DE2721173A1

DE2721173A1 - Waermespeicher

Info

Publication number: DE2721173A1
Application number: DE19772721173
Authority: DE
Inventors: Franz Kerner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-05-11
Filing date: 1977-05-11
Publication date: 1978-11-16

Description

PATENTANWALT DIPL-ING. J. WENZEL 7 STUTTGART HAUPTMANNSREUTE 46

Stuttgart.

Wärmespeicher

Die Erfindung betrifft einen Wärmespeicher, der auch als Wärmetauscher verwendbar ist, insbesondere zur Wohnraumbeheizung, mit einem die Wärme speichernden ortsfesten Medium in mindestens einem Behälter und einem den Wärmetausch bewirkenden flüssigen oder gasförmigen Strömungsmittel, für das mindestens ein Zu- und ein Abfluß in dem Behälter angeordnet ist.

Es sind bereits die verschiedensten Wärmespeicher dieser Art oekannt, sie sind zumeist in den verschiedensten Heizungen eingebaut. So zeigt z.B. der früher verwendete Kachelofen einen derartigen Wärmespeicher, bei dem die Kacheln die Wärme für mehrere Stunden speichern, die anschließend an den zu beheizenden Raum abgegeben wird. Dabei kann eine Luft-Zirkulation vorge-

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sehen sein, durch die weitere Räume beheizt werden können.

Die bekannten Nachtspeicherheizungen zeigen in der Regel große wärmeisolierte Wasserbehälter, die durch den Nachtstrom aufgeheizt werden, damit das warme Wasser am Tage zur Wohnraumheizung zur Verfügung· steht. Eine erneute Erwärmung erfolgt erst wieder des Nachts. Dadurch ergibt sich aber der Nachteil, daß Wasser infolge seines geringen spezifischen Gewichtes die Wärme vernältnismäßig schlecht speichert.

Weiter entnehmen die bekannten zur Wohnraumheizung verwendeten Wärmepumpen die erforderliche Verdampfungswärme vielfach dem Erdreich. Dies zeigt aber natürlich den Nachteil, daß das Erdreich eine verhältnismäßig sehr geringe Temperatur aufweist, aie in der Regel nur einige wenige Grad C über dem Gefrierpunkt liegt.

jer Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Wärmespeicher der eingangs erwähnten Art so zu verbessern, daß der Aufwand für seine Herstellung wesentlich verringert ist.

Jie Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung besteht darin, daß

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das die Wärme speichernde ortsfeste Medium ein Organisches Granulat aufweist.

Bevorzugt kann das Granulat Kieselsteine aufweisen, die bekanntlich im Vergleich zum Wasser ein etwa zweieinhalbfaches Wärmespeichervermögen aufweisen, da sie ein entsprechend größeres Gewicht haben. Dadurch kann der Wärmespeicher entsprechend kleiner gehalten sein, wodurch allein schon ein erheblich verringerter Aufwand bedingt ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist aber noch vorgesehen, daß der Behälter durch eine mit mindestens einer Folie ausgekleidete Bodenvertiefung gebildet ist.

Auf diese Weise ist der Aufwand noch weiter verringert, weil die Herstellung erheblich verbilligt ist.

Dabei ist gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung sehr vorteilhaft, daß die Bodenvertiefung vollständig mit dem Granulat gefüllt und mit Erde abgedeckt ist.

Auf diese V/eise kann der Behälter sehr groß ausgebildet sein, ohne daß ein besonderer Aufwand für die Versteifung im Innern des Behälters nötig ist. Da das Granulat den gesamten Raum des

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Behälters ausfüllt, können sich alle Wände und auch die Abdeckung auf dem Granulat abstützen, so daß jede Auskleidung des Behälters aus Oründen der Festigkeit unterbleiben kann. Da das Erdreich auch wieder mit einem Rasen oder dpi. versehen sein kann, entfällt auch die Beanspruchung irgendeines zusätzlichen bebauten Raumes, was natürlich eine weitere erhebliche Kosteneinsparung bedeutet.

Hierbei ist noch vorteilhaft, daß der Behälter im wesentlichen kubisch ausgebildet ist.

Diese Raumform zeigt den Vorteil, daß die Oberfläche des Behälters weitgehend ein Minimum bildet, noch kleiner wäre die Oberfläche, wenn sie als Kugelform ausgebildet sein würde, was aber bekanntlich etwas schwierig herzustellen ist.

Außerdem 1st weiter bevorzugt, daß der Behälter, wie für sich bekannt, mit einer Wärmeisolierschicht versehen ist.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele unter Hinweis auf die einzige Figur der Zeichnung.

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In dieser ist ein schematischer Schnitt durch eine erste Ausführ ungs form des erfindungsgemäßen Wärmespeichers dargestellt.

