[go: up one dir, main page]

DE102008028855B4 - Arrangement and method for storing thermal energy - Google Patents

Arrangement and method for storing thermal energy Download PDF

Info

Publication number
DE102008028855B4
DE102008028855B4 DE102008028855A DE102008028855A DE102008028855B4 DE 102008028855 B4 DE102008028855 B4 DE 102008028855B4 DE 102008028855 A DE102008028855 A DE 102008028855A DE 102008028855 A DE102008028855 A DE 102008028855A DE 102008028855 B4 DE102008028855 B4 DE 102008028855B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
hollow body
heat
liquid
loose rock
thermal energy
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.)
Expired - Fee Related
Application number
DE102008028855A
Other languages
German (de)
Other versions
DE102008028855A1 (en
Inventor
Auf Nichtnennung Antrag
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.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to DE102008028855A priority Critical patent/DE102008028855B4/en
Publication of DE102008028855A1 publication Critical patent/DE102008028855A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102008028855B4 publication Critical patent/DE102008028855B4/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D20/0034Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using liquid heat storage material
    • F28D20/0043Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using liquid heat storage material specially adapted for long-term heat storage; Underground tanks; Floating reservoirs; Pools; Ponds
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24DDOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D11/00Central heating systems using heat accumulated in storage masses
    • F24D11/02Central heating systems using heat accumulated in storage masses using heat pumps
    • F24D11/0214Central heating systems using heat accumulated in storage masses using heat pumps water heating system
    • F24D11/0221Central heating systems using heat accumulated in storage masses using heat pumps water heating system combined with solar energy
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24DDOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D19/00Details
    • F24D19/10Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F24D19/1006Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems
    • F24D19/1009Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for central heating
    • F24D19/1045Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for central heating the system uses a heat pump and solar energy
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/20Solar thermal
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/70Hybrid systems, e.g. uninterruptible or back-up power supplies integrating renewable energies
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/14Thermal energy storage

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
  • Building Environments (AREA)

Abstract

Anordnung zur Speicherung von thermischer Energie in einer Flüssigkeit hoher Wärmespeicherkapazität (101) und in aufgefülltem oder gewachsenem Lockergestein (132, 133) mit gezielt veränderbarer Wärmeleitfähigkeit oder gezielt veränderbarer thermischer Leistung beim Transport thermischer Energie durch Bestandteile der Anordnung mit dadurch gezielt veränderbarer Dauer und Temperatur gespeicherter thermischer Energie, bestehend aus – einem mit einer Flüssigkeit hoher Wärmespeicherkapazität (101) gefüllten Hohlkörper (100), der mit einer Hüllschicht (130), insbesondere aus Vlies, Schaumstoff oder Kunststoff umgeben ist, wobei die Hüllschicht Wasser aufnimmt, abgibt oder leitet und ihrerseits außenseitig von gewachsenem oder aufgefülltem Lockergestein (132, 133) umgeben ist, – einer oberhalb des Hohlkörpers (100) und seiner Hüllschicht (130) zur gezielten Befeuchtung der Hüllschicht (130) und des Lockergesteins (132, 133) angebrachten Vorrichtung (135), – einer unterhalb des Hohlkörpers (100) angebrachten Vorrichtung (136) aus einer Folie oder einer Rinne, die Wasser sammelt und gezielt vom Hohlkörper (100) wegleitet, – einer oberhalb des...Arrangement for storing thermal energy in a liquid with high heat storage capacity (101) and in filled or grown loose rock (132, 133) with specifically changeable thermal conductivity or specifically changeable thermal power during the transport of thermal energy through components of the arrangement with specifically changeable duration and temperature thermal energy, consisting of - a hollow body (100) filled with a liquid of high heat storage capacity (101), which is surrounded by a covering layer (130), in particular made of fleece, foam or plastic, the covering layer absorbing, releasing or conducting water and in turn is surrounded on the outside by grown or filled loose rock (132, 133), - a device (135) attached above the hollow body (100) and its covering layer (130) for the targeted moistening of the covering layer (130) and the loose rock (132, 133), - one below the hollow body (10 0) attached device (136) made of a film or a channel that collects water and directs it away from the hollow body (100) - one above the ...

Description

Die umgangssprachlichen Begriffe ‚Kälte’ und ‚Wärme’ werden in dieser Anmeldung unter dem Begriff „thermische Energie”, die Begriffe ‚Wärmeleistung’ und ‚Kälteleistung’ unter dem Begriff ‚thermische Leistung” zusammengefasst.The colloquial terms 'cold' and 'heat' are summarized in this application by the term 'thermal energy', the terms 'thermal output' and 'cooling capacity' under the term 'thermal performance'.

Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zur Speicherung von thermischer Energie.The invention relates to an arrangement and a method for storing thermal energy.

Gemäß dem Stand der Technik sind Erdwärmespeicher in einer Ausführung als EWTS (= Erdwärmetauschersonden) als spiralig gewickelte Kunststoffrohre bekannt, die in Großbohrungen in Lockergestein eingebracht werden und nach dem Einbringen mit Lockergestein verfüllt werden. Die Kunststoffrohre sind von einem Wärmeträger durchflossen, der thermische Energie in das umgebende Lockergestein abgibt oder aus dem umgebenden Lockergestein aufnimmt. Vor- und Rücklauf haben einen gewissen Abstand und beeinflussen sich auf Grund ihrer unterschiedlichen Länge nur unbedeutend. Da es sich jedoch um Rohre mit geringem Durchmesser und kleiner Wärmeleitfähigkeit handelt, ist ein Austausch kurzzeitiger thermischer Spitzenleistungen mit dem umgebenden Lockergestein mit diesem Speichertyp nicht möglich. Zum Erreichen gleichmäßiger thermischer Leistungen sind im Fließgleichgewicht große Oberflächen erforderlich. Dies bedeutet, dass die EWTS nur als Langzeitspeicher bzw. saisonaler Speicher einzusetzen ist.According to the state of the art, geothermal storages in one embodiment are known as EWTS (= geothermal exchange probes) as spirally wound plastic pipes, which are introduced into large boreholes in loose rock and are filled with loose rock after introduction. The plastic pipes are traversed by a heat transfer, the thermal energy in the surrounding soil loose or absorbs from the surrounding soil. Forward and return have a certain distance and affect only insignificantly due to their different lengths. However, since these are small diameter pipes with low thermal conductivity, it is not possible to exchange short-term thermal peak performance with the surrounding loose rock with this type of storage. To achieve uniform thermal performance, large surfaces are required in steady state. This means that EWTS should only be used as long-term storage or seasonal storage.

Vom Funktionsprinzip her ähnlich sind Erdsonden, sie unterscheiden sich von den EWTS jedoch durch den Aufbau. Für die Errichtung von Erdsonden sind Bohrungen geringen Durchmessers in größere Teufen erforderlich, in die in der Regel Kunststoffrohre eingebracht werden. Vor- und Rücklauf liegen direkt nebeneinander, die Leitungen berühren sich in der Regel. Die thermische Kopplung von Vor- und Rücklauf ist erheblich. Das thermodynamische Verhalten gleicht den EWTS. Erdsonden können nur als Langzeitspeicher bzw. saisonale Speicher eingesetzt werden.Geothermal probes are similar in function, but they differ from the EWTS in their design. For the construction of geothermal probes small diameter holes are required in larger depths, in the plastic pipes are usually introduced. Flow and return are right next to each other, the lines usually touch each other. The thermal coupling of flow and return is significant. The thermodynamic behavior is similar to the EWTS. Geothermal probes can only be used as long-term storage or seasonal storage.

Während für EWTS und Erdsonden im wesentlichen Transmission für die Wärmeleitung innerhalb des Speichermediums verantwortlich ist, weist der Speicher gemäß DE 20 2007 013 089 U1 zusätzlich noch Kondensations- und Verdunstungsvorgänge mit gekoppelter Wasserdampfdiffusion auf. Gemäß DE 20 2007 013 089 U1 werden Rohrschlangen aus vorzugsweise Kunststoff horizontal in zwei Lagen übereinander in das Erdreich eingebracht. DE 20 2007 013 089 U1 weist ein Vorratsgefäß auf, in dem der Wärmeträger mit aus den Rohrschlangen aufgenommener Wärme zwischengespeichert wird. Das Vorratsgefäß kann innerhalb des Erdreichs, oberhalb des Erdreichs oder in einem Gebäude liegen. Das Vorratsgefäß hat also nicht die Funktion des Wärmeeintrags oder des Wärmeentzuges in bzw. aus dem Erdreich. Dieser Speichertyp vermag durch die die Wärmeleitung durch Transmission überlagernde Diffusion und Kondensation eine höhere spezifische Leistung, und eine gewisse Spitzenleistung abzugeben.While for EWTS and geothermal probes essentially transmission is responsible for the heat conduction within the storage medium, the memory according to DE 20 2007 013 089 U1 additionally condensation and evaporation processes with coupled water vapor diffusion. According to DE 20 2007 013 089 U1 Pipe coils made of preferably plastic are placed horizontally in two layers one above the other in the soil. DE 20 2007 013 089 U1 has a storage vessel in which the heat transfer medium is cached with heat absorbed from the coils. The storage vessel may be located within the soil, above the soil or in a building. The storage vessel does not have the function of heat input or heat extraction in or out of the soil. This type of storage is capable of delivering higher specific power and peak power through diffusion and condensation superimposing heat conduction through transmission.

In DD 264976 A1 ist ein abgeschlossenes System einer Wanne im gewachsenen Erdreich beschrieben. Die Wanne ist wasserdicht gegen das umgebende Erdreich abgedichtet. Diese Wanne ist aufgefüllt mit Erdreich. In die Wanne wird Wärme durch Einbringen warmen Wassers mittels perforierter Rohre eingetragen. Die Wärme wird dann wieder entzogen indem das in der Wanne stehende warme Wasser mittels perforierter Rohre abgesaugt wird.In DD 264976 A1 is a completed system of a well in the growing soil described. The tub is waterproof sealed against the surrounding soil. This tub is filled up with soil. Heat is introduced into the tub by introducing warm water through perforated tubes. The heat is then removed again by sucking the standing in the tub warm water by means of perforated pipes.

Aus dem Stand der Technik sind als Kurzzeitspeicher zwei Typen bekannt. Pufferspeicher oder Kurzzeitspeicher sind aufwendig gedämmte, wassergefüllte Tanks und speichern thermische Energie. Diese Speicher sind in der Regel teuer, die Volumina und damit die thermische Energie gering. Statt Wasser nutzen Speicher mit PCM (Phase Change Materials) oder Latentspeichermaterialien die beim Phasenwechsel flüssig-fest bzw. fest flüssig oder gasförmig-flüssig bzw. flüssig-gasförmig auftretende Enthalpie als Quelle/Senke für thermische Leistungen.From the prior art are known as short-term memory two types. Buffer memory or temporary storage are elaborately insulated, water-filled tanks and store thermal energy. These stores are usually expensive, the volumes and thus the thermal energy low. Instead of water, storage tanks with PCM (Phase Change Materials) or latent storage materials use the enthalpy, which is liquid-solid or solid liquid or gaseous, liquid or liquid-gaseous during the phase change, as a source / sink for thermal services.

