EP2532940A2 - Druckbelastbarer Segmentspeicher - Google Patents

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EP2532940A2
EP2532940A2 EP12004328A EP12004328A EP2532940A2 EP 2532940 A2 EP2532940 A2 EP 2532940A2 EP 12004328 A EP12004328 A EP 12004328A EP 12004328 A EP12004328 A EP 12004328A EP 2532940 A2 EP2532940 A2 EP 2532940A2
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
pressure
segments
resistant
wall
memory
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Withdrawn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
EP12004328A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2532940A3 (de
Inventor
Bernd Sitzmann
Ulrich Dr.-Ing. Leibfried
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.)
CONSOLAR Solare Energiesysteme GmbH
Original Assignee
CONSOLAR Solare Energiesysteme GmbH
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Publication date
Application filed by CONSOLAR Solare Energiesysteme GmbH filed Critical CONSOLAR Solare Energiesysteme GmbH
Publication of EP2532940A2 publication Critical patent/EP2532940A2/de
Publication of EP2532940A3 publication Critical patent/EP2532940A3/de
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Definitions

  • the invention relates to internal pressure container for storing gaseous or liquid media and / or for storing heat or "cold" in appropriate media (sensible heat, latent heat, heat of reaction).
  • the invention can be advantageously used for heat storage with liquid storage medium and in particular for the provision of hot water and heating energy.
  • the store is used in particular in combination with large solar systems and heat pumps or combined heat and power plants for heat supply of buildings application.
  • a disadvantage of conventional round steel containers is the poor use of space, especially if several containers are to be set up side by side, and the increased cost of materials and higher heat losses compared to a single memory with the same total volume.
  • Finite element calculations show that such constructions are associated with a high use of material and therefore, and because of the increased manufacturing effort, no economy compared to cylindrical storage tanks is achieved.
  • the special feature of the invention is that the segments can have different shapes in order to be adapted to the space conditions of a truck. Since it is preferably a plastic container, the stiffening of the walls can be achieved by a grid structure between the walls.
  • the main claim of this invention contradicts the objective of the low cost of the invention described herein, which is achieved by identically formed segments.
  • the end elements are to be realized at the end surfaces pressure stable only with high material usage, especially in terms of sizes and pressures, as they are the subject of this invention.
  • the closing surfaces in the DE 10 2007 003 077 B4 completely flat, which would only be possible with large wall thicknesses and / or welded stiffeners.
  • a modular pressureless fuel tank In the FR 2 671 542 also described is a modular pressureless fuel tank.
  • the individual segments are screwed together by large integrated thread.
  • the segments each have individual ports to allow the expansion of liquid or the air above it and on the other side to drain the liquid (s. Fig. 3 ).
  • the containers are made of plastic, which allows easy integration of the threads in the manufacturing process. This concept is not suitable for the task of the invention described herein (pressure-stable and volume of typical heat storage for hot water and heating), since threads that would have to absorb the pressure acting in the container axis direction pressure in this size would be difficult to produce. The strength of inexpensive plastic would be too low. Also, the assembly of the segments would be very expensive in this size.
  • the object of this invention is a pressure-resistant, buildable from one or more segments memory in which the individual segments allow a good access to the installation space and in comparison to door conventional conventional individual storage by low material usage, low weight and low cost. Furthermore, should be achieved by flat and uninsulated surfaces between the segments good space utilization.
  • the memory 1 is pressure-resistant according to the approved filling pressure. In heating systems usual pressures are 2.5 to 3 bar. It consists according to claim 1 of one or more detachably connectable to each other memory segments 2.
  • the cross section of the segments 2 is basically arbitrary, with one or two-dimensional curved lateral surfaces have a higher pressure stability. In the production and space utilization and pressure stability are favorable one-dimensionally curved coat, ie oval or z.
  • B. constructed from circle segments, approximately rectangular cross-sections. The segments are bounded by a pressure-receiving jacket 3 and two opposite, preferably flat end faces 4. The segments are placed against each other at the end faces.
  • the wall 11 is made of steel, then it may, for example, have a thickness of approximately 1 to 1.5 mm, of plastic approximately 1.5 to 2.5 mm. As a result, the construction error is more vulnerable in the installation practice compared to the concepts described above with open with flanges o. ⁇ . Sealed end faces.
  • the wall 1 may be made of metal and welded to the shell 3, if this is also made of metal.
  • a plastic wall is possible with the jacket 3 z. B. by clamping, gluing or welding (if plastic) is tightly connected. It is also possible, for example, a wall of an elastomer such as EPDM which is attached in the manner of the membrane of a membrane expansion vessel.
  • each segment within the pressure-receiving shell 3 is a thin-walled, not pressure-resistant, on the jacket 3 fitting tight container 12 with flat end faces 1 3.
  • the container 12 is preferably made of plastic, because so can be realized very cost-tight segments without any effort for welding, gluing or the like.
  • a corrosion protection for the shell 3 is achieved by the plastic, if this is made of steel, whereby this smaller wall thicknesses (without safety factor for corrosion) are possible.
  • Possible manufacturing techniques for this are, for. B. rotational molding (small quantities), blowing (medium to large quantities) and injection molding (large quantities).
