Außenperipherie die Trennwand ein niedrigeres Niveau hat als in Richtung des Zentrums des Schichtenspeichers.It is preferably provided that the lowest height level of the partition is located at the periphery of the floor plan or in the region of the periphery of the floor plan. This means that at the outer periphery, the partition wall has a lower level than in the direction of the center of the stratified storage.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vorzugsweise vor, dass die Phasenübergangsmaterialien in Umhüllungen aufgenommen sind. Insbesondere kann es sich bei diesen Umhüllungen um Rohre oder Schläuche, insbesondere Wellrohre oder Wellschläuche handeln. Gerade im Fall von Wellrohren oder Wellschläuchen wird eine sehr große Oberfläche erzielt, das heißt, dass im Innern dieser Rohre oder Schläuche angeordnete Phasenübergangsmaterial kann über eine sehr große Oberfläche mit dem Fluid wärmetechnisch kommunizieren.A development of the invention preferably provides that the phase transition materials are accommodated in envelopes. In particular, these sheathings may be tubes or hoses, in particular corrugated pipes or corrugated hoses. Especially in the case of corrugated pipes or corrugated hoses, a very large surface area is achieved, that is to say that phase transition material arranged in the interior of these pipes or hoses can heat-communicate with the fluid over a very large surface area.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Rohre oder Schläuche als Rohrwendel, Rohrschnecken oder Rohrspiralen oder Schlauchwendel, Schlauchschnecken oder Schlauchspiralen ausgebildet sind. Durch die Wendel-, Schnecken- oder Spiralform lassen sich sehr große Rohrlängen oder Schlauchlängen im Innenraum des Behälters auf sehr kleinem Volumen unterbringen, mit der Folge, dass ein ausgezeichneter Wärmeaustausch stattfinden kann.A development of the invention provides that the tubes or hoses are designed as coiled tubing, tube screws or pipe spirals or hose coil, hose screws or hose spirals. The helical, helical or spiral shape makes it possible to accommodate very large tube lengths or hose lengths in the interior of the container to a very small volume, with the result that an excellent heat exchange can take place.

Die Anordnung ist vorzugsweise derart getroffen, dass die Rohrwendel, Rohrschnecken, Rohrspiralen, Schlauchwendel, Schlauchschnecken oder Schlauchspiralen jeweils einen offenen Zentralbereich aufweist/aufweisen. Dies bedeutet, dass der Zentralbereich, also ein Bereich, der von der Außenperipherie entfernt liegt, dem Fluid zur Verfügung steht, dieser zentrale Bereich also zum Aufsteigen von entsprechend erwärmtem Fluid offen ist und nicht durch Phasenübergangsmaterial, insbesondere mit Umhüllung versehenem Phasenübergangsmaterial ausgefüllt und dadurch für die Fluidbewegung und den Wärmeaustausch hinderlich ist.The arrangement is preferably made such that the coiled tubing, tube screws, tube spirals, tube helix, tube screws or tube spirals each have / have an open central area. This means that the central region, that is to say an area which is remote from the outer periphery, is available to the fluid, ie this central area is open for ascending correspondingly heated fluid and not through phase transition material, in particular filled with coated phase-change material and thereby hinder the fluid movement and heat exchange.

Ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung sieht vor, dass die Trennwand über ihren Umfang verteilt, insbesondere gleichmäßig verteilt, angeordnete Durchtrittsöffnungen aufweist. Es sind daher mehrere Durchtrittsöffnungen vorgesehen, die bevorzugt umfangsseitig, insbesondere an der Außenperipherie der Trennwand angeordnet sind. Demzufolge kann ein Aufsteigen von wärmeren Fluidbereichen an der Außenperipherie erfolgen, sodass der zentrale Bereich zur Verfügung steht, um wärmeres Fluid aufsteigen zu lassen.A particularly preferred embodiment of the invention provides that the partition wall distributed over its circumference, in particular evenly distributed, arranged through openings. There are therefore provided a plurality of passage openings, which are preferably arranged circumferentially, in particular on the outer periphery of the partition wall. As a result, warming up of fluid areas at the outer periphery may occur, so that the central area is available to raise warmer fluid.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Durchtrittsöffnung oder die Durchtrittsöffnungen einer Trennwand – in vertikaler Richtung gesehen – versetzt, insbesondere umfangsversetzt – zu der Durchtrittsöffnung oder den Durchtrittsöffnungen einer benachbarten Trennwand liegt/liegen. Durch diese Versetztanordnung von Durchtrittsöffnungen mit unterschiedlichem Höhenniveau ist sichergestellt, dass wärmeres, aufsteigendes Fluid nicht mehrere Schichten durchströmt, sondern vielmehr eine Schicht verlässt und sich dann in die nächst höher gelegene Schicht begibt und nicht unmittelbar gleich auf eine noch höher gelegene Schicht aufsteigen kann. Entsprechendes gilt selbstverständlich für kühleres Fluid, dann jedoch nicht von unten nach oben, sondern von oben nach unten, da kühleres Fluid absinkt gegenüber Zonen mit wärmerem Fluid.Preferably, it is provided that the passage opening or the passage openings of a partition wall - as seen in the vertical direction - offset, in particular circumferentially offset - to the passage opening or the passage openings of an adjacent partition is / are. By this offset arrangement of passages with different height level ensures that warmer, ascending fluid does not flow through several layers, but rather leaves a layer and then goes to the next higher layer and can not immediately rise directly to a higher layer. The same applies, of course, for cooler fluid, but not from bottom to top, but from top to bottom, as cooler fluid drops from zones with warmer fluid.

