EP2483622A2 - Thermal storage device - Google Patents

Thermal storage device

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Publication number
EP2483622A2
EP2483622A2 EP10768864A EP10768864A EP2483622A2 EP 2483622 A2 EP2483622 A2 EP 2483622A2 EP 10768864 A EP10768864 A EP 10768864A EP 10768864 A EP10768864 A EP 10768864A EP 2483622 A2 EP2483622 A2 EP 2483622A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
module
storage device
thermal storage
heat exchanger
heat transfer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10768864A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Steffen Belikat
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Geoclimadesign Ag
Original Assignee
Geoclimadesign Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Geoclimadesign Ag filed Critical Geoclimadesign Ag
Publication of EP2483622A2 publication Critical patent/EP2483622A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D20/02Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat
    • F28D20/021Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat the latent heat storage material and the heat-exchanging means being enclosed in one container
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24HFLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H7/00Storage heaters, i.e. heaters in which the energy is stored as heat in masses for subsequent release
    • F24H7/02Storage heaters, i.e. heaters in which the energy is stored as heat in masses for subsequent release the released heat being conveyed to a transfer fluid
    • F24H7/04Storage heaters, i.e. heaters in which the energy is stored as heat in masses for subsequent release the released heat being conveyed to a transfer fluid with forced circulation of the transfer fluid
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/06Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of plastics material
    • F28F21/062Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of plastics material the heat-exchange apparatus employing tubular conduits
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F28D1/00Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
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    • F28D1/053Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight
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    • F28D2020/0008Particular heat storage apparatus the heat storage material being enclosed in plate-like or laminated elements, e.g. in plates having internal compartments
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    • F28F2255/00Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes
    • F28F2255/02Flexible elements
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/14Thermal energy storage

Definitions

  • the invention relates to a thermal storage device comprising a heat transfer material accommodated in a housing and a heat exchanger arranged in the heat transfer material and permeable by a fluid.
  • buffer and heating storage currently filled with water or PCM materials tubes and round containers are currently used. These are structurally designed so that the container contents completely store the thermal storage volume in a content or as a container-in-container solution having different functions, e.g. Fills the heating buffer tank and the hot water tank in an internal further tank.
  • the known thermal storage devices are usually designed in versions of 100 - 1000 liter storage volume below the set system pressure or in some cases as non-pressurized storage with internal smooth or corrugated tube heat exchangers.
  • CONFIRMATION COPY Memory are available, the known large-volume, complex and heavy thermal storage devices are unsuitable.
  • the object of the present invention is therefore the development and presentation of a compact thermal storage device which functionally fulfills the known thermal storage functions as a non-pressurized storage, but due to the compact design in addition to the usual locations and uses of heat storage in basements or heating / Domestic rooms can be used in previously, or only partially usable areas and conditions of use.
  • Object of the present invention is also the production of a compact thermal storage device for effective use and short or long term storage of thermal energy in the low temperature range, especially for heat pumps and low temperature heating, air conditioning and solar applications, primarily in the temperature range between 10-90 ° C. ,
  • Another object of the present invention is to increase the volume capacity of the storage device compared to conventional storage by increasing the specific heat exchange area.
  • a modern thermal storage device designed for low temperature applications and solar thermal systems has the following requirements:
  • Container system for use and optimal use in possibly limited space and space conditions, taking into account limited access, transport and area and Traglastver- conditions in buildings or rooms.
  • the thermal storage module is designed to be as simple as possible, easy to handle in terms of transport logistics, and easily completed on site or in the field to a large-volume storage volume and easily integrated into the planned or existing hydraulic system of the object.
  • the thermal storage device should be designed environmentally friendly and the materials used and substances or compositions as non-toxic, recyclable, energy-optimized and safe to use in use.
  • the thermal storage module should be ergonomically designed and, if possible by 1 person without the help of other means of transport and / or transport aids manually raised and portable and within the current load handling regulation (less than 35 kg for transport distances of up to 15 m) to be handled safely.
  • the thermal storage module should be application-specific with different solid, gel-like or liquid heat storage media directly in the production or on-site can be filled, the structural properties and shape and design of the required by the pressureless design internal heat exchanger must be optimally used and designed for all usable storage media ,
  • thermal storage devices do not meet these requirements or only inadequate. Most systems use expensive and heavy steel and stainless steel containers or bulky plastic containers. Other manufacturers solve the problem of large-volume transport or use in confined spaces by welding together or sticking the storage containers together on site. A rational production and cost-effective transport of the heat storage is not possible.
  • the common thermal storage devices have, depending on the application function, none, one or more internal heat exchanger. These heat exchangers are specially tuned to gas, oil condensing or CHP technology and compared to low-temperature heating systems to a higher temperature level, usually between 45 ° C for heating purposes and up to 80 ° C for hot water production and storage.
  • these integrated tube or coil heat exchangers are used for heating or tempering due to the lower temperature level of 30-35 ° C set and prevailing there usually too small dimensioned in their heat transfer performance, which means that the generated by these systems at a lower temperature level larger transported fluid amount can not be transferred quickly enough in the used heat storage medium or removed from the heat storage medium.
  • the thermal storage device according to the invention should largely stable shape stored therein heat storage medium and be stable over a long period of cycles, which means that multi-year daily loading and unloading processes are ensured and they spatially optimally stackable and combinable with the adjacent room and optimally with outside different insulating materials should be customizable dammbar.
  • thermal storage device can also be made in the form of plastic or metal cassettes, but this does not seem optimal for cost and environmental reasons.
  • the size or volume of the thermal storage modules according to the invention results from the planned limitation of the individual weight of the memory modules to about 30-32 kg.
  • the outer design can be chosen practically free and is not primarily on tubular round or spherical container solutions set. As optimal stacking, combinable and dammbar a cuboid or box-shaped or box-shaped solution has been found.
  • the (heavy) corrugated cardboard used to form the module housing can be stored in the folded state to save space in the production of the thermal storage device and deployed in the final storage device form only at the moment of production of the thermal storage module. As a result, significant transport and storage capacities and thus costs are saved.
  • the outer dimensions of the memory modules are suitably determined largely by the usual Euro pallet dimensions for the inventive thermal storage device expediently.
  • aqueous solutions or phase-change material can be used as a module heat transfer material
  • the module housing can be lined inside with a water and / or diffusion-tight lining, such as a plastic bag.
  • a water and / or diffusion-tight lining such as a plastic bag.
  • dense plastic cassettes or metal cassettes as a module housing may be dispensed with an inner additional lining under certain circumstances. In both cases, therefore, the module heat carrier material is loosely arranged in the module housing, and adjacent to the module heat exchanger.
  • the module heat transfer material can also be divided into several parts, each individually in plastic bags or e.g. flat metal plates and placed within the module housing.
  • these bags or sheets are layered arranged between levels of the heat exchanger tubes of the module heat exchanger.
  • thermal storage device module heat exchanger in contrast to customary in storage copper or stainless steel pipe based heat exchangers higher demands in terms of heat exchanger surface and heat transfer coefficients.
  • a capillary-like and repeatedly in small intervals of 5-40 mm in register form folded plastic heat exchanger surface for example made of polypropylene used.
  • the use of specially designed heat exchanger designs made of copper, aluminum or stainless steel are conceivable, but are not favored because of the associated higher costs for this invention.
  • the module heat transfer material is applied. assigns.
  • the heat transfer between the storage volume and the heat transfer fluid flowing through will generally be slightly worse than when using copper pipe or stainless steel corrugated pipe as a heat exchanger.
  • This disadvantage is compensated or even greatly improved in the present invention by the much larger capillary-shaped arranged in the memory module and multiply folded memory area of the module heat exchanger and a high penetration density of the module heat transfer material.
  • approximately 2-3 m 2 smooth or corrugated tube heat exchanger surface are generally used for a 500-1000 liter buffer heat storage.
  • the invention has an active capillary heat exchanger surface of 30-60 m 2 , which is suitable for modern heating systems based on low system temperatures with heat pumps or the use of solar energy Flat or low temperature collectors is considered to be optimal, much more effective and better tuned. ) Versatile design
  • the thermal storage device according to the invention can be used as a single component as a non-pressure 30 liters / 30 kg small storage with highly effective internal compact heat exchanger due to the extremely compact design.
  • this thermal storage device When interconnected, this thermal storage device is composed of a larger number and in any combination of modular memory modules. This results in a flexible large-capacity storage system, which can be optimally adapted to customer and application requirements and expanded. ) Improved occupational safety and transport optimization
  • the thermal storage device according to the invention in the form of individual memory modules without health risk and other tools can be raised by 1 person from the range and carried to the intended location.
  • Conventional prior art storage solutions typically require two or more people and additional transport and lifting equipment to be provided at the site of construction or use. ) Improved compatibility with static and construction site conditions
  • the diameter of the container with / without insulation must not exceed the maximum opening width and height of the doors, aisles and stairs at the place of use.
  • the height of the container with / without insulation may not exceed the maximum ceiling height, including any necessary. Tilting dimension "for installation, do not exceed.
  • the point or area load of the store results from the relatively high inherent storage weight (steel or stainless steel) and the capacity of the heat transfer material resulting from the dimensions.
  • a surface load of 1000 kg / m 2 works on a 0.60 m 2 surface in the case of a 500 liter water reservoir and thus about 600 kg total weight of the construction.
  • a 1000 liter storage solution based on the invention presented here can be achieved by lying the thermal storage device at necessary 33 thermal storage modules ä about 30-32 kg net weight including heat carrier material filling, for example, on a pointed bottom surface of 16 m 2 with a surface load of 62 kg / m 2 under the statically defined for false ceilings according to DIN 1055-3 (load assumptions for constructions) max. 00 kg / m 2 are used. Due to the compact design of the thermal storage device with dimensions of approximately (height) 600 mm x (width) 700 mm and 70-100 mm (depth), introduction, for example through small skylights, also hardly represents a restriction.
  • thermal storage module according to the invention can be produced in a completely semi-automatic or fully automatic manner and even without large additional investments, even in small quantities with little mechanical and personnel expenditure. ) Production with improved total CO. Balance
  • the proposed invention of recyclable corrugated cardboard, the internal capillary plastic heat exchanger and used as a lining serving PE bag may also be obtained from industrial waste plastics from the plastics industry and processed.
  • This choice of material for the inventive thermal storage Direction saves raw materials and protects the environment. ) Reduction of transport costs
  • the transport of heat or buffer storage is usually on pallets with shock and scratch resistant outer packaging and possibly additionally necessary transport packaging.
  • the transport pallets are transported back as one-way pallets or Euro pallets either to building rubble or specially remunerated via the logistics partner.