  • One possible suitable material is polypropylene.
  • a thin-walled plastic container which is reinforced on the lateral surface by applying fibers and pressure-stabilized and thus represents the pressure-stable jacket 3 of the memory.
  • This segment construction allows the individual modules to be mounted close together in a row (horizontally or vertically), resulting in good space utilization. Furthermore, compared to individual pressure-stable modules much material is saved at the end faces of the segments.
  • the height and depth of the segments can be chosen so that they can easily be introduced through doors to the site and connected there to several cubic meters. Typical door dimensions in the housing construction are 80 cm x 200 cm.
  • the pressure-receiving jacket 3 of a segment is advantageously constructed as a sandwich, which is composed of an inner wall 5 and an outer wall 6 and a material 7 therebetween, wherein the strength of the walls 5, 6 is higher than that of the material 7 therebetween , Particularly high bending stiffnesses are achieved with the walls positively connected material.
  • Usual sandwich materials 7 are z. B. honeycomb or web structures or foams, for. B. of metal or polymers.
  • the material 7 can simultaneously serve as storage insulation.
  • a typical structure for such a sandwich construction is an inner and outer wall 5, 6, made of steel, foamed with rigid polyurethane foam. But instead of steel, plastics, in particular fiber-reinforced ones, can also be used with appropriate shaping and dimensioning.
  • a plastic container may be reinforced on the shell wall by fibers, and on this shell is directly a sandwich, i. h., Material 7 and outer wall 6 constructed.
  • the outer wall 6 of the sandwich can also be realized from fiber-reinforced plastic or metal.
  • a further significant improvement in the insulating effect can be achieved by using a material 7 suitable for vacuum insulation and evacuating the space between the inner and outer walls 5, 6.
  • the sheath 3 of the storage segment can be further stabilized for reinforcement by completely or only at critical areas circumferential ribs 14. Such ribs can also be combined with the described sandwich construction.
  • Circumferential ribs only have to be pushed onto the casing 3 without the need for a welded joint.
  • the two outer end faces of a memory 1 constructed of juxtaposed segments 2 are each closed by a design that accommodates the permissible container pressure. It may be formed either as a half-shell in the manner of a dished bottom 8 or as a flat pressure-stable end plate 9.
  • the end plates may each be secured to the shell of the outermost segment, also the segments are each connected to each other.
  • the opposite end plates can also be connected directly to each other by tensile load on rods, wires, profiles or tubes, so that the end plates and the segments can be braced against each other as with clamping anchors.
  • the opposite end plates are connected by train-loadable rods, wires, profiles or tubes that extend through the interior of the memory segments. This relieves pressure on the end plates in the middle. In this case, with appropriate dimensioning of the end plate and the connecting elements, the fixation of the end plates on the end segments and the connection of the segments with each other can be omitted.
  • the connecting tubes 10 have openings 15 within the memory composed of segments, through which the supply and removal of storage medium takes place. This ensures, on the one hand, that a single segment can never be mistakenly pressurized, while the neighboring segments are not under pressure. Furthermore, no additional installation effort and no additional heat losses caused by the piping of the segments.
  • a seal consists of a tubular shaft which surrounds and seals the tube and a collar which seals between the flat walls against the collar of the next seal.
  • the pressure-resistant segment memory can, as described above, be filled with different media.
  • a heat storage is in addition to liquid storage media such as water in particular latent storage material and thermochemical storage material, eg. B. Sorption interesting.
  • the simplest interconnection of the individual segments is a parallel connection. Alternatively, however, a series connection is possible.
  • a correspondingly advantageous use of the individual segments for different temperature ranges can analogously to those in the utility model DE 20 2010 001 010.1 done manner described.
  • insulating layers can be applied to the walls 11, 13 at the end faces of the segments.
  • the piping can also be done here with the inner connecting pipes 1 0, when the holes are each mounted in the tubes 10 only in one segment, and the interconnection of the pipes takes place outside the store.
  • the memory segments 2 can be constructed side by side according to the figures, which are well utilized with appropriate dimensioning usual basements. Alternatively, they can also be built on top of each other, z. B. if a high space is available.
  • the pressure-resistant storage consists of one or more detachably interconnected storage segments 2, wherein each segment is limited by a configured for receiving the permissible filling pressure shell 3 and two opposite, not pressure-stable or open end faces 4, wherein the segments 2 set to the end faces 4 together are, wherein the two outer end faces of a built-up of one or more juxtaposed segments memory are completed by a filling pressure receiving structures.
  • FIG. 3 is the shell of a segment constructed as a sandwich, which is composed of an inner wall 5, an outer wall 6 and a therebetween, frictionally connected material 7 is constructed.
  • Inner and outer wall 5, 6, are in this example made of steel and foamed with rigid polyurethane foam.
  • FIG. 4 is a thin-walled, not pressure-resistant, tight container 12 made of plastic with flat faces 13 to see.
  • the container is inserted into the sandwich storage segment 2, where it is located inside, so that the pressure (except for the end faces) is absorbed by the memory segment 2.
  • FIG. 5 four memory segments 2 are connected together and completed by dished ends 8 right and left.
  • the connection of the memory segments with each other and with the dished bottoms done by the connecting elements 18 which are applied to the flange surfaces.
