DE4034041A1 - Anordnung zum transport per bahn sowie zur be- und entladung von strassenfahrzeugen, wie lastkraftwagen u.ae. und wechselpritschen auf/aus den sie transportierenden waggons - Google Patents

Description

Der in der vorliegenden Anmeldung offenbarte Gegenstand steht in Bezug zum Gegenstand des US-Patents 48 96 831, erteilt am 30. Januar 1990 (US Serial No. 07/2 20 001, angemeldet am 15. Juli 1988) und zum US-Patent 49 62 884, erteilt am 16. Oktober 1990 (US Serial No. 07/4 00 555, angemeldet am 30. August 1989). Auf die dortigen Offenbarungen wird hiermit Bezug genommen.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Speichern von Kälte und Wärme in einem elektrisch betriebenen Kühl- und Heizsystem sowie auf ein Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung.

Die existierende und bekannte Technologie verwendet bis jetzt erwärmtes Wasser, daß durch von verschiedensten brennbaren Brennstoffe erzeugte Verbrennungswärme erwärmt wird. Die akkumulierte Wärme wird zu dem gewünschten Be­ reich gebracht, in den die Wärme mit dem Wasser transpor­ tiert und übertragen wird, um Luft in dem ausgewählten Bereich zu erwärmen. Wird Wasser über 100°C erhitzt, ver­ wandelt sich das Wasser in Wasserdampf. Wasser hat die Fähigkeit, Wärme zu speichern. Durch den hohen Dampfdruck werden jedoch verschiedene Probleme hervorgerufen, und im Ergebnis wird Wasser nicht als ein Medium mit exzellenten Wärmespeichereigenschaften betrachtet. Wenn ferner Luft in einem vorgegebenen Bereich gekühlt werden soll und wenn Wasser in einer Kälteeinheit als Kühlmedium verwendet wird, wird die Luft im Raum durch gekühltes Wasser gekühlt. Wenn Wasser jedoch den Gefrierpunkt (0°C) erreicht, findet in den Rohren ein Gefrieren statt und das Wasser kann nicht länger zirkulieren. Wasser kann daher nicht unter­ halb des Gefrierpunktes gekühlt werden. Da die Transport­ fähigkeit des Kühlmediums beschränkt ist, wird sehr viel Wasser für ein derartiges System erforderlich. Ferner sind hohe Anlagenkosten notwendig.

Wasser kann nur zwischen dem Gefrierpunkt und dem Siede­ punkt ohne Phasenänderung verwendet werden und ist im Hin­ blick auf die Speicherung von Kälte und Wärme beschränkt. Wasser wird daher nicht als besonders geeignet für einen Wärmeaustausch angesehen (Kältespeicheragens und Wärme­ speicheragens).

Kürzlich ist in fortschrittlichen Ländern versucht worden, eine Kältespeicherung durch Gefrieren vorzunehmen. Wegen des Nachteils des Kältespeichervolumens und der Kälte­ speichertanks ist die Kältespeicherung durch Gefrieren nicht für ein Kühlen geeignet. Daher wird es nur unter extrem abgeschwächten Umständen verwendet.

Wenn eine Kühl- und Heizanlage in großen oder kleinen Ge­ bäuden mit separaten Heizsystemen angeordnet wird oder im Fall von Wärmepumpen, ist eine Doppelanlage gewöhnlich mit verschiedenen zugeordneten Einrichtungen versehen. Dies schafft verschiedene in Betracht zu ziehende aufwendige Faktoren wie etwa die Lebensdauer der Anlage, ihr Aufwand und der benötigte Platz sowie die Wartungskosten. Sicher­ heitsfaktoren sind ebenfalls in Betracht zu ziehen, wie der Umfang der Verunreinigung, welche durch die Verbrennung von Brennstoff, durch Feuer, Explosionen und durch Aus­ lecken verursacht werden, ferner durch Abfall aufgrund der Verbrennung der Brennstoffe.