  • the storage packaging and the transport packaging are also to be recycled as plastic waste or wood / paper waste.
  • Trucks with tail lifts, forklifts or cranes are usually required for transport between the place of production and the place of delivery.
  • the present invention in the form of single modules with about 30-32 kg single weight with easy additional transport packaging with foil or cardboard from all major parcel services and one person can be easily transported. If several storage modules have to be transported on a pallet, the necessary transport safety can be achieved with only a small amount of additional packaging and transport safety material.
  • the preferably made of heavy corrugated cardboard housing of the thermal storage device acts already seibst as approved transfer or transport packaging. ) Performance storage by heat storage material flexibility
  • the thermal storage device is constructed so that in addition to water, all known heat storage media such as gels, activated clays and earths, salt hydrates, thermal oils or other sensitive or latently storing (eg PCM paraffins) acting heat transfer media can be filled and used as module heat storage material.
  • the module heat storage materials can be produced and processed in special, diffusion-tight individual packaging with 3-4 kg storage material in flat bags. Subsequently, these packages, for example, 7 such packages, introduced with the interposition of the module heat exchanger in the module housing.
  • This solution fulfills the physical and chemical requirements for the use of, for example, salt hydrates for latent heat storage, and constructively ensures a consistently small distance between the heat exchanger surfaces at the module heat exchanger. Furthermore, these bags are partially or fully automatically produced and easy to handle in the production of the thermal storage device.
  • Another advantage is the ability to combine different heat storage media within a single memory module. So it is possible that within a storage module when filled with 7 pieces 4 kg bags, e.g. PCM paraffin fillings and salt hydrate fillings in different combinations can be used together.
  • thermal storage modules can be made in different thermal storage modules according to the customer requirement, a flexible combination between different heat transfer media. As a result, for example, a widening of the usable latent memory area or the targeted amplification of specific memory areas in different temperature ranges can be achieved.
  • Another advantage is that this constructive solution, the combination between sensitive and latent heat storage media is possible which may possibly lead to previously unachieved large heat storage capacities in a wider temperature ranges. ) Reduction of the layer storage disadvantages
  • a further disadvantage is the so-called microcirculation arising in the interior of the water column in the case of the removal of heat by slowly mixing the storage volume between cold and warm area.
  • FIG. 1 shows a memory module according to the invention in perspective schematic representation
  • Figure 4 shows the top view of the module heat exchanger in installation position
  • FIG. 5 is a perspective view of the module heat exchanger in FIG.
  • FIG. 6 shows the memory device according to the invention according to FIG. 1 in an enlarged view
  • Figure 7 embedded in a bag or a plate module heat transfer material.
  • a memory module for constructing a thermal storage device as used for short or long term storage of thermal energy, e.g. Solar energy, use finds.
  • An entire thermal storage device consists of a multiplicity of storage modules according to FIGS. 1, 6, which are formed in a manner which will be described in more detail below and interconnected to the thermal storage device.
  • the memory module according to FIGS. 1, 6 comprises a module housing 1, in the interior of which a module heat exchanger 2 and a module heat carrier material 3 are arranged. Via inlet and outlet openings 8, 10, the module heat exchanger 2 arranged within the module housing 1 can be flowed through in a manner known per se by a fluid serving for transporting energy between the storage device and a consumer, eg a heater and an energy source, eg a solar module.
  • a fluid serving for transporting energy between the storage device and a consumer eg a heater and an energy source, eg a solar module.
  • module heat transfer material 3 stores the energy supplied by the fluid by the module heat exchanger from the fluid into the module heat transfer material or the previously stored in the module heat transfer material energy is transferred by a heat transfer in the opposite direction from the module heat exchanger 2 on the Delivered fluid.
  • module heat carrier material 3 for example, PCM materials come into question.
  • An essential feature of the apparent from Figure 1 memory module is that the module housing 1 has a cuboid, stackable and hand-portable size with a maximum edge length of eg 1, 5 m. Also, the weight of the memory module shown is chosen so that it is portable by hand, for example by not exceeding a total weight of 35 kg after filling with the module heat transfer material.
  • the thus executed memory module can therefore be worn by a single person without the aid of means of transport by hand from a delivery point to the installation and needed at the installation due to its cuboid and easily stackable dimensions only small footprint, so that installation even on creeps and accessible / or space constrained mounting positions within a building, eg in loft, false ceilings, walls, niches and the like is in question, which are unsuitable for receiving conventional thermal storage devices.
  • the individual module heat exchangers are connected to their respective inlet openings 8 and outlet openings 9 and thus interconnected to the desired thermal storage device of predetermined size.
  • an interconnection according to the so-called Tichelmann principle comes into consideration, in which the sum of the lengths of the supply lines is equal to the sum of the lengths of the return lines.
  • the module housing i. the module housing, the module heat exchanger and the module heat transfer material are different variants into consideration.
  • the module housing 1 from a cardboard material known per se, for example from corrugated cardboard or heavy corrugated cardboard, as can be seen from FIG. Viewed from the outside, the module housing 1 actually has the appearance of a flat cardboard packet.
  • the module heat exchanger 2 is then arranged, which is formed by a plate heat exchanger or by one of the figures 3 to 5 apparent, a plurality of capillary tubes 6 having heat exchanger.
  • the module heat exchanger 2 shown in FIG. 3, which has a large number of capillary tubes 6, comprises, as illustrated here, not installed, i. unmanipulated, relaxed orientation of the common inlet opening 8, which is branched via a manifold 80 into the individual capillary tubes 6.
  • the individual capillary tubes 6 again open into a collecting tube 90, from which the discharge opening 9 leads out, so that after connection of the fluid lines the flow through the module heat exchanger 2 with the fluid is guaranteed.
  • the capillary tubes 6 and also the manifolds 80, 90 are preferably made of a suitable thermoplastic material, such as polyethylene, wherein the individual capillary tubes have a distance of 5 to 40 mm from each other.
  • the module heat transfer material 3 to be further arranged within the module housing 1 is not loosely received in a liquid-tight manner by the cardboard material of the module housing 1, the module heat transfer material 3 is provided in a liquid-tight lining introduced into the module housing 1, for example from FIG to be arranged loosely polyethylene plastic bag 5. It was It should be noted at this point that, for better clarity of illustration in FIG. 2, the register-folded module heat exchanger 2, which is likewise arranged in the interior of the module housing 1, is not shown in accordance with FIG.
  • the heat transfer material is received in a liquid-tight manner and is in contact with the heat exchanger surface 7 with the greatest possible contact.
  • the module heat carrier material 3 is placed within a casing 3a, e.g. may be formed by a flat plastic foil bag or a flat metal or plastic cartridge, see Figure 7.
  • the cardboard cover 4 of the module housing 1 are closed in a conventional manner and the thus formed memory module is transportable and operational.
  • thermal storage module can be configured individually, or in any number and in combinations serially, in parallel or mixed to larger heat or cold storage, interconnected and thus flexibly adapted to customers and application requirements.
  • the module housing can be used directly for thermal storage purposes.

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Abstract

The invention relates to a thermal storage device comprising heat storage material housed in a housing and a heat exchanger which can be cross-flown by a fluid and which is arranged in the heat storage material. Said storage device is subdivided into a plurality of individual and separate transportable storage modules which comprise respectively a modular housing, modular heat exchanger material which is arranged in the modular housing and modular heat exchangers which are arranged in the modular heat exchanger material. The individual modular heat exchangers of the storage module are connected together such that they can be cross-flown together by the fluid.

Description

Thermische Speichervorrichtung Beschreibung  Thermal Storage Device Description
Die Erfindung betrifft eine thermische Speichervorrichtung, umfassend ein in einem Gehäuse aufgenommenes Wärmeträgermaterial und einen in dem Wärmeträgermaterial angeordneten und mit einem Fluid durchströmbaren Wärmetauscher. The invention relates to a thermal storage device comprising a heat transfer material accommodated in a housing and a heat exchanger arranged in the heat transfer material and permeable by a fluid.
Für Brauchwasser-, Puffer- und Heizungsspeicher werden zur Zeit in der Regel mit Wasser oder PCM-Materialien gefüllte Röhren und runde Behälter eingesetzt. Diese sind konstruktiv so ausgelegt, dass der Behälterinhalt das thermische Speichervolumen vollständig in einem Inhalt oder als Behälter-in- Behälterlösung mit unterschiedlichen Funktionen, z.B. Heizungspufferspeicher und Brauchwasserspeicher in einem innenliegenden weiteren Behälter ausfüllt. Die bekannten thermischen Speichervorrichtungen sind üblicherweise in Ausführungen von 100 - 1000 Liter Speichervolumen unter dem eingestellten Systemdruck oder in Einzelfällen auch als drucklose Speicher mit innenliegenden Glatt- oder Wellrohr-Wärmetauschern ausgeführt. For service water, buffer and heating storage currently filled with water or PCM materials tubes and round containers are currently used. These are structurally designed so that the container contents completely store the thermal storage volume in a content or as a container-in-container solution having different functions, e.g. Fills the heating buffer tank and the hot water tank in an internal further tank. The known thermal storage devices are usually designed in versions of 100 - 1000 liter storage volume below the set system pressure or in some cases as non-pressurized storage with internal smooth or corrugated tube heat exchangers.
Insbesondere wenn für eine effektive kurz- und langfristige Speicherung von thermischer Energie aus überwiegend erneuerbaren Energieträgem, insbesondere Sonnenenergie, nur begrenzte Platz- und Raumverhältnisse, eine geringe Flächen- oder Punktlast sowie nur schmale Tür- und Fensteröffnungen und schmale Transportwege und enge Treppen am Einbau- und Nutzungsort des In particular, if, for an effective short and long term storage of thermal energy from predominantly renewable energy sources, especially solar energy, only limited space and space, a low surface or point load and only narrow door and window openings and narrow transport routes and narrow stairs at the installation and place of use of the
BESTÄTIGUNGSKOPIE Speichers zur Verfügung stehen, sind die bekannten großvolumigen, aufwendigen und schweren thermischen Speichervorrichtungen ungeeignet. CONFIRMATION COPY Memory are available, the known large-volume, complex and heavy thermal storage devices are unsuitable.
Aufgabenstellung der vorliegenden Erfindung ist daher die Entwicklung und Darstellung einer kompakten thermischen Speichervorrichtung, die funktionell die bekannten thermischen Speicherfunktionen als druckloser Speicher weiter erfüllt, aber auf Grund der kompakten Konstruktion zusätzlich zu den üblichen Einsatzorten und Einsatzzwecken von Wärmespeichern in Kellern oder Hei- zungs-/Hauswirtschaftsräumen in bisher nicht, oder nur eingeschränkt nutzbaren Bereichen und Einsatzbedingungen eingesetzt werden kann. The object of the present invention is therefore the development and presentation of a compact thermal storage device which functionally fulfills the known thermal storage functions as a non-pressurized storage, but due to the compact design in addition to the usual locations and uses of heat storage in basements or heating / Domestic rooms can be used in previously, or only partially usable areas and conditions of use.
