DE102021001432A1 - Energy supply system for heating a heat sink with latent heat - Google Patents
Energy supply system for heating a heat sink with latent heat Download PDFInfo
- Publication number
- DE102021001432A1 DE102021001432A1 DE102021001432.4A DE102021001432A DE102021001432A1 DE 102021001432 A1 DE102021001432 A1 DE 102021001432A1 DE 102021001432 A DE102021001432 A DE 102021001432A DE 102021001432 A1 DE102021001432 A1 DE 102021001432A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- heat
- temperature
- supply system
- latent
- container
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
- F28D20/02—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat
- F28D20/021—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat the latent heat storage material and the heat-exchanging means being enclosed in one container
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
- F24D11/00—Central heating systems using heat accumulated in storage masses
- F24D11/02—Central heating systems using heat accumulated in storage masses using heat pumps
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
- F24D19/00—Details
- F24D19/10—Arrangement or mounting of control or safety devices
- F24D19/1006—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems
- F24D19/1009—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for central heating
- F24D19/1039—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for central heating the system uses a heat pump
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
- F24D2220/00—Components of central heating installations excluding heat sources
- F24D2220/10—Heat storage materials, e.g. phase change materials or static water enclosed in a space
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
- F28D2020/0004—Particular heat storage apparatus
- F28D2020/0026—Particular heat storage apparatus the heat storage material being enclosed in mobile containers for transporting thermal energy
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
- F28D2020/0065—Details, e.g. particular heat storage tanks, auxiliary members within tanks
- F28D2020/0082—Multiple tanks arrangements, e.g. adjacent tanks, tank in tank
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Central Heating Systems (AREA)
Abstract
Wärmecontainer dienen erfindungsgemäß als mobile Wärmespeicherbehälter. Sensible Wärme und Kristallisationswärme eines darin transportierten Latentwärmespeichermediums ermöglichen eine Wärmelieferung einer begrenzten Wärmemenge bei variierenden Temperaturen und Heizleistungen. Da die benötigte Heizleistung einer Wärmesenke vom Wärmeangebot des Wärmecontainers abweichen kann, betrifft die vorliegende Erfindung ein Energieversorgungssystem mit einer geeigneten Anpassung. Eine erfindungsgemäße Beschaltung einer Wärmepumpe ermöglicht eine Tiefenentladung und/oder langandauernde Übergabetemperaturen oberhalb der Phasenübergangstemperatur des Latentwärmespeichermediums. Durch eine erfindungsgemäße Überlagerungsschaltung von zwei Wärmecontainern wird zudem eine langandauernd zuverlässige Wärmeversorgung realisiert.According to the invention, thermal containers serve as mobile thermal storage containers. Sensible heat and heat of crystallization of a latent heat storage medium transported therein enable a limited amount of heat to be supplied at varying temperatures and heating outputs. Since the required heat output of a heat sink can deviate from the heat supply of the heat container, the present invention relates to an energy supply system with a suitable adaptation. Circuitry of a heat pump according to the invention enables a deep discharge and/or long-lasting transfer temperatures above the phase transition temperature of the latent heat storage medium. In addition, a long-lasting, reliable supply of heat is realized by means of a superimposition circuit of two heat containers according to the invention.
Description
Hintergrund der ErfindungBackground of the Invention
Wärmepumpen werden in der Wärmeenergieversorgung eingesetzt. Im Stand der Technik entziehen sie die Wärme häufig offenen Systemen, beispielsweise dem Erdreich oder der Umgebungsluft, um sie dann einem Heizsystem zuzuführen.Heat pumps are used in thermal energy supply. In the prior art, they often extract the heat from open systems, for example the ground or the ambient air, in order to then supply it to a heating system.
Die vorliegende Erfindung richtet sich dagegen auf ein geschlossenes System mit Wärmequellen in Form von Wärmecontainern, die entladen werden. Erfindungsgemäß werden zur Energiespeicherung vorzugsweise Latentwärmespeichermedien mit einer hohen Speicherkapazität an mindestens einem Phasenübergang eingesetzt.In contrast, the present invention is directed to a closed system with heat sources in the form of heat containers that are discharged. According to the invention, latent heat storage media with a high storage capacity at at least one phase transition are preferably used for energy storage.