Deshalb werden in den entwickelten Ländern Verfahren zum Kühlen und Heizen erprobt und entwickelt, die elektrische Energie als nicht brennbare Wärmequelle verwenden, insbe­ sondere Verfahren zum Kühlen und Heizen mit Kühl- und Heiz­ systemen zur Speicherung, welche den Nachtstrom verwenden. Wegen der steigenden Nachfrage nach elektrischer Energie, die durch die Entwicklung von elektrischen Haushaltsgeräten und elektrisch betriebenen Vorrichtungen in der Industrie verursacht wird, ist die Verwendung von Nachtstrom in star­ kem Maße wünschenswert, weil zu dieser Zeit ein Überschuß an weniger aufwendiger Energie verfügbar ist. Um jedoch diese Energie zu verwenden, ist es erforderlich, entweder Wärme oder Kälte während der Nachtzeit zu speichern, damit die gespeicherte Energie während der Tagesstunden verwendet werden kann, ohne daß in nennenswertem Umfang elektrische Energie während der Tagesstunden notwendig wird.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Speichern von Kälte und Wärme in einem elektrisch betrie­ benen Kühl- und Heizsystem sowie ein Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung zu schaffen, welche die Nachteile der be­ kannten Systeme überwindet. Die Erfindung ermöglicht ein Kühlen oder Heizen nach Bedarf, nachdem während der Nacht­ zeit Energie gespeichert wurde in einem festen Kälte- oder Wärmespeichermaterial so daß die während der Nachtzeit erzeugte elektrische Energie verwendet wird.

Es ist ferner Aufgabe der Erfindung, durch Verwendung von festen Kälte- oder Wärmespeichermaterial den Kälte- oder Wärmespeichereffekt zu verbessern.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen vorgege­ benen Bereich entweder zu erwärmen oder zu kühlen, indem dasselbe System verwendet wird und das Kälte- oder Wärme­ speichermaterial entweder erwärmt oder gekühlt wird inner­ halb einer gemeinsamen Kammer, die ein Teil eines Einfach­ systems bildet.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Heißwasser­ versorgungssystem vorzusehen, ohne daß eine getrennte Heiz­ anlage zum Heizen von Wasser notwendig ist.

Eine Vorrichtung zum Speichern von Kälte oder Wärme in einem elektrisch betriebenen Kühl- und Heizsystem enthält eine Heizkammer, welche ein Heizelement aufweist, wobei die Heizkammer mit dem Boden einer Kälte- und Wärmespei­ cherkammer in Verbindung ist. Eine Kältekammer steht in Verbindung mit dem oberen Teil einer Kälte- und Wärme­ speicherkammer und besitzt eine Kühlschlange, die im Kreislauf mit einer Kälteeinheit verbunden ist. Mehrere Ventile und Luftkanäle sind mit der Wärme- und Kältespei­ cherkammer verbunden, um die Bewegung von Luft durch die Kammer entsprechend einem gewünschten Strömungsbild zu ermöglichen, um entweder ein Heizen oder ein Kühlen zu be­ wirken in Abhängigkeit von der in der Kammer gespeicherten Energie. Mehrere Konvektion unterdrückende Schichten sind innerhalb der Kammer angeordnet und haben eine Reihe von Löchern, die eine Kommunikation zwischen ihnen ermöglichen. Wärme- und Kältespeichermaterial ist zwischen den die Kon­ vektion unterdrückenden Schichten angeordnet und Luft wird durch die die Konvektion unterdrückenden Schichten bewegt, wenn eine Erwärmung oder Kühlung auf den gewünschten Grad vorgenommen wird, um die Luft in engem Wärmeaustausch zu bringen, um sie entweder zu erwärmen oder zu kühlen. Die durch die die Konvektion unterdrückenden Schichten strö­ mende Luft wird entweder durch natürliche Konvektion oder mittels Luftfördermittel zwangsweise bewegt.

Weitere Aufgaben und Zwecke der Erfindung gehen aus der detaillierteren nachfolgenden Zeichnungsbeschreibung her­ vor.

Fig. 1 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform nach der Erfindung.

