DE2855911A1 - THERMO-INSULATED HEAT STORAGE - Google Patents
THERMO-INSULATED HEAT STORAGEInfo
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Description
DR. JOACHIM STEPFFNSDR. JOACHIM STEPFFNS
DIPLOM-CHEMIKER UNO PATENTANWALT DIPLOMA CHEMIST UN PATENT ADVOCATE
D-8032 LOCHHAM/MDNCHEN MOZARTSTRASSE TELEFON1 (089} 87 25 TELEXi (05] 29830 staff dD-8032 LOCHHAM / MDNCHEN MOZARTSTRASSE TELEFON 1 (089} 87 25 TELEXi (05] 29830 staff d
IHR ZEICHENi MEIN ZEICHEN·YOUR CHARACTER i MY CHARACTER
22. Dezember 1978December 22, 1978
Neumann & Co. AG
Lagerstr. 4, CH-9470 Buchs SGNeumann & Co. AG
Lagerstr. 4, CH-9470 Buchs SG
Thermoisolierter WärmespeicherThermally insulated heat storage
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen thermoisolierten Wärmespeicher für Heizungs- und/oder Brauchwassersysterae.The present invention relates to a thermally insulated one Heat storage for heating and / or domestic water systems.
Es ist bekannt, daß in letzter Zeit große Anstrengungen unternommen werden, um Energie in Form von Wärme mittels Sonnenkollektoren oder Wärmepumpen zu gewinnen. Unabhängig davon ist man ständig bemüht, den Wirkungsgrad der herkömmlichen Kohle-, Gas- und Ölheizungen zu verbessern.It is known that recently great efforts have been made to use energy in the form of heat To win solar collectors or heat pumps. Regardless of this, one constantly strives to improve the efficiency of the to improve conventional coal, gas and oil heating.
Im Falle der Wärmegewinnung mittels Sonnenkollektoren wirkt es sich nachteilig aus, daß in unseren Breiten die Sonneneinstrahlung recht unregelmäßig und im Winter darüber hinaus relativ schwach ist, so daß mit Sonnenkollektoren gerade dann, wenn viel Energie gebraucht wird, d.h. im Winter, nicht viel Wärme kontinuierlich gewonnen werden kann. Um so wichtiger ist es daher, bei Sonneneinstrahlung, und zwar insbesondere im Winter, so viel wie möglich an Wärme zu gewinnen und zu speichern, um über längere Perioden, an denen die Sonne nicht scheint, hinwegzukommen. Dies scheitert in der Regel daran, daß die Speicherkapazitäten zu gering sind. Üblicherweise haben die Warmwasserboiler, die mittels der umlaufenden Sonnenkollektorflüssigkeit beheizt werden, nur ein Fassungsvermögen von 300 bis 500 1, d.h., daß man mit dieser Warmwassermenge nicht weit kommt, insbesondere dann nicht, wenn man die gespeicherte Wärme nicht nur zum Erwärmen des Brauchwassers, sondern zusätzlich oder nur für Heizungszwecke verwenden will.In the case of heat recovery using solar collectors it is disadvantageous that in our latitudes the solar radiation is quite irregular and in winter more than that is also relatively weak, so that with solar panels just when a lot of energy is needed, i.e. in winter, not much heat can be obtained continuously. It is therefore all the more important, when exposed to sunlight, especially in winter to gain and store as much heat as possible in order to be able to Where the sun doesn't shine to get over This usually fails because of the storage capacity are too low. Usually the hot water boilers have the means of the circulating solar collector fluid be heated, only a capacity of 300 to 500 l, i.e. that you do not go far with this amount of hot water comes, especially not if you use the stored heat not only to heat the domestic water, but additionally or only wants to use for heating purposes.
Im Falle von Kohle-, Gas- und Ölheizungen ist man insbesondere bemüht, durch Regeltechniken mittels Außenthermostaten, an den Heizkörpern befindliche Thermostatventile, durch Zeitrelais für Boiler-Nachlaufheizung und dergleichen den Wirkungsgrad zu erhöhen. Nachteilig wirkt sich jedoch bei diesen Heizungen, und zwar insbesondere bei Gas- und Ölheizungen, nach wie vor die Tatsache aus, daß auf Grund des relativ geringen Fassungsvermögens desIn the case of coal, gas and oil heating systems, efforts are made to use control technology using external thermostats, Thermostatic valves on the radiators, through time relays for boiler run-on heating and the like to increase the efficiency. However, these heaters have a disadvantage, in particular at Gas and oil heaters, as before, the fact that due to the relatively small capacity of the
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Heizkessels der Brenner in relativ kurzen Zeitabständen an- und abschaltet, so daß der Brenner jeweils nur über kurze Perioden brennt, wodurch ein starker Energieverlust bedingt ist.Boiler switches the burner on and off at relatively short intervals, so that the burner only over Burns for short periods, causing a strong loss of energy.
