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Title:
CONTROL DEVICE FOR CHARGING AND DISCHARGING HEAT STORAGE UNITS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2008/009376
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a control device for charging and discharging heat storage units, which are connected by means of a circuit pipeline that uses a liquid medium as a heat energy carrier such that the heat transfer medium is introduced into the circuit at a temperature 1°C and as a result each storage unit is individually charged with heat energy.

Inventors:
VINCENZ UWE (DE)
VINCENZ MARCEL (DE)
Application Number:
PCT/EP2007/006118
Publication Date:
January 24, 2008
Filing Date:
July 10, 2007
Export Citation:
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Assignee:
VINCENZ UWE (DE)
VINCENZ MARCEL (DE)
International Classes:
F24D11/00
Domestic Patent References:
WO2003010469A12003-02-06
Foreign References:
DE2749714A11979-05-23
Attorney, Agent or Firm:
KÖHLER, Tobias (Leipzig, DE)
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Claims:

Patentanspruch:

Regelung zur Ladung und Entladung von mindestens zwei Wärmespeichern, welche mittels einer Kreislauf-Rohrleitung, in welcher ein flüssiges Medium als Träger der Wärmeenergie zur Anwendung kommt, so verbunden sind, dass das Wärmeträgermedium mit der Temperatur θi in diesen Kreis eingespeist wird und jeder Speicher dabei einzeln mit Wärmeenergie zu Laden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Laden eines Wärmeträgermediums anliegende Temperatur θi mit den Temperaturen θ2 .... θ n in den Speichern 1 ... n verglichen wird und im Ergebnis dieses Vergleiches die Speicher 1 ... n, deren Wärmeträgermedium eine Temperatur aufweisen, welche niedrig ist als die Temperatur Oi mit dem Wärmeträgermedium beladen werden, wobei die Speicher 1 ... n, deren Temperatur den größten negativen Temperaturunterschied zur Temperatur ϋ~ι aufweisen, in Abhängigkeit der Größe dieses Temperaturunterschiedes favorisiert sind und dass zum Entladen eine gewünschte Entnahmetemperatur vorzugeben ist und dabei die Auslassseite der Speicher so geöffnet wird, dass das Wärmeträgermedium, bei Bedarf auch durch Kombination von Entnahmen aus mehreren Behältern, mit der gewünschten voreingestellten Entnahmetemperatur in das Rohrleitungssystem zum jeweiligen Verbraucher geschickt wird und dabei das Wärmeträgermedium so aus den Speichern entnommen, dass parallel ablaufende Ladeprozesse in einzelnen Speichern nicht unterbrochen werden und die Speicher möglichst weit entladen werden, um danach zur optimalen Auslastung wieder die maximale Wärmemenge aufnehmen zu können.

Description:

Regelung zur Ladung und Entladung von Wärmespeichern

Die Erfindung betrifft eine Regelung zur Ladung und Entladung von Wärmespeichern, in welchen ein flüssiges Medium als Träger der Wärmeenergie zur Anwendung kommt.

Es ist bekannt, flüssige Medien, vorzugsweise Wasser als Wärmeträger zu verwenden und dieses Medium mittels alternativer Energiequellen aufzuheizen. Die so gewonnene Wärmeenergie kann jedoch aus den unterschiedlichsten Gründen nicht immer sofort genutzt werden.

Somit entsteht der Bedarf, die mittels alternativer Energiequellen gewonnene Wärmeenergie zwischenzuspeichern.

Dazu werden üblicherweise Wärmespeicher eingesetzt, welche in einen Kreislauf zur Verwendung der gewonnen Wärmeenergie eingebunden sind und ebenfalls ein flüssiges Wärmeträgermedium führen. Dieses Wärmeträgermedium kann dann beispielsweise zur Heizung von Räumen, Schwimmbädern oder dergleichen genutzt werden.

Es ist bekannt, dass in Abhängigkeit der benötigten Wärmemenge für den jeweiligen Verwendungszweck die Wärmespeicher entsprechend ihres Speichervolumens auszuwählen sind.

Die Erweiterung des Speichervolumens ist jedoch begrenzt durch die Raumgeometrie und Statik der Räume, in welchen diese Speicher aufgestellt sind.

Ein weiterer Grund der Begrenzung der Volumenvergrößerung dieser Speicher kann darin gesehen werden, dass eine Aufheizung des in dem

Speicher befindlichen Wärmeträgermediums nicht so rationell erfolgen kann, dass eine schnelle Entnahme von mit Wärmeenergie beladenem Wärmeträgermedium erfolgen kann.

Deshalb ist es üblich, bei höherem Bedarf an Wärmeenergie mehrere Wärmespeicher zu koppeln.

Dies erfolgt üblicherweise so, dass diese kaskadenartig miteinander verbunden sind und so die Wärmenergie erst dem ersten Wärmespeicher zugeführt wird und bei Erreichen der maximalen Aufnahme über den ersten Speicher der nachfolgende Speicher beladen wird und bei Erreichen der maximalen Aufnahme dieses zweiten Speichers der diesem nachfolgende Speicher beladen wird und so weiter bis zur Beladung des letzen Speichers.