Fig. 2 zeigt schematisch die Ausführungsform nach Fig. 1 im wärmespeichernden Zustand.

Fig. 3 ist eine schematische Darstellung der Ausführungs­ form nach Fig. 1 im heizenden Zustand.

Fig. 4 ist eine schematische Darstellung der Ausführungs­ form nach Fig. 1 im kältespeichernden Zustand.

Fig. 5 ist eine schematische Darstellung der Ausführungs­ form nach Fig. 1 im kühlenden Zustand.

Fig. 6 zeigt schematisch den Wärmeübergang während der Wärme- oder Kältespeicherung.

Fig. 7 zeigt schematisch den Wärmeübergang während des Küh­ lens oder Heizens.

Fig. 8 ist eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform nach der Erfindung.

Fig. 9 zeigt schematisch die Darstellung der Vorrichtung nach Fig. 8 während des wärmespeichernden oder hei­ zenden Zustands.

Fig. 10 zeigt eine schematische Darstellung der Vorrichtung nach Fig. 8 während des kältespeichernden oder kühlenden Zustands.

In Fig. 1 der Zeichnungen weist eine Kälte- oder Wärmekam­ mer 1 mehrere im vertikalen Abstand angeordnete getrennte Konvektion unterdrückende Schichten 6 auf. Eine Vielzahl von Öffnungen oder Löchern 6a verbinden benachbarte Schich­ ten 6 miteinander. Festes Kälte- und Wärmespeichermaterial 7 befindet sich in dem Volumen zwischen Konvektion unter­ drückenden Schichten 6 der Kammer 1. Luft durchströmt die Kammer 1 und jede der Konvektion unterdrückenden Schichten 6 in innigem Kontakt mit dem festen Material dazwischen. Eine Heizkammer 4 ist dem Boden der Kälte- und Wärmespei­ cherkammer 1 zugeordnet und enthält ein elektrisches Heiz­ element 5. Ähnlich ist eine Kühlkammer 8 der Oberseite der Kälte- und Wärmespeicherkammer 1 zugeordnet und enthält eine Kühlschlange 11. Luftzuführungs- und Wiedergewinnungs­ kanäle 3, 3a sind mit der Heizkammer 4 verbunden, vorzugs­ weise an gegenüberliegenden Enden, um Luft in die Heiz­ kammer 4 einzugeben und von dieser wieder zu entfernen. Luftabsperrventile sind in jedem der Luftkanäle angeordnet, nämlich Ventil 2 im Kanal 3 und Ventil 2a im Kanal 3a.

Die Kühlschlange 11 ist in Reihe geschaltet mit zwei Kühl­ leitungen 10 die in einem Kühlmediumförderkreis einer Kälteeinheit oder Kältemaschine 9 geschaltet sind. Absperr­ ventile 12 befinden sich in jeder Leitung 10 nahe der Käl­ teeinheit. Ein Heißwasserzufuhrbehälter 13 enthält einen Wasserbehälter 17, der Wasser zum Behälter 13 fördert. Eine Heizschlange 14 befindet sich innerhalb des Behälters 13. Vom Behälter 13 geht eine Heißwasserversorgungsleitung 16 ab. Die Leitungen zwischen der Heizschlange 14 sind über ein Absperrventil 15 mit den Kühlleitungen 10 verbun­ den. Der Heißwasserbehälter 13 kann wahlweise von der Käl­ teeinheit 9 oder der Heizschlange betrieben werden.

Die Luftleitungen 3, 3a erstrecken sich zu den entspre­ chenden Einlaß- und Auslaßöffnungen in mehreren Kammern 20, 24 und 27. In den Luftleitungen 3, 3a sind Luftmischer geschaltet, wobei der Luftmischer 19 sich in der Leitung 3 und der Luftmischer 19a sich in der Leitung 3a befindet. Eine Leitung von jedem der Luftmischer 19, 19a ist an ge­ genüberliegenden Seiten in die Kühlkammer 8 geführt über ein entsprechendes Absperrventil 18, 18a.

