DE2700822A1

DE2700822A1 - Verfahren und vorrichtung zur verlustarmen speicherung von waermeenergie in einem waermespeicher und zur verlustarmen entnahme der gespeicherten waermeenergie

Info

Publication number: DE2700822A1
Application number: DE19772700822
Authority: DE
Inventors: Uwe Hansen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-01-11
Filing date: 1977-01-11
Publication date: 1978-07-20
Also published as: DE2700822B2; GB1585722A; FR2377015A1; US4219074A; NL7800336A; CH628414A5; DK542277A; BE862819A; SE7800232L; CA1103533A; DE2700822C3

Description

Uwe Hansen ' T' 2251 schwabstedt, den Θ.1.1977 ————— Am Mühlenberg 1

Verfahren und vorrichtung zur verlustarmen Speicherung von Wärmeenergie in einem Wärmespeicher und zur verlustarmen Entnahme der gespeicherten Wärmeenergie.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur verlustarmen speicherung von Wärmeenergie in einem Wärmespeicher und zur veriustarmen Entnahme der gespeicherten Wärmeenergie aus diesem Wärmespeicher, unter Verwendung eines als Wärmeträger geeigneten Strömungsmediums, vorzugsweise von Flüssigkeiten, die zur Speicherung der Wärmeenergie im Umlaufbetrieb die Energiequelle und den Wärmespeicher, und zur Entnahme der gespeicherten Wärmeenergie im Umlaufbetrieb den Wärmespeicher und den Verbraucher durchfließen.

Bei der vorausgesetzten bekannten Speicherung und der Entnahme der gespeicherten Wärmeenergie aus dem Wärmespeicher, dient als Wärmeepeiohermasse gleichzeitig das zur Wärmeübertragung ale strämungsmedium dienende Wasser. Dieses Wasser wird in einem als Wärmespeicher dienenden Behälter, meist Stahl- oder Betonbehälter, aufgeheizt und aus diesem durch örtliche Entnahme im Umwälzverfahren dem Verbraucher zugeführt.

Aufgrund der relativ guten wärmeleitung des Wassers, unter-

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stützt durch das ständige vermischen durch den umwälzbetrieb, hat das Wasser in dem Becken das Bestreben, überall schnell für einen Temperaturausgleich zu sorgen. Je größer also das Temperaturgefälle, um so größer ist auch die Wärmemenge,die in Richtung des Temperaturgefälles strömt. Da nun aber das größte Temperaturgefälle, in diesem Fall am übergang zwischen dem erwärmten v/asser und der Behälterwandung vorhanden ist, tritt ein ständiger Wärmestrom von der Mitte des Wasserbeckens zum Beckenrand auf und geht dort als Nutzwärme verloren. Da dies aber unerwünscht ist, wurden die Beckenwandungen gemäß dem bekannten Wärmespeicher mit einer Isolationsschicht versehen. Um aber die Verlustmengen in einigermaßen vertretbaren Grenzen zu halten, mußten die Isolationsschichten in einer solchen Stärke (ca. 5oo mm) ausgeführt werden, daß die wirtschaftliche Verwirklichung solcher Wärmespeicher von dem finanziellen Aufwand her als kaum durchführbar anzusehen waren.

Aufgabe der Erfindung war es daher, diese Naditeile zu vermeiden, also einen möglichst verlustarmen Wärmespeicher zu schaffen, ohne einen solchen Aufwand an Isolation treiben zu müssen. Diese Aufgabe wird gemäß dem erfindungegemäßen verfahren dadurch gelöst, daß zum Abgeben und Speichern der von dem strömungsmedium von der Energiequelle aufgenommenen Wärmeenergie an die Wärmespeichermasse des Wärmespeichers dieser von dam strömungsmedium

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von seinem Zentrum her lagenweiee, vorzugsweise spiralförmig, nach außen in Richtung äußeren Umfang, durchflossen wird, und daß zur Entnahme von gespeicherter Wärmeenergie der Wärmespeicher von dem Strömungsmedium in entgegengesetzter Richtung durchflossen wird.

Durch dieses lagenweise Aufheizen der Wärmespeichermasse des Wärmespeichers von innen her zum äußeren Umfang wird der in dieser Richtung durch das herrschende Temperaturgefälle bedingte Wärmestrom als Nutzwärme so lange mit ausgenutzt, bis der Extremfall eingetreten ist, daß der Wärmespeicher voll aufgeheizt ist, d.h. am Rand des Wärmespeichers ist die Temperatur ebenso hoch wie im Kern, in diesem Moment würde hier ein vergleichbar hoher Wärmeverlust auftreten wie bei der vorstehend erwähnten, bekannten Speichervorrichtung. In dem Moment aber, wo bei dem Wärmespeicher gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren Wärmeenergie entnommen wird, fließt das strömungsmedium vom äußeren Umfang des Wärmespeichers lagenweise in Richtung Kern, so daß das durch Abgabe der Wärmeenergie an den Verbraucher abgekühlte strömungsmedium an den äußeren Umfang in den Wärmespeicher zurückgeführt wird, und so der normalerweise als Wärmeverlust abwandernde Wärmestrom zum größten Teil als Nutzwärme zum Wiedererwärmen des Strömungsmediums gewonnen wird. Es entsteht auf diese Weise innerhalb des Wärmespeichers vom Kern zum äußeren Umfang «in mit zunehmender Entnahme von Wärmeenergie aus

