DE2744618A1 - HEATING AND / OR COOLING ARRANGEMENT - Google Patents
HEATING AND / OR COOLING ARRANGEMENTInfo
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Description
COMPAGNIE POUR L1ETUDE ET LA REALISATION DE COMBUSTIBLES ATOMIQUES (CERCA), Paris, FrankreichCOMPAGNIE POUR L 1 ETUDE ET LA REALIZATION DE COMBUSTIBLES ATOMIQUES (CERCA), Paris, France
Heiz- und/oder KühlanordnungHeating and / or cooling arrangement
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Heizen und/oder Kühlen eines wärtnefUhrenden Fluids, die beispielsweise zum Heizen und/oder zum Klimatisieren von Räumen, zur Erzeugung von sanitärem Heißwasser oder für landwirtschaftliche und industrielle Anwendungen wie zum Trocknen,bestimmt ist.The invention relates to an arrangement for heating and / or cooling a temperature-carrying fluid, which is intended, for example, for heating and / or air-conditioning rooms, for generating hot sanitary water or for agricultural and industrial applications such as drying.
Bei den verschiedenen derzeit verwendeten Heizsystemen liegt manchmal eine unregelmäßige oder diskontinuierliche Wärmequelle vor sowie häufig auch eine Verwendung, die ihrerseits unregelmäßig und diskontinuierlich ist abhängig von klimatischen Bedingungen oder den Bedürfnissen eines Verwenders. Da» hat häufig zur Folge, daß ein Speicher der erhaltenen Energie vorgesehen werden muß, wobei der Speicher im allgemeinen auf einer Temperatur nahe der Verwendungs- oder Verbrauchstemperatür gehalten wird. Unter Berücksichtigung der Differenz zwischen der Verbrauchstetnperatur und der In the various heating systems currently in use, there is sometimes an irregular or discontinuous source of heat and often a use which in turn is irregular and discontinuous depending on climatic conditions or the needs of a user. This often means that a store of the energy obtained must be provided, the store generally being kept at a temperature close to the use or consumption temperature. Taking into account the difference between the consumption temperature and the
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Umgebungstemperatur liegen daher selbst bei geeignet isolierten Speicherbehältern thermische Verluste vor, die bis zu 10 bis 20 % des Energieverbrauchs während einer Periode von 24 Stunden gehen können. Die verschiedenen Speichermethoden verwenden im allgemeinen die Ügenwärme verschiedener flüssiger oder fester Körper. In diesem Fall ist die Speicherung einererheblichen Wärmemenge nicht möglich wegen des DurchfUhrungspreiäes für ein erhebliches Volumen im Fall einer Flüssigkeit wie Wasser oder einer erheblichen Masse im Fall eines Festkörpers.Ambient temperature, even with suitably insulated storage tanks, there are thermal losses that can amount to up to 10 to 20 % of the energy consumption during a period of 24 hours. The various storage methods generally use the excess heat of various liquids or solids. In this case, the storage of a considerable amount of heat is not possible because of the implementation price for a considerable volume in the case of a liquid such as water or a considerable mass in the case of a solid.
Außerdem wurde bereits an Heiz- und/oder Klimat^siereinrichtungen gedacht, die die Technik der Wärmepumpe verwenden. Die Wärmemenge kann in diesem Fall entweder das Wasser eines Flusses, eines Sees oder eines Meers sein oder die äußere atmosphärische Umgebung (vgl. FR-PS 1 448 300). Derartige Systeme führen häufig zur Verwendung ausgefallener und daher kostspieliger Werkstoffe mit einer komplizierten und empfindlichen Steuerung oder Regelung und einem ungewissen Wirkungsgrad. Darüber hinaus besteht bei bestimmten klimatischen Bedingungen die Gefahr der Vereisung der Anordnung, die kaum vollständig beseitigbar ist.In addition, heating and / or air conditioning equipment has already been set up thought that use the technology of the heat pump. The amount of heat in this case can be either that The water of a river, a lake or a sea or the external atmospheric environment (see FR-PS 1 448 300). Such systems often lead to the use of unusual and therefore expensive materials with a complicated one and sensitive control or regulation and an uncertain efficiency. In addition, there is certain climatic conditions the risk of the arrangement icing up, which can hardly be completely removed.
Deshalb ist bezüglich des bekannten Systems festzustellen, daß, wenn die Differenz zwischen^ler Temperatur der äußeren Umgebung und der Temperatur des zu klimatisierenden Raums ansteigt, der Wirkungsgrad der Anordnung schnell abfällt und daß eine zusätzliche Heizung vorgesehen werden muß. Darüber hinaus erfolgt die Speicherung durch eine umfangreiche oder sperrige Anordnung großer thermischer Trägheit (mit Wasser gefülltes Hohlvolumen, poröse Tiegel), die lediglich eine Speicherung kurzer Dauer mit erheblichen thermischen Verlusten sicherstellen kann.It should therefore be noted with regard to the known system that if the difference between the temperature of the external environment and the temperature of the room to be air-conditioned increases, the efficiency of the arrangement drops rapidly and that additional heating must be provided. In addition, the storage takes place through an extensive or bulky arrangement of great thermal inertia (hollow volume filled with water, porous crucibles), which can only ensure storage for a short period with considerable thermal losses.