In
Am Anfang einer Entladung im Bereich der sensiblen Wärme SW liegt die Temperatur für eine Kristallisation der Schmelze noch zu hoch und es wird vorrangig sensible Wärme geliefert (Zeitintervall von 0 bis 90 min in
Sobald der Wärmecontainer in den Latentwärmebereich LW entladen ist, hält die Kristallisationswärme die Temperatur über einen langen Zeitraum konstant (Zeitintervall von 90 bis 270 min in
Erst nach einer Durchkristallisation der Schmelze im gesamten Containervolumen schließt sich die Tiefenentladung TE an, in dem die Temperatur weiter sinkt, nun auch unter die Kristallisationstemperatur (Zeitintervall von 270 bis 390 min in
In einem Ausführungsbeispiel sind in einem Wärmecontainer im Bereich der sensiblen Wärme SW 800 kWh, im Latentwärmebereich LW 1400 kWh und im Bereich der Tiefenentladung TE 300 kWh an Wärmeenergie gespeichert.In one exemplary embodiment, 800 kWh of heat energy are stored in a heat container in the sensitive heat area SW, 1400 kWh in the latent heat area LW and 300 kWh in the area of deep discharge TE.
Die Entladekurve verdeutlicht, dass das Wärmeangebot des Wärmecontainers nicht konstant ist. Heizleistung und Übergabetemperatur variieren. Viele Wärmesenken erfordern dagegen konstante und/oder regelbare Heizleistungen und/oder Übergabetemperaturen.The discharge curve makes it clear that the heat available from the heat container is not constant. Heat output and transfer temperature vary. On the other hand, many heat sinks require constant and/or controllable heating power and/or transfer temperatures.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das Wärmeangebot des Wärmecontainers an der Wärmesenke zu stabilisieren und/oder den Wärmebedarf zuverlässig zu decken.The object of the present invention is to stabilize the heat available from the heat container at the heat sink and/or to reliably cover the heat requirement.
Figurenlistecharacter list
Aspekte der vorliegenden Offenbarung werden am besten anhand der folgenden detaillierten Beschreibung verstanden, wenn sie mit den beigefügten Zeichnungen gelesen wird. Zur Vereinfachung sind verschiedene Merkmale nicht maßstabsgetreu gezeichnet. Tatsächlich können die Abmessungen der verschiedenen Merkmale zur Klarheit beliebig vergrößert oder verkleinert dargestellt sein. Weiterhin können Merkmale vereinfacht oder in ihrer Anzahl reduziert dargestellt sein, um ihr strukturelles Prinzip besser zu verdeutlichen.Aspects of the present disclosure are best understood from the following detailed description when read with the accompanying drawings. For simplicity, various features are not drawn to scale. In fact, the dimensions of the various features may be arbitrarily exaggerated or minimized for clarity. Furthermore, features can be simplified or reduced in number in order to better illustrate their structural principle.
In den Zeichnungen werden Bezugszeichen verwendet, die sich auf die Funktion eines strukturellen Merkmals beziehen, nicht aber auf einen bestimmten Einsatzort. So ist beispielsweise eine Pumpe P1 in jedem Ausführungsbeispiel eine Pumpe, sie kann allerdings an einer anderen Stelle eingesetzt sein. Der genaue Verwendungszweck ergibt sich aus dem Zusammenhang und/oder wird für jedes Ausführungsbeispiel beschrieben.
-
1 zeigt ein Diagramm einer beispielhaften Entladekurve mit dem Bereich der sensiblen Wärme SW, dem Latentwärmebereich LW und den Bereich der Tiefenentladung TE; -
2 zeigt ein Blockschaltbild einer reinen Speicherentladung ohne den Einsatz einer Wärmepumpe; -
3 zeigt in einem Ausführungsbeispiel ein Blockschaltbild einer Installation mit einer Wärmepumpe WP in einem Betriebszustand der reinen Entladung gemäß2 , die Wärmepumpe WP ruht; -
4 zeigt das Ausführungsbeispiel gemäß3 in einem Betriebszustand, in dem durch die Wärmepumpe WP die Vorlauftemperatur an einer Übergabestation ÜS zur Wärmesenke angehoben wird; -
5 zeigt das Ausführungsbeispiel der3 in einem Betriebszustand, in dem die Übergabestation ÜS der Wärmesenke ausschließlich durch die Wärmepumpe WP versorgt wird, die Wärme aus dem Wärmecontainer C erwärmt ausschließlich einen Verdampfer V der Wärmepumpe WP; -
6 zeigt eine Überlagerungsschaltung von zwei Wärmecontainern C1, C2 an einer Wärmesenke: Es erfolgt eine Vorwärmung durch einen Wärmecontainer C1 im Latentwärmebereich für einen Wärmecontainer C2 im sensiblen Bereich (C2 ≥ C1); -
7 zeigt die Überlagerungsschaltung aus6 nach einem Austausch des thermisch entleerten Wärmecontainers C1 durch einen befüllten Wärmecontainer C3: Über die Ventile W1, VV2 und UV1 werden die Flussrichtungen an den Seitenwechsel der Vorwärmung angepasst (C3 ≥ C2); und -
8 .zeigt eine hydraulische Kopplung zur Entladung von mobilen Wärmecontainern.
