DE9017650U1

DE9017650U1 - Vorrichtung zum Speichern von Kälte und Wärme in einem elektrisch betriebenen Kühl- und Heizsystem

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Publication number: DE9017650U1
Application number: DE9017650U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-11-13
Filing date: 1990-11-09
Publication date: 1991-06-13
Anticipated expiration: 2000-11-10
Also published as: KR920003697B1; DE4035626A1; JPH03170732A; DE4035626C2; US5038850A; JPH06100351B2; KR910010127A

Description

Vorrichtung zum Speichern von Kälte und Wärme in einem elektrisch betriebenen Kühl- und Heizsystem

Der in der vorliegenden Anmeldung offenbarte Gegenstand steht in Bezug zum Gegenstand des US-Patents 4 896 831, erteilt am 30. Januar 1990 (US Serial No. 07/220 001, angemeldet am 15. Juli 1988) und zum US-Patent 4 962 884, erteilt am 16. Oktober 1990 (US Serial No. 07/400 555, 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.

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Patentanwälte · European Patent Attorneys ■ Zugelassene Vertreter beim Europäischen Patentamt

Rechtsanwalt: zugelassen bei den Hamburger Gerichten

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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 Bereich gebracht, in den die Wärme mit dem Wasser transportiert und übertragen wird, um Luft in dem ausgewählten Bereich zu erwärmen. Wird Wasser über 100⁰C erhitzt, verwandelt 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 (0⁰C) erreicht, findet in den Rohren ein Gefrieren statt und das Wasser kann nicht länger zirkulieren. Wasser kann daher nicht unterhalb des Gefrierpunktes gekühlt werden. Da die Transportfähigkeit 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 Hinblick auf die Speicherung von Kälte und Wärme beschränkt. Wasser wird daher nicht als besonders geeignet für einen Wärmeaustausch angesehen (Kältespeicheragens und Wärmespeicheragens ) .

Kürzlich ist in fortschrittlichen Ländern versucht worden, eine Kältespeicherung durch Gefrieren vorzunehmen. Wegen des Nachteils des Kältespeichervolumens und der Kältespeichertanks 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 Gebäuden 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. Sicherheitsfaktoren sind ebenfalls in Betracht zu ziehen, wie der Umfang der Verunreinigung, welche durch die Verbrennung von Brennstoff, durch Feuer, Explosionen und durch Auslecken verursacht werden, ferner durch Abfall aufgrund der Verbrennung der Brennstoffe.

Deshalb werden in den entwickelten Ländern Vorrichtungen zum Kühlen und Heizen erprobt und entwickelt, die elektrische Energie als nicht brennbare Wärmequelle verwenden, insbesondere Vorrichtungen zum Kühlen und Heizen mit Kühl- und Heizsystemen 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 starkem 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 betriebenen Kühl- und Heizsystem zu schaffen, welche die Nachteile der bekannten Systeme überwindet. Die Erfindung ermöglicht ein Kühlen oder Heizen nach Bedarf, nachdem während der Nachtzeit 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 vorgegebenen Bereich entweder zu erwärmen oder zu kühlen, indem dasselbe System verwendet wird und das Kälte- oder Wärmespeichermaterial entweder erwärmt oder gekühlt wird innerhalb einer gemeinsamen Kammer, die ein Teil eines Einfachsystems bildet.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Heißwasserversorgungssystem vorzusehen, ohne daß eine getrennte Heizanlage 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 Wärmespeicherkammer in Verbindung ist. Eine Kältekammer steht in Verbindung mit dem oberen Teil einer Kälte- und Wärmespeicherkammer und besitzt eine Kühlschlange, die im

Kreislauf mit einer Kälteeinheit verbunden ist. Mehrere Ventile und Luftkanäle sind mit der Wärme- und Kältespeicherkammer verbunden, um die Bewegung von Luft durch die Kammer entsprechend einem gewünschten Strömungsbild zu ermöglichen, um entweder ein Heizen oder ein Kühlen zu bewirken 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 Konvektion 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 strömende Luft wird entweder durch natürliche Konvektion oder mittels Luftfördermittel zwangsweise bewegt.

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

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 Ausführungsform nach Fig. 1 im heizenden Zustand.

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

Fig. 5 ist eine schematische Darstellung der Ausführungsform 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 Kühlens 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 heizenden 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 Wärmekammer 1 mehrere im vertikalen Abstand angeordnete getrennte Konvektion unterdrückende Schichten 6 auf. Eine Vielzahl von Öffnungen oder Löchern 6a verbinden benachbarte Schichten 6 miteinander. Festes Kälte- und Wärmespeichermaterial 7 befindet sich in dem Volumen zwischen Konvektion unterdrückenden 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 Wärmespeicherkammer 1 zugeordnet und enthält ein elektrisches Heizelement 5. Ähnlich ist eine Kühlkammer 8 der Oberseite der Kälte- und Wärmespeicherkammer 1 zugeordnet und enthält eine Kühlschlange 11. Luftzuführungs- und Wiedergewinnungskanäle 3, 3a sind mit der Heizkammer 4 verbunden, vorzugsweise an gegenüberliegenden Enden, um Luft in die Heizkammer 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. Absperrventile 12 befinden sich in jeder Leitung 10 nahe der Kälteeinheit. 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 verbunden. Der Heißwasserbehälter 13 kann wahlweise von der Kälteeinheit 9 oder der Heizschlange betrieben werden.