Die Anordnung kann vorzugsweise derart getroffen sein, dass die Durchtrittsöffnung oder die Durchtrittsöffnungen eine randoffne Ausnehmung oder randoffene Ausnehmungen der Trennwand oder der Trennwände ist/sind. Eine derartige Trennwand weist also – betrachtet man sie in noch nicht eingebautem Zustand – an ihrer Randperipherie randoffene Ausnehmungen auf, sofern mehrere Durchtrittsöffnungen vorgesehen sind, wobei diese randoffenen Ausnehmungen nach dem Einbau einer Trennwand in den Behälter dadurch randseitig geschlossen werden, dass die Innenseite der Behälterwand die randoffene Zone schließt.The arrangement may preferably be made such that the passage opening or the passage openings is a Randoffne recess or open-edged recesses of the partition wall or partitions is / are. Such a partition thus has - considering it not yet installed state - on its edge periphery open-edged recesses, if more openings are provided, these open-edge recesses are closed by a partition wall into the container by the edge, that the inside of the container wall the open-border zone closes.

Insbesondere ist vorgesehen, dass das Fluid Wasser ist.In particular, it is provided that the fluid is water.

Die Zeichnungen veranschaulichen die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels, und zwar zeigt:The drawings illustrate the invention with reference to an embodiment, in which:

1 einen Längsschnitt durch einen Schichtenspeicher, 1 a longitudinal section through a stratified storage,

2 eine vergrößerte Ansicht des mittleren Bereichs des Schichtenspeichers der 1 und 2 an enlarged view of the central region of the layer memory of 1 and

3 eine Draufsicht auf eine Trennwand, die sich im Schichtenspeicher befindet. 3 a plan view of a partition, which is located in the stratified storage.

Die 1 zeigt – in schematischer Darstellung – einen Längsschnitt durch einen Schichtenspeicher 1, der zur Speicherung von Wärmeenergie dient. Er weist einen Behälter 2 auf, der eine Mantelwand 3, eine Bodenwand 4 und eine Deckenwand 5 aufweist. Im Bereich der Bodenwand 4 sind Standfüße 6 angeordnet. Insgesamt weist der Behälter 2, eine kreiszylindrische Form auf und besitzt eine vertikal verlaufende Mittelachse 7. Ein Innenraum 8 des Schichtenspeichers 1 teilt sich – von unten nach oben gesehen – in drei Zonen auf, nämlich eine Bodenzone 9, eine Mittelzone 10 und eine Deckenzone 11. In der Bodenzone 9 ist eine erste Rohrwendel 12 angeordnet, die eine nach außen aus dem Behälter 2 herausführenden Anschlussstutzen 13 aufweist, der als Zulaufstutzen (Pfeil 14) dient. Ferner besitzt die Rohrwendel 12 einen weiteren Anschlussstutzen 15, der gemäß Pfeil 16 einen Ablaufstutzen bildet. Die Pfeile 14 und 16 verdeutlichen, dass ein Medium dem Anschlussstutzen 13 zugeführt werden kann, wodurch das Medium die Rohrwendel 12 durchströmt und aus dem Anschlussstutzen 15 wieder nach außen, beispielsweise im Zuge eines Kreislaufs zu einer entsprechenden Gerätschaft, zurückströmt. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass an die beiden Anschlussstutzen 13, 15 der Kreislauf einer Solaranlage angeschlossen ist, die Wärmeenergie in den Schichtenspeicher 1 einbringt. Die Rohrwendel 12 die auch als Schlauchwendel ausgebildet sein kann, erstreckt sich um die Mittelachse 7 mit gleichbleibendem Radius herum, wobei sie nahe der Innenseite 17 der Mantelwand 3 des Behälters 2 verläuft, sodass eine aus der 1 ersichtliche Innenzone 18 des Innenraums 8 rohrwendelfrei ausgebildet ist.The 1 shows - in a schematic representation - a longitudinal section through a layer memory 1 , which serves to store heat energy. He has a container 2 on top of a mantle wall 3 , a bottom wall 4 and a ceiling wall 5 having. In the area of the bottom wall 4 are feet 6 arranged. Overall, the container has 2 , a circular cylindrical shape and has a vertical center axis 7 , An interior 8th of the stratified storage 1 is divided - seen from bottom to top - in three zones, namely a bottom zone 9 , a middle zone 10 and a ceiling area 11 , In the soil zone 9 is a first coiled tubing 12 arranged, one outward from the container 2 leading out connecting piece 13 having, as an inlet nozzle (arrow 14 ) serves. Furthermore, the coiled tubing has 12 another connection piece 15 that according to arrow 16 forms a drain neck. The arrows 14 and 16 make it clear that a medium is the connecting piece 13 can be fed, causing the medium the coiled tubing 12 flows through and out of the connecting piece 15 back to the outside, for example in the course of a cycle to a corresponding equipment flows back. In particular, it can be provided that to the two connecting pieces 13 . 15 the circuit of a solar system is connected, the heat energy in the stratified storage 1 brings. The coiled tubing 12 which can also be designed as a hose coil, extends around the central axis 7 with constant radius around, being close to the inside 17 the jacket wall 3 of the container 2 runs, so one from the 1 apparent inner zone 18 of the interior 8th is formed tube spiral free.

