Speicherwärmetauscher, Verfahren zum Betreiben und Verwendung Die Erfindung bezieht sich auf einen Speicherwärmetauscher in Heizungssystemen, wobei die
Erzeugung und/oder Gewinnung der Wärmeenergie aus regenerativen Quellen und/oder Quellen mit Brennstoffen und/oder Quellen in oder an Gebäuden und/oder Räumen und/oder Quellen aus der Ferne und/oder der Nähe erfolgen kann. Aus dem allgemeinen Stand der Technik sind in Heizungssystemen zur Speicherung der Wärme Pufferspeicher bekannt, welche durch das Umwälzen des Pufferspeicherwassers oder mittels innenliegender Wärmetauscher be- und entladen werden. Zur Erzeugung von Wärme und zur Heizung in Räumen wird das Pufferwasser oder im Wärmetauscher befindliche Wärmetauschmedien ständig mittels Umwälzpumpen umgewälzt und über weitere Aufhahmewärmetauscher wie Heizkessel oder Solarabsorber aufgenommen und über Abgabewärmetauscher wie Heizkörper, Wandheizung, Fußbodenheizungen abgegeben.
Eine solche Anordnung ist materialaufwändig, da für die Funktionen wie Wärmeerzeugung, Wärmeabgabe, Wärmespeicherung, Umwälzung eigenständige Komponenten notwendig sind. Außerdem kann die Betriebsenergie solcher Systeme beträchtlich sein, da in einem solchen System viele Umwälzpumpen betrieben werden. Außerdem wird bei Solaranlagen, welche durch den Gestehungspreis einen hohen Wärmeertragspreis bedingen, die teuer erkaufte Wärmeenergie durch die Umwälzung mit der Edelenergie Strom zusätzlich verteuert und die Umwelt belastet. Weiterhin sind Latentspeicher bekannt, welche sich durch eine hohe Wärmedichte auszeichnen. Diese Latentspeicher werden ebenfalls mittels Wärmetauschern im Umwälzverfahren be- und entladen. Auf Grund der geringen Wärmeleitfähigkeit von Latentstoffen bestehen diese Wärmetauscher ebenfalls aus materialaufwändigen Rohrregistern mit Wärmeleitblechen.
Ein vermehrter Einsatz solcher Latentspeicher würde zwar die Speicherdichte erhöhen, aber mit einer Erhöhung vorgenannter Nachteile erkauft werden müssen.
Weiterhin sind Brauchwasserspeicher bekannt, welche in Pufferspeichern eingebaut sind. Diese Brauchwasserspeicher müssen aber relativ groß ausgelegt werden, so dass sich viel Brauchwasser in einem Temperaturbereich befinden kann, welches die Legionellenverkeimung fördert. Außerdem ist der Materialaufwand für solche Brauchwasserspeicher auf Grund der Größe ebenfalls unnötig groß. Ausgehend von einem Speicherwärmetauscher gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, unter Vermeidung der Nachteile der bekannten Wärmespeicherung und des Wärmetauschs zur Wärmeabgabe und zur Wärmeerzeugung, diesen Speichewärmetauscher so auszubilden, dass größere Wärmemengen wirtschaftlich gespeichert werden können, und der Speicherwirkungsgrad verbessert wird sowie Materialien sparsam und vorwiegend für die
Wärmespeicherung eingesetzt werden. Weitere Aufgaben bestehen darin, die dezentrale Anordnung von Speicherwärmetauschern einfach und wirtschaftlich zu ermöglichen, sowie eine hohe Wärmespeicherdichte zu erreichen. Ferner soll die Funktionsvielfalt des Speicherwärmetauschers erreicht werden, so dass Materialien und Einrichtungen mehrfach genutzt werden können und die Erschließung vielfältiger Wärmequellen und die Speicherung der Wärme aus diesen Quellen ermöglicht wird. Außerdem sollen die Wärmequellen und -senken unterstützt werden, so dass diese mit hohem Wirkungsgrad oder mit hohem Nutzungsgrad betrieben werden können. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die in den Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst, nämlich dadurch, dass die Wärme im Heizungssystem in mindestens einem Speicherwärmetauscher mit mindestens einem Speichermedium, wie Fluid-, Latent-, chemisches Speichermedium, gespeichert wird, wobei eine Wärmeaufhahme und/oder eine Wärmeabgabe über mindestens eine Grenze von wärmespeichernden Medien und/oder mindestens eines Medienbehälters und/oder mindestens einer Medienhülle zumindest zeitweise erfolgt. Hierbei kann der Speicherwärmetauscher nur Wärme speichern oder nur Wärme abgeben oder nur Wärme aufiiehmen oder Kombinationen der vorgenannten Funktionen ausfuhren, so dass dieser als Speicher und als direkte Wärmesenke sowie als direkte Wärmequelle dienen kann. Vorteilhafte Weiterbildungen des Speicherwärmetauschers sind in den Ansprüchen 2 bis 41 angegeben. Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zum Betreiben eines Speicherwärmetauschers insbesondere nach den Ansprüchen 1 bis 41, welchem sinngemäß die gleiche Aufgabe zu Grunde liegt wie dem Speicherwärmetauscher. Diese Aufgabe wird verfahrensgemäß durch die in den Kennzeichen des Anspruchs 42 angegebenen Verfarirensmerkmale gelöst, nämlich dadurch, dass mindestens eine der Wärmebasisfunktionen des Speicherwärmetauschers, wie Bewegen, - wie Austauschen, Tauschen zum Laden und/oder Bereitstellen - , Speichern; hinsichtlich des Flusses und/oder des Zustande beeinflusst oder gehalten werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen dieses Verfahrens sind in den Ansprüchen 43 bis 58 angegeben. Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Verwendung von Einrichtungen und Verfahren des Speicherwärmetauschers in der Form, dass Einrichtungen und Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 58 in Heizungssystemkomponenten, wie Wämietauschregeleinrichtungen, Speicher, Wäϊmetausclnntensivierungseinrichtungen, verwendet werden.
Weitere Beispiele für Heizungskomponenten, bei denen die genannten Einrichtungen und Verfahren nutzbar gemacht werden können, sind Lade- und/oder Bereitstellungseinrichtungen, Feststoffspeicherwärmetauscher, Speicherwärmetauscher für kontrollierte Lüftung und/oder Erdspeicherwärmetauscher, Solarluftspeicherkollektoren, Frischwasserstationen.
Mit den vorgenannten Einrichtungen, Verfahren und Verwendung werden nachfolgend beschriebenen Vorteile erzielt.
Die Stoffproduktivität der verwendeten Materialien wird gesteigert, d.h. die Einrichtungen und damit die Stoffe haben eine mehrfache Funktion, so dass sie bei geringerem Materialeinsatz hohe Funktionalität hinsichtlich Speicherkapazität, Wärmeaustausch und dem Management dieser Funktionen zur Nutzung regenerativer Energien und weiterer Wärmequellen erreicht wird. Somit können gegenüber dem herkömmlichen Betreiben von Speichern Bauteile eingespart werden. Hierbei unterstützt der Speicherwärmetauscher den Wirkungsgrad und Nutzungsgrad von Wärmequellen und -senken, wobei der Speicherwärmetauscher selbst einen hohen Wirkungsgrad besitzt. Es wird dabei eine Funktionsvielfalt erreicht, so dass solare Heizungsunterstützung oder Heizung unterstützt wird. Mit hoher Wärmespeicherdichte und der dezentralen Wärmespeicherung werden diese Funktionen ebenfalls erleichtert. Lade- und Bereitstellungseinrichtungen verbessern das Speichermanagement sowie die Funktionen der Austauschsysteme. Dabei wird auch die Gewinnung von preisgünstiger Wärme ermöglicht. Weitere Vorteile sind in der Beschreibung genannt. Zur Erzielung dieser Vorteile mussten eine Reihe von Problemen gelöst werden. Nämlich die Findung von Einrichtungen und Verfahren, welche diese Funktionsvielfalt auf einheitliche Lösungen zurückführen lässt, so dass diese überhaupt erst möglich wird. Die Berücksichtigung der technologischen Randbedingungen bei den spezifischen Ausprägungen. Weitere technologische Problemlösungen sind in der Beschreibung ausgeführt. Im Folgenden werden der Speicherwärmetauscher und das Verfahren zum Betreiben eines
Speicherwärmetauschers an Hand der Zeichnungen, in welcher mehrere Ausfiihrungsbeispiele dargestellt sind, noch näher erläutert. In der Zeichnung zeigt zum Teil in schematischer Darstellung: Figurl: Draufsicht: Speicherwärmetauscher für Wärmespeicherung Figur2: Schnitt II: Speicherwärmetauscher für Wärmespeicherung Figur3: Draufsicht: Speicherwärmetauscher mit Lade- und Bereitstellungseinrichtung für Fluid und Gas Figur4: Schnitt IV: Speicherwärmetauscher mit Lade- und Bereitstellungseinrichtung für Fluid und
Gas Figur5: Schnitt V: Speicherwärmetauscher mit Lade- und Bereitstellungseinrichtung für Fluid und Gas
Figurö: Draufsicht: Speicherwärmetauscher mit integrierten Speicherwärmetauschern Figur7: Schnitt VII: Speicherwärmetauscher mit integrierten Speicherwärmetauschern Figur8: Draufsicht: Speicherwärmetauscher mit externer Erweiterung Figur9: Schnitt IX: Speicherwärmetauscher mit externer Erweiterung FigurlO: Draufsicht: Speicherwärmetauscher mit tauschendem Bereich Figurl 1: Schnitt XI: Speicherwärmetauscher mit tauschendem Bereich
Eine der Aufgabenstellung gemäße Ausführung eines Speicherwärmetauschers zeigt Figur 1 und 2. Dieser Speicherwärmetauscher besteht aus einem Behälter mit Fluid (4), welcher über seine Begrenzungswände (34) Wärme an eine Luttfiihningsschicht (2) abgeben kann. Über Fluidzu- und Fluidableitungen (9,12) kann Wärme über ein Fluidumlaufsystem geladen oder entladen werden. Die Luftführung (2) ist begrenzt durch eine Isolierung (1).
