DE102015107197A1

DE102015107197A1 - Multi-zone heat storage

Info

Publication number: DE102015107197A1
Application number: DE102015107197.5A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-05-09
Filing date: 2015-05-08
Publication date: 2015-11-12

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Mehrzonen-Wärmespeicher mit einem ersten Wärmeübertragungs- und -speichermedium in einem Außenbehälter (4), das mindestens ein zweites Wärmespeichermedium umgibt, wobei für das zweite und jedes weitere Wärmespeichermedium ein separater Behälter (1, 2, 3, 5) im Außenbehälter (4) vorgesehen ist. Mit der Erfindung soll ein Mehrzonen-Wärmespeicher mit verbessertem Speichervermögen und einer verbesserten Wärmeaufnahme sowie mit vergleichmäßigtem Temperaturverlauf bei der Wärmeabgabe geschaffen werden. Erreicht wird das durch eine Koaxialanordnung der separaten Behälter (1, 2, 3, 5) im Außenbehälter (4), wobei die separaten Behälter (1, 2, 3, 5) jeweils mit einem Wärmespeichermedium mit unterschiedlichen Phasen-Übergangstemperaturen gefüllt sind und wobei die Phasen-Übergangstemperatur der Wärmespeichermedien der separaten Behälter von außen nach innen zunimmt.The invention relates to a multi-zone heat storage with a first heat transfer and storage medium in an outer container (4) surrounding at least a second heat storage medium, wherein for the second and each further heat storage medium, a separate container (1, 2, 3, 5) in Outer container (4) is provided. With the invention, a multi-zone heat storage to be created with improved storage capacity and improved heat absorption and with gleichmäßigtem temperature profile in the heat release. This is achieved by a coaxial arrangement of the separate containers (1, 2, 3, 5) in the outer container (4), wherein the separate containers (1, 2, 3, 5) are each filled with a heat storage medium having different phase transition temperatures and wherein the phase transition temperature of the heat storage media of the separate containers increases from outside to inside.

Description

Die Erfindung betrifft einen Mehrzonen-Wärmespeicher mit einem ersten Wärmeübertragungs- und -speichermedium in einem Außenbehälter, das mindestens ein zweites Wärmespeichermedium umgibt, wobei für das zweite und jedes weitere Wärmespeichermedium jeweils ein separater Behälter im Außenbehälter vorgesehen ist. The invention relates to a multi-zone heat storage with a first heat transfer and storage medium in an outer container surrounding at least a second heat storage medium, wherein a separate container is provided in the outer container for the second and each further heat storage medium.

Der Mehrzonen-Wärmespeicher kann auch ein Latent-Wärmespeicher sein, bei dem die Wärmespeichermedien durch einen Wassermantel umgeben werden. The multi-zone heat storage may also be a latent heat storage in which the heat storage media are surrounded by a water jacket.

Als erstes Wärmespeichermedium kommt beispielsweise Wasser oder auch Öl in Betracht und als zweites Wärmespeichermedium ein PCM, Salzgemische oder Paraffine, in dem dann eine Langzeitspeicherung von Wärmeenergie erfolgt. Unter „PCM“ wird ein Phase Change Material verstanden, welches ein Material ist, das bei Unter- oder Überschreiten einer bestimmten Temperatur, der Phasen-Übergangstemperatur, seinen Aggregatzustand von einem Aggregatzustand in einen anderen wechselt. As the first heat storage medium, for example, water or oil is considered and as a second heat storage medium, a PCM, salt mixtures or paraffins, in which then a long-term storage of heat energy takes place. "PCM" is understood to mean a phase change material, which is a material that changes its state of aggregation from one physical state to another when a specific temperature, the phase transition temperature, is exceeded or exceeded.

Das erste Wärmespeichermedium dient dabei als Wärmetransportmittel von einer Wärmequelle zum Wärmespeicher und zur Übertragung auf das zweite Wärmespeichermedium, wobei dieses aufschmilzt, sowie zum Rücktransport zu einem Verbraucher, indem die beim Phasenübergang des zweiten Wärmespeichermediums vom flüssigen zum festen Zustand frei werdende Wärmeenergie an das erste Wärmespeichermedium übertragen wird. The first heat storage medium serves as a heat transfer medium from a heat source to the heat storage and transfer to the second heat storage medium, this melts, and for return to a consumer by the heat energy released during the phase transition of the second heat storage medium from the liquid to the solid state heat energy to the first heat storage medium is transmitted.

Von besonderer Bedeutung ist bei diesem Vorgang, dass eine möglichst gute Wärmeübertragung sowohl beim Speichern, als auch bei der Wärmeabgabe gewährleistet werden muss. Of particular importance in this process is that the best possible heat transfer must be ensured both during storage, as well as in the heat release.