Aufgabenstellung der vorliegenden Erfindung ist auch die Herstellung einer kompakten thermischen Speichervorrichtung zur effektiven Nutzung und kurz- oder langfristigen Speicherung von thermischer Energie im Niedertemperaturbereich, insbesondere für Wärmepumpen und Niedertemperatur-Heiz-, Klima- und Solaranwendungen, vorrangig im Temperaturbereich zwischen 10-90°C. Object of the present invention is also the production of a compact thermal storage device for effective use and short or long term storage of thermal energy in the low temperature range, especially for heat pumps and low temperature heating, air conditioning and solar applications, primarily in the temperature range between 10-90 ° C. ,
Schließlich ist eine weitere Aufgabenstellung der vorliegenden Erfindung die Erhöhung der Volumenkapazität der Speichervorrichtung im Vergleich zu üblichen Speichern durch Erhöhung der spezifischen Wärmetauscherfläche. Finally, another object of the present invention is to increase the volume capacity of the storage device compared to conventional storage by increasing the specific heat exchange area.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine thermische Speichervorrichtung mit modularem Aufbau gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. This object is achieved by a thermal storage device having a modular structure according to the features of claim 1. Advantageous embodiments and modifications of the invention are the subject of the dependent claims.
An eine moderne, für Niedertemperaturanwendungen und solare thermische Systeme ausgelegte thermische Speichervorrichtung stellen sich folgende Anforderungen: A modern thermal storage device designed for low temperature applications and solar thermal systems has the following requirements:
- Modulares, stapelbares und anforderungsgerecht ergänzungsfähiges - Modular, stackable and compliant with requirements
Behältersystem zum Einsatz und optimalen Nutzung bei unter Umständen eingeschränkten Platz- und Raumverhältnissen unter Berücksichtigung begrenzter Zugangs-, Transport- und Flächen- und Traglastver- hältnissen in Gebäuden oder Räumen. Container system for use and optimal use in possibly limited space and space conditions, taking into account limited access, transport and area and Traglastver- conditions in buildings or rooms.
- Das thermische Speichermodul soll möglichst einfach aufgebaut, trans- portlogistisch einfach zu behandeln und auf der Baustelle oder Einsatzort simpel zu einem großvolumigen Speichervolumen komplettiert und einfach in das geplante oder bestehende Hydrauliksystem des Objektes eingebunden werden können. - The thermal storage module is designed to be as simple as possible, easy to handle in terms of transport logistics, and easily completed on site or in the field to a large-volume storage volume and easily integrated into the planned or existing hydraulic system of the object.
- Die thermische Speichervorrichtung soll umweltgerecht gestaltet sein und die eingesetzten Materialien und Stoffe oder Stoffzusammensetzungen möglichst untoxisch, recyclingfähig, energieoptimiert und in der Nutzung sicher eingesetzt werden können. - The thermal storage device should be designed environmentally friendly and the materials used and substances or compositions as non-toxic, recyclable, energy-optimized and safe to use in use.
- Das thermische Speichermodul soll ergonomisch gestaltet und möglichst durch 1 Person ohne Zuhilfenahme von weiteren Transportmitteln und/oder Transporthilfen manuell heb- und tragbar und im Rahmen der geltenden Lastenhandhabungsverordnung (kleiner 35 kg bei Transportwegen von bis zu 15 m) sicher handhabbar sein. - The thermal storage module should be ergonomically designed and, if possible by 1 person without the help of other means of transport and / or transport aids manually raised and portable and within the current load handling regulation (less than 35 kg for transport distances of up to 15 m) to be handled safely.
- Das thermische Speichermodul soll anwendungsspezifisch mit unterschiedlichen festen, gelartigen oder flüssigen Wärmespeichermedien direkt bei der Herstellung oder vor Ort befüllt werden können, die konstruktiven Eigenschaften sowie Form und Gestaltung des durch die drucklose Ausführung notwendigen innenliegenden Wärmetauschers muss für alle nutzbaren Speichermedien optimal einsetzbar und gestaltet sein. - The thermal storage module should be application-specific with different solid, gel-like or liquid heat storage media directly in the production or on-site can be filled, the structural properties and shape and design of the required by the pressureless design internal heat exchanger must be optimally used and designed for all usable storage media ,
Bisher auf dem Markt angebotene und eingesetzte thermische Speichervorrichtungen erfüllen diese Anforderungen nicht oder nur unzulänglich. Bei den meisten Systemen werden teure und schwere Stahl- und Edelstahlbehälter oder voluminöse Kunststoffbehälter benutzt. Andere Hersteller lösen das bei großen Volumen auftretende Transport- oder Einsatzproblem an beengten Einsatzorten durch das Zusammenschweißen oder Zusammenkleben der Speicherbehälter vor Ort. Eine rationelle Fertigung und kostengünstiger Transport des Wärmespeichers ist somit nicht möglich. Die gängigen thermischen Speichervorrichtungen haben abhängig von der Einsatzfunktion keinen, einen oder mehrere innenliegende Wärmetauscher. Diese Wärmetauscher sind speziell auf Gas-, Ölbrennwert- oder BHKW- Technik und gegenüber Niedertemperaturheizsystemen auf ein höheres Temperaturn iveau, in der Regel zwischen 45°C für Heizzwecke und bis zu 80°C für die Warmwasserbereitung und Speicherung abgestimmt und optimiert. Previously offered and used in the market thermal storage devices do not meet these requirements or only inadequate. Most systems use expensive and heavy steel and stainless steel containers or bulky plastic containers. Other manufacturers solve the problem of large-volume transport or use in confined spaces by welding together or sticking the storage containers together on site. A rational production and cost-effective transport of the heat storage is not possible. The common thermal storage devices have, depending on the application function, none, one or more internal heat exchanger. These heat exchangers are specially tuned to gas, oil condensing or CHP technology and compared to low-temperature heating systems to a higher temperature level, usually between 45 ° C for heating purposes and up to 80 ° C for hot water production and storage.
Beim Einsatz von Wärmepumpen sowie bei der Nutzung von modernen Flächenheiz- und Kühlsystemen, auch in Kombination von solaren Niedertemperaturkollektorsystemen, sind auf Grund des dort eingestellten und herrschenden niedrigeren Temperaturniveaus von 30-35°C zum Heizen oder Temperieren diese integrierten Rohr- oder Wendel-Wärmetauscher in der Regel in ihrer Wärmeübertragungsleistung zu gering dimensioniert, was bedeutet, das die durch diese Systeme auf einem niedrigerem Temperaturniveau generierte größere transportierte Fluidmenge nicht schnell genug in das genutzte Wärmespeichermedium überführt oder aus dem Wärmespeichermedium entnommen werden kann. When using heat pumps as well as when using modern surface heating and cooling systems, also in combination with solar low-temperature collector systems, these integrated tube or coil heat exchangers are used for heating or tempering due to the lower temperature level of 30-35 ° C set and prevailing there usually too small dimensioned in their heat transfer performance, which means that the generated by these systems at a lower temperature level larger transported fluid amount can not be transferred quickly enough in the used heat storage medium or removed from the heat storage medium.
Die Form und äußere und innere Gestaltung der erfindungsgemäßen thermischen Speichervorrichtung wird durch folgende definierte Eckpunkte charakterisiert: The shape and outer and inner design of the thermal storage device according to the invention is characterized by the following defined corner points:
- Die erfindungsgemäße thermische Speichervorrichtung soll weitgehend formstabil das darin befindliche Wärmespeichermedium dauerhaft lagern und über einen langen Zeitraum zyklenstabil sein, was bedeutet, dass mehrjährige tägliche Lade- und Entladeprozesse sichergestellt werden und sie gegenüber dem angrenzenden Raum räumlich optimal stapel- und kombinierbar und optimal außen mit unterschiedlichen Dämmstoffen kundenspezifisch dämmbar sein soll. - The thermal storage device according to the invention should largely stable shape stored therein heat storage medium and be stable over a long period of cycles, which means that multi-year daily loading and unloading processes are ensured and they spatially optimally stackable and combinable with the adjacent room and optimally with outside different insulating materials should be customizable dammbar.
- Als Gehäusematerial kommt für die thermischen Speichermodule aus - As housing material comes for the thermal storage modules
Kostengründen und für die Funktion ausreichend vorzugsweise ein einfacher oben und unten geschlossener gefalteter Pappkarton, auch als (Schwer-)Wellpappe bezeichnet, zum Einsatz. Die thermische Speichervorrichtung kann natürlich auch in Form von Kunststoff- oder Metallkassetten ausgeführt werden, was aber aus Kostengründen und Umweltgründen nicht optimal scheint. Cost reasons and for the function sufficiently preferably a simple top and bottom closed folded cardboard box, as well (Heavy) corrugated cardboard designated for use. Of course, the thermal storage device can also be made in the form of plastic or metal cassettes, but this does not seem optimal for cost and environmental reasons.
- Die Größe bzw. das Volumen der erfindungsgemäßen thermischen Speichermodule ergibt sich durch die geplante Begrenzung des Einzelgewichtes der Speichermodule auf ca. 30-32 kg. - The size or volume of the thermal storage modules according to the invention results from the planned limitation of the individual weight of the memory modules to about 30-32 kg.
- Da das in den thermischen Speichervorrichtungen genutzte Modulwärmespeichermedium praktisch drucklos gelagert, das bedeutet nur durch die realisierte Füllhöhe in dem Modulgehäuse statisch auf das Modulgehäuse wirkend ist, kann die äußere Gestaltung praktisch frei gewählt werden und ist nicht wie bei druckbehafteten Speichersystemen vorrangig auf röhrenförmige runde oder kugelige Behälterlösungen festgelegt. Als optimal Stapel-, kombinier- und dämmbar hat sich eine quader- bzw. kistenförmige oder schachteiförmige Lösung herausgestellt. Since the module heat storage medium used in the thermal storage devices stored virtually without pressure, which means only statically acting on the module housing by the realized filling height in the module housing, the outer design can be chosen practically free and is not primarily on tubular round or spherical container solutions set. As optimal stacking, combinable and dammbar a cuboid or box-shaped or box-shaped solution has been found.