Eine Entnahme erfolgt dann ebenfalls kaskadenartig.

Eine weitere bekannte Regelung verteilt die zu speichernde Wärmemenge mittels Umwälzung so in den Speichern, dass die zur Verfügung stehende Wärmeenergie gleichmäßig in den zur Verfügung stehenden Speichern verteilt wird.

Nachteilig dabei ist, dass bei Einsatz dieser Regelungen eine bei Bedarf schnelle Entnahme von Wärmeenergie und eine deshalb notwendige schnelle neue Beladung der Speicher mit Wärmeenergie nicht möglich ist und deshalb häufig elektrisch nachgeheizt werden muss.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Regelung vorzuschlagen, welche eine schnelle Entnahme von des mit Wärmeenergie beladenen Wärmeträgermediums ermöglicht und parallel dazu eine weitere Beladung realisiert, um die maximale Wärmemenge abzuspeichern und

die solarthermische Anlage mit niedrigsten Temperaturen, die über dem Taupunkt liegen, zu bedienen.

Die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe ergibt sich aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 in Zusammenhang mit den Merkmalen des Oberbegriffes.

Nachfolgend soll die Erfindung an einem Beispiel mit 4 Speichern näher erläutert werden.

Die Wärmespeicher 1 bis 4 sind mittels einer Kreislauf-Rohrleitung so verbunden, dass das Wärmeträgermedium mit der Temperatur O 1 in diesen Kreis eingespeist wird. Jeder Speicher 1 bis 4 ist dabei einzeln zum Laden mittels mindestens eines Ventils zu öffnen

Die Speichersteuerung ist zu betrachten auf der Ladeseite und der

Entladeseite.

Dabei ist O 1 die zum Laden des Wärmeträgermediums anliegende

Temperatur, O 2 die Temperatur des Speichers 1, O 3 die Temperatur des Speichers 2, O 4 die Temperatur des Speichers 3 und O 5 die Temperatur des Speichers 4. Für die Betrachtung der Ladeseite gilt dabei

O 1 > O 2 > V 1 = 1 V 2 = O

O 1 < O 2 > V 1 = O V 2 = 1

O 1 > O 3 X V 3 = 1 V 4 = O

O 1 < O 3 :> V 3 = O V 4 = 1

Diese Betrachtung ist beliebig um weitere Speicher erweiterbar.

Die zum Laden des Wärmeträgermediums anliegende Temperatur θi wird mittels der erfindungsgemäßen Regelung mit den Temperaturen θ 2 .... θ n in den Speichern 1 ... n verglichen. Ist die Temperatur θi höher als in einzelnen Speichern 1 ... n, so werden die in der Zuleitung angeordneten Ventile zum Laden der Speicher so geschaltet, dass das Wärmeträgermedium alle die Speicher 1 ... n, deren Wärmeträgermedium eine Temperatur aufweisen, welche niedrig ist als die Temperatur φi. Alle Speicher, deren Wärmeträgermedium eine Temperatur aufweisen, welche höher ist als die Temperatur θi werden somit nicht zur

Kreisleitung hin geöffnet und es sichergestellt, dass diesen Speichern somit keine Wärmenergie entzogen wird.

Die in jedem Speicher angeordneten Temperaturensensoren der

Speicher ^ .... φ n sind gemäß der erfindungsgemäßen Regelung mit einer hier als Beispiel dargestellten Hysterese

belegt.

Mittels dieser Hysterese wird das vorhandene Temperaturgefälle kompensiert und es ist somit möglich, dem letzten Speicher bei Bedarf gezielt Wärme zu entziehen.

Dabei sind in dem System zur überwachung alle Temperaturen #i .... -θ- n sowie alle Schaltzustände Vi .... V n sowie die entsprechenden Wärmemengen in KWh der Speicher 1 ... n angezeigt.

Zum Entladen kann vom Anwender kann eine gewünschte Entnahmetemperatur vorgegeben werden. Diese beträgt beispielsweise 50 0 C.

Die erfindungsgemäße Regelung öffnet die Auslassseite der Speicher so, dass das Wärmeträgermedium, bei Bedarf auch durch Kombination von Entnahmen aus mehreren Behältern, mit der gewünschten voreingestellten Entnahmetemperatur in das Rohrleitungssystem zum jeweiligen Verbraucher geschickt wird.

Dabei wird das Wärmeträgermedium so aus den Speichern entnommen, dass parallel ablaufende Ladeprozesse in einzelnen Speichern nicht unterbrochen werden und die Speicher möglichst weit entladen werden, um danach zur optimalen Auslastung wieder die maximale Wärmemenge aufnehmen zu können.

Die erforderlichen Schalt- und Steuervorgänge werden dabei vorzugsweise mittels bekannter Magnetventile vorgenommen.