Aus der DE 40 41 968 A1 geht ein Latentwärmespeicher hervor, bei dem sowohl beim Beladevorgang mit Wärmeenergie, als auch beim Entladevorgang, der gesamte Speicher von einem Wärmetransportmedium durchflossen wird, wobei eine konstante Austrittstemperatur erreicht wird. Ein gleichzeitiges Be- und Entladen ist hier ausgeschlossen. From the DE 40 41 968 A1 is a latent heat storage, in which both the loading process with heat energy, as well as during the discharge, the entire memory is traversed by a heat transfer medium, with a constant outlet temperature is reached. Simultaneous loading and unloading is excluded here.

Bei dem in der DE 100 05 915 A1 beschriebenen Latentwärmespeicher sind für die Wärmespeicherung mehrere Temperaturzonen vorgesehen, die mit steigender Temperatur (40 °C, 50 °C, 60 °C) übereinander gestapelt sind. In sämtlichen Temperaturzonen kann unabhängig voneinander Wärme gespeichert und abgegeben werden, so dass eine permanente und gleichzeitige Be- und Entladung des Wärmespeichers möglich wird. In the in the DE 100 05 915 A1 described latent heat storage are provided for heat storage several temperature zones, which are stacked with increasing temperature (40 ° C, 50 ° C, 60 ° C). In all temperature zones, heat can be stored and released independently of each other so that a permanent and simultaneous loading and unloading of the heat accumulator becomes possible.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Mehrzonen-Wärmespeicher mit verbessertem Speichervermögen und einer verbesserten Wärmeaufnahme sowie mit vergleichmäßigtem Temperaturverlauf bei der Wärmeabgabe zu schaffen. The invention is based on the object to provide a multi-zone heat storage with improved storage capacity and improved heat absorption and with gleichmäßigtem temperature profile in the heat transfer.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird bei einem Mehrzonenwärmespeicher der eingangs genannten Art gelöst durch eine Koaxialanordnung der separaten Behälter im Außenbehälter, wobei die separaten Behälter jeweils mit einem Wärmespeichermedium mit jeweils unterschiedlicher Phasen-Übergangstemperatur gefüllt sind und wobei die Phasen-Übergangstemperaturen der Wärmespeichermedien der separaten Behälter von außen nach innen in Temperaturschritten zunimmt. The object underlying the invention is achieved in a multi-zone heat accumulator of the type mentioned by a coaxial arrangement of the separate container in the outer container, wherein the separate containers are each filled with a heat storage medium, each with different phase transition temperature and wherein the phase transition temperatures of the heat storage media of the separate Container increases from outside to inside in temperature increments.

Als Wärmespeichermedium kommt im jeweiligen Behälter ein PCM-Material, wie Paraffine, ein Salzhydrat, Salze und deren Mischungen, zum Einsatz, wobei die einzelnen Wärmespeichermedien unterschiedliche Phasen-Übergangstemperaturen aufweisen können. The heat storage medium used in the respective container is a PCM material, such as paraffins, a salt hydrate, salts and mixtures thereof, wherein the individual heat storage media may have different phase transition temperatures.

Die Phasen-Übergangstemperaturen nehmen von Behälter zu Behälter nach innen gestaffelt zu. The phase transition temperatures increase in stages from container to container.

In einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Behälter für die Wärmespeichermedien topfartig ausgebildet und ineinander gestellt/gestapelt. In one embodiment of the invention, the containers for the heat storage media are pot-shaped and placed in each other / stacked.

Zur Vermeidung einer direkten Wärmeleitung von Behälter zu Behälter ist jeder Behälter, der einen weiteren Behälter aufnehmen soll, an seinem Innenboden mit einer Aufnahme für den nächsten Behälter versehen, die diesen zugleich zentrisch fixiert. To avoid direct heat conduction from container to container, each container, which is to receive another container, provided on its inner bottom with a receptacle for the next container, which at the same time fixes it centric.

In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung bildet die Koaxialanordnung der separaten Behälter eine Wärmespeicherpatrone, wobei mehrere solche Wärmespeicherpatronen in konzentrischen Ringen um eine oder um mehrere zentrale Wärmespeicherpatronen in einem Außenbehälter angeordnet sind. In a particular embodiment of the invention, the coaxial arrangement of the separate container forms a heat storage cartridge, wherein a plurality of such heat storage cartridges are arranged in concentric rings around one or more central heat storage cartridges in an outer container.

Die Phasen-Übergangstemperatur nimmt von Ring zu Ring nach innen in Temperaturschritten zu. The phase transition temperature increases from ring to ring inward in temperature increments.

