HEAT STORAGE SYSTEM FOR STORING SOLAR HEAT OR WASTE HEAT IN SEVERAL STORAGE TANKS

Abstract: 1. Heat storage installation for storing solar heat or waste heat in a plurality of storage tanks (1, 2, 3, 3') with a heat transfer medium circuit for storing heat and an industrial water circuit for withdrawing stored heat, the heat transfer medium and the industrial water in each case flowing through the storage tanks successively and each of the storage tanks having at least one heat transfer device, acting as a thermal diode and consisting essentially of a heating tube (26) whose lower end region has a lower heat transfer unit (27) through which the heat transfer medium flow and whose upper end region has an upper heat transfer unit (28) through which the industrial water flows, characterized in that the lower heat transfer unit (27) is enclosed by a container (38) having an inlet and an outlet and by an expansion vessel (47) surrounding the container at a distance from the latter and having a yielding construction, the wall of the container having orifices (39) for the passage of the heat transfer medium into the expansion vessel (47).

Description: Verfahren und Wärmespeicheranlage zur selektiven Einspeicherung von Sonnen- oder Abwärme in mehrere Speichertanks Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur selektiven Einspeicherung von Sonnen- oder Abwärme in mehrere Speichertanks, bei dem Wärme des Wärmeträgermediums je nach Temperatur in dem Speicher mit dem benachbart niedrigeren Temperaturniveau des Brauchwassers übertragen wird. Die Wärmespeicheranlage zur Durchführung dieses Verfahrens arbeitet mit mehreren zumindest in einer Reihe bezüglich der Brauchwasserführung hintereinandergeschalteten Speichertanks, die mit je einem Wärmetauscher versehen sind, und mit einem Wärmetauscher, insbesondere Sonnenkollektor, einer Pumpe und einer Zentraleinheit zum Befüllen, Entleeren, Entlüften u. dgl. im Kreislauf des Wärmeträgermediums. Die Erfindung lässt sich bei Wärmespeicheranlagen anwenden, die mit einem Sonnenkollektor arbeiten, also zum Einfangen von Sonnenenergie geeignet sind. Hauptanwendungsgebiet ist dabei die Brauchwassererzeugung für Haushalte und Geschäftsbetriebe. Die Erfindung kann aber auch an-anderer Stelle Anwendung finden, wo Abwärme einer sinnvollen Verwendung zugeführt werden soll. Statt des Sonnenkollektors wird dann ein Wärmetauscher eingesetzt, der die Abwärme zunächst in den Kreislauf des Wärmeträgermediums übernimmt und sodann an die Führung des Nutzungskreislaufes überträgt. Das Verfahren der eingangs beschriebenen Art wird bei einer Wärmespeicheranlage bereits angewendet, bei der drei separate Speicher an die Brauchwasserführung angeschlossen sind. Im Kreislauf des Wärmeträgermediums ist weiterhin eine Pumpe und ein Sonnenkollektor vorgesehen. Jeder Speicher kann einzeln in den Kreislauf des Wärmeträgermediums eingeschaltet werden. Zu diesem Zweck ist eine Leitungsführung vorgesehen, innerhalb der am Eingang zwischen jedem Wärmetauscher jedes Speichertanks ein steuerbares Absperrventil vorgesehen ist. Eine komplizierte Regelanlage, die diese Ventile steuert, ist notwendig. Ausserdem gehört zu dieser Regelanlage eine Zentralsteuereinheit, ein Temperaturfühler für die Temperatur des Wärmeträgermediums im Bereich der Kollektorfläche, Referenzfühler in den einzelnen Speichertanks sowie ein zusätzlicher Solarfühler, der die nutzbare Sonnen-Einstrahlungsintensität misst. Dieser bekannten Anlage liegt der Gedanke zugrunde, zur Optimierung der Solarenergienutzung zunächst einmal mehrere Speicher mit unterschiedlichen Temperaturen einzusetzen. Man ist bestrebt, quantitativ viel Energie über die Kollektorflächen einzufangen, wie auch qualitativ hohe Temperaturen zu erzielen, die unter Umständen keiner zusätzlichen Nacherwärmung bedürfen. Die bekannte Anlage arbeitet trotz der aufwendigen Steuerung nicht optimal. Den einzelnen Speichertanks sind feste Temperaturdifferenzen vorgegeben. Durch die Hintereinan der schaltung dieser Differenzen funktioniert die Anlage nur dann, wenn die Temperatur des Wärmeträgermediums am Kollektor wärmer ist als die letzte geringst angesetzte Temperaturdifferenz