In entsprechender Weise befindet sich eine weitere Rohrwendel 19, die alternativ auch als Schlauchwendel ausgebildet sein kann, in der Deckenzone 11. Es gelten im Übrigen die Ausführungen zur Rohrwendel 12 bei der Rohrwendel 19 entsprechend, sodass darauf verwiesen wird. Die Rohrwendel 19 weist Anschlussstutzen 20, 21 für ein Medium auf, das – gemäß der Pfeile 22, 23 – in den oberen Bereich der Rohrwendel 19 einströmt und aus dem unteren Bereich der Rohrwendel 19 ausströmt und ebenfalls vorzugsweise in einem Kreislauf geführt wird. Es kann sich hierbei um einen Nutzkreislauf handeln, der mittels der im Schichtenspeicher 1 gespeicherten Wärmeenergie mit Wärmeenergie versorgt wird. Die Rohrwendel 12 und 19 bilden jeweils Wärmetauscher des Schichtenspeichers 1 aus.In a similar way, there is another coiled tubing 19 , which may alternatively be formed as a hose coil, in the ceiling zone 11 , By the way, the remarks on the coiled tubing apply 12 at the coiled tubing 19 accordingly, so reference is made to it. The coiled tubing 19 has connecting pieces 20 . 21 for a medium that - according to the arrows 22 . 23 - in the upper part of the coiled tubing 19 flows in and out of the lower part of the coiled tubing 19 flows out and is also preferably performed in a circuit. It may be a useful cycle, by means of in the stratified storage 1 stored thermal energy is supplied with heat energy. The coiled tubing 12 and 19 each form heat exchanger of the stratified storage 1 out.

Im Innenraum 8 des Schichtenspeichers 1 befindet sich ein Fluid, das durch einen Pfeil 24 angedeutet wird. Das Fluid 24 ist bevorzugt eine Flüssigkeit, insbesondere Wasser oder ein Gemisch mit einem Wasseranteil. Das Fluid 24 weist insbesondere antibakterielle und/oder komplexbildende Stabilisatoren gegen einen mikrobiellen Befall und/oder mineralische Ausfällungen auf, um einen Langzeitbetrieb sicherzustellen. Das Fluid befindet sich in dem gesamten Innenraum 8, also in der Bodenzone 9, der Mittelzone 10 und der Deckenzone 11, austauschfrei, das heißt der Innenraum 8 ist nach außen hin abgeschlossen ausgebildet.In the interior 8th of the stratified storage 1 there is a fluid, which is indicated by an arrow 24 is hinted at. The fluid 24 is preferably a liquid, in particular water or a mixture with a water content. The fluid 24 points in particular antibacterial and / or complexing stabilizers against microbial attack and / or mineral precipitations to ensure long-term operation. The fluid is located in the entire interior 8th So in the bottom zone 9 , the middle zone 10 and the ceiling area 11 , exchange-free, that means the interior 8th is formed completed to the outside.

In der Mittelzone 10 weist der Schichtenspeicher 1 mehrere Phasenübergangseinrichtungen 25 auf. In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind vier Phasenübergangseinrichtungen 25 übereinanderliegend im Innern 8 des Schichtenspeichers 1 untergebracht. Alternativ kann die Anzahl der Phasenübergangseinrichtungen jedoch auch größer oder kleiner sein.In the middle zone 10 points the stratified storage 1 several phase transition devices 25 on. In the in 1 illustrated embodiment are four phase transition devices 25 superimposed inside 8th of the stratified storage 1 accommodated. Alternatively, however, the number of phase transition devices may be larger or smaller.

Im Einzelnen besteht jede der Phasenübergangseinrichtungen 25 aus einer Trennwand 26 und einem dieser Trennwand 26 zugeordneten, unter ihr angeordneten Phasenübergangselement 27. Die Trennwand 26 weist einen Bereich 28 auf, der sich über ein Höhenniveaubereich erstreckt, also über einen Abschnitt, der in Richtung der Mittelachse 7 verläuft, wodurch eine eine Phasenübergangseinrichtung 25 aufweisende Vertikalzone im Innenraum 8 des Schichtenspeichers 1 definiert wird. Ferner weist die Trennwand 26 einen Bereich 30 auf, der rechtwinklig zur Mittelachse 7 verläuft, vorzugsweise horizontal. Der Bereich 30 bildet einen Zentrumsbereich der Trennwand 26. An ihn schließt der Bereich 28 der Trennwand 26 derart an, dass dieser Bereich 28 schräg nach unten verläuft, wobei das tiefstliegende Höhenniveau der Trennwand 26 mit der Innenseite 17 der Mantelwand 3 verbunden ist oder ihr ohne nennenswerte Spaltbildung gegenüberliegt. Bei der Ausführungsform der Erfindung gemäß 1 ist die Trennwand 26 – räumlich gesehen – als Kegelstumpfmantelwand 31 ausgebildet. Der Bereich 28 bildet dabei eine Kegelstumpfmantelfläche 32 und der Bereich 30 quasi einen Deckel 33 für die Kegelstumpfmantelfläche 32, die im tiefstliegenden Höhenniveau, also nach unten hin offen ausgebildet ist. Die Anordnung kann vorzugsweise derart getroffen sein, dass sich an der Innenseite 17 der Mantelwand 3 eine vorzugsweise ringförmige Auflage 34 befindet, auf der sich die Trennwand 26 im Bereich ihrer äußeren Peripherie abstützt.In detail, each of the phase transition devices exists 25 from a partition 26 and one of these dividing wall 26 associated, arranged under it phase transition element 27 , The partition 26 has an area 28 on, which extends over a height level range, that is, over a portion which is in the direction of the central axis 7 runs, creating a phase transition device 25 having vertical zone in the interior 8th of the stratified storage 1 is defined. Furthermore, the partition wall 26 an area 30 on, which is perpendicular to the central axis 7 runs, preferably horizontally. The area 30 forms a center region of the partition 26 , The area closes to him 28 the partition 26 so on, that this area 28 runs obliquely downwards, with the lowest height level of the partition 26 with the inside 17 the jacket wall 3 is connected or opposite her without appreciable gap formation. In the embodiment of the invention according to 1 is the dividing wall 26 - Seen spatially - as a truncated cone shell wall 31 educated. The area 28 forms a truncated cone lateral surface 32 and the area 30 almost a lid 33 for the truncated cone surface 32 , which is formed at the lowest height level, that is open at the bottom. The arrangement may preferably be made such that on the inside 17 the jacket wall 3 a preferably annular support 34 located on the partition itself 26 supported in the region of its outer periphery.