Weiterhin ist jeder separate Behälter oder jede Wärmespeicherpatrone oben mit einem Verschluss in Form eines Deckels versehen, der mit einer das PCM-Material im Behälter kontaktierenden Wasserfüllung kombiniert ist. Furthermore, each separate container or heat storage cartridge is provided at the top with a closure in the form of a lid which is combined with a water filling contacting the PCM material in the container.

Zum Ausgleich der Volumenänderungen des PCM-Materials beim Phasenübergang sind die Behälter/Wärmespeicherpatronen jeweils mit einem Ausgleichsbehälter verbunden. To compensate for the volume changes of the PCM material during the phase transition, the containers / heat storage cartridges are each connected to a surge tank.

Alternativ oder zusätzlich kann der Deckel jedes Behälters/der Wärmespeicherpatronen als elastische Membran ausgebildet sein. Alternatively or additionally, the lid of each container / the heat storage cartridges may be formed as an elastic membrane.

In einer besonderen Fortführung der Erfindung sind die Koaxialanordnung der separaten Behälter oder der Wärmespeicherpatronen in mehreren Ebenen übereinander gestapelt angeordnet. Das ermöglicht die Verwendung kürzerer Behälter, wodurch deren Handhabung und Montage erleichtert wird. In a particular continuation of the invention, the coaxial arrangement of the separate containers or the heat storage cartridges are stacked in several planes one above the other. This allows the use of shorter containers, which facilitates their handling and assembly.

In einer weiteren besonderen Ausgestaltung der Erfindung sind die mit PCM gefüllten Behälter zumindest teilweise mit einem Wärmetauscher ausgestattet. In a further particular embodiment of the invention, the containers filled with PCM are at least partially equipped with a heat exchanger.

Die Wärmetauscher sind in den mit PCM gefüllten Behältern nacheinander in Reihe miteinander verbunden und bilden einen Kreislauf in Form einer internen Zirkulation. The heat exchangers are sequentially connected in series in the PCM-filled containers and form a circuit in the form of an internal circulation.

Durch die interne Zirkulation im Wärmeträgermedium (meist Wasser oder Thermoöl) wird eine Strömung erzeugt, die den Wärmeaustausch erhöht. The internal circulation in the heat transfer medium (usually water or thermal oil) creates a flow that increases the heat exchange.

Weiterhin ist kennzeichnend, dass ein Verbund von Kreisläufen den Wärmeaustausch mit den einzelnen Wärmespeichern/Wärmezellen bewirkt oder erhöht. Furthermore, it is characteristic that a combination of circuits causes or increases the heat exchange with the individual heat accumulators / heat cells.

Schließlich wird durch den Verbund einzelner Kreisläufe eine Vergleichmäßigung des Ladezustandes der jeweiligen Wärmespeicher/Wärmezellen erreicht. Finally, a homogenization of the charge state of the respective heat storage / heat cells is achieved by the combination of individual circuits.

Die Erfindung soll nachfolgend an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. The invention will be explained in more detail with reference to exemplary embodiments.

Die Zeichnungsfiguren zeigen in: The drawing figures show in:

1A: eine Draufsicht auf eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Mehrzonen-Wärmespeichers mit einer Koaxialanordnung von mehreren separaten Behältern in einem Außenbehälter; 1A FIG. 2 is a plan view of a schematic representation of a multi-zone heat accumulator according to the invention with a coaxial arrangement of several separate containers in an outer container; FIG.

1B: eine Draufsicht auf eine schematische Darstellung eines Mehrzonen-Wärmespeichers, bei dem mehrere separate Behälter für ein PCM Material in mehreren konzentrischen Ringen angeordnet sind; und 1B FIG. 4 is a top view of a schematic of a multi-zone heat store having a plurality of separate containers for a PCM material arranged in a plurality of concentric rings. FIG. and

2: eine schematische Darstellung des mit Wärmetauschern ausgestatteten Mehrzonen-Wärmespeichers. 2 : a schematic representation of equipped with heat exchangers multi-zone heat accumulator.

Die Behälter 1, 2, 3 sind entsprechend 1A mehrfach ineinander gestapelt, so dass sich mehrere konzentrische Ringe um eine oder mehrere zentrale Wärmespeicherpatronen 1, jeweils gefüllt mit einem PCM (Phase Change Material, z.B. Paraffin, Salzhydrat), bilden, die gemeinsam in einem Außenbehälter 4 angeordnet sind. Der Außenbehälter 4 ist mit einem ersten Wärmespeichermedium, wie Wasser, Öl oder einer anderen geeigneten Flüssigkeit, gefüllt und dient sowohl der Wärmespeicherung als auch der Wärmeentnahme. The containers 1 . 2 . 3 are appropriate 1A stacked several times in a row, so that several concentric rings around one or more central heat storage cartridges 1 , each filled with a PCM (Phase Change Material, eg paraffin, salt hydrate), forming together in an outer container 4 are arranged. The outer container 4 is filled with a first heat storage medium, such as water, oil or other suitable liquid, and serves both the heat storage and the heat removal.