-
1 shows a diagram of an exemplary discharge curve with the area of sensible heat SW, the area of latent heat LW and the area of deep discharge TE; -
2 shows a block diagram of a pure storage discharge without the use of a heat pump; -
3 shows in one embodiment a block diagram of an installation with a heat pump WP in an operating state of pure discharge according to FIG2 , the heat pump WP rests; -
4 shows the embodiment according to FIG3 in an operating state in which the flow temperature at a transfer station ÜS to the heat sink is raised by the heat pump WP; -
5 shows the embodiment of3 in an operating state in which the transfer station ÜS the heat sink is supplied exclusively by the heat pump WP, the heat from the heat container C is heated exclusively an evaporator V of the heat pump WP; -
6 shows a superimposed circuit of two heat containers C1, C2 in a heat sink: a heat container C1 in the latent heat range preheats a heat container C2 in the sensitive range (C2 ≥ C1); -
7 shows the superimposed circuit6 after replacing the thermally emptied heating container C1 with a filled heating container C3: The flow directions are adjusted to the change of sides of the preheating via the valves W1, VV2 and UV1 (C3 ≥ C2); and -
8th .shows a hydraulic coupling for unloading mobile thermal containers.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Die vorliegende Erfindung dient dazu, durch ein geeignetes Energieversorgungssystem zuverlässig Wärme bereitzustellen, die den Wärmeanforderungen einer Wärmesenke entspricht.The purpose of the present invention is to reliably provide heat, which meets the heat requirements of a heat sink, by means of a suitable power supply system.
Hochtemperatur-Wärmepumpehigh temperature heat pump
In einem Ausführungsbeispiel wird eine Wärmepumpe, insbesondere eine Hochtemperatur-Wärmepumpe (HTWP), zur Entladung von mindestens einem Wärmecontainer eingesetzt. Ein erfindungsgemäßer Wärmecontainer ist ein abgeschlossenes System mit einer begrenzten Wärmemenge, die monoton abgegeben wird.In one exemplary embodiment, a heat pump, in particular a high-temperature heat pump (HTWP), is used to discharge at least one heat container. A thermal container according to the invention is a closed system with a limited amount of heat that is emitted monotonically.
Die Wärme wird vorzugsweise als Latentwärme an mindestens einem Phasenübergang des Containermediums gespeichert. Das Containermedium speichert zwar auch thermische Energie (sensible Wärme), einen Großteil der Energie liefert es allerdings als Umwandlungsenthalpie, die an einem Phasenübergang isotherm umgesetzt wird. Bei der Temperatur für den Phasenübergang wird sehr viel Wärme in Form von Schmelzenthalpie gespeichert, um dann an einer Wärmesenke in Form von Kristallisationswärme wieder abgegeben zu werden.The heat is preferably stored as latent heat at at least one phase transition of the container medium. Although the container medium also stores thermal energy (sensible heat), it supplies a large part of the energy as conversion enthalpy, which is converted isothermally at a phase transition. At the temperature for the phase transition, a great deal of heat is stored in the form of enthalpy of fusion and then given off again at a heat sink in the form of heat of crystallization.
Durch eine Auswahl des Latentwärmemediums kann die Phasenübergangstemperatur in gewissen Grenzen an den Heizbedarf angepasst werden. Die vorliegende Erfindung optimiert diese Anpassung.By selecting the latent heat medium, the phase transition temperature can be adapted to the heating requirement within certain limits. The present invention optimizes this adaptation.