Es sind ferner Elektrospeicherheizungen bekannt, die den billigen Nachtstrom ausnützen und die Wärme in relativ kleinen Volumeinheiten speichern. Diese Speicher erwärmen sich dabei auf sehr hohe Temperaturen, was nicht nur besondere Wärmeisolationsprobleme bedingt, sondern auch Probleme hinsichtlich einer rationellen und gesunden Abführung der gespeicherten Wärme.There are also electric storage heaters known that take advantage of the cheap night electricity and the heat in relative save small volume units. This storage heats up to very high temperatures, which is not the only thing special heat insulation problems caused, but also problems with a rational and healthy discharge the stored heat.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen umweltfreundlichen Wärmespeicher zu schaffen, der es einerseits gestattet die von Sonnenkollektoren oder Wärmepumpen oder dergleichen gewonnenen Wärme, mit der nur relativ geringe Temperaturerhöhungen im Wärmespeicher erreicht werden können, zu speichern und der es andererseits erlaubt in wirksamer Weise den Wirkungsgrad von Kohle-, Gas- und Ölheizungen sowie von anderen Heizungsarten zu erhöhen bzw. erst sinnvoll zu ermöglichen.The object of the invention is therefore to create an environmentally friendly heat storage device which, on the one hand, allows it the heat obtained from solar collectors or heat pumps or the like, with only relatively little Temperature increases in the heat storage can be achieved and the other hand allows in effective way to increase the efficiency of coal, gas and oil heating systems as well as other types of heating or only to make it possible in a meaningful way.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch den Einsatz eines thermoisolierten WärmeSpeichers gelöst, der als wärmespeicherndes Medium Wasser und/oder eine andere umweltfreundliche Flüssigkeit o.der eine leicht schmelzende Substanz enthält, entsprechend groß dimensioniert ist und innen ganz oder teilweise eine die Wärmestrahlung reflektierende Beschichtung oder reflektierende Folienauskleidung, vorzugsweise eine Auskleidung ftus hochpolierter Aluminiumfolie, aufweist.The object of the invention is achieved through the use of a thermally insulated heat storage medium, which contains water and / or another environmentally friendly liquid or an easily melting substance as a heat-storing medium, is correspondingly large and has a coating or reflective film lining that reflects thermal radiation on the inside , preferably a lining of highly polished aluminum foil.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein wärmeisolierter Wärmespeicher für Heizungs- und/oder Brauchwassersysteme, der dadurch gekennzeichnet ist, daß The subject of the invention is thus a thermally insulated heat storage for heating and / or domestic water systems, which is characterized in that
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a) das in ihm enthaltende wärmespeichernde Medium Wasser und/oder eine andere umweltfreundliche Flüssigkeit oder eine leicht schmelzende Substanz ist,a) the heat-storing medium contained in it, water and / or another environmentally friendly liquid or is an easily melting substance,
b) die Speicherkapazität entsprechend groß ist,b) the storage capacity is correspondingly large,
c) er innen ganz oder teilweise mit einer die Wärmestrahlung reflektierenden Beschichtung oder reflektierende Folienauskleidung, vorzugsweise eine Auskleidung aus hochpolierter Aluminiumfolie, versehen ist undc) he inside wholly or partially with a heat radiation reflective coating or reflective film liner, preferably a liner made of highly polished aluminum foil, and
d) er Einrichtungen zur Wärmezufuhr und zur Wärmeabgabe aufweist.d) it has facilities for supplying and releasing heat.
Als wärmespeicherndes Medium wird gemäß der Erfindung Wasser besonders bevorzugt, da es leicht erhältlich und besonders umweltfreundlich ist. An Stelle von Wasser kann man aber selbstverständlich auch andere Flüssigkeiten einsetzen, z.B. Glycerin, gegebenenfalls in Mischung mit Wasser, oder Öle wie z.B. Paraffinöl oder Siliconöl. Andererseits kann es aber auch vorteilhaft sein als wärmespeicherndes Medium gemäß der Erfindung eine Substanz einzusetzen, die zwar unter Normalbedingungen fest ist, aber bereits bei relativ niedrigen Temperaturen schmilzt. Zu Substanzen dieser Art gehören beispielsweise Hartparaffine mit Schmelspunkten zwischen 50° und 620C, Wachse, niedermolekulare inerte Polymere sowie sehr niedrig schmelzende Legierungen wie z.B. Woods Legierung (Schmelzpunkt: 60 bis 700C). Bei derartig niedrig schmelzenden Substanzen wird der WärmeSpeichereffekt dadurch erhöht, daß zum Schmelzen zusätzliche Energie benötigt wird. Führt man beispielsweise einem Hartparaffin Wärme zu, so steigt dessen Temperatur stetig bis zum Schmelzpunkt an; dann erhöht sich seine Temperatur längere Zeit nicht mehr, da die ganze zugeführte Wärmeenergie zum Schmelzen aufgebraucht wird. Erst wenn das gesamteAccording to the invention, water is particularly preferred as the heat-storing medium, since it is easily available and particularly environmentally friendly. Instead of water, however, it is of course also possible to use other liquids, for example glycerol, optionally mixed with water, or oils such as, for example, paraffin oil or silicone oil. On the other hand, however, it can also be advantageous to use a substance as the heat-storing medium according to the invention which, although solid under normal conditions, already melts at relatively low temperatures. To substances of this kind include, for example, hard paraffins with Schmelspunkten between 50 ° and 62 0 C, waxes, low molecular weight inert polymers as well as very low-melting alloys such as Woods alloy (melting point: 60 to 70 0 C). In the case of such low-melting substances, the heat storage effect is increased in that additional energy is required for melting. If, for example, heat is supplied to a hard paraffin, its temperature rises steadily up to the melting point; then its temperature no longer increases for a long time, since all the heat energy supplied is used up for melting. Only when the whole
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Hartparaffin geschmolzen ist, erwärmt sich das Hartparaffin weiter. Diese zum Schmelzen notwendige Wärmemenge bezeichnet man als Schmelzwärme. Bei Abkühlung der Substanz wird dann diese Schmelzwärme wieder in Form von Erstarrungswärme neben der eigentlichen Abkühlung frei.If the hard paraffin has melted, the hard paraffin continues to heat up. This is the amount of heat required for melting one as the heat of fusion. When the substance cools down this heat of fusion is then released again in the form of solidification heat in addition to the actual cooling.
Die Speicherkapazität des WärmeSpeichers hängt einerseits von den Eigenschaften des eingesetzten wärmespeichernden Mediums und andererseits von dessen Menge ab. · Vorzugsweise sollte die Speicherkapazität so groß sein, daß die gespeicherte Wärme ohne zusätzliche Heizung ausreicht, um über einige Tage hinaus einen normalen Haushalt mit der üblichen Menge an Warmwasser zu versorgen.The storage capacity of the heat storage depends on the one hand on the properties of the heat-storing medium used and, on the other hand, on its quantity. · The storage capacity should preferably be so large that the stored heat is sufficient without additional heating, to supply a normal household with the usual amount of hot water for a few days.