Bei dieser Ausführungsform ist der erfindungsgemäße Wärmespeicher 3 innerhalb des Erdreiches 4 angeordnet, was besonders bevorzugt 1st. Es handelt sich im wesentlichen um ein kubisches oder in Form eines Würfels ausgebildetes Erdloch 3, das mit einer Wärmeisolierschicht 5 und innen mit einer Folie 2 ausgekleidet ist. Darüber hat man das Erdreich 4 angeordnet. Dies ist deshalb leicht möglich, weil der gesamte Behälter 3 vollständig mit einem Oranulat 1 angefüllt ist, auf das sich die "Olle 2 und die Isolierschicht 5 mit dem sich daran anschließen den Erdreich abstützen. Bevorzugt kann es sich z.B. um Kieselsteine handeln, die bekanntlich in der Lage sind, erhebliche Kräfte zu übertragen, ebenso wie das Erdreich, so daß nach der erwähnten vollständigen Aufschüttung eine Einsturzgefahr des Be nälters überhaupt nicht vorhanden ist. Deshalb sind auch gar keine Sicherheitsvorschriften erforderlich, und der erfindungsgemäße Wärmespeicher kann auch deshalb mit geringstem Aufwand hergestellt werden.

Links sieht man das die Isolierschicht 5 durchdringende Zulaufrohr 6 und rechts das Ablaufrohr 7. Bevorzugt ist, daß Zu- und

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Ablauf mindestens an gegenüberliegenden Seiten angeordnet sind, so daß die Flüssigkeit, in der Regel Wasser, den gesamten Behälter durchdringen und dabei maximalen Wärmeaustausch durchführen muß.

Unterhalb des Behälters 3 ist ein weiterer Raum 8 bevorzugt angeordnet, der ebenfalls mit Kieselsteinen 1 gefüllt und mit einer Folie 9 ausgekleidet ist, dieser Raum ist jedoch nicht mit einem Isoliermaterial ausgekleidet, weil er dafür vorgesehen 1st, den Wärmeaustausch mit dem umgebenden Erdreich 4 auszuführen. Dieser Raum 8 ist für eine bekannte Wärmepumpe vorgesehen, was nicht weiter dargestellt ist, weil Wärmepumpen für sich bekannt sind.

Im nachfolgenden wird die Wirkungsweise des Erfindungsgegenstandes erläutert. Durch den Zuflußkanal 6 wird z.B. angewärmtes Wasser in den Behälter 3 mit den Kieselsteinen gepumpt. Da der Raum von den Kieselsteinen nur etwa zu 70 %_&UB gefüllt wird, strömt aas Wasser langsam weiter durch die Zwischenräume zwischen den Kieselsteinen und gelangt schließlich nach entsprechender Abgabe aes Wärmeinhalts des Wassers an die Kieselsteine in den Abflußkanal 7. Da der Behälter durch die Auskleidung mit der Folie im wesentlichen dicht ist, überträgt sich nach vollständiger Füllung des Behälters 3 der Druck auf die Abflußleitung 7, so

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daß ein Absaugen durch die Leitung 7 in der Regel nicht nötig ist.

Das durch den Abfluß 7 abströmende ffasserwlrd dann wieder einer Wärmequelle zugeführt, z.D. Sonnenkollektoren auf dem Dach eines Hauses. Nach der Erwärmung dort selbst wird das nunmehr wieder erwärmte Wasser in der Regel in den Einlaß 6 gepumpt, so daß sich ein ständiger Kreislauf ergibt. Dies ist dem Fachmann auf liesem Arbeitsgebiet ohne weiteres bekannt, so daß Einzelheiten nicht dargestellt werden müssen.

Selbstverständlich besteht die Möglichkeit, daß das erwärmte Wasser zusätzlich auch noch eine Wohnraumheizung durchläuft oder daß nur ein Teil des durch aie Sonnenkollektoren erwärmter. vvassers durch den Speicher 3 geleitet wird, während der andere Teil zur direkten Beheizunf des Hauses dienen kann. Autoerden, gönnen mehrere derartige Speicher nebeneinander vorgesehen sein, zumal die Erstellung sehr preisgünstig ist. Außerdem kann daneben oder darunter auch noch der Raum 8 für eine Wärmepumpe genutzt werden.