Mittels zweier offenbarer und schließbarer Klappen (8,11) kann ein definierter Luftstrom durch den Luftwärmetauschbereich(2), angetrieben durch den Wärmetausch, erzeugt werden. Durch die Regelung der Öffimngsweiten der Klappen mittels eines temperaturabhängigem Ausdehnungselementes (6) über ein Stellelement (7) kann der Luftwärmetausch raumtemperaturabhängig geregelt werden. Die Abtrennung (10) der Luftzuführung (11) und der Luftabftihrung (12) an den Klappen ermöglicht die Umströmung des gesamten Speicherwärmetauschers mit Luft.
In einer einfachen Ausführung des Speicherwärmetauschers könnte dieser nur mit Speicherfluid gefüllt sein. Zur Erhöhung der Wärmespeicherdichte ist es jedoch sinnvoll in den Fluidspeicherwärmetauscher (4) weitere Speicherwärmetauscher mit Latentspeicherstoffen (3) zu integrieren. Diese Speicherwärmetauscher (3) können beispielsweise aus Veφackungsbehältern wie Konservendosen bestehen und mit Paraffin gefüllt sein, welches eine Phasenwechseltemperatur von typischen Heizungstemperaturen besitzt z.B. 40°C Dadurch besitzt der Speicherwärmetauscher bei dieser Temperatur eine hohe Speicherfähigkeit. Hierbei ergibt sich das Problem, dass Paraffin die Wärme schlecht leitet, so dass beim Laden oder Entladen der Wärme große Lade- oder Entladezeiten entstehen bzw. hohe Temperaturen benötigt werden würden. Dieses Problem wird einerseits dadurch gelöst, dass das umgebende Fluid ebenfalls eine entsprechende Speicherfähigkeit besitzt und somit Stillstandszeiten zum Laden und Entladen genutzt werden können. Andrerseits wird die Wärmeleitfähigkeit im Latentspeicherwärmetauscher durch eingebrachte Wärmeleitmaterialien verbessert. Dies kann z.B. ein mäanderförmig verlegter Maschendraht (41) sein, welcher kostengünstig ist und gegenüber Abfallstoffen eine definierte Wärmeleitung gewährleistet. Die Verwendung von kleinen Latentspeicherwärmetauschern und die Gruppierung solcher Behälter zu Packungen (56) mit Zwischenräumen für das Speicherfluid kann dieses Problem ebenfalls beseitigen. Die Wirtschaftlichkeit solcher Latentspeicherwärmetauscher kann weiter verbessert werden, indem auf einer Seite offene Behälter benutzt werden und diese mit der offenen Seite nach unten übereinander gestapelt und gruppiert werden und im Fluidspeicherwärmetauscher fixiert werden. Dann können beispielsweise auch Altkonservendosen verwendet werden. Bei solchen Speicherwärmetauschern entstehen durch die Volumenänderung der Latentspeicherstoffe bei Wärmeänderungen Druckkräfte, so dass die Ve ackungsbehälter dem Druck nicht mehr Stand halten würden. Dies wird dadurch gelöst, dass einerseits kleine Veφackungsbehälter verwendet
werden, welche eine größere Druckstabilität besitzen und/oder durch einen Druckausgleich, so dass der äußere Druck des Fluidspeicherwärmetauschers nach innen in den Latentspeicherwärmetauscher übertragen wird, und dadurch nur geringe Druckdifferenzen auftreten können. Der Druckausgleich kann mittels in den Latentspeicherwärmetauscher eingebauter Membranen oder nachgiebiger Flächen 5 oder nachgiebiger Schläuche erreicht werden. Dadurch kann auch die Volumenausdehnung der Latentspeicherstoffe auf das umgebende Fluid übertragen werden, so dass im Latentspeicherwärmetauscher keine Hohlräume entstehen und die Wärmeleitfähigkeit des Latentspeicherwärmetauschers verbessert ist. Ein Speicherwärmetauscher nach Figur 1 und 2 kann beispielsweise anstelle von Heizköφern oder als
10 Nebenheizungen von größeren Speicherwärmetauschern eingesetzt werden. Gegenüber normalen Heizköφern bietet sich der Vorteil, dass regenerativ oder durch Wärmerückgewinnung oder durch Kühlung von Bauteilen oder Maschinen gewonnene Energie dezentral in den Räumen eines Gebäudes gespeichert werden kann. Dadurch wird das Material in zweifacher Weise genutzt, nämlich als Begrenzung von Wärmespeicherräumen und zum Wärmetausch beim Heizen. Außerdem werden die
15 Verluste des Speicherwärmetauschers zum Heizen des Raumes genutzt. Durch die dezentrale
Anordnungsmöglichkeit im Gegensatz von heute verwendeten Speichern lassen sich die Räume von Heizköφern und von Teilen von Wohnräumen sonstiger nicht nutzbarer Raumteile für die Speicherung von Wärmeenergie verwenden. Zusätzliche vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung können in Figur 3, 4 und 5 gezeigt werden. 0 Diese besteht aus folgenden drei Ansichten: Draufsicht, Schnitt IV-IV, Schnitt V-V. Hier wird der
Speicherwärmetauscher mit einer Lade- und Bereitstellungseinrichtung für Fluid (33,37,35,38, Schnitt IV-IV) und Gas (Schnitt V_V) zu einem universellen Schichtenspeicherwärmetauscher und - Heizköφer aufgewertet. Dadurch kann neben der Speicherung für Heizungswärme auch Wärme für Brauchwasser, Regenwasser, Schnellheizung, Vorerwärmung wirtschaftlich erfolgen und Wärme aus
25 Fluid- und Luftkollektoren, aus Wämierückgewinnung und aus Kühlung von Maschinen und
Bauelementen eingespeichert werden. Dies kann dazu genutzt werden, den Primärenergieverbrauch weiter zu senken und/oder Solaranlagen wirtschaftlicher zu machen.
Dieser Speicherwärmetauscher besteht wieder aus einem Fluidspeicherwärmetauscher (4) mit integrierten Latentspeicherwärmetauschern (3). Bei einem Schichtenspeicherwärmetauscher ist es aber
?0 sinnvoll, dass die Latentspeicherstoffe den Setachtfunktionen angepasste
Aggregateustandswechseltemperaturen haben, so dass bei den typisch benötigten Temperaturen für eine Funktion die größte Wärmespeicherdichte vorhanden ist. Dies verhindert eine unnötige hohe Temperaturerzeugung, was zu vermehrten Verlusten führen würde und den Wirkungsgrad der regenerativen Energiegewinnung heruntersetzen würde. Die durch die
'5 Aggregatzustandswechseltemperaturen angepasste Schichten verbessern den Wirkungsgrad der regenerativen Wärmegewinnung durch das große Speichervolumen bei den gerade benötigten Temperaturen, so dass beispielsweise geringeres Strahlungsangebot der Sonne stärker genutzt werden
kann oder Wärmepumpen mit einer besseren Arbeitszahl arbeiten können als bei Latentspeichern mit einer Aggregatzustandswechseltemperatur angepasst an die Funktion mit der höchsten Temperatur. Durch eine Anordnung von unterschiedlichen Aggregatzustandswechseltemperaturen nicht nur in Schichten sondern auch in Gruppen, so dass sich beispielsweise überlappende Schichten oder Schichten mit mehreren Aggregatzustandswechseltemperaturen ergeben, steigert die Flexibilität bei der Dimensionierung von Wärmespeichervolumen für bestimmte Funktionen. Die Schichtenladung und -enüadung des Speicherwärmetauschers über das Fluid erfolgt mit Orts änderbaren Elementen (33,35,37,38) ,welche an biegeschlaffe Zuleitungen oder Ableitungen (30) und an Vorläufe oder Rückläufe (28,29,39,40) angeschlossen sind. Eine solche Lade- und Bereitstellungseinrichtung hat den Vorteil, dass sie nicht nur in die Schicht das eingespeiste Fluid einschichtet, welche die gleiche Temperatur wie das zugeführte Fluid hat, sondern auch in jede andere gewünschte Schicht.
