-
-
WRMESPEICIIER
-
Die Erfindung betrifft einen Wärmespeicher, bestehend aus einem mit
einem wärmespeichernden Stoff gefüllten Behälter, für Heizungsanlagen, wie solchen,
die Wärme aus der Atmosphäre, aus Abwärme od. dgl. gewinnen.
-
Heizungsanlagen, bei denen die Wärme nicht im gleichen Zeitpunkt,
in dem sie benötigt wird, auch erzeugt wird, benötigen einen Wärmespeicher, in dem
die Wärme zu Zeiten, in denen sie anfällt, wie Sonnenenergie, Abwärme od. dgl.,
gespeichert und bei Bedarf entnommen wird.
-
Es sind Wärmespeicher für Zentralheizungen mit einer bei Erwärmung
ihren Aggregatzustand ändernden Behälterfüllung
aus einem Salz,
beispielsweise Natriumhydroxyd, bekannt (DT-OS 23 35 653). Dieser bekannte Wärmespeicher
arbeitet bei einer Temperatur von 4500 C und hohem Druck. Außerdem handelt es sich
bei Natriumhydroxyd um einen Stoff, der mit anderen Stoffen, beispielsweise Wasser,
stark exotherm reagiert, so daß eine absolut sichere Vorsorge dafÜr getroffen werden
muß, daß keine Lecks od. dgl. auftreten. Dies führt aber bei der Realisierung einer
Heizungsanlage mit dem bekannten Speicher zu einem technischen und wirtschaftlichen
Aufwand, der für den normalen Heizungsbau, beispielsweise in Ein-oder Mehrfamilienhäuser
nicht wettbewerbsfähig ist.
-
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe hesteht deshalb darin,
einen Wärmespeicher anzugeben, der bei Temperaturen unter 1000 C drucklos arbeitet
und bei dem es keiner besonderen Sicherheitsmaßnahmen bedarf.
-
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Behälter
einen Stoff enthält, der bei Temperaturen unter 1000 C latent eine möglichst große
Zirmemense pro Gewichtseinheit speichern kann.
-
Gemäß der weiteren Erfindung sollen als wärmespeichernde Stoffe vorzugsweise
salzartige Lösungen, Alkohol-Wasser-Gemische oder Metallsalze verwendet werden.
-
Diese Stoffe sind in der Mehrzahl nicht feuerqefährlich, nicht ätzend,
nicht toxisch, können bei Temneraturen unter 1000 C drucklos große Wärmemengen speichern
und sind teilweise in großen Mengen preiswert erhältlich,
so daß
mit ihnen Wärmespeicher mit geringem Aufwand und preiswert erstellt werden könnten.
-
Bevorzugte Beispiele der Stoffe, die Eür den erfindungsgemäßen Wärmespeicher
geeignet sind, sind in den Ansprüchen 3 bis 7 enthalten.
-
Ausführungsbeispiele für eine Heizungsanlage oder Teile derselben
mit dem neuen Wärmespeicher verdeutlichen die Figuren 1 bis 11. Es zeigen: Fig.1
einen Wärmespeicher mit Speicherkreis, der Wärme aus Sonnenenergie gewinnt, Fig.2
einen Wärmespeicher mit Speicherkreis wie in Fig.1, dem jedoch wahlweise eine Wärme
pumpe zugeschaltet werden kann, Fig.3 einen Wärmespeicher mit Speicherkreis, der
Wärme aus Abwärme mit niedrigem Temperaturniveau od. dgl. gewinnt, Fig.4 einen Wärmespeicher
mit Speicherkreis, der Wärme aus Abwärme mit höherem Temperaturniveau gewinnt, Fig.5
einen Wärmespeicher mit Speicherkreis, der Wärme aus Außenluft mit niedriger Temperatur
gewinnt, Fig.6 einen Wärmespeicher mit Speicherkreis, der Wärme aus Außenluft mit
höherer Temperatur gewinnt,
Fig.7 einen Wärmespeicher mit Fntnahmekreis
bei Speichertemperaturen unterhalb der Gebrauchstemperatur, Fig.8 einen Wärmespeicher
mit Entnahmekreis bei Speichertemperaturen im Bereich der Gebrauchstemperaturen,
Fig.9 schematisch in Seitenansicht und Draufsicht und einen Wärme speicher für Speichertemperaturen
Fig.10 von + 5°C bis 100°C, und Fig.11 schematisch in Seitenansicht und Draufsicht
einen Wärmespeicher fiir Speichertemperaturen von -200C bis 50C.