Wenn die zirkulierende Luft der Heizkammer 4 oder der Kühl­ kammer 8 in der Kammer 1 sehr heiß oder sehr kalt ist, wird ein entsprechender Kreislauf von mit der Kühlkammer 8 in Verbindung stehenden kühlen Luft oder mit der Heiz­ kammer 4 in Verbindung stehenden heißen Luft erzeugt, die durch die Leitungen 3, 3a strömt mit der gewünschten Tem­ peratur. Luft fließt zu und von den Lüftungsöffnungen auf beiden Seiten eines geschlossenen Heizraums 21 in der Kam­ mer 20, zu und von den Beladungs- und Wiedergewinnungsöff­ nungen 25 und 26 in der Kammer 24 und der Beladungsöffnung 28 und der Wiedergewinnungsöffnung 29 in der Kammer 27. Ein geeignetes Schalten der Ventile 2, 2a, 18 und 18a so­ wie eine Steuerung der Luftmischer 19 und 19a ermöglicht die Erzeugung temperierter Luft, die durch die Kammern 20, 24 und 27 strömt. Falls gewünscht, kann eine herkömmliche Befeuchtungseinrichtung, eine Entfeuchtungseinrichtung, eine Temperaturmeßeinrichtung, eine Geräuschunterdrückungs­ einrichtung, eine Luftblaseinrichtung, eine Luftreinigungs­ einrichtung und eine automatische Steuereinrichtung und ähnliches eingeschaltet werden, um die Luftqualität und ihre Temperatur auf dem gewünschten Niveau zu halten. Das gesamte System kann zum Heizen und/oder zum Kühlen ver­ wendet werden. Das feste Kälte- und Wärmespeichermaterial 7 ist daher besonders dafür ausgelegt, sowohl Wärme als auch Kälte zu speichern.

Betrieb (Fig. 1 bis 7)

Der Betrieb, der in den Fig. 1 bis 7 dargestellten Aus­ führungsform wird nachfolgend näher erläutert, um das Ver­ ständnis der Erfindung zu erleichtern.

Wenn die Vorrichtung als Heizvorrichtung verwendet werden soll, werden die Ventile 2, 2a, 18 und 18a und die Absperr­ ventile 12 geschlossen. Ferner wird das elektrische Heiz­ element 5 aktiviert, um die Luft in der Heizkammer 4 zu erwärmen. Die Luft steigt in die Kammer 1 in die Konvek­ tion unterdrückenden Schichten 6 durch die Vielzahl von Öffnungen oder Löchern 6a, um das feste Wärmespeichermate­ rial 7 zwischen den Konvektion unterdrückenden Schichten 6 zu erwärmen. Entsprechend ergeben sich gemischte Konvek­ tionsströme in den Volumina zwischen den Schichten 6, wie in Fig. 2 gezeigt. Wie ferner in Fig. 6 dargestellt, wer­ den die äußeren Schichten 30 des Materials 7 allmählich erwärmt und die Wärme wird allmählich in Richtung des Zentrums 31 des Materials gespeichert. Das Material 7 wird bei kontinuierlicher Zuführung von Wärme kontinuierlich erwärmt während entsprechend gesteuerter Zeiten, und zwar zu Zeiten, in denen die elektrischen Heizkosten reduziert sind. Die gespeicherte Wärme kann eine Temperatur im Zen­ trum 31 des Materials von über 100° annehmen. Somit kann das Material 7 eine wesentliche Wärmemenge speichern, welche als Wärmequelle bei der Zirkulation von Luft nach­ folgend verwendet werden kann.

Zum Beispiel kann erwärmte Luft die Kammer 1 über das Ven­ til 18 und den Luftmischer 19 verlassen und in die Leitung 3 strömen. Ist die Luft zu heiß, kann eine entsprechende Steuerung mit Hilfe des Luftmischers vorgenommen werden, um die Temperatur der Luft zu regulieren.