Die Luftleitungen 3, 3a erstrecken sich zu den entsprechenden 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 gegenüberliegenden Seiten in die Kühlkammer 8 geführt über ein entsprechendes Absperrventil 18, 18a.

Wenn die zirkulierende Luft der Heizkammer 4 oder der Kühlkammer 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-

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kammer 4 in Verbindung stehenden heißen Luft erzeugt, die durch die Leitungen 3, 3a strömt mit der gewünschten Temperatur. Luft fließt zu und von den Lüftungsöffnungen auf beiden Seiten eines geschlossenen Heizraums 21 in der Kammer 20, zu und von den Beladungs- und Wiedergewinnungsöffnungen 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 sowie 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 Geräuschunterdrückungseinrichtung, eine Luftblaseinrichtung, eine Luftreinigungseinrichtung 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 verwendet werden. Das feste Kälte- und Wärmespeichermaterial 7 ist daher besonders dafür ausgelegt, sowohl Wärme als auch Kälte zu speichern.

Betrieb
(Figuren 1 bis 7)

Der Betrieb, der in den Figuren 1 bis 7 dargestellten Aus-

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führungsform wird nachfolgend näher erläutert, um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern.

Wenn die Vorrichtung als Heizvorrichtung verwendet werden soll, werden die Ventile 2, 2a, 18 und 18a und die Absperrventile 12 geschlossen. Ferner wird das elektrische Heizelement 5 aktiviert, um die Luft in der Heizkammer 4 zu erwärmen. Die Luft steigt in die Kammer 1 in die Konvektion unterdrückenden Schichten 6 durch die Vielzahl von Öffnungen oder Löchern 6a, um das feste Wärmespeichermaterial 7 zwischen den Konvektion unterdrückenden Schichten 6 zu erwärmen. Entsprechend ergeben sich gemischte Konvektionsströme in den Volumina zwischen den Schichten 6, wie in Fig. 2 gezeigt. Wie ferner in Fig. 6 dargestellt, werden 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 Zentrum 31 des Materials von über 100° annehmen. Somit kann das Material 7 eine wesentliche Wärmemenge speichern, welche als Wärmequelle bei der Zirkulation von Luft nachfolgend verwendet werden kann.

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Zum Beispiel kann erwärmte Luft die Kammer 1 über das Ventil 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. Kühlere Luft wird aus den Kammern über die Öffnungen 23, 26 und 28 abgezogen, die mit der Leitung 3a zur Kammer 4 verbunden 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 Konvektion 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 eintritt, wie oben beschrieben. Mit der Vorrichtung kann bei ausreichender Wärmespeicherung im Material 7 eine ausreichende Beheizung über einen längeren Zeitraum bewerkstelligt werden.

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Heißes Wasser kann ebenfalls zur Verfügung gestellt werden, indem ein Medium durch die Kühlschlange 11 in der Kühlkammer 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 Versorgungsleitung 16 zur Verfügung steht. Wird Wasser aus dem Behälter 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 Ventile 12 und die Ventile 2, 2a, 18, 18a und 15 werden geschlossen. 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 innerhalb 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 bewirken. Die Konvektionsstromphänomene zwischen Kammer 8 und Heizkammer 4 sind in Fig. 7 gezeigt. Das Zentrum 31

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des Materials wird auf eine Temperatur von -200⁰C 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 natürliche 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 (Figuren 8 bis 10)

In den Figuren 8 bis 10 ist eine alternative Ausführungsform 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

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in einer getrennten Kammer 4a untergebracht, d.h. außerhalb der Heizkammer 34a am Boden der Kammer 1. Ähnlich ist die Kühlkammer 8a außerhalb der Kühlkammer 34 an der Oberseite 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 versorgen. 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 angeordnet ist. Die Kammer 4a ist ferner über eine Luftleitung 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 außerdem über eine andere Luftleitung und ein Ventil 33 mit der untersten Kammer 34a der Kammer 1 verbunden. Die andere Schaltung der Ausführungsform nach den Figuren 8 bis 10 ist identisch mit der Ausführungsform nach den Figuren 1 bis 7 .

Betrieb
(Figuren 8 bis 10)

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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 kontinuierlichen 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. Zusätzlich 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 zurückzukehren, 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

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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 geöffnet, 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 gefördert, wo sie in innigen Wärmeaustauschkontakt mit dem Material 7 innerhalb der Kammer 1 gelangt, um erneut gekühlt 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 -200⁰C bis +1000⁰C. In den Kammern 20, 24 und 27 können genaue Temperaturen über einen längeren Zeitraum aufrechterhalten werden, bevor eine erneute 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 Wärmequelle findet keine Umweltverschmutzung statt und keine Geräuscherzeugung.

Falls gewünscht, kann die Kältevorrichtung in ein Heizsystem umgewandelt werden und als separate Heißwasserversorgung verwendet werden.