Aus alledem ergibt sich, dass die Trennwand 26 haubenartig ausgebildet ist, also eine Haube 35 bildet, die das Phasenübergangselement 27 überfängt, wobei sich das Phasenübergangselement 27 auch nur – ebenso wie die Trennwand 26 – über den Höhenniveaubereich 29 erstreckt.From all this it follows that the dividing wall 26 hood-like, so a hood 35 forms the phase transition element 27 overcame, wherein the phase transition element 27 even just - as well as the partition 26 - over the height level range 29 extends.

Wie insbesondere der Vergrößerung eines Bereichs der Mittelzone 10 der 2 entnehmbar ist, besteht das Phasenübergangselement 27 aus einem Wellschlauch 36, der insbesondere aus Edelstahl besteht, und der mit Phasenübergangsmaterial 37 (PCM-Material) gefüllt ist. Der Wellschlauch 36 ist insbesondere zweilagig um die Mittelachse 7 herum in Form einer Schnecke, also als Doppelschnecke, gestaltet, wobei der Durchmesser der Schnecke nach oben hin kleiner wird. Dabei ist die Anordnung derart getroffen, dass sich jede Lage der Schnecke parallel zur Kegelstumpfmantelwand 31 erstreckt, wobei insbesondere die innen liegende Lage sich von unten nach oben mit kleiner werdendem Durchmesser hinaufwendelt, dann im oberen Bereich ein kommunizierender Übergang zur äußeren Lage der Wellschlauchschnecke erfolgt, wobei sich von hier aus der äußere Bereich von oben nach unten mit größer werdendem Durchmesser erstreckt. Die Anordnung ist dabei derart getroffen, dass die Haube 35, die von der Trennwand 26 gebildet wird, den schneckenartigen Wellschlauch 36 komplett überfängt, jedoch auch nicht nach unten hin aus dieser Haube 35 herausragt oder nur geringfügig aus ihr nach unten hin herausragt.Such as in particular the enlargement of a region of the central zone 10 of the 2 is removable, there is the phase transition element 27 from a corrugated hose 36 In particular, made of stainless steel, and with the phase change material 37 (PCM material) is filled. The corrugated tube 36 is in particular two layers around the central axis 7 around in the form of a screw, so designed as a twin screw, wherein the diameter of the screw is smaller towards the top. The arrangement is such that each position of the screw parallel to the truncated cone shell wall 31 extends, in particular, the inner layer turns upwards from bottom to top with decreasing diameter, then in the upper part of a communicating transition to the outer layer of the corrugated tube screw takes place, extending from here the outer region from top to bottom with increasing diameter , The arrangement is made such that the hood 35 that from the dividing wall 26 is formed, the helical corrugated tube 36 completely overcame, but not down from this hood 35 protrudes or only slightly protrudes from her down.

Wie insbesondere aus 1 zu ersehen ist, sind vier Phasenübergangseinrichtungen 25 im Innern 8 des Behälters 2 übereinander angeordnet, insbesondere derart, dass der Kopfbereich einer derartigen Anordnung in den darüberliegenden Zentralbereich dieser darüberliegenden Anordnung überlappend eingreift, was aufgrund der kegelstumpfförmigen Ausgestaltung möglich ist. Die einzelnen Phasenübergangseinrichtungen 25 greifen also raumsparend teilweise ineinander.As in particular from 1 can be seen are four phase transition devices 25 at the inside 8th of the container 2 arranged one above the other, in particular such that the head region of such an arrangement engages overlappingly in the overlying central region of this overlying arrangement, which is possible due to the frusto-conical configuration. The individual phase transition devices 25 So, to save space, they partially interlock.

Die Anordnung ist nun derart getroffen, dass die Phasenübergangseinrichtungen 25 unterschiedliches Phasenübergangsmaterial 37 aufweisen, derart, dass das Phasenübergangsmaterial 37 mit der niedrigsten Phasenübergangstemperatur zuunterst angeordnet ist und die dann darüber folgenden Phasenübergangseinrichtungen 25 Phasenübergangsmaterialien 37 mit nach oben hin größeren Phasenübergangstemperaturen aufweisen. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass das Phasenübergangsmaterial 37 der zuunterst liegenden Phasenübergangseinrichtung 25 den Temperaturbereich 35°C bis 45°C, die darüberliegende Phasenübergangseinrichtung 25 Phasenübergangsmaterial 37 mit einer Phasenübergangstemperatur von 45°C bis 55°C aufweist, die darüber dann folgende Phasenübergangseinrichtung 25 Phasenübergangsmaterial 37 mit einer Phasenübergangstemperatur von 55°C bis 65°C aufweist und die am höchsten liegende Phasenübergangseinrichtung 25 Phasenübergangsmaterial 37 mit einer Phasenübergangstemperatur von 65°C bis 75°C besitzt. Selbstverständlich ist es möglich, dass – je nach Ausführungsform – die Zahl der Phasenübergangseinrichtungen beliebig gewählt werden kann und auch die Temperaturbereiche der jeweiligen Phasenübergangsmaterialien bestimmbar sind, wobei jedoch stets einzuhalten ist, dass – von unten nach oben – die Phasenübergangstemperatur des jeweiligen Phasenübergangsmaterials 37 steigt.The arrangement is now made such that the phase transition devices 25 different phase transition material 37 such that the phase change material 37 with the lowest phase transition temperature at the bottom and then the following phase transition devices 25 Phase change materials 37 having upwardly larger phase transition temperatures. For example, it can be provided that the phase transition material 37 the lowest phase transition device 25 the temperature range 35 ° C to 45 ° C, the overlying phase transition device 25 Phase change material 37 having a phase transition temperature of 45 ° C to 55 ° C, the then following phase transition means 25 Phase change material 37 having a phase transition temperature of 55 ° C to 65 ° C and the highest phase transition device 25 Phase change material 37 having a phase transition temperature of 65 ° C to 75 ° C. Of course, it is possible that - depending on the embodiment - the number of phase transition devices can be chosen arbitrarily and also the temperature ranges of the respective phase transition materials can be determined, However, it should always be observed that - from bottom to top - the phase transition temperature of the respective phase change material 37 increases.