Luft, die in jede der Kammern 20, 24 und 27 geschickt wird, tritt über entsprechende Öffnungen 22, 25 und 29 ein. Küh­ lere Luft wird aus den Kammern über die Öffnungen 23, 26 und 28 abgezogen, die mit der Leitung 3a zur Kammer 4 ver­ bunden sind. Diese kühlere Luft tritt in die Heizkammer ein wie schematisch in Fig. 3 gezeigt. Wenn das Heizelement 5 dann aktiviert wird, heizt es die Luft, und aufgrund von Konvektion bewegt sie sich nach oben zwischen die Konvek­ tion unterdrückenden Schichten 6, wie oben beschrieben. Wird das elektrische Heizelement 5 nicht aktiviert, tritt die gekühlte Luft über Konvektion in die Volumina zwischen den Konvektion unterdrückenden Schichten 6 in jedem Fall und passiert in innigem Kontakt das Material 7, um einen Wärmeaustausch mit diesem zu bewirken, so daß die Luft erneut erwärmt wird und in die Kammern 20, 24 und 27 ein­ tritt, wie oben beschrieben. Mit der Vorrichtung kann bei ausreichender Wärmespeicherung im Material 7 eine ausrei­ chende Beheizung über einen längeren Zeitraum bewerkstel­ ligt werden.

Heißes Wasser kann ebenfalls zur Verfügung gestellt werden, indem ein Medium durch die Kühlschlange 11 in der Kühl­ kammer 8 hindurchgeschickt wird. Dies erfordert, daß die Absperrventile 12 geschlossen und die Ventile 15 geöffnet sind. Eine Zirkulation des Mediums durch die Kühlschlange 11 resultiert in einer Erwärmung der Kühlschlange 15 auf ein ausreichendes Niveau, um das Wasser im Wasserbehälter 13 zu erwärmen, so daß heißes Wasser über die Versorgungs­ leitung 16 zur Verfügung steht. Wird Wasser aus dem Be­ hälter 13 über die Versorgungsleitung 6 entnommen, wird der Behälter 13 aus dem Wassertank 17 aufgefüllt.

Wird ein Kühlen der Kammern 20, 24 und 27 gewünscht, wird das elektrische Heizelement 5 abgeschaltet, und die Ven­ tile 12 und die Ventile 2, 2a, 18, 18a und 15 werden ge­ schlossen. Zusätzlich wird die Kühleinrichtung aktiviert, um Medium durch die Kühlschlange 11 in der Kühlkammer 8 zu transportieren. Wird die Kühlschlange 11 durch das darin strömende Kältemittel gekühlt, wird auch die Luft inner­ halb der Kühlkammer gekühlt und in das Volumen zwischen den Schichten 6 fallen, um ein Kühlen des Materials 7 von der äußeren Schicht 30 zum Zentrum 31 der Kammer 1 zu be­ wirken. Die Konvektionsstromphänomene zwischen Kammer 8 und Heizkammer 4 sind in Fig. 7 gezeigt. Das Zentrum 31 des Materials wird auf eine Temperatur von -200°C gekühlt. Daher wird eine erhebliche Menge an Kälteenergie innerhalb eines kleinen Volumens gehalten.

Ist ein Kühlen der Kammern 20, 24 und 27 gewünscht, werden die Ventile 2 und 18a geöffnet, so daß Luft über die natür­ liche Konvektion oder durch erzwungene Zirkulation, jedoch in umgekehrter Richtung, nämlich von der Oberseite der Kammer 1 zu ihrem Boden, wie in Fig. 5 gezeigt, strömt. Fig. 3 zeigt die Luftbewegung während des Heizzustands. Erwärmte Luft wird zur Kühlkammer 8 über Leitung 3a und Ventil 18a zurückgeführt und in innigen Kontakt mit dem kalten Material 7 gebracht, um einen Wärmeaustausch damit zu bewirken und erneut gekühlt zu werden zum Austritt aus der Kammer 1 über Ventil 2, Luftleitung 3 und zurück in die entsprechenden Kammern 20, 24 und 27.