Neben den Lade- und Bereitstellungseinrichtungen für Fluid sind in dem Speicherwärmetauscher in Figur 5 auch Lade- und BereitsteUungseinrichtungen für Luft (44,45,48,49) eingebaut. Sie können mit nachfolgend genannten Unterschieden genauso wie die für Fluid aufgebaut und betrieben werden. Ein signifikantes Problem bei Lade- und BereitsteUungseinrichtungen für Luft ist, dass in Luftführungen leichter Luftkonvektionen durch Undichtheiten und Verluste an den Isolierungen stattfinden können, was die Schichtung der Speicherung instabiler macht und über längere Zeit zerstört. Dieses Problem wird dadurch gelöst, dass die Luftführung (26,27) schmal ausgeführt wird, so dass keine großen Luftwalzen entstehen können. Weiterhin unterbindet die Unterteilung der Luftfuhrung in vertikal getrennte Segmente (36) die ungewünschte Luftkonvektion. Durch die Anordnung der Orts änderbaren Elemente (48,44) an den äußeren Rändern der Luftführung (26) werden die Segmente von der Luft durchströmt, welche durch die beiden Elemente eingeschlossen sind. Dadurch verhält sich die Lade- und Bereitstellungseinrichtungen für Luft genauso wie die für Fluid und kann die gleichen Funktionen erfüllen. Mit dem Vorteil, dass Wärme aus externen Elementen, wie Luftkollektoren, Luftkühlungen von Maschinen, Luft von erwärmten Bauteilen wirtschaftlich gespeichert werden kann. Die Lade- und Bereitstellungseinrichtung (Schnitt V-V) für Luft kann neben den Funktionen der des Fluids die Regelung der Raumtemperatur unter gleichzeitiger Schonung des Temperaturniveaus der Schichten im Speicherwärmetauscher. Hierdurch wird auch das Problem gelöst, dass zum Laden von großen Speicherwärmetauschern mit regenerativer Energie relativ teure Solarkollektoren verwendet werden mussten. Die Lade- und Bereitstellungseinrichtung eignet sich z.B. zum Laden von Solarluftkollektoren oder der Wärmerückgewinnung oder Kühlung mit Luft, wobei die Schichtung erhalten oder erzeugt wird. Dadurch kann der Primärenergiebedarf weiter gesenkt werden und mehr regenerative Energie gewonnen werden, da Luftsysteme langlebiger, einfacher und preisgünstiger sind
und zur Vorerwärmung des Speicherwärmetauschers genutzt werden können und Fluidsolarkollektoren das höher benötigte Temperaturniveau erzeugen.
Figur 6 und 7 zeigt weitere Variationen des Speicherwärmetauschers in der Draufsicht und im Schnitt Vπ-Vll. Der Speicherwärmetauscher unterscheidet sich gegenüber der Figur 3 und 4 dadurch, dass der Speicherwärmetauscher in Figur 3 und 4 seine Wärme über das Austausch- und Speicherfluid oder die Luft abgibt und aufnimmt, während der Speicherwärmetauscher in Figur 6 und 7 weitere Speicherwärmetauscher enthält, wodurch die Wärme mit weiteren Medien wie Brauchwasser, Regenwasser, Abwasser, Kühlfluid, Frostschutzfluid, Korrosionsschutzfluid geladen bzw. entladen werden kann. Der Speicherwärmetauscher (50) beispielsweise kann ein Brauchwasserspeicherwärmetauscher sein, welcher die Wärme über seine Wände (34) aus dem Austausch- und Speicherfluid übernimmt. Der Brauchwasserspeicherwärmetauscher unterscheidet sich gegenüber herkömmlichen Brauchwasserspeichern, dass das zufließende Brauchwasser in einer Rotationsbewegung im Speicherwärmetauscher geführt wird, so dass der Wärmetausch intensiviert wird. Dies wird einmal erreicht dadurch, dass die Zuleitung tangential entlang der Kreisströmung im Speicherwärmetauscher geführt wird und das Brauchwasser im Zentrum des Speicherwärmetauschers entnommen wird. Durch die Strömung in der Zuleitung wird die Kreisströmung angetrieben. Eine weitere Intensivierung des Wärmetausches kann erreicht werden, indem das abfließende Brauchwasser, wenn es nicht genügend warm ist mit einer Pumpe auf den Zulauf des Speicherwärmetauschers zurückgeführt wird. Dadurch wird das Brauchwasser mehrfach in den Speicherwärmetauscher geleitet, wodurch die
Wärmeaufnahme erhöht wird. Außerdem wird die Rotationsströmung durch den erhöhten Druck der Pumpe erhöht, so dass sich ebenfalls eine verbesserte Wärmeaufnahme ergibt. Eine weitere Erhöhung der Rotationsströmung und damit des Wärmetauschs kann mittels Mitnehmern (52) erreicht werden, welche über einen Ring (51) gekoppelt sind. Durch die auf die Mitnehmer gerichtete Zuleitung werden diese durch die Strömung angetrieben und verstärken die Rotationsströmung. Durch eine Austarierung der Mitnehmereinrichtung, so dass sie schwebend und im Gleichgewicht ist, sowie durch vollständig abgerundete Ecken und Kanten kann auf ein Lager verzichtet werden, so dass Verkalkungen die Funktion der Mitnehmer wenig beeinflussen können. Durch verwirbelnde Strukturen an der Wärmetauscherwand und oder an den Mitnehmern kann eine weitere Wärmetauschintensivierung erfolgen. Durch all diese Maßnahmen und Einrichtungen kann der Brauchwasserinhalt des Speicherwärmetauschers klein gehalten werden, so dass die Gefahr der Verkeimung und Legionellenbildung im Brauchwasser praktisch ausgeschlossen ist. Durch Weglassen einzelner Wärmetauschintensivierenden Maßnahmen wie z. B. der Rückkopplungspumpe oder durch Benutzung der Warmwasserbereitstellungspumpe als Rückkopplungspumpe und eventuell durch Erhöhung des Speicherwärmetauschervolumens besitzt diese Brauchwassererwärmung mit dem vorgeschlagenen Speicherwärmetauscher den gleichen Komfort wie externe Frischwasserstationen aber die bei extern angeordneten Frischwasserstationen vorhandenen Wärmeverluste und Wirkungsgradverluste durch die
zusätzliche Umwälzpumpe werden vermieden. Außerdem ist die Anpassung an unterschiedliche Brauchwasserleistungen verschiedener Gebäude oder Haushalte durch die Kopplung und Hintereinanderschaltung solcher Speicherwärmetauscher einfach möglich.
Der Speicherwärmetauscher (53) entspricht in der Ausführung dem Speicherwärmetauscher (52) kann aber beispielsweise zur Erhöhung der Brauchwasserleistung oder zur Erwärmung von Zisternenwasser eingesetzt werden. Die Erwärmung von Zisternenwasser ist z. B. sinnvoll zum Waschen mit Zisternenwasser wie Wäschewaschen oder Waschvorgängen in Betrieben. Das Wäschewaschen mit Zisternenwasser erspart teure Waschmaschinen mit hohen Effizienzklassen, wodurch die Investition in eine Zisternenerwärmung finanziert werden kann. Der ökologische Effekt ist aber größer (Energieeinsparung, Nutzung regenerativer Energie, Einsparung von teuer aufbereitetem Frischwasser).
Die Speicherwärmetauscher (54) bestehen aus Latentspeicherwärmetauschern wie sie in Figur 1 bis 4 schon beschrieben sind. Der Speicherwärmetauscher (55) besteht aus dem Speicherwärmetauscherbehälter und integrierten Latentspeicherwärmetauschern. Ein solcher Speicherwärmetauscher kann beispielsweise zum
Wärmetausch mit Kühlflüssigkeiten aus Maschinen, Brennstoffzellen, Bauteilen genutzt werden, so dass solche anfallende Wärme kostengünstig gespeichert werden kann. Die Integration von Latentspeicherwärmetauschern in den Kühlungsspeicherwärmetauscher ermöglicht große Kühlungsspeicherwärmetauscher bei großer Wärmespeicherdichte, so dass durch große Wärmetauscherflächen des Kühlungsspeicherwärmetauschers und der integrierten
Latentspeicherwärmetauscher eine große Wärmetauschleistung erzielt wird. Durch die hohe Speicherfähigkeit des Speicherwärmetauschers kann bei Energie, welche nicht ständig anfallt sondern zeitweise wie zyklisch betriebene Maschinen, Energiepausen bei solarer Energie usw., die gespeicherte Energie in den Pausen abgegeben werden, wodurch die Wärmetauschflächen nicht für eine Spitzenleistung sondern für eine gemittelte Leistung ausgelegt werden können. Auch dadurch wird die Wirtschaftlichkeit der Speicherung von Kühlenergie hergestellt. Auch die Verwendung von Speicherwärmetauschern mit Wärmetauschintensivierung wie die Speicherwärmetauscher (50,53) oder der Einbau dieser Wärmetauschintensivierenden Einrichtungen in den Speicherwärmetauscher (55) oder die Reihenschaltung von Speicherwärmetauschern nach der Art (55) und (50) kann für wärmetauschende Anwendungen wie Kühlung, Brauchwasser,
Zisternenwasser sinnvoll sein um die Leistung anzupassen und die Investition zu minimieren. Die Speicherwärmetauscher (57,58) mit oder ohne Wärmetauschintensivierung können beispielsweise zur Vorerwärmung des Brauchwassers und Zisternenwassers oder zur Vorerwärmung von Pufferräumen oder Bauteilen oder Bauteileseiten. Damit wird eine tiefe Abkühlung in der Nähe des Wärmerückgewinnungsspeicherwärmetauschers (59) erreicht, wodurch ein guter Wärmerückgewinnungswirkungsgrad erreicht wird. Die Vorerwärmung vermindert Temperaturdifferenzen von heizbaren Räumen. Dadurch wird weniger Wärmeenergie von höherem
Temperatuφotenzial benötigt. Höhere Temperatiupotenziale erfordern aber mehr Nachheizenergie oder teurere Investitionen in solare Gewinnung oder geringere Arbeitszahlen bei Wärmepumpen, so dass durch eine Vorerwärmung Primärenergie oder Kosten eingespart werden. Werden die Vorerwärmungswärmetauscher so eingebaut, dass sie auch zur Kühlung von Bauteilen verwendet werden können und somit zusätzlich solare Energie gewonnen, so ist eine solche Anordnung bei Berücksichtigung der Ökologie wirtschaftlich.
