DE202008017601U1 - Bivalent heat storage - Google Patents

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Abstract

Bivalenter Wärmespeicher für ein Warmwasserheizungssystem, bestehend aus mindestens einer Wärmequelle, einem Hauptwärmespeicher, an den durch ein Rohrsystem Wärmeverbraucher angeschlossen sind, sowie einem zusätzlichen Wärmespeicher (Latentwärmespeicher) zur Speicherung überschüssiger Wärme und zur Abgabe der gespeicherten Wärme, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptwärmespeicher (1) im Inneren einen, vom Hauptwärmespeicher komplett hydraulisch getrennten Latentwärmespeicher (2) aufnimmt, der vollständig vom Heizmedium umgeben wird und aus einem verschlossenen Rohr besteht, das als Wendel geformt ist, und der innere Latentwärmespeicher (2) mit einem Salzhydrat gefüllt und zur Betätigung der Wärmeabgabe ein Auslöser (5) vorgesehen ist.Bivalent heat storage for a hot water heating system, consisting of at least one heat source, a main heat storage, are connected to the heat through a pipe system consumers, and an additional heat storage (latent heat storage) for storing excess heat and the delivery of stored heat, characterized in that the main heat storage (1 ) inside, from the main heat accumulator completely hydraulically separated latent heat accumulator (2) receives, which is completely surrounded by the heating medium and consists of a sealed tube, which is shaped as a helix, and the internal latent heat accumulator (2) filled with a salt hydrate and to actuate the Heat release a trigger (5) is provided.

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Description

Die Erfindung betrifft einen bivalenten Wärmespeicher für mit Warmwasser betriebene Heizungssysteme nach den Merkmalen des Oberbegriffes des 1. Schutzanspruchs, bei dem überschüssige Wärme gespeichert und bei einem erhöhten Wärmebedarf oder einer geringeren Wärmezufuhr wieder an den Verbraucher abgegeben wird. Sie ist insbesondere für Heizungssysteme geeignet, die auf der Grundlage von Solarenergie arbeiten oder die mit Festbrennstoffkesseln betrieben werden.The The invention relates to a bivalent heat storage for hot water heating systems according to the characteristics of General term of the 1st protection claim, in which excess heat stored and at an increased heat demand or a lower heat input back to the consumer is delivered. It is especially for heating systems which work on the basis of solar energy or the be operated with solid fuel boilers.

Bei Heizungssystemen, die mit Festbrennstoffkesseln oder mit Solarenergie betrieben werden, steht die Heizenergie zeitbezogen nicht in der gleichen Menge wie der Bedarf zur Verfügung. Deshalb werden Wärmespeichersysteme vorgesehen, bei denen die überschüssige Energie gespeichert und zu einem späteren Zeitpunkt des erhöhten Energiebedarfs wieder abgegeben wird.at Heating systems using solid fuel boilers or with solar energy are operated, the heating energy is not related to time in the same amount as the need available. That's why Heat storage systems provided in which the excess Stored energy and at a later date of the increased energy demand is released again.

So sind z. B. aus der Literaturstelle „ DIN prEN 12897: 1997 , Wasserversorgung – Bestimmungen für indirekt beheizte, unbelüftete (geschlossene) Warmwasserspeicheranlagen” Wärmespeichersysteme für Warmwasserheizungen bekannt, bei denen momentan vorhandene, nicht benötigte Wärme gespeichert und später bei Bedarf wieder in das Verbrauchersystem eingeleitet werden kann.So z. From the reference " DIN prEN 12897: 1997 , Water Supply - Provisions for Indirectly Heated, Non-Ventilated (Closed) Hot Water Storage Systems "Heat storage systems for hot water heating systems are known where existing, unneeded heat can be stored and later reintroduced into the consumer system as needed.

Wärmespeicher lassen sich prinzipiell in zwei Klassen einteilen:

  • • Sensible Speicher (z. B. Warmwasserspeicher) und
  • • thermochemische Speicher (z. B. Sorptionsspeicher).
Heat storage can in principle be divided into two classes:
  • • Sensitive storage (eg DHW cylinder) and
  • • thermochemical storage (eg sorption storage).

