DE102009005276A1 - Wärmespeicher - Google Patents

Abstract

Ein Speicherbehälter für ein hydraulisches Wärmespeichermedium, insbesondere Wasser, ist als vorgefertigter und auf Dichtheit geprüfter Behälter aus schlecht wärmeleitendem Duroplastmaterial hergestellt und mit einer nachträglich außen anbringbaren Wärmeisolierung kombinierbar, welche im Wesentlichen aus flächigen Teilen mit geringer Konkavität besteht, entsprechend der quaderähnlichen Form des Speicherbehälters.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmespeicher mit einem ein hydraulisches Wärmespeichermedium, insbesondere Wasser, aufnehmenden Speicherbehälter.
• Es ist grundsätzlich bekannt, Heizungsanlagen von Gebäuden mit Wärmespeichern auszurüsten, die dann von unterschiedlichen Wärmequellen geladen werden können. Beispielsweise können thermische Solarkollektoren zur Aufladung, d. h. zur Aufheizung eines Wärmespeichers dienen, aus dem dann die gespeicherte Wärme für Raumheizungen entnommen werden kann.
• Falls ein Haus nachträglich mit einem zur Nutzung regenerativer Energien geeigneten Heizsystem nachgerüstet werden soll, ist es regelmäßig erwünscht, den Wärmespeicher innerhalb des Hauses, beispielsweise in ungenutzten Kellerräumen oder dergleichen, unterzubringen.
• Zu diesem Zweck werden auf dem Markt (beispielsweise von der Haase GFK-Technik GmbH) GFK-Speicherbehälter angeboten, die erst im jeweiligen Unterbringungsraum zusammengebaut werden. Dabei ist vorgesehen, eine kreisscheibenförmige Bodenplatte mit einer zylinderförmigen Wand zu verbinden, die als Wickel einer entsprechenden Materialbahn angeliefert werden kann. Da der Speicherbehälter erst im jeweiligen Unterbringungsraum zusammengesetzt wird, wird der Vorteil geboten, dass ohne weiteres große Speicherbehälter erstellt werden können, die als vormontierte Einheiten oftmals nicht zum jeweiligen Unterbringungsraum gebracht werden könnten, weil der Weg dorthin durch enge Türquerschnitte oder sonstige Störkonturen blockiert ist. Nachteilig ist allerdings, dass dieser bekannte Speicherbehälter aufgrund seiner kreisförmigen Bodenfläche wenig geeignet ist, einen Eckbereich eines Kellerraumes oder dergleichen optimal zu nutzen. Im Übrigen ist der Zusammenbau von Kunststoffbehältern in Kelleräumen wegen der dort regelmäßig bestehenden eingeschränkten Belüftung für die Arbeitskräfte problematisch. Außerdem liegen in Kellerräumen nur selten die für die Aushärtung von Kunststoffverbindungen optimalen Klimaverhältnisse vor.
• Aus diesem Grunde werden auf dem Markt auch (beispielsweise von der ROTEX HEATING SYSTEMS GMBH) komplett mit Wärmeisolierung versehene Speicherbehälter aus Kunststoff angeboten, wobei mehrere kleinere Speicherbehälter parallel geschaltet werden müssen, wenn die Zugangswege zu dem jeweiligen Unterbringungsraum beengt sind.
• Schließlich werden auf dem Markt auch aus Edelstahl oder dergleichen bestehende Speicherbehälter angeboten, die aufgrund der auch bei dünnen Wandungen möglichen hohen Stabilität im Vergleich zum Fassungsvermögen relativ kleine Abmessungen aufweisen können, so dass ein Transport über enge Zugangswege möglich wird. Diese Möglichkeit wird allerdings des öfteren dadurch eingeschränkt, dass für derartige Speicherbehälter voluminöse bzw. sperrige Wärmeisolierungen vorgesehen sind.
• Im Übrigen ist aus der EP 0 584 393 B1 ein im Wesentlichen quaderförmiger Speicherbehälter bekannt, der mit einer Vielzahl von Flanschöffnungen versehen ist, um den Speicherbehälter mit gleichartigen Speicherbehältern zu einer Batterie kombinieren zu können, derart, dass das hydraulische Speichermedium (Wasser) über die gesamte Batterie eine gleichmäßige Temperaturschichtung aufweist und sich die gesamte Batterie wie ein homogener einstückiger Speicher verhält. Nachteilig ist allerdings, dass die Fertigung und Montage des Speicherbehälters aufwändig sind. Außerdem ist die angestrebte gleichmäßige Temperaturbeschichtung in der Praxis kaum erreichbar.