Alternative Ausführungsform (Fig. 8 bis 10)

In den Fig. 8 bis 10 ist eine alternative Ausführungs­ form der Erfindung dargestellt. Identische oder ähnliche Teile mit der oben beschriebenen Vorrichtung werden mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Das Heizelement 5 in dieser besonderen Ausführungsform ist in einer getrennten Kammer 4a untergebracht, d. h. außer­ halb der Heizkammer 34a am Boden der Kammer 1. Ähnlich ist die Kühlkammer 8a außerhalb der Kühlkammer 34 an der Ober­ seite der Kammer 1 angeordnet. In anderer Hinsicht wird die Kammer 4a geheizt und die Kühlkammer 8a gekühlt durch elektrisches Heizelement 5 bzw. die Kühlschlange 11, wobei Luftkanäle die entsprechenden Kammern 34a bzw. 34 versor­ gen. Die Heizkammer 4a ist von der Kammer 1 getrennt und schließt das elektrische Heizelement 5 ein. Die Kammer 4a ist mit der untersten Kammer 34a der Kammer 1 über die Leitung 35 verbunden, in der auch ein Absperrventil 32 an­ geordnet ist. Die Kammer 4a ist ferner über eine Luftlei­ tung 35a mit der obersten Kammer 34 der Kammer 1 über ein Absperrventil 32a verbunden. Die Kühlkammer 8a ist von der oberen Kammer 34 der Kammer 1 getrennt. Die Kammer 8a ist mit der obersten Kammer 34a über eine Luftleitung 36a und ein Absperrventil 33a verbunden. Die Kammer 8a ist außer­ dem über eine andere Luftleitung und ein Ventil 33 mit der untersten Kammer 34a der Kammer 1 verbunden. Die andere Schaltung der Ausführungsform nach den Fig. 8 bis 10 ist identisch mit der Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 7.

Betrieb (Fig. 8 bis 10)

In dem wärmespeichernden Zustand sind die Ventile 2, 2a, 18, 18a und das Ventil 12 geschlossen. Ferner sind die Schaltventile 32, 32a der Leitungen 35 und 35a geöffnet. Wenn aktiviert, heizt das elektrische Heizelement 5 die Luft in der Kammer 1 und die Luft fließt in einem konti­ nuierlichen Kreislauf in die unterste Kammer 34a, aufwärts zu den Konvektion unterdrückenden Schichten 6, in die oberste Kammer 34 und zurück über die Leitung 35a zum Heizelement 5. Nachdem eine ausreichende Menge von Wärme in der Kammer 1 gespeichert worden ist und wenn heißes Wasser gewünscht wird, werden die Ventile 12 geschlossen und die Ventile 15 geöffnet, wie oben beschrieben. Zusätz­ lich werden die Ventile 33a und 33 geöffnet, damit erwärmte Luft über die Leitung 36a aus der Kammer 34 austreten und in die Kammer 8a eintreten kann, um in Wärmeaustausch mit der Schlange 11 zu gelangen und dann zur Kammer 1 zurück­ zukehren, insbesondere zur untersten Kammer 34 über das Ventil 33. Das Medium in der Kühlschlange 11 wird erwärmt und strömt zur Schlange 14, um das Wasser im Behälter 33 zu erwärmen.

Während dieses Wärmespeicherprozesses ist erwünscht, das Heizelement 5 in Zeitperioden zu betreiben, in denen die Kosten für die Energie möglichst gering sind. Dies ist normalerweise während der Nachtstunden der Fall. Durch das Material 7 wird zwischen den Konvektion unterdrückenden Flächen 6 ausreichend Wärme gespeichert, so daß ein Heizen über eine längere Zeitperiode vorgenommen werden kann, ohne daß das Heizelement 5 in Betrieb genommen werden muß.

