DE2948417A1

DE2948417A1 - Long-term heat storage system - has concentric elements at outwardly reducing temperatures selectively connected to heat supply and extract circuits

Info

Publication number: DE2948417A1
Application number: DE19792948417
Authority: DE
Inventors: Joachim Dipl.-Chem. 5202 Hennef Loosen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-12-01
Filing date: 1979-12-01
Publication date: 1981-06-04

Abstract

The long-term heat storage system comprises a number of heat storage elements which are concentrically arranged and may be contained within an insulating enclosure. The temperature of the storage medium in successive elements increases from the centre to the outside. Pairs of elements are selectively connected to flow and return of a heat supplying circuit and other pairs to flow and return of a heat extracting circuit by means of valves. These are operated in response to the signals from temperature sensors in the elements to optimise storage and extraction of heat.

Description

Joachim Loosen - #? — 5202 Hennef 1Joachim Loosen - #? - 5202 Hennef 1

ScheurenmühleScheurenmühle

Quasiisentroper LangzeitwärmespeicherQuasi-tropic long-term heat storage

Die Erfindung betrifft einen Langzeitwärmespeicher für Speicherzeiten von einigen Mjipnaten/an aufwärts, bei dem Verluste durch entropieerhöhende Ausgleichsvorgänge weitgehend vermieden werden. Das Hauptanwendungsgebiet ist die saisonale Speicherung von Sonnenwärme.The invention relates to a long-term heat store for storage times of a few Mjipnaten / an upwards, in which losses due to entropy-increasing equalization processes largely avoided. The main area of application is seasonal storage from solar heat.

Es ist bekannt, daß Wasser als Speichermedium eingesetzt wird. Der Hauptvorteil besteht dabei in der hohen spezifischen Wärme des Mediums und der daraus resultierenden relativen Kompaktheit eines Speichers gegebener Kapazität. Auch Erdreich wird als Speicher verwendet; der Speicher muß dann, entsprechend der erheblich geringeren Wärmekapazität, größer sein. Auch Latentwärmespeicher sind bekannt, bei denen das Medium in einem engen Temperaturbereich bei Wärmezufuhr einem reversiblen Phasenübergang unterworfen wird.It is known that water is used as a storage medium. The main advantage is in the high specific heat of the medium and the resulting relative compactness of a storage tank with a given capacity. Soil is also called Memory used; the memory must then, according to the considerably lower heat capacity, to be taller. Latent heat storage systems are also known in which the medium a reversible phase transition in a narrow temperature range with the addition of heat is subjected.

Solche Speicher bedürfen einer aufwendigen Isolation. Wärme kann ihnen nur zugeführt werden, wenn sie bei höherer als der - praktisch einheitlichen, bei Latentwärmespeichern sogar konstanten - Speichertemperatur angeboten wird. Liegt die Temperatur der zugeführten Wärme wesentlich höher als die des Speichers, so tritt durch den irreversiblen Ausgleichsvorgang beim Übergang der Wärme auf den Speicher ein Verlust nutzbarer Energie ein. Bei der Entnahme von Wärme für einen Verbraucher, der eine wesentlich niedrigere Temperatur verlangt als die des Speichers, geht wiederum nutzbare Energie durch den Ausgleich der Temperatur verloren.Such memories require extensive insulation. Heat can only be supplied to them if they are at higher than the - practically uniform, with latent heat storage even constant storage temperature is offered. Is the temperature of the supplied If the heat is significantly higher than that of the storage tank, the irreversible compensation process when the heat is transferred to the storage tank results in a loss of usable value Energy one. When removing heat for a consumer, which is an essential requires a lower temperature than that of the storage tank, in turn usable energy goes lost by balancing the temperature.