  • the connecting elements are designed like a circumferential barrel closure ring, but can also be realized as individual terminals.
  • FIG. 6 shows the overall structure of a memory 1 consisting of three memory segments 2, which are slightly pulled apart for clarity.
  • the outer end faces are closed by flat rectangular pressure-stable end plates 9. These end plates are also constructed as a sandwich.
  • the end plates 9 are connected by four tubes 10, which have openings 15 within the storage segments, through which the feeding and removal of storage medium he follows.
  • the hydraulic connection to the reservoir 1 takes place via the connections 17.
  • the sealing of the penetrations of the connecting tubes 10 through the walls 11 takes place by means of seals 16.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
  • Supports Or Holders For Household Use (AREA)

Abstract

Aufgabenstellung der Erfindung ist ein druckbelastbarer, aus Segmenten aufbaubarer Speicher, bei dem die einzelnen Segmente eine gute Zubringung zum Aufstellraum ermöglichen und sich im Vergleich zu türgängigen konventionellen Einzelspeichern durch geringen Materialeinsatz, geringes Gewicht und günstige Kosten auszeichnen. Durch ebene und ungedämmte Flächen zwischen den Segmenten soll eine gute Platzausnutzung erreicht werden. Die Aufgabenstellung wird erfindungsgemäß wie folgt gelöst: Der druckbelastbare Speicher 1 besteht aus einem oder mehreren miteinander verbundenen Speichersegmenten 2. Die Segmente sind durch einen Druck aufnehmenden Mantel 3 und zwei gegenüberliegende Stirnflächen 4 begrenzt. Die Segmente 2 werden an den Stirnflächen 4 aneinander gesetzt, so dass an diesen Flächen zwischen zwei Segmenten ein Druckausgleich erfolgt. Auf diese Weise ist an den Stirnflächen 4 keine Druck aufnehmende Wand nötig, nur an den beiden den Gesamtspeicher begrenzende Stirnflächen. Der Speicher findet insbesondere in Kombination mit großen Solaranlagen und Wärmepumpen oder Blockheizkraflwerken zur Wärmeversorgung von Gebäuden Anwendung. (Fig. 6)

Description

  • Die Erfindung betrifft unter Innendruck stehende Behälter zum Speichern von gasförmigen oder flüssigen Medien und/oder zum Speichern von Wärme oder "Kälte" in entsprechenden Medien (sensible Wärme, Latentwärme, Reaktionswärme). Insbesondere kann die Erfindung vorteilhaft angewandt werden für Wärmespeicher mit flüssigem Speichermedium und insbesondere zur Bereitstellung von Warmwasser und Heizenergie. Der Speicher findet insbesondere in Kombination mit großen Solaranlagen und Wärmepumpen oder Blockheizkraftwerken zur Wärmeversorgung von Gebäuden Anwendung.
  • Der Stand der Technik ist im Detail in der Gebrauchsmusterschrift DE 20 2010 001 010 sowie der DE 20 201 102 744.2 beschrieben.
  • Ein Nachteil von üblichen runden Stahlbehältern ist die schlechte Platzausnutzung, insbesondere, wenn mehrere Behälter nebeneinander aufgestellt werden sollen, und der erhöhte Materialaufwand sowie höhere Wärmeverluste gegenüber einem Einzelspeicher mit dem gleichen Gesamtvolumen.
  • Kubische Speicherbehälter aus Stahl, die einen (leicht) erhöhten Druck aufnehmen können:
    • In der chinesischen Schrift CN 2702235 (Y ), 2005 wird ein kubischer Behälter beschrieben, der durch parallele Zwischenwände in Unterbehälter aufgeteilt ist. Hierdurch wird eine gute Trennung der Wasserschichten unterschiedlicher Temperatur erreicht. Eine ähnliche Konstruktion wird in der japanischern Schrift JP 2003090626 (A ) - PRESSURIZED HOT WATER STORAGE TANK AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME von 2003 beschrieben. Eine dritte Schrift, in der ein ähnlicher Ansatz beschrieben wird: CN 1587860 (A ) - Rectangular pressure-bearing water tank and its preparing method.
  • In der Schrift JP 1090950 (A ) - HOT WATER STORAGE TANK sind zur Druckaufnahme Verbindungsstangen zwischen den flachen Behälterwänden beschrieben.
  • Finite Element-Berechnungen (FEM) zeigen, dass mit solchen Konstruktionen ein hoher Materialeinsatz verbunden ist und deswegen und wegen des erhöhten Herstellaufwands keine Wirtschaftlichkeit gegenüber zylindrischen Speicherbehältern erreicht wird.
  • Bei verschiedenen Kunststoffbehältern wird durch Ausgestaltung der Behälterwand als Sandwich eine gewisse Druckstabilität erreicht. Ein druckbelastbarer Speicher mit ebenen Wänden, die durch Sandwich-Konstruktionen stabilisiert sind, ist beschrieben in: JP 19960344420 19961118 bzw. JP 10147397 (A ) - RECTANGLE-SHAPED COLD AND HOT WATER TANK REINFORCED WITH HEAT-INSULATING MATERIAL Ein Nachteil dieser Ausführung ist, dass bei der Realisierung größerer Speichervolumina aus mehreren Einzelbehältern eine Gesamtdämmung der Behälter nicht möglich ist, und durch die Einzeldämmung der Behälter unnötige Kosten und Platzbedarf entstehen.