Der Speicherwärmetauscher (59) dient der Wärmerückgewinnung beispielsweise aus Abwasser. Das Abwasser wird in den Speicherwärmetauscher geleitet, wenn das zulaufende Abwasser wärmer ist, als das im Speicherwärmetauscher und dient im Speicherwärmetauscher als Speicherfluid. Bei der Anwendung für Abwasserwärmerückgewinnung ist der wirtschaftliche Vorteil eines
Speicherwärmetauschers besonders gravierend, da hier hohe Stillstandszeiten anfallen, wo kein Abwasser anfallt. Hierdurch kann die Wärmetauschfläche gering ausgelegt werden, da in den Stillstandszeiten der Wärmetausch zu den Vorerwärmungswärmetauschern (58,57) über die Zeit erfolgen kann. Der Speicherwärmetauscher für Abwasser muss dann vom Volumen nur so groß ausgelegt werden, dass ein mittleres Volumen wie z. B. von einem Duschvorgang aufgenommen werden kann um einen akzeptablen Wirkungsgrad bei geringen Kosten zu erreichen. Figur 8 und 9 zeigt einen Speicherwärmetauscher wie aus Figur 3 und 4, aber mit der modularen Erweiterung von Speicherkapazität mit weiteren Latentspeicherwärmetauschern (3), welche umgeben angeordnet sind, und wobei die Isolierung (1) den gesamten Speicherwärmetauscher in Figur 8 und 9 umgibt.
Die umgebenden Latentspeicherwärmetauscher (3) können zur besseren Wärmeleitung in wärmeleitenden Materialien (64) wie Sand, Kies, Steine liegen und bildet damit einen umgebenden Feststoffspeicherwärmetauscher. Die Wärmeleitung erfolgt aus dem Fluidspeicherwärmetauscher (63) über Wärmeleitbrücken, welche beispielsweise in der Luftführung (65,66) oder in einem direkten Kontaktbereich (60) zum Fluidwärmespeichertauscher (63) liegen.
Diese erfindungsgemäße Anordnung hat den Vorteil, dass Speicherwärmetauscher mit fast beliebiger Wärmekapazität modular aufgebaut werden können. Außerdem können die Lade- und BereitsteUungseinrichtungen für Luft und Fluid (61,62) auch für den umgebenden Feststoffspeicherwärmetauscher genutzt werden. Dadurch können wirtschaftlich Kurzzeit- und Langzeitwärmespeicher sowie kombinierte Kurzzeit-Langzeitwärmespeicher aufgebaut werden.
Kombinierte Kurzzeit-Langzeitwärmespeicher und Langzeitwärmespeicher haben das Problem, dass durch die große Wärmekapazität und damit die große Wärmeleitfähigkeit Schichttemperaturen sich angleichen und zur Aufrechterhaltung der Schichttemperatur relativ viel Wärmeenergie notwendig ist, welche regenerativ auch nicht immer zur Verfügung steht. Dieses Problem wird dadurch gelöst, dass Schichten oder Segmente des Speicherwärmetauschers mit Isolierungen abgetrennt werden, so dass die Temperaturen länger erhalten bleiben und nicht mit anderen Segmenten oder Schichten angeglichen werden können. Das Laden und Entladen der Schichten und Segmente kann mit Lade-
und BereitsteUungseinrichtungen für Luft und Fluid erfolgen, welche über Klappen oder Schleusen in die isolierte Schichten und Segmente positioniert werden. Auch das Ein- und Ausschalten der Isolierungen, beispielsweise positionierbarer Isolierungen, welche vor Wärmeleitbrücken hin oder wegpositioniert werden können, erfüllt die Funktion der Schicht- oder Segmenttemperaturhaltung sowie der Be- und Entladung von Schichten und Segmenten. Für die Isolierung des Feststoffspeicherwärmetauschers eignen sich viele Materialien. Isolierungen im Fluidspeicherwärmetauscher müssen fluidresistente und dichte Isolierungen benutzt werden. Es wird vorgeschlagen hierbei Schaumglas oder Kork zu verwenden, welche versiegelt sind. Auch gekapselte Isolierungen sind geeignet. Die Isolierung von Schichten und Segmenten bringt gegenüber getrennten Speichern oder
Speicherwärmetauschern den Vorteil, dass die äußere Isolierung geringer ausgeführt werden kann, und die Verluste innerhalb des Speicherwärmetauschers bleiben, und Lade- und BereitsteUungseinrichtungen für Luft und Fluid mehrfach genutzt werden können. Außerdem bietet diese Bauweise den Vorteil, dass man von schlanken und hohen Bauformen zur besseren Schichterhaltung abweichen kann und sich damit an örtliche Gegebenheiten viel besser anpassen kann. Figur 10 und 11 zeigt die Erweiterung des Speicherwärmetauschers in Figur 3 und 4 um einen tauschenden Bereich (70). Die Vorschaltung eines tauschenden Bereichs ermöglicht die gesteuerte oder geregelte Wärmeaufnahme oder Wärmeabgabe in oder aus dem Speicherwärmetauscher. Der tauschende Bereich besitzt wärmetauschende Begrenzungen und eine Isolierung (69) zum Speicherwärmetauscher. Das Austauschfluid (4) kann mittels Verbindungen (68,79) durch den Wärmetausch im tauschenden Bereich angetrieben zwischen Speicherwärmetauscher (4) und tauschenden Bereich (70) ausgetauscht werden. Im einfachsten Fall kann eine Verbindung thermostatgeregelt sein, so dass die Raumtemperatur geregelt wird. Dies bedingt aber keine schichtengerechte Entladung bzw. Ladung. Durch den Anschluss des tauschenden Bereichs an eine Lade- und Bereitstellungseinrichtungen für Fluid kann die schichtengerechte Entladung bzw. Ladung und die Regelung der Raumtemperatur erfolgen.
Bei einer Wärmeabgabe an einen Raum kann beispielsweise die Position der oberen Lade- und BereitsteUungseinrichtungen für Fluid (75) raumtemperaturgeregelt werden. Beispielsweise durch einen Zweipunktregler, welcher bei zu geringer Temperatur die Lade- und BereitsteUungseinrichtungen für Fluid (75) nach oben positioniert und bei zu hoher Temperatur nach unten. Die untere Lade- und BereitsteUungseinrichtungen für Fluid (77) kann mit dem Motor in die Schicht geregelt werden, welche die gleiche Temperatur wie das zurückfließende Fluid besitzt. Aber auch die Unterbindung des wärmetauschgetriebenen Flusses ist möglich, indem diese Lade- und BereitsteUungseinrichtungen für Fluid nach oben positioniert wird, so dass ein By-Pass entsteht oder die Strömung durch die mangelnde Auftriebskraft des kalten Fluids abreißt.
Bei der Wärmeaufnahme über den tauschenden Bereich beispielsweise durch eine absorbierende Beschichtung und einen transparenten Vorsatz und der Aussetzung der solaren Strahlung wird die
obere Lade- und BereitsteUungseinrichtungen für Fluid entsprechend der zugefuhrten Temperatur in die Schicht mit der entsprechenden Temperatur geregelt. Die untere Lade- und BereitsteUungseinrichtungen für Fluid wird zur Regelung oder Steuerung der Temperatur des Vorlaufes positioniert. Der Aufgabe entsprechen Speicherwärmetauscher in Heizungssystemen mit Ausflihrungen, bei denen die Wärme in mindestens einem Speicherwärmetauscher mit Fluid- oder Latentmedien oder chemischen Speichermedium gespeichert wird, und Grenzen zum Wärmetausch genutzt werden. Hierbei wir zur Wärmespeicherung die wärmespeichernden Medieneigenschaften und/oder der Aggregatzustandswechsel von Stoffen und oder chemisch reversible Verbindungen genutzt. Deshalb können im Speicherwärmetauscher feste, flüssige, dampfförmige, kristalline Aggregatzustände auftreten. Speicherwärmetauscher bei denen der Wärmetausch der Medien direkt über mindestens eine Grenze (34) oder über angeordnete Elemente des Speicherwärmetauschers erfolgt, sind besonders wirtschaftlich, da Begrenzungswände einerseits das oder die Speichermedien halten und gleichzeitig der Wärmetausch darüber erfolgt. Hohe Speicherfähigkeit wird durch die Nutzung von angeordneten tauschenden und/oder speichernder Einheiten erreicht. Beispielsweise durch umgebende
Festspeicherstoffe oder Latentspeicherwärmetauscher, welche ebenfalls zusätzlich zum Wärmetausch genutzt werden können. Beispielsweise zum Laden und Bereitstellen aus weiteren Speicherwärmetauschem und oder zur direkten Erwärmung der Raumluft oder der Luft aus der kontrollierten Lüftung. Beim Stand der Technik werden hierzu aufwändige Wärmetauscher wie Heizköφer, Wasser/Luft- Wärmetauscher usw. verwendet, welche mit den erfindungsgemäßen Speichewärmetauschern eingespart werden können.