- Im Gegensatz zu großvolumigen runden Behälterlösungen kann der zur Ausbildung der Modulgehäuse verwendete (Schwer-)Wellpappkarton bis zur Produktion der thermischen Speichervorrichtung platzsparend im gefalteten Zustand gelagert und erst im Moment der Produktion des thermischen Speichermoduls in die endgültige Speichervorrichtungsform entfaltet werden. Dadurch werden erhebliche Transport- und Lagerkapazitäten und damit Kosten gespart. In contrast to large-volume round container solutions, the (heavy) corrugated cardboard used to form the module housing can be stored in the folded state to save space in the production of the thermal storage device and deployed in the final storage device form only at the moment of production of the thermal storage module. As a result, significant transport and storage capacities and thus costs are saved.
- Da der Transport von Wärmespeichern zum Einsatzort in der Regel auf Paletten, Einweg- oder Europaletten erfolgt, werden zweckmäßigerweise für die erfindungsgemäße thermische Speichervorrichtung die äußeren Abmaße der Speichermodule weitgehend durch die üblichen Europalettenmaße bestimmt. - Since the transport of heat storage to the place of use is usually done on pallets, disposable or Euro pallets, the outer dimensions of the memory modules are suitably determined largely by the usual Euro pallet dimensions for the inventive thermal storage device expediently.
- Um in der erfindungsgemäßen thermischen Speichervorrichtung auch Wasser, wäßrige Lösungen oder phasenveränderliches Material (PCM) als Modulwärmeträgermaterial einsetzen zu können, kann das Modulgehäuse innen mit einer wasser- und/oder diffusionsdichten Auskleidung, z.B. einem Kunststoff-Beutel ausgekleidet werden. Bei einer Verwendung von dichten Kunststoffkassetten oder Metallkassetten als Modulgehäuse kann unter Umständen auf eine innere zusätzliche Auskleidung verzichtet werden. In beiden Fällen wird somit das Modulwärmeträgermaterial lose im Modulgehäuse angeordnet, und zwar angrenzend an den Modulwärmetauscher. - In the thermal storage device according to the invention also water, aqueous solutions or phase-change material (PCM) can be used as a module heat transfer material, the module housing can be lined inside with a water and / or diffusion-tight lining, such as a plastic bag. When using dense plastic cassettes or metal cassettes as a module housing may be dispensed with an inner additional lining under certain circumstances. In both cases, therefore, the module heat carrier material is loosely arranged in the module housing, and adjacent to the module heat exchanger.
- Alternativ kann das Modulwärmeträgermaterial auch in mehrere Teile unterteilt werden, die jeweils einzeln in Beuteln aus Kunststoff oder z.B. flachen Platten aus Metall verpackt und innerhalb des Modulgehäuses angeordnet werden. Bevorzugt werden diese Beutel bzw. Platten lageweise zwischen Ebenen der Wärmetauscherrohre des Modulwärmetauschers geschichtet angeordnet. Alternatively, the module heat transfer material can also be divided into several parts, each individually in plastic bags or e.g. flat metal plates and placed within the module housing. Preferably, these bags or sheets are layered arranged between levels of the heat exchanger tubes of the module heat exchanger.
- Da die als Modulwärmeträgermaterial in den Speichermodulen zum Einsatz kommenden Fluide oder Stoffe in der Regel nicht toxisch oder aggressiv auf andere eingesetzte Stoffe reagieren, kann auf eine weitere zusätzliche Sicherung des Modulgehäuses gegen schädliche Umweltbeeinflussungen, auch für Transportzwecke, verzichtet werden. Since the fluids or substances used as module heat transfer material in the storage modules are generally non-toxic or aggressive to other substances used, a further additional securing of the module housing against damaging environmental influences, even for transport purposes, can be dispensed with.
- An die in der thermischen Speichervorrichtung befindlichen Modulwärmetauscher werden, im Gegensatz zu in Speichern üblichen Kupfer- oder Edelstahlrohrbasierenden Wärmetauschern höhere Anforderungen in Bezug auf Wärmetauscherfläche und Wärmeübertragungskoeffizienten gestellt. Erfindungsgemäß kommt daher in dem thermischen Speichermodul vorzugsweise eine kapillarartige und mehrfach in kleinen Abständen von 5-40 mm registerförmig gefaltete Kunststoffwärmetauscherfläche zum Beispiel aus Polypropylen zum Einsatz. Natürlich sind auch der Einsatz von speziell gestalteten Wärmetauscherkonstruktionen aus Kupfer, Aluminium oder Edelstahl denkbar, werden aber auf Grund der damit verbundenen höheren Kosten für diese Erfindung nicht favorisiert. - To be in the thermal storage device module heat exchanger, in contrast to customary in storage copper or stainless steel pipe based heat exchangers higher demands in terms of heat exchanger surface and heat transfer coefficients. According to the invention therefore preferably in the thermal storage module, a capillary-like and repeatedly in small intervals of 5-40 mm in register form folded plastic heat exchanger surface, for example made of polypropylene used. Of course, the use of specially designed heat exchanger designs made of copper, aluminum or stainless steel are conceivable, but are not favored because of the associated higher costs for this invention.
Zwischen den Registerlagen wird das Modulwärmeträgermaterial ange- ordnet. Between the register layers, the module heat transfer material is applied. assigns.
Mit der Erfindung werden gegenüber dem Stand der Technik folgende Verbesserungen erreicht werden: The invention achieves the following improvements over the prior art:
1) Erhöhung der spezifischen Wärmetranferleistunq 1) Increase in specific heat transfer performance
Durch die Verwendung und den Einsatz von registerförmigen Kapillarmat- tenflächen als Modulwärmetauscher wird gegenüber dem aktuellen Stand der Technik eine starke Vergrößerung der Wärmetauscherfläche in dem zur Verfügung stehenden Raum und Volumen erreicht. Durch Gestaltung des z.B. 2-6 fach gefalteten Kapillarwärmetauschers wird eine gleichmäßige Be- oder Entladung des gesamten Speichervolumens des Speichermoduls ohne interne Schichtung und Mikrozirkulation des eingesetzten Modulwärmeträgers sichergestellt.  The use and the use of register-shaped Kapillarmat- tenflächen as a module heat exchanger, a large increase in the heat exchanger surface in the available space and volume is achieved over the current state of the art. By designing the e.g. 2-6 times folded capillary heat exchanger, a uniform loading or unloading of the entire storage volume of the memory module is ensured without internal stratification and microcirculation of the module heat carrier used.
Da für den Modulwärmetauscher vorrangig Kunststoff eingesetzt wird, wird der Wärmeübergang zwischen Speichervolumen und durchfließenden Wär- meträgerfluid in der Regel etwas schlechter sein als bei dem Einsatz von Kupferrohr oder Edelstahlwellrohr als Wärmetauscher. Dieser Nachteil wird in der vorliegenden Erfindung durch die viel größere in dem Speichermodul integrierte kapillarförmig angeordnete und mehrfach gefaltete Speicherfläche des Modulwärmetauschers und eine hohe Durchdringungsdichte des Modulwärmeträgermaterials ausgeglichen oder sogar stark verbessert. Beim aktuellen Stand der Technik werden in der Regel ca. 2-3 m2 Glatt- o- der Wellrohr-Wärmetauscheroberfläche für einen 500-1000 Liter Puffer- Wärmespeicher eingesetzt. Die Erfindung hat bei einer vergleichbaren Kombination für 500-1000 Liter Speicheräquivalent beim Einsatz von dann notwendigen 16 - 33 Speichermodulen eine aktive kapillare Wärmetau- scheroberfläche von 30-60 m2, was für moderne auf niedrige Systemtemperaturen basierte Heizungssysteme mit Wärmepumpen oder dem Einsatz von solaren Flach- oder Niedertemperaturkollektoren als optimal, viel effektiver und besser abgestimmt anzusehen ist. ) Vielseitig einsetzbare Bauform Since plastic is the preferred material for the module heat exchanger, the heat transfer between the storage volume and the heat transfer fluid flowing through will generally be slightly worse than when using copper pipe or stainless steel corrugated pipe as a heat exchanger. This disadvantage is compensated or even greatly improved in the present invention by the much larger capillary-shaped arranged in the memory module and multiply folded memory area of the module heat exchanger and a high penetration density of the module heat transfer material. In the current state of the art, approximately 2-3 m 2 smooth or corrugated tube heat exchanger surface are generally used for a 500-1000 liter buffer heat storage. With a comparable combination for 500-1000 liter storage equivalent when using then necessary 16-33 memory modules, the invention has an active capillary heat exchanger surface of 30-60 m 2 , which is suitable for modern heating systems based on low system temperatures with heat pumps or the use of solar energy Flat or low temperature collectors is considered to be optimal, much more effective and better tuned. ) Versatile design
Die erfindungsgemäße thermische Speichervorrichtung ist auf Grund der extrem kompakten Konstruktion als Einzelbauteil als druckloser 30 Liter/30 kg Kleinspeicher mit hocheffektivem innenliegendem Kompaktwärmetauscher einsetzbar.  The thermal storage device according to the invention can be used as a single component as a non-pressure 30 liters / 30 kg small storage with highly effective internal compact heat exchanger due to the extremely compact design.
Bei Zusammenschaltung wird diese thermische Speichervorrichtung aus einer größeren Anzahl und in beliebiger Kombination modularer Speichermodule zusammengesetzt. Dadurch ergibt sich ein flexibel einsetzbares Großspeichersystem, welches optimal an die Kunden- und Einsatzanforderungen angepasst und erweitert werden kann. ) Verbesserter Arbeitsschutz und Transportoptimierunq When interconnected, this thermal storage device is composed of a larger number and in any combination of modular memory modules. This results in a flexible large-capacity storage system, which can be optimally adapted to customer and application requirements and expanded. ) Improved occupational safety and transport optimization
Gegenüber dem aktuellen Stand der Technik kann die erfindungsgemäße thermische Speichervorrichtung in Form der einzelnen Speichermodule ohne gesundheitliche Gefahr und weitere Hilfsmittel durch 1 Person von der Lieferpalette angehoben und bis zum geplanten Einsatzort getragen werden. Klassische, dem Stand der Technik entsprechende Speicherlösungen erfordern in der Regel 2 oder mehr Personen und zusätzliche, auf der Bau- oder Einsatzstelle zur Verfügung zu stellende Transport- und Hebetechnik. ) Verbesserte Kompatibilität mit statischen und baulichen Bedingungen am Einsatzort  Compared to the current state of the art, the thermal storage device according to the invention in the form of individual memory modules without health risk and other tools can be raised by 1 person from the range and carried to the intended location. Conventional prior art storage solutions typically require two or more people and additional transport and lifting equipment to be provided at the site of construction or use. ) Improved compatibility with static and construction site conditions
In der Regel werden konventionelle Röhrenspeicher als komplette Einheit schon gedämmt, oder als Druckbehälter und Dämmung getrennt geliefert und vor Ort installiert. Diese Variante führt bei klassischen röhrenförmigen Behältern zu konstruktiven Grenzen, die nicht vernachlässigbar sind.  Usually, conventional tube stores are already insulated as a complete unit, or delivered separately as a pressure vessel and insulation and installed on site. This variant leads in conventional tubular containers to constructive limits that are not negligible.
