DE102011052220B4

DE102011052220B4 - Wärmespeichervorrichtung

Info

Publication number: DE102011052220B4
Application number: DE102011052220.4A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-03-30
Filing date: 2011-07-28
Publication date: 2021-06-10
Anticipated expiration: 2031-07-29
Also published as: CN102734950A; JP2012211756A; MY156065A; FR2973489B1; FR2973489A1; AU2012200051A1; AU2012200051B2; TWI438387B; JP5619718B2; DE102011052220A1; TW201239296A; SG184631A1

Abstract

Wärmespeichervorrichtung, die einen Wärmespeicherbehälter (1) und eine Wärmeübertragungseinheit (3) umfasst, wobei die Wärmeübertragungseinheit (3) teilweise in einem Aufnahmeraum (13) des Wärmespeicherbehälters (1) montiert ist, wobei im Aufnahmeraum (13) des Wärmespeicherbehälters (1) ein Wärme speichernder Stoff (14) aufgenommen ist, der mindestens eins der Materialien - Sandsteine, Ziegelton, Zement, Schlacken und Muschelschalen - einschließt, wobei an der Behälterwand ferner eine Außen- und eine Innenwand ausgebildet sind, zwischen denen sich ein Zwischenraum (11) bildet, in dem ferner ein adiabatischer und warmhaltender Stoff (12) angeordnet ist, wobei die Wärmeübertragungseinheit (3) einen Wärmeleitkörper (31) und einen Wärmeaustauschkörper (32) umfasst, die teilweise im Aufnahmeraum (13) montiert sind, wobei der aus dem Wärmespeicherbehälter (1) herausragende Teil des Wärmeleitkörpers (31) an eine Wärmequelle (2) angeschlossen ist, wobei der sich aus dem Wärmespeicherbehälter (1) erstreckende Teil des Wärmeaustauschkörpers (32) als Wärmeversorgungsabschnitt (321) definiert und weiter an einen zu erwärmenden Gegenstand (4) angeschlossen ist,dadurch gekennzeichnet,dass der Wärmeleitkörper (31) mit einem Teil des im Aufnahmeraum (13) des Wärmespeicherbehälters (1) aufgenommenen Wärmeaustauschkörpers (32) in unmittelbarem Kontakt steht und zusammengewickelt ist unddass die Wärmequelle (2) als eine Lichtsammelschale ausgebildet ist, die von der Außenseite zum Zentrum hin bogenförmig vertieft ausgebildet ist, wobei im Zentrum der Wärmequelle (2) ein Lichtsammelpunkt (21) ausgebildet ist, wobei bei der Wärmequelle (2) ein Anschlussteil (22) zum Anschließen an den Wärmeleitkörper (31) an einer dem Lichtsammelpunkt (21) entsprechenden Stelle ausgebildet ist.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Wärmespeichervorrichtung, insbesondere eine Wärmespeichervorrichtung, bei der Abfallstoffe vor Ort zur Herstellung eines Wärme speichernden Stoffs und eines Wärmespeicherbehälters eingesetzt werden, um die Kosten für den Transport und für die Herstellung der Wärmespeichervorrichtung zu reduzieren, wobei die vollkommene Wiederverwertung von Abfallstoffen zur Verringerung der Umweltverschmutzung beiträgt.
Stand der Technik
Gegenwärtig wird für eine Heizvorrichtung elektrische Energie als Hauptenergie zur Erwärmung eines Gegenstands eingesetzt, wobei die elektrische Energie dann in elektromagnetische Wellen oder thermische Energie umgewandelt wird, so dass der zu erwärmende Gegenstand erwärmt wird.
Aufgrund des immer knapper werdenden Erdöls auf der Welt steigt der Ölpreis so rasch an, dass alle Länder der Welt tatkräftig nach alternativen Energiequellen suchen, zu denen Wasser-, Wind-, Dampf-, Atomkraft und Sonnenenergie gehören. Dabei wird die Umwelt bei der Gewinnung der Dampf- und Atomkraft leicht belastet; zur Gewinnung der Wasserkraft müssen Staudämme gebaut werden und es setzt eine ausreichende Wassermenge voraus, wobei im Falle eines Wassermangels keine Stromversorgung möglich ist; der Bau von Windkraftanlagen ist derart örtlich begrenzt, dass nur leere und breite Gebiete mit starkem Wind in Frage kommen, wobei die Quellen der Windkraft nicht stabil sind und nicht leicht konzentriert benutzt werden können; die Sonnenenergie ist überall auf der Erde zu finden, nicht auf bestimmte Gebiete eingeschränkt einsetzbar, wird nie aufgebraucht und gilt als eine saubere Energiequelle ohne Verschmutzung, so dass die Sonnenenergie von allen Ländern als die wichtigste alternative Energiequelle erachtet wird, die die Länder am meisten ausbauen wollen.