Andere Ausführungen dieser Speicher nutzen die durch Resorption oder Absorption oder Adsorption eines in der Regel gasförmigen Arbeitsmittels wie z. B. Wasser an einer festen oder flüssigen Substanz freiwerdende Kondensations- oder Verdunstungsenthalpie. Diese Speicher sind sehr teuer, können je nach Nutzerverhalten aber sowohl als Kurzzeitspeicher und Langzeitspeicher bzw. saisonaler Speicher verwendet werden. Große thermische Energien lassen sich wirtschaftlich rentabel mit diesen Speichertypen über längere Zeiträume nicht speichern.Other versions of this memory use the absorption or absorption or adsorption of a generally gaseous working fluid such. As water on a solid or liquid substance released condensation or evaporation enthalpy. These memories are very expensive, but can be used as short-term storage and long-term storage or seasonal storage depending on user behavior. Large thermal energies can not be economically viable with these types of storage for long periods of time.

In heutigen Gebäuden und für prozesstechnische Anwendungen und in der Landwirtschaft ist der Bedarf an thermischer Energie zeitlich stark schwankend. Im Wärmehaushalt eines Gebäudes können drei Arten der Nutzung thermischer Energie klassifiziert werden, die sich nach Anwendung und Richtung des Wärmestroms unterscheiden:

  • 1. Erzeugung von Brauchwasser:
  • 2. Wärmebereitstellung zur Beheizung von Gebäuden
  • 3. Kühlung von Gebäuden:
Thermische Energie und thermische Leistung fallen zu unterschiedlichen Zeiten an. Die Dauer nicht unterbrochener erforderlicher Bereitstellung thermischer Energie kann sehr stark schwanken, von Minuten bis Tagen, die Anzahl der Intervalle, in denen thermische Energie vom Verbraucher angefordert wird, schwanken in der Anzahl und Dauer ebenfalls erheblich.In today's buildings and in process engineering applications and in agriculture, the demand for thermal energy varies greatly over time. In the heat balance of a building, three types of thermal energy usage can be classified, which differ according to the application and direction of the heat flow:
  • 1. Generation of service water:
  • 2. Heat supply for heating buildings
  • 3. Cooling of buildings:
Thermal energy and thermal power accumulate at different times. The duration of uninterrupted required provision of thermal energy can vary greatly, from Minutes to days, the number of intervals in which thermal energy is requested by the consumer, also vary considerably in number and duration.

Die Bereitstellung der oben genannten erforderlichen thermischen Leistungen und die von einem Verbraucher geforderten thermischen Energien können durch verschiedene Wärmequellen erfolgen, die den Speicher erfindungsgemäß speisen sollen:

  • 1. Bereitstellung durch einen solarthermischen Kollektor oder Absorber, wobei die Wärme über verschiedene Wärmeträger abgeführt werden kann. Es ist sinnvoll, die durch die Absorption solarer Strahlung anfallende Wärme bis zur Nutzung durch einen Verbraucher oder in einem technischen Prozess zu speichern, insbesondere da zwischen dem solaren Angebot an Energie tagsüber und dem Bedarf eine gewisse Zeitspanne liegen kann, auch dürfte die angebotene solare thermische Leistung in der Regel von der aktuell durch einen Verbraucher nachgefragten Leistung verschieden sein, so dass in diesen Fällen eine Pufferung erforderlich sein wird.
  • 2. Bereitstellung durch eine Wärmepumpe oder andere thermodynamische Arbeitsmaschine; wobei zur Bereitstellung der Heizleistung oder Kühlleistung der Wärmepumpe oder anderen thermodynamischen Arbeitsmaschine Umweltenergie auf der Primärseite erforderlich ist
  • 3. Bereitstellung auf Grund eines Oxidationsprozesses organischer Substanz direkt zum Verbraucher oder durch Zwischenschaltung einer der vorgenannten Wärmeträger. Dieser Oxidationsprozess kann z. B. Verbrennung von Gas, Öl, Kohle oder Holz oder ein chemoelektrischer Prozess wie z. B. die Verwendung von Methanol oder durch Reformation erzeugten Wasserstoffs in einer Brennstoffzelle sein.
The provision of the above-mentioned required thermal powers and the thermal energies demanded by a consumer can be achieved by means of various heat sources which are intended to feed the storage according to the invention:
  • 1. Provision by a solar thermal collector or absorber, wherein the heat can be dissipated via various heat transfer. It makes sense to store the heat generated by the absorption of solar radiation until it is used by a consumer or in a technical process, especially since there may be a certain amount of time between the solar supply of energy during the day and the demand, and the offered solar thermal Performance will generally be different from the current demanded by a consumer, so buffering will be required in these cases.
  • 2. provision by a heat pump or other thermodynamic work machine; wherein environmental energy on the primary side is required to provide the heating power or cooling capacity of the heat pump or other thermodynamic work machine
  • 3. Provision due to an oxidation process of organic substance directly to the consumer or by interposing one of the aforementioned heat transfer medium. This oxidation process can, for. As combustion of gas, oil, coal or wood or a chemoelectric process such. Example, the use of methanol or hydrogen produced by reformation in a fuel cell.

Es können Prozesse der Bereitstellung thermischer Energien miteinander gekoppelt werden.Processes of providing thermal energy can be coupled with each other.

Der Stand der Technik zeigt auf, dass zum Erreichen eines gewünschten Sollzustandes der Temperatur in einem Raume, oder von Brauchwasser oder eines anderen Wärmeträgers oder Kältemittels zeitlich stark schwankende Wärme- oder Kühlleistungen zu erbringen sind. Ebenfalls sind die benötigten thermischen Energien während eines gegebenen Zeitraums stark schwankend verfügbar.The prior art shows that in order to achieve a desired desired state of the temperature in a room, or of service water or other heat carrier or refrigerant temporally fluctuating heat or cooling services are to be provided. Also, the required thermal energies are widely fluctuating over a given period of time.

Daher müssen in Zeiten, in denen die erforderliche Kühl- oder Heizleistung vom Wärmeangebot abweicht zusätzliche Wärmequellen oder Wärmesenken bereitgestellt werden. Diese Ergänzung und Bereitstellung von thermischer Energie und thermischer Leistung aus einem Speicher kann über zeitlich stark unterschiedliche Zeiträume erfolgen:

  • • Wenn der zeitliche Abstand zwischen Laden und Entladen lediglich einige Minuten, Stunden oder Tage beträgt, so handelt es sich um eine Kurzzeitspeicherung.
  • • Wenn über einen langen Zeitraum von Wochen oder Monaten im Mittel der Speicher von der Senke zur Quelle bzw. von der Quelle zur Senke wird, spricht man von einem saisonalen Speicher oder Langzeitspeicher.
Therefore, additional heat sources or heat sinks must be provided during times when the required cooling or heating capacity deviates from the heat supply. This supplementation and provision of thermal energy and thermal power from a memory can take place over periods that vary considerably over time:
  • • If the time interval between loading and unloading is only a few minutes, hours or days, then it is a short-term storage.
  • • When storage over a long period of weeks or months, from sink to source or source to sink, is referred to as seasonal storage or long-term storage.

Die Aufgabe ist, eine Anordnung (und ein Verfahren) zur Speicherung von thermischer Energie zu schaffen,

  • • bei der die beiden Funktionen als Kurzzeitspeicher und als Langzeitspeicher in einer Anordnung vereint sind,
  • • die in der Lage ist, eine geringe thermische Leistung über lange Zeiträume im Fließgleichgewicht aufzunehmen oder abzugeben und
  • • die kurzzeitig ein Vielfaches der Dauerleistung als Spitzenleistung abgeben kann;
The object is to provide an arrangement (and method) for storing thermal energy,
  • • in which the two functions are combined as short-term storage and as long-term storage in an arrangement,
  • • able to absorb or release low thermal power over long periods of steady state, and
  • • which can briefly deliver a multiple of the continuous output as a peak output;

Durch die beiden Funktionen Kurzzeitspeicher und Langzeitspeicher / saisonaler Speicher in einer Einheit ist der nachfolgend beschriebene bifunktionale Speicher in der Lage die zeitlichen Unterschiede der Leistung thermischer Energie beim Ladevorgang als auch beim Entladevorgang auszugleichen.The two functions short-term storage and long-term storage / seasonal storage in one unit, the bifunctional storage described below is able to compensate for the temporal differences in the performance of thermal energy during charging as well as the discharge process.

Die Aufgabe wird durch eine Anordnung zur Speicherung von thermischer Energie nach Anspruch 1 und durch ein Verfahren nach Anspruch 7 gelöst.The object is achieved by a device for storing thermal energy according to claim 1 and by a method according to claim 7.

In Lockergestein wird ein Hohlkörper eingegraben, der mit einer Flüssigkeit hoher spezifischer Wärmespeicherkapazität gefüllt ist. Das den gefüllten Hohlkörper umgebende Lockergestein hat eine geringe Wärmeleitfähigkeit. Aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit des umgebenden Lockergesteins findet ein Energieaustausch und damit ein Temperaturausgleich mit der den Hohlkörper füllenden Flüssigkeit langsam statt. Bei geeigneter Dimensionierung des Verhältnisses Volumen/Oberfläche des Hohlkörpers und entsprechender Leistung der zugeführten oder entnommenen thermischen Energie kann die den Hohlkörper füllende Flüssigkeit als Kurzzeitspeicher für Wärme oder Kälte dienen. Die Außenwandung des Kurzzeitspeichers ist damit geometrische Begrenzung und wärmeübertragende Fläche gleichzeitig.In loose rock a hollow body is buried, which is filled with a liquid of high specific heat storage capacity. The loose rock surrounding the filled hollow body has a low thermal conductivity. Due to the low thermal conductivity of the surrounding loose rock an energy exchange and thus a temperature compensation takes place slowly with the liquid filling the hollow body. With suitable dimensioning of the ratio volume / surface area of the hollow body and corresponding power of the supplied or removed thermal energy, the liquid filling the hollow body can serve as a short-term storage for heat or cold. The outer wall of the short-term memory is thus geometric boundary and heat-transmitting surface simultaneously.