Weitere speichernde und/oder tauschende Einheiten, wie Speicherwärmetauscher, Speicher, Wärmetauscher, Speichermedien (3), sind dem Speicherwärmetauscher angeordnet, wie integriert, umgebend, angebaut, verschaltet. Durch die Anordnung weiterer tauschender und/oder speichernder Einheiten kann der erfindungsgemäße Speicherwärmetauscher gegenüber Speichern beim Stand der Technik flexibler genutzt werden und modularer aufgebaut werden und vorhandene Speichermassen genutzt werden, sowie Wärme aus unterschiedlichen Quellen genutzt werden. Nutzbringend ist auch die umgebende Anordnung. Sinnvoll kann auch die Anordnung von Speichern und Wärmetauschern sein. Eine signifikante Weiterbildung des Speicherwärmetauscher wird dadurch erreicht, dass die tauschenden Medien und/oder speichernden Medien mindestens eines der nachfolgenden Stoffe: Gas, Fluid, Feststoff (64), Latentstoff (3);Chemischer Speicherstoff sind. Sinnvolle Anwendungen bei Gas sind Luft, Raumluft(2), Abgas und Inertgas. Für Fluidmedien kommen Wasser (4), Brauchwasser (50), Zisternenwasser (53), Abwasser (59), Kühlfluid (55), Heizungsfluid, Wasser mit Frostschutzmittel, Wasser mit Korrosionsschutzmitteln, Öl in Betracht. Bei Feststoffen (64) sind Sand, Kies, Steine, Beton, Erde, Altmaterialien vorteilhaft. Das Ausfüllen von Zwischenräumen bei gruppierten räumlichen Gebilden (3) mit Medien (4,64) ermöglicht den Wärmetausch, die Isolierung, sowie die
Nutzung der Zwischenräume als Speicherkapazität. Gegenüber dem Stand der Technik, wo mehrere isolierte Speicher in Zylinderform aufgestellt werden, wird durch das Ausfüllen mit Speichermedien der zur Verfügung stehende Raum besser genutzt. Chemische Speichermedien können beispielsweise Zeolithen oder Salzhydrate sein, welche durch eine Dehytratisierung Wärme wandeln. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen des Speicherwärmetauschers werden erreicht, indem dieser aus mindestens einem räumlichen Gebilden mit mindestens einem Innenraum, wie Zylinder, Kugel, besteht. Weitere Beispiele für räumliche GebUde sind Hohlgebilde, Behältern, Rohren, Kanälen, Hohlzylinder, Hohlkugeln, Hohlkugelsegmenten, Hohlquadern, Hohlringen, Kugelsegmenten, näherungsweise Kugelform, Hülsen, Behältnissen, Kapseln, zylindrische Scheiben, Platten mit Abstandseinrichtungen, Veφackungsbehältern - wie Konservendosen, Farbdosen, Gasdosen,
Glasbehältern, Eimer - , nach dem Konservendosenprinzip oder dem Farbdosenprinzip oder dem Gasdosenprinzip hergesteUte Behälter. Durch die Wahl der entsprechenden räumUchen Gebilde lassen sich Speicherwärmetauscher mit zugeschnittenen spezifischen Eigenschaften, wie z.B. geringe Oberfläche zur Verlustrninimierung bei geringer Wärmetauschleistung fertigen. Aber auch die Verwendung von räumlichen Gebilden aus standardisierten Gebilden steigert die Wirtschaftlichkeit der Wärmespeicherung.
Vorteilhaft ist auch die Gruppierung (3) von räumlichen Gebilden mit gemeinsamen und/oder getrennten Begrenzungen sind, wie ineinanderiiegend (4,3), aneinandergereiht. Die aneinandergereihte Gruppierung kann nebeneinanderliegend und/oder gestapelt erfolgen. Nutzbringend ist auch die konzentrisch ineinanderliegende Gruppierung. Hierdurch werden unterschiedliche
Aufbaumöglichkeiten von Speicherwärmetauschern erreicht, wodurch die Anpassung an unterschiedliche Wärmefunktionen ermöglicht wird.
Gruppierte räumliche Gebilde, vorwiegend kleinere, werden Sinnvollerweise zu Packungen (56) zusammengepackt. Dadurch können solche räumlichen Gebilde Halt für Montage und Betrieb erhalten.
Besonders förderlich für die Wärmeübergang in räumlichen Gebilden (3) und oder Zwischenräumen (64) von gruppierten räumlichen Gebüden ist das Einbringen von Wärmeleitungen, wie Drahtgewebe, Folien. Als Drahtgewebe sind Maschendraht (41) oder Drahtnetze verwendbar. Auch Drähte können genutzt werden, wenn sie befestigt werden können. Weitere Beispiele für Wärmeleitungen sind Metallbleche, Konservendosen, Gasdosen, Farbdosen, Altmetall. Bei der Wärmeleitung in
Temperaturräume sind auch fluidgefüllte Rohre vorteilhaft, da zusätzlich die Wärmekonvektion des Fluids Wärme bewegt. Dies ermöglicht die Verwendung von schlecht wärmeleitenden Speichermedien bei geringem Platzbedarf für die Wärmeleitungen und damit hoher Speicherdichte eines Speicherwärmetauschers. Speicherwärmetauscher mit mindestens eine Begrenzung eines räumlichen Gebildes aus einer
Dünnwand aus einheitüchen Material oder einem Materialmix, wie Folien, Dünnbleche, mit oder ohne konstruktiver Verstärkung, und/oder einem Verdrängungsraum ermöglichen die wirtschaftliche
Ausführung von unterschiedlichen Speicherwärmetauschern bzw. von angeordneten Speicherwärmetauschern. Beispielsweise können hiermit korrosionsfeste Speicherwärmetauscher gebaut werden, wobei die Begrenzungen mit Edelstahldünnblech und die konstruktiven Verstärkungen aus preisgünstigeren Materialien hergestellt sind. Speicherwärmetauscher mit konstruktiven Verstärkungen oder aus einem Packungszusammenhalt aus Halteelementen, wie Spannelemente, Stützelemente, erlauben die Nutzung von regenerativen Elementen mit einer preiswerten Stabilisierung dieser Elemente. Beispielsweise die Verwendung von Holzstreben, welche mit gesicherten Veφackungsstahlbändern zusammengehalten werden. Beispiele für verwendbare Spannelemente sind Gewebe, Maschen, Netzen, Bändern, vorwiegend Veφackungsstahlband. Für Stützelemente werden Ringe, Streben, Pfeiler vorgeschlagen. Vorteilhaft ist auch die drucktolerierende Ausführung der Speicherwärmetauscher, wie druckanpassend, druckausgleichend. Dadurch ist der Speicherwärmetauscher auch ausdehnungsanpassungsfahig und Ausdehnungsvolumen aufnahmefähig. Hierdurch können angeordnete Speicherwärmetauscher druckkommunizierend gebaut werden. Außerdem können Drücke aus dem Heizungssystem aufgenommen bzw. abgegeben werden, wodurch sich gegenüber dem Stand der Technik einfachere Heizungssysteme aufbauen lassen. Weiterhin ist eine Drucktolerierung in der Art vorteilhaft, dass beispielsweise angeordnete Speicherwärmetauscher durch die Ausdehnung erzeugte Drücke aufbauen oder schon mit Drücken vorbesetzt sind, so dass die Wärmespeicherung von höheren Temperaturen als bei Siedetemperaturen bei Atmosphärendruck ermöglicht wird. Die Drucktolerierung aus mindestens einem nachgiebigen Element ermöglicht die einfache
Ausführung von Heizungssystemen mit drucktolerierende und -kommunizierende Eigenschaften. Für nachgiebige Elemente kommen Membranen, vorwiegend aus Silikonmatten, oder flexibel gelagerten Flächen, wie mit Wellvorrichtungen, Elastische Köφer, wie elastischer Sack, elastischer Schlauch in Betracht. Besonders vorteilhaft sind; Verdrängungsräume und Verdrängungsaufhahmeräumen, wie Gasblase, vakuumierter Bereich, Fluidbereich, Atmosphäre, da ke ne zusätzlichen Bauteile benötigt werden und vorhandene Behälter genutzt werden können. Auch die Kombination mit unterschiedlichen nachgiebigen Elementen ist bei gruppierten Speicherwärmetauschern sinnvoll. Speicherwärmetauscher können ohne Wärmeisolierung betrieben werden, beispielsweise wenn sie in isolierte Speicher oder Räume integriert sind. Mit der Anbringung der Speicherwärmetauscher hinter oder in einer Wärmeisolierung (1), wobei diese transparent oder opak oder teilweise transparent und opak ist der Speicherwärmetauscher universeller einsetzbar. Beispielsweise kann eine Teilbegrenzung direkt Strahlungswärme aufnehmen oder abgeben, während ein andere Teil der Begrenzung Wärme mittels Konvektion austauscht. Mit der dezentralen Anordnung der Speicherwärmetauscher erfordern diese auch eine angepasste Fluidauslaufsichenmg, wie sie mit einer Fluidauffangvorrichtung mit oder ohne Fluidableitung, einer Feuchtigkeitsüberwachung, einer Fluidverlustüberwachung, einer Fluidpegelüberwachung erreicht
werden kann. Durch die Kombination solcher Fluidauslaufsicherungen können auch erhöhte Auslaufsicherheitsstufen erreicht werden.