  • In den Schriften DE 10 2008 027 121 A1 , DE 10 2007 003 077 B4 sowie DE 101 29 632 C1 werden druckbelastbare aus einzelnen Segmenten zusammengesetzte Behälter beschrieben, bei denen die einzelnen Segmente jeweils an flachen offenen Stirnseiten miteinander direkt verbunden sind, so dass der Druck nur über die Wand quer zur Behälterachse und an Endkörpern aufgenommen werden muss.
  • Bei der DE 10 2008 027 121 A1 handelt es sich um einen wärmeisolierten Tank für Kraftstoff von Fahrzeugen. Die Druckstabilisierung der Wand der Segmente wird durch Zwischenelemente erreicht, in denen Platten angebracht sind, die mit Löchern versehen sind, damit das gespeicherte Medium zirkulieren kann. Nachteilhaft bzgl. rationeller Serienfertigung und Montage ist, dass hierfür separate Teile nötig sind (Standard-Segmente und Druckaufnahme-Zwischenelemente). Auch wirken sich bei Speichern mit thermischer Schichtung solche i. d. R. metallischen Platten nachteilig auf die Schichtung aus, die durch Wärmeleitung abgebaut wird.
  • Bei der DE 10 2007 003 077 B4 handelt es sich um ein Gehäuse für eine Druckkammer insbesondere für unter Überdruck stehende Luft. Die Druckstabilität der Mantelwände der Segmente wird zum einen durch die zylindrische Form, vor allem aber durch auf dem Mantel angebrachte Stützringe erreicht. Nachteilig in Bezug auf eine rationelle Serienfertigung ist, dass die Stützringe einzeln auf den Mantel geschweißt werden. Nachteilig ist zudem die notwendige Abdichtung über den gesamten Umfang, die hier durch aufwändiges Schweißen erreicht wird.
  • In der DE 101 29 632 C1 wird ein ähnliches Prinzip für zylindrische hydraulische und pneumatische Bauelemente angewandt. Die Druckstabilität wird hier durch die Zylinderform mit entsprechender Wandstärke erreicht. Für die Endstücke werden massive dickwandige flanschartige Böden eingesetzt. Um die einzelnen Segmente untereinander abzudichten, sind zwischen jedem Zylindersegment ebenfalls flanschartige Böden mit integrierter Dichtung vorgesehen. Nachteilig bei diesem Konzept in der Anwendung der hier beschriebenen Erfindung ist der große Materialaufwand insbesondere für die Böden.
  • Eine ähnliche Anordnung, allerdings weitgehend drucklos, ist in der WO 2009/051526 A1 beschrieben. Auch hier handelt es sich um einen Kraftstofftank. Das Besondere der Erfindung ist, dass die Segmente unterschiedliche Formen aufweisen können, um an die Platzverhältnisse eines LKWs angepasst zu werden. Da es sich vorzugsweise um einen Kunststoffbehälter handelt, kann die Versteifung der Wände durch eine Gitterstruktur zwischen den Wänden erreicht werden. Der Hauptanspruch dieser Erfindung widerspricht der Zielsetzung der geringen Kosten der hier beschriebenen Erfindung, die durch identisch ausgebildete Segmente erreicht wird.
  • Nachteilig bei allen vier beschriebenen Konzepten, insbesondere, wenn sie auf große Volumina, wie sie Gegenstand dieser Erfindung sind, erweitert würden, ist, dass die Dichtigkeit über den gesamten Umfang der Segmente hergestellt werden muss, was in der Herstellung und bei der Montage einen erhöhten Aufwand verursacht und in der Installationspraxis ein erhöhtes Fehler- und Leckagerisiko birgt. Weiterhin sind bei allen Konzepten die Abschlusselemente an den Stirnflächen nur mit hohem Materialeinsatz druckstabil zu realisieren, insbesondere bei Größen und Drücken, wie sie Gegenstand dieser Erfindung sind. Beispielsweise sind die Abschlussflächen bei der DE 10 2007 003 077 B4 völlig plan, was nur durch große Wandstärken und/oder aufgeschweißte Versteifungen möglich wäre.
  • In der FR 2 671 542 wird ebenfalls ein modularer druckloser Kraftstofffank beschrieben. Hier werden die einzelnen Segmente durch große integrierte Gewinde miteinander verschraubt. Die Segmente haben jeweils einzelne Anschlüsse um die Ausdehnung von Flüssigkeit bzw. der Luft darüber zu ermöglichen und auf der anderen Seite, um die Flüssigkeit abzulassen (s. Fig. 3). Die Behälter sind aus Kunststoff gefertigt, wodurch eine einfache Integration der Gewinde im Herstellungsprozess möglich ist. Dieses Konzept ist nicht für die Aufgabenstellung der hier beschriebenen Erfindung geeignet (druckstabil und Volumen von typischen Wärmespeichern für Warmwasser und Heizung), da Gewinde, die den in Behälterachsenrichtung wirkenden Druck aufnehmen müssten in dieser Größe nur mit hohem Aufwand herzustellen wären. Die Festigkeit von kostengünstigem Kunststoff wäre dafür zu gering. Auch wäre die Montage der Segmente in dieser Größe sehr aufwändig.