des letzten Speichertanks. Liefert der Sonnenkollektor beispielsweise das Wärmeträgermedium in einem mittleren Temperaturbereich, dann wird dieses ausschliesslich in den mittleren Speichertank bei drei vorhandenen Speichertanks geführt. Das Wärmeträgermedium, das diesem mittleren Speichertank passiert hat, wird in diesem noch warmen Zustand nicht weiter ausgenutzt, sondern dem Sonnenkollektor wieder zugeführt. Durch diese alternative Schaltung des Wärmeträgermediums wird die Wärme nicht vollständig oder nicht optimal genutzt. Darüber hinaus bietet die Verwendung der Temperatur des Wärmeträgermediums am Ausgang des Sonnenkollektors den Nachteil, dass beispielsweise auf der Leitung zwischen dem Sonnenkollektor und den Speichertanks eine erhebliche Abkühlung stattfinden kann, so dass dann die Steuereinheit auf ein an sich unzutreffendes Signal anspricht und von diesem gesteuert wird. Dies kann im Extremfall dazu führen, dass ein Speichertank abgekühlt wird. Es ist weiterhin eine Anlage bekannt, die nicht mit separaten Speichern arbeitet, sondern mit einem einzigen Speicher, der in bis zu drei Zonen aufgeteilt ist. Der dabei eingesetzte Speicher ist als Doppelwandbehälter ausgebildet, wobei die der Führung des Wärmeträgermediums dienende Doppelwandung in verschiedene Zonen eingeteilt ist, die jedoch alle miteinander in Verbindung stehen. Dies bedeutet, dass das im Kollektor erwärmte Wärmeträgermedium mit Hilfe gesteuerter vorgeschalteter Ventile in unterschiedliche Zonen des einzelnen Behälters eingebracht werden kann, derart, dass auch die nachfolgenden Zonen niedrigeren Temperaturniveaus von Wärmeträgermedium durchströmt werden. Diese Einteilung in mehrere Zonen bietet zwar thermodynamisch einen gewissen Vorteil gegenüber einem Speichertank mit nur einer Zone, allerdings steigen die Kosten für einen derartigen Speicher und die dazugehörige komplizierte Regeleinrichtung überproportional. Die Regeleinrichtung arbeitet auch hier mit elektrisch gesteuerten Ventilen und verschiedenen Temperaturfühlern an der Anlage. An eine Hintereinanderschaltung oder auch eine Parallelschaltung derartiger in mehrere Zonen aufgeteilter Speichertanks ist nicht gedacht. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der eingangs beschriebenen Art derart weiterzubilden und die bekannte Wärmespeicheranlage derart zu verbessern, dass die von dem Wärmeträgermedium gelieferte Wärme besser als bisher genutzt und gespeichert werden kann. Die Energie soll also besser genutzt werden. Erfindungsgemäss wird dies bei dem Verfahren der eingangs beschriebenen Art dadurch erreicht, dass das Wärmeträgermedium durch die Wärmetauscher sämtlicher Speichertanks zwangsweise und in Richtung des jeweils niedrigeren Temperaturniveaus des Brauchwassers der einzelnen Speichertanks hindurchgeführt wird und dass nur in solchen Speichertanks, in denen eine positive Temperaturdifferenz zwischen Wärmeträgermedium und Brauchwasser vorliegt, jeweils eine Wärmeübertragung an das Brauchwasser stattfindet. Die Erfindung geht damit von der Uberlegun-g aus, nicht nur das Brauchwasser in Stufen in einzelnen Tanks zu erwärmen, sondern dabei auch gleichzeitig das Wärmeträgermedium in einzelnen Stufen in den Speichertanks abzukühlen, so dass nicht nur einmal, sondern mehrfach Wärme bei relativ kleinem Temperaturgradienten übertragen wird. Damit wird die Wärmeausnutzung wesentlich verbessert. Überraschenderweise wird dabei gleichzeitig die komplizierte Steuerung und Regelung aus dem Stand der Technik völlig entbehrlich. Die selektive Einspeicherung kann vorzugsweise unter variablem Temperaturniveau in einzelnen Speichertanks erfolgen. Die einzelnen Speichertanks sind daher in ihrer Temperaturdifferenz nicht vorgewählt bzw. voreingestellt, sondern das Temperaturniveau der einzelnen Speicher ändert sich automatisch in Abhängigkeit von der Temperatur des Wärmeträgermediums. Wird beispielsweise über sehr lange Zeit das Wärmeträgermedium von dem Sonnenkollektor her mit relativ hoher Temperatur angeboten, ohne dass ein Bauchwasserverbrauch eintritt, dann kann dies letztlich dazu führen, dass in sämtlichen hintereinandergeschalteten Speichertanks eine nahezu