DE29512343U1

DE29512343U1 - Speicher für Niedertemperatur-Wärme

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Publication number: DE29512343U1
Application number: DE29512343U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-08-01
Filing date: 1995-08-01
Publication date: 1995-09-28
Anticipated expiration: 2005-08-02

Description

01.95 - 1 - 21.06.1995

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen mit Flüssigkeit gefüllten Wärmespeicher für Niedertemperatur-Wärme mit Temperaturschichtung, wobei das Speichervolumen in eine obere Zone möglichst hoher Temperatur und in eine untere Zone möglichst tiefer Temperatur eingeteilt ist. Typische Anwendungen derartiger Wärmespeicher sind z.B. Wärmespeicher von thermischen Solaranlagen und Wärmerückgewinnungsanlagen sowie Wärme-Pufferspeicher in Heizungsanlagen und Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen .

Bei der Beladung dieser Wärmespeicher ist zu unterscheiden zwischen der Erwärmung der Speicherflüssigkeit durch den im Speicher innen angeordneten Wärmeübertrager und der Erwärmung der Speicherflüssigkeit außerhalb des Speichers durch einen externen Wärmeübertrager. Da der Wärmeübertrager im Innern des Wärmespeichers notwendigerweise im Speicher ganz unten angeordnet sein muß, wird bei jedem Beladevorgang die Temperaturschichtung total zerstört. Daher bezieht sich die Erfindung auf Wärmespeicher, die durch einen externen Wärmeübertrager beladen werden. Durch den externen Belade-Wärmeübertrager zirkuliert die Speicherflüssigkeit, wobei die Speicherflüssigkeit der unteren kalten Speicherzone entnommen und nach der Aufheizung im Wärmeübertrager bei gewünschter Temperatur von oben in den Speicher eingeschichtet wird. Derartige Speicher sind also leere Behälter. Dieses Verfahren wird in der Praxis vielfach eingesetzt, wobei das notwendige Speichervolumen - soweit möglich - in einem Behälter ausgeführt wird. Dabei erweist sich als thermodynamisch sehr nachteilig, daß die gesamte Speichermasse thermisch gekoppelt ist. Durch Wärmeleitung und freie Konvektion wird sowohl in der Speicherflüssigkeit als auch in der Behälterwand Wärme aus der heißen Speicherzone zur kalten Zone transportiert,

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wobei dieser selbstätig ablaufende Ausgleichsprozeß erst bei einem thermodynamischen Gleichgewichtszustand, also bei gleicher Temperatur im gesamten Speicher, endet. Die Folge ist ein stetiger Verlust an nutzbarer Wärme aus der heißen Speicherzone und eine stetige Verringerung der Speicherkapazität. Die Wärmespeicherung über mehrere Tage, Wochen oder Monate ist bei dieser üblichen Speicherausführung nicht möglich.

Aus Herstellungsgründen und oft auch aus räumlichen Gründen werden größere Speichervolumen durch Aufstellung mehrerer Einzelspeicher realisiert, die dann hydraulisch in Reihe oder parallel miteinander verbunden werden. Dabei wird, gewollt oder ungewollt, eine weitgehende thermische Entkopplung der Behälter erzielt, doch ergeben sich bei dieser Vorgehensweise im Vergleich zur Ein-Behälter-Bauweise erheblich größere Wärmespeicherverluste durch ein großes Oberflächen/Volumen-Verhältnis. Noch gravierender für die Praxis ist der Anstieg der spezifischen Speicherkosten in DM/m durch die Behälterzahl und den notwendigen Verrohrungs- und Isolieraufwand.

Die vorliegende Erfindung vermeidet die vorbeschriebenen Nachteile; sie beinhaltet ein kostengünstiges, modulares Speicherbehälter-System, mit dem in Baukasten-Bauweise beliebige Speichervolumen realisiert werden können, wobei in zusammengebautem Zustand eine thermische Trennung der einzelnen Module, ein möglichst kleines Oberflächen/Volumen-Verhältnis und eine einfache hydraulische Reihenschaltung der Module realisiert ist.

Die Erfindung wird anhand Fig. 1, die den Erfindungsgegenstand beispielhaft zeigt, näher beschrieben.

Der Wärmespeicher wird aus zwei oder mehreren stapelbaren Behältern, gemäß dem benötigten Speichervolumen, aufgebaut.

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Dabei werden vorzugsweise identische, in Serie vorgefertigte Behälter 1 aufeinandergestapelt. Je nach Anordnung des Einzelbehälters (oben, Mitte, unten) wird ein Teil der Ein-/ Austrittsstutzen funktionsgemäß genutzt bzw. die nicht benötigten Stutzen werden blind verschlossen. Es erfolgt die Beladung des Speichers durch Entnahme kalter Speicherflüssigkeit am untersten Anschlußstutzen 3 und Einschichtung dieser Flüssigkeit nach Erhitzung in einem externen Wärmeübertrager 7 durch den obersten Anschlußstutzen 4 in den obersten Speicherbehälter. Die Überströmleitungen 2 zwischen den Behältern ermöglichen das Durchladen des gesamten Speichers von oben nach unten. Die Anschlußstutzen 5, 6 dienen der Speicherentladung.
Die Behälter-Stapelbauweise ermöglicht die thermische Entkopplung der Einzelbehälter durch Zwischenlegung von druckfesten Dämmplatten 8. Damit bleibt die Temperaturschichtung von Einzelbehälter zu Einzelbehälter erhalten und es ist die grundlegende Voraussetzung für Wärmespeicherung über längere Zeiträume (mehrere Tage, Wochen, Monate) bei Erhaltung maximaler Speicherkapazität realisiert.