Dargestellt sind die Behälter 1, 2, 3 jeweils ohne einen erforderlichen Deckel. Es versteht sich, dass die Behälter 1, 2, 3 wegen der erforderlichen Deckel in ihrer Höhe nach innen gestaffelt niedriger ausgeführt sind, so dass der innerste Behälter 1 zugleich auch die geringste Höhe aufweist. Shown are the containers 1 . 2 . 3 each without a required lid. It is understood that the containers 1 . 2 . 3 because of the required lids in their height staggered inwards are designed lower, so that the innermost container 1 also has the lowest height at the same time.

Der Außenbehälter 4 ist mit einer Wärmequelle, wie einer Sonnenkollektoranlage, und einem Heizkreislauf über einen Wärmetauscher 5 so verbunden, dass sich in Verbindung mit einer Umwälzpumpe entweder ein Flüssigkeitskreislauf zur Sonnenkollektoranlage oder zum Heizkreislauf ausbildet. Im ersteren Fall kann der Mehrzonen-Wärmespeicher mit Wärmeenergie beladen werden und im letzteren Fall kann die gespeicherte Wärmeenergie über den Wärmetauscher einem Heizkreislauf zugeführt werden. Die Flüssigkeitskreisläufe sind auf diese Weise voneinander entkoppelt, so dass kein Wärmespeichermedium verschleppt werden kann, auch wenn innerhalb des Außenbehälters ein Leck auftreten sollte. Bei der Koaxialanordnung von separaten Behältern 1, 2, 3 nach 1A besitzen die Wärmespeichermedien in den einzelnen Behältern von außen nach innen in Temperaturschritten zunehmende Phasen-Übergangstemperaturen. Dazu sind die Behälter 1, 2, 3 mit einem PCM mit nach innen von Behälter zu Behälter schrittweise steigender Phasen-Übergangstemperatur gefüllt. Damit wird erreicht, dass eine höhere Wärmeenergie über einen längeren Zeitraum gespeichert werden kann, weil sich die konzentrischen Ringe sozusagen gegenseitig thermisch isolieren. Darüber hinaus wird der Außenbehälter 4 von einer Wärmeisolierung 7 umgeben. The outer container 4 is with a heat source, such as a solar collector system, and a heating circuit via a heat exchanger 5 connected so that forms in conjunction with a circulating pump either a liquid circuit to the solar collector system or the heating circuit. In the former case, the multi-zone heat storage can be loaded with heat energy and in the latter case, the stored heat energy can be supplied via the heat exchanger a heating circuit. The fluid circuits are decoupled from each other in this way, so that no heat storage medium can be dragged, even if a leak should occur within the outer container. In the coaxial arrangement of separate containers 1 . 2 . 3 to 1A have the heat storage media in the individual containers from outside to inside in temperature increments increasing phase transition temperatures. These are the containers 1 . 2 . 3 filled with a PCM with gradually increasing in phase from container to container phase transition temperature. This ensures that a higher heat energy over a longer period can be stored because the concentric rings, so to speak, thermally isolate each other. In addition, the outer container 4 from a thermal insulation 7 surround.

1B zeigt einen Mehrzonen-Wärmespeicher mit einem Außenbehälter 4 zur Aufnahme eines ersten Wärmespeichermediums, in dem sich mehrere Behälter oder Wärmespeicherpatronen 1, 2, 3 teilweise ineinander gestapelt, befinden. Dabei wird der zentral im Behälter 3 positionierte Behälter 1, also der innerste Behälter, von mehreren weiteren Behältern 2 in einer Ringanordnung umgeben. Der Behälter 3 befindet sich zentrisch in einem weiteren Behälter mit dem Wärmetauscher 5 und dieser wiederum ist im Außenbehälter 4 angeordnet. Es versteht sich, dass die Behälter 1, 2, 3 wegen der erforderlichen Deckel in ihrer Höhe nach innen gestaffelt niedriger ausgeführt sind. Bei der Ausführung nach 1B sind jedoch die im Behälter 3 befindlichen Behälter 1, 2 bevorzugt gleich groß ausgeführt. 1B shows a multi-zone heat accumulator with an outer container 4 for receiving a first heat storage medium in which a plurality of containers or heat storage cartridges 1 . 2 . 3 partially stacked inside each other. It is the central in the container 3 positioned containers 1 , the innermost container, from several other containers 2 surrounded in a ring arrangement. The container 3 is located centrally in another container with the heat exchanger 5 and this in turn is in the outer container 4 arranged. It is understood that the containers 1 . 2 . 3 because of the required lid staggered in height are inferior in height. In the execution after 1B but they are in the container 3 located container 1 . 2 preferably the same size.