In einem Ausführungsbeispiel wird die Entladung durch eine Wärmepumpe, vorzugsweise durch eine HTWP, unterstützt. Bestandsgebäude können so umweltschonend beheizt werden, ohne dass Bodenkollektoren oder eine Grundwasseranzapfung erforderlich werden. Auch Neubauquartiere, denen keine entsprechende Fläche zur Wärmegewinnung zur Verfügung steht, können so flexibel gespeist werden.In one embodiment, the discharge is assisted by a heat pump, preferably a HTWP. Existing buildings can be heated in an environmentally friendly way without the need for ground collectors or groundwater tapping. Newly built quarters that do not have the appropriate space for heat generation can also be fed flexibly in this way.
Die Wärmepumpe kann Bestandteil eines mobilen Übergabepunktes sein, montiert beispielsweise in einem 20 Fußcontainer. In diesem mobilen Übergabepunkt können sich auch Anbauten wie eine Hydraulik, eine Steuerung und ein oder mehrere Pufferspeicher befinden.The heat pump can be part of a mobile transfer point, for example installed in a 20-foot container. Attachments such as hydraulics, a controller and one or more buffer storage tanks can also be found in this mobile transfer point.
Der mobile Übergabepunkt kann dauerhaft oder zeitlich befristet an einer Wärmesenke, beispielsweise einem Nahwärmeversorgungspunkt, aufgestellt werden. Die Standfläche kann beispielsweise aus wiederverwendbaren Betonplatten bestehen. Durch diesen mobilen Übergabepunkt kann beispielsweise ein Nahwärmenetz versorgt werden, solange eine geplante Nahwärmeleitung noch nicht fertiggestellt ist. Danach kann die gesamt mobile Versorgung samt mobilem Übergabepunkt demontiert und an einem neuen Ort eingesetzt werden.The mobile transfer point can be set up permanently or temporarily at a heat sink, for example a local heating supply point. The footprint can consist of reusable concrete slabs, for example. This mobile transfer point can be used, for example, to supply a local heating network as long as a planned local heating line has not yet been completed. The entire mobile supply, including the mobile transfer point, can then be dismantled and used at a new location.
Durch den Einsatz einer Wärmepumpe lässt sich der Wärmecontainer schneller entladen, da die Wärmepumpe den Temperaturgradienten zwischen Wärmecontainer und Abnahmestelle aufrechterhält oder sogar erhöht. Eine Tiefenentleerung TE ist dadurch zuverlässig möglich. Es lassen sich durch eine Wärmepumpe zudem konstante Entladetemperaturen an einem Übergabepunkt erzeugen, die die Einbindung in ein bestehendes Heizsystem vereinfachen.By using a heat pump, the heat container can be unloaded more quickly, since the heat pump maintains or even increases the temperature gradient between the heat container and the delivery point. A deep emptying TE is thus reliably possible. A heat pump can also generate constant discharge temperatures at a transfer point, which simplifies integration into an existing heating system.
Als Ausgangspunkt für den Einsatz der Wärmepumpe wird in
In einer Anordnung mit der Wärmepumpe lässt sich dieser reine Entladevorgang ebenfalls realisieren, beispielsweise wenn im Bereich der sensiblen Wärme SW eine für die Wärmesenke ausreichend hohe Temperatur vorhanden ist.
Ein optionales Umschaltventil UV4 ermöglicht dabei die geregelte Abgabetemperatur für die Übergabestation ÜS durch eine Zumischung aus dem Rücklauf. Das optionale Umschaltventil UV4 ist in den
Die Wärmepumpe WP kann eine Leistung zwischen 50 kW und 300 kW, beispielsweise 150 kW, aufweisen. Sie enthält zumindest einen Verdampfer VD, ein Expansionsventil EV, einen Verdichter V und einen Kondensator K.The heat pump WP can have an output of between 50 kW and 300 kW, for example 150 kW. It contains at least one evaporator VD, one expansion valve EV, one compressor V and one condenser K.