Da gemäß der Erfindung als wärmespeicherndes Medium Wasser besonders bevorzugt wird, hat der Wärmespeicher vorzugsweise ein Fassungsvermögen von mindestens 1 500 1, insbesondere ein solches von ca. 5 000 bis 15 000 1, und vorzugsweise eine säulenförmige, insbesondere zylindrische, senkrecht angeordnete Form. Der Innendurchmesser eines solchen Hohlzylinders beträgt beispielsweise ca. 0,8 m bis 2,0 m bei einer Höhe von ca. 3 bis 5 m. Der Zylindermantel sowie der Boden und der Deckel können aus jedem beliebigen geeigneten Material bestehen, daß - falls es nicht selbst schon genug thermisch· isolierend wirkt zusätzlich eine thermoisolierende Schicht aufweist, wobei die Dicke der Isolationsschicht sich nach dem λ-Wert (Wärmeleitzahl) richtet und so dick ist, daß durch den Behältermantel, den Boden und den Deckel praktisch keine Wärmeverluste auftreten. Die thermoisolierende Schicht besteht vorzugsweise aus einem Polyurethanhartschaumstoff und weist eine Dicke von ca. 15 cm auf. Die thermoisolierende Schicht kann entweder direkt als selbsttragendes Element den Wärmespeicher bilden oder aber die Isolationsschicht wird auf die Behälterwandung ein schließlich Boden und Decke außen oder innen aufgebracht Since, according to the invention, water is particularly preferred as the heat-storing medium, the heat accumulator preferably has a capacity of at least 1,500 liters, in particular around 5,000 to 15,000 liters, and preferably a columnar, in particular cylindrical, vertically arranged shape. The inside diameter of such a hollow cylinder is, for example, about 0.8 m to 2.0 m with a height of about 3 to 5 m itself has enough thermal insulating effect, in addition, has a thermal insulating layer, the thickness of the insulating layer being based on the λ value (coefficient of thermal conductivity) and being so thick that practically no heat losses occur through the container jacket, the bottom and the lid. The thermally insulating layer is preferably made of a rigid polyurethane foam and has a thickness of about 15 cm. The thermally insulating layer can either form the heat accumulator directly as a self-supporting element or the insulating layer is applied to the container wall, including the floor and ceiling, outside or inside
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oder aber zwischen entsprechenden Verschalungen eingebracht· Die Wandungen des Wärmespeichers können dabei aus Metall, Kunststoff oder Betonringen bestehen. Das gleiche gilt für die Verschalungen. Beispielsweise werden mit Vorteil gemäß der Erfindung übereinander angeordnete Betonringe eingesetzt, die zentrisch von Betonringen umgeben sind, deren Durchmesser vorzugsweise 30 cm größer sind als die Durchmesser der inneren Betonringe. Der zwischen den Betonringen bestehende Zwischenraum wird dann an Ort und Stelle mit Polyurethanhartschäumstoff ausgeschäumt, wobei man das Ausschäumen vorteilhafterweise stufenweise durchführt, d.h. je nach Höhe der Betonringe werden ein oder zwei Innen-Betonringe und entsprechend viele Außen-Betonringe verlegt und der Zwischenraum ausgeschäumt bevor die nächsten Betonringe übereinander angeordnet werden. Selbstverständlich können an Stelle der Außen-Betonringe entsprechende Ringe aus Metall oder Kunststoff eingesetzt werden oder aber die Außenringe sind aus Beton und die Innenringe sind aus Metall oder Kunststoff. Selbstverständlich können auch gleichzeitig die Innen- und Außenringe aus Metall oder Kunststoff bestehen. Darüber hinaus braucht die Ausschäumung nicht an Ort und Stelle zu erfolgen, sondern die Wärmespeicher können fix und fertig angeliefert werden.or placed between corresponding casings The walls of the heat storage tank can be made of metal, Plastic or concrete rings are made. The same goes for the cladding. For example, be beneficial According to the invention, superimposed concrete rings are used, which are centrally surrounded by concrete rings are, the diameter of which is preferably 30 cm larger than the diameter of the inner concrete rings. The between The space between the concrete rings is then filled in place with rigid polyurethane foam, where the foaming is advantageously carried out in stages, i.e. depending on the height of the concrete rings, a or two inner concrete rings and a corresponding number of outer concrete rings laid and the gap filled with foam before the next concrete rings are arranged on top of each other. Of course, instead of the outer concrete rings, corresponding rings made of metal or plastic can be used, or the outer rings are made of concrete and the inner rings are made of metal or plastic. Of course, the inner and outer rings can also be used at the same time made of metal or plastic. In addition, the foaming does not need to be done on the spot, but the heat accumulators can be delivered ready-made.
Der Zylindermantel, der Boden und der Deckel des Wärmespeichers können aber auch, wie bereits erwähnt, als selbsttragende Elemente ausgebildet sein, wobei diese Elemente gegebenenfalls durch zusätzliche Hilfsmittel zusammengehalten werden. Beispielsweise kann der Zylindermantel nur aus Polyurethanhartschaumstoff bestehen und zwar in Form eines Rohres oder er kann aus übereinander angeordneten Rohrringen, die im Aufbau den Betonringen entsprechen, oder aus zwei Halbschalen oder aus mehreren Zylinderlängssegmenten bestehen. Die Halbschalen bzw. die Zylinderlängssegmente haben entweder eine Länge,The cylinder jacket, the bottom and the cover of the heat accumulator can also, as already mentioned, as self-supporting elements can be formed, these elements optionally by additional aids be held together. For example, the cylinder jacket can only consist of rigid polyurethane foam namely in the form of a pipe or it can consist of pipe rings arranged one above the other, which in the structure of the concrete rings correspond, or consist of two half-shells or of several longitudinal cylinder segments. The half-shells or the cylinder longitudinal segments either have a length
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die der gewünschten Höhe des WärmeSpeichers entspricht oder aber sie sind so dimensioniert, daß sie durch zusätzliche Übereinanderanordnung die gewünschte Höhe ergeben. Um eine verschiebesichere Übereinanderanordnung zu gewährleisten, weisen sowohl die Rohre, die Rohrringe als auch die Halbschalen und die Längssegmente an ihren Fuß- und gegebenenfalls Kopfenden entsprechend geformte nut- bzw. federartige Vorsprünge bzw. Vorsprünge auf, wie sie bei den Betonringen üblich sind.which corresponds to the desired height of the heat storage tank or they are dimensioned so that they result in the desired height by additional arrangement one above the other. In order to ensure a non-shifting arrangement one above the other, both the tubes and the tube rings as well as the half-shells and the longitudinal segments correspondingly shaped at their foot and possibly head ends Tongue-like or tongue-like projections or projections, as they are common with the concrete rings.