identische Temperatur des Brauchwassers auftritt. Auch ein nachfolgender Speichertank, durch den das Wärmeträgermedium erst dann geleitet wird, wenn es zuvor einen oder mehrere andere Speichertanks passiert hat, kann somit als Speicher sinnvoller genutzt werden, als dies im Stand der Technik möglich war. Aus Speichertanks, an denen eine negative Temperaturdifferenz zwischen Wärmetauschermedium und Brauchwasser vorliegt, wird keine Wärme von dem Wärmeträgermedium abgezogen. Dies bedeutet, dass beispielsweise dann, wenn das Wärmeträgermedium mit nur mittleren Temperaturen anfällt, trotz der Durchführung durch den ersten, auf relativ hohem Temperaturniveau befindlichen Speichertank, dieser nicht entladen, sondern weitgehend unver ändert bleibt. Das Verfahren lässt sich nicht nur zur selektiven Einspeicherung sondern auch zur selektiven Wärmeentnahme aus mehreren Speichertanks, in denen hinsichtlich des Speichermediums unterschiedliche Temperaturen herrschen, anwenden. Dabei wird auch hier das Wärmeträgermedium durch die Wärmetauscher sämtlicher Speichertanks zwangsweise und in Richtung des jeweils höheren Temperaturniveaus der einzelnen Speichertanks hindurchgeführt, wobei nur in solchen Speichertanks, in denen eine positive Tem peraturdifferenz zwischen Speichermedium und Wärmeträgermedium vorliegt, jeweils eine Wärmeübertragung an das Wärmeträgermedium stattfindet. Es versteht sich, dass die Einrichtung zur Wärmeübertragung, also insbesondere ein als thermische Diode wir, kendes Wärmerohr, dann eben am Speicher angeordnet ist. Die Wärmespeicheranlage zur Durchführung des Verfahrens kennzeichnet sich erfindungsgemäss dadurch, dass die in einer Reihe bezüglich der Brauchwasserführung hintereinandergeschalteten Speichertanks auch hinsichtlich des Kreislaufes des Wärmeträgermediums hintereinandergeschlatet sind und dass der Wärmetauscher jedes Speichertanks eine als thermische Diode wirkende übertragungseinrichtung, insbesondere ein Wärmerohr, ist. Speichertanks werden also auch hinsichtlich des Kreislaufes des Wärmeträgermediums hintereinandergeschaltet, wobei im vergleich zur Brauchwasserführung die Führung des Wärmeträgermediums im Gegenstrom erfolgt. Durch die zwangsweise Durchführung des Wärmeträgermediums durch sämtliche Wärmetauscher der Speichertanks vereinfacht sich die leltungsmässige Anordnung wesentlich und es tritt gleichzeitig eine wesentlich bessere Ausnutzung der über das Wärmeträgermedium anfallenden Energie ein. Komplizierte Steuer- und Regeleinrichtungen mit elektromagnetisch gesteuerten Einlassventilen und den verschiedenen Temperaturfühlern können völlig entfallen. Die Anlage regelt und steuert sich gleichsam automatisch und mit sehr hohem Wirkungsgrad. Dabei ist vorteilhaft, dass die Anlage automatisch in Richtung auf Übertragung von Wärme bei möglichst kleinem Temperaturgradienten arbeitet. Dies bedeutet beispielsweise, dass die Temperatur des Brauchwassers des ersten, von Wärmeträgermedium angeströmten Speichertanks, das beispielsweise infolge Brauchwasserentnehme stark abgekühlt worden ist, bei entsprechender Temperatur des Wärmeträgermediums bevorzugt aufgeheizt wird, bis es nahezu die Temperatur des Wärmeträgermediums erreicht. Während dieser Phase wird in den nachfolgenden Speichertanks relativ wenig Wärme zusätzlich eingespeichert. Diese Wärmemenge erhöht sich aber im Laufe der Einspeicherung, weil der Temperaturgradient zwischen dem Wärmeträgermedium und dem Brauchwasser des ersten Speichertanks laufend kleiner wird. Die erfindungsgemässen Speichertanks in der Anlage können zu mehreren in eine Reihe hinter- einandergeschaltet werden, wobei zweckmässig mindestens drei, aber bis zu sechs oder acht Speichertanks in Reihe hintereinander angeordnet werden können. Selbstverständlich ist es möglich, zwei oder mehrere derartige Reihen auch parallel zueinander anzuordnen, um die Grösse der Anlage zu verdoppeln oder zu vervielfachen. Wesentlich ist bei der erfindungsgemässen Wärmespeicheranlage, dass als Wärmetauscher jedes Speichertanks ein Wärmerohr, welches als thermische Diode wirkt, eingesetzt wird. Dies bedeutet, dass das Wärmeträgermedium nur Wärme an das Brauchwasser des Speichertanks