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ris ist daher Aufgabe der Erfindung, einerseits durch einer Speicherung bei niedriger Temperatur, im allgemeinen unter der Umgebungstemperatur, die thermischen Verluste zu vermeiden und so eine Speicherung langer Dauer zu ermöglichen und andererseits durch Verwendung zum Speichern der Wärmemengen der latenten Schmelzwärme eines Stoffs den Speicherbehälter kompakter zu machen. It is therefore the object of the invention, on the one hand, to avoid thermal losses by storing at low temperature, generally below ambient temperature, and thus to enable storage for a long period of time, and, on the other hand, to use the storage container to store the heat quantities of the latent heat of fusion of a substance to make it more compact.
Dabei soll der Einbau einer Wärmepumpe in die Heiz- und/oder Kühlanordnung möglich sein, die ständig nahe den optimalen Bedingungen mit hervorragendem Wirkungsgrad arbeitet. Dabei soll es auch möglich sein, eine unregelmäßige und diskontinuierliche Wärmequelle zu verwenden, wie beispielsweise Sonnenenergie, ohne Zusatzheizung und mit gegenüber bestehenden Anordnungen deutlich besserem Wirkungsgrad .It should be possible to install a heat pump in the heating and / or cooling arrangement that is constantly close to the working under optimal conditions with excellent efficiency. It should also be possible to use an irregular and to use discontinuous heat sources, such as solar energy, without and with auxiliary heating significantly better efficiency compared to existing arrangements.
Die Erfindung ermöglicht dabei die Verwendung einer einzigen Anordnung sowohl für die Heizung als auch für die Kühlung beispielsweise für das Heizen eines Raums im Winter und dessen Klimatisierung im Sommer.The invention enables the use of a single arrangement both for heating and for cooling, for example, for heating a room in winter and air conditioning in summer.
Gemäß der Erfindung enthält die Heiz- und/oder KühlanordnungAccording to the invention, the heating and / or cooling arrangement contains
einen Primärkreis zum Wärmetausch zwischen der Außenumgebung und einem Primär-Wärmetauscherfluid,a primary circuit for heat exchange between the outside environment and a primary heat exchange fluid,
einen Speicherbehälter der Wärmemengen, der auf praktisch konstanter Temperatur gehalten ist,vorzugsweise zwischen 5 0C und 20 0C,infolge der latenten Schmelzwärme eines wärmespeichernden Stoffs wobei der Behälter ein Wärmetauschsystem zum Wärmetausch zwischen dem wärmespeichernden Körper und dem wärmeabfUhrenden Primär-Wärmetauscherfluid aufweist,a storage container for the amount of heat, which is kept at a practically constant temperature, preferably between 5 0 C and 20 0 C, as a result of the latent heat of fusion of a heat-storing substance, the container having a heat exchange system for exchanging heat between the heat-storing body and the heat-dissipating primary heat exchanger fluid,
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einen Verbraucherkreis eines zweiten wärmeabfUhrenden Fluids,a consumer circuit of a second heat dissipating unit Fluids,
eine Wärmepumpe, die in an sich bekannter Weise durch einen Verdichter, einen Kondensator, einen Druckminderer und einen Verdampfer gebildet ist, die einen geschlossenen Kreis bilden, der mit einem leicht verflüssigbaren Arbeitsfluid gefüllt ist, wobei der Verdampfer und der Kondensator in thermischer Verbindung mit dem Primärkreis, dem Speicherbehälter und/oder dem Verbraucher kr eis sein können.a heat pump, which in a known manner by a compressor, a condenser, a pressure reducer and an evaporator is formed forming a closed circuit with an easily liquefiable working fluid is filled, the evaporator and the condenser in thermal communication with the primary circuit, the storage tank and / or the consumer can be critical.
Der wärmespeichernde Stoff besitzt vorzugsweise eine Schmelztemperatur in der Größenordnung der mittleren Umgebungstemperatur zwischen 5 0C und 20 °C sowie eine hohe latente Schmelzwärme. Dabei könnte zunächst an Wasser gedacht werden, dessen latente Schmelzwärme hoch ist (79 kcal/kg), jedoch ist es bei einer Speicherung bei einer Temperatur der Größenordnung von 0 0C sehr schwierig, eine Vereisung bestimmter Teile der Anordnung ausgehend von der atmosphärischen Feuchtigkeit zu vermeiden, weshalb es vorteilhaft ist, einen Stoff zu wählen, der eine höhere Schmelztemperatur oberhalb 5 0C besitzt. Andererseits steigen, wenn die Schmelztemperatur sehr hoch ist, die thermischen Verluste, weswegen es zweckmäßig ist, sie auf 20 0C zu begrenzen. Weiter ist es zweckmäßig, die Verwendung von hydrierten Salzen zu vermeiden, wie CaCl2, Na2Co,, Na3SO^, Na2S2°V deren latente Schmelzwärme hoch ist, deren Schmelztemperatur jedoch 30 0C überschreitet. Es üt außerdem vorzuziehen, einen nicht hydrierten Körper oder Stoff zu verwenden. Das Schmelzen hydrierter Stoffe bringt nämlich die Gefahr mit sich, daß sie stattfindet unter Oberschreiten von Zwischen-Hydratbildungsstufen, die veränderbar sind abhängig von der Wärmekinetik, d. h. der empfangenen und verwendeten Wärmeströme, was die Wirkungsweise der Anordnung stören kann.The heat storage material preferably has a melting temperature in the order of the mean ambient temperature between 5 0 C and 20 ° C and a high latent heat of fusion. One could initially think of water with a high latent heat of fusion (79 kcal / kg), but when stored at a temperature of the order of 0 ° C. it is very difficult to freeze certain parts of the arrangement based on atmospheric moisture avoid, which is why it is advantageous to choose a substance that has a higher melting temperature above 5 0 C. On the other hand, if the melting temperature is very high, the thermal losses increase, which is why it is expedient to limit them to 20 ° C. Further, it is desirable to avoid the use of hydrated salts, such as CaCl 2, Na 2 CO ,, Na ^ SO 3, Na 2 S 2 ° V whose latent heat of fusion is high, however, the melting temperature exceeds 30 0 C. It is also preferable to use an unhydrated body or cloth. The melting of hydrogenated substances brings with it the risk that it will take place by exceeding intermediate hydrate formation stages, which can be changed depending on the heat kinetics, ie the heat flows received and used, which can interfere with the operation of the arrangement.