Vorzugsweise sind die Zylinderlängssegmente ferner so gestaltet, daß die Innen- und Außenflächen den gleichen Krümmungsradius aufweisen. Durch den gleichen Krümmungsradius können die Zylinderlängssegmente während des Transportes raumsparend und beschädigungssicher übereinander angeordnet werden, ohne daß die Ecken irgendwie gefährdet sind.The cylinder longitudinal segments are also preferably like this designed so that the inner and outer surfaces have the same radius of curvature. By the same radius of curvature the longitudinal cylinder segments can be stacked on top of each other to save space and prevent damage during transport be arranged without the corners are in any way endangered.
Die Halbschalen weisen vorzugsweise auch an ihren Längskanten Nut und Feder oder entsprechende Vorsprünge bzw. Vertiefungen auf, während dies bei den Zylinderlängssegmeriten nicht notwendig ist, da diese an ihren Längskanten so ausgebildet sind, daß sie nach dem Prinzip der Gewölbesteine aneinander zu liegen kommen. Die Lage der Seitenflächen der Längssegmente ist dabei so angelegt, daß die theoretische Verlängerung der Seitenflächen durch die Zylinderlängsachse geht.The half-shells preferably also have tongue and groove or corresponding projections or projections on their longitudinal edges. Depressions, while this is the case with the longitudinal segments of the cylinder is not necessary, since these are designed on their longitudinal edges so that they are based on the principle of Arched stones come to rest against each other. The location of the Side surfaces of the longitudinal segments is designed so that the theoretical extension of the side surfaces through the Longitudinal cylinder axis goes.
Zusammengehalten werden die Halbschalen bzw. die Zylinderlängssegmente vorzugsweise durch Stahlbänder, die beispielsweise an ihren Enden, ähnlich wie Schlauchschellen, zusammengeschraubt werden, oder durch übereinanderangeordnete Betonringe.The half-shells or the longitudinal cylinder segments are held together preferably by means of steel straps, for example at their ends, similar to hose clamps, be screwed together, or through concrete rings arranged one above the other.
Die säulenförmige, insbesondere zylindrische Gestaltung bei senkrechter Anordnung wird deshalb bevorzugt, weilThe columnar, especially cylindrical design in the case of a vertical arrangement is preferred because
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dadurch gewährleistet ist, daß sich das Warmwasser stets auf relativ kleinem Raum an der Oberfläche sammelt, von wo es entweder abgezogen wird oder aber wo die Wärme an einen oder mehrere Wärmeaustauscher abgegeben wird, in denen das Brauch- und/oder Heizungswasser erwärmt wird.this ensures that the hot water always collects on the surface in a relatively small space, from where it is either withdrawn or where the heat is transferred to one or more heat exchangers, in which the domestic and / or heating water is heated.
Selbstverständlich braucht der Wärmespeicher nicht nur eine säulenförmige bzw. zylindrische Form aufzuweisen und senkrecht angeordnet zu sein, sondern er kann auch liegend angeordnet sein oder aber die Form einer Pyramide, eines Kegels, eines Quaders oder eines Würfels aufweisen, wobei dann jedoch ein pyramidischer oder halbkugelförmiger oder ähnlich gestalteter Aufsatz auf dem Behälter angeordnet sein sollte, der gewährleistet, daß sich das heiße Wasser stets in dem dadurch begrenzten, relativ kleinen Raum ansammeln kann.Of course, the heat accumulator does not only need to have a columnar or cylindrical shape and to be arranged vertically, but it can also be arranged horizontally or in the shape of a pyramid, a cone, a parallelepiped or a cube, but then a pyramidal or hemispherical one Or similarly designed attachment should be arranged on the container, which ensures that the hot water can always collect in the limited, relatively small space.
Die die Innenflächen des Wärmespeichers bildenden Flächen sind vorzugsweise mit Aluminiumfolie, insbesondere einer hochpolierten Aluminiumfolie, beschichtet. Gemäß der Erfindung können beispielsweise die Halbschalen bzw. die Zylinderlängssegmente kontinuierlich als Sandwich-Elemente hergestellt werden, wobei die Außenschichten aus Aluminiumfolien und der Kern aus Polyurethanhartschaumstoff bestehen. An dieser Stelle wird bemerkt, daß für das Merkmal, wonach der Wärmespeicher innen ganz oder teilweise eine die Wärmestrahlung reflektierende Beschichtung oder reflektierende Folienauskleidung, vorzugsweise eine Auskleidung aus Aluminiumfolie oder dergleichen, aufweist, nicht nur in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Wärmespeicher Schutz beanspruchen wird, sondern auch ein separater Schutz für Wärmespeicher anderer Bauart, bei spielsweise für die kleineren Warmwasserboiler mit einem Fassungsvermögen von 300 bis 500 1.The surfaces forming the inner surfaces of the heat accumulator are preferably with aluminum foil, especially one highly polished aluminum foil, coated. According to the invention For example, the half-shells or the longitudinal cylinder segments can be used continuously as sandwich elements The outer layers are made of aluminum foils and the core is made of rigid polyurethane foam exist. At this point it is noted that for the feature, according to which the heat accumulator inside completely or partially a coating or reflective film lining that reflects the thermal radiation, preferably a lining made of aluminum foil or the like, not only in connection with the invention Heat storage protection will claim, but also a separate protection for heat storage of other types e.g. for the smaller hot water boilers with a capacity of 300 to 500 1.
In den Fällen, in denen das Isoliergehäuse des Wärme-In cases where the insulating housing of the thermal
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speicher nicht wasserdicht oder aber korrosionsanfällig ist, wird in dem Wärmespeicher am oberen Ende des Zylindermantels ein Foliensack befestigt, der so dimensioniert ist, daß er am Boden zum Aufliegen und an der inneren Zylinderwandung zum Anliegen kommt. Wird ein solcher Foliensack eingesetzt, so kann dieser Foliensack auch die Funktion der wärmereflektierenden Auskleidung übernehmen und zwar dann, wenn der Foliensack selbst aus einer mit einer die wärmereflektierenden Schicht beschichtet bzw. kaschiert ist.storage tank not waterproof or susceptible to corrosion is, a foil bag is attached in the heat storage at the upper end of the cylinder jacket, which is so dimensioned is that it comes to rest on the ground and on the inner cylinder wall. Will be such a foil bag used, this foil bag can also take on the function of the heat-reflecting lining namely when the foil bag itself is coated or made of a heat-reflecting layer with a layer. is concealed.
