DE2700822B2

DE2700822B2 - Verfahren zum Speichern von Wärmeenergie in einem Wärmespeicher und zur Entnahme der gespeicherten Wärmeenergie und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE2700822B2
Application number: DE2700822A
Authority: DE
Inventors: Uwe 2251 Schwabstedt Hansen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-01-11
Filing date: 1977-01-11
Publication date: 1978-10-26
Also published as: CA1103533A; BE862819A; CH628414A5; DE2700822C3; DE2700822A1; SE7800232L; US4219074A; FR2377015A1; NL7800336A; DK542277A; GB1585722A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Speichern von Wärmeenergie in einem Wärmespeicher und zur Entnahme der gespeicherten Wärmeenergie aus diesem Wärmespeicher unter Verwendung eines strömenden Wärmeträgermediums, das im Falle des Speicherns die Energiequelle und den Wärmespeicher und im Falle der Entnahme den Wärmespeicher und den Verbraucher in geschlossenem Kreislauf durchfließt. Die Erfindung betrifft auc!i eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Bei einem bekannten Verfahren dieser Art dient als Wärmespeichermasse gleichzeitig das als Wärmetriigermedium dienende Wasser. Dieses Wasser wird in liinem als Wärmespeicher dienenden Behälter, z. B. einem Stahl- oder Betonbehälter, aufgeheizt, dem Verbraucher mittels einer Pumpe zugeführt und nach Abgabe der Wärme wieder in den Speicher zurückgeführt.

Um Wärmeverluste in dem Speicherbehälter gering zu halten, werden die Wände des Speicherbehälters mit

ίο einer Wärmedämmschicht versehen. Um aber die Verlustmenge in einigermaßen vertretbaren Grenzen zu halten, muß die Dämmschicht in einer solchen Stärke (ciL 500 mm) ausgeführt werden, daß die wirtschaftliche Verwirklichung solcher Wärmespeicher von dem finanziellen Aufwand her als kaum durchführbar anzusehen waren.

Aufgabe dei Erfindung ist es daher, einen möglichst verlustarmen Wärmespeicher zu schaffen, bei dem ein solcher Aufwand für die Wärmedämmung nicht erforderlich ist. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß im Falle des Speicherns der Wärmespeicher von dem Wärmeträgermedium vom Zentrum des Wärmespeichers her schichtweise nach außen in Richtung des äußeren Umfanges und im Falle der Entnahme in entgegengesetzter Richtung durchflossen wird. Durch dieses schichtweise Aufheizen der Wärmespeichermasse des Wärmespeicher 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. Wenn aber dem Wärmespeicher Wärmeenergie entnommen wird, fließt gemäß dem Verfahren nach der Erfindung das Strömungsmedium vom äußeren Umfang des Wärme-Speichers senichtweise in Richtung Kern. Dabei wird das durch Abgabe der Wärmeenergie an den Verbraucher abgekühlte Wärmeträgermedium am äußeren Umfang das Wärmespeicher in diesen zurückgeführt, so daß der üblicherweise als Wärmeverlust abwandernde Wärmestrom zum größten Teil als Nutzwärme zum Wiedererwärmen des rückströmenden Wärmeträgermediums gewonnen wird. Es entsteht auf diese Weise innerhalb des Wärmespchers vom Kern zum äußeren Umfang ein mit zunehmender Entnahme von Wärmeenergie aus dem Wärmespeicher ein immer größer werdendes Temperaturgefälle, so daß die Temperaturdifferenz zwischen Wärmespeichermasse und Wärmespeicherwand im Bereich dieser Wand immer kleiner und der damit verbundene Verlustwärmestrom noch geringer wi rd.

Zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung wird ein Wärmespeicher vorgeschlagen, der dadurch gekennzeichnet ist, daß er aus einer das Würmeträgermedium führenden Rohrleitung besteht, welche lagenweise, vorzugsweise spiralförmig, zu einem Ballen gewickelt ist, daß die einzelnen Rohrleitungswkklungen, in einem solchen Abstand zueinander gewickelt sind, daß die Zwischenräume zum Einbringen einer die einzelnen Rohrleitungswicklungen umgebenes den Wärmespeichermasse ausreichend groß sind, und daß wenigstens zwei Rohrleitungsanschlüsse vorgesehen sind, von denen der eine Rohrleitungsanschluß sich an dem einen, am äußeren Umfang des Rohrleitungs-

wickeis befindlichen Rohrleitungsende und der andere Rohrleitungsanschluß sich an dem anderen, im Kern des Rohrleitungswickels befindlichen Rohrleitungsende befindet.

Um einen möglichst langsamen Wärmestrom innerhalb des Wärmespeichers zu erhalten, soll eine Wärmespeichermasse von geringerer Wärmeleitfähigkeit verwendet werden, die darüberhinaus leicht zu verarbeiten und möglichst billig sein soll. In ein^r zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung wird daher vorgeschlagen, daß als Wärmespeichermasse zwischen die einzelnen Rohrleitungswicklungen Erdreich eingebracht ist.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausbildung wird vorgeschlagen, daß zur Aufnahme des Wärmespeichers eine in der Erde vorgesehene Ausnehmung vorgesehen ist. Auf diese Weise wird der bisher übliche und sehr teure, aus Stahl oder Beton bestehende Behälter als tragende Konstruktion des Wärmespeichers überflüssig. Um jedoch eine Trennung zwischen Erdreich als Wärmespeichermasse und Erdreich als den Wärmespeicher als ganzes umgebendes Medium zu erzielen, wird weiter vorgeschlagen, daß zwischen dem Wärmespeicher und der diesen umgebenden Erde eine Trennschicht vorgesehen ist. Vorteilhafterweise ist diese Trennschicht als Wärmedämmschicht ausgebildet. Dies ist eine weitere Maßnahme, die ohnehin schon sehr geringen Wärmeverluste noch weiter zu verringern.

Um eine zusätzliche Steigerung der Aufnahme der Wärmeenergie in dem Wärmespeicher zu erzielen, wird in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, daß der Wärmespeichermasse, vorzugsweise im Kern des Wärmespeichers, eutektische Materialien beigemischt sind.

Die Erfindung wird anhand des gezeichneten Ausführungsbeispiel erläutert.

In der Figur ist der Wärmespeicher als ganzes mit 1 bezeichnet, wobei er zur Verdeutlichung seiner Funktionsweise lediglich als flächiges Gebilde dargestellt ist. Mit 2 ist die Energiequelle, mit 3 der Verbraucher und mit 4 die Ventilsteuereinrichtung, die im wesentlichen aus einem Ventil 12 mit den beiden Schaltstellungen 13 und 14 besteht, bezeichnet. Das Ventil 12 ist aus Veranschaulichungsgründen als Schalter dargestellt. Der Wärmespeicher 1 besteht aus einer das Wärmeträgermedium führenden Rohrleitung 5, die lagenweise zu einem Ballen gewickelt ist, mit dem Rohrleitungsanschluß 7 am äußeren Umfang des Ballens und dem Rohrleitungsanschluß 6 im Zentrum des Ballens. Die Rohrleitung 5 ist in als Wärmespeichermasse 8 dienendes Erdreich eingebettet, welche von einer Trenn- bzw. Wärmedämmschicht 9 umgeben ist und den Wärmespeicher 1 damit von dem diesen umgebenden Erdreich 10 trennt.