Die Integration einer Heizung oder Nachheizung, wie Brennräume in den Speicherwärmetauscher oder die direkte Kopplung mit dem Speicherwärmetauscher, so dass ein wärmetauschgetriebener Austausch des Fluids erfolgen kann, erspart das fremdenergiebetrieben Umwälzen beispielsweise beim Nachheizen. Allerdings müssen Wärmeverluste durch eine isolierte Abschottung der integrierten Brennräume vermieden werden. Vorteilhaft ist eine solche Integration oder Kopplung auch zur Nutzung der Abgaswärme mittels der gasführenden Tauschbereiche des Speicherwärmetauschers, welche auch zur isoüerenden Abschottung fähig sind, beispielsweise durch Orts änderbare Elemente. Mit Hilfe von Speicherwärmetauscher, welche Latentspeichermedien (3) gleicher und/oder unterschiedlicher Aggregatzustandswechseltemperaturen enthalten, können speichernde Bereiche mit hoher Speicherfähigkeit bei den typischen Gebrauchstemperaturen realisiert werden, wodurch gegenüber dem Stand der Technik, wo eine Aggregatzustandswechseltemperatur mit der maximalen Gebrauchstemperatur gewählt wird, die Wärmeverluste niinimiert werden, sowie geringere Wärmeerzeugungstemperaturen genutzt werden können. Bei Speicherwärmetauschern, welche die Temperatur über längere Zeit halten müssen und welche mit wärmetauschenden oder -leitenden Medien verbunden sind, würden unterschiedUche Aggregatzustandswechseltemperaturen das Problem erzeugen, dass ein hoher Wärmefluss zu niedrigen Wärmepotenzialen stattfinden würde, so dass höhere Temperaturniveaus zuerst entladen wären, wodurch Temperaturniveaus vernichtet werden, welche wieder erzeugt werden mussten. Diese Problem wird mit Hilfe der erfindungsgemäßen Temperaturräume gelöst.
Vorteilhaft gekennzeichnet ist der Speicherwärmetauscher durch die BefüUung mindestens eines räumlichen Gebildes und/oder eine Packung von räumlichen Gebilden (3) mit Latentspeichermedien. Hierdurch können Latentspeichebereiche eingefüllt werden und auch befüllt aufgebaut werden, wodurch ein Speicherwärmetauscher beispielsweise auch nachträglich erweiterbar ist. Speicherwärmetauscher, wobei die räumlichen Gebilde mit gleichen Aggregatzustandswechseltemperaturen der Latentmedien gruppiert werden, können zu Temperaturräumen zusammengefasst werden, wodurch sich deren Vorteile erschließen. Speicherwärmetauscher welche dadurch gekennzeichnet werden, dass die Gruppierung von Latentmedien mit Aggregatzustandswechseltemperaturen mit typischen Durchschnittswerten oder Maximalwerten für die Gebrauchsfunktion, wie Heizung, Brauchwasser, ausgelegt ist, besitzen eine hohe Speicherfähigkeit bei den typischen Temperaturen dieser Gebrauchsfunktionen, so dass die Wärmeerzeugung mit durchschnittlich geringerem Temperaturniveau auskommt, welches die Verluste mmimiert und die Erzeugungskosten senkt, beispielsweise auch durch die Wärmerückgewinnung. Weitere Beispiele für Gebrauchsfunktionen sind Zistemenwasser, Vorerwärmung, Schnellheizung, Wärmerückgewinnung, Kühlung.
Speicherwärmetauscher, wobei die Wärmeleitung isolierbar oder leitend änderbar ist, erlauben die Wärmebewegung d.h. den Wärmetausch bzw. den Wärmeaustausch innerhalb des Speicherwärmetauschers zwischen Temperaturräumen, Tauschenden Bereichen, Medien. Auch zu externen Wärmetauschern, Speicherwärmetauschern oder Speichern ist eine Wärmebewegung möglich. Durch die Änderbarkeit der Wäπneleitung ist diese unterbrechbar oder auch steuerbar und regelbar, wodurch Temperaturniveaus hergestellt, gehalten, ferngehalten werden können. Die Isolierbarkeit oder Änderbarkeit der Wärmeleitung erfolgt mit positionierbaren oder trennbaren oder klappbaren Isolierungen (8,11), Abtrennungen, Wärmeleitungen, - wie Isoliervorhänge, Schaumglas, Korkplatten, MetaUblechen, Metallblechen mit Isolierung, gekapselte und aneinandergefügte Gasräume, - und/oder fluidentleerbare und -befüllbare Gasräume, in Gasräume führende
Wärmeleitung mit Freigabe und Sperren der Konvektion aus dem Gasraum, in Fluidräume führende Wärmeleitung mit Freigabe und Sperren der Konvektion aus dem Fluidraum. Durch diese neue Möglichkeit der Wärmebewegung können beispielsweise f ostgefährdete Wärmetauscher einfach Wärme in einen Speicherwärmetauscher einspeichern, wobei bei Frostschutz die Wärmeleitung unterbunden wird.
Nutzbringend für die Materialersparnis und den Wirkungsgrad ist, dass Raumluft direkt mittels Konvektion und/oder Wärmestrahlung aus dem Speicherwärmetauscher erwärmt wird. Dadurch kann ein Speicher auch gleichzeitig als Heizköφer wirken. Förderiich für das wirtschaftliche Speichern, Laden und Bereitstellen von Wärme ist die Durchströmung von gasführenden Bereichen des Speicherwärmetauschers (2) mit Medien aus externen Elementen, wie aus kontrollierter Lüftung, kühlbaren Maschinen. Weitere Beispiele hierfür sind Luft aus Luftkollektoren, Luft aus Kühlern, Luft aus Geräten, Abgas aus Maschinen. Hierbei sichern Lade- und Bereitstellungseinrichtungen, wie zonensteuerbare Umströmungen der wärmetauschenden Begrenzungen, Tauschende Bereiche, änderbare Wärmeleitung das temperaturgerechte Laden und Bereitstellen mit den Gasmedien.
Beim Stand der Technik sind Schichtungseinrichtungen nur für Fluidmedien bekannt. Speicherwärmetauscher mit mindestens einer Lade- und/oder Bereitstellungseinrichtung (Fig.3,4: 33,37,35,38; Fig.3,4: Schnitt IV-IV; Fig.8,9: 61,62) für mindestens zwei Medien(Fig.3,4: 3,4; Fig.8,9: 3,63,64) oder für Gas (44,45,48,49) oder fiir Feststoffe (64) oder für Latentstoffe ermöglichen einerseits Temperaturräume in unterschiedlichen Speichermedien sowie das Laden und Bereitstellen beliebiger Temperaturniveaus mit unterschiedlichen Medien. Dadurch wird die Flexibilität vor allem von regenerativen Heizungssystemen gefördert. Neben der bekannten Wäϊmefunktion von Lade- und Bereitstellungseinrichtungen nämlich das Schichten in einem Speicher erlauben die Lade- und BereitsteUungseinrichtung (Fig.3,4: 33,37,35,38; Fig.3,4: Schnitt IV-IV; Fig.8,9: 61,62) mindestens eine der Wärmefunktionen, wie Temperaturräume laden, entladen, halten, erzeugen, ändern, regeln; Mischen, temperaturgerechtes, volumengerechtes
BereitsteUen; Verschalten, Aufnahme, Abgabe regeln, steuern, ausführen. Hierdurch werden die Lade und/oder Bereitstellungseinrichtungen des Speicherwärmetauschers mehrfach genutzt, wodurch die Wirtschaftlichkeit vor aUem regenerativer Wärmegewinnung weiter gesteigert wird. Vorteilhaft ist die Speisung von Ladeeinrichtung und/oder BereitsteUungseinrichtungen (Fig.3,4: 33,37,35,38; Fig.3,4: Schmtt IV-IV; Fig.8,9: 61,62) mit Wärme oder Kälte aus mindestens einem Speicherwärmetauscher oder Wärmetauscher oder Medienstrom. Hierdurch kann direktes und/oder indirektes Laden und Bereitstellen realisiert werden, wodurch auch Systemtrennungen ermöglicht werden beispielsweise von Abwassersystem und Heizungssystem. Speicherwärmetauscher, bei denen die Ladeeinrichtung auch als Bereitstellungseinrichtung dient, sind ebenfalls durch Mehrfachnutzung wirtschaftlicher. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Lade- und Bereitstellungseinrichtung in zwei Strömungsrichtungen betreibbar ist und im Umlauf betrieben wird oder mit einem Gegenlaufbetrieb nach den Verfahrensansprüchen 51-53. Speicherwärmetauscher mittels einer Lade- und oder Bereitstellungseinrichtung (Fig.3,4: Schnitt IV- IV) mit Hilfe einer variablen, wählbaren, wärmetauschenden Fläche im oder am Speicherwärmetauscher erlauben vor allem das temperaturgerechte Laden und Bereitstellen mit
Gasmedien. Aber auch Wärme aus Fluidmedien und Feststoffmedien sind durch solche Einrichtungen mit den definierten Wärmefunktionen nach Anspruch 23 versehbar.