Wird eine Kältespeicherung gewünscht, werden die Ventile 2, 2a, 18, 18a, 32, 32a und die Ventile 15 geschlossen. Die Ventile 33, 33a und die Absperrventile 12 werden ge­ öffnet, und die Kälteeinheit wird aktiviert. Die mit der Kühlschlange 11 in der Kühlkammer 8a in Berührung kommende Luft wird durch das in der Schlange 11 zirkulierende Kältemittel gekühlt. Die gekühlte Luft tritt in die obere Kammer 34 ein und fällt nach unten durch die Konvektion unterdrückenden Schichten 6, um das Material 7 zu kühlen. Nachdem die Kältespeicherung im Material 7 beendet ist, werden die Ventile 2 und 18a geöffnet, und die Luft kann durch die Kammern 20, 24 und 27 zirkulieren. Die Luft wird in den Kammern 20, 24 und 27 erwärmt, und die erwärmte Luft wird über das Ventil 18a zurück zur Kammer 1 geför­ dert, wo sie in innigen Wärmeaustauschkontakt mit dem Material 7 innerhalb der Kammer 1 gelangt, um erneut ge­ kühlt und zu den Kammern 20, 24 und 27 zurückgefördert zu werden.

Die beschriebenen Ausführungsformen sind sehr einfach und wenig aufwendig in der Wartung, in der Herstellung und im Betrieb. Ferner ist der für die Anlage benötigte Platz klein, was bedeutet, daß sie bequem auch in den kleinsten Wohnungen und Gebäuden installiert werden kann.

Der Temperaturbereich, in dem Wärme bzw. Kälte gespeichert werden kann, bewegt sich von -200°C bis +1000°C. In den Kammern 20, 24 und 27 können genaue Temperaturen über einen längeren Zeitraum aufrechterhalten werden, bevor eine er­ neute Beschickung der Kammer 1 mit Wärme oder Kälteenergie erforderlich wird. Durch die Verwendung von Nachtstrom findet eine zweckmäßige Kälte- oder Wärmespeicherung mit einem minimalen Aufwand und einem Optimum an Sicherheit statt. Durch die Verwendung einer verbrennungsfreien Wärme­ quelle findet keine Umweltverschmutzung statt und keine Geräuscherzeugung.

Falls gewünscht, kann die Kältevorrichtung in ein Heiz­ system umgewandelt werden und als separate Heißwasserver­ sorgung verwendet werden.

Obwohl besonders bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im einzelnen zu Darstellungszwecken offenbart sind, ist klar daß Abweichungen und Modifikationen der offenbarten Vorrichtungen einschließlich einer anderen Anordnung der Teile innerhalb des Erfindungsgedankens liegen.

Claims (9)

1. Vorrichtung zum Speichern von Kälte und Wärme in einem elektrisch betriebenen Kühl- und Heizsystem, mit einer Heizkammer, in der ein Heizelement angeordnet ist und die in Luftverbindung mit dem Bodenteil einer Kälte- oder Wärmespeicherkammer steht, mehreren Schaltventilen und Luftkanälen, die im Luftverbindungskreis mit der Kälte- und Wärmespeicherkammer und zu erwärmenden oder kühlenden Volumina stehen, mehreren die Konvektion un­ terdrückenden Schichten der Kälte- oder Wärmespeicher­ kammer, wobei die Zwischenräume zwischen den benachbar­ ten Schichten über mehrere Löcher miteinander verbunden sind, einem festen Kälte- oder Wärmespeichermaterial in den Zwischenräumen zwischen den Schichten, einer Kühl­ kammer, in der eine Kühlschlange angeordnet ist, die in Luftverbindung mit dem oberen Teil der Kälte- oder Wärmespeicherkammer steht, Wärme-Absperrventilen, die mit einer Heißwasserheizvorrichtung verbunden sind, Kälteabsperrventilen, die mit einer Kältevorrichtung verbunden sind und die eine abwechselnde Zirkulation durch die Kühlleitungen ermöglichen, wobei die Kühlkam­ mer mit Luftmischern verbunden ist oder in Verbindung steht mit Luftzufuhr- oder Wiedergewinnungskanälen zur Bildung eines Kreislaufs.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem festen Kälte- und Wärmespeichermaterial ein Wärmeaustausch mit Luft stattfindet zur Bildung einer Kältereserve und einer Kältestrahlung oder einer Wärme­ reserve und einer Wärmestrahlung durch Herunterkühlen oder ein Aufwärmen von Luft, die sich durch die Kälte­ und Wärmespeicherkammer bewegt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein natürlicher oder erzwungener reversibler Kreislauf durch die Kälte- und Wärmespeicherkammer stattfindet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das feste Kälte- oder Wärmespeichermaterial dazu dient, ein Kühlen oder Heizen unter Kälte- oder Wärmestrahlung zu ermöglichen, wenn das Material gekühlt wird zur Speicherung von Kälte oder erwärmt wird zur Speicherung von Wärme für eine vorgegebene feste Zeit, wenn das Kälte- oder Wärmespeichermaterial nicht als Kühl- oder Heizmedium verwendet wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß die Heizkammer und die Kühlkammer beide außerhalb der Kälte- und Wärmespeicherkammer angeordnet sind und Mittel aufweisen zur Verbindung mit den Leitungen und den Schaltventilen, um einen Kreislauf zu bilden.

6. Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung nach einem der An­ sprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Heiz­ kammer in Luftströmungsverbindung mit dem Bodenteil einer Kälte- und Wärmespeicherkammer steht, eine Viel­ zahl von Schaltventilen und Leitungen verwendet wird, ferner eine Vielzahl von Konvektion unterdrückenden Schichten in der Kälte- und Wärmespeicherkammer ange­ ordnet sind, wobei der Zwischenraum zwischen benachbar­ ten Schichten über eine Vielzahl von Öffnungen verbunden sind und ein festes Kälte- und Wärmespeichermaterial den Zwischenraum zwischen den Schichten auffüllt, eine Kühlschlange und Absperrventile mit einer Kältevorrich­ tung in Luftströmungsverbindung mit dem oberen Teil der Kälte- und Wärmespeicherkammer stehen, die Kühlkammer mit Luftmischer verbunden ist und in Verbindung steht mit Leitungen zur Bildung eines Kreislaufs, ferner ge­ kennzeichnet durch die Verfahrensschritte:
Schließen der Schaltventile und der Absperrventile, wenn eine Wärmespeicherung und ein Konvektionsstrom teilweise in der Heizkammer stattfindet, wenn sie durch den Heizer erwärmt wird, wobei ein weiterer Teil des Konvektionsstroms nach oben durch die Löcher in den Konvektion unterdrückenden Schichten in der Kälte- und Wärmespeicherkammer, die mit einem Kälte- und Wärme­ speichermaterial gefüllt ist, angehoben wird;
Öffnen von ausgewählten Schaltventilen, damit erwärmte Luft durch die Leitungen und über die Ventile und die Luftmischer strömen kann;
Abgabe von erwärmter Luft in ein gewünschtes Volumen über eine gewünschte Ventilationsöffnung, die vom Volu­ men über eine Luftöffnung und eine Leitung aus einem gewünschten Volumen entnommen wird, wobei dann die ge­ kühlte Luft durch die Heizkammer zirkuliert über eine Zuführungs- und Abführungsleitung, einem Luftmischer und einem Schaltventil.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmespeichermaterial geheizt und die Wärme gespei­ chert wird zu Heizzeiten zu einer festgesetzten Heiz­ stunde auf eine Temperatur oberhalb 100°C im Zentrum des Materials und wenn das System im Heizzustand ist, wobei eine natürliche oder erzwungene Zirkulation von Luft diese in innigem Kontakt mit dem Material bringt.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß gekühlte Luft aus dem gewünschten Bereich in Wärmeaus­ tausch mit der gespeicherten Wärme in dem Material ge­ bracht wird von der Mitte zur äußeren Schicht, um die Luft in der Kälte- und Wärmespeicherkammer erneut zu erwärmen.

9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Heizwasserversorgungszustand die Absperrventile des Kühlmediumzirkulationssystems, das mit der Kühlschlange in der Kühlkammer und den Kühlleitungen der Kälteein­ richtung in Verbindung steht, geschlossen und die Heizabsperrventile geöffnet sind.