Im konkreten Anwendungsfall richtet sich die Dauer der Speicherung thermischer Energie einerseits:

  • • nach den Erfordernissen (Leistung der Nutzung der gespeicherten thermischen Energie des Anwendungsfalls), andererseits im Wesentlichen u. a. nach:
  • • der spezifischen Wärmespeicherkapazität der den Hohlkörper füllenden Flüssigkeit,
  • • dem Volumen und der Dichte der den Hohlkörper füllenden Flüssigkeit,
  • • dem Verhältnis von Oberfläche/Volumen des Hohlkörpers,
  • • dem Füllstand der den Hohlkörper füllenden Flüssigkeit,
  • • der Temperaturschichtung innerhalb der den Hohlkörper füllenden Flüssigkeit,
  • • der Fließgeschwindigkeit und Richtung von Strömungen innerhalb des Hohlkörpers, insbesondere an der Außenwandung des Hohlkörpers und insbesondere der turbulenten Verwirbelung der den Hohlkörper füllenden Flüssigkeit,
  • • der Wärmeleitfähigkeit des die Außenwandungen des Hohlkörpers bildenden Materials,
  • • der aktuellen Wärmeleitfähigkeit des den Hohlkörper umgebenden Lockergesteins,
  • • wobei neben der Materialeigenschaft der Körner auch die Korngrößenverteilung des umgebenden Lockergesteins und dessen aktueller Wassergehalt die Wärmeleitfähigkeit des Lockergesteins beeinflusst,
  • • der Temperatur des Lockergesteins
  • • und der Temperaturverteilung innerhalb des Lockergesteins.
In the specific case of application, the duration of the storage of thermal energy depends on the one hand:
  • • according to the requirements (performance of the use of the stored thermal energy of the application case), on the other hand essentially according to, inter alia:
  • The specific heat storage capacity of the liquid filling the hollow body,
  • The volume and the density of the liquid filling the hollow body,
  • The ratio of surface area / volume of the hollow body,
  • The level of the liquid filling the hollow body,
  • The temperature stratification within the liquid filling the hollow body,
  • The flow velocity and direction of flows within the hollow body, in particular on the outer wall of the hollow body and in particular the turbulent turbulence of the liquid filling the hollow body,
  • The thermal conductivity of the material forming the outer walls of the hollow body,
  • The current thermal conductivity of the loose rock surrounding the hollow body,
  • • in addition to the material properties of the grains and the particle size distribution of the surrounding loose rock and its current water content affects the thermal conductivity of the loose rock,
  • • the temperature of the loose rock
  • • and the temperature distribution within the loose rock.

Erfindungsgemäß werden die vorstehend aufgeführten Eigenschaften, die die thermischen Eigenschaften des Speichers steuern, bei der Erstellung konstruktiv durch die Wahl geeigneter Materialien und Abmessungen bestimmt als auch während des Betriebes durch eine mikroelektronische Regelungs- und Steuerungseinheit gezielt gesteuert.According to the invention, the properties listed above, which control the thermal properties of the memory, are determined constructively during the construction by the choice of suitable materials and dimensions, and are also selectively controlled during operation by a microelectronic control and regulation unit.

Die aktuelle Temperaturverteilung innerhalb der den Hohlkörper füllenden Flüssigkeit kann gezielt für den jeweiligen aktuellen Betriebszustand eingestellt werden.The current temperature distribution within the liquid filling the hollow body can be adjusted specifically for the respective current operating state.

In einer Ausprägung wird durch eine Durchmischung eine Temperaturschichtung weitgehend verhindert und durch ein spiralförmiges Vorbeiströmen der Flüssigkeit an der Innenseite der Außenwandung des Hohlkörpers der Wärmetransport erhöht. In einer weiteren Ausprägung wird durch Verzicht auf Durchmischung gezielt eine Temperaturschichtung erzeugt. Durch diese Steuerungsmöglichkeit, verbunden mit der Möglichkeit der Änderung der Füllhöhe des flüssigen Speichermediums wird der Wärmetransport durch die Außenwandung des Hohlkörpers gezielt gesteuert, und somit die Dauer einer thermischen Kurzzeitspeicherung beeinflusst.In one embodiment, a temperature stratification is largely prevented by mixing and increased by a spiral flow past the liquid on the inside of the outer wall of the hollow body of the heat transfer. In a further embodiment, a temperature stratification is specifically generated by omitting mixing. By this control option, combined with the possibility of changing the filling level of the liquid storage medium, the heat transfer is controlled by the outer wall of the hollow body targeted, and thus influences the duration of a thermal short-term storage.

Darüber hinaus wird der bifunktionale Speicher mit Einrichtungen ausgestattet, die den Wassergehalt des den Hohlkörper umgebenden Lockergesteins beeinflussen. Damit lässt sich der Wärmetransport durch die Außenwandung des Hohlkörpers steuern.In addition, the bifunctional storage is equipped with facilities that affect the water content of the hollow body surrounding loose rock. This allows the heat transfer through the outer wall of the hollow body to control.

Erfindungsgemäß handelt es sich bei den den Wassergehalt beeinflussenden Systemen um:

  • • eine gezielte Befeuchtung durch Wasserzufuhr durch eine Verteileinrichtung,
  • • eine den Zutritt von Niederschlagswasser verhindernde geeignete Abschottung oberhalb und seitlich des Hohlkörpers und
  • • eine gezielte Verdunstung des Porenwassers des Lockergesteins, gekoppelt mit einer Diffusion des verdunsteten Wassers und dessen Kondensation an anderer, ausreichend weit entfernter Stelle im den Hohlkörper umgebenden Lockergestein.
According to the invention, the systems influencing the water content are:
  • A targeted humidification by supplying water through a distribution device,
  • • a suitable foreclosure above and to the side of the hollow body and preventing the entry of rainwater
  • A targeted evaporation of the pore water of the loose rock, coupled with a diffusion of the evaporated water and its condensation at another, sufficiently far away place in the hollow body surrounding loose rock.

Für den Wärmetransport in oder aus dem Hohlkörper in das ihn umgebende Lockergestein kommen zwei Effekte zum Tragen:

  • • Der Wärmetransport von der Außenseite des Hohlkörpers in das angrenzende Lockergestein erfolgt durch Wärmeleitung (Transmission), die Größe des Wärmetransportes steigt bei gegebener Korngröße und Korngrößenverteilung mit steigendem Wassergehalt.
  • • Der Wärmetransport kann auch durch einen Diffusionsstrom gasförmigen Wassers in der Bodenluft erfolgen, dabei kondensiert Wasser aus der Bodenluft an kälteren Teilen des den Hohlkörper umgebenden Lockergesteins, wobei Wärme (Kondensationsenthalpie) freigesetzt und dieser Bereich des Lockergesteins erwärmt wird; durch die Verringerung des Partialdrucks in diesem Teilbereich des Lockergesteins wird ein Wasser-Diffusionsstrom erzwungen, der letztendlich zu einer Verdunstung von Wasser an einer anderen, wärmeren Stelle des den Hohlkörper umgebenden Lockergesteins führt. Sofern der Bereich des Lockergesteins, in dem Kondensation oder Verdunstung stattfindet, direkt auf oder sehr nahe an der äußeren Oberfläche des Hohlkörpers liegt, kann Wärme in oder aus dem Hohlkörper geleitet werden.
For the transport of heat into or out of the hollow body in the loosely surrounding rock there are two effects:
  • • The heat transfer from the outside of the hollow body in the adjacent loose rock is carried out by heat conduction (transmission), the size of the heat transport increases with a given grain size and particle size distribution with increasing water content.
  • • The heat transfer can also be done by a diffusion of gaseous water in the soil air, thereby condensing water from the soil air on colder parts of the hollow body surrounding loose rock, heat (condensation enthalpy) is released and this area of the rock is heated; By reducing the partial pressure in this portion of the soil, a water-diffusion stream is forced, which ultimately leads to an evaporation of water at another, warmer point of the loose rock surrounding the hollow body. If the region of the soil in which condensation or evaporation takes place is directly on or very close to the outer surface of the hollow body, heat can be conducted into or out of the hollow body.

Optional wird die Außenseite des Hohlkörpers mit einer gut wasserleitenden saugfähigen Schicht 130 umgeben.Optionally, the outside of the hollow body with a good water-conductive absorbent layer 130 surround.

Die Vorteile des bifunktionalen Speichers sind:

  • • Der Ausgleich von Energiebedarfsschwankungen.
  • • Die Möglichkeit, durch die Pufferung der Übertragung thermischer Energie über die Grenzfläche des Kurzzeitspeichers einer die thermische Energie im Primärkreis nutzenden Wärmepumpe diese Umweltenergie auf einem günstigen Temperaturniveau bereit zu stellen, um somit eine gute Arbeitszahl (COP) zu erreichen und damit verbunden auch die Betriebszeit gegenüber der Nutzung vorgenannter Langzeitspeicher EWTS und Erdsonden zu reduzieren.
  • • Die Möglichkeit, durch die kurzen Betriebszeiten einer an den bifunktionalen Speicher angeschlossenen Wärmepumpe oder anderen thermodynamischen Arbeitsmaschine bedingten langen Ruhephasen auch geringe Temperaturdifferenzen zwischen Langzeitspeichermaterial ‚Lockergestein’ und dem Wärmeträger nutzen zu können, damit die Ausbeute aus dem Langzeitspeicher zu erhöhen.
  • • Die Möglichkeit, gezielt thermische Energie aus unterschiedlich angeordneten Bereichen des Langzeitspeichermaterials ‚Lockergestein’ entnehmen bzw. einspeichern zu können, die durch die Änderung der Füllhöhe des flüssigen Speichermediums im Kurzzeitspeicher als auch durch die Möglichkeit, Strömungen oder Temperaturschichtungen gezielt erzeugen zu können, bedingt ist. Damit kann sowohl das Temperaturniveau der einem Verbraucher zur Verfügung gestellten thermischen Energie angepasst werden als auch die Ausnutzung des bifunktionalen Speichers erhöht werden.
  • • Die hohe Leistung der durch die wärmeübertragende Fläche transportierten thermischen Energie durch gezielte Erzeugung von Kondensations- und Verdunstungsvorgängen von Wasser auf einer Seite (der Außenseite) dieser Fläche.
  • • Die durch die Kondensations- und Verdunstungsvorgänge als auch die Materialwahl ‚Metall’ der wärmeübertragenden Fläche mögliche Erwärmung des Speichermaterials ‚Lockergestein’ auf hohe Temperaturen. Dadurch kann sowohl das zum Erreichen einer durch eine Anwendung gegebenen und bereitzustellenden thermischen Energie notwendige Volumen des Speichermaterials ‚Lockergestein’ als auch die wärmeübertragende Fläche klein gehalten werden.
  • • Durch das Temperaturniveau bedingt sind hohe Wasserpartialdrücke und damit hohe Diffusionsraten von gasförmigem Wasser in der Bodenluft und damit ein schneller Energietransport innerhalb des Speichermaterials ‚Lockergestein’ möglich.
  • • Die Möglichkeit, durch die Steuerung der Wärmeleitfähigkeit des an die wärmeübertragende Fläche grenzenden Lockergesteins den Transport thermischer Energie durch die wärmeübertragende Fläche erhöhen und verringern zu können.
  • • Die Möglichkeit, durch eine Vielzahl von Möglichkeiten durch die mikroelektronische Regelungs- und Steuerungseinheit die Eigenschaften des bifunktionalen Speichers dem jeweiligen vom Verbraucher geforderten Betriebszustand anpassen zu können.
The advantages of the bifunctional memory are:
  • • Balancing energy demand fluctuations.
  • • The ability to provide this environmental energy at a favorable temperature level by buffering the transfer of thermal energy across the interface of the short-term storage of a heat pump using the thermal energy in the primary circuit, thus achieving a good COP and thus connected to reduce the operating time compared to the use of the aforementioned long-term storage EWTS and geothermal probes.
  • • The ability to use due to the short operating times of a connected to the bifunctional storage heat pump or other thermodynamic work machine long periods of rest also low temperature differences between long-term storage material, loose rock 'and the heat carrier to be able to increase the yield from the long-term storage.
  • The possibility of specifically removing or storing thermal energy from differently arranged areas of the long-term storage material "loose rock", which is caused by the change in the filling level of the liquid storage medium in the short-term storage as well as by the possibility of selectively generating flows or temperature stratifications , Thus, both the temperature level of a consumer made available thermal energy can be adjusted as well as the utilization of the bifunctional memory can be increased.
  • • The high performance of the thermal energy carried by the heat-transferring surface through the targeted generation of condensation and evaporation processes of water on one side (the outside) of this surface.
  • • The possible heating of the storage material 'loose stone' to high temperatures due to the condensation and evaporation processes as well as the choice of material 'metal' of the heat-transferring surface. As a result, both the volume of the storage material 'loose stone' and the heat-transferring area necessary for achieving a thermal energy which is given by an application and which is to be provided can be kept small.
  • • Due to the temperature level, high water partial pressures and thus high diffusion rates of gaseous water in the soil air and thus a fast energy transport within the storage material 'loose rock' are possible.
  • • The ability to increase and decrease the transport of thermal energy through the heat-transferring surface by controlling the thermal conductivity of the loose rock adjacent to the heat-transferring surface.
  • The possibility of being able to adapt the characteristics of the bifunctional memory to the respective operating state demanded by the consumer by means of a multitude of possibilities through the microelectronic control unit.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden in den Figuren anhand von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben.Further details of the invention are described in the figures with reference to schematically illustrated embodiments.