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dem Wärmespeicher ein immer größer werdendes Temperaturgefälle, so daß die Temperaturdifferenz zwischen Wärme -Speichermasse und Wärmespeicherwandung immer kleiner und der damit verbundene Verlustwärmestrom nooh geringer wird.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine verrichtung vorgeschlagen, die zweckmäßig daring besteht, daß der Wärmespeicher aus einer das strömungsmedium führenden Rohrleitung besteht, welche lagenweise, vorzugsweise spiralförmig, zu einem Ballen gewickelt ist, daß die einzelnen Rohrleitungswicklungen, in einem solchen Abstand zueinander gewickelt sind, daß die zwischenräume zum Einbringen einer die einzelnen Rohrleitungswicklungen umgebenden Wärmespeichermasse ausreichend groß sind, und daß wenigstens zwei Rohrleitungsanschlüsse vorgesehen sind, von denen der eine Rohrleitungsansohluß eich an dem einen, am äußeren Umfang des Rohrleitungswiokels befindlichen Rohrleitungsende und der andere Rohrleitungsansohluß sich an dem anderen im Kern des Rohrleitungswiokels befindlichen Rohrleitungsende befindet·

IJm einen möglichst langsamen Wärmestrom innerhalb des Wärmespeichere zu erhalten, soll eine Wärmeepeiohermaaee von geringerer wärmeleitfähigkeit verwendet werden, die darüberhinaus OfcLcht zu verarbeiten und möglichst billig sein soll. In einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Er-

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findung wird daher vorgeschlagen, daß als Wärmespeiohermasse zwischen die einzelnen Rohrleitungswicklungen Erdreich eingebracht ist.

Vorteilhafterweise wird vorgeschlagen, daß zur Aufnahme des Wärmespeichers eine in der Erde vorgesehene Ausnehmung vorgesehen ist. Auf diese Weise wird der bisher üblich· und sehr teure, aus stahl oder Beton bestehende Behälter als tragende Konstruktion des Wärmespeichers überflüssig, da diese Aufgabe erfindungsgemäß ja vom Erdreich übernommen wird. TJm jedoch eine Trennung zwischen Erdreich als Wärmespeichermasse und Erdreich als den Wärmespeicher als ganzes umgebendes Medium zu erzielen, wird zweckmäßig vorgeschlagen, daß zwischen dem Wärmespeicher und der diesen umgebenden Erde eine Trennschicht vorgesehen ist. Vorteilhafterweise ist diese Trennsdicht als isolierschicht ausgebildet. Dies ist eine weitere Maßnahme, die ohnehin schon sehr geringen Wärmeverluste noch weiter zu verringern.

Um eine zusätzliche steigerung der Aufnahme der Wärmeenergie des Wärmespeichers zu erzielen, wird in zweokmäßiger Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, daß der wärmespeiohermasse, vorzugsweise im Kern des Warmespeichere, eutektische Materialien beigemisoht sind·

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Die Erfindung wird anhand des gezeichneten Ausführungsbeispiels erläutert.

In der Figur ist der Wärmespeicher als ganzes mit 1 bezeichnet, zur Verdeutlichung seiner Funktionsweise lediglich als flächiges Gebilde dargestellt. Mit 2 ist die Energiequelle, mit 3 der Verbraucher und mit 4 die Ventilsteuereinrichtung, uie im wesentlichen aus einem Ventil mit aen beiden Schaltstellungen 13 und 14 besteht, bezeichnet. Das Ventil 12 ist aus Veranschaulichungsgründen als Schalter aargestellt. Der Wärmespeicher 1 besteht aus einer das Strömungsmedium führenden Rohrleitung 5» die lagenweise zu einem Ballen gewickelt ist, mit dem Rohrleitungsanschluß 7 ^am äußeren Umfang des Ballens und dem Rohrleitungsansohluß 6 im Zentrum des Ballens. Die Rohrleitung 5 ist in als Wärmespeichermasse θ dienendes Erdreich eingebettet, welche von einer isolierschicht 9 umgeben ist, und den Wärmespeicher 1 damit von dem diesen umgebenden Erdreioh 1o trennt.

Der Wärmespeicher 1 ist über die Rohrleitungsanschlüsse 6 und 7 mit einem Rohrleitungsnetz 11 verbunden, über welches diese einerseits zum Speichern von Wärmeenergie mit der Energiequelle 2, und andererseits zum Abgeben von Wärmeenergie mit dem verbraucher 3 verbunden werden kann. Dieses wahlweise verbinden des Wärmespeiohers 1 mit der Energiequelle 2 oder dem Verbraucher 3 geschieht

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mittels der Ventilsteuereinrichtung 4.