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Gemäß der Erfindung stammt der verwendete wärmespeichernde Stoff vorteilhaft aus einer Gruppe, die gebildet ist durch Essigsäure, 1.4-Dioxan, Ameisensäure, Acrylsäure und Glyzerin.According to the invention, the heat-storing substance used advantageously comes from a group that is formed by acetic acid, 1,4-dioxane, formic acid, acrylic acid and glycerine.
Die eigenschaften dieser Stoffe sind in Tafel I dargestellt.The properties of these substances are shown in Table I.
Tafel IPanel I.
Es ist festzustellen, daß der interessanteste Stoff Ameisensäure ist, da diese einerseits eine ausreichend tiefe Schmelztemperatur besitzt, damit die Wärmepumpe unter optimalen Bedingungen arbeitet, und da diese andererseits eine hohe Schmelzwärme besitzt und die des Wassers äquivalenten Volumens übersteigt. Schließlich handelt es sich um einen gängigen Stoff mit annehmbarem Preis.It can be stated that the most interesting substance is formic acid, since on the one hand it is sufficiently deep Melting temperature, so that the heat pump works under optimal conditions, and because this on the other hand a has a high heat of fusion and exceeds that of the equivalent volume of water. After all, it's one popular fabric at a reasonable price.
Da die Speicherung nahe der Schmelztemperatur des wärmespeichernden Stoffs stattfindet, sind die thermischen Verluste in der Anordnung für sowohl den Speicherbehälter als auch die Rohrleitungen praktisch Null, wodurch die UnterdrückungBecause the storage is close to the melting temperature of the heat-storing Substance takes place, the thermal losses in the arrangement are for both the storage tank as well the pipelines practically zero, eliminating the suppression
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jeglicher Wärmedämmung erreichbar ist. Die Arbeit bzw. Wirkung der Wärmepumpe kann unter optimalen Bedingungen stattfinden, weil ihr Verdampfer oder ggf. ihr Kondensator im Fall der Abkühlung ständig auf einer Temperatur nahe der Schmelztemperatur des wärmespeichernden Stoffs gehalten ist. Unter diesen Bedingungen ist die zur Arbeit der Wärmepumpe notwendige energie stets deutlich unterhalb der Energie, die durch die Verringerung der thermischen Verluste und die Verbesserung des Gesamtwirkungsgrades der Anordnung eingespart wird.any thermal insulation is achievable. The work or effect of the heat pump can under optimal conditions take place because their evaporator or possibly their condenser in the case of cooling is constantly at a temperature close to the melting temperature of the heat-storing material is maintained. Under these conditions, the one to work is the The energy required by the heat pump is always well below the energy required by reducing thermal losses and the improvement in the overall efficiency of the arrangement is saved.
Das Wärmetauschersystem des Speicherbehälters zwischen dem wärmespeichernden Stoff und dem Primärfluid ist vorteilhaft durch eine Stapelung von Elementarvolumen von wärmespeichernden Stoffen gebildet, die in einer verformbaren Hülle geringen thermischen Beharrungsvermögens isoliert sind, wobei zwischen ihnen ein bestimmtes Leervolumen freigelassen ist für die Umwälzung des Primär-Warmeübertragungsfluide. The heat exchange system of the storage container between the heat-storing substance and the primary fluid is advantageous formed by a stacking of elementary volumes of heat-storing substances, which in a deformable Sheath low thermal inertia are insulated, with a certain void volume between them is released for the circulation of the primary heat transfer fluids.
Auf diese Weise besteht ein erhebliches Oberflächen/Volumen-Verhältnis und eine ständige Berührung zwischen dem wärmespeichernden Stoff und dem Primärfluid infolge des Verformungsvermögens der Hüllen, was ein Folgen der Volumenänderungen den Zustandsänderungen ermöglicht und so einen guten Wärmetausch sicherstellt. Die Stapelung kann beispielsweise durch kleine Kugeln aus Kunststoff gebildet sein, die den wärmespeichernden Stoff einschließen. Andere Wärmet^iuschsysteme sind möglich/beispielsweise ein Plattenwärmetauscher, dessen einer Kreis verschlossen ist auf einer statischen Ladung des wärmespeichernden Stoffs.In this way, there is a considerable surface / volume ratio and constant contact between the heat-storing substance and the primary fluid as a result of the deformability of the envelopes, which enables the changes in volume to follow the changes in state and thus ensures a good heat exchange. The stacking can be formed, for example, by small plastic balls that enclose the heat-storing substance. Other heat exchange systems are possible / for example a plate heat exchanger, one circuit of which is closed on a static charge of the heat-storing substance.