Dadurch, dass die variable, wählbare, wärmetauschende Fläche durch separierte Segmente (36) unterteilt wird, welche durch mindestens ein Orts änderbares Element (44,45,48,49) variabel durchströmt werden, kann unerwünschte Konvektion im Stillstand bei strömenden Medien unterbunden werden. Hierdurch werden Temperaturräume im Stillstand erhalten. Die Unterteilung von Speicherwärmetauschern in mindestens einem tauschenden Bereich (Fig.10, 11 : 70) und mindestens einem überwiegend speichernden Bereich (4,3) erlaubt ebenfalls das Laden- und Bereitstellen von mit den Wärmefunktionen nach Anspruch 23. Eine solche Ausführung ist besonders vorteilhaft bei der direkten Wärmeabgabe an einen Raum.
Dadurch, dass sich der tauschende Bereich innerhalb oder außerhalb (70) des speichernden Bereichs oder an der Begrenzungswand des Speicherwärmetauschers oder außerhalb des Speicherwärmetauschers befindet, kann die beispielsweise die Wärmeabgabe aus einem Speicherwärmetauscher flexibel in mehrere Räume erfolgen. Mit der Wärmebewegung über Begrenzungen des Speicherwärmetauschers, erfolgt auch eine
Wärmebewegung innerhalb des Speicherwärmetauschers. Zur definierten Wärmebewegung innerhalb des Speicherwärmetauschers bzw. zur Temperaturniveauhaltung sowie zum Laden und Bereitstellen von Wärme wird der speichernde und der tauschende Bereich mit einer Strömungstrennenden und oder wärmedämmenden Abtrennung (69) versehen, wobei diese auch druckhaltend ausgeführt sein können. Dadurch, dass der Tauschende Bereich regelbar oder steuerbar ist, können definierte Wärmemengen und Temperaturniveaus einfach geladen und bereitgestellt werden. Die Regelung oder Steuerung kann
mit mindestens einer thermostatgeregelten Verbindung (68,79) zwischen den Bereichen oder mit einer Lade- und Bereitstellungseinrichtung erreicht werden.
Speicherwärmetauscher, bei denen der tauschende Bereich (70) mit einer solarabsorbierenden Schicht und oder mindestens einem Vorsatz, wie einem transparenten Vorsatz, einer Orts änderbaren Abtrennung, versehen ist, können auch zur solaren Wärmegewinnung genutzt werden. Mit dem
Vorteil, dass dieser Tauschende Bereich auch zur Heizung von Räumen genutzt werden kann, wenn der transparente Vorsatz aus einer transparenten Wärmedämmung besteht.
Die konsequente Nutzung der Begrenzungswände des Speicherwärmetauschers erfolgt dadurch, dass der Wärmetausch des Speicherwärmetauschers intensiviert wird, wie mit oberflächenvergrößernden Strukturen und/oder verwirbelnden Strukturen. Dies kann beispielsweise auf beiden Seiten der wärmetauschenden Begrenzungen erfolgen, so dass beide Medien den Wärmetransfer verbessern. Speicherwärmetauscher bei denen die erfindungsgemäße Intensivierung (Fig. 6,7) mittels der Medienführung erfolgt, wie Rotationsbewegung oder Rückführungsbewegung, können beispielsweise vom Fluidvolumen klein ausgelegt werden. Dies ist besonders vorteilhaft bei Frischwasserspeicherwärmetauschern, wobei die Medienführung zusätzlich auch durch die Leitungen erfolgen kann, so dass bei Anforderung an den Zapfstellen auch nach einem Stillstand genügend warmes Frischwasser zur Verfügung steht.
Speicherwärmetauscher, welche dadurch gekennzeichnet sind, dass die Zuführung des Mediums tangentiale entlang der geometrischen Führung des Mediums erfolgt, zeichnen sich dadurch aus, dass mittels der Strömung ohne weitere Betriebsenergie eine Medienführung erreicht werden kann.
Mit Hilfe von Mitnehmern (52), welche die Führung des Mediums ausführen oder verstärken, wird eine weitere Verbesserung der Medienführung und damit des Wärmetauschs erreicht. Auch die Mitnehmer können mit Hilfe der zugeführten Strömung angetrieben werden. Mitnehmer, welche tauchend (52) oder schwebend ausgeführt sind und kantenfrei sind, können sich ohne Lager oder sonstige wartungsnötigen Bauteilen im Speicherwärmetauscher bewegen. Dies wird auch erreicht, indem die Mitnehmer verbunden (51) sind.
Dadurch, dass die Speicherkapazität oder die räumlichen Gebilde modular aufgebaut sind, wie mittels gruppierbaren Behältern, fügbaren Behältern, wird die dezentrale Anordnung von Speicherwärmetauschern erleichtert, wodurch Räume in Gebäuden besser zur Wärmespeicherung genutzt werden können. Beim Stand der Technik werden hierzu Speicher mehrfach verwendet oder bei größeren Speichern werden diese vor Ort zusammengeschweißt oder mit Großtransporten transportiert und mit Kränen eingebracht. Dies ist Kostenintensiv und wenig austausch- oder reparaturfreundlich. Speicherwärmetauscher, bei denen mindestens ein räumliches Gebilde oder eine Packung von räumlichen Gebilden (3) in oder um oder in der Nähe eines Speicherwärmetauschers aufgestellt oder gestapelt sind und/oder der Speicherwärmetauscher um die räumlichen Gebilde oder Packungen von räumlichen Gebilden aufgebaut sind, kann eine Modularität erreicht werden, mit welcher Speicherwärmetauscher an Anforderungen modelliert werden können.
Erleichtert wird die Integration von Speicherwärmetauschern oder räumlichen Gebilden oder Einbauten dadurch, dass der Speicherwärmetauscherbehälter aus mehreren Teilen zusammen fügbar ist, wie zusammen steckbar oder zusammen passbar.
Vorteilhaft ist dabei, dass ineinanderschiebbare Röhren oder Kanälen auf eine Bodenteil aufgestellt sind, und auf die ausgeschobenen Röhren oder Kanäle ein Deckelteil aufgebracht ist. Hierdurch wird der Aufbau von unten nach oben ermöglicht, so dass Einbauten mit wenig Hindernissen eingebracht werden können.
Mit Hilfe dessen, dass die Teile mit nach innen gerichteten Kräften wie mit Spannringen, vorwiegend Veφackungsstahlbändern, zusammengepresst und/oder mit nach außen gerichteten Kräften wie mit Pressringen zusammengehalten sind, wobei der Presskraftverstellmechanismus mindestens eines Pressringes mittels eines veschließbaren Durchführung verstellbar ist, wobei zwischen den zusammenhaltenden Flächen Dichtungen angebracht sind, ist das Problem der Abdichtung solcher fügbaren Behälter gelöst. Übliche Verfahren zum Betreiben eines Speicherwärmetauschers bestehen darin, dass der Speicherwärmetauscher mittels Medienflüsse geladen oder entladen wird und der Wärmezustand zwischen Medien angeglichen werden. Erfindungsgemäß ist das Verfahren zum Betreiben eines Speicherwärmetauschers, vorwiegend nach den Ansprüchen 1 bis 41, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Wärmebasisfiinktionen des Speicherwärmetauschers, wie Bewegen, wie Austauschen, Tauschen zum Laden und/oder Bereitstellen; Speichern; hinsichtlich des Flusses und oder des Zustands beeinflusst oder gehalten werden.
Das Verfahren, welches die Wärmebasisfunktionen zum Bewegen und Speichern um Wärmeleitungsund/oder WäπnesttaMungsfunktionen erweitert, macht den Speicherwärmetauscher universeller einsetzbar, da er beispielsweise mit der WäϊmesfraMungsfunk ion auch Bereiche heizen kann, welche zur Atmosphäre offen sind. Auch wärmeleitende Bauelemente können mittels der Wärmeleitung kostengünstig mittels des Verfahrens zum Laden und Bereitstellen sowie zum Speicher erschlossen werden.
Durch Erweiterung des Verfahrens dadurch, dass die Wärmebasisfunktionen des Speicherwärmetauschers mit mindestens einem Medium nach Anspruch 3 erfolgen, können beispielsweise Wärme aus Abwasser oder Kühlflüssigkeiten im Speicherwärmetauscher zur Heizung eines Gebäudes angepasst und damit einfach genutzt werden.
Weitere Vorteile bringt das Verfahren, dass das Bewegen änderbar ist, wie schaltbar, regelbar. Weitere Beispiele für die Änderbarkeit sind steuerbar, überwachbar, abbrechbar, fortsetzbar, umleitbar, durchleitbar, verteilbar, auslagerbar, einlagerbar, positionierbar. Hierdurch ist der vielfältige Einsatz des Speicherwärmetauschers gewährleistet, wie z. B. als Heizwärmetauscher und Speicher und Absorber.