Sensible Speicher bestehen in der Regel aus einem geschlossenen, mit Heizungswasser gefüllten Behälter, der entsprechend Anwendungsfall mit einem Rohrschlangenwärmeübertrager ausgerüstet ist. Der Wärmeeintrag erfolgt über die Abgabe von Wärme eines sich durch die Rohrschlangenwärmeübertrager fließenden Wärmeträgermediums. Die Entladung erfolgt über den Transport des erwärmten Heizungswassers mit Umwälzpumpen zu den Heizflächen bzw. Verbrauchern, wo das Heizungswasser seine Wärmeenergie wieder abgibt.sensible Storage tanks usually consist of a closed, with heating water filled container, according to the application case equipped with a coil heat exchanger. The heat input takes place via the release of heat one through the coil heat exchanger flowing heat transfer medium. The discharge takes place via the transport of the heated heating water with circulating pumps to the heating surfaces or consumers, where the heating water gives off its heat energy again.

Zur Klasse der sensiblen Speicher gehören auch die Latentwärmespeicher, die neben der Temperaturerhöhung auch die Enthalpie des Phasenübergangs, d. h. einer Wärmeabgabe durch den Übergang von der festen in die flüssige oder in die dampfförmige Phase nutzen.to Class of sensitive storage also includes the latent heat storage, which in addition to the temperature increase also the enthalpy of the Phase transition, d. H. a heat release by the transition from the solid to the liquid or in the vapor phase use.

Bedingt durch die niedrige Speicherdichte ist das Speichervermögen gering. Weiterhin sind erhebliche Wärmedämmmaßnahmen notwendig um den Wärmeverlust bei Be- und Entladung sowie Lagerung zu minimieren.conditioned due to the low storage density is the storage capacity low. Furthermore, there are significant thermal insulation measures necessary for the heat loss during loading and unloading as well Minimize storage.

Bei thermochemischen Speichern wird mit Wärme im Speichermedium eine reversible chemische Reaktion ausgelöst. Die dabei entstehenden voneinander trennbaren Stoffe (mindestens zwei) sind in getrennten Volumina zu lagern, um die Rückreaktion auszuschließen. Dies wird bisher mit zwei getrennten Speichern gelöst. Es lassen sich jedoch höhere Speicherdichten als bei sensiblen Speichern erreichen.at thermochemical storage is using heat in the storage medium triggered a reversible chemical reaction. The case resulting separable substances (at least two) are Store in separate volumes to eliminate the reverse reaction. This has been solved with two separate memories. However, higher storage densities can be achieved than with sensitive ones Save reach.

Vorteilhafte Anwendungsgebiete sind Heizsysteme mit einem zeitlichen Versatz zwischen Energieerzeugung und Energieverbrauch bzw. dem Vorhandensein überschüssiger Energiemengen, wie z. B. Solaranlagen oder Festbrennstoffwärmeerzeuger.advantageous Fields of application are heating systems with a time lag between energy production and energy consumption or the presence of surplus Amounts of energy, such. As solar or solid fuel heat.

Aus den Patentschriften DE 699 23 792 T2 und DE 695 10 821 T2 sind Wärmespeichersysteme bekannt, die als sensible oder thermochemische Speicher arbeiten. Nachteile dieser bekannten Systeme bestehen in dem geringen Wirkungsgrad und dem hohen technischen Aufwand für die Wärmespeicherung, d. h. zwei getrennte Speicher mit erheblichem Platzaufwand und komplizierten hydraulischen Verschaltungen zum Transport der Wärme.From the patents DE 699 23 792 T2 and DE 695 10 821 T2 Heat storage systems are known that work as sensitive or thermochemical storage. Disadvantages of these known systems are the low efficiency and the high technical complexity for heat storage, ie two separate memory with considerable space and complicated hydraulic interconnections to transport the heat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wärmespeichersystem für mit Warmwasser betriebene Heizungssysteme zu schaffen, das einen hohen Wirkungsgrad aufweist, das mit einem geringen technischen Aufwand und Raumvolumen auskommt und das in einfacher Weise montiert oder nachträglich in bestehenden Heizungssystem eingebaut werden kann.Of the Invention is based on the object, a heat storage system to provide hot water heating systems, which has a high efficiency, with a low technical Effort and volume of space gets along and mounted in a simple manner or retrofitted to existing heating system can be.

Diese Aufgabe wird durch die Anordnung eines Latentwärmespeichers in einem Hauptwärmespeicher nach den kennzeichnenden Merkmalen des Schutzanspruches 1 gelöst.These Task is by the arrangement of a latent heat storage in a main heat storage according to the characterizing features of the protection claim 1 solved.

Der Latentwärmespeicher ist vom Hauptwärmespeicher komplett hydraulisch getrennt. Er besteht aus einem verschlossenen Rohr, das als Wendel geformt und mit einem Salzhydrat gefüllt ist.Of the Latent heat storage is from the main heat storage completely hydraulically separated. He consists of a locked Pipe shaped as a spiral and filled with a salt hydrate is.