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Die erfindungsgemäße Anordnung ist insbesondere von Bedeutung, wenn Sonnenenergie verwendet wird. Die Speicherung bei tiefer Temperatur ermöglicht nämlich eine Verringerung der Arbeitstemperatur der Aufnehmer und damit eine wesentliche Erhöhung deren Wirkungsgrads. Dadurch können viel einfachere und weniger kostspielige Aufnehmer wie bei herkömmlichen Sonnenenergie verwendenden Kreisen gebaut werden. Insbesondere kann es in diesem Fall vorteilhaft sein, Aufnehmer zu verwenden, deren Sonnenstrahlung absorbierende und mit dem Primär-WärmeUbertragungsfluid wärmemengentauschende Scheibe direkt in Berührung ist mit der Außenatmosphäre/ ohne dazwischen eine Glasscheibe od.dgl. anordnen zu müssen. Dadurch wird auch ein thermischer Wirkungsgrad erhalten, der größer als der optische Wirkungsgrad ist, für jede Außentemperatur, die höher als die Speichertemperatur ist.The arrangement according to the invention is particularly important when solar energy is used. Storage at low temperatures enables the working temperature of the sensors to be reduced and thus a significant increase in their efficiency. This allows much simpler and less costly transducers to be built than conventional circuits using solar energy. In particular, it can be advantageous in this case to use sensors whose solar radiation absorbing and heat transfer fluid with the primary heat transfer fluid pane is in direct contact with the outside atmosphere / without a glass pane or the like in between. to have to arrange. As a result, a thermal efficiency is obtained that is greater than the optical efficiency, for every outside temperature that is higher than the storage temperature.
Schließlich ist die Verwendung einer der Sonnenenergie zugeordneten Wärmepumpe von Bedeutung, da es sich um eine Quelle unerschöpflicher, gut verteilter und speicherbarer Energie handelt, während Wasser eine kalte,schlecht verteilte und häufig erschöpfende Quelle ist und während als kalte Quelle verwendete Außenluft bei tiefen Temperaturen große Probleme mit sich bringt (z. B. Vereisung). Schließlich kann, wenn die Sonnenenergie nicht ausreichen sollte, die Wärmepumpe Außenluft als Wärmequelle verwenden, beispielsweise bei mildem und bedecktem Wetter, während sie bei kaltem und trockenem Wetter die Sonnenenergie verwenden kann, wobei diese Betriebsarten die gleichen Aufnehmer verwenden, was folglich die Anordnung nicht verkompliziert.Finally, the use of a heat pump assigned to solar energy is important because it is a Source of inexhaustible, well distributed and storable Energy acts, while water acts a cold, poorly distributed one and is often exhaustive source and while outside air is used as a cold source at low temperatures causes major problems (e.g. icing). After all, if the solar energy should not be enough, that Heat pump use outside air as a heat source, for example in mild and overcast weather, while in cold and dry weather which can use solar energy, these modes of operation using the same transducers what consequently does not complicate the arrangement.
Die Erfindung gibt also eine Anordnung zum Heizen- und/oder Kühlen eines wärmeübertragenden Fluids an, das praktisch frei von thermischen Verlusten ist. Diese Anordnung enthält The invention therefore provides an arrangement for heating and / or cooling a heat-transferring fluid that is practical is free from thermal losses. This arrangement contains
a) einen primären Warmetauschkreis zwischen der Außen-a) a primary heat exchange circuit between the external
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Umgebung und einem Primär-Wärmetibertragungsfluid,Environment and a primary heat transfer fluid,
b) einen Wärmespeicherbehälter, der zwischen 5 und 20 °C gehalten ist, infolge der latenten Schmelzwärme eines wärmespeichernden Stoffs, wobei der Behälter ein Wärmetauschsystem zwischen dem Primärfluid und dem wärmespeichernden Stoff besitzt,b) a heat storage tank that is between 5 and 20 ° C is held, as a result of the latent heat of fusion of a heat-storing substance, the container having a heat exchange system between the primary fluid and the heat-storing substance,
c) einen Nutz- oder Verbraucherkreis,c) a group of users or consumers,
d) eine Wärmepumpe, deren Verdampfer und deren Kondensator in thermische Verbindung mit dem primären Kreis, dem Speicherbehälter und/oder dem Nutzkreis bringbar sind.d) a heat pump, its evaporator and its condenser in thermal connection with the primary circuit, the Storage container and / or the useful circle can be brought.
Die Erfindung ist insbesondere zur Heizung und zur Klimatisierung von Räumen, zur Erzeugung von Sanitärwasser und zur industriellen Trocknung ausgehend von Sonnenenergie anwendbar.The invention is particularly useful for heating and air conditioning of rooms, for the production of sanitary water and for industrial drying based on solar energy applicable.
Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausfiihrungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:The invention is illustrated with reference to the drawing Exemplary embodiments explained in more detail. Show it:
Fig. 1 schematisch allgemein eine Anordnung zum Heizen;1 schematically shows generally an arrangement for heating;
Fig. 2 schematisch die Kreise einer gemischten Anordnung zum Heizen und Klimatisieren, die mit einem Verteilersystem versehen ist;2 schematically shows the circuits of a mixed arrangement for heating and air conditioning, which is provided with a distribution system is provided;
Fig. j5 bis 7 jeweils verschiedene Betriebskreise, die der Verteiler zuläßt abhängig von Temperaturparametern fürjeine heizende Anordnung (Winter);Fig. J5 to 7 each different operating circuits, the the distributor allows depending on temperature parameters for each heating arrangement (winter);
Fig. 8, 9 jeweils Betriebskreise für Tag und für Nacht bei sommerlicher Klimatisierung.8, 9 each operating circuits for day and night with summer air conditioning.
Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Heizanordnung weist einen Aufnehmerkreis für Sonnenenergie auf, der/mindestens einem Aufnehmer 1 besteht, in dem der Solarfluß durch eine absorbierende Fläche absorbiert wird, die dessen Wärmemengen auf ein wärmeUbertragendes Fluid Überträgt mittels einesThe heating arrangement shown schematically in Fig. 1 has a sensor circuit for solar energy, the / at least one sensor 1, in which the solar flow is absorbed by an absorbing surface, which transfers the amount of heat to a heat-transferring fluid by means of a
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geeigneten Tauschersystems. Das primäre Wärmeubertragungsfluid, das beispielsweise mit einem Antigel versehenes Wasser sein kann, ist über eine Leitung 2 mit einem Speicherbehälter 3 verbunden und kehrt zum Aufnehmer 1 über eine Leitung 4 zurück. Kine Pumpe 5 stellt die Umwälzung des primären Wärmeubertragungs-Fluids im Kreis sicher. Ua die Temperatur im Speicherbehälter 3 ausreichend niedrig ist, bleibt der primäre Aufnehmerkreis stets auf einer gemäßigten Temperatur, weshalb folglich die Verluste durch Strahlung oder Konvektion gering bleiben. ΐ£ ist daher nicht notwendig, eine Doppelverglasung vorzusehen und es können sogar Aufnehmer ohne Verglasung verwendet werden, wenn die Betriebstemperatur auf einem ausreichend tiefen Pegel gehalten ist, wodurch eine Senkung der Herstellpreise der Aufnehmer möglich ist.suitable exchanger system. The primary heat transfer fluid, which can be provided with an anti-gel, for example, is via a line 2 with a Storage container 3 is connected and returns to the transducer 1 via a line 4. Kine pump 5 provides the circulation of the primary heat transfer fluid in the circle. Among other things, the temperature in the storage tank 3 is sufficient is low, the primary sensor circuit always remains at a moderate temperature, which is why the Losses due to radiation or convection remain low. It is therefore not necessary to provide double glazing and even sensors without glazing can be used if the operating temperature is on a sufficiently low level is kept, whereby a reduction in the manufacturing price of the transducers is possible.
Der Speicherbehälter 3 ist durch einen vertikalen zylindrischen Ballon gebildet, der einen Stapel kleiner Kugeln aus Kunststoff enthält, beispielsweise aus Polypropylen, die mit Ameisensäure gefüllt sind. Mit Kugeln eines Außendurchmessers von 20 mm und einer Dicke von 1 mm und einer kompakten hexagonalen Speicherung ergibt sich ein Vakuumanteil von 25,6 %. The storage container 3 is formed by a vertical cylindrical balloon which contains a stack of small balls made of plastic, for example made of polypropylene, which are filled with formic acid. With spheres with an outside diameter of 20 mm and a thickness of 1 mm and a compact hexagonal storage, the result is a vacuum proportion of 25.6 %.
Unter Berücksichtigung der Wanddicke der Kugeln,der Speicherungsfehler infolge von Wandeffekten und der möglichen Anwesenheit von Wärmetauschern ergibt sich schließlich ein Füllgrad von Ameisensäure in der Größenordnung von 64 %. Dieser FUllgrad kann im übrigen durch Verwendung von Kugeln unterschiedlicher Durchmesser erhöht werden.Taking into account the wall thickness of the spheres, the storage errors due to wall effects and the possible presence of heat exchangers, the result is a degree of filling of formic acid in the order of magnitude of 64 %. This degree of filling can also be increased by using balls of different diameters.
Der Ballon bzw. der Speicherbehälter 3 weist eine obere Rohrabzweigung für den Eintritt der Leitung 2 und eineThe balloon or the storage container 3 has an upper one Pipe branch for the entry of line 2 and one
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untere Rohrabzweigung für die Rückführung zum Aufnehmer 1 Über die Leitung 4 auf. Rr enthält schließlich einen
Wärmetauscher, der den Verdampfer eine Wärmepumpe bildet.lower pipe branch for the return to transducer 1 via line 4. Finally, Rr contains one
Heat exchanger that makes the evaporator a heat pump.
Die Verformbarkeit der Kugeln aus Kunststoff ermöglicht
es, Volumenänderungen Infolge von Zustandsänderungen zu
absorbieren und die Speicherung der Kugeln ermöglicht es, ein hohes Oberflächen/Volumen-Verhältnis zu erhalten, was
einen guten Wärmetausch zwischen dem primären Wärmeübertragungsfluid,der
Ameisensäure und dem Arbeitsfluid der
Wärmepumpe ermöglicht, wobei diese Elemente getrennt sind.The deformability of the plastic balls makes it possible to change volume as a result of changes in state
absorbing and storing the balls makes it possible to obtain a high surface / volume ratio, which allows a good heat exchange between the primary heat transfer fluid, the formic acid and the working fluid of the
Allows heat pump, these elements are separated.