Der Außenbehälter 4 ist mit einem Wärmemedium 6, z.B. Wasser, Öl oder einem anderen geeigneten Medium, zum Transport von Wärmeenergie gefüllt und ist mit einer Wärmequelle, wie einer Sonnenkollektoranlage, und einem Heizkreislauf über Wärmetauscher, Flüssigkeitskreisläufe bildend, verbunden, wie bereits beschrieben. Durch den Flüssigkeitskreislauf wird die in der Sonnenkollektoranlage bereit gestellte Wärmeenergie in den Außenbehälter 4 übertragen. Vom Außenbehälter 4 erfolgt dann eine Wärmeübertragung auf das jeweilige PCM der in diesem angeordneten Behälter 1, 2, 3, in denen dann die Langzeitspeicherung erfolgt. Die Entnahme von Wärmeenergie zu einem Heizkreislauf erfolgt sinngemäß umgekehrt. The outer container 4 is with a heat medium 6 , eg water, oil or other suitable medium, filled for the transport of heat energy and is connected to a heat source, such as a solar collector system, and a heating circuit via heat exchangers, forming liquid circuits, as already described. Through the liquid circulation is provided in the solar collector system heat energy in the outer container 4 transfer. From the outer container 4 Then there is a heat transfer to the respective PCM arranged in this container 1 . 2 . 3 , in which then the long-term storage takes place. The removal of heat energy to a heating circuit is analogously reversed.

Zu diesem Zweck sind die Behälter 1, 2, 3 mit dem PCM gefüllt, das sich bei der Speicherung von Wärmeenergie bei einer vorgegebenen Phasen-Übergangstemperatur verflüssigt, wobei Wärmenergie gespeichert wird und bei der Entnahme von Wärmeenergie bei eben dieser Temperatur wieder verfestigt und dabei Wärmeenergie freisetzt. For this purpose, the containers 1 . 2 . 3 filled with the PCM, which liquefies in the storage of heat energy at a given phase transition temperature, wherein heat energy is stored and solidifies at the removal of heat energy at this same temperature and thereby releases heat energy.

Im Interesse einer effektiven Beladung, d.h. der Speicherung von Wärmeenergie, bzw. der Entladung, d.h. der Abgabe von Wärmeenergie der Behälter 1, 2, 3 (1B), sind diese mit PCM mit unterschiedlichen Phasen-Übergangstemperaturen gefüllt und zwar die innerste Wärmespeicherpatrone 1 mit einem PCM mit der höchsten Phasen-Übergangstemperatur, die diese umgebenden Behälter 2 mit einem PCM mit mittlerer Phasen-Übergangstemperatur, und der Behälter 3 mit einem PCM mit geringerer Phasen-Übergangstemperatur. Die Wärmeübertragung zu den im Behälter 3 befindlichen Behältern 1, 2 übernimmt dabei das PCM mit einer niedrigeren Phasen-Übergangstemperatur. Beim Beladen der Behälter 1, 2, 3 mit Wärmeenergie wird die Wärme von außen nach innen übertragen und beim Entladen umgekehrt, wobei die Wärmeenergie mit der höchsten Temperatur im innersten Behälter 1 gespeichert wird. In the interest of effective loading, ie the storage of heat energy, or the discharge, ie the release of heat energy of the container 1 . 2 . 3 ( 1B ), these are filled with PCM with different phase transition temperatures, namely the innermost heat storage cartridge 1 with a PCM with the highest phase transition temperature surrounding these surrounding vessels 2 with a medium phase transition temperature PCM, and the container 3 with a PCM with lower phase transition temperature. The heat transfer to those in the tank 3 located containers 1 . 2 takes over the PCM with a lower phase transition temperature. When loading the containers 1 . 2 . 3 heat energy transfers the heat from outside to inside and vice versa when unloading, with the heat energy at the highest temperature in the innermost container 1 is stored.

Zur Vermeidung von Wärmeverlusten ist der Außenbehälter 4 mit einer Wärmeisolierung 7 umgeben. To avoid heat loss is the outer container 4 with a thermal insulation 7 surround.