Der Latentwärmespeicher besteht aus einem Edelstahlrohr, das zur Vergrößerung der Wärmeübertragerfläche und damit zur Verbesserung der Wärmeübertragung als Wellrohr ausgebildet wird.Of the Latent heat storage tank consists of a stainless steel tube, the to increase the heat transfer surface and thus to improve the heat transfer is designed as a corrugated tube.

Damit sich der chemische Wärmeträger bei der Erwärmung auf Grund der die Volumenvergrößerung ausdehnen kann, wird der Latentwärmespeicher mit einer Ausdehnungszone versehen. Weiterhin ist es erforderlich, den Latentwärmespeicher (2) mit einer verschließbaren Nachfüllöffnung auszurüsten.So that the chemical heat carrier can expand during heating due to the increase in volume, the latent heat storage is provided with an expansion zone. Furthermore, it is necessary, the latent heat storage ( 2 ) with a closable refill opening.

Als chemische Wärmeträger wird entweder

  • – eine Natriumacetat-Trihydrat (CH3COONa·3H2O) Lösung,
  • – eine Magnesiumnitrat-Hexahydrat (Mg(NO3)2·6H2O) oder
  • – eine andere wässrige Salzlösung
verwendet.As a chemical heat carrier is either
  • A sodium acetate trihydrate (CH 3 COONa.3H 2 O) solution,
  • A magnesium nitrate hexahydrate (Mg (NO 3 ) 2 .6H 2 O) or
  • - another aqueous salt solution
used.

Zur Betätigung der Wärmeabgabe ist ein Auslöser vorgesehen.to Actuation of the heat release is a trigger intended.

Für den Einbau, zur Wartung oder zum Auswechseln des Latentwärmespeichers wird der Hauptwärmespeicher mit einer ausreichend groß ausgebildeten verschließbaren Öffnung versehen.For the installation, maintenance or replacement of the latent heat accumulator becomes the main heat storage with a sufficiently large trained lockable opening provided.

Der wesentlichste Vorteil eines solchen bivalenten Wärmespeichers für mit Warmwasser betriebene Heizungssysteme besteht in seinem hohen Wirkungsgrad. Weitere Vorteile sind der geringe technische Aufwand, der geringe Platzbedarf und in der Nachrüstbarkeit bestehender Heizungsanlagen. Ein solcher Energiespeicher vereint die Eigenschaften eines sensiblen bzw. Warmwasser – Wärmespeichers mit denen eines latenten bzw. thermochemischen Speichers erstmals in einem Behältnis.Of the most significant advantage of such a bivalent heat storage for hot water heating systems is its high efficiency. Other advantages are the low technical Effort, the small footprint and retrofitting existing heating systems. Such an energy storage unites the characteristics of a sensitive or hot water heat accumulator with those of a latent or thermochemical memory for the first time in a container.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispiels und mit Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben. Die Zeichnung zeigt einen Heizungskreislauf mit einem bivalentes Wärmespeichersystem als Prinzipskizze.The Invention will be described below with reference to an embodiment and described in more detail with reference to the drawing. The Drawing shows a heating circuit with a bivalent heat storage system as a schematic diagram.

Der Heizungskreislauf besteht aus dem Hauptwärmespeicher 1, den Wärmequellen 3, dem Verbraucher 4, dem Auslöser 5 und dem Rohrsystem 6 in dem in der Zeichnung dargestellten Aufbau inklusive der Schaltelemente und der Steuerventile. Für die Darstellung der für die Funktion des Heizkreislaufes erforderlichen Schaltelemente und Steuerventile werden die für Heizungskreisläufe üblichen Symbole verwendet. Eine Verwendung von Bezugszeichen ist dafür nicht erforderlich.The heating circuit consists of the main heat storage 1 , the heat sources 3 the consumer 4 , the trigger 5 and the pipe system 6 in the construction shown in the drawing including the switching elements and the control valves. For the representation of the required for the function of the heating circuit switching elements and control valves usual for heating circuits symbols are used. A use of reference numerals is not required for this.

Als im Heizungskreislauf verwendete Wärmequellen 3 sind als Beispiele ein Heizstab 3.1, eine Solaranlage 3.2 und ein Festbrennstoffkessel 3.3 vorgesehen. Als Verbraucher 4 sind in der Zeichnung ein Heizkörper 4.1 und ein Warmwasseraufbereiter 4.2 dargestellt.As used in the heating circuit heat sources 3 are an example heating rod 3.1 , a solar system 3.2 and a solid fuel boiler 3.3 intended. As a consumer 4 are in the drawing a radiator 4.1 and a water heater 4.2 shown.