Hierbei zeigtThis shows

1 eine Ausführungsform des bifunktionalen Speichers im Längsschnitt 1 an embodiment of the bifunctional memory in longitudinal section

2 eine weitere Ausführungsform des bifunktionalen Speichers im Längsschnitt 2 a further embodiment of the bifunctional memory in longitudinal section

2a eine weitere Ausführungsform des bifunktionalen Speichers im Längsschnitt 2a a further embodiment of the bifunctional memory in longitudinal section

3 eine weitere Ausführungsform des bifunktionalen Speichers im Längsschnitt 3 a further embodiment of the bifunctional memory in longitudinal section

3a eine weitere Ausführungsform des bifunktionalen Speichers im Längsschnitt 3a a further embodiment of the bifunctional memory in longitudinal section

4 eine Ausführungsform des bifunktionalen Speichers im Querschnitt 4 an embodiment of the bifunctional memory in cross section

4a eine weitere Ausführungsform des bifunktionalen Speichers im Querschnitt 4a a further embodiment of the bifunctional memory in cross section

5 eine weitere Ausführungsform des bifunktionalen Speichers im Längsschnitt 5 a further embodiment of the bifunctional memory in longitudinal section

6 eine weitere Ausführungsform des bifunktionalen Speichers im Längsschnitt 6 a further embodiment of the bifunctional memory in longitudinal section

Der bifunktionale Speicher besteht aus einem Hohlkörper 100, der in gewachsenes Lockergestein 133 oder aufgefülltes Lockergestein 132 eingegraben wird. Der Hohlkörper 100 wird nach der Positionierung durch aufgefülltes Lockergestein 132 umhüllt, so dass ein direkter Kontakt zur Außenwandung des Hohlkörpers 100 oder ein direkter Kontakt einer den Hohlkörper umgebenden Hüllschicht 130 besteht. Die Form des Hohlkörpers 100 ist in einer Ausprägung ein rundes oder ovales oder anderweitig geformtes Metallrohr, dass an den Enden durch jeweils einen Deckel geschlossen ist.The bifunctional storage consists of a hollow body 100 that grown in loose rock 133 or filled loose rock 132 is buried. The hollow body 100 becomes after positioning by padded loose rock 132 enveloped, allowing a direct contact with the outer wall of the hollow body 100 or a direct contact of a shell layer surrounding the hollow body 130 consists. The shape of the hollow body 100 is in one form a round or oval or otherwise shaped metal tube that is closed at the ends by a respective cover.

In einer anderen Ausprägung ist der Hohlkörper 100 in zwei Richtungen stetig und/oder unstetig gekrümmt.In another form is the hollow body 100 curved in two directions steadily and / or discontinuously.

Die Orientierung ist derart, dass der Hohlkörper 100 mit der Längsachse vorzugsweise präzise oder mit geringer Abweichung horizontal oder vertikal im Lockergestein 132 und/oder 133 orientiert ist.The orientation is such that the hollow body 100 with the longitudinal axis preferably precise or with slight deviation horizontally or vertically in the loose rock 132 and or 133 is oriented.

Das Material des Hohlkörpers 100 besteht aus Stahl oder Edelstahl oder einem anderen, für den Verwendungszweck ausreichend festen und ausreichend gut wärmeleitenden Material. Das Material des Hohlkörpers 100 kann innen und/oder außen korrosionsgeschützt ausgeführt werden.The material of the hollow body 100 It is made of steel or stainless steel or another material which is sufficiently strong and sufficiently heat-conductive for the purpose of use. The material of the hollow body 100 can be executed corrosion-protected inside and / or outside.

In einer Ausprägung ist die Außenwand des Hohlkörpers 100 mit gut wärmeleitenden Rippen auf der Außenseite des Hohlkörpers 100 ausgestattet.In one embodiment, the outer wall of the hollow body 100 with good heat-conducting ribs on the outside of the hollow body 100 fitted.

Der Hohlkörper 100 ist mit einem flüssigen Speichermedium 101 gefüllt. Das flüssige Speichermedium 101 wie auch der Wärmeträger 121 haben eine für den Einsatzzweck hohe spezifische Wärmespeicherkapazität. Das flüssige Speichermedium 101 wie auch der Wärmeträger 121 bestehen aus Trinkwasser, anderen, natürlicherweise vorkommenden Wässern, einer auf Wasserbasis hergestellten Sole, einer auf Wasserbasis hergestellten Lösung, einer auf Wasserbasis hergestellten Suspension oder einer auf Wasserbasis hergestellten anderweitigen Mischung.The hollow body 100 is with a liquid storage medium 101 filled. The liquid storage medium 101 as well as the heat transfer medium 121 have a high specific heat storage capacity for the purpose. The liquid storage medium 101 as well as the heat transfer medium 121 consist of drinking water, other naturally occurring waters, a water-based brine, a water-based solution, a water-based suspension or a water-based alternative mixture.

Das flüssige Speichermedium 101 sowie der Wärmeträger 121 werden in einer Ausprägung gezielt mit Zusätzen versehen, die der Grundform ohne Zusätze auch

  • • zusätzliche inhibitorische Eigenschaften geben;
  • • und/oder den Erstarrungspunkt ändern oder vorzugsweise senken;
  • • und/oder eine Volumenänderung beim Erstarren verhindern oder reduzieren
  • • und/oder beim Abkühlen des flüssigen Speichermediums 101 diesem eine sulzige Konsistenz verleihen.
The liquid storage medium 101 as well as the heat transfer medium 121 are specifically provided with additives in one form, the basic form without additives also
  • • give additional inhibitory properties;
  • • and / or change the freezing point, or preferably reduce it;
  • • and / or prevent or reduce a volume change during solidification
  • • and / or while cooling the liquid storage medium 101 give it a sour consistency.

In einer Ausprägung wird das im Hohlkörper 100 befindliche flüssige Speichermedium 101 grundwasserneutral ausgeführt.In one expression that is in the hollow body 100 located liquid storage medium 101 executed groundwater neutral.

Am Hohlkörper 100 sind in einer Ausprägung mehrere dünnere, nach oben gerichtete Rohre ggf. unterschiedlichen Durchmessers befestigt.On the hollow body 100 In one embodiment, several thinner, upwardly directed tubes possibly of different diameters are attached.

Zwei dieser Rohre werden genutzt, um das im Hohlkörper 100 befindliche flüssige Speichermedium 101 umwälzen zu können; ein Rohr wird als Vorlauf 110 für den Hohlkörper 100 genutzt, ein anderes Rohr als Rücklauf 112 für den Hohlkörper 100. Das flüssige Speichermedium 101 in Vor- und Rücklauf wird in einem Kreislauf umgewälzt.Two of these tubes are used in the hollow body 100 located liquid storage medium 101 to be able to shift; a pipe is used as a forerunner 110 for the hollow body 100 used another pipe as a return 112 for the hollow body 100 , The liquid storage medium 101 in flow and return is circulated in a cycle.

Außerhalb des Hohlkörpers 100 und außerhalb von Vorlauf 110 und Rücklauf 112 wird der Kreislauf wie folgt ausgeführt;

  • • in einer Ausprägung durch ein oder mehrere durch Wärmeträger durchflossene Systeme mit Solarstrahlung absorbierenden Oberflächen 10 (solarthermische Kollektorsysteme) mit einem oder mehreren Vorläufen 11 und einem oder mehreren Rückläufen 12;
  • • in einer weiteren Ausprägung durch eine thermodynamische Arbeitsmaschine 20 oder eine Verbrennungsanlage oder andere vorstehend beschriebene Quellen thermischer Energie mit einem oder mehreren Vorläufen 21 und einem oder mehreren Rückläufen 22, wobei die, thermodynamische Arbeitsmaschine 20 vorzugsweise eine Wärmepumpe oder eine Kältemaschine ist;
  • • in einer weiteren Ausprägung durch einen oder mehrere externe Pufferspeicher 30 mit jeweils einem oder mehreren Vorläufen 31 und jeweils einem oder mehreren Rückläufen 32;
  • • in einer weiteren Ausprägung durch einen oder mehrere Wärmeübertrager, vorzugsweise gegen die Atmosphäre mit jeweils einem oder mehreren Vorläufen und jeweils einem oder mehreren Rückläufen;
  • • in einer weiteren Ausprägung durch ein anderes wärmeübertragendes Teilsystem mit jeweils einem oder mehreren Vorläufen und jeweils einem oder mehreren Rückläufen;
Outside the hollow body 100 and outside of supply 110 and return 112 the cycle is carried out as follows;
  • • in one form by one or more heat transfer medium-carrying systems with solar radiation absorbing surfaces 10 (solar thermal collector systems) with one or more heats 11 and one or more returns 12 ;
  • • in another form by a thermodynamic machine 20 or an incinerator or other source of thermal energy described above with one or more heats 21 and one or more returns 22 , being the, thermodynamic working machine 20 preferably a heat pump or a refrigerator;
  • • in a further form by one or more external buffer memories 30 with one or more heats 31 and one or more returns respectively 32 ;
  • • in a further embodiment by one or more heat exchangers, preferably against the atmosphere, each with one or more heats and one or more returns;
  • In a further embodiment by another heat-transmitting subsystem, each with one or more headers and one or more recirculations;

Die Steuerung der Fließvorgänge in den am Hohlkörper 100 angeschlossenen Rohrleitungen erfolgt durch eine mikroelektronische Steuerungs- und Regelungseinrichtung 200 sowie durch ein Ventilsystem 201.The control of the flow processes in the hollow body 100 Pipelines connected by a microelectronic control and regulation device 200 as well as through a valve system 201 ,

Innerhalb des Hohlkörpers 100 ist der Vorlauf 110 und Rücklauf 112 hydraulisch miteinander verbunden, die Verbindung erfolgt: in einer Ausprägung direkt durch das im Hohlkörper 100 befindliche flüssige Speichermedium 101, so dass das flüssige Speichermedium 101 mit der Flüssigkeit im Vorlauf 110 und im Rücklauf 112 identisch ist (6);
In einer weiteren Ausprägung sind innerhalb des Hohlkörpers 100 Vorlauf 110 und Rücklauf 112 nicht mit dem flüssigen Speichermedium 101 in direktem stofflichen Kontakt (1, 2, 2a, 3, 3a, 4, 4a, 5).
Inside the hollow body 100 is the lead 110 and return 112 connected hydraulically, the connection is made: in one expression directly through the hollow body 100 located liquid storage medium 101 so that the liquid storage medium 101 with the liquid in the flow 110 and in the return 112 is identical ( 6 );
In a further embodiment are within the hollow body 100 leader 110 and return 112 not with the liquid storage medium 101 in direct material contact ( 1 . 2 . 2a . 3 . 3a . 4 . 4a . 5 ).

