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1,Anordnung zum Speichern eines Wärmeträgerfluids"
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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Speichern eines Wärmeträgerfluids
mit einem Tank, insb. zum Speisen einer Wärmepumpe von Heizeinrichtungen, insb.
Gewächshausheizungen.
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Es ist bekannt, in Kreisen, die mit Wärmeträgerfluids arbeiten, einen
oder mehrere Speichertanks anzuordnen. Häufig dienen diese als Speisetanks für eine
Wärmepumpe des betreffenden Kreises, aus dem die Wärmepumpe das Wärmeträgerfluid
nach Bedarf abzieht um die darin enthaltene Wärme auf höhere Temperaturen hochzupumpen,
worauf das entsprechend abgekühlte Fluid an eine andere Stelle des Fluidkreises
geleitet wird. um erneut Wärme z.B. aus natürlichen Wärmequellen, wie Bodenwärme,
Grundwasser- oder Oberflächenwasserwärme oder dgl. aufzunehmen. Dieses erneut auf
die Ausgangstemperatur erwärmte Wärmeträgerfluid wird dann wieder in den Speichertank
zurückgeleitet, um erneut als Speisefluid für die Wärmepumpe zu dienen. Solche Anordnungen
zum Speichern diesen aber auch dazu, um in Zeiten überschüssigen Wärmeanfalls diese
Wärme mit Hilfe eines Wärmeträgerfluids zu
speichern, so daß diese
Wärme in Zeiten erhöhten Wärmebedarfes wieder nutzbar gemacht werden kann.
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Wesentliche Aufgabe solcher Anordnungen ist es dafür zu sorgen, daß
die Wärme, die vom Wärmeträgerfluid auf irgendeine Weise aufgenommen worden ist,
nicht durch Wärmeabstrahlung wieder verlorengeht. Es ist daher üblich, solche Speicheranordnungen
mit einem wärmeisolierten Tank zu versehen, der unterirdisch, in geschlossenen Räumen,
aber auch im. freien oberirdisch angeordnet werden kann. Als Wärmeträgerfluid kann
Luft oder Wasser dienen. Es wird aber auch häufig bereits als Wärmeträgerfluid eines
der bekannten Kältemittel eingesetzt, wie sie in Kühl-und Kältekreisen üblich sind.
Derartige Fluids haben den Vorteil, daß ihr Betriebsbereich besser an den Temperaturbereich
angepaßt ist, in dem eine Wärmepumpe optimal arbeitet, wobei auch noch Wärme aus
natürlichen Wärmequellen sehr geringer Temperatur gewonnen werden kann. Bei größeren
Heizanlagen und bei erschwerten Heizbedingungen, bei denen relativ lange Heizperioden
auftreten können, müssen die Speichertanks der Speicheranordnungen ein hinreichend
großes Speichervolumen aufweisen, damit die Heizung zuverlässig auch unter den erschwerten
Bedingungen arbeiten kann. Dies gilt insb. für Gewächshäuser, die mit derartigen
Heizkreisen mit Wärmepumpe ausgerüstet sind. Hier führt eine Unterbrechung der Heizung
und die daraus folgende Absenkung der Temperatur leicht zur dauernden Schädigung
oder sogar zum Verlust der Kulturen. Es ist Aufgabe der Erfindung eine Anordnung
der eingangs näher bezeichneten Art so weiterzubilden, daß mit dieser zusätzlich
zu der wärmeisolierten Speicherung von Wärme mit Hilfe des
des Wärmeträgerfluids
über den für die Speicherung erforderlichen großvolumigen und großflächigen Tank
in dem Wärmefluid Wärme aus der direkten oder diffusen Einstrahlung aufgenommen
werden kann, ohne daß die Wärmeisolierung des Speichertankes außer Wirkung gesetzt
wird.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Speichertank aus einem
Material guter Wärmedurchlässigkeit in einer der direkten oder diffusen Einstrahlung
aus der Atmosphäre ausgesetzten Einschließung angeordnet ist und eine in Abhängigkeit
von der Einstrahlungsintensität betätigDare Einrichtung vorgesehen ist, mittels
der ein wärmeisolierender Mantel zwischen einer Stellung geringer Wärmeisolierung
und einer Wärmeisolierungsstellung am Tankumfang verbringbar ist. Mit Hilfe der