• Der Durchmesser des Behälters mit/ohne Dämmung darf die maximale Öffnungsbreite und Höhe der Türen, Gänge und Treppen am Einsatzort nicht überschreiten.  • The diameter of the container with / without insulation must not exceed the maximum opening width and height of the doors, aisles and stairs at the place of use.
• Die Höhe des Behälters mit/ohne Dämmung darf die maximale Deckenhöhe, inklusive notwendigem„sogg. Kippmaß" zur Aufstellung, nicht überschreiten. • The height of the container with / without insulation may not exceed the maximum ceiling height, including any necessary. Tilting dimension "for installation, do not exceed.
• Die Punkt- oder Flächenlast des Speichers ergibt sich aus dem relativ hohen Speichereigengewicht (Stahl oder Edelstahl) und der sich durch die Abmaße ergebenden Füllmenge des Wärmeträgermaterials. In der Regel wirkt bei einem 500 Liter Wasserspeicher und damit ca. 600 kg Gesamtgewicht der Konstruktion auf 0,60 m2 Fläche eine Flächenlast von 1000 kg/m2. • The point or area load of the store results from the relatively high inherent storage weight (steel or stainless steel) and the capacity of the heat transfer material resulting from the dimensions. As a rule, a surface load of 1000 kg / m 2 works on a 0.60 m 2 surface in the case of a 500 liter water reservoir and thus about 600 kg total weight of the construction.
Damit ist zum Beispiel für solare Speicherung von Wärme bei Einsatz von 2 derartigen Speichern als 1000 Liter Pufferspeicher in Zwischendecken oder in Spitzböden bei normalen Wohngebäuden in der Regel nicht möglich und statisch nicht gestattet.  Thus, for example, for solar storage of heat with the use of 2 such stores than 1000 liters of buffer storage in false ceilings or loft in normal residential buildings usually not possible and static not allowed.
Eine 1000 Liter Speicherlösung auf Basis der hier vorgestellten Erfindung kann durch liegende Anordnung der thermischen Speichervorrichtung bei notwendigen 33 thermischen Speichermodulen ä ca. 30-32 kg Eigengewicht inklusive Wärmeträgermaterialfüllung zum Beispiel auf einer Spitzbodenfläche von 16 m2 mit einer Flächenlast von 62 kg/m2 unter den für Zwischendecken laut DIN 1055-3 (Lastannahmen für Bauten) statisch definierten max. 00 kg/m2 eingesetzt werden. Durch die kompakte Bauart der thermischen Speichervorrichtung mit Maßen von ca. (Höhe) 600 mm x (Breite) 700 mm und 70-100 mm (Tiefe) stellt eine Einbringung z.B. durch kleine Dachluken ebenfalls kaum eine Einschränkung dar. A 1000 liter storage solution based on the invention presented here can be achieved by lying the thermal storage device at necessary 33 thermal storage modules ä about 30-32 kg net weight including heat carrier material filling, for example, on a pointed bottom surface of 16 m 2 with a surface load of 62 kg / m 2 under the statically defined for false ceilings according to DIN 1055-3 (load assumptions for constructions) max. 00 kg / m 2 are used. Due to the compact design of the thermal storage device with dimensions of approximately (height) 600 mm x (width) 700 mm and 70-100 mm (depth), introduction, for example through small skylights, also hardly represents a restriction.
Damit kann durch den Einsatz der Erfindung einer kompakten thermischen Speichervorrichtung eine einfache Erschließung bei für den Einbau und Nutzung von großvolumigen Speichern bei bisher ungeeigneter Räume und Flächen erreicht werden. ) Flexiblere Herstellungsbedingunqen bzgl. Investitionsqrad  Thus, by the use of the invention of a compact thermal storage device, a simple development in for the installation and use of large-volume storage in previously unsuitable spaces and areas can be achieved. ) More flexible manufacturing conditions with regard to investment qrad
Bei der Produktion und Herstellung von klassischen Behälterspeichern sind in der Regel große Werkhallen und ein aufwändiges Transport- und technisches Produktionsequipment im Bereich Metall- und Maschinenbau notwendig. Weiterhin sind Mitarbeiter notwendig, die über die notwendigen Qualifikationen und Berechtigungen (z.B. Trennen, Schweißen, Fräsen, Drehen) verfügen. Außerdem werden die gängigen Puffer-/Wärmespeicher in der Regel auftragsbezogen im Einzel- oder Manufakturbetrieb produziert. In the production and manufacture of classic container storage systems, large production halls and time-consuming transport and technical production equipment in the area of metal and mechanical engineering are usually necessary. Furthermore, employees are required who have the necessary qualifications and authorizations (eg cutting, welding, milling, turning) feature. In addition, the usual buffer / heat storage are usually produced on an order-related basis in single or manual operation.
Im Gegensatz dazu kann sowohl bei der Herstellung als auch beim Transport der erfindungsgemäßen thermischen Speichervorrichtung durch Verwendung einer (Schwer-)Wellpappkarton-Konstruktion für das Modulgehäuse, des einfachen Einstülpens der Auskleidung, des einfachen Einhängens des Modulwärmetauschers, das manuelle, teilautomatische oder automatische Befüllen mit dem entsprechend dem Kundenauftrag geforderten Modulwärmeträgermaterial auf einfache Weise erfolgen. Das nachfolgende dichte Verschließen der Auskleidung und des Modulgehäuses kann auch von Personen mit niedriger Qualifikation und ohne große technische Kenntnisse und Fertigkeiten sowie ohne spezielle Ausrüstung in normalen In contrast, both in the manufacture and in the transport of the thermal storage device according to the invention by using a (heavy) corrugated board construction for the module housing, the simple insertion of the liner, the simple hanging of the module heat exchanger, the manual, semi-automatic or automatic filling with carried out according to the customer order required module heat transfer material in a simple manner. The subsequent tight sealing of the lining and the module housing can also be performed by persons with low qualifications and without great technical knowledge and skills and without special equipment in normal
Werkstatträumen durchgeführt werden.  Workshop rooms are carried out.
Ein weiterer Vorteil ist, dass das erfindungsgemäße thermische Speichermodul praktisch schon bei kleinen Stückzahlen mit geringem maschinellem und personellem Aufwand komplett teilautomatisch bzw. vollautomatisch sowie ohne große zusätzliche Investitionen in großen Stückzahlen hergestellt werden kann. ) Herstellung mit verbesserter CO»-Gesamtbilanz A further advantage is that the thermal storage module according to the invention can be produced in a completely semi-automatic or fully automatic manner and even without large additional investments, even in small quantities with little mechanical and personnel expenditure. ) Production with improved total CO. Balance
In der Regel werden geschweißte Stahl- oder Edelstahlröhren für die Speichergehäuse, und glattes oder gewendeltes Kupfer- bzw. Edelstahlrohr für die innenliegenden Wärmetauscher eingesetzt. Dieses Material ist relativ teuer und unterliegt den börsengehandelten, stark schwankenden Rohstoffpreisen.  Usually, welded steel or stainless steel tubes are used for the storage housings, and smooth or coiled copper or stainless steel tubes for the internal heat exchangers. This material is relatively expensive and subject to exchange-traded, highly fluctuating commodity prices.
Im Gegensatz dazu kann die vorgestellte Erfindung aus recyclingfähiger Wellpappe, der innenliegende Kapillarkunststoffwärmetauscher und der eingesetzte als Auskleidung dienende PE-Beutel ebenfalls u.U. aus industriellen Abfallstoffen aus der Kunststoffindustrie gewonnen und verarbeitet werden. Diese Materialwahl für die erfindungsgemäße thermische Speichervor- richtung spart Rohstoffe und schont die Umwelt. ) Verringerung Transportaufwand In contrast, the proposed invention of recyclable corrugated cardboard, the internal capillary plastic heat exchanger and used as a lining serving PE bag may also be obtained from industrial waste plastics from the plastics industry and processed. This choice of material for the inventive thermal storage Direction saves raw materials and protects the environment. ) Reduction of transport costs
Der Transport von Wärme- oder Pufferspeichern erfolgt in der Regel auf Paletten mit stoß- und kratzfester Umverpackung und eventuell zusätzlich notwendiger Transportverpackung. Die Transportpaletten werden als Einwegpaletten oder Euro-Paletten entweder zu Bauschutt oder extra vergütet über den Logistikpartner zurücktransportiert. Die Speicherumverpackung und die Transportverpackung sind in der Regel ebenfalls als Kunststoffabfall oder Holz-/Papiermüll dem Recycling zuzuführen. Für den Transport zwischen Produktionsort und Lieferort sind in der Regel Lastkraftwagen mit Ladebordwand, Gabelstapler oder ein Kran notwendig.  The transport of heat or buffer storage is usually on pallets with shock and scratch resistant outer packaging and possibly additionally necessary transport packaging. The transport pallets are transported back as one-way pallets or Euro pallets either to building rubble or specially remunerated via the logistics partner. As a rule, the storage packaging and the transport packaging are also to be recycled as plastic waste or wood / paper waste. Trucks with tail lifts, forklifts or cranes are usually required for transport between the place of production and the place of delivery.
Im Gegensatz dazu kann die vorliegende Erfindung in Form von Einzelmodulen mit ca. 30-32 kg Einzelgewicht mit einfacher zusätzlicher Transportverpackung mit Folie oder Pappe von allen gängigen Paketdiensten und von einer Person leicht transportiert werden. Wenn mehrere Speichermodule auf einer Palette transportiert werden müssen, kann mit nur wenig zusätzlichen Verpackungs- und Transportsicherungsmaterial die notwendige Transportsicherheit hergestellt werden. In contrast, the present invention in the form of single modules with about 30-32 kg single weight with easy additional transport packaging with foil or cardboard from all major parcel services and one person can be easily transported. If several storage modules have to be transported on a pallet, the necessary transport safety can be achieved with only a small amount of additional packaging and transport safety material.