• Aufgabe der Erfindung ist es nun, einen Speicherbehälter zu schaffen, der im Vergleich zu seinem Platzbedarf ein hohes Volumen aufweist, und optimale Betriebseigenschaft bietet.
• Diese Aufgabe wird bei einem Wärmespeicher der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein vorgefertigter und auf Dichtheit geprüfter, an die Maße üblicher Türen angepasster Speicherbehälter aus schlecht wärmeleitendem Duroplastmaterial (zum Beispiel GFK) vorgesehen und mit einer nachträglich außen anbringbaren Wärmeisolierung kombinierbar ist.
• Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, neben den Abmessungen üblicher Türen zu berücksichtigen, dass ein für hydraulische Wärmespeichermedien vorgesehener Speicherbehälter auch bei hervorragender Wärmeisolierung noch einen vergleichsweise schlechten Wirkungsgrad haben kann, wenn die Speicherwände aus im Vergleich zum Speichermedium gut wärmeleitendem Material bestehen. Materialen mit guter Wärmeleitung haben nämlich zur Folge, dass über die Wandung ein merklicher Wärmestrom von oberen Flüssigkeitsschichten mit höherer Temperatur zu tieferen Flüssigkeitsschichten mit geringerer Temperatur auftritt. Ein solcher Wärmestrom zerstört die sich andernfalls einstellende Temperaturschichtung des Wärmespeichermediums, indem unerwünschte Konvektionsströmungen verursacht werden.
• Andererseits bieten die erfindungsgemäß vorgesehenen Duroplastmaterialien, die auf dem Markt verfügbar sind, eine hohe Stabilität bei geringem Gewicht, so dass der Speicherbehälter ohne weiteres in Kellerräume transportiert werden kann.
• Aufgrund der erfindungsgemäß vorgesehenen nachträglich anbringbaren Wärmeisolation wird das Transportvolumen des Speicherbehälters entsprechend ver mindert, so dass auch Speicherbehälter mit vergleichsweise großem Fassungsvermögen durch enge Türen oder Gänge transportiert werden können.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann der Speicherbehälter eine quaderähnliche Form mit einer im Wesentlichen planen Unterseite sowie einer im Wesentlichen planen Oberseite und bombierten Seitenflächen aufweisen.
• Eine derartige Form bietet einerseits den Vorteil, dass Eckbereiche von Unterbringungsräumen optimal für den Wärmespeicher genutzt werden können. Andererseits wird durch die bombierten Seitenflächen eine besonders hohe Stabilität gewährleistet, denn der Druck des vom Speicherbehälter aufgenommenen hydraulischen Wärmespeichermediums führt im Wesentlichen lediglich zu Zugkräften in den Wandungen. Im Ergebnis werden störende Durchbiegungen oder Ausbeulungen der Seitenwände so auf einfache Art vermieden.
• Vorzugsweise gehen die Seitenflächen mit bogenförmigen Kanten ineinander bzw. in die Ober- und Unterseiten des Speicherbehälters über.
• Im Hinblick auf eine Passierbarkeit üblicher Türen und enger Gänge kann der quaderähnliche Speicherbehälter kleine Boden- und/oder Seitenflächen aufweisen, deren Abmessungen kleiner als Standard-Türmaße von Bauwerken sind.
• Die Quaderform des Speicherbehälters bietet die vorteilhafte Möglichkeit, die wünschenswerte Wärmeisolierung des Speicherbehälters mit der Form des Speicherbehälters angepassten Formteilen zu gewährleisten, die vergleichsweise geringe Konkavitäten besitzen und dementsprechend raumsparend angeliefert werden können.
• Im Übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfindung auf die Ansprüche und die nachfolgende Erläuterung der Zeichnung verwiesen, anhand der eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung näher erläutert wird.
• In der Zeichnung zeigt
• die einzige Figur eine schematisierte perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen Wärmespeicherbehälters.
• Der dargestellte Speicherbehälter 1 besteht aus einem schlecht wärmeleitenden Duroplastmaterial, beispielsweise GFK. Dabei ist der Speicherbehälter aus einer Oberschale 1' sowie einer gleiche Form aufweisenden Unterschale 1'' zusammengesetzt, wobei der strichliert angedeutete Verbindungsbereich 2 den „Äquator” des Speicherbehälters 1 bildet.