In Anbetracht der Größe der erfindungsgemäß bevorzugten großen Wärmespeicher, werden diese vorzugsweise, beispielsweise im Falle von Ein- und Zweifamilienhäuser, außerhalb des Hauses, vorzugsweise im Erdreich, aufgestellt. In vielen Fällen lassen sich mit Vorteil ehemalige Versitzgruben zum erfindungsgemäßen Wärmespeicher "umbauen".In view of the size of the large heat accumulators preferred according to the invention, these are preferred, for example in the case of one- and two-family houses, placed outside the house, preferably in the ground. In many cases, former sedimentation pits can advantageously be used for the heat accumulator according to the invention "remodel".
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bestehen also der Zylindermantel, der Boden und der Deckel des Wärmespeichers aus Polyurethanhartschaumstoffen. Die nachfolgenden Fig. veranschaulichen diese bevorzugte Ausführungsform, ohne jedoch die Erfindung'darauf einzuschränken. According to a preferred embodiment of the invention, there are therefore the cylinder jacket, the base and the cover of the heat accumulator made of rigid polyurethane foams. The following figures illustrate this preferred embodiment, but without restricting the invention to this.
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäß bevorzugten Wärmespeicher, dessen Zylindermantel, dessen Boden und desnen Deckel nun Polyurethanhartschaumstoff bestehen, wobei der Zylindermantel 2 aus Zylinderlängssegmenten 5, wie sie nachfolgend in Fig. 4, 5 und 6 im Querschnitt dargestellt sind, zusammengesetzt ist. Die Zylinderlängssegmente 5 sind innen und außen mit Aluminiumfolie kaschiert (in den Fig. nicht dargestellt),Fig. 1 shows a longitudinal section through a heat accumulator preferred according to the invention, the cylinder jacket, its base and lid are now made of rigid polyurethane foam consist, wherein the cylinder jacket 2 consists of cylinder longitudinal segments 5, as shown below in Fig. 4, 5 and 6 in cross section are composed. The cylinder longitudinal segments 5 are inside and outside with aluminum foil laminated (not shown in the figures),
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die Wärme reflektieren können. Vorzugsweise sind die Innenflächen des Bodens 3 und der Deckel 4 ebenfalls mit Aluminiumfolie kaschiert. Die Füllhöhe des WärmeSpeichers ist mit "h" und der Innendurchmesser mit "i" angegeben. Gefüllt ist der Wärmespeicher mit Wasser 6. Die vorzugsweise unterhalb der Wasseroberfläche und am Boden des Wärmespeichers angeordneten Wärmeaustauscher sind mit ihren Zu- und Ableitungen nicht dargestellt. Die im Luftpolster 7 mit der Eintrittsöffnung 8 endende Zuleitung und die im Wasser etwas oberhalb des Bodens mit der Saugöffnung 9 endende Ableitung stellen die Zu- und Ableitungen für eine besondere Ausführungsform gemäß der Erfindung dar, auf die später in Verbindung mit einem Sonnenkollektor als Wärmequelle noch etwas ausführlicher eingegangen wird.can reflect heat. The inner surfaces of the base 3 and the cover 4 are preferably also laminated with aluminum foil. The fill level of the heat accumulator is indicated with "h" and the inside diameter with "i". The heat accumulator is filled with water 6. The heat exchangers, which are preferably arranged below the water surface and at the bottom of the heat accumulator, are not shown with their supply and discharge lines. The supply line ending in the air cushion 7 with the inlet opening 8 and the discharge line ending in the water slightly above the ground with the suction opening 9 represent the supply and discharge lines for a special embodiment according to the invention, which will be discussed later in connection with a solar collector as a heat source will be discussed in more detail.
Fig. 2 zeigt im Längsschnitt in vergrößerter Form das obere Ende 10 des Zylindermantels 2 mit dem Rand des Deckels 4, der d\irch Deckelschrauben 12 mit dem oberen Ende 10 des Zylindermantels 2 verbunden ist, wobei die hermetische Abdichtung mittels elastischer Dichtungsringe 13 erreicht wird. Die Befestigung 14 des Foliensackes 15 .1.Bt nohomntinch im Längsschnitt am oberen Ende 10 des Längssegmentes 2 dargestellt.Fig. 2 shows in longitudinal section in enlarged form the upper end 10 of the cylinder jacket 2 with the edge of the cover 4, which is connected by the cover screws 12 to the upper end 10 of the cylinder jacket 2 is, the hermetic seal is achieved by means of elastic sealing rings 13. the Attachment 14 of the foil bag 15 .1.Bt nohomntinch in longitudinal section at the upper end 10 of the longitudinal segment 2 shown.
Fig. 3 zeigt im Längsschnitt in vorgrößortor Form dnn mit einer rundumlaufenden Feder 18 versehene untere Ende 16 des Zylindermantels 2, die in die rundumlaufende Nut 17 der Bodenplatte 4 eingreift.Fig. 3 shows in longitudinal section in vorlargeortor form thin with a circumferential spring 18 provided lower end 16 of the cylinder jacket 2, which in the circumferential groove 17 of the base plate 4 engages.
Fig. 4 zeigt im Querschnitt die zu einem Zylindermantel zusammengefügten Zylinderlängssegraente 5, deren Innenflächen einen kleineren Krümmungsradius auf- Fig. 4 shows in cross section the mated to a cylinder jacket Zylinderlängssegraente 5 whose inner surfaces up a smaller radius of curvature
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- ΐοΧ- ΐοΧ
7*'7 * '
weisen wie die Außenflächen, wobei sich der Krümmungsradius der Innenflächen nach dem gewünschten Innendurchmesser i des WärmeSpeichers und der Krümmungsradius der Außenflächen sich nach der gewünschten Wandstärke des Zylindermantels 2 richtet und außen im Schnitt ebenfalls einen Kreis ergibt.have like the outer surfaces, the radius of curvature of the inner surfaces depending on the desired Inner diameter i of the heat accumulator and the radius of curvature of the outer surfaces according to the desired wall thickness of the cylinder jacket 2 and also on the outside in section results in a circle.