Das vorzugsweise aus Schwerwellpappe bestehende Gehäuse der thermischen Speichervorrichtung wirkt schon seibst als zugelassene Um- bzw. Transportverpackung. ) Leistungsspeicherung durch Wärmespeichermaterialflexiblität The preferably made of heavy corrugated cardboard housing of the thermal storage device acts already seibst as approved transfer or transport packaging. ) Performance storage by heat storage material flexibility
Bei fast allen gängigen Wärmespeicherlösungen wird grundsätzlich Wasser als Speichermedium verwendet. Nur in speziell gestalteten und nur für diesen Zweck entwickelten PCM-Latentspeichersystemen werden spezielle Salzhydrate oder PCM-Paraffine als Speichermaterial, in der Regel auch in Verbindung und ergänzend mit Wasser eingesetzt.  In almost all conventional heat storage solutions, water is generally used as the storage medium. Only in specially designed PCM latent storage systems developed for this purpose are special salt hydrates or PCM paraffins used as storage material, generally also in conjunction with and in addition to water.
Die erfindungsgemäße thermische Speichervorrichtung ist so konstruiert, dass neben Wasser auch alle bekannten Wärmespeichermedien wie Gele, aktivierte Tone und Erden, Salzhydrate, Thermoöle oder andere sensibel oder latent speichernd (z.B. PCM-Paraffine) wirkende Wärmeträgermedien eingefüllt und als Modulwärmespeichermaterial genutzt werden können. Die Modulwärmespeichermaterialien können in speziellen, diffusionsdichten Einzelverpackungen mit jeweils 3-4 kg Speichermaterial in flachen Beuteln produziert und verarbeitet werden. Nachfolgend werden diese Pakete, z.B. 7 derartige Pakete, unter Zwischenlage des Modulwärmetauschers in das Modulgehäuse eingebracht. Durch diese Lösung werden die physikalischen und chemischen Anforderungen an die Nutzung von z.B. Salzhydraten zur latenten Wärmespeicherung erfüllt und konstruktiv am Modulwärmetauscher ein gleichbleibend kleiner Abstand zwischen den Wärmetauscherflächen gewährleistet. Weiterhin sind diese Beutel teil- oder vollautomatisch produzierbar und einfach bei der Produktion der thermischen Speichereinrichtung zu behandeln. The thermal storage device according to the invention is constructed so that in addition to water, all known heat storage media such as gels, activated clays and earths, salt hydrates, thermal oils or other sensitive or latently storing (eg PCM paraffins) acting heat transfer media can be filled and used as module heat storage material. The module heat storage materials can be produced and processed in special, diffusion-tight individual packaging with 3-4 kg storage material in flat bags. Subsequently, these packages, for example, 7 such packages, introduced with the interposition of the module heat exchanger in the module housing. This solution fulfills the physical and chemical requirements for the use of, for example, salt hydrates for latent heat storage, and constructively ensures a consistently small distance between the heat exchanger surfaces at the module heat exchanger. Furthermore, these bags are partially or fully automatically produced and easy to handle in the production of the thermal storage device.
Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit, innerhalb eines einzelnen Speichermoduls unterschiedliche Wärmespeichermedien zu kombinieren. So ist es möglich, dass innerhalb eines Speichermoduls bei Befüllung mit 7 Stück 4 kg Beuteln z.B. PCM-Paraffinfüllungen und Salzhydratfüllungen in unterschiedlichen Kombinationen zusammen eingesetzt werden können. Bei Einsatz von mehreren, über eine Sammelverrohrung zusammengeschalteten thermischen Speichermodulen kann entsprechend der Kundenanforderung eine flexible Kombination zwischen verschiedenen Wärmeträgermedien in unterschiedlichen thermischen Speichermodulen vorgenommen werden. Dadurch kann zum Beispiel eine Verbreiterung des einsetzbaren latenten Speicherbereiches oder die gezielte Verstärkung bestimmter Speicherbereiche in unterschiedlichen Temperaturbereichen erreicht werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass durch diese konstruktive Lösung auch die Kombination zwischen sensiblen und latenten Wärmespeichermedien möglich ist was unter Umständen zu bisher nicht erreichten großen Wärmespeicherkapazitäten in einem breiteren Temperaturbereichen führen kann. ) Verringerung der Schichtenspeichernachteile Another advantage is the ability to combine different heat storage media within a single memory module. So it is possible that within a storage module when filled with 7 pieces 4 kg bags, e.g. PCM paraffin fillings and salt hydrate fillings in different combinations can be used together. When using multiple, interconnected via a common piping thermal storage modules can be made in different thermal storage modules according to the customer requirement, a flexible combination between different heat transfer media. As a result, for example, a widening of the usable latent memory area or the targeted amplification of specific memory areas in different temperature ranges can be achieved. Another advantage is that this constructive solution, the combination between sensitive and latent heat storage media is possible which may possibly lead to previously unachieved large heat storage capacities in a wider temperature ranges. ) Reduction of the layer storage disadvantages
Bei üblichen Wärmespeichern oder Pufferspeichern wird die zugeführte oder abgeführte Wärmeenergie im innen befindlichen Wasservolumen in der Regel in mehreren Schichten gespeichert. Das bedeutet, dass in der Regel auf Grund der thermisch verändernden Dichte von Wasser sich der kälteste Bereich unten und der wärmste Bereich oben im Speicher abbildet. Durch verschiedene, bisweilen technisch und konstruktiv sehr aufwendige interne Rohr- und Prallplattenkonstruktionen wir bei diesen Speichern versucht die daraus resultierenden Nachteile zu kompensieren bzw. zu minimieren. Die bekannten Nachteile sind die Zerstörung der Schichtung bei der Entnahme im warmen oberen Bereich und unten erfolgenden Nachfließen von kaltem Wasser. In conventional heat accumulators or buffers the supplied or dissipated heat energy in the internal volume of water usually stored in several layers. This means that usually the coldest area at the bottom and the warmest area at the top of the storage tank are due to the thermally changing density of water. Through various, sometimes technically and structurally very expensive internal pipe and flapper constructions, we try to compensate or minimize the resulting disadvantages in these stores. The known disadvantages are the destruction of the stratification in the removal in the warm upper region and subsequent refilling of cold water.
Ein weiterer Nachteil ist die im Falle der Nichtentnahme von Wärme die in der innen befindlichen Wassersäule entstehende sogenannte Mikrozirkulation durch langsames Vermischen des Speichervolumens zwischen kaltem und warmem Bereich. A further disadvantage is the so-called microcirculation arising in the interior of the water column in the case of the removal of heat by slowly mixing the storage volume between cold and warm area.
Diese Nachteile oder Probleme sind bei der vorgestellten Erfindung nicht gegeben, da die Beladung und Entladung des Modulwärmespeichermaterials durch einen Kapillarwärmetauscher im Speichermodul gleichmäßig und gleichzeitig und in dem gesamten Volumen der thermischen Speichervorrichtung erfolgt. These disadvantages or problems are not given in the presented invention, since the loading and unloading of the module heat storage material by a capillary heat exchanger in the storage module is uniform and simultaneously and in the entire volume of the thermal storage device.
Weitere Ausgestaltungen und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Ausführungsbeispiele in den Zeichnungen erläutert. Es zeigen: Further embodiments and details of the invention will be explained with reference to the embodiments in the drawings. Show it:
Figur 1 ein erfindungsgemäßes Speichermodul in perspektivischer schematisierter Darstellung; 1 shows a memory module according to the invention in perspective schematic representation;
Figur 2 das erfindungsgemäße Speichermodul in teilmontierter 2 shows the memory module according to the invention in teilmontierter
Ausgestaltung;  design;
Figur 3 in einer Seitenansicht den Modulwärmetauscher in einer Figure 3 in a side view of the module heat exchanger in a
Ausgangslage; Figur 4 die Aufsicht auf den Modulwärmetauscher in Einbaulage; Starting position; Figure 4 shows the top view of the module heat exchanger in installation position;
Figur 5 in perspektivischer Darstellung den Modulwärmetauscher in FIG. 5 is a perspective view of the module heat exchanger in FIG
Einbaulage;  Mounting position;
Figur 6 die erfindungsgemäße Speichervorrichtung nach Figur 1 in vergrößerter Darstellung; FIG. 6 shows the memory device according to the invention according to FIG. 1 in an enlarged view;
Figur 7 das in einen Beutel oder eine Platte eingebettete Modulwärmeträgermaterial. Figure 7 embedded in a bag or a plate module heat transfer material.
Aus den Figuren 1 und 6 ist ein Speichermodul zum Erstellen einer thermischen Speichervorrichtung ersichtlich, wie sie für eine kurz- oder langfristige Speicherung von thermischer Energie, z.B. Sonnenenergie, Verwendung findet. With reference to Figures 1 and 6, a memory module for constructing a thermal storage device as used for short or long term storage of thermal energy, e.g. Solar energy, use finds.
Eine in den Zeichnungen nicht dargestellte gesamte thermische Speichervorrichtung besteht dabei aus einer Vielzahl von Speichermodulen gemäß Figuren 1, 6, die in nachfolgend noch näher dargestellter Weise ausgebildet und zur thermischen Speichervorrichtung zusammengeschaltet werden. An entire thermal storage device, not shown in the drawings, consists of a multiplicity of storage modules according to FIGS. 1, 6, which are formed in a manner which will be described in more detail below and interconnected to the thermal storage device.