-
Der neue Wärmespeicher kann je nach Bedarf, insbesondere auch zwecks
Anpassung an die vorhandenen Wärmequellen, durch Wahl eines entsprechenden Wärmespeichernden
Stoffes eine bestimmte Speichertemperatur aufweisen. Wenn als wärmespeichernder
Stoff Natriumsulfat (Na2 sn4 10 H2o) verwendet wird, dessen Umwandlungstemperatur
bei 32,380 C liegt (Beginn der Lösung des Salzes im eigenen, vorher gebundenen Kristallwasser),
können 51,23 kcal/kg gespeichert werden.
-
Andere geeignete wärmespeichernde Stoffe weisen folgende Werte auf:
Stoff
Umwandlungs- 0 Speicherfähigkeit temperatur F/°C #H kcal/kg Mg C1 6H2O 117 40,36
Mg(N03)2 9H2O 90 38,26 Mn(NO3)2 . 6H2O 25,8 33,5 Na2S204 5H2O 48,5 22,56 (Natriumthiosulfat)
Cd(N03)2 2 4H2O 59,5 25,28 Al K(S04)2 121120 91 14,12 (Aluminium-Kalium-Sulfat)
Äthylenglykol -12,6 44,98 Glyzerin -18,0 47,85 Li N03 3H2O 29,9 70,81 Wasser bzw.
salzartige Lösungen in Wasser 0° bis -200C ca. 79 Weitere für die Latenwärmespeicherung
aeelgnete Stoffe sind: Stoffe Umwandlungstemp.
-
F/°C Al(NO3)3 . 9H2O 73 AlNH4(SO4)2 . 12H2O 95 AlNa(SO4)2 . 12H2O
61 (Aluminium-Natrium-Sulfat) CaBr2 . 6H2O 38,2 CaCl2 . 6H2O 30,2 Ca(NO3)2 . 3H2O
51,1
Stoffe Umwandlunastemp.
-
(Aluminium-Ammonium-Sulfat) F/°C Ca (NO3)2 41120 39,7/42,6 CdSO4 .
8/3H2O 41,5 CoCl2 . 6H2O 56,0 Co(NO3)2 . 6H2O 57,0 CoSO4 . 7H2O 98 FeCl3 . 6H2O
37 Fe (NO3)2 61120 60,5 Fe(NO3)2 . 9H2O 50,1 Fe(SO4) . 7H2O 64,0 Na B4 07 10H2O
75 (Borax) Na2 CO3 101120 (Soda) 32 Na2CO3 . 7H2O 35,37 NaC3H3O2 . 3H2O 58 (Natriumacetat)
In Fig.1 ist schematisch eine Möglichkeit aufgezeigt, in welcher Weise Wärme aus
einer zur Verfügung stehenden Wärmequelle mit ausreichend hoher Temperatur im Wärmespeicher
gespeichert werden kann. Als Wärmesammler dient der Sonnenkollektor 1, der über
einen Rohrkeislauf 5 mit dem imWärmespeicher 3 befindlichen Wärmetauscher 4 verbunden
ist, wobei in den Rohrkreislauf 5 die Umwälzpumpe 2 eingeschaltet ist.
-
Auf diese Weise kann Sonnenenersie iiher den Rohrkeislauf 5
(das
darin vorhandene Wasser ist durch Frostschutzmittel.
-
bis -20 C flüssig) in dem Wärmespeicher 3 gespeichert werden.
-
In Fig.2 ist zusätzlich zu der in Fig.1 gezeisten Onordnung ein Wärmepumpenkreislauf
voraesehen. In den Röhrkreislauf 5 ist das Dreiwegemischventil eingeschaltct, mit
dem der Wärmetauscher 8 wahlweise in den Rohrkeislauf eingeschaltet werden kann.
Der Sekundärkreis des Nlärmetauschers 8 enthält einen Pohrkreislauf mit Kältemittel,
den Kompressor 6 und den Wärmetauscher 4b. Auf diese Weise kann Sonnenenergie auch
bei niedrigem Temperaturniveau des Wasserkreislaufs im Wärmespeicher gespeichert
werden, nämlich dadurch, daß die Wärmepumpe den Fnergieinhalt des Wasserkreislaufs
auf das Temperaturniveau des Wärmespeichers hringt.
-
Fig.3 zeigt eine Anordnung, mit der Wärmeenergie aus auf niedrigem
Temperaturniveau befindlichen' Grund-, Fluß-oder Abwasser, aus dem Erdreich oder
sonstigen Wärmequellen entnommen und gespeichert werden kann. Das die Wärmeenergie
enthaltende Wasser wird mit der Umwälzpumpe 2 durch den Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher
9 genumpt, durch die Wärmepumpe auf ein höheres Temperaturniveau aebracht und im
Wärmespeicher 3 gespeichert.