Die separaten Behälter 1, 2, 3 können rund oder eckig sein. Die in 1B dargestellte Koaxialanordnung von separaten Behältern 1, 2, 3 kann eine Wärmespeicherpatrone bilden, die wiederum sinngemäß in einem erfindungsgemäßen Mehrzonen-Wärmespeicher, einen der Behälter 1, 2 ersetzend, eingesetzt werden. The separate containers 1 . 2 . 3 can be round or angular. In the 1B shown coaxial arrangement of separate containers 1 . 2 . 3 can form a heat storage cartridge, in turn, mutatis mutandis in a multi-zone heat storage according to the invention, one of the container 1 . 2 replacing, be used.

Auch ist eine vertikale Stapelung der Anordnungen nach 1A und/oder 1B mit unterschiedlichen oder gleichen Phasen-Übergangstemperaturen realisierbar. Der Vorteil ist bei einer solchen Anordnung, dass bei beengten räumlichen Verhältnissen die Montage des Mehrzonen-Wärmespeichers ganz wesentlich erleichtert wird, weil kürzere Behälter verwendet werden können. Insbesondere haben kleinere Behälter ein geringeres Gewicht und sind daher einfacher zu handhaben. Auch kann bei einer solchen Anordnung in unterschiedlichen Ebenen des Stapels gleichzeitig Wärme gespeichert und entnommen werden. Also, a vertical stacking of the arrangements after 1A and or 1B feasible with different or equal phase transition temperatures. The advantage is in such an arrangement that in confined spaces, the installation of the multi-zone heat storage is much easier because shorter containers can be used. In particular, smaller containers have a lower weight and are therefore easier to handle. Also, with such an arrangement heat can be simultaneously stored and removed in different levels of the stack.

Jeder separate Behälter 1, 2, 3 oder jede Wärmespeicherpatrone ist an einer Seite mit einem Verschluss/Deckel versehen. (Die Abbildungen in 1A, 1B sind ohne Deckel dargestellt.) Zum Ausgleich der Volumenänderung des PCM beim Phasenübergang kann der Verschluss ein Deckel kombiniert mit einer Wasserfüllung sein, die mit einem Ausgleichsbehälter verbunden ist. Alternativ kann der Deckel auch als elastische Membran ausgebildet sein, die zusätzlich mit einer Wasserfüllung kombiniert ist. Each separate container 1 . 2 . 3 or each heat storage cartridge is provided on one side with a closure / lid. (The pictures in 1A . 1B are shown without cover.) To compensate for the change in volume of the PCM during the phase transition, the closure may be a lid combined with a water fill connected to a surge tank. Alternatively, the lid may also be formed as an elastic membrane, which is additionally combined with a water filling.

Das PCM-Material kann weiterhin mit Al-Spänen oder -Körpern bzw. Fasern angereichert sein, um die Wärmeübertragung und -verteilung zu verbessern. Auch andere Materialien mit guter Wärmeleitfähigkeit sind entsprechend geeignet. The PCM material may further be enriched with Al chips or bodies or fibers to enhance heat transfer and distribution. Other materials with good thermal conductivity are suitable accordingly.

Der erfindungsgemäße Mehrzonen-Wärmespeicher kann auch ein Mehrzonen-Latent-Wärmespeicher sein. The multi-zone heat accumulator according to the invention can also be a multi-zone latent heat accumulator.

Eine mögliche Staffelung der Phasen-Übergangstemperaturen könnte 62 °C im äußeren, 66 °C im mittleren und 79 °C im innersten Behälter betragen. Es versteht sich jedoch, dass in Abhängigkeit vom jeweils gewählten PCM-Material auch andere Temperaturstaffelungen gewählt werden können. A possible staggering of the phase transition temperatures could be 62 ° C in the outer, 66 ° C in the middle and 79 ° C in the innermost container. It is understood, however, that other temperature graduations may be selected depending on the particular PCM material selected.

Um eine direkte Wärmeübertragung durch Wärmeleitung von Behälter zu Behälter zu vermeiden, ist darauf zu achten, dass sich die Böden der ineinander gestellten Behälter nicht direkt berühren. Daher sollte in jedem Behälter, der einen weiteren Behälter aufnimmt, eine geeignete Aufnahme vorgesehen werden, die einen gewissen Abstand der Böden zueinander gewährleistet. Solche Aufnahmen können Stützen sein, die den hineingestellten Behälter an möglichst wenigen Punkten unterstützen und zugleich dessen Lagefixierung gewährleisten. In order to avoid direct heat transfer by heat conduction from container to container, care must be taken to ensure that the bottoms of the containers are not in direct contact with each other. Therefore, in each container receiving another container, a suitable receptacle should be provided, which ensures a certain distance between the floors to each other. Such recordings can be supports that support the container placed in as few points as possible and at the same time ensure its positional fixation.