Gemäß 3 weist die Trennwand 26 an ihrer äußeren Peripherie 38 Durchtrittsöffnungen 39 auf, die vorzugsweise gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnet sind. Die Durchtrittsöffnungen 39 können bevorzugt als randoffene Ausnehmungen 40 ausgebildet sein. Im Ausführungsbeispiel der 3 sind vier, jeweils um 90° versetzt zueinander liegende Durchtrittsöffnungen 39 vorgesehen. Die Anordnung ist nun so getroffen, dass jede der Trennwände 26 mit derartigen Durchtrittsöffnungen 39 versehen sind, wobei – in vertikaler Richtung gesehen, also in Richtung der Mittelachse 7 – die Durchtrittsöffnungen 39 der Trennwand 26 umfangsversetzt zu den Durchtrittsöffnungen 39 einer benachbarten Trennwand 26 liegen. Dies ist in der 3 dadurch angedeutet, dass die Durchtrittsöffnungen 39 einer zu der dort dargestellten Trennwand 26 benachbart liegenden Trennwand 26 mit gestrichelter Linie dargestellt sind. Damit fluchten die Durchtrittsöffnungen 39 von benachbart übereinander liegenden Trennwänden 26 in vertikaler Richtung nicht.According to 3 has the partition 26 on its outer periphery 38 Through openings 39 on, which are preferably distributed uniformly over the circumference. The passages 39 may be preferred as open-edge recesses 40 be educated. In the embodiment of 3 are four, each offset by 90 ° to each other through openings 39 intended. The arrangement is now made so that each of the partitions 26 with such openings 39 are provided, wherein - seen in the vertical direction, ie in the direction of the central axis 7 - the passages 39 the partition 26 circumferentially offset to the passage openings 39 an adjacent partition 26 lie. This is in the 3 indicated that the passage openings 39 one to the partition wall shown there 26 adjacent partition 26 are shown in dashed line. This aligns the passage openings 39 of adjacent superimposed partitions 26 not in the vertical direction.

Es ergibt sich folgende Funktion: Wird mittels der ersten Rohrwendel 12 Wärmeenergie in den Schichtenspeicher 1 eingebracht, so erwärmt sich das Fluid 24, wodurch entsprechend erwärmte Fluidbereiche aufsteigen und bis unter den Bereich 30 der darüberliegenden haubenförmigen Trennwand 26 gelangen. Im Zuge des Einbringens dieser Wärmeenergie wird sich der Raum unterhalb der haubenartigen Trennwand 26 mit entsprechend erwärmten Fluid auffüllen, wobei dieses erhitzte Fluid jedoch aufgrund der Trennwand 26 nicht aufsteigen kann, sondern gefangen ist und dabei mit dem Phasenübergangsmaterial 37 des zugehörigen Phasenübergangselements 27 wärmetechnisch kommuniziert. Erst dann, wenn fast die gesamte Haube 35 mit entsprechend erwärmten Fluid aufgefüllt ist, besteht aufgrund des „Herunterwachsens” des Fluidbereichs mit dieser erhöhten Temperatur aufgrund der Durchtrittsöffnungen 39 die Möglichkeit, dass ein Übergang von erwärmten Fluid (Pfeile 41) in den darüberliegenden Bereich (Vertikalzone), also zur darüber liegenden Phasenübergangseinrichtung 25 eintritt. Hier vollzieht sich der vorstehend erwähnte Vorgang in entsprechender Art und Weise und so weiter, das heißt, also auch die noch darüber liegenden Phasenübergangseinrichtungen 25 können bei hinreichender Temperatur des Fluids 24 mit einbezogen werden. Dabei wird es nur zu einem Überströmen von entsprechend temperierten Fluid von einem Höhenniveaubereich 29 zu einem folgenden Höhenniveaubereich 29 kommen, wenn entsprechende Temperaturverhältnisse vorliegen, das heißt, der Schichtenspeicher 1 wird sich entsprechend den vorliegenden Wärmeenergieniveaus schichtend aufladen. Diese Wirkungsweise wird sich in entsprechender Weise beim Entladen des Schichtenspeichers 1 einstellen, wobei das Entladen dadurch erfolgt, dass gemäß der Pfeile 22, 23 ein entsprechendes Medium durch die oben liegende Rohrwendel 19 strömt.The result is the following function: Is by means of the first coiled tubing 12 Heat energy in the stratified storage 1 introduced, so the fluid heats up 24 , whereby appropriately heated fluid areas rise up and under the area 30 the overlying hood-shaped partition 26 reach. In the course of introducing this heat energy, the space will be below the hood-like partition 26 fill with appropriately heated fluid, but this heated fluid due to the partition wall 26 can not ascend but is trapped with the phase transition material 37 the associated phase transition element 27 thermally communicated. Only then, when almost the entire hood 35 is filled with appropriately heated fluid, due to the "growing down" of the fluid area with this elevated temperature due to the passage openings 39 the possibility that a transition from heated fluid (arrows 41 ) in the overlying area (vertical zone), ie the overlying phase transition device 25 entry. Here, the above-mentioned process takes place in a corresponding manner and so on, that is to say, that is, the phase transition means still lying above it 25 can at a sufficient temperature of the fluid 24 be included. It is only an overflow of appropriately tempered fluid from a height level range 29 to a following height level range 29 come when appropriate temperature conditions are present, that is, the stratified storage 1 will charge in accordance with the available heat energy levels. This mode of action will be correspondingly during unloading of the stratified storage 1 set, the unloading is done by that according to the arrows 22 . 23 a corresponding medium through the overhead tube coil 19 flows.