  • Aufgabenstellung dieser Erfindung ist ein druckbelastbarer, aus einem oder mehreren Segmenten aufbaubarer Speicher, bei dem die einzelnen Segmente eine gute Zubringung zum Aufstellraum ermöglichen und sich im Vergleich zu türgängigen konventionellen Einzelspeichern durch geringen Materialeinsatz, geringes Gewicht und günstige Kosten auszeichnen. Weiterhin soll durch ebene und ungedämmte Flächen zwischen den Segmenten eine gute Platzausnutzung erreicht werden.
  • Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Der Speicher 1 ist druckbelastbar entsprechend dem zugelassenen Befülldruck. In Heizsystemen übliche Drücke sind 2,5 bis 3 bar. Er besteht gemäß Anspruch 1 aus einem oder mehreren lösbar miteinander verbindbaren Speichersegmenten 2. Der Querschnitt der Segmente 2 ist grundsätzlich beliebig, wobei ein- oder zweidimensional gekrümmte Mantelflächen eine höhere Druckstabilität aufweisen. In der Herstellung und auch Platzausnutzung und Druckstabilität günstig sind eindimensional gebogene Mantel, d. h. ovale oder z. B. aus Kreissegmenten aufgebaute, angenähert rechteckige Querschnitte. Die Segmente sind durch einen Druck aufnehmenden Mantel 3 und zwei gegenüberliegende, vorzugsweise ebene Stirnflächen 4 begrenzt. Die Segmente sind an den Stirnflächen aneinander gesetzt. An den Stirnflächen befindet sich eine Wand, die nicht druckstabil sein muss und daher dünn, leicht und kostengünstig ausgerührt sein kann, da an diesen Flächen zwischen zwei Segmenten ein Druckausgleich erfolgt. Die Dicke ist lediglich durch die geforderte Unempfindlichkeit bei Transport und Montage sowie Verarbeitungs- und Verbindungsmöglichkeiten in der Herstellung nach unten begrenzt. Ist die Wand 11 aus Stahl, so kann sie beispielsweise eine Dicke von ca. 1 - 1,5 mm aufweisen, aus Kunststoff ca. 1,5 - 2,5 mm. Hierdurch ist der Aufbau Fehler unanfälliger in der Installationspraxis gegenüber den oben beschriebenen Konzepten mit offenen mit Flanschen o. ä. abgedichteten Stirnflächen. Die Wand 1 kann aus Metall und mit dem Mantel 3 verschweißt sein, falls dieser ebenfalls aus Metall besteht. Ebenso ist eine Kunststoffwand möglich die mit dem Mantel 3 z. B. durch Klemmung, Klebung oder Schweißung (falls auch aus Kunststoff) dicht verbunden ist. Möglich ist beispielsweise auch eine Wand aus einem Elastomer wie EPDM die in der Art der Membran eines Membranausdehnungsgefäßes befestigt wird.
  • Eine andere Möglichkeit der Abdichtung ist dadurch gegeben, dass sich in jedem Segment innerhalb des Druck aufnehmenden Mantels 3 ein dünnwandiger, nicht druckstabiler, an dem Mantel 3 anliegender dichter Behälter 12 mit flachen Stirnflächen 1 3 befindet. Der Behälter 12 ist vorzugsweise aus Kunststoff, denn so können sehr kostengünstig dichte Segmente ohne Aufwand für Schweißen, Kleben oder ähnliches realisiert werden. Weiterhin wird durch den Kunststoff ein Korrosionsschutz für den Mantel 3 erreicht, falls dieser aus Stahl hergestellt ist, wodurch hierfür geringere Wandstärken (ohne Sicherheitsfaktor für Korrosion) möglich sind. Mögliche Fertigungstechniken hierfür sind z. B. Rotationsguss (kleine Stückzahlen), Blasverfahren (mittlere bis große Stückzahlen) und Spritzguss (große Stückzahlen). Ein möglicher geeigneter Werkstoff ist Polypropylen.
  • Möglich ist auch ein dünnwandiger Kunststoffbehälter, der an der Mantelfläche durch Aufbringen von Fasern verstärkt und druckstabilisiert ist und damit den druckstabilen Mantel 3 des Speichers darstellt. Durch diesen Segmentaufbau können die einzelnen Module in einer Reihe (horizontal oder auch vertikal) dicht an dicht montiert werden, woraus eine gute Platzausnutzung folgt. Weiterhin wird gegenüber einzelnen druckstabilen Modulen viel Material an den Stirnflächen der Segmente gespart. Höhe und Tiefe der Segmente können so gewählt werden, dass sie problemlos durch Türen zum Aufstellungsort eingebracht und dort zu mehreren Kubikmetern verbunden werden können. Typische Türmaße im Wohnungsbau sind 80 cm x 200 cm.
