WÄRMESPEICHERSYSTEM MIT EINEM SPEICHERLADESYSTEM

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Wärmespeichersystem zur Speicherung von Wärme. Sie umfasst einen Wärmespeicher (5), einen Eintritt (9) für kaltes Wasser und einen Auslauf (10) zur Entnahme von Warmwasser. Erfindungsgemäß umfasst das Wärmespeichersystem ein Speicherladesystem mit einem elektrisch betriebenen Durchlauferhitzer (3) und einer Umwälzpumpe (2). Der Wärmespeicher (5), der Durchlauferhitzer (3), und die Umwälzpumpe (2) sind in Förderrichtung der Umwälzpumpe (2) hintereinander in einem geschlossenen hydraulischen Kreislauf (11) angeordnet. Zwischen dem Durchlauferhitzer (3) und der Umwälzpumpe (2) ist der Auslauf (10) angeordnet.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Wärmespeichersystem mit Speicherladesystem zum Erwärmen des Wärmespeichers.

[0002] Stand der Technik ist entweder ein Heizstab, der direkt innerhalb eines Speichers angebracht ist oder der Betrieb einer elektrisch betriebenen Kompressionswärmepumpe. Beide technischen Lösungen werden bei einem Strom-Überschuss oder bei einem vergünstigten Strompreis eingeschaltet.

[0003] Aufgabe der Erfindung ist es, eine Alternative zum Stand der Technik bereitzustellen.

[0004] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst. Dabei umfasst das Wärmespeichersystem ein speicherlade System, dass außerhalb eines Wärmespeichers vorgesehen ist. Dabei kann einerseits der Durchlauferhitzer dass zwischen Durchlauferhitzer und Wärmespeicher zirkulierende Warmwasser erhitzen und so den Wärmespeicher erwärmen. Andererseits kann durch einen Auslauf Warmwasser aus dem Kreislauf gezapft werden, wobei der Durchlauferhitzer das Warmwasser von der Temperatur des Wärmespeichers auf die gewünschte Wassertemperatur anheben kann. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden durch die abhängigen Ansprüche geschützt. Ein Verfahrensanspruch beschreibt das Verfahren zum Betreiben des erfindungsgemäßen Wärmespeichersystems.

[0005] In den Figuren 1 bis 7 wird das erfindungsgemäße Wärmespeichersystem beschrieben. Figur 1 stellt ein erfindungsgemäßes Wärmespeichersystem dar. In einem Wärmespeicher 5 wird Wärme in einem Vorrat an Warmwasser gespeichert. Durch einen Eintritt 9 wird kaltes Wasser im unteren Bereich des eines Schichtenspeicher ausgeführten Wärmespeichers 5 zugeführt. Im oberen Bereich wird Warmwasser entnommen und entweder einem Auslauf 10 zugeführt oder über einen Kreislauf 11 zirkuliert, wobei das Warmwasser durch den von Photovoltaik-Kollektoren 4 gespeisten Durchlauferhitzer 3 erhitzt wird und durch die Umwälzpumpe 2 gefördert wird. Der Auslauf 10 ist in dem Beispiel in Figur 1 über ein Ventil 1 an den Kreislauf angeschlossen. Das Ventil 1 ist in diesem Fall ein Dreiwegeventil, dass entweder den Auslauf 10 absperrt oder eine Rückführung im Kreislauf 11 über die Umwälzpumpe 2 sperrt. Erfindungsgemäß kann dieses Dreiwegeventil auch kontinuierlich verstellt werden.

[0006] Figur 2 stellt die Situation dar, in der Warmwasser durch den Auslauf 10 gezeigt wird. Dabei ist das Ventil so geschaltet, dass der Rücklauf des Kreislaufs 11 verschlossen ist. Die Umwälzpumpe 2 fördert in dieser Situation nicht.

[0007] Figur 3 stellt die Situation dar, in der vom Photovoltaik-Modul 4 Energie zur Verfügung gestellt wird. Dabei ist das Ventil 1 so geschaltet, dass der Auslauf 10 gesperrt ist und das Warmwasser im Kreislauf 11 zirkuliert wird und dabei kontinuierlich durch den Durchlauferhitzer 3 erwärmt wird.

[0008] Der Wärmespeicher 5 kann wie in Figur 4 dargestellt auch von einer weiteren Wärmequelle über einen Lade-Wärmetauscher 6 erwärmt werden. Dies ist beispielsweise eine Wärmepumpe oder ein Solarkollektor.