abgeben kann, nicht jedoch umgekehrt Wärme aufnehmen kann. Das als thermische Diode wirkende geschlossen ausgebildete Wärmerohr ist vorzugsweise senkrecht am Speichertank angeordnet und weist eine untere und eine obere Wärmetauschereinheit auf, wobei die untere Wärmetauschereinheit mit dem Kreislauf des Wärmeträgermediums und die obere Wärmetauschereinheit mit der Brauchwasserführung in Verbindung steht. Auf diese Weise ist es möglich, die geschlossene Diode mit einem separaten eingeschlossenen Wärmeübertragungsmedium zu füllen, welches dann in Verbindung mit dem Rohr thermische Diode ergibt. Das Wärmeübertragungsmedium ist somit in dem Wärmerohr der Schwerkraft unterworfen. Die obere Wärmetauschereinheit des Wärmerohres ist im unteren Bereich des Brauchwasserbehälters des Speichertanks an angeordnet, wobei das Wärmerohr durch den Boden des Brauchwasserbehälters nach unten heraus geführt ist und dort die untere Wärmetauschereinheit angeordnet ist. Die einzelnen Elemente sind damit im Sinne aufsteigender Wärme vorgesehen. In der entgegengesetzten Richtung kann kaum Wärme übertragen werden. Durch die getrennte Ausbildung der beiden Wärmetauschereinheiten an dem Wärmerohr ist es möglich, optimal auf die jeweiligen Strömungsverhältnisse und die Einzelheiten der Wärmeübertragung Einfluss zu nehmen bzw. diese jeweils anzupassen. Im Bereich der unteren Wärmetauschereinheit kommt es darauf. an, das Wärmeträgermedium immer wieder umzulenken und an Flächen anstossen zu lassen, die der Wärmeübertragung dienen und die. letztlich'mit dem Wärmerohr verbunden sind. Dies geschieht bei relativ kleinem Volumen und relativ grosser Geschwindigkeit des Wärmeträgermediums. Umgekehrt steht im Bereich der oberen Wärmetauschereinheit ein relativ grosses Volumen von Brauchwasser im Brauchwasserbehälter zur Verfügung, welches nur eine relativ kleine Strömungsgeschwindigkeit an den Teilen der oberen Wärmetauschereinheit vorbei entwickelt. Hier muss darauf Einfluss genommen werden, die Strömung zu ermöglichen und zu verbessern. Die untere Wärmetauschereinheit ist zweckmässig von einem als Expansionsgefäss nachgiebig ausgebildeten Behälter umschlossen. Damit wird nicht nur den Volumenänderungen des Wärmeträgermediums bei wechselnden Temperaturen Rechnung getragen, sondern es wird zugleich auch eine gute Isolierung gegen Wärmeverluste derart geschaffen, dass auch in diesem Bereich, also von der unte ren Wärmetauschereinheit nach aussen übertragene Wärme letztlich in einer Erhöhung der Temperatur nutzbar gemacht wird. Die untere Wärmetauschereinheit ist zu diesem Zweck von einer im Expansionsgefäss angeordneten Innenwandung umschlossen, wobei die Innenwandung Durchbrechungen aufweist. Durch diese Durchbrechungen ist immer ein Austausch mit dem Wärmeträgermedium möglich. Die Innenwandung der unteren Wärmetauschereinheit kann auf ihrer Aussenseite zusätzlich mit Wärmedämmaterial belegt sein, wodurch die Verluste noch kleiner werden. Im einzelnen kann der von der Innenwandung eingeschlossene Innenraum der unteren Wärmetauschereinheit durch auf das Wärmerohr aufgesetzte, insbesondere aufgeschrumpfte, Kreisscheiben mit wechselseitig angeordneten Durchlässen mäanderförmig unterteilt sein. Damit wird eine besonders grosse Wärmeübertragungsfläche zur Verfügung gestellt, die in ihren einzelnen Teilen durch das Wärmeträgermedium immer wieder angeströmt wird. Die obere Wärmetauscherein heit des Wärmerohres kann mit senkrecht angeordneten Rippen versehen sein, die sternförmig angeordnet sind. Hierbei kommt es in erster Linie darauf an, die Strömung des Brauchwassers an dieser oberen Wärmetauschereinheit zu verbessern und positiv zu beeinflussen. Um diese Strömung zu verbessern, können die senkrecht und sternförmig angeordneten Rippen von einer Wandung umschlossen sein, in der Eintritts- und Austrittsöffnungen für das Brauchwasser angeordnet sind. Damit wird gleichsam eine Kaminwirkung innerhalb dieser Wärmetauschereinheit erzielt. Die Eintrittsöffnungen für das Brauchwasser sind. vorzugsweise im Zwischenraum zwischen den Rippen und die Austrittsöffnungen an den Rippen in der Wandung vorgesehen und in senkrechter Richtung gegeneinander versetzt