Die hydraulische Verbindung von Vorlauf 110 und Rücklauf 112 erfolgt durch ein Rohrsystem 120 oder einen Wärmeübertrager 120 im Hohlkörper 100.The hydraulic connection of supply 110 and return 112 takes place through a pipe system 120 or a heat exchanger 120 in the hollow body 100 ,

Vorzugsweise wird in dem Fall hydraulischer Trennung von flüssigem Speichermedium 101 und Wärmeträger 121 das flüssige Speichermedium 101 möglichst reines Wasser mit einer hohen Wärmespeicherkapazität sein, der Wärmeträger 121 dagegen ein auf die thermischen Randbedingungen der Teilsysteme hin gewählter Wärmeträger.Preferably, in the case of hydraulic separation of liquid storage medium 101 and heat transfer medium 121 the liquid storage medium 101 be as pure water with a high heat storage capacity, the heat transfer medium 121 by contrast, a heat carrier selected for the thermal boundary conditions of the subsystems.

Für den bifunktionalen Speicher mit hydraulischer Verbindung von Vorlauf 110 mit Rücklauf 112 durch direkten Kontakt mit dem flüssigem Speichermedium 101 (6) wird die Austrittsöffnung 111 für aus dem Vorlauf 110 einströmenden Wärmeträger 121 (= 101) und die Einlauföffnung 113 für in den Rücklauf 112 fließenden Wärmeträger 121 (= 101) und die Geometrie des Hohlkörpers 100 derart gestaltet, als auch die Geschwindigkeit der einströmenden Flüssigkeit 121 (= 101) durch eine Pumpe 116 und die mikroelektronische Steuer- und Regelungseinheit 200 derart geregelt werden, dass der Flüssigkeitsstrom sich

  • • in einer Ausprägung seiner Temperatur entsprechend in eine in der Flüssigkeit im Hohlkörper 101 vorhandene Schichtung einschichtet (nicht zeichnerisch dargestellt),
  • • oder dass in einer weiteren Ausprägung der Flüssigkeitsstrom 121 eine kreisförmige oder spiralartige Strömung 115 (6) der wandnahen Schichten flüssigen Speichermediums 101 innerhalb des Hohlkörpers 100 bewirkt,
  • • oder dass in einer weiteren Ausprägung der einströmende Flüssigkeitsstrom eine turbulente Durchmischung der in dem Hohlkörper befindlichen Flüssigkeit bewirkt (zeichnerisch nicht dargestellt).
For the bifunctional storage with hydraulic connection of supply 110 with return 112 by direct contact with the liquid storage medium 101 ( 6 ) becomes the outlet opening 111 for from the flow 110 incoming heat transfer medium 121 (= 101 ) and the inlet opening 113 for in the return 112 flowing heat carrier 121 (= 101 ) and the geometry of the hollow body 100 designed as well as the speed of inflowing liquid 121 (= 101 ) by a pump 116 and the microelectronic control unit 200 be regulated so that the liquid flow itself
  • In one expression of its temperature corresponding to one in the liquid in the hollow body 101 layering existing stratification (not shown in the drawing),
  • • or that in another form the liquid flow 121 a circular or spiral flow 115 ( 6 ) of the near-wall layers of liquid storage medium 101 inside the hollow body 100 causes
  • Or, in another embodiment, the inflowing liquid flow causes a turbulent mixing of the liquid present in the hollow body (not shown in the drawing).

Die Austrittsöffnungen 111 und Einlauföffnungen 113 sind in einer Ausprägung als gelochte Rohre oder in einer weiteren Ausprägung durch verschieden geformte Düsen oder Rohrstutzen oder in einer weiteren Ausprägung trichterförmig ausgebildet.The outlet openings 111 and inlet openings 113 are funnel-shaped in one embodiment as perforated pipes or in another form by differently shaped nozzles or pipe socket or in another form.

In einer Ausprägung werden in dem Hohlkörper 100 jeweils eine oder mehrere Vorrichtungen 114 zur Beeinflussung der Richtung und Geschwindigkeit von Strömungen innerhalb des Hohlkörpers installiert.In one embodiment are in the hollow body 100 one or more devices each 114 for influencing the direction and speed of flows installed inside the hollow body.

In einer Ausprägung mit Wärmeübertrager 120 wird dieser als Rohr, Wellrohr, Rippenrohr oder plattenförmig ausgeführt, wobei der Wärmeübertrager 120 der Form des Hohlkörpers entsprechend gewickelt, gestreckt, schlangenförmig oder gebogen ausgeführt wird.In one version with heat exchanger 120 this is designed as a tube, corrugated tube, finned tube or plate-shaped, wherein the heat exchanger 120 the shape of the hollow body according to wound, stretched, serpentine or bent is performed.

Es kommen jeweils alternativ verschiedene Varianten für den Volumenausgleich, der durch eine thermisch bedingte Veränderung der Dichte des den Hohlkörper 100 ausfüllenden flüssigen Speichermediums 101 notwendig wird, zur Anwendung:

  • ein Gaspolster 140 innerhalb des Hohlkörpers 100, das entweder direkt mit der Flüssigkeit in Kontakt steht (3 und 4) oder durch eine elastische Membran 141 (3a und 4a) von ihr getrennt ist;
  • • ein in einem Rohrstutzen 142 befindliches Gaspolster 143, wobei das Gaspolster 143 entweder direkt mit der Flüssigkeit in Kontakt steht (2) oder durch eine elastische Membran 144 (2a) von ihr getrennt ist; und wobei der Rohrstutzen 142 nach oben gerichtet an den Hohlkörper 100 angebracht ist und mit dem Hohlkörper 100 hydraulisch verbunden ist;
  • • ein außerhalb des Hohlkörpers 100 und außerhalb des den Hohlkörper 100 umgebenden aufgefüllten Lockergesteins 132 und gewachsenen Lockergesteins 133 befindliches externes Ausgleichsgefäß 145 (6), das durch eine Rohrleitung 146 mit dem Hohlkörper 100 verbunden ist;
  • • oder ein mit dem atmosphärischen Luftdruck in Verbindung stehendes Rohr 147, derart, dass durch die zu erwartende größtmögliche Volumenänderung bedingt kein flüssiges Speichermedium 101 aus dem Hohlkörper 100 und dem angeschlossenen Rohr 147 austreten kann (5).
There are alternatively different variants for the volume compensation, by a thermally induced change in the density of the hollow body 100 filling liquid storage medium 101 becomes necessary to use:
  • • a gas cushion 140 inside the hollow body 100 which is either in direct contact with the liquid ( 3 and 4 ) or by an elastic membrane 141 ( 3a and 4a ) is separated from her;
  • • one in a pipe socket 142 gas cushion 143 where the gas cushion 143 either directly in contact with the liquid ( 2 ) or by an elastic membrane 144 ( 2a ) is separated from her; and wherein the pipe socket 142 directed upward to the hollow body 100 is attached and with the hollow body 100 hydraulically connected;
  • • one outside the hollow body 100 and outside of the hollow body 100 surrounding padded rock 132 and grown loose rock 133 located external compensating vessel 145 ( 6 ) passing through a pipeline 146 with the hollow body 100 connected is;
  • • or a pipe related to the atmospheric pressure 147 , Such that due to the expected maximum volume change conditionally no liquid storage medium 101 from the hollow body 100 and the connected pipe 147 can escape ( 5 ).

In einer Ausprägung wird innerhalb des Hohlkörpers 100 die Füllhöhe 148 des flüssigen Speichermediums 101 geändert.In one expression is within the hollow body 100 the filling level 148 of the liquid storage medium 101 changed.

Dadurch wird je nach spezifischem Betriebszustand gezielt thermische Energie in unterschiedlichen Höhen des Hohlkörpers 100 durch seine Außenwand zwischen dem flüssigen Speichermedium 101 und dem den Hohlkörper 100 umgebenden aufgefüllten Lockergestein 132 und gewachsenen Lockergestein 133 übertragen. Der Hohlkörper 100 ist mit einer Befüllleitung 150 zum Transport des flüssigen Speichermediums 101 in oder aus dem Hohlkörper ausgestattet, und mit einer Nachströmleitung 151, um die durch die Füllstandsänderung des flüssigen Speichermediums 101 bedingte Volumenänderung des Gaspolsters 140 durch Transport des Gases ausgleichen zu können. Ein Ventil 152 und eine Pumpe 154 in der Befüllleitung 150 oder der Nachströmleitung 151 regeln den Zustrom von flüssigem Speichermedium 101.As a result, depending on the specific operating state targeted thermal energy in different heights of the hollow body 100 through its outer wall between the liquid storage medium 101 and the hollow body 100 surrounding padded rock 132 and grown loose rock 133 transfer. The hollow body 100 is with a filling line 150 for transporting the liquid storage medium 101 equipped in or out of the hollow body, and with a Nachströmleitung 151 to the by the level change of the liquid storage medium 101 conditional volume change of the gas cushion 140 be able to compensate by transporting the gas. A valve 152 and a pump 154 in the filling line 150 or the Nachströmleitung 151 regulate the influx of liquid storage medium 101 ,

Die Steuerung des Füllstandes 148 des flüssigen Speichermediums 101 im Hohlkörper 100 wird durch die mikroelektronische Steuerungs- und Regelungseinheit 200 durchgeführt, wobei zur Bestimmung der aktuellen Füllhöhe Füllstandssensoren 212 im Hohlkörper integriert werden können.The control of the level 148 of the liquid storage medium 101 in the hollow body 100 is through the microelectronic control unit 200 carried out, wherein for determining the current filling level level sensors 212 can be integrated in the hollow body.