[0009] Figur 5 stellt eine Ausführungsvariante der Erfindung dar, bei der der Wärmespeicher mit einem Wärmeträgermedium, beispielsweise Wasser oder ein PCM-Material gefüllt ist. In diesem Fall wird das Warmwasser über einen Warmwasser-Wärmetauscher 7 erwärmt. In diesem Fall ist der Eintritt 9 in dem Kreislauf 11 zwischen Umwälzpumpe 2 und dem Wärmespeicher 5 vorgesehen.

[0010] In Figur 6 ist dargestellt, dass parallel zur Umwälzpumpe 2 ein Bypass 8 vorgesehen ist. Dieser Bypass kann durch ein Bypass-Dreiwegeventil geschaltet werden. Dadurch ergibt sich besonders vorteilhaft bei dem Einsatz eines als Drei-Wege-Mischer ausgeführten Ventils 1 die Möglichkeit, größere Volumenströme am Auslauf zur Verfügung zu stellen

[0011] Figur 7 stellt eine weitere alternative Ausführungsform der Erfindung dar. Hier wird kein Ventil 1 eingesetzt. Stattdessen wird über einen Volumenstromsensor 12 der durch die zur Zehntel fließende Volumenstrom erfasst und so erkannt, ob Warmwasser durch den Auslauf 10 fließt. Entsprechend wird dann, wenn kein Wasser fließt und Strom vom Photovoltaik-Modul 4 zur Verfügung steht der Durchlauferhitzer 3 betrieben und die Umwälzpumpe 2 betrieben. Dies geschieht vorrangig wenn ein Photovoltaik-Überschuss (oder jede andere temporäre Stromproduktion) besteht, oder ein günstiger Strompreis zu bestimmten oder flexiblen Zeiten durch den Energieversorger angeboten wird.

[0012] Gegenstand der Erfindung also ist die Kombination eines elektrisch betriebenen Durchlauferhitzers 3 und einer Umwälzpumpe 2 zur Speicherladung. Dabei wird bei einer Speicherladung, das aus dem Speicher 5 austretende Wärmeträgermedium im Durchlauferhitzer 3 auf entweder eine maximal eingestellte Temperatur, oder bei einem definierten Volumenstrom erwärmt. Des Weiteren besteht die Möglichkeit einer variablen Austrittstemperatur in Abhängigkeit der Speichertemperatur. Ein Ventil 1, beispielsweise ein Dreiwege-Umschaltventil oder Mischerventil, ist dabei in einer Ausführungsvariante so geschaltet, dass das durch den Durchlauferhitzer 3 erwärmte Wasser wieder in den Speicher 5 zurückgeführt wird. Die Umwälzpumpe 2 fördert dabei das Wärmeträgermedium aus dem Wärmespeicher 5 durch die zuvor beschriebenen Komponenten wieder an einer tieferen Stelle in den Wärmespeicher 5. Der Wärmespeicher 5 sollte dabei möglichst ein Schichtladespeicher sein oder zumindest ein Schichtladeverhalten aufweisen. Anstelle des Ventils 1 kann auch ein einfacher Abzweig des Auslaufs 10 vorgesehen sein. Diese Alternative macht sich die Tatsache zu Nutze, dass das Warmwasser ohnehin durch einen Wasserhahn geleitet wird, der ebenfalls ein Ventil darstellt. Um zu erkennen, ob Warmwasser geklatscht wird, ist es einer Alternative in Figur 7 ein Volumenstromsensor 12 vorgesehen.

[0013] Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass mithilfe des Durchlauferhitzers 3 eine definierte Menge im Wärmespeicher 5 erwärmt werden kann. Zudem ermöglicht dieses Speicherladesystem die definierte Wärmeträgernacherwärmung für eine geforderte Temperatur am Auslauf. Durch die direkte Erwärmung des Wärmeträgermediums kann auf einen Wärmeübertrager verzichtet werden. Für Anwendungen bei denen eine Medientrennung erforderlich ist, (z.B. PCM Speicher, Einbindung einer zweiten Wärmequelle, o.ä.) kann ein oder mehrere Wärmeübertrager im Speicher eingesetzt werden. Zusätzlich ergibt sich durch den Einsatz eines als Drei-Wege-Mischer ausgeführten Ventils 1 und eines zusätzlichen Bypasses 8, die Möglichkeit größere Volumenströme bei gleicher Temperatur am Auslauf zur Verfügung zu stellen, Figur 6. Dabei ist heute der Druckverlust in einem handelsüblichen Durchlauferhitzer sehr groß. Mithilfe des Dreiwege-Mischventils 1 kann nun ein minimal ausreichender Volumenstrom im Durchlauferhitzer 3 auf eine maximale Temperatur erhitzt werden und mit einem zweiten Volumenstrom aus dem Speicher 5 so gemischt werden, das die gewünschte Auslauftemperatur erreicht wird.