  • Der Druck aufnehmende Mantel 3 eines Segmentes ist vorteilhaft als Sandwich aufgebaut, das aus einer inneren Wand 5 und einer äußeren Wand 6 und einem dazwischen sich befindenden Material 7 aufgebaut ist, wobei die Festigkeit der Wände 5, 6 höher ist als die des Materials 7 dazwischen. Besonders hohe Biegesteifigkeiten werden bei mit den Wänden kraftschlüssig verbundenem Material erreicht.
  • Übliche Sandwichmaterialien 7 sind z. B. Waben- oder Stegstrukturen oder Schäume, z. B. aus Metall oder Polymeren. Das Material 7 kann gleichzeitig als Speicherisolierung dienen. Ein typischer Aufbau für eine solche Sandwichkonstruktion ist eine innere und äußere Wand 5, 6, aus Stahl, mit PUR-Hartschaum ausgeschäumt. Anstelle von Stahl sind aber auch bei entsprechender Formgebung und Dimensionierung Kunststoffe, insbesondere faserverstärkte einsetzbar. Dann kann, wie weiter oben beschrieben, ein Kunststoffbehälter an der Mantelwand durch Fasern verstärkt sein, und auf diesen Mantel wird direkt ein Sandwich, d. h., Material 7 und äußere Wand 6 aufgebaut. Die Außenwand 6 des Sandwichs kann ebenfalls aus faserverstärktem Kunststoff oder aus Metall realisiert sein.
  • Durch den Sandwichaufbau entstehen mehrere Vorteile:
    • hohe Stabilität
    • kostengünstige Isolation
    • Segmente müssen bei der Montage nicht mehr isoliert werden, dennoch können sie türgängig gestaltet sein und dennoch entsteht kein Platzverlust durch Dämmung die sich bei bekannten Speichern zwischen einzelnen Segmenten befindet.
  • Eine weitere deutliche Verbesserung der Isolationswirkung kann dadurch erreicht werden, dass ein für Vakuumisolationen geeignetes Material 7 verwendet wird und der Raum zwischen innerer und äußerer Wand 5, 6 evakuiert wird.
  • Der Mantel 3 des Speichersegments kann zur Verstärkung durch vollständig oder nur an kritischen Bereichen umlaufende Rippen 14 weiter stabilisiert werden. Solche Rippen lassen sich auch mit dem beschriebenen Sandwich-Aufbau kombinieren.
  • Umlaufende Rippen müssen lediglich auf den Mantel 3 aufgeschoben werden, ohne dass eine Schweißverbindung nötig ist.
  • Die beiden äußeren Stirnflächen eines aus aneinander gesetzten Segmenten 2 aufgebauten Speichers 1 werden jeweils durch eine den zulässigen Behälterdruck aufnehmende Konstruktion abgeschlossen. Sie kann entweder als Halbschale in der Art eines Klöpperbodens 8 ausgebildet sein oder als flache druckstabile Endplatte 9. Die Endplatten können jeweils am Mantel des äußersten Segments befestigt sein, ebenfalls sind die Segmente am Mantel jeweils untereinander verbunden. Die gegenüberliegenden Endplatten können auch durch auf Zug belastbare Stangen, Drähte, Profile oder Rohre direkt miteinander verbunden sein, so dass die Endplatten und die Segmente wie mit Spannankern gegeneinander verspannt werden können.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die gegenüberliegenden Endplatten durch auf Zug belastbare Stangen, Drähte, Profile oder Rohre verbunden, die durch das Innere der Speichersegmente verlaufen. Dadurch werden die Endplatten in der Mitte von Druck entlastet. In diesem Fall können bei entsprechender Dimensionierung der Endplatte und der Verbindungselemente die Fixierung der Endplatten an den Abschluss-Segmenten und die Verbindung der Segmente untereinander entfallen.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Verbindungsrohre 10 innerhalb des aus Segmenten zusammen gesetzten Speichers Öffnungen 15 aufweisen, durch die die Einspeisung und Entnahme von Speichermedium erfolgt. Hiermit wird zum einen sichergestellt, dass nie ein Einzelsegment fälschlicherweise unter Druck gesetzt werden kann, während die Nachbarsegmente nicht unter Druck stehen. Weiterhin entstehen kein zusätzlicher Montageaufwand und auch keine zusätzlichen Wärmeverluste durch die Verrohrung der Segmente.
  • Die Abdichtung der Durchdringungen der Verbindungsrohre 10 bzw. der Verbindungselemente durch die Wand 11 erfolgt durch Dichtungen 16 in der Art von Rohrdurchführungstüllen. Eine Dichtung besteht aus einem rohrförmigen Schaft der das Rohr umschließt und abdichtet, sowie einem Kragen, der zwischen den flachen Wänden gegen den Kragen der nächsten Dichtung abdichtet. Beim Befüllen dichtet die Dichtung 16 zunächst zwischen Wand 11 und Verbindungselement bzw. -rohr 10. Wenn sich der Speicher unter Druck befindet, werden die zwei aneinander liegenden Wände 11 mit den Dichtungen 16 durch den Druck aneinander gepresst und dichten dadurch gerade unter Druck sicher ab. Insbesondere bei einer Wand 11, 13 aus Kunststoff ist es bei geeigneter Elastizität auch möglich, die Dichtung direkt in den Kunststoff einzuformen.