Fig. 5 zeigt im Querschnitt die zu einem Zylindermantel 2 zusammengefügten Zylinderlangssegmente 5 deren Oberflächen einen kreisrunden Querschnitt ergeben, während die Außenflächen einen wellenförmig gekrümmten Kreisbogen ergeben, da der Krümmungsradius der Innenflächen gleich dem Krümmungsradius der Außenfläche ist.Fig. 5 shows in cross section the longitudinal cylinder segments 5 joined together to form a cylinder jacket 2 Surfaces result in a circular cross-section, while the outer surfaces have a wavy curved cross-section Circular arcs result, since the radius of curvature of the inner surfaces is equal to the radius of curvature the outer surface is.
Fig. 6 zeigt in perspektivischer Darstellung übereinanderlagernde Längssegmente 5 gemäß Fig. 5.Fig. 6 shows in a perspective representation superimposed Longitudinal segments 5 according to FIG. 5.
Fig. 7 zeigt einen Längsschnitt durch einen bekannten Betonring mit dem schematisch dargestellten rund-.-umlaufenden Vorsprung 21 und der entsprechenden rundumlaufenden Aussparung 22, die ein verschiebesicheres Übereinanderlagern von Betonringen ermöglicht. Fig. 7 shows a longitudinal section through a known concrete ring with the schematically shown round -.- circumferential Projection 21 and the corresponding circumferential recess 22, which is a non-slip Overlaying of concrete rings allows.
Hinsichtlich der verschiedenen Ausführungsmöglichkeiten gemäß der Erfindung gelten noch die nachfolgend näher beschriebenen Merkmale.With regard to the various possible embodiments according to the invention, those described in more detail below also apply Characteristics.
Vorzugsweise befindet sich übe.r dem wärmespeichernden Medium 6 ein Gaspolster 7, das vorzugsweise aus Luft oder einem Inertgas, beispielsweise Stickstoff, besteht. Das Gaspolster ist üblicherweise hermetisch gegenüber der Außenatmosphäre abgeriegelt und so bemessen, daß sein Volumen unter Normalbedingungen in der Lage ist, die bei der Erwärmung des wärme-Preferably located above the heat-storing Medium 6 is a gas cushion 7, which preferably consists of air or an inert gas, for example nitrogen. The gas cushion is usually hermetically sealed off from the outside atmosphere and dimensioned so that its volume is able under normal conditions
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speichernden Mediums 6 auftretende Druckerhöhung abzupuffern. Andererseits kann es aber auch von Vorteil sein, wenn das Gaspolster nicht hermetisch gegenüber der Außenatmosphäre abgeriegelt ist, sondern mit der Außenatmosphäre in Verbindung steht. Auf diese Weise kann ein einfacher Druckausgleich im System erzielt werden, vorausgesetzt, daß die Verbindung mit der Außenatmosphäre so gestaltet · ist, daß größere Verdampfungsverluste vermieden werden. In welcher Weise der Fachmann eine solche Verbindung zur Außenatmosphäre schaffen kann,ist ihm bekannt. Selbstverständlich kann man bei einer speziellen erfindungsgemäßen Ausführungsform auch auf das Gaspolster ganz verzichten, wobei es sich dann jedoch empfiehlt an anderer Stelle ein in der Heizungstechnik übliches Druckausgleichsgefäß anzubringen. Ferner ist es möglich, daß das wärmespeichernde Medium 6, z.B. das bevorzugt eingesetzte Wasser, unter einem Druck steht, der dem in der Wasserleitung herrschenden Druck entspricht. Andererseits ist es natürlich auch möglich, den Wärmespeicher über ein entsprechendes Druckreduzierventil mit der Wasserleitung zu verbinden. Diese Ausführungsform wird man insbesondere dann wählen, wenn man das im Wärmespeicher erhitzte Wasser direkt als warmes Brauchwasser verbrauchen möchte.storing medium 6 to buffer occurring pressure increase. On the other hand, it can also be advantageous if the gas cushion is not hermetic to the outside atmosphere is sealed off, but is in connection with the outside atmosphere. That way, a can be easier Pressure equalization in the system can be achieved, provided that the connection with the outside atmosphere is designed in such a way is that major evaporation losses are avoided. In what way the skilled person makes such a connection can create the outside atmosphere is known to him. Of course in a special embodiment according to the invention, the gas cushion can also be completely dispensed with, In this case, however, it is advisable to use a pressure equalization vessel that is common in heating technology elsewhere to attach. It is also possible that the heat-storing medium 6, for example the one preferably used Water, is under a pressure that corresponds to the pressure prevailing in the water pipe. On the other hand is it is of course also possible to connect the heat accumulator to the water pipe via a corresponding pressure reducing valve connect to. This embodiment will be chosen in particular when the water heated in the heat storage tank is used want to use it directly as hot domestic water.
Die Einrichtungen zur Wärmezufuhr sind vorzugsweise wenig über dem Boden des WärmeSpeichers angeordnet, da auf diese Weise erreicht wird, daß das warme Wasser sich im oberen Teil des Wärmespeichers ansammelt und stets das sich am Boden des WärmeSpeichers ansammelnde kalte Wasser erwärmt wird. Die Vorrichtung zur·Wärmezufuhr ist beispielsweise ein Wärmeaustauscher, der am Boden des WärmeSpeichers angeordnet ist und der durch umlaufendes Wasser gespeist wird, das beispielsweise in Sonnenkollektoren oder in Wärmepumpen erwärmt wird. Gemäß einer besonders bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform kann das im Wärmespeicher befindliche Wasser am BodenThe devices for supplying heat are preferably arranged a little above the bottom of the heat accumulator, because in this way it is achieved that the warm water collects in the upper part of the heat accumulator and always the cold accumulating at the bottom of the heat storage tank Water is heated. The device for supplying heat is For example, a heat exchanger which is arranged at the bottom of the heat accumulator and which is through a circulating Water is fed that is heated, for example, in solar collectors or in heat pumps. According to a a particularly preferred embodiment according to the invention can be the water in the heat accumulator on the ground
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abgepumpt und direkt durch den. Sonnenkollektor oder durch den Kessel eines Öl-, Gas- oder Kohlebrenners geleitet und dem Wärmespeicher am Kopf wieder zugeführt werden. Eine derartige Ausführungsform wird nachfolgend noch in Verbindung mit dem Einsatz eines Sonnenkollektors näher beschrieben.pumped out and straight through the. Solar panel or passed through the boiler of an oil, gas or coal burner and fed back to the heat accumulator at the top will. Such an embodiment is described below described in more detail in connection with the use of a solar collector.