angeordnet. Der Brauchwasserbehälter, das Wärmerohr mit den beiden Wärmetauschereinheiten und dem Expansionsgefäss sowie die Leitungsan- schlüsse sind vorzugsweise in einen Isolierstoffblock als fertige Einheit eingebettet. Der Boden des Brauchwasserbehälters dient dabei als Trägerplatte für die verschiedenen Einzelteile. Eine solche Speichereinheit des Speichertanks ist eine langlebige Einheit und lässt sich mit vergleichsweise einfachen Mitteln und relativ grosser Sicherheit handhaben, z einer Anlage montieren und ggf. wieder demontieren bzw. innerhalb der Anlage durch Hinzufügung weiterer Speichertanks erweitern. Der Isolierstoffblock, der beispielsweise aus einer Umschäumung der Einzelteile mit Polyurethanschaum bestehen kann, weist zweckmässig einen quadratischen Horizontalschnitt auf, wobei die Leitungsanschlüsse an zwei Ecken des quadratischen¯Querschnittes zusammengefasst sind. Damit lassen sich solche Speichertanks in einer Reihe nebeneinander sehr gut anordnen und miteinander verbinden. Durch die zwangsweise Durchführung des Wärmeträgermediums durch sämtliche Speichertanks ist es lediglich erforderlich, jeweils zwei Verschraubungen zwischen zwei benachbarten Speichertanks herzustellen. Die Ableitung des Brauchwassers aus dem Brauchwasserbehälter des Speichertanks kann zweckmässig in einer Ecke des'Horizontal- querschnittes nach unten geführt und dort zusammen mit dem Anschluss der Zuleitung des Wärmeträgermediums in einer Aussparung des Isolierstoffblockes angeordnet sein. Hierdurch ergeben sich Montagevorteile. Ausserdem wird die aus thermodynamischen Gründen erforderliche Entnahme des Brauchwassers oben an dem Brauchwasserbehälter sichergestellt und unter sehr geringen Verlusten nach unten geführt, so das das Brauchwasser in den benachbarten Speichertank am Fusse bzw. in der Nähe des Bodens des Brauchwasserbehälters einströmen kann. Die Erfindung wird anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles und im Vergleich zum Stand der Technik in den Zeichnungen. verdeutlicht und im-folgenden weiter beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 eine Wärmespeicheranlage in schematischer Dar stellung- gemäss Stand der Technik, Fig. 2 die schematische Darstellung der erfindungsge mässen Wärmespeicheranlage, Fig. 3 einen Schnitt durch vier in Reihe geschaltete Speichertanks, Fig. 4 einen Horizontalschnitt durch die vier Speicher tanks gemäss Fig. 3, Fig. 5 einen Horizontalschnitt durch zwei benachbarte Speichertanks mit abgeänderter Vèrschraubung, Fig. 6 einen Vertikalschnitt durch die untere Wärmei tauschereinheit des Wärmerohres eines Speicher tankes, Fig. 7 einen Horizontalschnitt durch die obere Wärme tauschereinheit eines Wärmerohres und Fig. 8 eine Seitenansicht eines Teiles des oberen Wär metauschereinheit des Wärmerohres. In Fig. 1 ist die WÅarmespeicheranlage dargestellt, von der die vorliegende Erfindung ausgeht. Die Speichertanks 1, 2, 3 sind bezüglich der Brauchwasserführung in Reihe hintereinandergeschaltet. Das kalte Brauchwasser tritt vom Leitungsnetz her gemäss Pfeil 4- am Boden des Speichertanks 1 ein und wird oben über die Leitung 5 abgezogen und wiederum nach unten in den Speichertank 2 geleitet. Analog befindet sich zwischen den Speicher-. tanks 2 und 3 die Leitung 6. Gemäss Pfeil 7 wird schliesslich das erwärmte Brauchwasser abgezogen und seiner Verwendung zugeführt. Die Speichertanks 1, 2, 3 können im Stand der Technik wahlweise in den Kreislauf des Wärmeträge.r,mediums çinbezogen werden. Im Kreislauf des Wärmeträgermediums ist zunächst ein Sonnenkollektor 8 vorgesehen, von dem eine Leitung 9 für das Wärmeträgermedium zu den Speichertanks 1, 2, 3 führt. über Abzweigleitungen 10, 11, 12 und darin-angeordnete elektrisch steuerbare Ventile 13, 14, 15 kann das Wärmeträgermedium jeweils alternativ in einem der Wärmetauscher 16, 17,'18 der Speichertanks 3, 2, 1 geleitet werden. Aus dem betreffenden Speichertank 3, 2, 1 gelangt das Wärmeträgermedium dann über eine Rückführleitung 19 bzw. 20 über die Leitung 21 zu der Pumpe 22 und von dort über die Leitung 23 wieder zurück an den Anfang des Sonnenkollektors 8. Am Sonnenkollektor 8 ist ein Temperaturfühler 24 