Wesentliche Merkmale der Erfindung sind eine Koaxialanordnung der separaten Behälter 1, 2, 3 im Außenbehälter 4, wobei die separaten Behälter 1, 2, 3 jeweils mit einem Wärmespeichermedium mit unterschiedlicher Phasen-Übergangstemperatur gefüllt sind und wobei die Phasen-Übergangstemperaturen der Wärmespeichermedien der separaten Behälter von außen nach innen zunimmt (1A), sowie eine interne Zirkulation eines Wärmeübertragungsmediums (Wasser, Thermoöl oder ähnliches), die den ohnehin vorhandenen Wärmeaustausch von hohem zu niedrigerem Temperaturniveau wesentlich unterstützt, indem ein Kreislauf dieses Wärmeübertragungsmediums über mehrere Wärmetauscher, die sich in den PCM-Bereichen befinden, von innen nach außen geführt wird und im umgebenden, am weitesten außen liegenden Behälter ausströmt (Vorlauf) und von einer zweiten Rohrleitung angesaugt wird. Essential features of the invention are a coaxial arrangement of the separate containers 1 . 2 . 3 in the outer container 4 , where the separate containers 1 . 2 . 3 are each filled with a heat storage medium with different phase transition temperature and wherein the phase transition temperatures of the heat storage media of the separate container increases from the outside in ( 1A ), as well as an internal circulation of a Heat transfer medium (water, thermal oil or the like), which substantially supports the already existing heat exchange from high to low temperature level by a cycle of this heat transfer medium is passed through several heat exchangers, which are located in the PCM areas from the inside out and in the surrounding, outermost container flows out (supply) and is sucked in by a second pipeline.

So entsteht eine zirkulierende Strömung, die nicht nur den Wärmetransport von innen nach außen beschleunigt, sondern zudem den Wärmeaustausch an den Behältergrenzflächen sowie weiteren Wärmetauschersystemen (z.B. Brauchwasser-, Heizungs-, Solarkreislauf usw.) erhöht. Der Wärmeaustausch an der Grenzfläche ist hierbei proportional einer quadratischen Funktion in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit. This creates a circulating flow that not only speeds up the heat transfer from the inside to the outside, but also increases the heat exchange at the container interfaces and other heat exchanger systems (e.g., service water, heating, solar, etc.). The heat exchange at the interface is in this case proportional to a quadratic function as a function of the flow velocity.

Die interne Zirkulation dient weiterhin dem Wärmeaustausch mit weiteren Wärmespeichersystemen (Wärmezellen), die zu Gruppen zusammengeschaltet werden können, so dass sehr große Wärmespeichereinheiten entstehen. Dabei bleibt die mittlere Temperatur in allen Wärmezellen weitestgehend gleich. Eine solche Wärmespeichereinheit kann z.B. folgendermaßen konfiguriert werden:
Eine in 2 im Vordergrund dargestellte Hauptwärmespeicherzelle A enthält neben den beschriebenen PCM-Behältern 1, 2, 3 und dem Außenbehälter 4 Einrichtungen für die interne Zirkulation sämtliche für die Nutzung relevanten Wärmetauscherkreisläufe – Brauchwasser und Brauchwasserzirkulation, Heizkreis, Heizquelle (z.B. Gaskessel, Biomassekessel, Kaminofen, Wärmepumpe 9 usw.), Solarkreislauf, die über Magnetventile 8 anschließbar sind, sowie die erforderlichen Wärmetauscher 5. The internal circulation continues to heat exchange with other heat storage systems (heat cells), which can be interconnected into groups, so that very large heat storage units arise. The average temperature in all heat cells remains largely the same. Such a heat storage unit can be configured, for example, as follows:
An in 2 in the foreground shown main heat storage cell A contains in addition to the described PCM containers 1 . 2 . 3 and the outer container 4 Facilities for internal circulation All heat exchanger circuits relevant to the use - service water and service water circulation, heating circuit, heating source (eg gas boiler, biomass boiler, stove, heat pump 9 etc.), solar circuit via solenoid valves 8th can be connected, and the required heat exchanger 5 ,

Weiterhin ist der Außenbehälter 4 mit einer Füllstandssteuerung versehen. Furthermore, the outer container 4 provided with a level control.