Durch die Erfindung sollen Verluste vermieden werden, die dadurch eintreten, daß die Temperatur der zu speichernden Wärme niedriger ist als die des Speichers. Dies tritt bei saisonalen Speichern besonders gravierend gegen Ende der Aufheizphase ein. Liegt die minimale direkt nutzbare Temperatur z.B. bei 30 C und hat der Speicher eine Temperatur von 60° C, so dauert es morgens oft einige Stunden, bis die Dachkollektoren diese Temperaturdifferenz überwinden. Erst dann kann die Speicherung einsetzen, obwohl schon vorher Wärme geliefert wurde, die für die Raumheizung durchaus verwendbar wäre. Das gleiche tritt nachmittags ein. Im jahreszeitlichen Verlauf ergibt sich, daß an vielen Tagen gegen Ende der Aufheizphase die Speichertemperatur überhaupt nicht erreicht wird. Die Erfindung bezweckt also eine sowohl Jahres- wie tageszeitliche Verlängerung der Aufheizphase.The invention is intended to avoid losses that occur because the The temperature of the heat to be stored is lower than that of the storage tank. This occurs in the case of seasonal storage systems, this is particularly severe towards the end of the heating-up phase. Lies the minimum directly usable temperature e.g. at 30 C and the storage tank has a temperature of 60 ° C, it often takes a few hours in the morning for the roof collectors to overcome this temperature difference. Only then can storage begin, although heat was supplied beforehand that could be used for space heating. The same thing happens in the afternoon. The seasonal course shows that on many days towards the end of the heating-up phase, the storage tank temperature is not at all is achieved. The invention therefore aims to extend both the time of year and the time of day the heating phase.

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Außerdem sollen Verluste vermieden werden, die durch Ausgleichsvorgänge bei der Speicherung und Entnahme von Wärme durch unterschiedliche Temperaturen des Speichers und des Wärmelieferanten bzw. -Verbrauchers eintreten. Schließlich soll der Isolationsaufwand vermindert werden.In addition, losses are to be avoided that are caused by compensation processes in the Storage and extraction of heat through different storage temperatures and the heat supplier or consumer. Finally, the isolation effort should be reduced.

Diese Aufgaben werden mit der Erfindung so gelöst, daß durch die schalenförmige Anordnung von wärmezu- und -abführenden Wärmetauschelementen im Speichermedium und durch die Verwendung ein und derselben (festen) Substanz als Speicher- und Isolationsmedium ein stetiger, oder durch Wechsel zwischen speichernden und isolierenden Schichten ein unstetiger Temperaturgradient zwischen Speicherkern und Umwelt erzeugt wird. Die Einschaltung der zur Erreichung und Aufrechterhaltung dieses Zustandes erforderlichen Wärmetauschelemente in den Transportmittelkreislauf geschieht durch Prozeßrechnersteuerung. These objects are achieved with the invention so that by the shell-shaped arrangement of heat supplying and removing heat exchange elements in the storage medium and Through the use of one and the same (solid) substance as a storage and insulation medium, a constant, or through alternation between storing and insulating layers a discontinuous temperature gradient is generated between the storage core and the environment. The involvement of the necessary to achieve and maintain this state Heat exchange elements in the means of transport cycle are done by process computer control.

Insbesondere wird der Isolationsaufwand dadurch vermindert, daß an der (gedachten oder realen) Speicheraußenwand die vorgesehene Temperatur im geladenen Zustand des Speichers nur wenig über der Außentemperatur liegt und so nur eine dieser Temperaturdifferenz entsprechende Isolation vorzusehen ist. In besonderen Fällen kann die Isolation ganz entfallen.In particular, the isolation effort is reduced by the fact that on the (imaginary or real) outer wall of the storage tank, the intended temperature in the charged state of the Storage tank is only slightly above the outside temperature and so only one of this temperature difference appropriate insulation is to be provided. In special cases, the insulation can be omitted entirely.

Die Verlängerung der Aufheizphase wird dadurch erreicht, daß bei jedem (außer dem überladenen) Speicherzustand und jeder Temperatur, bei der die zu speichernde Wärme angeboten wird, eine Schale von Wärmetauschelementen zu finden ist, die auf einer Isotherme liegt, deren Temperatur nur wenig unter der der zu speichernden Wärme liegt. Das aus den Wärmetauschelementen verdrängte Wärmetransportmedium wird dann der nächsten etwas kälteren Schale zugeführt, usw. Aus der kältesten Schale des Speichers fließt das Transportmittel zur Wärmequelle zurück. Dadurch wird nicht nur die tages- . wie jahreszeitliche Aufheizung verlängert, sondern die Wärme wird dem Speicher auch fast reversibel zugeführt.The extension of the heating phase is achieved by the fact that with each (except the overloaded) storage status and any temperature at which the heat to be stored is offered to find a shell of heat exchange elements, which is on a Isotherms, the temperature of which is only slightly below that of the heat to be stored. The heat transport medium displaced from the heat exchange elements is then fed to the next somewhat colder shell, etc. From the coldest shell of the storage tank the means of transport flows back to the heat source. This not only makes the daily. as seasonal heating is prolonged, but the heat is stored in the memory as well almost reversible fed.