In diesem Ausführungsbeispiel wird durch die Beschaltung der Ventile MV1 und UV3 ein Teil des Vorlaufs in den Zwischenspeicher ZS geleitet, der von der Wärmepumpe WP weiter erwärmt wird. Aus dem Zwischenspeicher ZS wird dem Vorlauf auf dem Weg zur Übergabestation ÜS über ein Mischventil MV1 heißes Wärmetauschermedium zugemischt, sodass eine einstellbare Übergabetemperatur oberhalb der Vorlauftemperatur des Wärmecontainers C möglich wird.In this exemplary embodiment, a part of the flow is routed to the temporary store ZS by switching the valves MV1 and UV3, which is further heated by the heat pump WP. From the buffer store ZS, hot heat exchanger medium is added to the flow on the way to the transfer station ÜS via a mixing valve MV1, so that an adjustable transfer temperature above the flow temperature of the heat container C is possible.
Die Wärmepumpe WP zieht die Wärme aus dem Rücklauf, der über einen Wärmetauscher an einen Verdampferkreislauf der Wärmepume WP gekoppelt ist. Eine Pumpe P2 und ein Mischventil MV2 sorgen in diesem Verdampferkreislauf für eine geregelte Wärmeversorgung der Wärmepumpe WP.The heat pump WP draws the heat from the return, which is coupled via a heat exchanger to an evaporator circuit of the heat pump WP. In this evaporator circuit, a pump P2 and a mixing valve MV2 ensure a regulated supply of heat to the heat pump WP.
Die Wärme wird an einem Kondensator K der Wärmepumpe WP mithilfe einer Pumpe P3 und einem Mischventil MV3 geregelt an den Zwischenspeicher ZS abgegeben. So kann sich der Zwischenspeicher ZS, der ein Volumen zwischen 500 I und 5000 I, beispielsweise 3000 I, aufweist, auf vorzugsweise 70 bis 85 °C erwärmen.The heat is delivered to the intermediate store ZS in a controlled manner at a condenser K of the heat pump WP using a pump P3 and a mixing valve MV3. Thus, the intermediate reservoir ZS, which has a volume of between 500 l and 5000 l, for example 3000 l, can heat up to preferably 70 to 85°C.
Dieselbe Anordnung kann in einer weiteren Ausführungsform gemäß
Dieser Betriebszustand ist auf der einen Seite dazu geeignet, eine Tiefenentladung des Wärmecontainers zu erreichen, bei der der Wärmecontainer beispielsweise am Ende abgekühlt (beispielsweise nur noch handwarm) ist, die Übergabetemperatur aber weiterhin hoch, beispielsweise bei etwa 70 °C, liegen soll. Eine Mischung aus Vorlauf und Zwischenspeicher würde diese Übergabetemperatur nicht mehr erreichen.On the one hand, this operating state is suitable for achieving a deep discharge of the thermal container, in which the thermal container has cooled down at the end, for example (e.g. only hand-warm), but the transfer temperature should remain high, for example at around 70 °C. A mixture of flow and intermediate storage would no longer reach this transfer temperature.
Auf der anderen Seite lässt sich in diesem Betriebszustand eine Wärmesenke versorgen, die eine hohe Rücklauftemperatur hat, die also eine Wärmeversorgung auf einer höheren Temperatur benötigt als die vom Wärmespeichermedium bereitgestellte. Auch hier würde eine Mischung von Wärmetauschermedium aus Vorlauf und Zwischenspeicher die benötigte Übergabetemperatur unterschreiten.On the other hand, in this operating state, a heat sink can be supplied that has a high return temperature, which means that it requires a heat supply at a higher temperature than that provided by the heat storage medium. Here, too, a mixture of heat exchanger medium from the flow and intermediate storage would fall below the required transfer temperature.
In einem Ausführungsbeispiel werden die Betriebszustände bei einem Entladevorgang miteinander kombiniert. So kann beispielsweise mit dem Betriebszustand der reinen Entladung gemäß
Überlagerungsschaltung mit hydraulischer KopplungSuperimposed circuit with hydraulic coupling
In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird an der Wärmesenke durch eine geschickte Anordnung der erfindungsgemäßen Wärmecontainer beständig eine Abgabetemperatur erreicht, die oberhalb der Temperatur des Phasenübergangs liegt. Obwohl der Anteil der sensiblen Wärme im Vergleich zur Latentwärme nur gering ist, reicht sie bei diesem Ausführungsbeispiel in überraschender Weise aus, um die zu entladene Wärmemenge nahezu komplett auf eine einstellbare Temperatur oberhalb der Kristallisationstemperatur zu bringen.In a further exemplary embodiment, a delivery temperature which is above the temperature of the phase transition is constantly achieved at the heat sink by a clever arrangement of the heat containers according to the invention. Although the proportion of sensible heat is only small compared to the latent heat, in this exemplary embodiment it is surprisingly sufficient to bring the amount of heat to be discharged almost entirely to an adjustable temperature above the crystallization temperature.