Der Speicherbehälter 3 für Kugeln kann ggf. durch einen
Behälter ersetzt werden, der einen Plattenwärmetauscher enthält dessen einer Kreis geschlossen ist auf einer statischen
Ladung von Ameisensäure, wobei ein anderer Kreis die Umwälzung des primären WärmeUbertragungsfluids sicherstellt
und wobei ein dritter Kreis mit dem Verdampfer der Wärmepumpe verbunden ist.The storage container 3 for balls can optionally be replaced by a container which contains a plate heat exchanger whose one circuit is closed on a static one
Charge of formic acid, with another circuit ensuring the circulation of the primary heat transfer fluid and with a third circuit connected to the evaporator of the heat pump.
Der Speicherbehälter 3 muß unter Berücksichtigung seiner Temperatur nicht wärmeisoliert werden und kann dabei ein an einer trockenen Stelle eingegrabener Behälter sein.The storage container 3 must take into account his Temperature cannot be thermally insulated and can be a container buried in a dry place.
Der Wärmepumpen-Kreis enthält in üblicher Weise einen Kompressor oder Verdichter 6, einen Kondensator 7, ein
Druckminderventil 8 und einen Verdampfer 9, wobei die Gesamtanordnung
einen verschlossenen Kreis bildet, der mit einem leicht verflUssigbaren Arbeitsfluid gefüllt ist. Der Verdampfer
9, der beispielsweise durch eine Schlange gebildet ist, befindet sich entweder im mit Ameisensäure gefüllten Speicherbehälter
3 oder außerhalb diesen^jedoch in thermischer
Verbindung mit ihm beispielsweise über das primäre Wärme-UbertragungsfIuId7
und ist daher auf konstanter Temperatur in der Größenordnung von 8 0C gehalten, wodurch der AufbauThe heat pump circuit contains a compressor 6, a condenser 7, in the usual way
Pressure reducing valve 8 and an evaporator 9, the overall arrangement forming a closed circuit which is filled with an easily liquefiable working fluid. The evaporator 9, which is formed, for example, by a snake, is either located in the storage container 3 filled with formic acid or outside it, but in a thermal state
Connection with it, for example, via the primary heat transfer fluid 7 and is therefore kept at a constant temperature of the order of 8 0 C, whereby the structure
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der Wärmepumpe vereinfacht werden kann und die Vereisungsgefahr des Verdampfers 9 beseitigt ist. Der Kondensator 7 befindet sich im Nutz- oder Verbraucherkreis und stellt Wärmetausch mit dem Wärmeübertragungsfluid dieses Kreises sicher. Das Wärmeübertragungsfluid kann Luft sein, bei Heizung mit pulsierender Luft, oder Wasser sein,bei einer Wasser-Zentralheizung oder bei der Erzeugung von Sanitär-Heißwasser. Die Heizung von Räumen kann in üblicher Weise durch Radiatoren, Konvektor^n oder geheizten Böden sichergestellt werden, wobei letztere Lösung insbesondere von Bedeutung 1st, da sie, wenn sie korrekt durchgeführt wird, lediglich eine sehr mäßige Temperatur des Heizwassers erfordert.the heat pump can be simplified and the risk of icing of the evaporator 9 is eliminated. The capacitor 7 is located in the useful or consumer circuit and provides heat exchange with the heat transfer fluid this Circle safe. The heat transfer fluid can be air, in the case of heating with pulsating air or water, in the case of water central heating or in the production of hot water for sanitary purposes. The heating of rooms can be ensured in the usual way by radiators, convectors or heated floors The latter solution is particularly important because, if carried out correctly, it only requires a very moderate temperature of the heating water.
Die Anordnung ist selbstverständlich mit üblichem Zubehör zum Füllen, zum Reinigen und zum Entleeren versehen, die bei herkömmlichen Anordnungen üblicherweise verwendet werden.The arrangement is of course with the usual accessories for filling, cleaning and emptying, which are commonly used in conventional arrangements will.
Die Anordnung kann vorteilhaft vervollständigt werden durch eine Verteilereinrichtung, von der ein Ausführungsbeispiel schematisch in Fig. 2 dargestellt ist. Diese Verteileranordnung ist durch eine Gruppe von gekoppelten Ventilen und einem Regel- bzw. Steuersystem gebildet, das die optimale Verteilung zwischen dem Primär-Wärmeübertragungsfluid, der Verwendung und der Speicherung sicherstellt, abhängig von den Temperaturabständen zwischen den verschiedenen Gliedern.The arrangement can advantageously be completed by a distributor device, an embodiment of which is shown schematically in FIG. These Manifold arrangement is formed by a group of coupled valves and a control system, the the optimal distribution between the primary heat transfer fluid, of use and storage, depending on the temperature differences between the different limbs.
Die Wirkuiigsweise dieser Einrichtung wird unter Bezug auf getrennte Kreise erläutert, die schematisch in Fig. 3 bis 9 dargestellt sind, die jeweils einer Betriebsphase der Anordnung entsprechen.The operation of this device is referenced explained on separate circles, which are shown schematically in Fig. 3 to 9, each of an operating phase of Arrangement.