Die an den Hohlkörper 100 angeschlossenen Leitungen werden je nach technischer Ausführung ganz oder abschnittsweise als starres Rohr, als eine flexible Verbindungsleitung vorzugsweise als Spiralschlauch oder Wellrohr oder als mit einem Stahlgeflecht ummantelter Schlauch oder anderweitig ausgeführt; wobei die Leitungen 110, 112, 146, 147, 150, 151 konstruktionsbedingt jede für sich in anderer Ausführung hergestellt werden können.The to the hollow body 100 connected lines are wholly or partially depending on the technical design as a rigid tube, as a flexible connecting line preferably as a spiral hose or corrugated pipe or as a steel braided jacket hose or otherwise executed; the lines 110 . 112 . 146 . 147 . 150 . 151 each design can be made by itself in a different design.

In einer Ausprägung wird oberhalb des Hohlkörpers 100 eine für Niederschlagswasser und anderweitig von oben einsickerndes Wasser und nach oben in der Bodenluft diffundierendes gasförmiges Wasser nicht oder gering durchlässige Vorrichtung 134 in Form einer Folie, Erdschicht oder Betonschicht angeordnet.In one expression is above the hollow body 100 a precipitation water and otherwise from above infiltrating water and upwards in the ground air diffusing gaseous water not or low permeability device 134 arranged in the form of a film, earth layer or concrete layer.

In einer weiteren Ausprägung wird die undurchlässige Vorrichtung oberhalb und seitlich des Hohlkörpers 100 angeordnet.In a further embodiment, the impermeable device is above and laterally of the hollow body 100 arranged.

In einer weiteren Ausprägung ist die undurchlässige Vorrichtung 134 Teil eines oberhalb des Hohlkörpers angeordneten Gebäudes wie beispielsweise einer Bodenplatte. In another embodiment, the impermeable device 134 Part of a above the hollow body arranged building such as a bottom plate.

Die Vorrichtung 134 ist in einer weiteren Ausprägung aus einem Material geringer Wärmeleitfähigkeit ausgebildet.The device 134 is formed in a further embodiment of a material of low thermal conductivity.

Oberhalb des Hohlkörpers 100 ist eine Leitung 135 angeordnet, die Wasser in eine den Hohlkörper 100 umgebende Hüllschicht 130 oder das den Hohlkörper umgebende aufgefüllte Lockergestein 132 einspeist.Above the hollow body 100 is a lead 135 arranged the water in a the hollow body 100 surrounding envelope layer 130 or the filled loosely surrounding the hollow body 132 feeds.

Der Wasserzustrom wird durch die mikroelektronische Steuerungs- und Regelungseinheit 200 gesteuert.The water flow is through the microelectronic control unit 200 controlled.

Innerhalb des Hohlkörpers 100, innerhalb des aufgefüllten Lockergesteins 132 und des gewachsenen Lockergesteins 133 werden jeweils ein oder mehrere Temperatursensoren 210 angeordnet, deren Messwerte zur Regelung des Verhaltens des Speichers eingesetzt werden; und deren Signale von der mikroelektronischen Steuerungs- und Regelungseinheit 200 verwertet werden.Inside the hollow body 100 , inside the padded rock 132 and the grown loose rock 133 are each one or more temperature sensors 210 whose measured values are used to control the behavior of the memory; and their signals from the microelectronic control unit 200 be recycled.

Innerhalb des aufgefüllten Lockergesteins 132 und des gewachsenen Lockergesteins 133 werden jeweils ein oder mehrere Sensoren zur Messung des Wassergehaltes des Lockergesteins (Feuchtigkeitssensoren) 211 angeordnet, deren Messwerte zur Regelung des Verhaltens des Speichers eingesetzt werden; und deren Signale von der mikroelektronischen Steuerungs- und Regelungseinheit 200 verwertet werden.Inside the padded rock 132 and the grown loose rock 133 in each case one or more sensors for measuring the water content of the loose rock (moisture sensors) 211 whose measured values are used to control the behavior of the memory; and their signals from the microelectronic control unit 200 be recycled.

In einer Ausprägung wird der Hohlkörper 100 mit einer Hüllschicht 130 umgeben, deren Leitfähigkeit für Wasser höher ist als die des den Hohlkörper 100 umgebenden aufgefüllten Lockergesteins 132. Durch Änderung des Wassergehaltes der Hüllschicht 130 wird der Wärmedurchgang durch die Außenwand des Hohlkörpers 100 gezielt verändert.

  • • In einem Betriebszustand des bifunktionalen Speichers wird gezielt Feuchtigkeit bereitgestellt zum Transport von Wärme vom Hohlkörper 100 in das aufgefüllte Lockergestein 132 und das gewachsene Lockergestein 133; wobei durch Verdunstung von Wasser nahe der Oberfläche des Hohlkörpers 100 und damit gekoppelte Wasserdampfdiffusion in und gekoppelter Kondensation im aufgefüllten Lockergestein 132 und gewachsenen Lockergestein 133 Wärme transportiert wird.
  • • In einem anderen Betriebszustand des bifunktionalen Speichers führt die Hüllschicht 130 gezielt nahe der Oberfläche des Hohlkörpers 100 kondensierendes Wasser ab; wobei das Wasser als Kondensat bei einem Wärmetransport aus dem gewachsenen Lockergestein 133 und dem aufgefüllten Lockergestein 132 in den Hohlkörper 100 anfällt.
In one embodiment, the hollow body 100 with a coating layer 130 surrounded, whose conductivity for water is higher than that of the hollow body 100 surrounding padded rock 132 , By changing the water content of the cladding layer 130 the heat transfer through the outer wall of the hollow body 100 purposefully changed.
  • In an operating state of the bifunctional storage, moisture is specifically provided for the transport of heat from the hollow body 100 in the filled loose rock 132 and the grown loose rock 133 ; being due to evaporation of water near the surface of the hollow body 100 and coupled water vapor diffusion in and coupled condensation in the filled loose rock 132 and grown loose rock 133 Heat is transported.
  • • In another operating state of the bifunctional memory, the cladding layer leads 130 specifically near the surface of the hollow body 100 condensing water off; the water as condensate in a heat transport from the grown loose rock 133 and the filled loose rock 132 in the hollow body 100 accrues.

Die Hüllschicht 130 besteht in verschiedenen Ausprägungen aus einem Vlies oder aus einem Gewebe oder aus offenporigem Schaum oder aus einem anderen Werkstoff. In weiteren Ausprägungen besteht die Hüllschicht 130 aus einem mineralischen Substrat verschiedener Korngrößen oder einer beliebigen Kombination zweier oder mehrerer der vorgenannten Werkstoffe.The coating layer 130 consists in different forms of a fleece or of a fabric or of open-cell foam or of another material. In other forms, the cladding layer exists 130 from a mineral substrate of different grain sizes or any combination of two or more of the aforementioned materials.

Die Hüllschicht 130 besitzt unter den um den Hohlkörper 100 herrschenden Erddrücken eine ausreichende Leitfähigkeit für Wasser und eine entsprechende Speicherfähigkeit für Wasser, wobei ein gewisser Luftanteil durch offene Poren und Kanäle die Wasserdampfdiffusion durch die Hüllschicht 130 ermöglicht.The coating layer 130 owns under the around the hollow body 100 prevailing earth pressures sufficient conductivity for water and a corresponding storage capacity for water, with a certain proportion of air through open pores and channels, the water vapor diffusion through the cladding layer 130 allows.

Die Hüllschicht 130 und die äußere Oberfläche des Hohlkörpers 100 sind derart ausgebildet und aufeinander abgestimmt, dass in Verbindung der Hüllschicht 130 mit der äußeren Oberfläche des Hohlkörpers 100 eine Benetzung der Oberfläche des Hohlkörpers 100 mit Wasser erfolgen kann. Die Hüllschicht 130 ist mit einer Vorrichtung 131 zur Ableitung von Kondenswasser ausgestattet, die gezielt das Abtropfen von Wasser ermöglicht, wobei die Vorrichtung 131 am unteren Teil der Hüllschicht angebracht ist und das aus Wasserdampfdiffusion herangeführte und kondensierende Wasser oder nicht durch das Lockergestein 132 aufgenommenes, durch die Befeuchtungsleitung 135 eingespeistes Wasser abführen und gezielt an konstruktiv vorgegebenen Orten abtropfen lassen kann.The coating layer 130 and the outer surface of the hollow body 100 are designed and matched to one another in such a way that, in conjunction with the cladding layer 130 with the outer surface of the hollow body 100 a wetting of the surface of the hollow body 100 can be done with water. The coating layer 130 is with a device 131 equipped for the discharge of condensed water, which specifically allows the dripping of water, the device 131 is attached to the lower part of the cladding layer and brought out of water vapor diffusion and condensing water or not by the looseness 132 absorbed by the humidification line 135 dissipate fed-in water and allow it to drain off at structurally predetermined locations.

Unterhalb des Hohlkörpers 100 und seiner Hüllschicht 130 sowie unter der Vorrichtung 131 befindet sich eine Sammeleinrichtung 136, die gezielt aus der Hüllschicht 130 abtropfendes Wasser sammelt und zu einer Wasserführung 137 leitet, in der das abtropfende Wasser gesammelt an einer Stelle in tiefere Bereiche des gewachsenen Lockergesteins 133 geleitet wird.Below the hollow body 100 and its envelope layer 130 as well as under the device 131 there is a collection facility 136 , specifically from the cladding layer 130 dripping water collects and leads to a water guide 137 conducts, in which the dripping water collected at one point in deeper areas of the grown loose rock 133 is directed.

Die Wasserführung 137 besteht aus einem Rohr aus Kunststoff, aus Metall, aus einem Vlies oder aus einer geformten, für Wasser vollständig undurchlässigen Folie.The water supply 137 consists of a tube made of plastic, metal, nonwoven fabric or a molded, completely water-impermeable film.

Die Wasserführung 137 besteht in einer weiteren Ausprägung aus einem mineralischen Gemisch hoher Wasserleitfähigkeit z. B. Kies oder Sand. Das mineralische Gemisch wird gezielt in eine in das gewachsene Lockergestein 133 oder in das aufgefüllte Lockergestein 132 eingebettete Hohlform eingebracht.The water supply 137 consists in a further form of a mineral mixture of high water conductivity z. As gravel or sand. The mineral mixture is targeted in a grown in the loose rock 133 or in the padded loose rock 132 embedded hollow mold introduced.

In einer Ausprägung des bifunktionalen Speichers wird die Korngrößenverteilung und die Korngeometrie des den Hohlkörper 100 umgebenden aufgefüllten Lockergesteins 132 derart ausgewählt, dass das. Lockergestein 132 für den Betrieb des bifunktionalen Speichers günstige optimierte Eigenschaften aufweist; wobei die Eigenschaften Porosität, Wasserleitfähigkeit, Saugspannung, Benetzungseigenschaften, die Größe und Anzahl der Berührungspunkte einzelner Körner eingestellt ausgewählt werden können; wobei dieses durch die Beeinflussung der Korngrößenverteilung und der Korngeometrien erfolgt.In one embodiment of the bifunctional storage, the particle size distribution and the grain geometry of the hollow body 100 surrounding padded rock 132 selected so that the. Loose rock 132 has favorable optimized properties for the operation of the bifunctional memory; wherein the properties of porosity, water conductivity, suction stress, wetting properties, size and number of contact points of individual grains can be selected; this being done by influencing the particle size distribution and the grain geometries.