Wenn der bisherige Erwärmungsmodus, in dem aus teurem Erdöl gewonnene elektrische Energie in elektromagnetische Wellen oder thermische Energie die Umwelt belastend umgewandelt wird, durch eine effektive Umwandlung von Sonnenenergie in thermische Energie ersetzt werden kann, kann der Benutzer von den hohen Kosten der aus Erdöl gewonnenen elektrischen Energie entlastet werden und kann gleichzeitig die Ziele Energiesparen und Reduzieren von Kohlendioxidausstoß erreichen. Gegenwärtig sind Vorrichtungen zur Versorgung von Wärme mit Sonnenenergie nach und nach hervorgebracht worden, wobei solche Wärmeversorgungsvorrichtungen jedoch in Hinsicht der Herstellung kostspielig sind und zur Montage der Wärmeversorgungsvorrichtung die Bauteile zu dem Ort, an dem die Wärmeversorgungsvorrichtung montiert werden soll, transportiert und vor Ort zusammengebaut werden müssen, so dass die Transportkosten bei einem Montageort auswärts oder im Ausland ansteigen werden, wodurch der Hersteller oder der Verbraucher finanziell stark belastet wird.
Aus der Druckschrift DE 20 2007 006 713 U1 ist ein Wärmespeicher bekannt, in dem Wärme von einem mit Solarkollektoren verbundenen Heizmittelkreislauf über die Masse eines Speicherkerns auf einen Verbrauchskreislauf übertragen wird, wobei zur Vermeidung von die Wärmeübertragung behindernden Lufthohlräumen perforierte Leitungen verwendet werden, deren ständige Wasserabgabe Lufthohlräume in Leitungsnähe verhindert. Aus der Druckschrift WO 2001/020240 A2 ist ein Wärmespeicher bekannt, der durch Isolierschichten in unterschiedliche Bereiche aufgeteilt ist, wobei beabstandet angeordnete Leitungen durch geeignete Ventilsteuerung unabhängig Wärme in die einzelnen Bereiche zu- oder abführen können. Aus der Druckschrift US 4 397 152 A ist ein Sonnenofen zur Erzeugung von Elektrizität bekannt, der gebündeltes Sonnenlicht zu einem in einem isolierten Behälter befindlichen Heizofen leitet, welcher über das umgebende Material ein Arbeitsmedium in Rohrleitungen erwärmt. Aus der Druckschrift DE 3 101 537 A1 ist ein unterirdischer Wärmespeicher bekannt, bei dem zur Erzielung einer hohen Wärmekapazität bei gleichzeitiger Stabilität des Materials und vollständiger Ausnutzung des vorhandenen Raumes als Speichermaterial eine Mischung aus Zement, Ton und Wasser vorgesehen ist, die entsprechende Rohrleitungen vollständig umgibt. Aus der Druckschrift DE 10 2005 001 347 A1 ist ein Wärmespeicher bekannt, der mehrere Kammern umfasst, wobei zwei beabstandete Rohrleistungssysteme vorgesehen sind, von denen eines sich zu Wartungszwecken über mehrere Kammern erstreckt, wobei Wärme über das Füllmaterial von dem ersten Rohrleitungssystem zu dem zweiten übertragen wird. Aus der Druckschrift JP 2001 - 241 772 A ist ein Wärmespeicher bekannt, bei dem ein Füllmaterial über einer Rohrleitung erhitzt wird, wobei eine andere Rohrleitung die Wärme bei Bedarf abführt. Aus dem Dokument JP 2002 - 327 962 A ist ebenfalls eine herkömmliche Wärmespeichervorrichtung bekannt, welche so ausgebildet ist, dass ein Wärmeleitkörper mittelbar über einen wärmespeichernden Stoff mit einem Wärmeaustauschkörper in Kontakt steht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine besonders Ressourcen schonende Wärmespeichervorrichtung zu schaffen, deren Bauteile aus Abfallstoffen vor Ort hergestellt sind, so dass die Kosten für den Transport und für die Herstellung der Wärmespeichervorrichtung reduzierbar sind und eine Wiederverwertung von Ressourcen erzielbar ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Wärmespeichervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Merkmale der erfindungsgemäßen Wärmespeichervorrichtung sind unter anderem, dass die Wärmespeichervorrichtung einen Wärmespeicherbehälter und eine Wärmeübertragungseinheit umfasst, wobei die Wärmeübertragungseinheit teilweise in einem Aufnahmeraum des Wärmespeicherbehälters montiert ist, wobei im Aufnahmeraum des Wärmespeicherbehälters ein Wärme speichernder Stoff aufgenommen ist, der Sandsteine, Ziegelton, Zement, Schlacken oder Muschelschalen sein kann, wobei vor Ort leicht erhältliche Abfallstoffe oder Materialen als Wärme speichernde Stoffe eingesetzt werden können und leere Container beispielsweise als Wärmespeicherbehälter verwendet werden können, wodurch die Kosten für den Transport und für die Herstellung der Wärmespeichervorrichtung reduzierbar sind und Ressourcen vollkommen wieder verwertbar sind, was zur Verringerung der Umweltverschmutzung beiträgt.
Figurenliste