  • Der druckbelastbare Segment-Speicher kann, wie eingangs beschrieben, mit unterschiedlichen Medien befüllt werden. In der Anwendung als Wärmespeicher ist neben flüssigen Speichermedien wie Wasser insbesondere Latentspeichermaterial und thermochemisches Speichermaterial, z. B. Sorptionsmaterial interessant.
  • Die einfachste Verschaltung der einzelnen Segmente ist eine Parallelschaltung. Alternativ ist aber auch eine Reihenschaltung möglich. Eine entsprechend vorteilhafte Nutzung der einzelnen Segmente für unterschiedliche Temperaturbereiche kann analog zu den in der Gebrauchsmusterschrift DE 20 2010 001 010.1 beschriebenen Art und Weise erfolgen. In diesem Fall können auf die Wände 11, 13 an den Stirnflächen der Segmente Dämmschichten aufgebracht sein.
  • Die Verrohrung kann auch hier mit den innen liegenden Verbindungsrohren 1 0 erfolgen, wenn die Löcher in den Rohren 10 jeweils nur in einem Segment angebracht sind, und die Verschaltung der Rohre außerhalb des Speichers erfolgt.
  • Die Speichersegmente 2 können entsprechend der Figuren nebeneinander aufgebaut werden, wodurch bei entsprechender Dimensionierung übliche Kellerräume gut ausgenutzt werden. Alternativ können sie aber auch übereinander aufgebaut werden, z. B. falls ein hoher Raum zur Verfügung steht.
  • Der druckbelastbare Speicher besteht aus einem oder mehreren lösbar miteinander verbundenen Speichersegmenten 2, wobei jedes Segment durch einen zur Aufnahme des zulässigen Befülldrucks ausgestalteten Mantel 3 und zwei gegenüberliegende, nicht druckstabile oder offene Stirnflächen 4 begrenzt ist, wobei die Segmente 2 an den Stirnflächen 4 aneinander gesetzt sind, wobei die beiden äußeren Stirnflächen eines aus einem oder mehreren aneinander gesetzten Segmenten aufgebauten Speichers durch eine den Befülldruck aufnehmende Konstruktionen abgeschlossen werden.
  • Im Folgenden werden anhand der Figuren 1 - 6 konkrete Ausgestaltungen der Erfindung beschrieben.
    • Figur 1 zeigt einen Druck aufnehmenden Mantel 3 mit den flachen, offenen Stirnflächen 4. Um den Mantel verlaufen zur Verstärkung Rippen 14. In diesen Mantel kann ein dünnwandiger, nicht druckstabiler dichter Behälter 12 aus Kunststoff mit flachen Stirnflächen 13 3 eingeschoben werden gemäß Figur 4.
    • Figur 2 zeigt einen Druck aufnehmenden Mantel 3, bei dem die Stirnflächen auf beiden Seiten jeweils durch eine dünne Wand 11 verschlossen sind.
  • In Figur 3 ist der Mantel eines Segmentes als Sandwich aufgebaut, das aus einer inneren Wand 5, einer äußeren Wand 6 und einem dazwischen sich befindenden, kraftschlüssig verbundenen Material 7 aufgebaut ist. Innere und äußere Wand 5, 6, sind in diesem Beispiel aus Stahl und mit PUR-Hartschaum ausgeschäumt.
  • In Figur 4 ist ein dünnwandiger, nicht druckstabiler dichter Behälter 12 aus Kunststoff mit flachen Stirnflächen 13 zu sehen. Der Behälter wird in das Sandwich-Speichersegment 2 eingeschoben, und liegt dort innen an, so dass der Druck (bis auf die Stirnflächen) durch das Speichersegment 2 aufgenommen wird.
  • In Figur 5 sind vier Speichersegmente 2 miteinander verbunden und durch Klöpperböden 8 rechts und links abgeschlossen. Die Verbindung der Speichersegmente untereinander und mit den Klöpperböden erfolgen durch die Verbindungselemente 18, die an den Flanschflächen aufgebracht sind. Die Verbindungselemente sind wie ein umlaufender Fassverschlussring ausgebildet, können aber auch als einzelne Klemmen realisiert sein.
  • Figur 6 zeigt den Gesamtaufbau eines Speichers 1 bestehend aus drei Speichersegmenten 2, die zur Verdeutlichung etwas auseinander gezogen sind. Die äußeren Stirnseiten sind durch flache rechteckige druckstabile Endplatten 9 verschlossen. Auch diese Endplatten sind als Sandwich aufgebaut. Die Endplatten 9 sind durch vier Rohre 10 verbunden, die innerhalb der Speichersegmente Öffnungen 15 haben, durch die die Einspeisung und Entnahme von Speichermedium erfolgt. Der hydraulische Anschluss an den Speicher 1 erfolgt dazu über die Anschlüsse 17. Die Abdichtung der Durchdringungen der Verbindungsrohre 10 durch die Wände 11 erfolgt durch Dichtungen 16.