Das Wärmespeichersystem basiert auf dem Prinzip Speicher-im-Speicher. In den Hauptwärmespeicher 1 wird ein Latentwärmespeicher 2 untergebracht. Dieser Latentwärmespeicher 2 besteht aus einem spiralförmig gewundenen Edelstahlrohr. Zur Vergrößerung der Wärmeübertragerfläche und damit zur Verbesserung der Wärmeübertragung wird es als Wellrohr ausgebildet. Da sich der chemische Wärmeträger bei der Erwärmung mehr ausdehnt als das Edelstahlrohr des Latentwärmespeichers 2, wird auf Grund der Volumenvergrößerung des Wärmeträgers der Latentwärmespeicher mit einer Ausdehnungszone versehen. Weiterhin ist es vorgesehen, den Latentwärmespeicher 2 mit einer verschließbaren Nachfüllöffnung auszurüsten. Außerdem ist es erforderlich, den Hauptwärmespeicher 1 zum Einbau, zur Wartung oder zum Auswechseln des Latentwärmespeichers 2 mit einer ausreichend großen verschließbaren Öffnung zu versehen.The heat storage system is based on the memory-in-memory principle. In the main thermal storage 1 becomes a latent heat storage 2 accommodated. This latent heat storage 2 consists of a spiral wound stainless steel tube. To increase the heat exchanger surface and thus improve the heat transfer, it is designed as a corrugated pipe. As the chemical heat transfer medium expands more during heating than the stainless steel tube of the latent heat accumulator 2 , is provided due to the increase in volume of the heat carrier of the latent heat storage with an expansion zone. Furthermore, it is provided, the latent heat storage 2 equipped with a closable refill opening. In addition, it is necessary to the main heat storage 1 for installation, maintenance or replacement of the latent heat accumulator 2 provided with a sufficiently large closable opening.

Als chemische Wärmeträger wird eine Natriumacetat-Trihydrat (CH3COONa·3 H2O) Lösung,
eine Magnesiumnitrat-Hexahydrat (Mg(NO3)2·6H2O) oder eine andere wässrige Salzlösung verwendet.As a chemical heat carrier is a sodium acetate trihydrate (CH 3 COONa · 3 H 2 O) solution,
a magnesium nitrate hexahydrate (Mg (NO 3 ) 2 .6H 2 O) or another aqueous salt solution.

Der Wärmespeicher funktioniert folgendermaßen:
Die Entnahme bzw. die Versorgung der angeschlossenen Wärmeverbraucher 4 wird im
ersten Schritt generell über den äußeren Wärmespeicher 1 und erst nach Bedarf im
zweiten Schritt über den inneren Latentwärmespeicher 2 vorgenommen. Der innere Latentwärmespeicher 2 gibt hierbei auf Anforderung seine Wärme an den äußeren Wärmespeicher 1 ab und dieser wiederum an die Verbraucher 4.The heat storage works as follows:
The removal or supply of the connected heat consumers 4 will be in
first step generally about the outer heat storage 1 and only as needed in the
second step over the internal latent heat storage 2 performed. The internal latent heat storage 2 gives on request its heat to the outer heat storage 1 and this in turn to consumers 4 ,

Durch den Aufbau des Wärmespeichersystems nach dem Prinzip Speicher – im – Speicher ist ein Wärmeübergang ohne Wärmeverluste zur Umgebung möglich.By the structure of the heat storage system according to the principle memory - in - memory is a heat transfer without heat loss to the environment possible.

Die Aktivierung der Wärmeabgabe des internen Latentwärmespeichers 2 erfolgt Temperaturgeführt, z. B. bei Unterschreiten einer variabel einstellbaren Heizwassertemperatur im äußeren Wärmespeicher 1. Als Auslöser 5 dient z. B. ein thermostatisch geregeltes Magnetventil mit „Click-Frosch”-Prinzip.The activation of the heat output of the internal latent heat storage 2 takes place temperature-controlled, z. B. falls below a variably adjustable heating water temperature in the outer heat storage 1 , As a trigger 5 serves z. B. a thermostatically controlled solenoid valve with "click-frog" principle.

Die Beladung über eine beliebige Wärmequelle 3 (idealerweise Solaranlage, Festbrennstoffkessel etc.) erfolgt in den äußeren Wärmespeicher 1 und von da aus direkt in den inneren Latentwärmespeicher 2. Durch den Aufbau als Speicher-im-Speicher erfolgt der Wärmeübergang auch hier wiederum ohne Wärmeverluste zur Umgebung.The load of any heat source 3 (ideally solar system, solid fuel boiler, etc.) takes place in the outer heat storage 1 and from there directly into the internal latent heat storage 2 , Due to the structure as a memory-in-memory, the heat transfer takes place here again without heat loss to the environment.