1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Wärmespeichervorrichtung im Ganzen.
2 zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Wärmespeichervorrichtung im Einsatzzustand.

Erläuterung der bevorzugten Ausführungsform
Nachfolgend werden anhand der Zeichnungen und Bezugszeichen die in der Erfindung eingesetzten Techniken, die Aufgaben und die Vorteile der Erfindung vollständiger und deutlicher erläutert.
1 zeigt eine erfindungsgemäße Wärmespeichervorrichtung, die aus einem Wärmespeicherbehälter 1, einer Wärmequelle 2 und einer Wärmeübertragungseinheit 3 besteht.
Der Wärmespeicherbehälter 1 ist ein leicht erhältliches Behältnis wie beispielsweise ein Container, wobei an der Behälterwand eine Außen- und eine Innenwand ausgebildet sind, zwischen denen sich ein Zwischenraum 11 bildet, in dem ein nicht Wärme leitender (adiabatischer) und warmhaltender Stoff 12 angeordnet ist, der eine Calciumsilikatplatte, Kalk, ein wärmedämmender Bauabfallstoff oder eine Kombination davon sein kann. Im Aufnahmeraum 13 des Wärmespeicherbehälters 1 ist ein Wärme speichernder Stoff 14 angeordnet, der Sandsteine mit einem Durchmesser von weniger als 30 cm (einschließend der Sandsteine aus der Erde und aus dem Meer), Ziegelton, Zement, Schlacken, Muschelschalen oder eine Kombination davon sein kann, wobei der nach Anordnen eines Wärmeleitkörpers 31 und eines Wärmeaustauschkörpers 32 übrig bleibende Raum im Aufnahmeraum 13 mit dem Wärme speichernden Stoff 14 aufgefüllt ist, wodurch der Wärmeleitkörper 31 und der Wärmeaustauschkörper 32 gut umhüllt sind.
Die Wärmequelle 2 ist als eine Lichtsammelschale ausgebildet, die von der Außenseite zum Zentrum hin bogenförmig vertieft ausgebildet ist, wobei an einem Lichtsammelpunkt 21 im Zentrum der Lichtsammelschale ein Anschlussteil 22 ausgebildet ist.
Die Wärmeübertragungseinheit 3 umfasst einen Wärmeleitkörper 31 und einen Wärmeaustauschkörper 32, die beide als wärme-, druck- und rostbeständige Rohre ausgebildet sind, in denen eine Flüssigkeit angeordnet ist. Des Weitern ist der Wärmeleitkörper 31 an das Anschlussteil 22 der Wärmequelle 2 angeschlossen und ragt teilweise in den Aufnahmeraum 13 des Wärmespeicherbehälters 1 derart hinein, dass der Wärmeleitkörper 31 mit einem Teil des im Aufnahmeraum 13 des Wärmespeicherbehälters 1 aufgenommenen Wärmeaustauschkörpers 32 in Kontakt kommt und zusammengewickelt werden. Der sich aus dem Wärmespeicherbehälter 1 erstreckende Teil des Wärmeaustauschkörpers 32 ist als Wärmeversorgungsabschnitt 321 definiert, der an einen zu erwärmenden Gegenstand 4 angeschlossen ist.
Wie aus 1 und 2 ersichtlich, wird zum Einsatz der erfindungsgemäßen Wärmespeichervorrichtung die Wärmequelle 2 an einem Ort, wo Sonnenstrahlen leicht zu empfangen sind, beispielsweise außerhalb eines Gebäudes angeordnet, wobei die Sonnenlichtenergie in der bogenförmigen und vertieften Wärmequelle 2 bricht und am Lichtsammelpunkt 21 im Zentrum der Wärmequelle 2 eine Fokussierung stattfindet. Anschließend wird die fokussierte Sonnenlichtenergie über das Anschlussteil 22 der Wärmequelle 2 auf den am Anschlussteil 22 montierten Wärmeleitkörper 31 übertragen, um die im Wärmeleitkörper 31 angeordnete Flüssigkeit zu erwärmen. Weiter fließt die erwärmte Flüssigkeit im Wärmeleitkörper 31 entlang