Das Speichermodul gemäß Figuren 1 , 6 umfasst ein Modulgehäuse 1 , in dessen Innenraum ein Modulwärmetauscher 2 sowie ein Modulwärmeträgermaterial 3 angeordnet ist. Über Zu- und Ablauföffnungen 8, 10 ist der innerhalb des Modulgehäuses 1 angeordnete Modulwärmetauscher 2 von einem den Energietransport zwischen der Speichervorrichtung und einem Verbraucher, z.B. einer Heizung und einer Energiequelle, z.B. einem Solarmodul dienenden Fluid in an sich bekannter Weise durchströmbar. Je nach herrschenden Temperaturverhältnissen speichert das innerhalb des Modulgehäuses 1 angeordnete Modulwärmeträgermaterial 3 die vom Fluid zugeführte Energie, indem diese über den Modulwärmetauscher vom Fluid in das Modulwärmeträgermaterial übertritt oder aber die zuvor im Modulwärmeträgermaterial gespeicherte Energie wird durch einen Wärmeübertritt in entgegengesetzter Richtung vom Modulwärmetauscher 2 auf das Fluid abgegeben. Als Modulwärmeträgermaterial 3 kommen beispielsweise PCM-Materialien infrage. Wesentliches Merkmal des aus der Figur 1 ersichtlichen Speichermoduls ist es, dass dessen Modulgehäuse 1 eine quaderförmige, stapelbare und von Hand transportable Größe mit einer maximalen Kantenlänge von z.B. 1 ,5 m aufweist. Auch das Gewicht des dargestellten Speichermoduls ist so gewählt, dass dieses von Hand transportabel ist, beispielsweise indem es nach Befüllung mit dem Modulwärmeträgermaterial ein Gesamtgewicht von 35 kg nicht überschreitet. Das solchermaßen ausgeführte Speichermodul kann von daher einzeln von einer einzigen Person ohne Zuhilfenahme von Transportmitteln per Hand von einer Anlieferungsstelle an den Einbauort getragen werden und benötigt am Einbauort aufgrund seiner quaderförmigen und leicht stapelbaren Abmessungen nur geringe Stellfläche, so dass ein Einbau auch an schleicht zugänglichen und/oder räumlich beengten Einbaupositionen innerhalb eines Gebäudes, z.B. in Spitzböden, Zwischendecken, Wänden, Nischen und dergleichen infrage kommt, die zur Aufnahme konventioneller thermischer Speichervorrichtungen ungeeignet sind. The memory module according to FIGS. 1, 6 comprises a module housing 1, in the interior of which a module heat exchanger 2 and a module heat carrier material 3 are arranged. Via inlet and outlet openings 8, 10, the module heat exchanger 2 arranged within the module housing 1 can be flowed through in a manner known per se by a fluid serving for transporting energy between the storage device and a consumer, eg a heater and an energy source, eg a solar module. Depending on the prevailing temperature conditions stored within the module housing 1 module heat transfer material 3 stores the energy supplied by the fluid by the module heat exchanger from the fluid into the module heat transfer material or the previously stored in the module heat transfer material energy is transferred by a heat transfer in the opposite direction from the module heat exchanger 2 on the Delivered fluid. As module heat carrier material 3, for example, PCM materials come into question. An essential feature of the apparent from Figure 1 memory module is that the module housing 1 has a cuboid, stackable and hand-portable size with a maximum edge length of eg 1, 5 m. Also, the weight of the memory module shown is chosen so that it is portable by hand, for example by not exceeding a total weight of 35 kg after filling with the module heat transfer material. The thus executed memory module can therefore be worn by a single person without the aid of means of transport by hand from a delivery point to the installation and needed at the installation due to its cuboid and easily stackable dimensions only small footprint, so that installation even on creeps and accessible / or space constrained mounting positions within a building, eg in loft, false ceilings, walls, niches and the like is in question, which are unsuitable for receiving conventional thermal storage devices.
Nachdem die für die gewünschte Speicherkapazität berechnete Anzahl an derartigen Speichermodulen gemäß Figur 1 an den Einbauort verbracht worden sind, werden die einzelnen Modulwärmetauscher mit ihren jeweiligen Zulauföffnungen 8 und Ablauföffnungen 9 verbunden und somit zu der gewünschten thermischen Speichervorrichtung vorgegebener Größe zusammengeschaltet. Hierbei kommt insbesondere eine Zusammenschaltung nach dem sogenannten Tichelmannprinzip in Betracht, bei der die Summe der Längen der Vorlaufleitungen gleich der Summe der Längen der Rücklaufleitungen ist. After the number of such memory modules according to FIG. 1 calculated for the desired storage capacity has been transferred to the installation site, the individual module heat exchangers are connected to their respective inlet openings 8 and outlet openings 9 and thus interconnected to the desired thermal storage device of predetermined size. In particular, an interconnection according to the so-called Tichelmann principle comes into consideration, in which the sum of the lengths of the supply lines is equal to the sum of the lengths of the return lines.
Für die Ausbildung der wesentlichen Bauteile des Speichermoduls, d.h. des Modulgehäuses, des Modulwärmetauschers und des Modulwärmeträgermaterials kommen verschiedene Varianten in Betracht. For the formation of the essential components of the memory module, i. the module housing, the module heat exchanger and the module heat transfer material are different variants into consideration.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, das Modulgehäuse 1 aus einem an sich bekannten Kartonmaterial, beispielsweise aus Wellpappe bzw. Schwerwellpappe auszubilden, wie aus der Figur 2 ersichtlich. Das Modulgehäuse 1 weist damit von außen betrachtet tatsächlich die Erscheinungsform eines flachen Kartonpaketes auf. Im Innern des Modulgehäuses 1 wird sodann der Modulwärmetauscher 2 angeordnet, der von einem Plattenwärmetauscher oder aber von einem aus den Figuren 3 bis 5 ersichtlichen, eine Vielzahl von Kapillarrohren 6 aufweisenden Wärmetauscher gebildet ist. According to an advantageous embodiment of the invention, it is proposed to form the module housing 1 from a cardboard material known per se, for example from corrugated cardboard or heavy corrugated cardboard, as can be seen from FIG. Viewed from the outside, the module housing 1 actually has the appearance of a flat cardboard packet. In the interior of the module housing 1, the module heat exchanger 2 is then arranged, which is formed by a plate heat exchanger or by one of the figures 3 to 5 apparent, a plurality of capillary tubes 6 having heat exchanger.
Der aus der Figur 3 ersichtliche, eine Vielzahl von Kapillarrohren 6 aufweisende Modulwärmetauscher 2 umfasst in seiner hier dargestellten, nicht eingebauten, d.h. unmanipulierten, entspannten Ausrichtung die gemeinsame Zulauföffnung 8, welche über ein Verteilerrohr 80 in die einzelnen Kapillarrohre 6 verzweigt wird. Am gegenüberliegenden Ende münden die einzelnen Kapillarrohre 6 erneut in ein Sammelrohr 90 ein, aus welchem die Ablauföffnung 9 herausführt, so dass nach Anschluss der Fluidleitungen die Durchströmung des Modulwärmetauschers 2 mit dem Fluid gewährleistet ist. The module heat exchanger 2 shown in FIG. 3, which has a large number of capillary tubes 6, comprises, as illustrated here, not installed, i. unmanipulated, relaxed orientation of the common inlet opening 8, which is branched via a manifold 80 into the individual capillary tubes 6. At the opposite end, the individual capillary tubes 6 again open into a collecting tube 90, from which the discharge opening 9 leads out, so that after connection of the fluid lines the flow through the module heat exchanger 2 with the fluid is guaranteed.
Die Kapillarrohre 6 und auch die Verteiler- bzw. Sammelrohre 80, 90 sind bevorzugt aus einem geeigneten thermoplastischen Kunststoff, wie Polyethylen hergestellt, wobei die einzelnen Kapillarrohre einen Abstand von 5 bis 40 mm voneinander aufweisen. The capillary tubes 6 and also the manifolds 80, 90 are preferably made of a suitable thermoplastic material, such as polyethylene, wherein the individual capillary tubes have a distance of 5 to 40 mm from each other.
Aufgrund der den Kapillarrohren 6 in einer solchen Rohstoffauswahl aus thermoplastischem Kunststoff innewohnenden elastischen Verformbarkeit ist es möglich, wie in den Figuren 4 und 5 gezeigt, die Kapillarrohre 6 mehrfach regis- terförmig zu falten, so dass trotz der nur beengten Größe des Innenraums des Modulgehäuses 1 eine große Wärmetauscherfläche 7 erhalten wird und die Verteiler- bzw. Sammelrohre 80, 90 oberseitig zum Liegen kommen, so dass sie, wie aus der Figur 1 ersichtlich, an einer Seite des Modulgehäuses 1 , hier der Oberseite, zugänglich sind. Due to the elastic deformability inherent in the capillary tubes 6 in such a selection of raw materials made of thermoplastic material, it is possible, as shown in FIGS. 4 and 5, to fold the capillary tubes 6 in a multiple register shape, so that despite the cramped size of the interior of the module housing 1 a large heat exchanger surface 7 is obtained and the distribution or collection tubes 80, 90 come to rest on the upper side, so that they, as shown in Figure 1, on one side of the module housing 1, here the top, are accessible.
Da bei Einsatz eines Kartonmaterials als Modulgehäuse 1 das innerhalb des Modulgehäuses 1 ferner anzuordnende Modulwärmeträgermaterial 3 nicht flüssigkeitsdicht vom Kartonmaterial des Modulgehäuses 1 lose aufgenommen wird, ist vorgesehen, das Modulwärmeträgermaterial 3 in einer in das Modulgehäuse 1 eingebrachten flüssigkeitsdichten Auskleidung, beispielsweise dem aus der Figur 2 ersichtlichen Polyethylen-Kunststoffbeutel 5 lose anzuordnen. Es sei an dieser Stelle bemerkt, dass zur besseren Übersichtlichkeit der Darstellung in Figur 2 der ebenfalls im Innern des Moduigehäuses 1 angeordnete registerför- mig gefaltete Modulwärmetauscher 2 gemäß Figur 5 nicht dargestellt ist. Since, when a cardboard material is used as the module housing 1, the module heat transfer material 3 to be further arranged within the module housing 1 is not loosely received in a liquid-tight manner by the cardboard material of the module housing 1, the module heat transfer material 3 is provided in a liquid-tight lining introduced into the module housing 1, for example from FIG to be arranged loosely polyethylene plastic bag 5. It was It should be noted at this point that, for better clarity of illustration in FIG. 2, the register-folded module heat exchanger 2, which is likewise arranged in the interior of the module housing 1, is not shown in accordance with FIG.
Innerhalb des als Auskleidung dienenden Kunststoffbeutels 5 ist das Wärmeträgermaterial flüssigkeitsdicht aufgenommen und liegt mit größtmöglichem Kontakt an der Wärmetauscheroberfläche 7 an. Within the plastic bag 5 serving as a lining, the heat transfer material is received in a liquid-tight manner and is in contact with the heat exchanger surface 7 with the greatest possible contact.
Es kann vorgesehen sein, wie in Figur 2 dargestellt, den als Auskleidung dienenden Beutel 5 erst unmittelbar vor Inbetriebnahme der thermischen Speichervorrichtung mit dem Wärmeträgermaterial zu befüllen, wozu der Beutel 5 mit einer dicht verschließbaren Öffnung 10 versehen ist, durch welche das Wärmeträgermaterial eingebracht und ggf. zu einem späteren Zeitpunkt auch wartungsbedingt durch diese Öffnung 10 ausgetauscht werden kann. It can be provided, as shown in Figure 2, serving as lining bag 5 to fill only immediately before commissioning of the thermal storage device with the heat transfer material, including the bag 5 is provided with a tightly sealable opening 10 through which introduced the heat transfer material and, if necessary ., Can also be replaced at a later date due to maintenance through this opening 10.
