DE4018936C2 - Einrohrwärmespeicher - Google Patents

Description

Bei der Erfindung handelt es sich um einen Wärmespeicher gemäß den Merkmalen des An­ spruchs 1.

Bei allen bisher bekannten Latentwärmespeichern werden Rohre oder Leitungen und auch Kugeln oder ähnliche Behälter, die mit einem Frostschutzmittel gefüllt sind, verwandt, um latente Wärme in einem Speicher nutzbar zu machen, in dem diese Rohre, Kugeln oder Be­ hälter, von einer Wärmepumpe erwärmt werden.

Durch die DE 30 33 014 A1 ist beispielsweise ein derartiger Wärmespeicher bekannt ge­ worden, bei dem die Lösung der beschriebenen Aufgabe durch die Verwendung von Wasser mit einem Zusatz von Frostschutzmitteln gelöst wird. Ohne den Zusatz von Frostschutzmitteln käme es aufgrund der beschriebenen Gestaltung zu einer Vereisung und damit zu einer Zer­ störung des Systems.

Auch in der DE 30 06 380 A1 ist ein Wärmetauscher beschrieben, bei dem es bei einer Anordnung der Behälter mit den Verdampferrohren im Erdreich zwangsläufig zu einer Eis­ bildung kommt. Auch aus diesem Grund sind die im Erdreich angeordneten Behälter aus Schleuderbeton oder armiertem Beton hergestellt. Erfahrungsgemäß ist aber auch bei einer derartigen Ausbildung der Behälter der Zusatz eines Frostschutzmittels erforderlich, um ein Reißen der Behälter zu verhindern. Lediglich bei einem Betrieb der Behälter an der Luft, wie z. B. in den Stallungen, in denen eine relativ hohe Mindesttemperatur nicht unter­ schritten wird, ist der Zusatz eines Frostschutzmittels nicht erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den beschriebenen Nachteil herkömmlicher Wärmespeicher zu vermeiden und einen Speicher zu schaffen, der im Erdreich verlegt, ohne zusätzliche Rohrleitungen und ohne Frostschutzmittel, auch bei Minusgraden in der Lage ist, Solar- und Erdwärme zu speichern und bei Bedarf abzugeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die wei­ tere Ausgestaltung der Erfindung ist den Unteransprüchen zu entnehmen.

Das Wesentliche der nachstehend beschriebenen Erfindung besteht darin, daß in einem Wärmespeicherrohr, das nur zu einem Teil mit Wasser gefüllt ist, durch Einfrieren ein zweites Rohr entsteht, durch das nach Einfrieren erwärmtes Wasser geleitet werden kann, um so die Eisbildung wieder aufzuheben und die Schmelzwärme auszunutzen.

Diese Konstruktion hat zur Folge, daß ein Latentwärmespeicher entsteht, der weder Rohr­ leitungen noch Behälter oder Frostschutzmittel bedarf.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgen anhand der Zeichnung näher erläutert.

Ein Wärmespeicherrohr 1 wird in einer Baugrube oder an anderer Stelle im Erdreich ver­ senkt und in einem Behälter 9 zusammengeführt.

Eine Pumpe 6 pumpt Wasser aus einem Pumpensumpf 11 in ein Dreiwegeventil 4, das durch Thermostate 15 und 16 gesteuert wird. Zunächst wird der Wasserfüllung 10 mittels einer Wärmepumpe 14 über einen Verdampfer 5 Wärme entzogen. Sind 0°C erreicht, friert die Wasserfüllung 10 zu Eis, so daß sich ein wasserfreier Bereich 8 bildet. Der Thermostat 15 stellt das Dreiwegeventil 4 in Richtung A und schaltet gleichzeitig die Pumpe 6 ein, so daß warmes Wasser in den eingefrorenen Teil des Speicherrohres 1 geleitet wird und so zum Schmelzen gebracht wird.