    • Bezugszeichenliste:
    • 1
    Druckbelastbarer Speicher
    2
    Speichersegment
    3
    Segment-Mantel
    4
    Stirnflächen des Segments
    5
    innere Wand des Mantelsandwichs
    6
    äußere Wand des Mantelsandwichs
    7
    Sandwich-Kernmaterial
    8
    Endsegment als druckstabile Halbschale
    9
    druckstabile Endplatte
    10
    zugbelastbarer Verbindungsstab, -draht, -profil oder -rohr, insbes. Rohr zur Entnahme/Einspeisung
    11
    dünne Wand an Stirnfläche des Speichersegments
    12
    dünnwandiger (Kunststoff-)Innenbehälter in Segment
    13
    dünne Wand an Stirnfläche des Innenbehälters
    14
    Verstärkungsrippe
    15
    Öffnungen in Rohren für Be- und Entladung
    16
    Dichtung
    17
    Speicheranschlüsse
    18
    Verbindungselemente

Claims (15)

  1. Druckbelastbarer Speicher, aufweisend ein oder mehrere Speichersegment/-e (2),
    - wobei das eine Speichersegment (2) oder jedes der Speichersegmente (2) einen Mantel (3) aufweist, der zumindest ausgelegt ist zur Aufnahme des zulässigen Befülldrucks des druckbelastbaren Speichers,
    - wobei das eine Speichersegment (2) oder jedes der Speichersegmente (2) Stirnflächen (4) aufweist,
    - wobei das eine Speichersegment (2) oder jedes der Speichersegmente (2) so aufgebaut ist, dass die Stirnflächen (4) durch zumindest eine den zulässigen Behälterdruck aufnehmende Konstruktion lösbar abschließbar oder mit einem oder mehreren weiteren Speichersegment/-en (2) lösbar verbindbar und an den Stirnflächen (4) aneinander setzbar ist/sind,
    - wobei die Stirnflächen (4) jedes Speichersegments (2) zwei gegenüberliegende Wände (11) aufweisen,
    - wobei die Wände (11) ausgestaltet sind zum dichten Abschließen des Speichersegments (2).
  2. Druckbelastbarer Speicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wände (11) dünn und nicht zur Aufnahme des zulässigen Behälterdrucks ausgelegt sind.
  3. Druckbelastbarer Speicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (3) des Segmentes, als Sandwich aufgebaut ist aus einer inneren Wand (5) und einer äußeren Wand (6) und einem dazwischen sich befindenden Material (7).
  4. Druckbelastbarer Speicher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das sich zwischen einer inneren Wand (5) und einer äußeren Wand (6) befindende Material (7) gleichzeitig als Speicher-Wärmeisolierung dient.
  5. Druckbelastbarer Speicher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Material (7) um für Vakuumisolationen geeignetes Material handelt und der Raum zwischen innerer und äußerer Wand (5, 6) evakuiert ist.
  6. Druckbelastbarer Speicher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Mantel-Wand (3, 5) und Stirn-Wände (11) durch einen vorzugsweise aus einem Stück gefertigten Kunststoffbehälter gebildet sind, der an der Mantel-Wand (3, 5) durch Aufbringen von Fasern verstärkt und zur Aufnahme des zulässigen Behälterdrucks stabilisiert ist.
  7. Druckbelastbarer Speicher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Druck aufnehmende Konstruktion als Halbschale in der Art eines Klöpperbodens (8) ausgebildet ist.
  8. Druckbelastbarer Speicher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Druck aufnehmende Konstruktion als flache druckstabile Endplatte (9) ausgebildet ist.
  9. Druckbelastbarer Speicher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die druckstabile Endplatte (9) als Sandwich aufgebaut ist.
  10. Druckbelastbarer Speicher nach Anspruch 7 oder 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die gegenüberliegenden, Druck aufnehmenden Konstruktionen (8, 9) durch auf Zug belastbare, durch das Innere der Segmente (2) verlaufende Stangen, Drähte, Profile oder Rohre (10) verbunden und von Druck entlastet sind.
  11. Druckbelastbarer Speicher nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsrohre (10) innerhalb des aus Segmenten zusammen gesetzten Speichers Öffnungen (15) aufweisen, durch die die Einspeisung und Entnahme von Speichermedium erfolgt.
  12. Druckbelastbarer Speicher nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass sich in jedem Segment innerhalb des Druck aufnehmenden Mantels (3, 5) ein nicht zur Aufnahme des zulässigen Behälterdrucks ausgelegter Behälter (12) befindet, dessen Stirnflächen (13) die Wände (11) des Speichersegments (2) bilden.
  13. Druckbelastbarer Speicher nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (12) aus Kunststoff besteht.
  14. Druckbelastbarer Speicher nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass sich an den Durchdringungen der Verbindungsrohre (10) bzw. der Verbindungselemente durch die Wand (11, 13) Dichtungen (16) in der Art von Rohrdurchführungstüllen befinden, die beim Befüllen zunächst zwischen Wand (11, 13) und Verbindungselement bzw. -rohr (10) abdichten und dann in unter Druck befülltem Zustand eine Abdichtung zwischen zwei aneinander liegenden Wänden (11, 1 3) bewirken dadurch, dass sie von dem Druck aneinander gepresst werden.
  15. Druckbelastbarer Speicher nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (2) die Breite und Höhe eines typischen Türmaßes unterschreiten.
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