DE2704938A1

DE2704938A1 - Vorrichtung zur verlustarmen speicherung von waermeenergie in einem waermespeicher und zur verlustarmen entnahme der gespeicherten waermeenergie aus diesem waermespeicher

Info

Publication number: DE2704938A1
Application number: DE19772704938
Authority: DE
Inventors: Uwe Hansen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-02-07
Filing date: 1977-02-07
Publication date: 1978-08-10

Description

Vorrichtung zur verlustarmen Speicherung von Wärmeenergie
in einen Wärmespeicher und zur verlustarmen Entnahme der gespeicherten Wärmeenergie aus wiesen Wärmespeicher Das Hauptpatent (Patentmeldung p 27.oo.822.6) betrifft ein Verfahren zur verlustarmen Speicherung von Wärmeenergie in eine Wärmespeicher un zur verlustarmen Entnahme der gespeicherten Wärmeenergie aus diesem Wärmespeioher unter Verwendung eines als Wärmeträger geeigneten Strömungemediums, vorzußsweise von Flüssigkeiten, die zur Speicherung der Wärmeenergie im Umlaufbetrieb die Energiequelle und den speicher, und zur entnahme der gespeicherten Wärmeenergie im Umlaufbetrieb den Wärmespeicher und den Verbraucher durch.
fließen, daß zum Abgeben und Speichern der von dem strömungsmedium von der Energiequelle aufgenommenen Wärmeenergie an die Wärmespeichermasse des Wärmespeichers dieser von dem Strömungsmedium von seinem Zentrum her lagenweise, vorsugsweise 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.
Dieses Verfahren bewirkt, daß der Wärmespeicher während des Speichervorganges von innen her nach außen aufgeheizt, und daß dem Wärmespeicher während des Entnahmevorganges von außen nach innen Wärmeenergie entzogen wird.
Es wird im Hauptpatent ausgeführt, daß zu diesem Zweck über einen in dem Wärmespeicher angeordneten Rohrleitungsballen, das von der Energiequelle erwärmte Strömungsmedium in den Kern des Wärmespeichers eingeführt und unter ständiger Wärmeabgabe an die Wärmespeichermasse durch das Rohrleitungesystem zum äußeren Umfang des Wärmespeichers und nach dem Austritt zum Wiederaufwärmen zur Energiequelle zurüokgeführt wird. Da das Strömungsmedium bei seinem Eintritt in den Kern des Wärmespeichers die höchste Temperatur besitzt, wird während des Speichervorganges zunächst auch der Wärmespeioherkern die höchste Temperatur aufweisen, die zum äußeren Umfang hin ständig abnimmt.
Ein sehr wesentliches Anwendungsgebiet dieser Wärmespeicher wird die Speicherung von Sonnenwärme sein. Diese Wärme wird, hauptsächlich im Sommer, von Sonnenkollektoren gewonnen, und zur Verwendung für kühlere Zeitbereiche in solche Wärmespeicher geleitet und dort aufgefangen.
Nun ist jedoch allgemein bekannt, daß die Sonne über das Jahr gesehen, und sogar sohon im Laufe eines Tages, mit sehr unterschiedlicher Intensität soheint, so daß die von den Sonnenkollektoren gewonnene Wärmeenergie, die über ein Strömungsmedium dann dem Wärmespeicher zugeführt wird, zum Teil stark untersohiedliche Temperaturen aufweisen kann.
Tritt jetzt der Fall ein, daß das dem Kern des Wärmespeichers zugeführte Strömungsmedium eine geringere Temperatur aufweist, als der Kern selbst, wird dem Kern des Wärmespeichers durch das einfließende Strömungsmedium unerwünschterweise Wärme -energie entzogen, und von diesem in Richtung äußeren Umfang des Wärmespeichers transportiert. Die Aufgabe der vorliegenden Zusatzerfindung besteht darin, den vorstehend geschilderten unerwünschten Wärmeentzug aus dem Wärmespeicherkern zu verhindern, ohne allerdings auf die Speicherung von Wärmeenergie von geringerer Temperatur als im Kern des Wärmespeichers vorhanden verzichten zu müssen. Zur Lösung dieser Aufgabe wird in weiterer Ausgestaltung des Gegenstandes des Hauptpatentes