Obwohl besonders bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im einzelnen zu Darstellungszwecken offenbart sind, ist

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klar, daß Abweichungen und Modifikationen der offenbarten Vorrichtungen einschließlich einer anderen Anordnung der Teile innerhalb des Erfindungsgedankens liegen.

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Claims

- 20 Ansprüche :

1. Vorrichtung zum Speichern von Kälte und Wärme in einem elektrisch betriebenen Kühl- und Heizsystem, mit einer Heizkammer (4), in der ein Heizelement (5) angeordnet ist und die in Luftverbindung mit dem Bodenteil einer Kälte- oder Wärmespeicherkammer (1) steht, mehreren Schaltventilen (2, 2a, 18, 18a) und Luftkanälen (3, 3a), die im Luftverbindungskreis mit der Kälte- und Wärmespeicherkammer und zu erwärmenden oder kühlenden Volumina (20, 24, 27) stehen, mehreren die Konvektion unterdrückenden Schichten (6) der Kälte- oder Wärmespeicherkammer (1) , wobei die Zwischenräume zwischen den benachbarten Schichten über mehrere Löcher (6a) miteinander verbunden sind, einem festen Kälte- oder Wärmespeichermaterial (7) in den Zwischenräumen zwischen den Schichten (6), einer Kühlkammer (8), in der eine Kühlschlange (11) angeordnet ist, die in Luftverbindung mit dem oberen Teil der Kälte- oder Wärmespeicherkammer steht, Wärme-Absperrventilen (15), die mit einer Heißwasserheizvorrichtung (13) verbunden sind, Kälteabsperrventilen (12), die mit einer Kältevorrichtung (9) verbunden sind und die eine abwechselnde Zirkulation durch die Kühlleitungen (10) ermöglichen, wobei die Kühlkammer (8) mit Luftmischern (19, 19a) verbunden ist

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und in Verbindung steht mit Luftzufuhr- oder Wiedergewinnungskanälen (3, 3a) zur Bildung eines Kreislaufs.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß mit dem festen Kälte- und Wärmespeichermaterial (7) ein Wärmeaustausch mit Luft stattfindet zur Bildung einer Kältereserve und einer Kältestrahlung oder einer Wärmereserve 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 (7) 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

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die Heizkammer (4a) und die Kühlkammer (8a) beide außerhalb der Kälte- und Wärmespeicherkammer (1) angeordnet sind und Mittel aufweisen zur Verbindung mit den Leitungen (35, 35a, 36, 36a) und den Schaltventilen (33, 33a, 32, 32a), um einen Kreislauf zu bilden.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung der Vorrichtung als Heizvorrichtung mit eingeschaltetem Heizelement (5) in der Heizkammer (4), die Schaltventile (2, 2a, 18, 18a) und die Absperrventile (12, 15) geschlossen sind und die in der Heizkammer (4) erwärmte Luft in die Kammer (1) aufsteigt und über die Löcher (6a) in die Schichten (6) gelangt, wobei das Warmespexchermaterial (7) erwärmt wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Zentrum (31) des Materials (7) auf eine Temperatur von vorzugsweise über 100 ⁰C erwärmt wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (18) geöffnet wird zur Abgabe von erwärmter Luft aus der Kammer (1) über den Luftmischer (19) in die Leitung (3), die mit den Kammern (20, 24, 27) über die Öffnungen (22, 25, 29) in Verbindung steht.

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9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (2a) geöffnet wird zur Errichtung eines Luftkreislaufes zwischen der Heizkammer (4), den Kammern (1, 8) sowie den Kammern (20, 24, 27) .

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung der Vorrichtung zur Heißwasserversorgung, die Schaltventile (2, 2a, 18, 18a) und die Absperrventile (12) geschlossen sind, die Ventile (15) geöffnet sind, ein in einer Leitung (10) zirkulierendes Medium in der Kühlkammer (8) durch Erwärmung der Kühlschlange (11) erwärmt wird und seine Wärme über eine Heizschlange (14) an das in der Heißwasserversorgungsvorrichtung (13) befindliche Wasser abgibt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß erwärmtes Wasser über eine Heißwasserversorgungsleitung (16) abgeführt und neues Wasser von einem Wasserbehälter (17) der Heißwasserversorgungsvorrichtung (13) zugeführt wird.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung der Vorrichtung als

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Kühlvorrichtung, die Schaltventile (2, 2a, 18, 18a) und die Absperrventile (15) geschlossen sind, die Absperrventile (12) geöffnet sind, ein Kältemittel zwischen der Kühlvorrichtung (9) und der Kältekammer (8) zirkuliert, und die in der Kühlkammer (8) durch die abgekühlte Kälteschlange (11) gekühlte Luft in die Kammer (1) abfällt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Zentrum (31) des Materials (7) vorzugsweise auf eine Temperatur von -200 ⁰C abgekühlt wird.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (18a) geöffnet wird, wodurch die Luft in die Kammer (20, 24 und 27) gelangt.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (2) geöffnet wird zur Errichtung eines Luftkreislaufes zwischen der Kältekammer (8), den Kammern (20, 24, 27) sowie den Kammern (4 und 1).