Der erwähnte Kreislauf wird in der Regel des Nachts so umgeschaltet, daß dem Speicher 3 die Wärme nunmehr entnommen wira. ies kann mittels des gleichen Zu- und Abflusses 6,7 erfolgen*

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Das durch die Leitung 6 einströmende Wasser wird dann durch den Speicher 3 erwärmt den Ablauf 7 verlassen und kann nun in die Heizkörper beispielweise einer Wohnraumheizung geleitet werden, wonach das auf diese Weise abgekühlte Wasser durch die Leitung 6 wieder eingeleitet werden kann, damit es erneut erwärmt wird. Der Unterschied des Nachtbetriebes gegenüber dem Tagbetrieb besteht in diesem bevorzugten Fall also lediglich darin, daß das eingeleitete Wasser abgekühlt ist, während bei der Verwendung von Sonnenkollektoren tagsüber erwärmtes Wasser eingeleitet wird.

Die Erfindung ist aber keineswegs an die erwähnte Schaltung gebunden, vielmehr bestehen zahlreiche weitere Möglichkeiten. Z.B. üesteht auch die Möglichkeit, den Durchlauf des Strömungsmittel eine Weile stillzulegen, um eine noch längere Zeit zum Wärmeaustausch vorzusehen.

Wenn z.B. tagsüber bei Sonnenschein erwärmtes Wasser eingeführt wird, so dient dies dazu, die Kieselsteine 1 zu erwärmen, die natürlich eine sehr große Oberfläche aufweisen, was für den Wärmeaustausch günstig ist. Des Nachts ist es dagegen umgekehrt, das kältere Wasser wird durch die wesentlich wärmeren Kieselsteine angewärmt.

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Bei zahlreichen weiteren Ausführungsformen besteht die Möglichkeit, den Wärmespeicher als freistehenden Behälter, in diesem Falle vorzugsweise in Kugelform, auszuführen, damit dann tatsächlich eine minimale Oberfläche im Vergleich zu dem Volumen des Granulates 1 vorliegt. Dies ist dem Fachmann verständlich, ohne daß dies zeichnerisch dargestellt ist, da dem Fachmann die Kugelform ohne weiteres bekannt ist.

Tm übrigen kann der Behälter 3 eine ganz beliebige Form annehmen. In jedem Falle entsteht durch die Erfindung der Vorteil, daß das anorganische Granulat 1, z.B. Kieselsteine, Schamottsteine oder ähnliches Material, eine sehr viel größere Wärmespeicherfähigkeit zeigt als lediglich Wasser, das durch die Erfindung nur zur Konvektion der Wärme Verwendung findet. Selbstverständlich kann jedes andere Strömungsmittel, wie insbesondere Luft, als Wärmeträger vorgesehen sein. Luft kann zwar noch sehr viel weniger Wärme konvektieren, doch ist bekanntlich infolge hoher Luftgeschwindigkeit möglich, pro Zeiteinheit ebenfalls erhebliche Wärmemengen zu fördern.

Die Verwendung von Granulat zeigt ferner den Vorteil, daß die Oberfläche der einzelnen zahlreichen Kieselsteine oder dgl. verhältnismäßig groß ist, so daß ein guter Wärmeübergang gewähr-

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leistet ist. Anorganisches Material ist bevorzugt, weil es nicht verrottbar ist·

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Schließlich ist auch noch bevorzugt, am oberen Rand des Be-

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hälters ein Ventil anzubringen, damit die Luft hierdurch entweichen kann. Um dieses Ventil einzusparen, könnte der Abfluß 7 in diesem oberen Bereich angeordnet sein, damit zu Beginn des Betriebes die Luft durch den Auslaß 7 entweichen kann. In diesem Falle ist bevorzugt, «en Einlaß 6 im unteren Bodenbereich des Behälters anzubringen, damit, wie oben schon erwähnt, das Konvektionsmlttel gezwungen wird, einen möglichst großen Teil des Behälters zu durchlaufen.

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Claims

Ansprüche

1.) Wärmespeicher, der auch als Wärmetauscher verwendbar ist, insbesondere zur Wohnraumbeheizung, mit einem die Wärme speichernden ortsfesten Medium in mindestens einem Behälter und einem den Wärmetausch bewirkenden flüssigen oder gasförmigen Strömungsmittel, für das mindestens ein Zu- und ein Abfluß in dem Behälter angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das die Wärme speichernde ortsfeste Medium ein^aörganisches Granulat (1) aufweist.

2. Wärmespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Granulat Kieselsteine (l) aufweist.

3. Wärmespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

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der Behälter durch eine mit mindestens einer Folie (2) ausgekleidete Bodenvertiefung (3) gebildet ist.

4. Wärmespeicher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenvertiefung (3) vollständig mit dem Granulat (1) gefüllt und mit Erde (Ί) abgedeckt ist.

5. Wärmespeicher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (3) im wesentlichen kubisch ausgebildet ist.

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ORIGINAL INSPECTED

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6, Wärmespeicher nach Anspruch 1 oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (3), wie für sich bekannt, mit einer Wärmeisolierschicht. (5) versehen ist.

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