Weitere Wärmezellen B, C, D enthalten nur die PCM-Behälter 1, 2, 3 und Einrichtungen der internen Zirkulation ohne die vorgenannten Wärmetauscher(Pufferspeicher). Der Wärmeaustausch erfolgt wie in 2 dargestellt ausschließlich über den Austausch des Wärmetransportmediums im Rahmen der internen Zirkulation. Aus der Hauptwärmespeicherzelle A kann sehr viel Wärmeenergie entnommen werden, die von allen Pufferspeicherzellen im Parallelbetrieb nachgeliefert wird sowie von den PCM-Behältern im Hauptspeicher selbst. Additional heat cells B, C, D contain only the PCM containers 1 . 2 . 3 and means of internal circulation without the aforementioned heat exchangers (buffer storage). The heat exchange takes place as in 2 represented exclusively by the exchange of the heat transfer medium within the scope of the internal circulation. From the main heat storage cell A very much heat energy can be removed, which is replenished by all buffer memory cells in parallel operation and of the PCM containers in the main memory itself.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1: Behälter/Wärmespeicherpatrone, gefüllt mit PCM hoher Phasenübergangstemperatur T1Tray / heat storage cartridge, filled with PCM high phase transition temperature T1
2 2: Behälter/Wärmespeicherpatrone, gefüllt mit PCM mittlerer Phasenübergangstemperatur T2Container / heat storage cartridge filled with PCM average phase transition temperature T2
3 3: Behälter/Wärmespeicherpatrone, gefüllt mit PCM niedriger Phasenübergangstemperatur T3Tray / heat storage cartridge, filled with PCM low phase transition temperature T3
4 4: Außenbehälter outer container
5 5: Wärmetauscher heat exchangers
6 6: Wärmemedium (z.B. Wasser, Öl) Heat medium (e.g., water, oil)
7 7: Wärmeisolierung thermal insulation
8 8th: Magnetventil magnetic valve
9 9: Pumpe pump
10 10: Füllstandssteuerung level control
A A: Hauptwärmespeicherzelle Main heat storage cell
B B: Wärmespeicherzelle Heat storage cell
C C: Wärmespeicherzelle Heat storage cell
D D: Wärmespeicherzelle Heat storage cell

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 4041968 A1 [0006]
DE 10005915 A1 [0007]

Claims

Multi-zone heat accumulator with a first heat transfer and storage medium in an outer container ( 4 ) which surrounds at least a second heat storage medium, wherein for the second and each further heat storage medium a separate container ( 1 . 2 . 3 ) in the outer container ( 4 ), characterized by a coaxial arrangement of the separate containers ( 1 . 2 . 3 ) in the outer container ( 4 ), the separate containers ( 1 . 2 . 3 ) are each filled with a heat storage medium having different phase transition temperatures, and wherein the phase transition temperature of the heat storage media of the separate containers increases from outside to inside.

Multi-zone heat accumulator according to claim 1, characterized in that the heat storage medium in the respective container ( 1 . 2 . 3 ) is a PCM material such as a paraffin, a salt hydrates, salt and mixtures thereof, wherein the phase transition temperatures increase from container to container in a staggered manner.

Multi-zone heat accumulator according to claim 1 or 2, characterized in that the containers ( 1 . 2 . 3 ) are pot-shaped for the heat storage media and are placed inside each other, each pot having at its inner bottom a receptacle for the next container, such that the coaxial arrangement of the container ( 1 . 2 . 3 ) forms a heat storage cartridge, wherein a plurality of such heat storage cartridges are arranged in concentric rings around one or more central heat storage cartridges in an outer container, and wherein the phase transition temperature increases from ring to ring inward.

Multi-zone heat accumulator according to one of the preceding claims 1 to 3, characterized in that each separate container ( 1 . 2 . 3 ) or each heat storage cartridge is provided at the top with a closure in the form of a lid.

Multi-zone heat accumulator according to one of the preceding claims 1 to 4, characterized in that the closure is a lid, combined with a PCM material contacting water filling.

Multi-zone heat accumulator according to one of the preceding claims 1 to 5, characterized in that the container / heat storage cartridges are each connected to a surge tank.

Multi-zone heat accumulator according to one of the preceding claims 1 to 6, characterized in that the cover of each container / the heat storage cartridge is formed as an elastic membrane.

Multi-zone heat accumulator according to one of the preceding claims 1 to 7, characterized in that the container / the heat storage cartridge is provided with a supplementary water filling, which is connected to a surge tank.

Multi-zone heat accumulator according to one of the preceding claims 1 to 8, characterized in that the coaxial arrangement of the separate containers ( 1 . 2 . 3 ) or the heat storage cartridges is stacked in several levels.

Multi-zone heat accumulator according to one of the preceding claims 1 to 9, characterized in that the PCM-filled containers are at least partially equipped with a heat exchanger, wherein the heat exchangers are connected in the PCM-filled containers successively in series and a circuit in the form of an internal Make circulation.