Der Wärmespeicher 1 ist über die Rohrleitungsanschlüsse 6 und 7 mit einem Rohrleitungsnetz 11 verbunden, über welches der Wärniespeicher 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 Wärmespeichers 1 mit der Energiequelle 2 oder dem Verbraucher 3 geschieht 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 Wärmeträgermediums zwischen Wärmespeicher 1 und der Energiequelle 2 ist hergestellt. Gleichzeitig hiermit wird die Strömungsrichlung des Wänneträgermediums eingestellt, so daß das durch die Energiequelle 2 erwärmte Wärmeträgermedium über den Rohrleitungsanschluß der Rohrleitung 5 zunächst in den Kern des Wärmespeichers 1 und unter Abgabe der Wärmeenergie an die Wärmespeichermasse 8 durch die Rohrleitung 5 zum äußeren Umfang des Wärmespeichers 1 gelangt. Dann wird das abgekühlte Wärmeträgermedium über den Rohrleitungsanschluß 7 und das Rohrleitungsnetz 11 zurück zur Energiequelle 2 geführt. Dieser Umlaufvorgang wird so oft wiederholt, bis der Wärmespeicher 1 die gewünschte Wärmeenergie gespeichert hat.

Entnahmevorgang:

Hierzu wird der Kreislauf des Wärmeträgermediums zwischen Wärmespeicher 1 und dem Verbraucher 3 durch Umstellen den Ventils 12 in Stellung t4 unter gleichzeitigem Unterbrechen des Kreislaufes durch die Energiequelle 2 hergestellt. Hierbei wird die Sti ömungsrichtung des Wärmeträgermediums entgegengesetzt zu der Strömungsrichtung während des Speichervorganges eingestellt, so daß das im Wärmespeicher 1 erwärmte Wärmeträgermedium über den Rohrleitungsanschluß 6 der Rohrleitung 5 aus dem Kern des Wärmespeichers 1 entnommen und nach Abgabe der Wärmeenergie an den Verbraucher 3 durch das Rohrleitungsnetz 11 über den Rohrleitungsanschluß 7 der Rohrleitung 5 an dem äußeren Umfang des Wärmespeichers 1 zurückgeführt wird. Entsprechend der Entnahme von Wärmeenergie aus dem Wärmespeicher 1 wandert das Wärmeträgermedium unter Wiederaufnahme von Wärmeenergie durch die Rohrleitungswindungen hindurch zum Kern des Wärmespeichers 1.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche: 27 OO 822

1. Verfahren zum Speichern von Wärmeenergie in einem Wärmespeicher und zur Entnahme der gespeicherten Wärmeenergie aus diesem Wärmespeicher unter Verwendung eines strömenden Wärmeträgermediums, das im Falle des Speicherns die Energiequelle und den Wärmespeicher und im Falle der Entnahme den Wärmespeicher und den Verbraucher in geschlossenem Kreislauf durchfließt, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle des Speicherns der Wärmespeicher von dem Wärmeträgermedium vom Zentrum des Wärmespeichers her schichtweise nach außen in Richtung des äußeren Umfanges und im Falle der Entnahme in entgegengesetzter Richtung durchflossen wird.

2. Wärmespeicher zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmespeicher (1) aus einer das Wärmeträgermedium 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 Wärmespeichermasse (8) ausreichend groß sind, und daß wenigstens zwei Rohrleitungsanschlüsse (6, 7) vorgesehen sind, von denen der eine Rohrleitungsanschluß (7) sich an dem einen, am äußeren Umfang des Rohrleitungswickels befindlichen Rohrleitungsende und der andere Rohrleitungsanschluß (6) sich an dem anderen, im Kern des Rohrleitungswickels befindlichen Rohrleitungsende befindet.

3. Wärmespeicher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Wärmespeichermasse (8) zwischen die einzelnen Rohrleitungswicklungen Erdreich eingebracht ist.

4. Wärmespeicher nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufnahme des Wärmespeichers (1) eine in der Erde (10) vorgesehene Ausnehmung dient.

5. Wärmespeicher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Wärmespeicher (1) und der diesen umgebenden Erde (10) eine Trennschicht (9) vorgesehen ist.

6. Wärmespeicher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennschicht (9) als Wärmedämmschicht ausgebildet ist.

7. Wärmespeicher nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmespeichermasse (8), vorzugsweise im Kern des Wärmespeichers (1) eutektische Materialien beigemischt sind.