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Wenn die Austrittestemperatur der Aufnehmer 1 nicht ausreichend ist, d. h., wenn sie im erläuterten Fall unter 8 C liegt, was bei kaltem und bedecktem Wetter auftritt, wird das gesamte Primär-Wärmeübertragungsfluid über einen Bypaß zum Aufnehmer 1 rückgefUhrt, wie das in Fig.3 dargestellt ist. Während dieser Zeit bzw. dieses Wetters wird der Verbrauchsbedarf dem Speicherbehälter 3 entnommen mittels der Wärmepumpe.If the outlet temperature of the transducers 1 is not sufficient, i. i.e. if they are in the illustrated case under 8 C, which occurs in cold and overcast weather, all of the primary heat transfer fluid is via one Bypass fed back to the transducer 1, like that in Fig. 3 is shown. During this time or this weather, the consumption requirement is taken from the storage container 3 by means of the heat pump.
Wenn die Austrittstemperatur des Aufnehmers 1 ansteigt und (zum Beispiel) 8 0C überschreitet· (vgl. Fig. 4) wird das Primär-Wärmeübertragungsfluid progressiv oder steigend mittels einem steuerbaren Ventil 10 zum Verbrauch geführt und die Entnahme am Speicherbehälter wird entsprechend verringert.When the outlet temperature of the sensor 1 rises and (for example) exceeds 8 ° C. (see FIG. 4), the primary heat transfer fluid is progressively or rising by means of a controllable valve 10 for consumption and the withdrawal at the storage container is correspondingly reduced.
Wenn die abgenommene Energie ausreichend wird, wird die Entnahme am Speicherbehälter 3 schließlich vollständig eingestellt, wie das in Fig.5 dargestellt ist.When the energy taken off becomes sufficient, the Removal at the storage container 3 is finally set completely, as shown in FIG.
Die Übertragung der Wärmemenge erfolgt direkt vom Aufnehmerkreis zum Verbrauch über die Wärmepumpe.The heat quantity is transferred directly from the sensor circuit to the consumption via the heat pump.
Sobald die aufgenommene Energie größer als notwendig ist, werden die Wärmemengen dem Speicherbehälter 3 zugeführt (Fig.6) und ein in den Verbraucher-Räumen angeordneter Thermostat löst ein Anhalten der Wärmepumpe aus.As soon as the absorbed energy is greater than necessary, the amounts of heat are fed to the storage tank 3 (Fig. 6) and a thermostat located in the consumer rooms triggers the heat pump to stop.
Anstelle der eben beschriebenen parallelen Wirkungsweise kann auch eine serielle Wirkungsweise erreicht werden, wie das in Fig. 7 dargestellt ist, gemäß der das vom Aufnehmer kommende Primärfluid stets durch den Speicherbehälter 3 strömt.Instead of the parallel mode of action just described, a serial mode of action can also be achieved, such as which is shown in FIG. 7, according to which the primary fluid coming from the sensor always flows through the storage container 3.
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der nicht außer Betrieb setzbar ist. Auch dort ist es möglich, ein Anhalten des Verdichters 6 der Wärmepumpe mittels eines Umgebungs-Thermostaten 11 zu erreichen.which cannot be taken out of service. There, too, it is possible to stop the compressor 6 of the heat pump to be achieved by means of an ambient thermostat 11.
In allen Fällen, in denen das Primär-WärmeUbertragungsfluid durch den Speicherbehälter 3 strömt, entfernt sich die Austrittes tempera tür des Aufnehmers 1 kaum von (zum Beispiel) 8 0C, wodurch der Aufnehmer 1 hervorragenden Wirkungsgrad besitzt.In all cases in which the primary WärmeUbertragungsfluid flows through the storage container 3 is removed, the outlet tempera has hardly any door of the pickup 1 from (for example) 8 0 C, whereby the pickup 1 excellent efficiency.
Die Hei ζ-Anordnung der beschriebenen Art kann auch zur sommerlichen Klimatisierung verwendet werden, und zwar auf folgende Weise.The Hei ζ arrangement of the type described can also be used for summer air conditioning, namely in the following way.
Im Verbraucher- oder Nutzkreis wird das Wärmellbertragungsfluid direkt umgewälzt (vgl. Fig. 8), das sich im Speicherbehälter 3 befindet ,das dadurch als "Kalt einengen" -Quelle verwendet wird, ohne Verwendung einer Wärmepumpe, wobei der Primärkreis nicht mehr mit dem Speicherbehälter 3 verbunden ist. Zur Beseitigung der Wärmemengen des Speicherbehälters 3 genügt es, nachts die Wärmepumpe zwischen dem Speicherbehälter j5 und dem Primärkreis arbeiten zu lassen, wie das in Fig. 9 dargestellt ist. Der Primärkreis, der nun mit dem Kondensator 7 der Wärmepumpe verbunden ist, gibt in die nächtliche Außenatmosphäre die während des Tages angesammelten Wärmemengen ab.The heat transfer fluid is used in the consumer or utility circuit directly circulated (see. Fig. 8), which is located in the storage container 3, which thereby as "constrict cold" source is used without using a heat pump, whereby the primary circuit is no longer connected to the storage tank 3 connected is. To remove the heat from the storage tank 3 it is sufficient to let the heat pump between the storage tank j5 and the primary circuit work at night, as shown in FIG. The primary circuit, which is now connected to the condenser 7 of the heat pump, releases the heat accumulated during the day into the nocturnal outside atmosphere.
Eine solche Wirkungswelse ist unabhängig von der Art des Primärkreises möglich.Such a catfish is independent of the type of Primary circuit possible.