Beide Beladevorgänge erfolgen entsprechend dem vorherrschenden Temperaturniveau parallel.Both Loading operations are carried out according to the prevailing conditions Temperature level in parallel.

11
Äußerer WärmespeicherOuter heat storage
22
Innerer Latentwärmespeicherinner Latent heat storage
33
Wärmequelleheat source
3.13.1
Gas- oder ÖlheizerGas- or oil heater
3.23.2
Solaranlagesolar system
3.33.3
FestbrennstoffkesselSolid fuel boiler
44
Verbraucherconsumer
4.14.1
Heizkörperradiator
4.24.2
Warmwasseraufbereiterwater heater
55
Auslösertrigger
66
Rohrsystempipe system

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • - DE 69510821 T2 [0010] - DE 69510821 T2 [0010]

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Claims (6)

Bivalenter Wärmespeicher für ein Warmwasserheizungssystem, bestehend aus mindestens einer Wärmequelle, einem Hauptwärmespeicher, an den durch ein Rohrsystem Wärmeverbraucher angeschlossen sind, sowie einem zusätzlichen Wärmespeicher (Latentwärmespeicher) zur Speicherung überschüssiger Wärme und zur Abgabe der gespeicherten Wärme, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptwärmespeicher (1) im Inneren einen, vom Hauptwärmespeicher komplett hydraulisch getrennten Latentwärmespeicher (2) aufnimmt, der vollständig vom Heizmedium umgeben wird und aus einem verschlossenen Rohr besteht, das als Wendel geformt ist, und der innere Latentwärmespeicher (2) mit einem Salzhydrat gefüllt und zur Betätigung der Wärmeabgabe ein Auslöser (5) vorgesehen ist.Bivalent heat storage for a hot water heating system, consisting of at least one heat source, a main heat storage, are connected to the heat through a pipe system consumers, and an additional heat storage (latent heat storage) for storing excess heat and the delivery of stored heat, characterized in that the main heat storage ( 1 ) inside a, from the main heat storage completely hydraulically separated latent heat storage ( 2 ), which is completely surrounded by the heating medium and consists of a sealed tube, which is formed as a helix, and the internal latent heat storage ( 2 ) filled with a salt hydrate and to actuate the heat release a trigger ( 5 ) is provided. Bivalenter Wärmespeicher nach Schutzanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Latentwärmespeicher (2) aus Edelstahlrohr oder zur Vergrößerung der Wärmeübertragerfläche Edelstahlwellrohr besteht.Bivalent heat storage for protection claim 1, characterized in that the latent heat storage ( 2 ) consists of stainless steel pipe or to increase the heat transfer surface stainless steel corrugated pipe. Bivalenter Wärmespeicher nach Schutzanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Latentwärmespeicher (2) eine Ausdehnungszone aufweist.Bivalent heat storage for protection claim 1, characterized in that the latent heat storage ( 2 ) has an expansion zone. Bivalenter Wärmespeicher nach Schutzanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Latentwärmespeicher (2) mit einer verschließbaren Nachfüllöffnung für den chemischen Wärmeträger versehen ist.Bivalent heat storage for protection claim 1, characterized in that the latent heat storage ( 2 ) is provided with a closable refill opening for the chemical heat transfer medium. Bivalenter Wärmespeicher nach Schutzanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das der chemische Wärmeträger entweder – eine Natriumacetat-Trihydrat (CH3COONa·3H2O) Lösung, – eine Magnesiumnitrat-Hexahydrat (Mg(NO3)2·6H2O) oder – eine andere wässrige Salzlösung oder Wärmeträgerflüssigkeit sein kann.Bivalent heat storage for protection claim 1, characterized in that the chemical heat transfer medium either - a sodium acetate trihydrate (CH 3 COONa · 3H 2 O) solution, - a magnesium nitrate hexahydrate (Mg (NO 3 ) 2 · 6H 2 O) or - another aqueous salt solution or heat transfer fluid may be. Bivalenter Wärmespeicher nach Schutzanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptwärmespeicher (1) eine verschließbare Öffnung zum Einbau des Latentwärmespeichers (2) aufweist.Bivalent heat storage according to protection claim 1, characterized in that the main heat storage ( 1 ) a closable opening for installation of the latent heat accumulator ( 2 ) having.
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