Gleichzeitig bietet diese Behälter-Stapelbauweise große Kostenvorteile, da alle Behälter identisch gefertigt, ohne besonderen Aufwand transportiert und durch übliche Türen in Räume eingebracht werden können.

Weitere Kennzeichen und Merkmale der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche und ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele.

Fig. 2 zeigt einen Behälterstapel, wobei der oberste Behälter 9 z.B. bei einer thermischen Solaranlage die Funktion des Wärmespeicher-Bereitschaftsteils mit Nachheizung übernimmt.

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Dieser ganzjährig benutzte Behälter 9 kann in seiner Geometrie für minimale Wärmeverluste optimiert werden und somit von der Gestalt der übrigen, nur zu Zeiten des Sonnenstrahlungsangebots benötigten Stapelbehälter abweichen. Auch für den Bereitschaftsteil erweist sich die thermische Entkopplung zum darunter befindlichen Behälter als großer Vorteil, da Nachheizung - als Folge von Wärmeverlusten in die unteren Speicherbereiche - vermieden wird. Fig. 3 zeigt einen Behälterstapel, wobei der oberste Behälter 10 die Funktion des Ausdehnungsgefäßes für die Speicherflüssigkeit im Behälterstapel übernimmt. Dieser Behälter kann in seiner Geometrie, z.B. Höhe, vom darunterliegenden Behälter abweichen, wobei auch hier die thermische Entkopplung wiederum von Vorteil ist.

Fig. 4 zeigt, daß je nach benötigtem Speichervolumen und vorhandener Raumgeometrie mehrere Behälterstapel nebeneinander aufgebaut und hydraulisch sehr einfach miteinander verbunden werden können.

Ohne figürliche Abbildung ist der Unteranspruch, der die zweckmäßige und kostengünstige Wärmeisolierung des/der Behälterstapel anbetrifft. Neben der Möglichkeit einer konventionellen Wärme-Isolierung ist erfindungsgemäß vor-0 gesehen, den/die Behälterstapel in einem vorhandenen oder mit einer einfachen Trennwand zu schaffenden, separaten Raum anzuordnen und samt Zuleitungen sowie Verbihdungsleitungen zwischen den Behältern mit wärmeisolierenden Schüttgütern auf der Basis anorganischer Stoffe oder organischer Stoffe (Biomasse) gegen Wärmeverluste zu dämmen. Diese Isoliermaterial-Schüttung füllt alle Räume um den/die Behälterstapel in idealer Weise aus und schafft somit die örtlich maximal mögliche Wärmedämmung.

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Bezugs2eichen

1 Behälter

2 Überströmleitung

3, 4 Anschlußstutzen für Speicherbeladung

5, 6 Anschlußstutzen für Speicherentladung

7 Externer Wärmeübertrager

8 Wärmedämmplatte

9 Wärmespeicher-Bereitschaftsteil mit Nachheizung

10 Ausdehnungsgefäß für Speicherflüssigkeit

Claims

01.95 - 1 - 21.06.1995 Perfcentlmsprüche

1. Speicher für Niederteraperatur-Wärme, gefüllt mit Wasser oder einer sonstigen zur Wärmespeicherung geeigneten Flüssigkeit, unter atmosphärischem Druck oder Über-/Unterdruck, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher aus zwei bis beliebig vielen stapelbaren Behältern mit äußeren Verbindungsleitungen aufgebaut wird.

2. Speicher nach Patentanspruch 1., dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Behälter im Stapel durch Zwischenlagen aus druckfesten Wärmedämmstoffen gegeneinander isoliert sind.

3. Speicher nach Patentanspruch 1., dadurch gekennzeichnet, daß vorwiegend stapelbare Behälter mit identischen Abmessungen und Anschlüssen verwendet werden.

4. Speicher nach etanspruch 1. und 3., dadurch gekennzeichnet, daß ein Speicher-Teilvolumen mit spezieller Aufgabe, wie z.B. Bereitschaftsteil mit Nachheizung bei thermischen Solaranlagen, mit anderen Abmessungen als der übrige Speicherstapel ausgeführt wird.

5. Speicher nach aentanspruch 1. bis 4., dadurch gekennzeichnet, daß das Ausdehnungsgefäß für die Speicherflüssigkeit in den Behälterstapel, z.B. als oberster Behälter, integriert ist.

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6. Speicher nach Patentanspruch 1., dadurch gekennzeichnet, daß bei begrenzter Bauhöhe mehrere Behälter-Stapel nebeneinander aufgebaut und hydraulisch miteinander verbunden werden.

7. Speicher nach anspruch l., dadurch gekennzeichnet, daß der/die Behälterstapel samt Zuleitungen und Verbindungsleitungen zwischen den Behältern mit wärmeisolierenden Schüttgütern auf der Basis anorganischer Stoffe oder organischer Stoffe (Biomasse) gegen Wärmeverluste gedämmt ist/sind.