dem Wärmeleitkörper 31 in den Wärmespeicherbehälter 1 hinein, um einen Wärmeaustausch mit der Flüssigkeit in dem im Wärmespeicherbehälter 1 angeordneten, mit dem Wärmeleitkörper 31 in Kontakt stehenden und zusammengewickelten Wärmeaustauschkörper 32 durchzuführen, wobei die Flüssigkeit im Wärmeaustauschkörper 32 durch die Wärmeleitung der Flüssigkeit im Wärmeleitkörper 31 wärmer wird. Darauffolgend fließt die erwärmte Flüssigkeit im Wärmeaustauschkörper 32 entlang dem Wärmeaustauschkörper 32 in den an den zu erwärmenden Gegenstand 4 angeschlossenen Wärmeversorgungsabschnitt 321 hinein, um den zu erwärmenden Gegenstand 4 zu erwärmen. Auf diese Weise nimmt die Wärmequelle 2 die Sonnenlichtenergie auf, die sodann die Flüssigkeit im Wärmeleitkörper 31 erwärmt. Anschließend findet ein Wärmeaustausch zwischen der Flüssigkeit im Wärmeleitkörper 31 und der Flüssigkeit im Wärmeaustauschkörper 32 statt, wodurch die Temperatur der Flüssigkeit im Wärmeaustauschkörper 32 erhöht wird, wobei der an den Wärmeversorgungsabschnitt 321 angeschlossene zu erwärmende Gegenstand 4 wiederum durch die erwärmte Flüssigkeit im Wärmeaustauschkörper 32 erwärmt wird. In diesem Umlauf muss keine elektrische Energie eingesetzt werden, so dass die durch die Erwärmung des zu erwärmenden Gegenstands 4 mit kostspieliger elektrischer Energie verursachte finanzielle Belastung verringert werden kann und das Ziel der Energiesparung und der Reduzierung von Kohlendioxidausstoß erreicht werden kann.
Ferner ist der Aufnahmeraum 13 des Wärmespeicherbehälters 1 mit dem Wärme speichernden Stoff 14 aufgefüllt, um den Wärmeleitkörper 31 und den Wärmeaustauschkörper 32 umzuhüllen, so dass sich die thermische Energie konzentriert; zudem ist an der Wand des Wärmespeicherbehälters 1 ein adiabatischer und warmhaltender Stoff 12 angeordnet, um einen Verlust der thermischen Energie aus dem Wärmespeicherbehälter 1 zu verhindern und die hohe Temperatur im Aufnahmeraum 13 des Wärmespeicherbehälters 1 aufrechtzuerhalten. Auf diese Weise kann die thermische Energie der Flüssigkeit im Wärmeleitkörper 31 durch das Umhüllen des Wärme speichernden Stoffes 14 und durch das Verhindern der Übertragung der thermischen Energie durch den adiabatischen und warmhaltenden Stoff 12 vollkommen in die Flüssigkeit im Wärmeaustauschkörper 32 übertragen werden. Als Wärmespeicherbehälter 1 kann ein leerer Container und als Wärme speichernder Stoff 14 können vor Ort erhältliche Baustoffe wie Sandsteine, Ziegelton und Zement oder Abfallstoffe wie Schlacken und Muschelschalen verwendet werden. Dadurch werden die Herstellungskosten für die Wärmespeichervorrichtung reduziert und es können Abfallstoffe wie Schlacken und Muschelschalen wiederverwertet werden, so dass Ressourcen vollkommen genutzt werden und die Belastung der Umwelt verringert wird.
Erfindungsgemäß ist das Material des Wärme speichernden Stoffs 14 nicht auf Abfallstoffe eingeschränkt; alle vor Ort erhältlichen, Wärme speichernden neue und alte Wertstoffe wie Sandsteine, Ziegelton, Zement, Schlacken und Muschelschalen können für die erfindungsgemäße Wärmespeichervorrichtung eingesetzt werden.
Durch die oben dargestellte Bauform und Ausführung lässt sich feststellen, dass die Erfindung gegenüber dem Stand der Technik folgende Vorteile aufweist:

1. bei der erfindungsgemäßen Wärmespeichervorrichtung kann als Wärmespeicherbehälter ein leerer Container verwendet werden und es können vor Ort erhältliche Baustoffe wie Sandsteine, Ziegelton und Zement oder Abfallstoffe wie Schlacken und Muschelschalen als Wärme speichernder Stoff eingesetzt werden, wodurch die Abfallstoffe wiederverwertet werden können, was sowohl zur Reduzierung der Herstellungskosten für die Wärmespeichervorrichtung als auch zur Belastung der Umwelt durch die vollkommene Nutzung von Ressourcen beiträgt;
2. bei der erfindungsgemäßen Wärmespeichervorrichtung können vor Ort erhältliche Container als Wärmespeicherbehälter verwendet werden und es können vor Ort aufgegebene Bauabfallstoffe für den Wärme speichernden Stoff und den adiabatischen und warmhaltenden Stoff eingesetzt werden, so dass kein Transport des Containers, des Wärme speichernden Stoffs und des adiabatischen und warmhaltenden Stoffs aus bestimmten Stoffen zu einem Montageort erforderlich ist, wodurch die Kosten für den Transport reduzierbar sind;
3. bei der erfindungsgemäßen Wärmespeichervorrichtung kann die Sonnenlichtenergie effektiv gespeichert und in thermische Energie umgewandelt werden, um einen zu erwärmenden Gegenstand zu erwärmen, wodurch die durch die Erwärmung des zu erwärmenden Gegenstands mit kostspieliger elektrischer Energie verursachte finanzielle Belastung verringert werden kann und das Ziel der Energiesparung und der Reduzierung von Kohlendioxidausstoß erreicht werden kann; und
4. bei der erfindungsgemäßen Wärmespeichervorrichtung dient der wärmedichte Wärmespeicherbehälter mit optimalem Wärmespeicherungseffekt als eine Umgebung für den Wärmeaustausch des Sonnenlichtenergie aufnehmenden Wärmeleitkörpers und des den zu erwärmenden Gegenstand mit thermischer Energie versorgenden Wärmeaustauschkörpers, so dass die Sonnenlichtenergie effektiv zur Erwärmung des zu erwärmenden Gegenstands eingesetzt werden kann.

Claims

Wärmespeichervorrichtung, die einen Wärmespeicherbehälter (1) und eine Wärmeübertragungseinheit (3) umfasst, wobei die Wärmeübertragungseinheit (3) teilweise in einem Aufnahmeraum (13) des Wärmespeicherbehälters (1) montiert ist, wobei im Aufnahmeraum (13) des Wärmespeicherbehälters (1) ein Wärme speichernder Stoff (14) aufgenommen ist, der mindestens eins der Materialien - Sandsteine, Ziegelton, Zement, Schlacken und Muschelschalen - einschließt, wobei an der Behälterwand ferner eine Außen- und eine Innenwand ausgebildet sind, zwischen denen sich ein Zwischenraum (11) bildet, in dem ferner ein adiabatischer und warmhaltender Stoff (12) angeordnet ist, wobei die Wärmeübertragungseinheit (3) einen Wärmeleitkörper (31) und einen Wärmeaustauschkörper (32) umfasst, die teilweise im Aufnahmeraum (13) montiert sind, wobei der aus dem Wärmespeicherbehälter (1) herausragende Teil des Wärmeleitkörpers (31) an eine Wärmequelle (2) angeschlossen ist, wobei der sich aus dem Wärmespeicherbehälter (1) erstreckende Teil des Wärmeaustauschkörpers (32) als Wärmeversorgungsabschnitt (321) definiert und weiter an einen zu erwärmenden Gegenstand (4) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeleitkörper (31) mit einem Teil des im Aufnahmeraum (13) des Wärmespeicherbehälters (1) aufgenommenen Wärmeaustauschkörpers (32) in unmittelbarem Kontakt steht und zusammengewickelt ist und dass die Wärmequelle (2) als eine Lichtsammelschale ausgebildet ist, die von der Außenseite zum Zentrum hin bogenförmig vertieft ausgebildet ist, wobei im Zentrum der Wärmequelle (2) ein Lichtsammelpunkt (21) ausgebildet ist, wobei bei der Wärmequelle (2) ein Anschlussteil (22) zum Anschließen an den Wärmeleitkörper (31) an einer dem Lichtsammelpunkt (21) entsprechenden Stelle ausgebildet ist.
Wärmespeichervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der adiabatische und warmhaltende Stoff (12) mindestens eins der Materialien - Calciumsilikatplatten, Kalk und einen wärmedämmenden Bauabfallstoff - einschließt.
Wärmespeichervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärme speichernde Stoff (14) Gegenstände mit einem Durchmesser von unter 30 cm umfasst.