Einschließung wird ein gewächshausartiger Effekt erreicht, wobei die direkte und
diffuse Einstrahlung aus der Luft in der Einschließung gespeichert wird. Die Erfahrungen
zeigen, daß z.B. bei Außentemperaturen um 150 und diffuser Einstrahlung aus der
Atmosphäre in einer solchen Einschließung auch in ungünstigen Gegenden Temperaturen
bis zu 60°C erreicht werden können. Dies gilt insb., wenn die Einschließung selbst
wärmeisolierend ausgebildet ist, z.B. gewächshausartig mit Isolierglas ausgerüstet
ist. Diese Wärme in der Einschließung wird durch die Tankwandung in der Stellung
des Mantels von geringer Isolierwirkung ohne nenneswerte Verluste aufgenommen und
an das in dem Speichertank gespeicherte Wärmeträgerfluid eingeleitet, sodaß dieses
sich bis maximal 60 0C aufwärmen kann. Läßt die direkte oder diffuse Einstrahlung
nach, so daß die Temperatur in der Einschließung unter einen vorgegebenen Wert absinkt,
wird mit
Hilfe der betätigbaren Einrichtung der wärmeisolierende
Mantel in eine isolierwirksame Stellung gegenüber dem Speichertank gebracht, so
daß in diesem Zustand der Speichertank wie ein üblicher wärmeisolierter Speichertank
für Wärmeträgerfluids wirksam ist. Sobald bei erneuter Einstrahlung die Temperatur
in der Einschließung über einen vorbestimmten Wert ansteigt, wird die Betätigungseinrichtung
erneut betätigt, so daß der wärmeisolierende Mantel in eine Stellung geringer Isolationswirkung
gelangt, wodurch der Tank erneut direkt Wärme in das Wärmeträgerfluid aus der direkten
oder diffusen Einstrahlung einleiten kann.
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Es kann eine automatisch arbeitende Überwachungseinrichtung vorgesehen
sein, welche in Abhängigkeit von der Temperatur des im Tank gespeicherten Fluids
und in Abhängigkeit von der Temperatur in der Einschließung die Betätigungseinrichtung
für den Wärmeisolierenden Mantel steuert.
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Der Speichertank nimmt dabei nicht nur die Wärme aus der Einschließung
auf, sondern unterliegt auch einer direkten Wärmeaufnahme durch die auf die freie
Außenoberfläche auftreffende Einstrahlung von außen. Wenn diese direkte Einstrahlung
besonders wirksam ist, kann es zweckmäßig sein, wenn man der von der Einstrahlungsseite
abgewandten Umfangsseite des Speichertankes eine fest Isolierung zuordnet, sodaß
die Wärmeaufnahme nur über den Umfangsbereich erfolgt, der der Einstrahlung direkt
zugewandt ist. Der zwischen zwei Stellungen umsteuerbare wärmeisolierende Mantel
ist dann nur der freiliegenden Tankumfangsfläche zugeordnet.
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Der umsteuerbare Mantelabschnitt der Wärmeisolierung kann aus starren
Elementen ausgebildet sein, die aus einer Stellung, in der sie dicht an der Oberfläche
des Speichertankes anliegen, in eine im Abstand und den Strahlungseinfall freigebende
Stellung geschwenkt oder verschoben werden können. Besonders einfach und zweckmäßig
hat sich eine Anordnung erwiesen, bei der dem freiliegenden Umfangsabschnitt des
Speichertankes eine flexible Folie zugeordnet ist, die selbst wärme- und strahlungsdurchlässig
ist. Eine solche Folie schmiegt sich dann, wenn der Speichertank direkt Wärme aufnehmen
soll, eng an den freiliegenden Umfangsabschnitt des Speichertankes an, behindert
also die Wärmeaufnahme aus der Einstrahlung oder dem Innenraum der Einschließung
nicht. Sobald jedoch die Betätigungseinrichtung anspricht, wird die Folie durch
die Betätigungseinrichtung in einen vorbestimmten radialen Abstand von der freien
Umfangsfläche gebracht. Dadurch entsteht zwischen Tankoberfläche und Folie ein Ringraum
oder eine mit Luft gefüllte wärmeisolierende Kammer, welche die Abstrahlung von
Wärme aus dem Tank weitgehend verhindert.