an- gebracht, der als Steuerorgan für die Zentralregeleinheit 25 dient. Von dort aus wird einerseits die Pumpe 22 und andererseits wechsel- bzw. wahlweise die Ventile 13, 14, 15 angesteuert, so dass selektiv Wärme in die Speichertanks 3, 2, 1 gespeichert wird, und zwar in vorgegebenen Temperaturdifferenzen also mit vorgegebenem Temperaturniveau in den einzelnen Speicher tanks 1, 2,.3. Fig. 2 zeigt die erfindungsgemässe Wärmespeicheranlage, bei der zunächst auch die drei Speichertanks 1, 2, 3 in unver änderter Form hinsichtlich der Brauchwasserführung in Reihe hintereinander geschaltet sind. Die Speichertanks 3, 2, 1 sind aber auch hinsichtlich des. Kreislaufes¯des Wärmeträgermediums zwangsweise hintereinandergeschaltet. Zu diesem Zweck ist die Leitung 9 von dem Sonnenkollektor 9 direkt an den Eingang des Wärmetauschers des Speichertanks 3 herangeführt. Der Wärmetauscher besteht aus dem Wärmerohr 26, der unteren Wärme-. tauschereinheit 27 und der oberen'Wärmetauschereinheit 28. Der Brauchwasserbehälter 29 erstreckt sich oberhalb des Bodens 30, in welcher 'das'Wärmerohr 26 dichtend vorgesehen ist. In gleicher Weise sind auch die Speichertanks 2 und 1 ausgestattet. Auf der Seite des Wärmeträgermediums ist der Spei- chertank 2 und dieser über die Leitung 3-2 mit dem Speicher-'" tank 1 verbunden. Aus diesem führen die Leitungen 20 und. 21 zur Pumpe 22, der eine Zentraleinheit 33 zum Befüllen, Entleeren und Entlüften vorgeschaltet ist. Eine Zeituhr 34 steu ert zu die Pumpe 22. In Fig. 3 sind vier in Reihe hintereinandergeschaltete Speichertanks 1, 2, 3, 3' vorgesehen, die sämtlich identisch ausgebildet sind. Jeder Speichertank ist von einem Isolierstoffblock 35, beispielsweise aus -geschäumten Polyurethan umgeben. Die Fig. 4 zeigt, dass der Isolierstoffblock 35 mit quadratischem Querschnitt ausgestattet-ist, so dass--sich die Einheiten mühelos und leicht-nebeneinander aufstellen. und aneinander montieren lassen. Zu diesem Zweck müssen' lediglich zwei Verschraubungen 36 und 37 zwischen den Einheiten hergestellt werden. Die Verschraubung 36. dient beispielsweise der Verbindung der Leitung 5, die oben'an dem Brauchwasserbehälter 29 abzweigt und in eine Ecke niedergeführt ist, an-das eingangsseitige Leitungsstück'der'Leitung 5 des nächsten Speichertanks 2. Die Verschraubung 37 dient der Verbindung der Leitung 32 bzw. der entsprechenden Leitungsstücke an jeder SpeichertÅankeinheit. Analoges geschieht zwischen jeweils zwei benachbarten Speichertanks. Gemäss Fig. 4 sind nur jeweils zwei Verschraubungen 36, 37 zwischen zwei benachbarten Speichertanks 1, 2 bzw. 2, 3 usw. herzustellen. Fig. 5 zeigt eine-Ausführungsform,bei der innerhalb aneinander anschliessender Aussparungen 38 und 39 zwei Verschraubungen 36 und 36' für die Leitung 5 hergestellt werden müssen. Analoges gilt; für die Leitungen 32, 31 usw. Fig. 6 zeigt in vergrösserter Darstellung gnd im Vertikalschnitt das Wärmerohr 26 eingelötet bzw. eingeschweisst in den Boden 30, der zugleich die untere Begrenzung des Brauchwasserbehälters 29 darstellt, mit der unteren Wärmetauschereinheit 27. Die untere Wärmetauschereinheit 27 weist'eine Innenwandung 38 auf, die Durchbrechungen 39 besitzt und ebenfalls an den Boden 30 befestigt ist. Das Wärmerohr 26 ragt in den Innenraum 40 ein, der im wesentlichen durch die Innenwandung 38 umschlossen ist. In diesem Abschnitt des Wärmerohres 26 sind Kreisscheiben 41 aufgeschrumpft, die in der dargestellten Weise wechselseitig mit Durchlässen 42 versehen steht. Das Wärmeträgermedium, welches beispielsweise über die Leitung 32 gemäss Pfeil 43 herangeführt wird, wird zunächst durch die Kreisscheiben 41 hindurch in den unteren Bereich des Innenraumes 40 eingebracht, so dass es nacheinander aufsteigend mäanderförmig entsprechend den Pfeilen 44 an den Kreisscheiben 41 entlang geführt wird und schliessiich gemäss Pfeil 45 in die Leitung 20 abgegeben wird. Dabei gibt das Wärmeträgermedium entsprechend der herrschenden Temperaturdifferenz Wärme an die Kreisscheiben 41 ab. Die Wärme wird über eine Wärmeleitung an das Wärmerohr 26 abgegeben, welches mit einem hier nicht dargestellten Wärmeübertragungsmedium gefüllt ist. Dieses Wärmeübertragungsmedium