In einer Ausprägung wird die Eigenschaft des aufgefüllten Lockergesteins 132 durch Veränderung der Eigenschaften des am Ort der Installation des bifunktionalen Speichers befindlichen gewachsenen Lockergesteins 133 durch Hinzufügen neuer zusätzlicher Bestandteile oder Entfernen von Bestandteilen des gewachsenen Lockergestein eingestellt.In one expression, the property of the filled loose rock 132 by altering the properties of the grown soil at the place of installation of the bifunctional storage 133 adjusted by adding new additional ingredients or removing components of the grown soil.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Solarstrahlung absorbierende OberflächeSolar radiation absorbing surface
1111
Vorlauf für Solarstrahlung absorbierende OberflächeSupply for solar radiation absorbing surface
1212
Rücklauf für Solarstrahlung absorbierende OberflächeReturn for solar radiation absorbing surface
2020
Thermodynamische ArbeitsmaschineThermodynamic machine
2121
Vorlauf für thermodynamische ArbeitsmaschineFlow for thermodynamic machine
2222
Rücklauf für thermodynamische ArbeitsmaschineReturn for thermodynamic working machine
3030
Pufferspeicher, externBuffer memory, external
3131
Vorlauf für Pufferspeicher, externFlow for buffer storage, external
3232
Rücklauf für Pufferspeicher, externReturn for buffer memory, external
100100
Hohlkörperhollow body
101101
Flüssiges Speichermedium für Kurzzeitspeicherung thermischer EnergieLiquid storage medium for short-term storage of thermal energy
110110
Vorlauf für Hohlkörper 100 Flow for hollow body 100
111111
Austrittsöffnung für flüssiges Speichermedium 101 Outlet opening for liquid storage medium 101
112112
Rücklauf für Hohlkörper 100 Return for hollow body 100
113113
Anströmöffnung für flüssiges Speichermedium 101 Flow opening for liquid storage medium 101
114114
Vorrichtung zur Änderung von Richtung und Geschwindigkeit von Strömungen im Hohlkörper 100 Device for changing the direction and speed of flows in the hollow body 100
115115
Spiralförmige Strömung des flüssigen Speichermediums im Hohlkörper 100 Spiral flow of the liquid storage medium in the hollow body 100
116116
Pumpe zur Erzeugung von Strömungen und Geschwindigkeitsregelung des aus dem Vorlauf 110 in den Hohlkörper 100 einströmenden flüssigen Speichermediums 101 oder des im Vorlauf befindlichen Wärmeträgers 121 Pump for generating flows and speed control of the flow 110 in the hollow body 100 inflowing liquid storage medium 101 or the heat carrier in the flow 121
120120
Wärmeübertrager im Hohlkörper 100 Heat exchanger in the hollow body 100
121121
Wärmeträger für bifunktionalen SpeicherHeat transfer medium for bifunctional storage
130130
Hüllschicht um Hohlkörper mit Wasser leitenden und Wasser speichernden EigenschaftenCoating layer around hollow body with water-conducting and water-storing properties
131131
Ableitung für Kondenswasser aus der HüllschichtDischarge for condensation from the cladding layer
132132
Aufgefülltes Lockergestein um HohlkörperPadded loose rock around hollow body
133133
Gewachsenes Lockergestein um HohlkörperGrown loose rock around hollow body
134134
Vorrichtung für Umlenkung von Sickerwasserströmen und Verhinderung von Wasserdampf-Diffusionsströmen in BodenluftDevice for diverting leachate streams and preventing water vapor diffusion streams in soil air
135135
Leitungssystem zur Erhöhung des Wassergehaltes im Lockergestein und in der Hüllschicht des HohlkörpersConduit system for increasing the water content in the loose rock and in the shell layer of the hollow body
136136
Abtropfvorrichtung der Hüllschicht 130 Draining device of the cladding layer 130
137137
Wasserführung für abtropfendes Wasser aus Hüllschicht 130 Water supply for dripping water from coating layer 130
138138
Ventil zur Steuerung des Wasseraustritts aus dem Leitungssystem 135 Valve for controlling the water outlet from the pipe system 135
140140
Gaspolster in HohlkörperGas cushion in hollow body
141141
Membran für Gaspolster in HohlkörperMembrane for gas cushion in hollow body
142142
Rohrstutzen für GaspolsterPipe socket for gas cushion
143143
Gaspolster in RohrstutzenGas cushion in pipe socket
144144
Membran für Gaspolster in RohrstutzenMembrane for gas cushion in pipe socket
145145
Extern angeordnetes Druckausgleichsgefäß für HohlkörperExternally arranged pressure equalization vessel for hollow bodies
146146
Verbindungsleitung vom Hohlkörper 100 zum externe Druckausgleichsgefäß 145 Connecting line from the hollow body 100 to the external pressure equalization vessel 145
147147
Druckausgleichsleitung vom Hohlkörper 100 zur AtmosphärePressure equalization line from the hollow body 100 to the atmosphere
148148
Füllhöhe des flüssigen Speichermediums 101 im Hohlkörper 100 Filling level of the liquid storage medium 101 in the hollow body 100
150150
Befüllleitung zum Einfüllen und Entfernen von flüssigem Speichermedium 101 aus Hohlkörper 100 Filling line for filling and removing liquid storage medium 101 from hollow body 100
151151
Nachströmleitung für Gas zur Einstellung unterschiedlicher Füllstände des flüssigen Speichermediums 101 Nachströmleitung for gas for setting different levels of the liquid storage medium 101
152152
Ventil für Befüllleitung 150 Valve for filling line 150
153153
HauswasserversorgungDomestic water supply
154154
Saugpumpe für flüssiges SpeichermediumSuction pump for liquid storage medium
155155
Auffanggefäß für flüssiges SpeichermediumCollecting vessel for liquid storage medium
200200
Mikroelektronische Steuerungs- und Regelungs-EinrichtungMicroelectronic control and regulation device
201201
Ventilblock für diverse Vor- und Rücklaufströme 11, 12, 21, 22, 31, 32, 110, 112 Valve block for various flow and return flows 11 . 12 . 21 . 22 . 31 . 32 . 110 . 112
202202
Ventil für Leitungssystem 135 Valve for piping system 135
210210
Feuchtesensor im Lockergestein 132 und 133 Humidity sensor in loose rock 132 and 133
211211
Temperatursensortemperature sensor
212212
Füllstandssensor für Füllhöhe des flüssigen Speichermediums 101 in Hohlkörper 100 Level sensor for filling level of the liquid storage medium 101 in hollow body 100

Claims (7)