Das der Erfindung zugrunde liegende Prinzip kann daher wie folgt dargestellt werden: Durch die bevorzugte Ausführungsform der Trennwand 26 als Kegelstumpfmantelwand 31 mit den an ihrer Außenperipherie liegenden Durchtrittsöffnungen 39, wie in 3 dargestellt, wird das der Trennwand 26 zugeordnete Phasenübergangsmaterial 37 über den thermischen Auftrieb vom erwärmten Fluid 24 zunächst vollständig geladen. Dies bedeutet, dass in dem Phasenübergangsmaterial 37, das beispielsweise eine Temperatur von 40°C bis 45°C aufweist, ein Phasenübergang stattfindet, zum Beispiel vom festen zum flüssigen Zustand, durch Speicherung der von dem Fluid 24 zugeführten Wärme in Form von latenter Wärme. Vorzugsweise wird erst dann, wenn das gesamte Phasenübergangsmaterial 37 diesen Phasenübergang vollzogen hat, Fluid 24, das eine höhere Temperatur aufweist, durch die Durchtrittsöffnungen 39 in eine benachbarte, höher liegende Phasenübergangseinrichtung 25 aufsteigen, deren Phasenübergangsmaterial 37 eine höhere Phasenübergangstemperatur aufweist. Bevorzugt werden drei bis acht Trennwände 26, das heißt drei bis acht Phasenübergangseinrichtungen 25, übereinander angeordnet. Dabei ist der Wärmeübertrag zwischen dem Fluid 24 und den unterschiedlichen Phasenübergangsmaterialien 37 gemäß den Gesetzen der Thermodynamik gegeben. Die Wärmeenergieschichtung basiert auf den physikalischen Größen des thermischen Auftriebs und der Schwerkraft. Bei der Abkühlung eines Fluidbereichs sinkt dieser in eine tiefer liegende Schicht, das heißt eine tiefer liegende Phasenübergangseinrichtung 25. Durch Zuführen von Energie, beispielsweise durch eine solare Energieerzeugungsvorrichtung, bewegt sich ein erwärmter Fluidbereich aufgrund von Wärmekonvektion, das heißt Strömungsausbildung, in die der Temperatur des Fluidbereichs zugeordneten, passenden Phasenübergangseinrichtung 25. Ferner ist durch die Ausbildung der Trennwände 26 als Kegelstumpfmantelwände 31 eine maximale Verweildauer des über die Temperatur definierten Fluids 24 gewährleistet. Dabei wird einem aufsteigenden warmen Fluidbereich im unteren Bereich der jeweiligen Phasenübergangseinrichtung 25 eine große Querschnittsfläche des Raums geboten, an welchem es sich befinden kann. Diese Fläche nimmt mit zunehmender Aufstiegshöhe mit dem Winkel, der von dem schräg nach oben laufenden Bereich 28 der Trennwand 26 mit der Horizontalen angeschlossen wird und bevorzugt zwischen 45° und 60° beträgt, insbesondere linear ab. Dadurch wird eine homogene Querströmung entlang des Phasenübergangselements 27 bewirkt, die parallel zu dem schrägen Bereich 28 der Trennwand 26 verläuft und die Ladung des Schichtenspeichers 1, das heißt der Phasenübergang im Phasenübergangsmaterial 37, wird entscheidend unterstützt. Zusätzlich wird eine schnelle Ladung des oberen Teils des Phasenübergangselements 27 und eine starke Wärmeenergiekonzentration bewirkt. Aufgrund der Querströmung und des thermischen Auftriebs entsteht zwangsläufig eine Zirkulation, wobei ein wärmerer Fluidbereich in Richtung des sich um die Mittelachse 7 erstreckenden oberen Bereichs 30 der Trennwand 26 aufsteigt. Dort wird bereits ein erheblicher Teil seiner Wärmeenergie über den Bereich 30 an Fluid 24 übertragen, welches sich im unteren Bereich der darüber liegenden Phasenübergangseinrichtung 25 befindet. Bevorzugt ist dazu die Trennwand 26 als sehr dünnes Edelstahlblech mit einer Dicke von 0,5 bis 1 mm ausgebildet. Der Wärmeübertrag erfolgt über den physikalischen Prozess der Wärmeleitung. Der Wärme abgebende Fluidbereich strömt gemäß der Querströmung entlang der Trennwand 26 in Richtung der Peripherie der Trennwand 26. Der thermische Auftrieb und die Querströmung verwirklichen somit eine überlagerte Zirkulation mit einer horizontalen und vertikalen Komponente. Diese Zirkulation garantiert eine optimale, ständige aber quasi statische Umspülung des Phasenübergangselements 27 und folglich einen hervorragenden Wärmeübertrag und somit einen Phasenübergang des Phasenübergangsmaterial 37 innerhalb jeder Phasenübergangseinrichtung 25. Ferner regelt sich der Schichtenspeicher 1 vollautomatisch, das heißt, auch in Zeiten wenn keine Zufuhr oder Entnahme von Energie erfolgt. Es muss kein technischer Regelaufwand betrieben werden, um Wärmeenergie abhängig von der Temperatur und dem verbrauchsspezifischen Ladezustand des Schichtenspeichers 1 stets in der optimalen Phasenübergangseinrichtung 25 abzugeben, das heißt, in der Phasenübergangseinrichtung 25, deren Phasenübergangsmaterial 37 eine Temperatur aufweist, die der Temperatur des Fluids aufgrund der eingebrachten Wärme entspricht. Das heißt, die über einen Wärmetausch von beispielsweise einem Solarfluid über die Rohrwendel 12 zum Fluid 24 eingebrachte Wärmeenergie wird vollautomatisch und ausschließlich über die physikalisch vorgegebenen Regelparameter in der thermisch geeigneten Phasenübergangseinrichtung 25 in Form von latenter Wärme eingespeist. Der sehr gute Wärmetausch zwischen dem Fluid 24 und dem entsprechenden Phasenübergangselement 27 bei Beladung beziehungsweise Entladung des Wärmespeichers 1 wird dadurch bevorzugt bewirkt, dass das Phasenübergangsmaterial 37 sich in Edelstahlwellschläuchen eines Durchmessers von 8 bis 15 cm befindet und damit im Verhältnis zum Volumen des Phasenübergangsmaterials 37 eine sehr große Wärmetauschfläche erzeugt wird. Der selbstregulierende von der Rohrwendel 19 gebildete Wärmeaustauscher des erfindungsgemäßen Schichtenspeichers 1 ermöglicht neben der Entnahme von Warmwasser beziehungsweise Kühlwasser eine ideale Kombination mit Wärmepumpen und einer Kraftwärmekopplung (zum Beispiel Mikro-BHKs < 15 kW oder Mini-BHKs < 50 kW, chemische Energieumwandlung etc. (BHK = Blockheizkraftwerk)). Der homogene Energieaustausch dieser erfindungsgemäßen Wärmespeichertechnologie ermöglicht den Betrieb mit praktisch konstanten Kennlinien und die Kombination derartiger Energiekopplungssysteme. Aufgrund der Selbstregulierung der thermodynamischen Schichtung werden nur zwei kommunizierende Thermostate benötigt, um die für den Praxisbetrieb des Wärmespeichers 1 ausreichend genaue Temperatur einer Schicht in der Langzeitspeicherung von Wärme bestimmen zu können. Dazu werden nach der Auswahl der unterschiedlichen Phasenübergangsmaterialien 37 die entsprechenden Kennlinien der Phasenübergangselemente 27 aus einem Temperatur-Wärme-Diagramm aus der minimalen und maximalen Temperatur