In vielen Fällen kann es aber auch vorteilhafter sein, wenn man das im Wärmespeicher befindliche Medium mittels elektrischer Energie, die insbesondere in den Nachtstunden preisgünstig zu haben ist, aufheizt. Zu diesem Zweck befindet sich dann am Boden des WärmeSpeichers eine elektrisch beheizte Wärmequelle, beispielsweise eine solche, die mit einem großen Tauchsieder vergleichbar ist.In many cases, however, it can also be more advantageous if the medium in the heat accumulator is used electrical energy, which is inexpensive to have, especially at night, heats up. To this The purpose is then at the bottom of the heat storage tank an electrically heated heat source, for example one that is comparable to a large immersion heater is.
st.st.
Unterhalb der Oberfläche sind vorzugsweise die Einrichtungen zur Wärmeabgabe, d.h. entsprechende Wärmeaustauscher angeordnet, durch die das Brauch- und/oder Heizungswasser geleitet wird und sich darin erwärmt. Eine zweckmäßige Anordnung sieht vor, daß zwei entsprechende Wärmeaustauscher übereinander oder nebeneinander angeordnet sind, wobei durch den einen Wärmeaustauscher das für den Verbrauch bestimmte Wasser und durch den anderen das für Heizungszwecke bestimmte Wasser geleitet wird.Below the surface are preferably the devices for heat emission, i.e. corresponding heat exchangers arranged through which the domestic and / or heating water is passed and heated therein. An expedient arrangement provides that two corresponding heat exchangers are one above the other or next to one another are arranged, the water intended for consumption by the one heat exchanger and by the to others the water intended for heating purposes will.
Ähnlich wie.das als wärmespeicherndes Medium dienende Wasser direkt in Sonnenkollektoren erhitzt werden kann, kann das gespeicherte Wasser auch direkt durch die Heizkörper der Heizungsanlage oder durch die Fußbodenheizung geleitet werden. Genau das gleiche gilt für den bereits erwähnten Fall, daß man das im Wärmespeicher gespeicherte warme Wasser als warmes Brauchwasser direkt verwenden will.Similar to how the water used as a heat-storing medium is heated directly in solar collectors can be, the stored water can also be directly through the radiator of the heating system or through the Underfloor heating can be conducted. Exactly the same applies to the case already mentioned that this is done in the heat accumulator wants to use stored hot water as hot domestic water directly.
* des wärmespeichernden Mediums 6* of the heat-storing medium 6
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Eine besonders interessante Anwendung des erfindungsgemäßen Wärmespeichers ist in einer speziellen Kombination mit einem Sonnenkollektor zu sehen, wodurch man eine Sonnenkollektor^Heizung erhält, die im wesentlichen aus einem Sonnenkollektor, dem erfindungsgemäßen Wärmespeicher, den ReZirkulationsrohren, die es gestatten, die Kollektorflüssigkeit durch den Sonnenkollektor und den Wärmespeicher im Kreislauf umzupumpen, und dem eigentlichen Heizkörper- bzw. Brauchwassersystem besteht. Diese Kombination ist dadurch gekennzeichnet, daßA particularly interesting application of the heat accumulator according to the invention is in a special combination to see with a solar collector, whereby one obtains a solar collector ^ heating which essentially from a solar collector, the heat accumulator according to the invention, the recirculation pipes that allow to pump the collector liquid through the solar collector and the heat storage in the circuit, and the actual radiator or domestic water system exists. This combination is characterized in that
(a) der thermoisolierte Wärmespeicher 1 ein Fassungsvermögen von mindestens 1500 1 hat und innen ganz oder teilweise eine die Wärmestrahlung reflektierende Beschicktung oder reflektierende Folienauskleidung, vorzugsweise eine Auskleidung aus Aluminiumfolie oder dergleichen aufweist,(A) the thermally insulated heat accumulator 1 has a capacity of at least 1500 liters and is completely inside or partially a lining or reflective foil lining that reflects the thermal radiation, preferably has a lining made of aluminum foil or the like,
(b) die Kollektorflüssigkeit nicht durch die im Wärmespeicher 1 befindlichen Wärmeaustauscher, sondern durch den Wärmespeicher 1 selbst geführt und das zur Beheizung der Heizkörper dienende Wasser bzw. das heiße Brauchwasser durch einen im Wärmespeicher 1 befindlichen Wärmeaustauscher, dessen Fassungsvermögen je nach Aufgabe variiert, geleitet wird,(b) the collector fluid does not go through the heat exchanger located in the heat accumulator 1, but rather out through the heat accumulator 1 itself and the water or water used to heat the radiators the hot water through a heat exchanger located in the heat accumulator 1, its capacity varies depending on the task, is directed,
(c) sich im Wärmespeicher 1 über der umzupumpenden Kollektorflüssigkeit ein Gaspolster 7 befindet,(c) in the heat accumulator 1 above the collector liquid to be pumped a gas cushion 7 is located,
(d) der Wärmespeicher so gestaltet ist,' daß sich das Gaspolster 7 über dem Wärmeaustauscher befindet; der im Wärmespeicher 1 so angeordnet*ist, daß er sich während des Betriebs des Sonnenkollektors wenig unterhalb der Wasseroberfläche 6 befindet,(d) the heat accumulator is designed in such a way that the gas cushion 7 is located above the heat exchanger; the in Heat accumulator 1 is arranged * so that it is slightly below it during operation of the solar collector the water surface 6 is located,
(e) sich im unteren Teil des Wärmespeichers 1, vorzugsweise am Boden, eine Absaugöffnung 9 und am oberen(E) in the lower part of the heat accumulator 1, preferably on the floor, a suction opening 9 and on the upper one
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Teil des WärmeSpeichers 1 eine Eintrittsöffnung 8 für die Kollektorflüssigkeit befindet, wobei die Eintrittsöffnung 8 im oberen Teil des Gaspolsters 7 endet,Part of the heat accumulator 1 has an inlet opening 8 for the collector liquid is located, the inlet opening 8 in the upper part of the gas cushion 7 ends,
(f) der Sonnenkollektor so angeordnet ist, daß während des Betriebes des Sonnenkollektors die darin befindliche Kollektorflüssigkeit nach Ausschalten der Umlaufpumpe, die die Kollektorflüssigkeit umpumpt, aus dem Sonnenkollektor und den entsprechenden Rezirkulationsrohren durch die Eintrittsöffnung 8 bzw. die Absaugöffnung 9 in den Wärmespeicher 1 auslaufen kann.(f) the solar collector is arranged so that during the operation of the solar collector is located in it Collector liquid after switching off the circulation pump that circulates the collector liquid, from the solar collector and the corresponding recirculation pipes through the inlet opening 8 or the suction opening 9 can leak into the heat accumulator 1.