Anordnung zur Speicherung von thermischer Energie in einer Flüssigkeit hoher Wärmespeicherkapazität (101) und in aufgefülltem oder gewachsenem Lockergestein (132, 133) mit gezielt veränderbarer Wärmeleitfähigkeit oder gezielt veränderbarer thermischer Leistung beim Transport thermischer Energie durch Bestandteile der Anordnung mit dadurch gezielt veränderbarer Dauer und Temperatur gespeicherter thermischer Energie, bestehend aus – einem mit einer Flüssigkeit hoher Wärmespeicherkapazität (101) gefüllten Hohlkörper (100), der mit einer Hüllschicht (130), insbesondere aus Vlies, Schaumstoff oder Kunststoff umgeben ist, wobei die Hüllschicht Wasser aufnimmt, abgibt oder leitet und ihrerseits außenseitig von gewachsenem oder aufgefülltem Lockergestein (132, 133) umgeben ist, – einer oberhalb des Hohlkörpers (100) und seiner Hüllschicht (130) zur gezielten Befeuchtung der Hüllschicht (130) und des Lockergesteins (132, 133) angebrachten Vorrichtung (135), – einer unterhalb des Hohlkörpers (100) angebrachten Vorrichtung (136) aus einer Folie oder einer Rinne, die Wasser sammelt und gezielt vom Hohlkörper (100) wegleitet, – einer oberhalb des Hohlkörpers (100) und der Vorrichtung zur Befeuchtung (135) angeordneten wasserdichten Vorrichtung (134) aus einer Schicht mineralischen Materials oder einer Folie, – Sensoren für Temperatur, die im Hohlkörper (100) und Sensoren für Temperatur (211) und Bodenfeuchte (210), die in dem den Hohlkörper (100) umgebenden Material angeordnet sind, und – einer Steuer- und Kontrolleinheit (200), die mittels Aktoren einen Strom thermischer Energie in den oder aus dem Hohlkörper (100) und in die oder aus der in ihm enthaltenen Flüssigkeit, einen Strom thermischer Energie durch die Wand und die Hüllschicht (130) des Hohlkörpers in das oder aus dem umgebenden Lockergestein (132, 133) und die Feuchte des umgebenden Lockergesteins (132, 133) durch den Strom von Wasser durch die Vorrichtung zur Befeuchtung (135) steuert.Arrangement for storing thermal energy in a liquid of high heat storage capacity ( 101 ) and in padded or grown loose rock ( 132 . 133 ) with specifically variable thermal conductivity or specifically variable thermal power during the transport of thermal energy through components of the arrangement with thereby specifically variable duration and temperature stored thermal energy, consisting of - one with a liquid high heat storage capacity ( 101 ) filled hollow body ( 100 ) coated with a coating layer ( 130 ), in particular of fleece, foam or plastic is surrounded, wherein the coating layer absorbs water, gives off or conducts and in turn on the outside of grown or padded loose rock ( 132 . 133 ) is surrounded, - one above the hollow body ( 100 ) and its shell layer ( 130 ) for targeted moistening of the coating layer ( 130 ) and the loose rock ( 132 . 133 ) attached device ( 135 ), - one below the hollow body ( 100 ) attached device ( 136 ) of a foil or a gutter that collects water and specifically from the hollow body ( 100 ), - one above the hollow body ( 100 ) and the moistening device ( 135 ) arranged waterproof device ( 134 ) from a layer of mineral material or a film, - sensors for temperature in the hollow body ( 100 ) and temperature sensors ( 211 ) and soil moisture ( 210 ), in which the hollow body ( 100 ) surrounding material, and - a control unit ( 200 ), which by means of actuators a flow of thermal energy into or out of the hollow body ( 100 ) and into or out of the liquid contained in it, a stream of thermal energy through the wall and the cladding layer ( 130 ) of the hollow body into or out of the surrounding loose rock ( 132 . 133 ) and the moisture of the surrounding loose rock ( 132 . 133 ) by the flow of water through the moistening device ( 135 ) controls. Anordnung nach Anspruch 1, wobei der Hohlkörper (100) durch Flüssigkeit leitende Verbindungen einerseits mit Wärmesenken, wie Heizungsanlagen, Wärmepumpen, Niedertemperaturwärme verteilenden Einrichtungen oder Trinkwasser erwärmenden Einrichtungen und andererseits mit Wärmequellen, wie Solarkollektoren, Heizungskesseln, Heizungsthermen oder Wärmepumpen verbunden ist und wobei ein Flüssigkeitstransport durch die Verbindungen derart erfolgt, dass entweder ein direkter Austausch mit der den Hohlkörper (100) füllenden Flüssigkeit (101) erfolgt oder die Flüssigkeit in einem Wärmeübertrager (120) durch den Hohlkörper (100) geleitet wird.Arrangement according to claim 1, wherein the hollow body ( 100 ) by liquid-conducting connections on the one hand with heat sinks such as heating systems, heat pumps, low-temperature heat distributing facilities or drinking water heating facilities and on the other hand with heat sources such as solar panels, boilers, heating or heat pumps is connected and wherein a liquid transport through the compounds is such that either a direct Exchange with the hollow body ( 100 ) filling liquid ( 101 ) or the liquid in a heat exchanger ( 120 ) through the hollow body ( 100 ). Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die in dem Hohlkörper (100) strömende Flüssigkeit (101) durch Leiteinrichtungen (114) zur Beeinflussung der Richtung und Geschwindigkeit geleitet wird.Arrangement according to claim 1 or 2, wherein in the hollow body ( 100 ) flowing liquid ( 101 ) by guiding devices ( 114 ) is directed to influence the direction and speed. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei zum Volumenausgleich der Speicherflüssigkeit (101) bei thermisch bedingter Dichteänderung entweder ein nach oben gerichteter, mit Gas gefüllter Rohrstutzen (142) oder ein mit der Atmosphäre in Verbindung stehendes Rohr (147) an dem Hohlkörper (100) angebracht ist, wobei das Gaspolster in dem Rohrstutzen (142) entweder direkt mit der Speicherflüssigkeit (101) in Kontakt steht oder durch eine elastische Membran (144) von ihr getrennt ist.Arrangement according to one of claims 1 to 3, wherein the volume compensation of the storage liquid ( 101 in the case of a thermally induced change in density, either an upwardly directed, gas-filled pipe socket (US Pat. 142 ) or an atmosphere-related pipe ( 147 ) on the hollow body ( 100 ), wherein the gas cushion in the pipe socket ( 142 ) either directly with the storage liquid ( 101 ) is in contact or by an elastic membrane ( 144 ) is separated from her. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der im Lockergestein (132, 133) mit seiner Längsachse entweder horizontal, geneigt oder vertikal angeordnete Hohlkörper (100) die Kontur eines gestreckten Zylinders mit zwei verschließenden Deckeln hat und aus Stahl, Edelstahl oder einem anderen für den Verwendungszweck ausreichend druckfesten und ausreichend gut wärmeleitenden Material besteht, wobei auf seiner Außenseite gut wärmeleitende Rippen angebracht sind.Arrangement according to one of claims 1 to 4, wherein the in loose rock ( 132 . 133 ) with its longitudinal axis either horizontally, inclined or vertically arranged hollow body ( 100 ) has the contour of an elongated cylinder with two occlusive lids and made of steel, stainless steel or another for the intended use sufficiently pressure-resistant and sufficiently good heat conducting material, with well heat-conducting ribs are mounted on its outside. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Hohlkörper (100) mit Leitungswasser, Grundwasser oder einer wässrigen Sole gefüllt ist.Arrangement according to one of claims 1 to 5, wherein the hollow body ( 100 ) is filled with tap water, groundwater or an aqueous brine. Verfahren zur Speicherung von thermischer Energie in einer Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Wärmeübergang vom Hohlkörper (100) in das umgebende Lockergestein (132, 133) oder der Wärmeübergang vom umgebenden Lockergestein (132, 133) in die den Hohlkörper (100) füllende Flüssigkeit (101) gezielt durch Veränderung der Wärmeleitung und der Wasserdampfdiffusion gesteuert wird.Method for storing thermal energy in an arrangement according to one of claims 1 to 6, wherein the heat transfer from the hollow body ( 100 ) into the surrounding loose rock ( 132 . 133 ) or the heat transfer from the surrounding loose rock ( 132 . 133 ) into which the hollow body ( 100 ) filling liquid ( 101 ) is controlled specifically by changing the heat conduction and the water vapor diffusion.
DE102008028855A 2008-06-23 2008-06-23 Arrangement and method for storing thermal energy Expired - Fee Related DE102008028855B4 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102008028855A DE102008028855B4 (en) 2008-06-23 2008-06-23 Arrangement and method for storing thermal energy

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102008028855A DE102008028855B4 (en) 2008-06-23 2008-06-23 Arrangement and method for storing thermal energy

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102008028855A1 DE102008028855A1 (en) 2009-12-24
DE102008028855B4 true DE102008028855B4 (en) 2012-09-13

Family

ID=41334839

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102008028855A Expired - Fee Related DE102008028855B4 (en) 2008-06-23 2008-06-23 Arrangement and method for storing thermal energy

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102008028855B4 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102023104903A1 (en) 2023-01-23 2024-07-25 JENA-GEOS-Ingenieurbüro GmbH Process for large-scale, underground seasonal heat and cold energy storage

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2608607A1 (en) * 1976-03-02 1977-09-08 Schoell Guenter Geothermal storage heater with plastic pipes laid in ground - has pipes filled with pressurised water and maintained at earth pressure
DE3232268A1 (en) * 1982-04-03 1983-10-06 Erdmann Horst Long-term energy storage mechanism for heating purposes
DD264976A1 (en) * 1987-11-17 1989-02-15 Geothermie Veb METHOD AND ARRANGEMENT FOR TRANSFERRING AND STORING WAERME
DE19953492A1 (en) * 1999-11-06 2001-05-10 Hermann Isenmann Device for temperature-controlled solar battery tapping or input comprises coaxially box-mated tubes having inner tube wall ports overlapping or registered as layer taps.
DE10133931A1 (en) * 2001-07-12 2003-02-06 Bernd Ritzel Geothermic heat utilization process involves using latent heat storage within functional collector
DE102005001347A1 (en) * 2005-01-11 2006-07-20 GEOTEX Ingenieurgesellschaft für Straßen- und Tiefbau mbH Multi-chamber heat accumulator for generating electric energy/power has a trench-like structure, a surrounding wall, a cover and inner and outer areas with a solid trench-like filling
WO2007116299A1 (en) * 2006-04-11 2007-10-18 Dupraz Energies Device for heating, cooling and producing domestic hot water using a heat pump and low-temperature heat store
DE202007013089U1 (en) * 2007-09-07 2007-12-13 Österwitz, Karl-Heinz Geothermal storage with vapor barrier, reservoirs and humidification for a domestic energy center

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202007013068U1 (en) 2007-09-18 2007-11-29 Wang, Alex Kuo-Shen, Las Vegas Control chip for an ink cartridge / toner cartridge

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2608607A1 (en) * 1976-03-02 1977-09-08 Schoell Guenter Geothermal storage heater with plastic pipes laid in ground - has pipes filled with pressurised water and maintained at earth pressure
DE3232268A1 (en) * 1982-04-03 1983-10-06 Erdmann Horst Long-term energy storage mechanism for heating purposes
DD264976A1 (en) * 1987-11-17 1989-02-15 Geothermie Veb METHOD AND ARRANGEMENT FOR TRANSFERRING AND STORING WAERME
DE19953492A1 (en) * 1999-11-06 2001-05-10 Hermann Isenmann Device for temperature-controlled solar battery tapping or input comprises coaxially box-mated tubes having inner tube wall ports overlapping or registered as layer taps.
DE10133931A1 (en) * 2001-07-12 2003-02-06 Bernd Ritzel Geothermic heat utilization process involves using latent heat storage within functional collector
DE102005001347A1 (en) * 2005-01-11 2006-07-20 GEOTEX Ingenieurgesellschaft für Straßen- und Tiefbau mbH Multi-chamber heat accumulator for generating electric energy/power has a trench-like structure, a surrounding wall, a cover and inner and outer areas with a solid trench-like filling
WO2007116299A1 (en) * 2006-04-11 2007-10-18 Dupraz Energies Device for heating, cooling and producing domestic hot water using a heat pump and low-temperature heat store
DE202007013089U1 (en) * 2007-09-07 2007-12-13 Österwitz, Karl-Heinz Geothermal storage with vapor barrier, reservoirs and humidification for a domestic energy center

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102023104903A1 (en) 2023-01-23 2024-07-25 JENA-GEOS-Ingenieurbüro GmbH Process for large-scale, underground seasonal heat and cold energy storage

Also Published As

Publication number Publication date
DE102008028855A1 (en) 2009-12-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2614330B1 (en) Storage tank device for an energy storage system, and energy storage system having a storage tank device
DE102008041715A1 (en) Heat and hot water supply, for a building, uses a solar energy installation with at least one storage buried in the ground
DE202011003668U1 (en) Buffer memory for receiving liquid medium, water supply system with such a buffer memory and buffer storage device with at least one buffer memory
DE2729635A1 (en) Building heating and air conditioning system - has heat exchanger in insulation lagging and heat storage connected with pump
DE102004052447A1 (en) Energy storage, heat exchanger arrangement for an energy storage, method for operating an energy storage, energy storage system and method for operating an energy storage system
EP0931986B1 (en) Solar heating and hot water installation for buildings
DE202011003667U1 (en) Buffer memory for receiving liquid medium, water supply system with such a buffer memory and buffer storage device with at least one buffer memory
DE102007055652A1 (en) Method for obtaining geothermal heat from a water supply network and devices therefor
DE102008028855B4 (en) Arrangement and method for storing thermal energy
DE202007013089U1 (en) Geothermal storage with vapor barrier, reservoirs and humidification for a domestic energy center
CN106718353A (en) A kind of energy-conservation phase transformation warmhouse booth
EP2198209B1 (en) Geothermal energy accumulator having a vapor barrier and method for utilizing vaporization heat in the geothermal energy accumulator
AT516403B1 (en) Process for the regeneration of the primary energy storage of a brine water heat pump
DE102017120293A1 (en) Evaporator, steam bath sauna with such an evaporation device and heating system, especially for the operation of a sauna
DE102014000232A1 (en) Variable regenerative energy system for heating and cooling
HUP0800548A2 (en) Geothermal energy accumulator having a vapor barrier and method for utilizing vaporization heat in the geothermal energy accumulator
DE3312329A1 (en) Ground heat store
Hahne et al. Experience with a solar heating ATES system for a university building
DE3224854A1 (en) Heat store
DE102023132915B3 (en) Cold storage and use of such a cold storage as energy storage in a building supply system
JP5028638B1 (en) Geothermal utilization structure and geothermal heat exchanger buried structure
KR101580799B1 (en) System for storing thermal energy and the method for manufacturing of the same, and solar power generation system using the same
AT520644B1 (en) Heat storage with tube heat exchanger in heat-conducting granules
DE102022000873A1 (en) Solar heat storage system
DE102006046149A1 (en) Method and device for bivalent use of rainwater utilization systems is designed so that water in a tank can be heated or cooled by medium which is hydraulically decoupled via exchanger unit

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final

Effective date: 20121214

R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee

Effective date: 20150101