ermittelt. Daraus folgt, dass die Gesamtenergiebilanz des Schichtenspeichers 1 unabhängig vom aktuellen Ladezustand jederzeit bestimmt werden kann.The principle underlying the invention can therefore be represented as follows: By the preferred embodiment of the partition 26 as a truncated cone shell wall 31 with the lying on their outer periphery passages 39 , as in 3 shown, that is the partition 26 associated phase transition material 37 about the thermal buoyancy of the heated fluid 24 initially fully charged. This means that in the phase change material 37 For example, having a temperature of 40 ° C to 45 ° C, a phase transition takes place, for example, from the solid to the liquid state, by storing the of the fluid 24 supplied heat in the form of latent heat. Preferably, only when the entire phase change material 37 completed this phase transition, fluid 24 , which has a higher temperature, through the passage openings 39 in an adjacent, higher-lying phase transition device 25 ascend, whose phase transition material 37 has a higher phase transition temperature. Preference is given to three to eight partitions 26 that is, three to eight phase transition devices 25 , arranged one above the other. In this case, the heat transfer between the fluid 24 and the different phase change materials 37 given according to the laws of thermodynamics. The heat energy layer is based on the physical quantities of thermal buoyancy and gravity. When a fluid area cools down, it sinks into a lower-lying layer, that is to say a lower-level phase transition device 25 , By supplying energy, for example by a solar power generation device, a heated fluid region moves into the appropriate phase transition device associated with the temperature of the fluid region due to thermal convection, that is, flow formation 25 , Furthermore, by the formation of the partitions 26 as truncated cone shell walls 31 a maximum residence time of the fluid defined by the temperature 24 guaranteed. In this case, an ascending warm fluid region in the lower region of the respective phase transition device 25 provided a large cross-sectional area of the room on which it can be located. This area increases with increasing ascent with the angle of the obliquely upwards running area 28 the partition 26 is connected to the horizontal and preferably between 45 ° and 60 °, in particular linear from. This creates a homogeneous cross flow along the phase transition element 27 causes the parallel to the oblique area 28 of the partition wall 26 runs and the charge of the stratified storage 1 , that is, the phase transition in the phase change material 37 , is decisively supported. In addition, a fast charge of the upper part of the phase transition element 27 and causes a strong heat energy concentration. Due to the cross-flow and the thermal buoyancy inevitably creates a circulation, with a warmer fluid region in the direction of itself around the central axis 7 extending upper range 30 the partition 26 rises. There is already a significant part of its heat energy over the area 30 on fluid 24 which is located in the lower region of the overlying phase transition device 25 located. Preference is given to the partition 26 formed as a very thin stainless steel sheet with a thickness of 0.5 to 1 mm. The heat transfer takes place via the physical process of heat conduction. The heat-dissipating fluid region flows along the bulkhead in accordance with the cross-flow 26 towards the periphery of the partition 26 , The thermal lift and the cross flow thus realize a superimposed circulation with a horizontal and vertical component. This circulation guarantees an optimal, constant but quasi-static flushing of the phase transition element 27 and consequently excellent heat transfer and thus phase transition of the phase change material 37 within each phase transition device 25 , Furthermore, the stratified storage is regulated 1 fully automatic, that is, even in times when there is no supply or removal of energy. There is no need to operate a technical control effort to heat energy depending on the temperature and the consumption-specific charge state of the stratified storage 1 always in the optimal phase transition device 25 that is, in the phase transition device 25 , their phase change material 37 has a temperature corresponding to the temperature of the fluid due to the introduced heat. That is, via a heat exchange of, for example, a solar fluid on the coiled tubing 12 to the fluid 24 introduced heat energy is fully automatic and exclusively on the physically predetermined control parameters in the thermally suitable phase transition device 25 fed in the form of latent heat. The very good heat exchange between the fluid 24 and the corresponding phase transition element 27 during loading or unloading of the heat accumulator 1 is thereby preferably caused that the phase change material 37 is in stainless steel corrugated tubes of 8 to 15 cm in diameter, and thus in relation to the volume of the phase change material 37 a very large heat exchange surface is generated. The self-regulating of the coiled tubing 19 formed heat exchanger of the stratified storage device according to the invention 1 In addition to the removal of hot water or cooling water, it is ideal for combination with heat pumps and combined heat and power generation (for example micro-BHKs <15 kW or mini-BHKs <50 kW, chemical energy conversion etc. (BHK = combined heat and power plant)). The homogeneous energy exchange of this heat storage technology according to the invention enables operation with virtually constant characteristics and the combination of such energy coupling systems. Due to the self-regulation of the thermodynamic stratification only two communicating thermostats are needed to those for the practical operation of the heat storage 1 To be able to determine a sufficiently precise temperature of a layer in the long-term storage of heat. To do this, after selecting the different phase transition materials 37 the corresponding characteristics of the phase transition elements 27 determined from a temperature-heat diagram of the minimum and maximum temperature. It follows that the total energy balance of the stratified storage 1 regardless of the current state of charge can be determined at any time.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 29914113 U1 [0002]