Das Erfindungswesentliche ist somit in der Kombination des Wärmespeichers, des Luftpolsters und des Leerlaufens des Sonnenkollektors bei Pumpenstillstand zu sehen, wobei das Leerlaufen des Kollektors bei Purapenstillstand nur dadurch erreicht werden konnte, daß man mit dem vorstehend genannten Luftpolster arbeitet. Dieses Luftpolster hat in diesem Fall somit zwei Funktionen zu erfüllen, einmal das Auslaufen des Kollektors bei Nichtpumpenbetrieb zu ermöglichen und andererseits als Druckpuffer zu wirken, da nicht unbeträchtliche Druckunterschiede beim Aufheizen des Innenwassers von einer Temperatur von ca. 20 bis 250C auf 600C auftreten.The essence of the invention is thus to be seen in the combination of the heat accumulator, the air cushion and the idling of the solar collector when the pump is idle, whereby the emptying of the collector at Purapenstillstand could only be achieved by working with the aforementioned air cushion. This air cushion has to fulfill two functions in this case, on the one hand to allow the collector to run out when the pump is not operating and on the other hand to act as a pressure buffer, since there are not inconsiderable pressure differences when heating the internal water from a temperature of approx. 20 to 25 0 C to 60 0 C occur.
Vorzugsweise ist das im Wärmespeicher 1 befindliche Gaspolster 7 über eine Rohrleitung mit dem am höchsten liegenden Kanal im Sonnenkollektor über ein am Sonnenkollektor befindliches Ventil verbunden, das sich beim Ausschalten der Umlaufpumpe, d.h. dem Wegfall des Innendruckes, öffnet und damit das Auslaufen der Kollektorflüssigkeit aus dem Sonnenkollektor begünstigt. Das Gaspolster 7 ist^ wie bereits angegeben, ein Luftpolster oder ein Inertgaspolster, z.B. ein Stickstoffpolsterr dessen Volumen The gas cushion 7 located in the heat accumulator 1 is preferably connected via a pipeline to the highest channel in the solar collector via a valve located on the solar collector, which opens when the circulation pump is switched off, ie when the internal pressure is no longer present, thus preventing the collector liquid from running out Solar panel favors. The gas cushion 7 is ^ as already indicated, an air cushion or an inert gas cushion, for example a nitrogen cushion r its volume
* bei dieser Sonnenkollektor-Heizung* with this solar collector heater
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unter Normalbedingungen so gewählt ist, daß es einerseits in der Lage ist, die beim Erwärmen der Kollektorflüssigkeit im System auftretende Druckerhöhung abzupuffern und andererseits mindestens so groß ist, um die im Sonnenkollektor und in den Rezirkulationsrohren während des Umpumpens befindliche Kollektorflüssigkeit zu ersetzen. Die Kanäle im Sonnenkollektor, durch die die Kollektorflüssigkeit zirkuliert, sind vorzugsweise so schräg installiert, daß die Kollektorflüssigkeit beim Ausschalten der Umlaufpumpe sowohl über die Eintrittsöffnung 8, als auch durch die Absaugöffnung 9 in den Wärmespeicher 1 zurücklaufen kann.is selected under normal conditions so that it is on the one hand able to prevent the heating of the collector liquid to buffer the pressure increase occurring in the system and, on the other hand, is at least as large as the Collector liquid in the solar collector and in the recirculation pipes during the pumping over to replace. The channels in the solar collector through which the collector fluid circulates are preferably like this Installed at an angle that the collector liquid when switching off the circulation pump both through the inlet opening 8 and through the suction opening 9 in the Heat accumulator 1 can run back.
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Claims (24)
einem Druck von ca. 1 bis 2 Atmosphären oder dem in
der Wasserleitung herrschenden Druck steht.16. Heat accumulator according to claim 1 to 15, characterized in that the heat-storing medium (6) below
a pressure of about 1 to 2 atmospheres or the in
the pressure prevailing in the water pipe.
über dem Boden des Wärmespeichers angeordnet ist.17. Heat accumulator according to claim 1 to 16, characterized in that the device for supplying heat is little
is arranged above the bottom of the heat accumulator.
Wärmeaustauscher ist, der durch umlaufendes Wasser
gespeist wird, welches im Sonnenkollektor oder mittels Wärmepumpen erwärmt wird.18. Heat accumulator according to claim 1 to 17, characterized in that the device for supplying heat is a
Heat exchanger is made by circulating water
is fed, which is heated in the solar collector or by means of heat pumps.
oder durch den Kessel eines Öl- oder Gas- oder Kohlebrenners geleitet und dem Wärmespeicher am Kopf wieder zugeführt wird.19. Heat accumulator according to claim 1 to 18, characterized in that the water in the heat accumulator is pumped out at the bottom, directly through the solar collector
or passed through the boiler of an oil, gas or coal burner and fed back to the heat accumulator at the top.
elektrischbeheizte Wärmequelle ist.20. Heat accumulator according to claim 1 to 19, characterized in that the device for supplying heat is a
is an electrically heated heat source.
von Brauchwasser oder Heizungswasser durchflossener
Wärmeaustauscher ist, wobei zwei entsprechende Wärmeaustauscher neben- ober übereinander angeordnet sein können und der eine Wärmeaustauscher der Erwärmung22. Heat accumulator according to claim 1 to 21, characterized in that the device for dissipating heat is a
hot water or heating water flowing through it
Is heat exchanger, whereby two corresponding heat exchangers can be arranged side by side or one above the other and the one heat exchanger for heating
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