Wenn, wie im erläuterten AusfUhrungsbeispiel, der Primärkreis ein Aufnehmerkreis für Sonnenenergie ist, kann die Abgabe oder Streuung von Wärmemengen in die Atmosphäre oderIf, as in the illustrated exemplary embodiment, the primary circuit is a pickup circuit for solar energy, delivering or scattering of amounts of heat may be in the atmosphere or
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Umgebung über einen Aufnehmer ohne Verglasung erfolgen, dessen absorbierende Fläche so ausgeführt ist, daß sie tagsliber Sonnenfluß empfangen kann und nachtsüber Wärmemengen abgeben kann.Environment take place via a transducer without glazing, the absorbent surface is designed so that it can receive solar flux during the day and can give off quantities of heat at night.
Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht auf diese Weise hohe Anpassungsfähigkeit bei der Wahl einer zur Sonnenenergie zusätzlichen Energiequelle derart, daß bestimmte klimatische Bedingungen oder Verbrauchsbedingungen ausgenutzt werden können. ]s ist nämlich möglich, die wirtschaftlichste Quelle zu verwenden, selbst wenn deren Temperaturpegel ziemlich niedrig ist. Diese Energiequellen niedriger Temperatur sind aber fast immer die wirtschaftlichsten und sie werden nicht allgemein verwendet, da ihr thermischer Fluß niedrig ist. Dieser Nachteil jedoch besteht bei der erfindungsgemäßen Anordnung nicht,da dieser Fluß vor der Speicherung eingreift bzw. ausgenutzt wird. Die Vorteile der Erfindung werden schließlich anhand eines Beispiels erläutert, das die thermische Bilanz einer erfindungsgemäßen Anordnung wiedergibt.In this way, the arrangement according to the invention enables a high degree of adaptability in the selection of an energy source in addition to solar energy in such a way that certain climatic conditions or consumption conditions can be exploited. ] s is in fact possible, the most economical source to use, even if the temperature level is quite low. However, these low temperature energy sources are almost always the most economical and they are not widely used because their thermal flux is low. However, this disadvantage does not exist in the arrangement according to the invention, since this flow intervenes or is used before storage. The advantages of the invention are finally explained using an example which shows the thermal balance of an arrangement according to the invention.
Der tägliche Warmwasserverbrauch einer vierköpfigen Familie kann durch einen Heißwasserballon oder -speicher sichergestellt werden, der 300 1 bei 60 0C speichert, was den mittleren Verbrauch darstellt.The daily hot water consumption of a family of four can be ensured by a hot water balloon or storage tank that stores 300 1 at 60 0 C, which is the average consumption.
Das bedeutet ausgehend von kaltem Wasser von 12 0C einen Energieverbrauch von 17 kWh bzw. unter Berücksichtigung von thermischen Verlusten etwa 20 kWh.Starting from cold water at 12 ° C., this means an energy consumption of 17 kWh or, taking into account thermal losses, around 20 kWh.
ka rinka rin
.. Das gleiche Ergebnis/mit einer erfindungsgemäßen Anordnung . nach ' einem Sonnenenergie-Auf nehmer, einem.. The same result / with an arrangement according to the invention. after 'a solar energy absorber, a
Speicherballon von 250 1 mit 250 χ 0,64 = l60 1 AmeisensäureStorage balloon of 250 1 with 250 χ 0.64 = l60 1 formic acid
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und einer Speicherfähigkeit von etwa 15 kWh erreicht werden.and a storage capacity of around 15 kWh can be achieved.
Zur Begrenzung der Leistung der Wärmepumpe, die zum Sicherstellen eines ständigen Durchsatzes notwendig ist, ist es vorteilhaft, einen kleinen Heißwasserballon von 100 1 bei 45 0C vorzusehen, der es erlaubt, den maximalen einmaligen Wasserbedarf sicherzustellen,der beispielsweise einem Vollbad entspricht. Unter der Annahme, daß dieser Ballon seine Gleichgewichtstemperatur in 1 h annimmt und unter der Annahme eines Leistungskoeffizienten der Wärmepumpe von 4,5 ist ein Kompressor einer Leistung von 1,25 kW notwendig und die gleiche Dienstleistung wie oben wird bei einem Energieverbrauch des Verdichters von 4,5 kWh erhalten. Durch Hinzufügen der vom Umwälzer verbrauchten Energie wird ein gesamter Energieverbrauch von 5 kWh erhalten. Darüber hinaus . sind die thermischen Verluste wesentlich geringer, da sie nur am kleinen Ballon von 100 1 bei 45 0C anstelle eines großen Ballons von 300 1 bei 60 °C auftreten können.To limit the output of the heat pump, which is necessary to ensure a constant throughput, it is advantageous to provide a small hot water balloon of 100 1 at 45 0 C, which makes it possible to ensure the maximum one-time water requirement, which corresponds to a full bath, for example. Assuming that this balloon reaches its equilibrium temperature in 1 hour and assuming a heat pump coefficient of performance of 4.5, a compressor with an output of 1.25 kW is necessary and the same service as above is provided with an energy consumption of the compressor of 4 , 5 kWh received. By adding the energy consumed by the circulator, a total energy consumption of 5 kWh is obtained. Furthermore . the thermal losses are much lower, since they can only occur on a small balloon of 100 1 at 45 0 C instead of a large balloon of 300 1 at 60 ° C.
Unter der Annahme, daß diese Verluste auf 1 kWh herabgesetzt sind, ist daher der Energieverbrauch um 1/3 kleiner als der zur elektrischen Wasserheizung benötigte.Assuming that these losses are reduced to 1 kWh, the energy consumption is therefore 1/3 less than that required for electrical water heating.
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