Es ist auch möglich, anstelle nur in einer einzigen Auskleidung 5 das Wärmeträgermaterial 3 in eine Vielzahl von kleineren Paketen 30 aufzuteilen, die gemeinsam und unter Zwischenlage des Modulwärmetauschers 2 im Innenraum des Modulgehäuses angeordnet werden. Diese aus der Figur 6 ersichtliche Anordnung wird so gewählt, dass jeweils ein Paket 30 des Modulwärmeträgermaterials 3 und eine registerförmig gefaltete Lage des Modulwärmetauschers 2 abwechselnd im Innern des Modulgehäuses 1 geschichtet angeordnet werden. It is also possible, instead of dividing the heat transfer material 3 into a plurality of smaller packages 30 instead of only in a single lining 5, which are arranged together and with the interposition of the module heat exchanger 2 in the interior of the module housing. This apparent from the figure 6 arrangement is chosen so that in each case a packet 30 of the module heat carrier material 3 and a register-folded position of the module heat exchanger 2 are arranged alternately laminated in the interior of the module housing 1.
Das Modulwärmeträgermaterial 3 wird zur Ausbildung eines Pakets 30 innerhalb einer Hülle 3a angeordnet, die z.B. von einem flachen Kunststoff- Folienbeutel oder einer flachen Metall- oder Kunststoffkassette gebildet sein kann, siehe Figur 7. The module heat carrier material 3 is placed within a casing 3a, e.g. may be formed by a flat plastic foil bag or a flat metal or plastic cartridge, see Figure 7.
Nachfolgend werden die Kartondeckel 4 des Modulgehäuses 1 in an sich bekannter Weise verschlossen und das solchermaßen gebildete Speichermodul ist transport- und einsatzfähig. Subsequently, the cardboard cover 4 of the module housing 1 are closed in a conventional manner and the thus formed memory module is transportable and operational.
Es versteht sich, dass nach Anordnung und Zusammenschaltung einer Vielzahl derartiger Speichermodule bei Bedarf auch noch eine wärmedämmende Um- hüllung in Form einer gegen thermische Verluste und Verlust von Energie dämmenden Außenhülle um sämtliche Speichermodule vorgesehen werden kann. Das vorangehend erläuterte thermische Speichermodul kann einzeln oder in beliebiger Anzahl und in Kombinationen seriell, parallel oder gemischt zu größere Wärme- oder Kältespeichern konfiguriert, verschaltet und somit flexibel an Kunden und Einsatzanforderungen angepasst werden. Durch die äußerst kompakte Gestaltung der Speichermodule, bestehend aus einem kleinvolumigen, dicht geschlossenen, kistenförmigen Gehäuse, innenliegendem, hoch effizientem Wärmetauscher 2 und druckloser Befüllung mit Modulwärmeträgermaterialien, besonders PCM-Materialien, Wasser, Salzhydraten, Thermoölen oder Gelen oder anderen sensibel oder latent wärmespeichernden Stoffen oder Zusammensetzungen kann das Modulgehäuse unmittelbar für thermische Speicherzwecke genutzt werden. It is understood that after arrangement and interconnection of a plurality of such memory modules, if necessary, even a heat-insulating Um- hüllung in the form of a against thermal losses and loss of energy insulating outer shell can be provided to all memory modules. The above-explained thermal storage module can be configured individually, or in any number and in combinations serially, in parallel or mixed to larger heat or cold storage, interconnected and thus flexibly adapted to customers and application requirements. Due to the extremely compact design of the memory modules, consisting of a small-volume, tightly closed, box-shaped housing, internal, highly efficient heat exchanger 2 and pressureless filling with Modulwärmeträgermaterialien, especially PCM materials, water, salt hydrates, thermal oils or gels or other sensitive or latent heat-storing materials or compositions, the module housing can be used directly for thermal storage purposes.

Claims

Patentansprüche: claims:
1. Thermische Speichervorrichtung, umfassend ein in einem Gehäuse aufgenommenes Wärmeträgermaterial und einen in dem Wärmeträgermaterial angeordneten und mit einem Fluid durchströmbaren Wärmetauscher, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichervorrichtung in eine Vielzahl von separaten und getrennt transportablen Speichermodulen unterteilt ist, die jeweils ein Modulgehäuse (1), in dem Modulgehäuse (1) aufgenommenes Modulwärmeträgermaterial (3) und in dem Modulwärmeträgermaterial (3) angeordnete Modulwärmetauscher (2) aufweisen und die einzelnen Modulwärmetauscher (2) der Speichermodule derart zusammengeschaltet sind, dass sie gemeinsam von dem Fluid durchströmbar sind. 1. A thermal storage device, comprising a heat transfer material accommodated in a housing and a heat exchanger which can be flowed through in the heat transfer medium, characterized in that the storage device is subdivided into a plurality of separate and separately transportable storage modules each having a module housing (1). , in the module housing (1) accommodated module heat transfer material (3) and in the module heat transfer material (3) arranged module heat exchanger (2) and the individual module heat exchangers (2) of the memory modules are interconnected so that they are jointly flowed through by the fluid.
2. Thermische Speichervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulgehäuse (1) quaderförmig und stapelfähig ausgebildet sind. 2. Thermal storage device according to claim 1, characterized in that the module housing (1) are formed cuboid and stackable.
3. Thermische Speichervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulgehäuse (1) ein Gehäusevolumen von maximal 30-35 I aufweisen. 3. Thermal storage device according to claim 1 or 2, characterized in that the module housing (1) have a housing volume of a maximum of 30-35 I.
4. Thermische Speichervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulgehäuse (1) aus Wellpappe mit einer innerhalb des Modulgehäuses (1) angeordneten flüssigkeitsdichten Auskleidung (5, 3a) zur Aufnahme des Modulwärmeträgermaterials (3) ausgebildet sind. 4. Thermal storage device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the module housing (1) made of corrugated cardboard with a within the module housing (1) arranged liquid-tight lining (5, 3a) for receiving the module heat transfer material (3) are formed.
5. Thermische Speichervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die flüssigkeitsdichte Auskleidung (5, 3a) von mindestens einem in das Modulgehäuse eingebrachten Kunststoff-Folienbeutel gebildet ist, die mit dem Modulwärmeträgermaterial (3) befüllbar ist. 5. Thermal storage device according to claim 4, characterized in that the liquid-tight lining (5, 3a) is formed by at least one introduced into the module housing plastic film bag, which is filled with the module heat transfer material (3).
6. Thermische Speichervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulgehäuse (1) aus einem formstabilen Material, wie Kunststoff oder Stahlblech gebildet sind. 6. Thermal storage device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the module housing (1) are formed from a dimensionally stable material, such as plastic or sheet steel.
7. Thermische Speichervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Modulwärmetauscher (2) von registerför- mig gefalteten Kapillarrohren (6) aus einem Kunststoff gebildet ist. 7. Thermal storage device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the module heat exchanger (2) of register-folded capillary tubes (6) is formed from a plastic.
8. Thermische Speichervorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapillarrohre (6) einen Abstand von 5 bis 40 mm voneinander aufweisen. 8. Thermal storage device according to claim 7, characterized in that the capillary tubes (6) have a distance of 5 to 40 mm from each other.
9. Thermische Speichervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Modulwärmetauscher (2) einen Plattenwärmetauscher enthält. 9. Thermal storage device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the module heat exchanger (2) includes a plate heat exchanger.
10. Thermische Speichervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet dadurch, dass das Modulwärmeträgermaterial (3) von festen, gelartigen oder flüssigen Speichermedien gebildet ist. 10. Thermal storage device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the module heat carrier material (3) is formed by solid, gelatinous or liquid storage media.
11. Thermische Speichervorrichtung nach Ansprüche 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Modulwärmeträgermaterial (3) ein PCM-Material verwendet ist. 11. Thermal storage device according to claims 10, characterized in that a PCM material is used as module heat carrier material (3).
12. Thermische Speichervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass sie drucklos, d.h. nur durch den statischen Druck der verwendeten Modulwärmeträgermaterialien (3) auf die Modulgehäuse (1) betreibbar ist. 12. A thermal storage device according to any one of claims 1 to 11, characterized in that it is pressureless, i. only by the static pressure of the module heat transfer materials used (3) on the module housing (1) is operable.
13. Thermische Speichervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur gleichzeitigen Be- und Entladung ein weiterer Modulwärmetauscher (2) innerhalb des Modulgehäuses (1) vorgesehen ist. 13. Thermal storage device according to one of claims 1 to 3, characterized in that for simultaneous loading and unloading a further module heat exchanger (2) within the module housing (1) is provided.
14. Thermische Speichervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Modulgehäuse (1) bzw. die ggf. vorgesehene flüssigkeitsdichte Auskleidung (5, 3a) eine dicht verschließbare Öffnung zum Einfüllen oder Entleeren des Modulwärmeträgermaterials (3) aufweist. 14. Thermal storage device according to one of claims 1 to 13, characterized in that the module housing (1) or the optionally provided liquid-tight lining (5, 3a) has a tightly closable opening for filling or emptying of the module heat carrier material (3).
15. Thermische Speichervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichermodule zusammen in einer gegen thermische Verluste und Verlust von Energie dämmenden Außenhülle angeordnet sind. 15. Thermal storage device according to one of claims 1 to 14, characterized in that the memory modules are arranged together in a against thermal loss and loss of energy insulating outer shell.
16. Thermische Speichervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass als Modulwärmeträgermaterial (3) gleiches oder unterschiedliches Wärmeträgermaterial einsetzbar ist, welches einzeln in flachen Beuteln oder flachen Platten (3a) verpackt und in dem Modulgehäuse geschichtet ist. 16. Thermal storage device according to one of claims 1 to 15, characterized in that as a module heat transfer material (3) the same or different heat transfer material is used, which is individually packed in flat bags or flat plates (3a) and layered in the module housing.
17. Thermische Speichervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulwärmetauscher der Speichermodule nach dem Tichelmannprinzip zusammengeschaltet sind. 17. Thermal storage device according to one of claims 1 to 16, characterized in that the module heat exchanger of the memory modules are interconnected by the Tichelmann principle.
18. Thermische Speichervorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Modulwärmeträgermaterial (3) in flachen Beuteln oder Platten (3a) zu Paketen (30) verpackt ist und die Pakete (30) zwischen den registerförmig gefalteten Kapillarrohren (6) des Modulwärmetauschers (3) geschichtet angeordnet sind. 18. Thermal storage device according to one of claims 7 to 17, characterized in that the module heat carrier material (3) in flat bags or plates (3a) is packed into packages (30) and the packages (30) between the register-folded capillary tubes (6). the module heat exchanger (3) are arranged layered.
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