Es kann dafür gemäß
Die hydraulische Kopplung kann so eingerichtet sein, dass der erste Wärmecontainer C1 nach seiner Entladung durch einen vollständig aufgeladenen dritten Wärmecontainer C3 getauscht werden kann, wobei dann das Wärmetauschermedium im zweiten Wärmecontainer C2 im Latentwärmebereich LW auf die Phasenübergangstemperatur vorwärmt und der dritte seriell angeschlossene mobile Wärmetransportbehälter, der noch oberhalb des Latentwärmebereichs aufgeladen ist, die Temperatur des Wärmetauschermediums durch sensible Wärme auf die einstellbare höhere Temperatur weiter anhebt.The hydraulic coupling can be set up in such a way that the first thermal container C1 is exchanged for a fully charged third thermal container C3 after it has been discharged can be, in which case the heat exchanger medium in the second heat container C2 in the latent heat range LW is then preheated to the phase transition temperature and the third serially connected mobile heat transport container, which is still charged above the latent heat range, further increases the temperature of the heat exchanger medium to the adjustable higher temperature using sensible heat.
Eine entsprechende hydraulische Kopplung ist in
Über ein Umschaltventil UV1 und zwei Verteilerventile VV1 und VV2 wird der Rücklauf von der Übergabestation bzw. der Haustechnik HT zunächst im Wärmecontainer C1 vorgewärmt, um dann im Wärmecontainer C2 in den sensiblen Bereich angehoben zu werden. In einer Mischkammer MK wird dann der Strom aus C2 mit einem weiteren Strom aus C1 so gemischt, dass die gewünschte Übergabetemperatur erreicht wird.The return flow from the transfer station or the building services HT is first preheated in the heating container C1 via a switching valve UV1 and two distribution valves VV1 and VV2, and then raised to the sensitive area in the heating container C2. The stream from C2 is then mixed with another stream from C1 in a mixing chamber MK in such a way that the desired transfer temperature is reached.
Sobald der Wärmecontainer C2 in den latenten Bereich abgekühlt und der Wärmecontainer C1 entleert ist, wird der Wärmecontainer C1 durch einen neuen vollgeladenen mobilen Wärmecontainer C3 ersetzt und die erwähnten Ventile werden so umgeschaltet, dass die Ströme für die Situation C3 ≥ C2 analog zum vorstehend Beschriebenen fließen.As soon as the thermal container C2 has cooled down to the latent range and the thermal container C1 has been emptied, the thermal container C1 is replaced by a new fully loaded mobile thermal container C3 and the mentioned valves are switched so that the currents for the situation C3 ≥ C2 flow analogously to what is described above .
Dieser neue Schaltzustand ist in
Sobald der Wärmecontainer C3 in den latenten Bereich abgekühlt und der Wärmecontainer C2 entleert ist, wird der Wärmecontainer C2 durch einen neuen vollgeladenen mobilen Wärmecontainer ersetzt und die Ventile werden wieder gemäß
Die hydraulische Kopplung sorgt so dafür, dass wechselseitig mobile Wärmespeicherbehälter getauscht werden und längerfristig Temperaturen im sensiblen Bereich angeboten werden können. Außerdem kann durch die hydraulische Kopplung verglichen mit einem einzelnen Wärmecontainer eine höhere konstante Leistung bereitgestellt werden, da diese sich aus der Summe aus den Leistungsabgaben der Wärmecontainer C1 und C2 bzw. C2 und C3 ergibt. Da die wertvolle sensible Wärme nur die kleine Temperaturdifferenz zwischen dem latenten Bereich der Vorwärmung und der gewünschten Übergabetemperatur überbrücken muss, passen die beiden Entladevorgänge zeitlich zusammen, obwohl oder gerade weil im Wärmecontainer für die Vorwärmung wesentlich mehr latente Wärme zur Verfügung steht als sensible Wärme im Wärmecontainer für die weitere Anhebung.The hydraulic coupling ensures that mobile heat storage tanks can be exchanged alternately and that temperatures in the sensitive range can be offered over the longer term. In addition, the hydraulic coupling can provide a higher constant power compared to a single thermal container, since this results from the sum of the power outputs of the thermal containers C1 and C2 or C2 and C3. Since the valuable sensible heat only has to bridge the small temperature difference between the latent area of preheating and the desired transfer temperature, the two unloading processes coincide in time, although or precisely because there is significantly more latent heat available in the heat container for preheating than sensible heat in the heat container for further increase.