erfinctgungsgemäß vorgeschlagen, daß in dem Wärmespeicher wenigstens zwei voneinander unabhängige, das Strömungsmedium führende Rohrleitungswickel vorgesehen sind, von denen der eine als innerer Kernwickel und der andere als wenigstens ein an den vorhergehenden anschließenden Ringwickel ausgebildet ist, daß beide Rohrleitungswickel mit der Energiequelle und mit dem Verbraucher über Rohrleitungen jeweils kreislaufmäßig verbunden sind, und daß während des Speichervorganges die Energiequelle, und während des Entnahmevorganges der Verbraucher über je ein temperaturabhängig steuerbares Ventil von dem Kernwickel auf den Ringwickel und umgekehrt umsohaltbar ist. Besonders während Übergangs Jahreszeiten von Soniler auf Winter und umgekehrt, ist es oft erforderlich, Wärme zum Beheizen aus dem Wärmespeicher zu entnehmen, und gleichzeitig könnte aufgrund der noch ausreichenden Sonnenstrahlung Wärmeenergie gewonnen und in aem Wärmespeicher gespeichert werden. Da nun aber der ärmespeicher zum Speichern der Wärmeenergie und zum Entnehmen von Wärmeenergie von dem Strömungsmedium gegenläufig durchströmt werden muß, ist immer nur eine Möglichkeit zur Zeit, also entweder nur Speichern oder nur Entnehmen, möglich.
Dieser Nachteil soll durch die vorliegende Zusatzerfindung ebenfalls vermieden werden. Zum Beheben dieses Nachteils wird in zweckmäßiger Ausgestaltung des Gegenstandes des Hauptpatentes erfindungsgemäß weiter vorgeschlagen, daß jeder in dem Wärmespeicher vorgesehene Rohrleitungswickel aus je zwei nebeneinanderlaufenden, voneinander getrennten Rohrleitungen besteht, von denen die eine Rohrleitung mit der Energiequelle und die andere Rohrleitung mit dem Verbraucher verbunden ist. Auf diese Weise wird in einfacher Weise ermöglicht, daß der Wärmespeicher gegenläufig, also zum Speichern und zum Entnehmen, gleichzeitig durchströmt werden kann.
Die Erfindung wird anhand der gezeichneten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen: Fig. 1: eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem in dem Wärmespeicher vorgesehenen Kernwickel und einem an diesen anschließenden Ringwickel Fig. 2s eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem in dem Wärmespeicher vorgesehenen Rohrleitungswickel, bestehand aus zwei nebeneinanderlaufenden, voneinander getrennten Rohrleitungen.
In den Figuren 1 und 2 sind übereinstimmende Teile mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet. In beiden Figuren ist mit 1 der schematisiert dargestellte Wärmespeicher in seiner Gesamtheit bezeichnet. Mit 2 ist die Energiequelle und mit 3 ist der Verbraucher bezeichnet.
Die Rohrleitungen 4, 4.1 stellen zwischen dem Wärmespeicher 1 und dem Verbraucher 3 und die Rohrleitungen 5, 5.1, zwischen der Energiequelle 2 und dem Wärmespeicher 1 die Kreislaufverbindung her. 6 und 7 sind zwei Umwälzpumpen, von denen die Umwälzpumpe 6 in die Rohrleitungen 4.1 des Verbraucherkreislaufs und die Umwälzpumpe 7 in die Rohrleitungen 5.1 des Speicherkreislaufs eingeschaltet ist.
Der Wärmespeicher 1 besteht aus einer die äußere Begrenzung bildende dünne Isolierschicht 8, dem als Wärmespeicheraasse 9 eingebrachten Erdreich.und dem Rohrleitungasystem lo.
Das Rohrleitungesystem 1o besteht in Fig. 1 aue zwei voneinander unabhängigen ballenartig gewickelten Rohrleitungen, einen Kernwickel 11 und einem daran anschließenden Ringwickel 12. Die beiden inneren Rohrenden des Kernwickels 11 und des Ringwickels 12 sind sowohl durch die Rohrleitungen 4 unter Zwischenschaltung eines temperaturabhängig steuerbaren Ventils 13 mit dem Verbraucher 3 als auch durch die Rohrleitungen 5 unter Zwischenschaltung eines weiteren temperaturabhängig steuerbaren Ventils 14 mit der Energiequelle 2 verbunden. Die beiden äußeren Enden des Kernwiokels 11 und des Ringwickels 12 sind zu einem Ende zusammengefaßt, und über die Rohrleitungen 4.1 und 5.1 ebenfalls sowohl mit der Energiequelle 2 als auch mit dem Verbraucher 3 verbunden.