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Das Umsteuern der Folie zwischen ihren beiden Stellungen kann mechanisch
durch ein korbartiges Gestellt erfolgen, das am Umfang des Tankes schwenkbar oder
ausfahrbar angeordnet ist und die Folie vom Umfang des Tankes abspreizt. Dazu kann
die Folie ausreichend groß bemessen oder aus einem Material hoher elastischer Dehnfähigkeit
ausgebildet sein.
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Bevorzugt wird jedoch eine pneumatische BetätigungseinrichAung vorgesehen,
welche zum Abspreizen der Folie die zwischen dieser und dem Tank gebildete ringförmige
Kammer bedarfsweise mit einer Druckluftquelle verbindet. Die Kammer kann zusätzlich
auch an eine Unterdruckquelle anschließbar sein, um ein enges Anschmiegen der Folie
an die Oberfläche des Speichertankes zu gewährleisten, wenn eine Wärmeisolierung
nicht gewünscht wird.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen an
einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
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Es zeigen: Figur 1 teilweise im Schnitt eine perspektivische Ansicht
einer Anordnung gemäß der Erfindung und Figur 2 im Ausschnitt den Speichertank der
Anordnung nach Fig.1 in der allseitig wärmeisolierenden Stellung.
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Die Anordnung zum Speichern eines Wärmeträgerfluids in der Ausführung
nach den Figuren weist eine Einschließung 1 auf. Diese besteht z.B. in einem Gewächshausanbau,
der aus einem Rahmen mit Isolierglas aufgebaut ist. Der Anbau ist so angeordnet,
daß er der direkten Sonneneinstrahlung, die durch die Pfeile 3 angedeutet ist, ausgesetzt
ist.
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In dem Anbau ist oberirdisch und freistehend ein langgestreckter Speichertank
4 angeordnet. Dieser besteht zweckmäßigerweise aus einem liegend angeordneten Zylinder
6, der in seinem Inneren den Speicherraum 5 für ein Wärmeträgerfluid umschließt.
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Der Speicherraum 5 ist über nicht dargestellte Leitungen an den Heizkreis,
z.B. den Heizkreis einer Gewächshausanlage, angeschlossen.
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Der langgestreckte großflächige Zylinder 6 des Speichertankes ist
in üblicher Weise, z.B. mittels Bodenstützen 10, abgestützt und in seiner von der
Einstrahlung 3 abgewandten Umfangsseite 7 mit einem üblichen Wärmeisolierungsmantel
9 versehen. Dieser umschließt im dargestellten Beispiel etwa den halben Umfang des
Tankes 6.
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Die obere Hälfte des Tankumfanges, die mit 8 bezeichnet ist, ist dagegen
der direkten Einstrahlung 3 ausgesetzt. Damit diese direkte Einstrahlungswärme von
dem Tankumfang 8 direkt in das Wärmeträgerfluid in der Speicherkammer 5 eingeleitet
werden kann, besteht der Tank 6 aus einem Material guter Wärmedurchlässigkeit. Über
den freiliegenden Umfangsabschnitt8 des Tankes 6 wird nicht nur die direkte Einstrahlung
aufge -nommen, sondern auch die Wärme, die sich durch direkte oder diffuse Einstrahlung
in der Einschließung 1 speichert.