Sollte zu diesem Zeitpunkt die Temperatur im Solarabsorber 3 höher sein als in der Was­ serfüllung 10, stellt der Thermostat 16 das Dreiwegeventil 4 in Richtung B, so daß die Pumpe 6 das Wasser aus dem Pumpensumpf 11 durch den Solarabsorber 3 pumpt und damit die Wasserfüllung 10 erwärmt.

Ist im Speicherrohr 1 die gleiche Temperatur wie im Solarabsorber 3 erreicht, schaltet sich die Pumpe 6 ab, und das Wasser aus dem Solarabsorber 3 läuft in den Pumpensumpf 11 zurück. Bei Minustemperatur steht das Dreiwegeventil 4 in Stellung A, damit ein Einfrieren verhindert wird.

Um ein Einfrieren des Pumpensumpfes 11 zu verhindern, wird die Flüssigkeitsleitung 13, die aus dem Kondensator der Wärmepumpe 14 zum Verdampferventil 12 führt, durch den Pumpensumpf 11 geleitet. Gleichzeitig wird die Antriebswärme der Pumpe 6 ebenfalls zu diesem Zwecke der Temperaturanhebung genutzt.

Da Pumpensumpf 11 und Wärmespeicherrohr 1 voneinander getrennt sind, ist ein Ein­ frieren der Pumpe 6 unmöglich.

Bezugszeichenliste

1 Wärmespeicherrohr
2 Rücklauf
3 Solarabsorber
4 Dreiwegeventil
5 Verdampfer
6 Pumpe
7 Erdreich
8 wasserfreier Bereich
9 Gehäuse
10 Wasserfüllung
11 Pumpensumpf
12 Verdampferventil
13 Flüssigkeitsleitung
14 Wärmepumpe
15 Thermostat
16 Thermostat

Claims (6)

1. Einrohrwärmespeicher, mit einem horizontal im Erdreich angeordneten, in einen So­ larkreislauf einschaltbaren, geschlossenen Wärmespeicherrohr (1), das nur zum Teil mit dem Wasser des Solarkreislaufes gefüllt ist und das mit einem Ende in den Pumpensumpf (11) einer über Thermostaten (15, 16) gesteuertes Dreiwegeventil (4) in den Solarkreislauf geschalteten Pumpe (6) taucht, wobei der eine Ausgang (A) des Dreiwegeventils (4) und der Rücklauf (2) des Solarkreislaufes in den oberen, wasserfreien Bereich (8) des Wärmespeicherrohres (1) münden, und mit einer Wärmepumpe (14), deren Verdampfer (5) im unteren, wasserführenden Bereich des Wärmespeicherrohres (1) angeordnet ist.

2. Einrohrwärmespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dreiwegeventil (4) durch einen Thermostaten (15) so steuerbar ist, daß bei Erreichen des Eispunktes wärmeres Wasser aus dem Pumpensumpf (11) in den offenen, wasserfreien Bereich (8) des Wärmespeicherrohres (1), d. h. an den Verdampfer (5) befördert wird.

3. Einrohrwärmespeicher nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Kondensator der Wärmepumpe (14) zum Verdampfer (5) geführte Flüssigkeits­ leitung (13) in dem Pumpensumpfwasser angeordnet ist und damit ein Einfrieren des Pumpensumpfwassers verhindert.

4. Einrohrwärmespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Thermostat (16) bei Erwärmung des Solarabsorbers (3) das Dreiwegeventil (4) so steuert, daß der Solarabsorber (3) durch die Pumpe (6) mit Wasser aus dem Pumpensumpf (11) versorgt wird und das aufgeheizte Wasser in das Wärmespeicherrohr (1) zurückge­ führt und die Eisbildung im Bereich des Verdampfers (5) aufgehoben wird.

5. Einrohrwärmespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer (5) auf dem Boden des Wärmespeicherrohres (1) angeordnet ist und über seine Berührung mit dem Wärmespeicherrohr (1) dem angrenzenden Erdreich direkt Wärme entzieht.

6. Einrohrwärmespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmespeicherrohr (1) aus einem gewellten Rohr besteht.