Speichervorgang;

Zum Speichern von Wärmeenergie in dem wärmespeicher 1 wird das Ventil 12 in stellung 13 verschoben und der Kreislauf des Strömungsmediums zwischen Wärmespeicher 1 und der Energiequelle 2 ist hergestellt. Gleichzeitig hiermit wird die Strömungsrichtung des Strömungsmediuma eingestellt, die das duroh die Energiequelle 2 erwärmte Strömungsmedium über den Rohrleitungsanschluß der Rohrleitung 5 zunächst in den Kern des Wärmespeichers 1 und unter Abgabe der Wärmeenergie an die Wärmespeicher masse 8 duroh die Rohrleitung 5 zum äußeren Umfang des Wärmespeichers

tungs 1 und dann das abgekühlte strömungsmedium über den Rohrleianschluß 7 ^und· ^das Rohrleitungsnetz 11 zurüok zur Energiequelle 2 führt. Dieser UmlaufVorgang wird so oft wiederholt, bis der wärmespeicher 1 die gewünschte Wärmeenergie gespeichert hat.

Entnahmevorgang t

Hierzu wird der Kreislauf des Strömungsmediums zwischen Wärmespeicher 1 und dem Verbraucher 3 durch Umstellen des Ventils 12 in stellung I4 unter gleichzeitigem Unterbrechen des Kreislaufes durch die Energiequelle 2 hergestellt. Gleichzeitig wird die Strömungsrichtung des Strömungsmediums entgegengesetzt zu der Strömungsrichtung während des Speichervorganges eingestellt, so daß

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-y-. /ir

das durch die zum Wärmespeicher 1 gespeicherte wärmeenergie erwärmte strömungsmedium über den Rohrleitungsanschluß 6 der Rohrleitung 5 aus dem Kern des Warmespeichere 1 entnommen und nach Abgabe der Wärmeenergie an den Verbraucher 3 duroh das Rohrleitungsnetz 11 über den Rohrleitungsansohluß 1 der Rohrleitung 5 an dem äußeren Umfang des Wärmespeichers 1 zurückgeführt wird. Entsprechend der Entnahme von Wärmeenergie aus dem Wasserspeicher 1 wandert das Strömungsmedium unter Wiederaufnahme von wärmeenergie durch die Rohrleitungswindungen hindurch zum Kern des Wärmespeichers 1.

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ι ** ■ Leerseit

Claims

Uwe Hansen 2251 schwabstedt, den 8.1.1977

Patentansprüche

/1)\ Verfahren zur verlustarmen Speicherung von Wärmeenergie ^-^ in einem Wärmespeicher und zur verlustarmen Entnahme der gespeicherten Wärmeenergie aus diesem Wärmespeicher unter Verwendung eines als Wärmeträger geeigneten Strömungsmediums, vorzugsweise von Flüssigkeiten, die zur Speicherung der Wärmeenergie im TJmiaufbetrieb die Energiequelle una den speicher, und zur Entnahme der gespeicherten« Wärmeenergie im Umlaufbetrieb den Wärmespeicher una den Verbraucher durchfließen, dadurch gekennzeichnet, daß zum Abgeben und Speichern der von dem Strömungsmedium von der Energiequelle (2) aufgenommenen Wärmeenergie an die Wärmespeichermasse (8) des Wärmespeichers (1) dieser von dem Strömungsmedium von seinem Zentrum her lagenweise, vorzugsweise spiralförmig, nach außen in Richtung äußeren Umfang durchflossen wird, und daß zur Entnahme von gespeicherter Wärmeenergie der wärmespeicher (1) von dem Strömungsmedium in entgegengesetzter Richtung durchflossen wird.
2) Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmespeicher (1) aus

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ORIGINAL INSPECTED

einer das strömungsmedium führenden Rohrleitung (5) besteht, welche lagenweise, vorzugsweise spiralförmig, zu einem Ballen gewickelt ist, daß die einzelnen Rohrleitungswicklungen in einem solchen Abstand zueinander gewickelt sind, daß die Zwischenräume zum Einbringen einer die einzelnen Rohrleitungswicklungen umgebenden V/ärmespeichermasse (8) ausreichend groß sind, und daß wenigstens zwei Rohrleitungsanschlüsse (b,7) vorgesehen sind, von denen der eine Rohrleitungsanschluß (7) sich an dem einen, am äußeren Umfang des Rohrleitungswickels befindlichen Rohrleitungsende una der andere Rohrleitungsanschluß (6) sich an dem anderen, im Kern des Rohrleitungswickels befindlichen Rohrleitungsende befindet.
3) Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Wärmespeichermasse (8) zwischen die einzelnen Rohrleitungswicklungen Erdreich eingebracht ist.
4) Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufnahme des Wärmespeichere (1) eine in der Erde (1o) vorgesehene Ausnehmung vorgesehen ist*
5) Vorrichtung nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Wärmespeicher (1) und der diesen umgebenden Erde (1o) eine Trennschicht (9) vorgesehen ist*

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6) Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Trennschicht (9) ais isolierschicht ausgebildet ist.
7) Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5> dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmespeichermasse (8), vorzugsweise im Kern des Wärmespeichers (1) eutektische Materialien beigemischt sind.

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