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Um dann, wenn die Außentemperaturen absinken, die Einstrahlungswirkung
aufhört oder die Temperatur in der Einschließung unter einen vorbestimmten Wert,
der in einer bestimmten Beziehung zu der Temperatur des Wärmeträgerfluids in der
Einschließung 5
steht, zu verhindern, daß vom Wärmeträgerfluid
aufgenommene Wärme 5 über die Tankwandung abgestrahlt wird, ist eine umsteuerbare
Wärmeisolierung für den Speichertank 6 vorgesehen.
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Im dargestellten Beispiel ist die umsteuerbare Wärmeisolierung in
Form einer Folie 11 ausgebildet, die an den Enden des Tankes und im Bereich der
Umfangsenden des Isoliermantels 9, wie bei 12 angedeutet, luftdicht angeschlossen
ist. Es kann sich auch um einen Folienschlauch 11 handeln, der nicht nur den freiliegenden
Abschnitt 8 des Tankumfanges, sondern zusätzlich auch noch den Mantelabschnitt 9
der Wärmeisolierung einschließt.
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Die Folie 1 besteht aus einem strahlendurchlssigen Material geringer
Wärmeisolierungswirkung und hoher Flexibilität. Sie kann vorteilhafterweise auch
aus einem Material hoher elastischer Dehnbarkeit bestehen.
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Zwischen der Folie 11 und dem freiliegenden Abschnitt 8 des Tankumfanges
kann eine Wärmeisolierende Ringkammer 20 dadurch gebildet werden, daß die normalerweise
eng an der Außenfläche des Tankes anliegende Folie 11 von dem freiliegenden Abschnitt
8 des Tankumfanges radial abgespreizt wird, wie dies in Figur 2 gezeigt ist.
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Das Abspreizen der Folie, das allein aufgrund der Flexibilität der
Folie oder aber auch aufgrund ihrer hohen elastischen Dehnungsfähigkeit möglich
ist, kann auf mechanischem Wege durch
entsprechende verstellbare
Bügel am Umfang des Tankes erfolgen.
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Bevorzugt ist jedoch die Isolierkammer 20 an einer oder an beiden
Stirnenden des Tankes 6 an Verteilerköpfe angeschlossen, von denen einer bei 16
in den Figuren gezeigt ist. Dieser Verteilerkopf 16 ist über Leitung 15 mit einem
Druckgebläse 13 verbunden, das über den Motor 14 angetrieben wird. Wird der Motor
14 eingeschaltet, drückt das Gebläse 13 Druckluft in die ringförmige Isolierkammer
20, so daß sich die Folie von ihrer engen Anlage nach Figur 1 in die angespreizte
Stellung nach Figur 2 bewegt.
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Soll die Isolierwirkung aufgehoben werden, wird durch eine nicht dargestellte
Steuereinrichtung der Motor 14 abgeschaltet und die Luft aus dem Ringraum 20 abgeleitet.
Es kann sogar zweckmäßig sein, über einen Verteiler am anderen Stirnende des Tankes
die Kammer 20 an eine Unterdruckquelle anzuschließen, so daß diese rasch und wirkungsvoll
die Luft aus der Ringkammer 20 evakuiert, so daß sich die Folie eng an den Mantel
des Tankes anschmiegt und so praktisch keinerlei Wärmedurchgangswiderstand mehr
bildet.
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Statt einer Folie können auch schwenkbare Mantelsegmente dem freiliegenden
Umfangsabschnitt 8 des Tankes 6 zugeordnet sein, die aus einer Stellung im Abstand
von dem Tankumfang 8 und außerhalb der Einstrahlungsrichtung der Sonneneinstrahlung
3 in enge Anlage an den Tankumfang 8 gebracht werden können. Die dargestellte Ausführung
hat sich jedoch als besonders einfach, billig und zuverlässig erwiesen.
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In einigen Fällen kann die Einschließung 1 auch allein dazu dienen,
die Anordnung gegen Wettereinflüsse zu schäützen, also ohne gezielten Gewächshauseffekt.
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