Claims

A stratified storage device for storing heat energy, comprising a container having an interior space and having at least one partition dividing the interior into superimposed interior regions, wherein in each interior region there is a phase change material, the phase change materials having different phase transition temperatures, the phase transition material having the higher phase transition temperature is arranged in the upper interior region, the interior space is filled with a fluid and the partition wall has at least one communicating the two interior areas communicating passage opening, characterized in that the partition wall ( 26 ) over a height level range ( 29 ), that the passage opening ( 39 ) below the highest height level of the partition ( 26 ) and that the fluid is exchange-free in the outwardly closed interior ( 8th ) is located.

Stratified storage according to claim 1, characterized in that the partition wall ( 26 ) has at least one inclined surface.

Stratified storage according to one of the preceding claims, characterized in that the partition wall ( 26 ) is formed hood-like.

Stratified storage according to one of the preceding claims, characterized in that the partition wall ( 26 ) as a cone shell wall or truncated cone shell wall ( 31 ) is trained.

Layer store according to one of the preceding claims, characterized in that the passage opening ( 39 ) in a lower region of the inclined surface, the conical jacket wall or the truncated cone lateral wall ( 31 ) is located.

Stratified storage according to one of the preceding claims, characterized in that the dividing wall ( 26 ) the phase transition material ( 37 ) assigned.

Stratified storage device according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of partitions ( 26 ) are provided at different height levels, and that each partition ( 26 ) a phase transition material ( 37 ) assigned.

Stratified storage device according to one of the preceding claims, characterized in that the phase change material ( 37 ) completely or mostly within the height level range ( 29 ) of the associated partition wall ( 26 ) is arranged.

Stratified storage according to one of the preceding claims, characterized in that the partition wall ( 26 ) by their hood-like formation a hood ( 35 ) forming the associated phase transition material ( 37 ).

Stratified storage tank according to one of the preceding claims, characterized in that at least one heat exchanger with heat exchange in the interior ( 8th ) is arranged.

Stratified storage tank according to one of the preceding claims, characterized in that two heat exchangers in the interior ( 8th ) are arranged, between which the partition wall ( 26 ) and the phase transition materials ( 37 ) are arranged.

Layered storage according to one of the preceding claims, characterized in that the container ( 2 ) or the interior ( 8th ) has a particular circular floor plan.

Layer store according to one of the preceding claims, characterized in that at the periphery of the ground plan or in the region of the periphery of the ground plan, the lowest height level of the dividing wall ( 26 ) lies.

Stratified storage device according to one of the preceding claims, characterized in that the phase transition materials in ( 37 ) Wrappings are included.

Layer store according to one of the preceding claims, characterized in that the sheaths tubes or hoses, in particular corrugated pipes or corrugated hoses ( 36 ), are.

Layer store according to one of the preceding claims, characterized in that the tubes or hoses are designed as coiled tubing, tube screws or pipe spirals or hose coil, hose screws or hose spirals.

Layer store according to one of the preceding claims, characterized in that the coiled tubing, tube screws, tube spirals, tube helix, tube screws or hose spirals each have / have an open central region.

Stratified storage according to one of the preceding claims, characterized in that the partition wall ( 26 ) distributed over its circumference, in particular evenly distributed, arranged passage openings ( 39 ) having.

Layer store according to one of the preceding claims, characterized in that the passage opening ( 39 ) or the passage openings ( 39 ) a partition wall ( 26 ) - seen in the vertical direction - offset, in particular circumferentially offset, to the passage opening ( 39 ) or the passage openings ( 39 ) of an adjacent partition wall ( 26 ) is / are.

Layer store according to one of the preceding claims, characterized in that the passage opening ( 39 ) or the passage openings ( 39 ) an open-edged recess ( 40 ) or open-edged recesses ( 40 ) of the partition ( 26 ) or partitions ( 26 ) is / are.

Layer store according to one of the preceding claims, characterized in that the fluid is water or a mixture with a water content.