• Der Behälter 1 besitzt eine im Wesentlichen ebene rechteckige Unterseite sowie eine entsprechend ebene rechteckige Oberseite. Die Vertikalflächen des Behälters 1 sind bombiert ausgebildet, d. h. die Außenseite der Seitenflächen besitzt eine konvexe Form.
• Dementsprechend haben die Vertikalkanten zwischen den Seitenflächen eine leicht bogenförmige Ausgestaltung. Im Übrigen besitzen die Vertikal- und Horizontalkanten des Behälters 1 einen bogenförmigen Querschnitt. Aufgrund dieser Form des Behälters 1 wird eine hohe Stabilität gewährleistet, wobei der Druck eines im Speicherbehälter 1 aufgenommenen hydraulischen Speichermediums im Wesentlichen nur zu Zugkräften innerhalb der Wandung führen kann.
• Die Breite b und die Höhe h oder die Länge l des Speicherbehälters 1 sind so bemessen, dass sich der Behälter 1 durch Türen mit üblichen Türmaßen transportieren lässt.
• Aufgrund seines rechteckigen Grundrisses lässt sich der Speicherbehälter 1 sehr raumsparend in Eckbereichen von Kellerräumen oder dergleichen aufstellen, gleichwohl kann ein sehr hohes Speichervolumen gewährleistet werden.
• In der Behälteroberseite ist in der Regel eine in der Zeichnung nicht dargestellte Öffnung angeordnet, an der ein zur Einbringung von Wärme bzw. zur Wärmeentnahme dienender Wärmetauscher, beispielsweise in Form eines Rohrregisters, anbringbar ist. Der Speicherbehälter 1 kann als Wärmespeichermedium prinzipiell beliebige hydraulische Medien, insbesondere Wasser, aufnehmen. Dabei stellt sich im Betrieb eine Temperaturschichtung ein, d. h. die unteren Schichten des hydraulischen Mediums haben eine geringere Temperatur, während die oberen Schichten eine höhere Temperatur aufweisen.
• In diesem Zusammenhang ist es für einen wirtschaftlichen Speicherbetrieb vorteilhaft, dass die Wandungen des Speicherbehälters 1 aus schlecht wärmeleitendem Material bestehen. Zwischen den Flüssigkeitsschichten unterschiedlicher Temperatur tritt deshalb über die Behälterwandung praktisch kein Wärmestrom bzw. Wärmeaustausch auf. Im Ergebnis bleibt damit die Temperaturdifferenz zwischen oberen und unteren Schichten langfristig erhalten, so dass mit entsprechenden Wärmetauschern Wärme mit unterschiedlichen Temperaturniveaus aus dem Speicher entnommen bzw. in dem Speicher geladen werden kann.
• Der Speicherbehälter 1 wird vor seiner endgültigen Installation mit einer Wärmeisolation umkleidet (nicht dargestellt), die aufgrund der Behälterform aus weitestgehend ebenen bzw. flächigen Segmenten, welche problemlos separat zum Auf stellungsort des Speicherbehälters transportiert werden können, zusammengesetzt ist.
• Das Zusatzvolumen der Wärmeisolation beeinträchtigt also in keiner Weise das maximale Fassungsvermögen eines durch übliche Türen transportierbaren Speicherbehälters 1.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• - EP 0584393 B1 [0007]

Claims (5)

1. Wärmespeicher mit einem ein hydraulisches Wärmespeichermedium, insbesondere Wasser, aufnehmenden Speicherbehälter (1), dadurch gekennzeichnet, dass ein vorgefertigter und auf Dichtheit geprüfter Speicherbehälter (1) aus schlecht wärmeleitendem Duroplastmaterial, insbesondere GFK, vorgesehen und mit einer nachträglich außen anbringbaren Wärmeisolierung kombinierbar ist.
2. Wärmespeicher nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Speicherbehälter (1) eine quaderähnliche Form mit einer im Wesentlichen planen Unterseite sowie einer im Wesentlichen planen Oberseite und bombierten Seitenflächen aufweist.
3. Wärmespeicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenflächen und die Ober- bzw. Unterseiten an Horizontal- bzw. Vertikalkanten des Behälters bogenförmig ineinander übergehen.
4. Wärmespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der quaderförmige Speicherbehälter (1) kleine Seitenflächen aufweist, deren Abmessungen kleiner als Standard-Türmaße von Bauwerken sind.
5. Wärmespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeisolierung aus der Form des Speicherbehälters (1) angepassten flachen Formteilen besteht, deren Konkavitäten eine im Vergleich zu Durchmessermaßen des Behälters (1) geringe Tiefe besitzen.