In Fig. 2 besteht das Rohrleitungesystem 1o aus einem Rohrleitungswickel mit zwei nebeneinanderlaufenden voneinander unabhängigen Rohrleitungen 15 und 16, von denen die Rohrleitung 15 mit ihren beiden Enden über die Leitungen 4 und 4.1 mit dem Verbraucher 3 una die Rohrleitung 16 über die Leitungen 5 und 5.1 mit der Energiequelle 2 verbunden sind.
Wirkungsweise des Ausfuhrungsbeispiele gemäß Fig. 1 8 Figur 1t 1) speichervorgang Während des Speichervorganges ist die Umwälzpumpe 7 in Tätigkeit, während die Umwälzpumpe 6 ausgeschaltet ist.
Der Stromlauf des Strömungsmediums, welches von der Umwälzpumpe 7 umgewälzt wird, ist so gerichtet, daß je nach Stellung des Ventils 14 entweder dem Kernwickel 11 oder dem Ringwickel 12 das von der Energiequelle 2 erwärmte Strömungsmedium über die innerate Rohrleitungswicklung zugeführt und über die jeweils äußerste Rohrleitungswioklung zum erneuten Erwärmen zur Energiequelle 2 zurückgeführt wird. Die Schaltstellung des ventils 14 hängt davon ab, ob die Einlauftemperatur des Strömungsmediums in den jeweiligen Rohrleitungewiokel 11 bzw. 12 wärmer oder kälter ist, als die dort vorhandene aufgeheiste Wärmespeichermasse 9. Ist das Strömungsmedium wärmer als die im Wärmespeicher 1 bis dahin gespeicherte Wärmeenergie, bleibt das Ventil 14 in der dargestellten Stellung, und das Strömungsmedium wird dem ZEntrum des Kernwiokels 11 zugeführt. Sinkt die Temperatur des Strömungsmediums unter die in diesem Zentrum vorhandene Temperatur, wird daß Ventil 14 in seine andere schaltstellung umgesctet, so daß das Strömungsmedium jetzt dem inneren Teil des Ringwickels 12 zugeführt wird.
2) Entnahme vorgangs Während des Entnahmevorganges von Wärmeenergie aus dem Wärmespeicher 1 ist die Umwälzpumpe 7 außer Tätigkeit und die Umwälzpumpe 6 in Betrieb. Die Umwälzrichtung des Strömungsmediums ist so gerichtet, daß je nach Stellung des Ventils 13 dem Verbraucher 3 Wärmeenergie entweder aus dem Zentrum des Kernwickels 11 oder aus dem Inneren des Ringwickels 12 her zugeführt wird. Aus welchem der beiden Rohrleitungswickeln 11, 12 Wärmeenergie dem Verbraucher 3 zugeführt wird, ist davon abhängig, in den einzelnen wieviel/Rohrleitungswickeln 11, 12 gespeichert ist.
Wirkungsweise des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 2s Um zu erreichen, daß in dem Wärmespeicher 1 gleichzeitig Wärme energie gespeichert und auch entnommen werden kann, ist jeder einzelne Rohrleitungswickel (in der Figur ist nur einer dargestellt) des Wärmespeichers 1 aus zwei nebeneinander laufenden voneinander unabhängigen Rohrleitungen 15 und 16 gebildet. Zum Speichern von Wärmeenergie wird das Strömungsmedium von der Umwälzpumpe 7 über die Energiequelle 2 und die Verbindungsrohrleitung 5 in das Zentrum des Rohrleitungswickels 1o geleitet und über die Rohrleitung 16 zum äußeren Umfang des Wärmespeichers 1 und weiter über die Verbindungsrohrleitung 5.1 zurück zur Energiequelle ? geführt.
Zum Entnehmen von Wärmeenergie aus dem Wärmespeicher 1 wird das Strömungsmedium mittels der Umwälzpumpe t über die Leitung 15 des Rohrleitungswickels 1o aus dem Zentrum des Wärmespeichers 1 heraus über die Verbinaungsrohrleitung 4 dem Verbraucher 3 zugeführt und wird über die Verbindunge rohrleitung 4 dem Verbraucher 3 zugeführt und wird über die Verbinaungsrohrleitung 4.1 von äußeren Rand des Wärmespeichers 1 her zurück in die Rohrleitung 15 geführt.