-
Fig. 4 zeigt eine im Wesentlichen mit der aus Fig.3 ersichtlichen
identischen Anordnung. Die Wärmequelle, aus der die zu speichernde Wärmeenerqie
gewonnen wird, soll sich auf einem höheren Temperaturniveau befinden als der Wärmespeicher.
Daher kann die Wärme direkt über einen Wasserkreislauf in den Wärmespeicher eingespeichert
werden.
-
Fig.5 zeigt eine der in Fig.3 gezeigten Anordnung .Ihnliche Anordnung,
bei der lediglich der Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 9 durch den Luft-Kältemittel-Warmetauscher
10 ersetzt wird. In diesem wird aus der Umgebungsluft, die sich auf einem niedrigeren
Temperaturniveau als der Wärmespeicher befindet, Wärmeenergie entnommen durch die
Wärmepumpe auf ein höheres Temperaturniveau gebracht und im Wärmespeicher gespeichert.
-
Bei der aus Fig.6 ersichtlichen Anordnung ist in Abänderung derjenigen
in Fig.5 der Luft-Wasser-ärmetauscher 11 vorgesehen.
-
Diese Anordnung kann dann verwendet werden, wenn sich die Außenluft,
die als Wärmequelle verwendet wird, auf einem höheren Temperaturniveau befindet,
als der Wärmespeicher.
-
Die von dem Luft-Wasser-PJärmetauscher 11 aus der Luft entnommene
Wärme kann durch den Wasserkeislauf dem Wärmespeicher direkt zugeführt werden.
-
Die Fig.7 und 8 zeigen die mögliche Ausgestaltung der Wärmeentnahme
aus dem Wärmespeicher 3. Fig.7 zeigt die Wärmeentnahme-Anordnung, wenn sich der
Wärmespeicher auf einem niedrigeren Temperaturniveau befindet als der benötigten
Ge-brauchstemperatur, z.B. einer Zentralheizung.
-
Die mittels des Wärmetauschers 4 aus dem Wärmespeicher 3 entnommene
Wärmeenergie wird durch die Wärmepumpe auf ein höheres Temperaturniveau gebracht
und in dem Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 9 an den Gebrauchsrohrkreislauf, z.B.
eine Heizungsanlage abgegeben.
-
Bei der aus Fig.8 ersichtlichen Anordnung bedarf es keiner Wärmepumpe,
weil sich der Wärmespeicher 3 auf dem gleichen oder einem höheren Temperaturniveau
befinden soll als der Gebrauchstemperatur. Die Wärme kann daher unmittelbar mittels
des Wärmetauschers 4 aus deln Wärmespeicher entnommen werden.
-
Bei allen anhand der Fig.1 bis 6 beschriebenen Anordnunnen können
auch Zusatzheizungen für die Lieferunq von Wärme in den Wärmespeicher vorgesehen
werden. Außerdem sind auch mehrere, verschiedene gleichzeitig auf den gleichen Wärmespeicher
arbeitende Anordnungen möglich.
-
In den Fig.9 und 10 sind mögliche Busführungsformen des Wärmespeichers
gezeigt. Er besteht aus einem hermetisch geschlossenen, drucklosen allseitig wdrmeisolierten
Behälter 12 aus nicht korrodierendem Werkstoff, wie Runststoff oder nicht korrodierendem
Stahl. In diesem sind in mehreren Ebenen übereinander, beispielsweise spiralförmig
die Wärmetauscherrohre 13 anqeordnet, deren äußere Oberfläche glatt oder gerippt
ausgebildet sein kann. Zur aleichmäßigen Verteilung des wärmespeichernden Stoffes
im Behälter kann entweder eine aus Ansaugstutzen 14, Pumpe 15, Verteilerrohr 16
und Düsenrohren 17 bestehend Anordnung, (Fig.9) oder ein Magnetrührer 18 voroesehen
sein. Diese bewirken eine Aufwirbeluna des festen Bodensatzes und damit eine bessere
Wärmeübertragung an die Wärmetauscherrohre (erzwungene Konvektion) und eine gleichmäßige
Rekristallisation durch Verteilung der Imnfkristalle (Bodensatz).
-
Fig. 11 zeigt die mögliche Ausffihrungsform eines Wärme speichers
für eine Speichertemperatur zwischen -200C und + 50C. In diesem Fall muß in dem
Behälter 12 ein nicht mit dem wärmespeichernden Stoff gefülltes Volumen vorhanden
sein, damit Raum für dessen Ausdehnung vorhandeln ist.
-
L e e r s e i t e