[0014] Beispiel für eine mögliche Anwendung: Ein Warmwasserspeicher, der durch eine Wärmepumpe auf ein für die Wärmepumpe noch effizient erreichbares Temperaturniveau (z.B. 40°C) erhitzt wird. Werden nun höhere Temperaturen als die 40°C am Auslauf benötigt, so kann mittels des Durchlauferhitzers die gewünschte Auslauftemperatur bereitgestellt werden. Die Kombination mit Photovoltaik-Kollektoren 4 ermöglicht hierbei einen wirtschaftlichen Betrieb, wenn der Photovoltaikstrom-Überschuss für die Speicheraufladung verwendet wird.

Bezugszeichenliste

[0015] 

1

Ventil

2

Umwälzpumpe

3

Durchlauferhitzer

4

Photovoltaik-Kollektor

5

Wärmespeicher

6

Lade-Wärmetauscher

7

Warmwasser-Wärmetauscher

8

Bypass

9

Eintritt

10

Auslauf

11

Kreislauf

12

Volumenstromsensor

Ansprüche

1. Wärmespeichersystem zur Speicherung von Wärme, umfassend einen Wärmespeicher (5), einen Eintritt (9) für kaltes Wasser und einen Auslauf (10) zur Entnahme von Warmwasser, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmespeichersystem ein Speicherladesystem mit einem elektrisch betriebenen Durchlauferhitzer (3) und einer Umwälzpumpe (2) umfasst, wobei der Wärmespeicher (5), der Durchlauferhitzer (3), und die Umwälzpumpe (2) in Förderrichtung der Umwälzpumpe (2) hintereinander in einem geschlossenen hydraulischen Kreislauf (11) angeordnet sind, wobei zwischen dem Durchlauferhitzer (3) und der Umwälzpumpe (2) der Auslauf (10) angeordnet ist.

2. Wärmespeichersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslauf (10) mit einem Dreiwegeventil (1) an dem Kreislauf (11) angeschlossen ist.

3. Wärmespeichersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslauf (10) direkt an dem Kreislauf (11) angeschlossen ist und dass der Auslauf (10) mit einem Volumenstromsensor (12) verbunden ist.

4. Wärmespeichersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Eintritt (9) direkt mit dem Kreislauf (11) zwischen Umwälzpumpe (2) und Wärmespeicher (5) verbunden ist.

5. Wärmespeichersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Eintritt (9) direkt mit Wärmespeicher (5) verbunden ist.

6. Wärmespeichersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmespeicher (5) ein Wärmeträgermedium enthält und dass der Wärmespeicher (5) einen Warmwasser-Wärmetauscher (7) zur Übertragung der Wärme vom Wärmeträgermedium auf das Warmwasser umfasst.

7. Wärmespeichersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmespeicher (5) direkt das erwärmte Warmwasser speichern kann.

8. Wärmespeichersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmespeicher (5) einen Lade-Wärmetauscher (6) zur Übertragung der Wärme von einer externen Wärmequelle auf dem Wärmespeicher (5) umfasst.

9. Wärmespeichersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zur Umwälzpumpe 2 ein Bypass 8 mit Bypass-Dreiwegeventil vorgesehen ist

10. Verfahren zum Betreiben eines Wärmespeichersystems nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Entnahme vom Warmwasser über den Auslauf (10) die Fördermenge im Kreislauf (11) durch die Umwälzpumpe reduziert oder gestoppt wird, indem die Fördermenge der Umwälzpumpe reduziert oder gestoppt wird und/oder das Ventil (1) zumindest teilweise in Richtung der Umwälzpumpe geschlossen wird und dass zum Aufheizen des Wärmespeichers (5) der Durchlauferhitzer (3) betrieben wird und im Kreislauf (11) durch die Umwälzpumpe (2) Warmwasser gefördert wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei zur Entnahme vom Warmwasser über den Auslauf (10) die Fördermenge im Kreislauf (11) durch die Umwälzpumpe gestoppt wird, ein parallel zur Umwälzpumpe vorgesehener Bypass (8) geöffnet wird und das als Drei-Wege-Mischer ausgeführte Ventil (1) bei gegebenenfalls betriebenem Durchlauferhitzer (3) so betrieben wird, dass am Auslauf (10) eine gewünschte Auslauftemperatur bei einem hinreichenden Volumenstrom erreicht wird.

Zeichnung