Claims

Patentansprüche 1) Vorrichtung zur verlustarmen Speicherung und Wärmeenergie in einem Wärmespeicher und zur verlustarmen Entnahme der gespeicherten Wärmeenergie aus diesem Wärmespeicher unter Verwendung eines als Wärmetrager geeigneten Strömungsmediums, vorzugsweise von Flüssigkeiten, die zur Speicherung der Wärmeenergie im Umlaufbetrieb die Energiequelle und den Speicher, und zur Entnahme der gespeicherten Wärmeenergie im Umlaufbetrieb den Wärmespeicher und den Verbraucher durchfließen, daß zum Angeben und Speichern der von dem Strömungsmedium von der Energiequelle aufgenommenen Wärmeenergie an die Wärmespeichermasse des Wärmespeichers dieser von dem Strömungsmedium von seinem Zentrum her lagenweise, vorzugsweise spiralförmig, nach außen in Richtung außeren Umfang durchflossen wird, und daß zur Entnahme von gespeicherter Wärmeenergie der Wärmespeicher von dem Strömungsmedium in entgegengesetzter Richtung durchflossen wird, nach Patent...

(Patentanmeldung P 27.00.822.6), dadurch gekennzeichnet, daß in dem Wärmespeicher (1) wenigstens zwei voneinander unabhängige, das Strämungsmedium führende Rohrleitungswickel (11,12) vorgesehen sind, von denen der eine als innerer Kernwickel (11) und der andere als wenigstens ein an der vorhernenden @asch@ene auf @@@wickel (12) ausgebildet ist, daß beide Rohrleitungswickel (11,12) mit der Energiequelle (2) und mit @@ vorbre@ner (3) aber Rohrleitungen (@,4.1 und @,5.1) @@w@lls Kreislaufmäßig verbunden sind, und daß wahre @speichervor@@es die Energiequelle (2) und während es Entnahmevorganges der Verbraucher (3) über je ein temperaturab@@i@ steuerbares Ventil (13,14) von dem Kernwickel (11) auf den @ginwickel (12) und ungekehrt umschaltbar ist.
2) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder in den Wärmespeicher (1) vorgesehene Rohrbreitzungswickel aus je zwei ebeneinanderlaufenden voneinander getrennten Rohrleitungen (1@,1@) besteht, von denen die eine Rohrleitung (16) mit der Energiequelle (2) und die andere Rohrleitung (15) mit dem verbraucher (3) verbunden ist.