Temperaturregelung bei zwei WärmeströmenTemperature control with two heat flows
Im Folgenden wird beschrieben wie erfindungsgemäß aus Masseströmen mit verschiedenen Temperaturen durch Mischen ein Massenstrom mit einer definierten Zwischentemperatur erzeugt wird.The following describes how, according to the invention, a mass flow with a defined intermediate temperature is produced from mass flows with different temperatures by mixing.
In einer Mischkammer bzw. an einem Mischventil soll beispielsweise die Wärme aus zwei Wärmecontainern auf eine konstante Temperatur T3 zusammengeführt werden. Eine entsprechende Anordnung ist in
Werden zwei Energieströme mit dem Durchsatz ṁ1 und ṁ2 mit den jeweiligen Temperaturen T1 und T2 miteinander zu einem Massenstrom ṁ3 mit einer Temperatur T3 gemischt, so lässt sich die resultierende Temperatur T3 durch folgendes Mischungsverhältnis erzielen, cp ist dabei die spezifische Wärmekapazität des Wärmetauschermediums:
Dieses Massenstromverhältnis kann in einem Ausführungsbeispiel durch die . Leistungsregelung der Pumpen P1 und P2 für die Massenströme ṁ1 und ṁ2 realisiert werden. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann ein Mischventil bzw. ein Mengenteiler dieses Verhältnis herstellen. Solange einer der beiden mobilen Wärmespeicherbehälter im Latentwärmebereich und einer im Bereich der sensiblen Wärme darüber liegt, sorgt das Massenstromverhältnis nach Formel 1 für eine konstante Temperatur T3 an der Übergabestation.This mass flow ratio can in one embodiment by the. Power control of the pumps P1 and P2 for the mass flows ṁ 1 and ṁ 2 can be realized. In another out For example, a mixing valve or flow divider can produce this ratio. As long as one of the two mobile heat storage tanks is in the latent heat range and one in the sensible heat range, the mass flow ratio according to
Für den Fall, dass keiner der beiden mobilen Wärmetransportbehälter mehr oberhalb der Temperatur T3 liegt, kann die bereits beschriebene Wärmepumpe einen der beiden Energieströme auf eine Temperatur oberhalb von T3 anheben, vorzugsweise den wärmeren. Alternativ dazu kann auch der nach dem Mischen resultierende Massenstrom ṁ3 auf T3 angehoben werden.In the event that neither of the two mobile heat transport containers is above the temperature T 3 , the heat pump already described can raise one of the two energy flows to a temperature above T 3 , preferably the warmer one. Alternatively, the mass flow ṁ 3 resulting after mixing can also be increased to T 3 .