kann Wasser bzw. Wasserdampf sein, der im unteren Rohrbereich, also gegenüber den Kreisscheiben 41, verdampft wird, um dann im oberen Rohrbereich benachbart zu der oberen Wärmetauschereinheit 28 kondensiert und innen im Wärmerohr 26 wieder herabläuft. Die Innenwandung 27 ist auf ihrer ussenseite mit einem Wärmedämmstoff 46 belegt. Um diesen bzw. die Innenwandung 27 herum ist ein Expansionsgefäss 47 angeordnet, welches beispielsweise als Wellrohr ausgebildet sein kann. Auch das Expansionsgefäss 47 ist mit dem ;Wärmeträgermedium gefüllt. Es nimmt zusätzlich die nach aussen abgegebene Wärme auf. Durch' die Austauschmöglichkeit durch die Durchbrechungen 39 gemäss Pfeil48 wird auch diese Wärme dem Wärmeträgermedium wieder zugeführt und dann in den nächsten Speichertank hinein abgegeben. Aus den vorangehenden Ausführungen ist es schon erkennbar, dass das Wärmerohr 26 wie eine thermische Diode wirkt, also Wärme nur in einer Richtung transportiert bzw. überträgt. Diese eine Richtung ist die nach oben weisende Richtung von der Wärmetauschereinheit 27 zur Wärmetauschereinheit 28. Auf dem umgekehrten Weg, also von oben nach-unten, kann Wärme praktisch nicht übertragen werden. Die Fig. 7 und - zeigen die obere Wärmetauschereinheit 28 jedes Wärmerohres 26. In diesem Bereich des Wärmerohres 26 sind senkrecht angeordnete sternförmige Rippen 49 vorgesehen, die zusätzlich von einer Wandung 50 umschlossen sind. Diese Einheit wird von dem Inneren des Brauchwasserbehälters 29 umgeben und befindet sich also oberhalb des Bodens 30. Zwischen den Rippen 49 sind in der Wandung 50 Eintrittsöffnungen 51 für das Brauchwasser und im Bereich der Rippen 49 Austrittsöffnungen 52 für das erwärmte - Brauchwasser. vorgesehen. Die, Austrittsöffnungen 52 sind gegenüber den .Eintrittsöffnungen 51 in der Höhe und seitlich versetzt angeordnet,-so dass eine- gewisse Kaminwirkung' einerseits und eine horizontale Strömungsführung entlang der Rippen im Bereich der oberen Wärmetauschereinheit 28 eintritt.

Claims: Verfahren und Wärme speicheran lage zur selektiven Einspeiche rung von Sonnen- oder Abwärme in mehrere Speichertanks Patentansprüche: 1. Verfahren zur selektiven Einspeicherung von Sonnen- oder Abwärme in mehrere Speichertanks, bei dem Wärme des Wärmeträgermediums je nach Temperatur in dem Speicher mit dem benachbart niedrigeren Temperaturniveau des Brauchwassers übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeträgermedium durch die Wärmetauscher sämtlicher Speichertanks zwangsweise und in Richtung des jeweils niedrigeren Temperaturniveaus des Brauchwassers der einzelnen Speichertanks hindurchgeführt wird, und dass nur in solchen Speichertanks, in denen eine positive Temperaturdifferenz zwischen Wärmeträgermedium und Brauchwasser vorliegt, jeweils eine Wärmeübertragung an das Brauchwasser stattfindet. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die selektive Einspeicherung unter variablem Temperaturniveau in den einzelnen Speichertanks erfolgt. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass aus Speichertanks, an denen eine negative Temperaturdifferenz zwischen Wärmeträgermedium und Brauchwasser vorliegt, keine Wärme von dem Wärmeträgermedium abgezogen wird. 4. Verfahren zur selektiven Wärmeentnahme aus mehreren Speichertanks, bei dem Wärme aus dem jeweiligen Speichertank je nach Temperatur in dem Speicher aus dem Speicher mit dem benachbart höheren Temperaturniveau an ein Wärmeträgermedium übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeträgermedium durch die Wärmetauscher sämtlicher Speichertanks zwangsweise und in Richtung des jeweils höheren Temperaturniveaus der einzelnen Speichertanks hindurchgeführt und dass nur in solchen Speichertanks, in denen eine positive Temperaturdifferenz zwischen Temperatur in dem jeweiligen Speicher und dem Wärmeträgermedium stattfindet. 5. Wärmespeicheranlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3, mit mehreren zumindest in einer Reihe bezüglich der Brauchwasserführung hintereinandergeschalteten Speichertanks, die mit je einem Wärmetauscher versehen sind, und mit einem Wärmetauscher, insbesondere Sonnenkollektor, einer Pumpe und einer Zentraleinheit zum Befüllen, Entleeren, Entlüften u. dgl. im Kreislauf des Wärmetauschermediums, dadurch gekennzeichnet, dass die in einer Reihe bezüglich der Brauchwasserführung (4, 5, 6, 7) hintereinandergeschalteten Speichertanks (1, 2, 3 usw.) auch hinsichtlich des Kreislaufes des Wärmeträgermediums hintereinandergeschaltet sind und dass der Wärmetauscher (16, 17, 18)jedes Speichertanks (3, 2, 1) eine als thermische Diode wirkende Über- tragungseinrichtung, insbesondere ein Wärmerohr (26, 27, 28) ist 6. Wärmespeicheranlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das als thermische Diode wirkende, geschlossen ausgebildete Wärmerohr (26) vorzugsweise senkrecht am Speichertank (3, 2, 1) angeordnet ist und eine untere und eine obere Wärmetauschereinheit (27 und 28) aufweist, wobei die untere Wärmetauschereinheit (27) mit dem Kreislauf des Wärmeträgermediums und die obere Wärmetauschereinheit (28) mit der Brauchwasserführung in Verbindung steht. 7. Wärmespeicheranlage nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Wärmetauschereinheit (28) des Wärmerohres (26) im unteren Bereich des Brauchwasserbehälters (29) des Speichertanks (3,2,1) angeordnet ist und das Wärmerohr (26) durch den Boden (30) des Brauchwasserbehälters (29) nach unten herausgeführt ist, wobei dort die untere Wärmetauschereinheit (27) angeordnet ist. 8. Wärmespeicheranlage nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Wärmetauschereinheit (27) von einem als Expansionsgefäss (47) nachgiebig ausgebildeten Behälter umschlossen ist. 9. Wärmespeicheranlage nach Anspruch 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Wärmetauschereinheit (27) von einer im Expansionsgefäss (47) angeordneten Innenwandung (38) umschlossen ist, wobei die Innenwandung Durchbrechungen (39) aufweist. 10. Wärmespeicheranlage nach Anspruch 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwandung (38) der unteren Wärmetauschereinheit (27) auf ihrer Aussenseite mit Wärmedämmaterial (46) belegt ist. 11. Wärmespeicheranlage nach Anspruch 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der von der Innenwandung (38) eingeschlossene Innenraum (40) der unteren Wärmetauschereinheit (27) durch auf das Wärmerohr (26) aufgesetzte, insbesondere aufgeschrumpfte, Kreisscheiben (41) mit wechselseitig angeordneten Durchlässen (42) mäanderförmig unterteilt ist. 12. Wärmespeicheranlage nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Wärmetauschereinheit (28) des Wärmerohres (26) mit senkrecht angeordneten Rippen (49) versehen ist, die sternförmig angeordnet sind. 13. Wärmespeicheranlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die senkrecht und sternförmig angeordneten Rippen (49) von einer Wandung (50) umschlossen sind, in der Eintritts- und Austrittsöffnungen (51, 52) für das Brauchwasser angeordnet sind. 14. Wärmespeicheranlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittsöffnungen (51) für das Brauchwasser im Zwischenraum zwischen den Rippen (49) und den Austrittsöffnungen (52) an den Rippen (49) in der Wandung (50) vorgesehen und in senkrechter Richtung gegeneinander versetzt angeordnet sind. 15. Wärmespeicheranlage nach Anspruch 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Brauchwasserbehälter (29), das Wärmerohr (26) mit den beiden Wärmetauschereinheiten (27 und 28) und dem Expansionsgefäss (47) sowie die Leitungsanschlüsse in einem Isolierstoffblock (35) eingebettet sind. 16. Wärmespeicheranlage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolierstoffblock (35) quadratischen -Horizontal- querschnitt aufweist und die Leitungsanschlüsse an zwei Ecken des quadratischen Querschnittes zusammengefasst sind. 17. Wärmespeicheranlage nach Anspruch 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Ableitung (5 bzw. 6) des Brauchwassers aus dem Brauchwasserbehälter (29) des Speichertanks (1, 2 usw.) in einer Ecke des Isolierstoffblockes (35) nach unten geführt und dort zusammen mit dem Anschluss der Zuleitung des Wärmeträgermediums in einer Aussparung (38, 39) des Isolierstoffblockes (35) angeordnet ist.

Inventors: BOSSEL, ULF, DR.
Applicants: BOSSEL, ULF, DR.
Application year: 1980
Main classification: F24D11
IPC codes: F24D11, F28D15