Das Verfahren, dass die Änderbarkeit mittels Lade- und/oder BereitsteUungseinrichtungen erfolgt, bringt neben der Mehrfachnutzung der Lade und Bereitstellungseinrichtung auch die Mehrfachnutzung
von Antrieben für diese Einrichtungen und von Steuer und Regeleinrichtungen. Die Realisierung mittels unterschiedUcher Ausführung bringt das Kostennutzenoptimum vor allem hinsichtlich der jeweils genutzten Medien. Beispiele für änderbare Lade- und BereitsteUungseinrichtungen sind Tauschender Bereich, Orts änderbaren biegeschlaffen Leiteinrichtungen, änderbaren Isolierungen, änderbaren Wärmeleitungen, änderbaren Temperaturräumen, änderbaren Absorberflächen, Orts änderbaren Speicherwärmetauschern, Orts änderbaren Wärmetauscher. Das Verfahren, dass die Änderungen abhängig von Medientemperaturen und/oder Mediendifferenztemperaturen erfolgen, sichern das jeweüige Optimum in den unterschiedlichen Betriebsarten des Speicherwärmetauschers. Das Verfahren, dass die Medien temperaturgeregelt und oder strömungsgeregelt sind, wie mittels
Lade- und BereitsteUungseinrichtungen, drehzahlregelbaren Strömungsantrieben, wie Lüfter, Pumpen, Stellungen von Ventilöffhungen, gewährleistet die Wärmeversorgung oder Wärmeentsorgung der Bereiche im Speicherwärmetauscher sowie der externen Komponenten. Das Verfahren bei dem das Bewegen für erweiterte Wärmefunktionen, wie Wärmegewinnung, - Speicherung -Verteilung, -Rückgewinnung, -Kühlung, -Vorerwärmung, von gebäudenahen Quellen und Senken, wie Erdspeicherwärmetauscher, Maschinen, genutzt wird, ist besonders vorteilhaft, da hierdurch in einem Gebäude ein Wärmekreislauf erzeugt werden kann, wodurch Erzeugungsenergie eingespart werden kann. Weitere Beispiele für gebäudenahe Quellen und Senken sind Erdwärmetauschern, kontrollierten Lüftung, Bauteilen, Räumen, Gebäuden, Speichermassen, Erde, Solarkollektoren, Speicherwärmetauscher, Heizkessel, Öfen, Kaminen, Motoren, Brennstoffzellen, Wärmepumpen.
Das Verfahren nach dem das Bewegen mit solaren Erzeugern mit unterschiedlichen Wirkungsgraden und/oder Temperaturniveaus erfolgt, ermöglicht das gleichzeitige Vorerwärmen und Erwärmen zur Erreichung von optimalen Funktionstemperaturen und damit eine kostengünstige Erzeugung von solarer Wärme.
Zum kostengünstigen Transport der Medien ist das Verfahren sinnvoll, bei welchem der Austausch mit fluidf rmigen oder gasförmigen Medien in einer Vorwärts- und Rückwärtsströmung durch eine Leitung ausgeführt wird. Das Verfahren, dass eine Wärmequelle oder -senke zum Austausch eine nachgiebiges Element enthält oder mit einem nachgiebigen Element in Verbindung steht, ermöglicht den Einverbindungsfluss sowie die Speicherung von Energie zum Rückfließen.
Das Verfahren, bei dem durch eine Strömungsrichtung gespeicherte Energie, wie unterschiedliche Fluidpegel, Überdruck, Unterdruck, für die Gegenströmung genutzt wird, ermöglicht eine betriebskostengünstigen Transport der Wärme aus und in den Speicherwärmetauscher. Die Lade und BereitsteUungseinrichtungen können beim Transport als Weichen genutzt werden, so dass Wärme aus unterschiedlichen Temperaturräumen mit der Einrohrverbindung bei den unterschiedlichen Transportrichtungen transportiert werden kann.
Zur Haltung des Temperaturniveaus, sowie zur verlustarmen Speicherung und für weitere Wärmefunktionen ist das Verfahren vorteilhaft bei dem die Basiswärmefunktionen um Temperaturräume erweitert werden, wie Segmente, Schalen, und Temperaturniveau haltbar und/oder änderbar sind. Weitere vorteilhafte Temperaturräume sind räumliche Gebilden, gruppierte räumliche Gebilden, Schichten, Speicherwärmetauscher. Die Änderbarkeit von Temperaturräumen sind ladbar, entladbar, mischbar, schaltbar, regelbar, steuerbar, überwachbar, abbrechbar, fortsetzbar, umleitbar, durchleitbar, verteilbar, auslagerbar, einlagerbar, positionierbar.
Das Verfahren, dass die Temperaturräume mittels Wärmedämmung haltbar und/oder änderbar sind, erspart gegenüber Speicherbatterien Wärmedämmmaterial sowie Ausrüstungen zum Laden und Bereitstellen, da eine solche Einrichtung bei einem Speicherwärmetauscher mit Temperaturräumen genügt.
Sinnvoll ist auch das Verfahren, dass die Temperaturräume sich in mindestens einem der Medien nach Anspruch 3 befindet. Somit können alle Medien für Temperaturräume genutzt werden. Das Verfahren, dass die Temperaturräume gruppiert angeordnet sind, d.h. dass diese aneinandergereiht, gestapelt, oder gepackt sind, erlaubt den Aufbau von Wärmekonvektions unabhängigen Bauweisen von Speicherwärmetauschern und damit eine bessere Anpassung an örtliche
Gegebenheiten.
Mit dem Verfahren, dass die Wärmebasisfunktionen um externe Speicherkapazitäten und/oder
Wärmetauschflächen erweitert werden können, wie Feststoffmassen, Fluidmassen, wird die kostengünstige Speicherung und Heizung vor allem mittels regenerativer Energien unter Nutzung der FunktionsmögHchkeiten des Speicherwännetauschers ermöglicht.
;ugι szeichenliste
1 Isolierung
2 Gasmedium
3 Speicherwärmetauscher mit Latentmedium
4 Speicherwärmetauscher mit Fluidmedium
5 Fluidzu/ableitung
6 Temperaturabhängiges Ausdehnungselement
7 Stellelement für Klappen
8 Klappe für Medienzu- und Abführung
9 Fluidzu/ableitung
10 Abtrennung zur Medienführung
11 Klappe für Medienzu- und Abführung
12 Fluidzu/ableitung
13 Luftmedium
Lade- und Bereitstellungseinrichtung mit Fluid Lade- und Bereitstellungseinrichtung mit Fluid Vorläufe oder Rückläufe für Lade- und BereitsteUungseinrichtung Vorläufe oder Rückläufe für Lade- und Bereitstellungseinrichtung Lade- und BereitsteUungseinrichtung für Gas Lade- und Bereitstellungseinrichtung für Gas Medienwärmetauschbereich mit Segmenten Lade- und BereitsteUungseinrichtung mit Gas Lade- und BereitsteUungseinrichtung mit Gas Medienwärmetauschbereich mit Segmenten Gas-zu/abführung Gas-zu abführung Gaswärmetauschbereich Gaswärmetauschbereich Vorläufe oder Rückläufe für Lade- und BereitsteUungseinrichtung Vorläufe oder Rückläufe für Lade- und Bereitstellungseinrichtung Kanal Sensor Arretierung Orts änderbares Element Begrenzung Orts änderbares Element Gasleitungssegmente Orts änderbares Element Orts änderbares Element Vorläufe oder Rückläufe für Lade- und Bereitstellungseinrichtung Vorläufe oder Rückläufe für Lade- und Bereitstellungseinrichtung Mäanderförmiger Wärmeleitmaschendraht Gas-zu/abführung Gas-zu/abführung Orts änderbares Element für Gasbereich Orts änderbares Element für Gasbereich Kanal für Elementpositionierung Kanal für Elementpositionierung Orts änderbares Element für Gasbereich Orts änderbares Element für Gasbereich Brauch wassermedium
Kopplungsring für Mitnehmer Mitnehmer Speicherwärmetauscher mit Mitnehmer für Regenwasser Gruppierte räumliche Gebilde Kühlmedium mit Latentmedium Packung Speicherwärmetauscher mit Mitnehmer für Brauchwasservorerwärmung Speicherwärmetauscher mit Mitnehmer für Regenwasservorerwärmung Speicherwärmetauscher mit Latentspeicherwärmetauschern für Wärmerückgewinnung Gaswärmetauschbereich oder Wärmeleitbereich Lade- und Bereitstellungseinrichtung für Fluid Lade- und Bereitstellungseinrichtung für Fluid Fluidspeicherwärmetauscher mit Latentspeicherwärmetauschern Wärmeleitende Füllung Lade- und Bereitstellungseinrichtung für Gas Lade- und BereitsteUungseinrichtung für Gas Lade- und BereitsteUungseinrichtung für Gas Verbindung Speichernder Bereich Tauschender Bereich Isolierung zwischen speicherndem und tauschenden Bereich Tauschender Bereich
Lade- und Bereitstellungseinrichtung für Fluid
Lade- und Bereitstellungseinrichtung für Fluid Kopplung Verbindung Speichernder Bereich Tauschender Bereich