BezugszeichenlisteReference List
- SWSW
- Bereich sensibler Wärmearea of sensible heat
- LWLw
- Latentwärmebereichlatent heat range
- TETE
- Bereich der Tiefenentladungarea of deep discharge
- C, CxC, Cx
- Wärmecontainerheat container
- Pxpx
- Pumpepump
- ÜSÜS
- Übergabestationtransfer station
- HTHT
- HaustechnikHouse technic
- MVxMVx
- Mischventilmixing valve
- UVxUVx
- Umschaltventilswitching valve
- AVxAVx
- Absperrventilshut-off valve
- EVEV
- Expansionsventilexpansion valve
- WTWT
- Wärmetauscherheat exchanger
- WPWP
- Wärmepumpeheat pump
- VDvd
- VerdampferEvaporator
- VV
- Verdichtercompressor
- KK
- Kondensatorcapacitor
- ZSZS
- Zwischenspeichercache
- WxWx
- Verteilventildistribution valve
- MKMK
- Mischkammermixing chamber
- 1, 2, 31, 2, 3
- Wärmestromheat flow
- Txtx
- Temperaturtemperature
Claims (9)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102021001432.4A DE102021001432A1 (en) | 2021-03-18 | 2021-03-18 | Energy supply system for heating a heat sink with latent heat |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102021001432.4A DE102021001432A1 (en) | 2021-03-18 | 2021-03-18 | Energy supply system for heating a heat sink with latent heat |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102021001432A1 true DE102021001432A1 (en) | 2022-09-22 |
Family
ID=83115095
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102021001432.4A Pending DE102021001432A1 (en) | 2021-03-18 | 2021-03-18 | Energy supply system for heating a heat sink with latent heat |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102021001432A1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3004324A1 (en) | 1980-02-06 | 1981-08-13 | Josef 8492 Neustadt Probst | DEVICE FOR CONTROLLING A HEATING SYSTEM WITH AT LEAST ONE DEVICE FOR RECOVERING HEAT FROM AN ABSORBER |
DE102008036712A1 (en) | 2008-08-07 | 2010-02-18 | Solvis Gmbh & Co. Kg | Arrangement for providing hot service water |
DE102008041715A1 (en) | 2008-08-29 | 2010-03-04 | Lüumel GmbH | Heat and hot water supply, for a building, uses a solar energy installation with at least one storage buried in the ground |
-
2021
- 2021-03-18 DE DE102021001432.4A patent/DE102021001432A1/en active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3004324A1 (en) | 1980-02-06 | 1981-08-13 | Josef 8492 Neustadt Probst | DEVICE FOR CONTROLLING A HEATING SYSTEM WITH AT LEAST ONE DEVICE FOR RECOVERING HEAT FROM AN ABSORBER |
DE102008036712A1 (en) | 2008-08-07 | 2010-02-18 | Solvis Gmbh & Co. Kg | Arrangement for providing hot service water |
DE102008041715A1 (en) | 2008-08-29 | 2010-03-04 | Lüumel GmbH | Heat and hot water supply, for a building, uses a solar energy installation with at least one storage buried in the ground |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE19838880C5 (en) | Device for cooling an interior of a motor vehicle | |
DE2908927C2 (en) | ||
EP1807672B1 (en) | Energy accumulator, heat exchanger system for an energy accumulator, energy storage system and corresponding method | |
DE102008000392B4 (en) | Plant for the generation, storage and distribution of heat energy between heat engineering resources with graduated temperature levels in a building and method for controlling such a plant | |
EP2821727B1 (en) | Method for operating a ventilation heating device and ventilation heating device | |
DE102019127431B4 (en) | Thermal power storage with fixed bed heat storage and fixed bed cold storage and method for operating a thermal power storage | |
EP2527147B1 (en) | Tempering system for printers with multiple temperature levels | |
WO2009095010A2 (en) | Heating system | |
DE102010016343A1 (en) | Device for supplying heat to buildings | |
DE202017105111U1 (en) | Heat recovery system and heat exchanger unit | |
EP3702181A1 (en) | Heat pump with partial load control | |
DE102021004323B3 (en) | Method for heating a heat sink with a power supply system | |
DE102007039195B4 (en) | Arrangement for air conditioning a vehicle | |
DE102021001432A1 (en) | Energy supply system for heating a heat sink with latent heat | |
EP0561032A1 (en) | Heat accumulator as storage buffer for room heating | |
DE102008058933A1 (en) | System for supplying a heat consumer and method for operating such a system | |
DE102006002727A1 (en) | Layer heat storage apparatus for hot water supply, has transport media in heat networks and storage medium in storage tank without fluid connection | |
DE102021115368A1 (en) | Mobile heat storage tank | |
DE2749254A1 (en) | DEVICE FOR USING THE WASTE HEAT OF A REFRIGERATION SYSTEM | |
DE102010008114A1 (en) | Heating system with heat pump | |
DE3620623C1 (en) | Method and device for alternately heating and cooling a heat exchanger | |
WO2023012315A1 (en) | Refrigerant circuit device with a plurality of inner refrigerant circuits | |
AT380736B (en) | COOLING UNIT, ESPECIALLY FOR VEHICLES LIKE CARS, TRUCKS AND THE LIKE | |
WO2023138732A1 (en) | Heat supply network for a process plant, and method for operating such a heat supply network | |
DE102022131349A1 (en) | INTEGRATED HEAT MANAGEMENT SYSTEM FOR A FUEL CELL VEHICLE |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R130 | Divisional application to |
Ref document number: 102021004323 Country of ref document: DE |
|
R016 | Response to examination communication |