Auf gleiche Weise werden Verluste vermieden, die durch Ausgleichsvorgänge bei der Entnahme von Wärme entstehen. Verlangt z.B. eine Fußbodenheizung einen Vorlauf von 30 C, so wird genau bei dieser oder nur wenig höherer Temperatur dem Speicher Wärme entnommen, indem ein Kreislauf eingeschaltet wird, der aus der Fußbodenheizung und den Wärmetauschern von der kältesten bis zur 30°-Speicherschale besteht. Wird 60° warmes Wasser benötigt, so wird ein externer Wärmetauscher genau aus der 60° Schale gespeist. Zufuhr und Entnahme von Wärme können gleichzeitig erfolgen.In the same way, losses caused by compensation processes in the Extraction of heat arise. If, for example, underfloor heating requires a flow of 30 C, exactly at this temperature, or only slightly higher, the storage tank is heated taken by switching on a circuit that consists of the underfloor heating and the heat exchangers from the coldest to the 30 ° storage shell. Becomes 60 ° If warm water is required, an external heat exchanger is made exactly from the 60 ° shell fed. Heat can be supplied and withdrawn at the same time.

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Zwei Ausführungsbeispiele sind in der Zeichnung dargestellt. Abb.l zeigt den Speicher in einer Ausführungsform, die dem geschilderten Prinzip besonders nahe kommt. Die Zeichnung stellt einen Schnitt dar, der zu einer Kugel oder einem Zylinder ergänzt zu denken ist. Auch die kreisförmigen Leitungen für das Wärmetransportmittel sind zu Kugel- oder Zylinderschalen erweitert zu denken. An der Zu- und Ablaufstelle sind durch Prozeßrechner steuerbare Ventile vorzusehen, im Speicher innerhalb jeder Schale mindestens ein Temperaturfühler, über die der Prozeßrechner seine Daten über den Zustand des Speichers erhält. Der Speicher befindet sich im Zustand mittlerer Aufladung. Abb. 2 zeigt den Schnitt einer Bauform, die für die praktische Anwendung den Vorteil der leichten Installierbarkeit bietet. Der Speicher ist für die Verwendung im Boden mit Erdreich als speicherndem Medium gedacht. Die einzige Erdbewegungsarbeit beim Bau des Speichers ist die Ausschachtung des Volumens von Abdeckplatte und Isolation nach oben. Auch dieser Speicher erhält durch geeignete Steuerung beim Laden das funktionsnotwendige Temperaturgefälle von der Mitte zum Rand. Unter den Leitungen für das Transportmittel bilden sich glockenförmige Isothermen aus. Dieser Speicher ist für schnelle Ladung und Entladung nicht geeignet, hat aber für den Raumheizungsbetrieb den Vorteil der kostengünstigen Installation.Two exemplary embodiments are shown in the drawing. Fig.l shows the memory in an embodiment that comes particularly close to the principle described. the Drawing represents a section that complements to a sphere or a cylinder think is. The circular lines for the heat transfer medium are also closed Think of spherical or cylindrical shells in an expanded manner. At the entry and exit points are to provide process computer controllable valves in memory within each shell at least one temperature sensor, via which the process computer receives its data on the status of the store. The memory is in the state of medium charge. Fig. 2 shows the section of a design that is advantageous for practical use which is easy to install. The storage is for use in the ground with Soil is intended as a storage medium. The only earth moving work in the construction of the storage tank is the excavation of the volume of the cover plate and insulation above. This storage tank also receives the functionally necessary temperature gradient from the center to the edge through suitable control during charging. Under the lines for that Means of transport develop bell-shaped isotherms. This store is for quick Charging and discharging not suitable, but has the for space heating operation Advantage of inexpensive installation.

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Claims

28484 Π28484 Π

Patent claims:

Long-term heat storage, characterized by a shell-shaped arrangement of heat supply and -Discharge heat exchange elements in the storage medium, as well as by a Temperature gradient from the storage core to the environment that occurs when the storage unit is loaded is generated by suitable control and maintained in the subsequent period.

2. Long-term heat storage according to claim 1, characterized by the reduction of the Shell-shaped arrangement of the heat exchange elements on a flat arrangement of hollow pipes under an insulating layer at the top.

Designation of the inventor

The inventor of the quasi-tropical long-term heat storage is

Joachim Loosen Diploma Chemist 52o2 Hennef 1 Scheurenmühle. No other persons are involved in the invention.

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