DE3034322A1

DE3034322A1 - Device for use in a cistern containing liquid for the storage of thermal energy

Info

Publication number: DE3034322A1
Application number: DE803034322A
Authority: DE
Inventors: J Svensson
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-02-13
Filing date: 1980-02-12
Publication date: 1981-04-09
Also published as: SE415922B; NO803003L; WO1980001714A1; EP0023907A1; DK427980A; SE7901241L; NL8020043A; GB2089020A

Description

Anwaltsakte: P 612 SVENSSON, JanAttorney's file: P 612 SVENSSON, Jan

Solmyra S-590 60 LjungsbroSolmyra S-590 60 Ljungsbro

Vorrichtung zur Anwendung in einer Zisterne, die Flüssigkeit enthält, zum Speichern von thermischer EnergieDevice for use in a cistern containing liquid, for storing thermal energy

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Anwendung in einer flüssigkeitsenthaltenden Zisterne, die zum Speichern thermischer Energie bestimmt ist. In dieser Zisterne läßt man die Flüssigkeit die Bedingungen eines thermischen Equilibriums annehmen, wobei die Temperatur der Flüssigkeit in im wesentlichen kontinuierlicher Weise vom Boden der Zisterne zur Oberfläche der Flüssigkeit ansteigt; es ist ferner wenigstens eine Rohrleitung zu deren Auffüllung vorgesehen.The invention relates to a device for use in a liquid-containing cistern for storing thermal Energy is determined. In this cistern the liquid is allowed to assume the conditions of thermal equilibrium, the temperature of the liquid in a substantially continuous manner from the bottom of the cistern to the surface the liquid rises; Furthermore, at least one pipeline is provided for its filling.

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Beim Speichern thermischer Energien einer Flüssigkeit enthaltenden Zisterne ist es ganz entscheidend, daß das Speichern bei einem Entropie-Anstieg stattfindet, der so groß wie möglich ist. Bei einer Zisterne von im wesentlichen stehender Flüssigkeit findet entsprechend den bekannten physikalischen Gesetzen sozusagen eine spontane Schichtbildung statt. Das kontinuierliche Hinzufügen und/oder Abziehen vergleichsweise großer Mengen Flüssigkeit bei nur leichter Störung der Schichtbildung der Flüssigkeit ist ein Problem, das bisher noch keine befriedigende Lösung gefunden hat.When storing thermal energies containing a liquid In the cistern, it is very important that the storage takes place with an increase in entropy that is as great as possible. In the case of a cistern of essentially stagnant liquid, according to the known physical laws, so to speak a spontaneous layer formation takes place. The continuous adding and / or withdrawal of comparatively large amounts of liquid with only slight disturbance of the layer formation of the liquid is a problem, which has not yet found a satisfactory solution.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das oben beschriebene Problem durch einfache Mittel und bei geringen Kosten zu lösen. Dies wird durch die in den Ansprüchen wiedergegebenen Merkmale der Erfindung erreicht.The invention is based on the object of solving the problem described above by simple means and at low cost. This is achieved by the features of the invention presented in the claims.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Hierin zeigtThe invention will become apparent from the following description with reference explained in more detail on the accompanying drawings. Herein shows

Fig. 1 in sehematischer Darstellung eine Vorrichtung gemäß der Erfindung zur Anwendung in einem System für die Speicherung von Solarenergie in einer flüssigkeitenthaltenden Zisterne.Fig. 1 in a schematic representation of a device according to the invention for use in a system for storing solar energy in a liquid containing Cistern.

Fig. 2 zeigt ein System ähnlich jenem von Fig. 1, das jedoch darüber hinaus für die Zufuhr gekühlten RUckwassers zu einer Zisterne gestaltet ist.Fig. 2 shows a system similar to that of Fig. 1, but also for the supply cooled return water is designed to form a cistern.

Fig. J> zeigt perspektivisch und teilweise weggeschnitten eine Einzelheit eines Ausführungsbeispieles einer möglichen Bauart einer Vorrichtung gemäß der Erfindung.Fig. J> shows in perspective and partially cut away a detail of an embodiment of a possible construction of a device according to the invention.

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In Fig. 1 ist eine Zisterne 1 mit Flüssigkeit zur Speicherung thermischer Energie dargestellt, in welche eine Rohrleitung 2 zur Ergänzung der mit erhitzter Flüssigkeit gefüllten Zisterne führt, die normalerweise Wasser ist. Die Rohrleitung 2 kommt von einem Solarenergiekollektor 3, der seinerseits mit einer Zufuhrleitung 4 ausgerüstet ist, welche Flüssigkeit aus einer hier nicht im einzelnen dargestellten Quelle dem Solarenergiekollektor 3 zugeführt wird. Die Strömungsrichtung der Flüssigkeit ist durch Pfeile 5 veranschaulicht. Es versteht sich, daß der Solarkollektor 3 lediglich als Ausführungsbeispiel einer Aufheizungsvorrichtung aufzufassen ist, die ebensogut aus einer Wärmepumpe zur Ausnutzung von beispielsweise geothemischer Oberflächenenergie bestehen kann, oder aus einem Wärmeaustauscher zum Abziehen von thermischer Energie aus Kühlwasser von einem Kernkraftwerk.In Fig. 1, a cistern 1 is shown with liquid for storing thermal energy, in which a pipe 2 for Supplementation of the cistern filled with heated liquid, which is usually water. The pipe 2 comes from one Solar energy collector 3, which in turn with a supply line 4 is equipped, which liquid is supplied to the solar energy collector 3 from a source not shown in detail here. The direction of flow of the liquid is illustrated by arrows 5. It goes without saying that the solar collector 3 is only to be understood as an exemplary embodiment of a heating device, which can just as well consist of a heat pump to utilize geothermal surface energy, for example, or of a heat exchanger for extracting thermal energy from cooling water from a nuclear power plant.

Gemäß der Erfindung mündet die Rohrleitung 2 für die erwärmte Flüssigkeit in einer langgestreckten Kammer 6, die in der Zisterne vertikal eingebaut ist und eine Länge in der Größenordnung der halben Tiefe der Zisterne hat. Wie sichganz klar aus Figur j5 erkennen läßt und wie insbesondere in Verbindung mit dieser Figur beschrieben ist, sind die Seitenwände von Kammer 6 perforiert, so daß in die Kammer über die Rohrleitung 2 eintretendes Wasser durch die Seitenwände hindurch in die Zisterne gelangen kann.According to the invention, the pipeline 2 for the heated liquid opens in an elongated chamber 6 which is installed vertically in the cistern and a length of the order of half that Has depth of the cistern. As can be seen quite clearly from Figure j5 and as particularly described in connection with this figure, the side walls of chamber 6 are perforated so that into the chamber Water entering via the pipeline 2 can pass through the side walls into the cistern.

Der Ausdruck "erwärmte Flüssigkeit", der hier verwendet wird, bedeutet Flüssigkeit von einer Temperatur, die die mittlere Temperatur der Flüssigkeit im Behälter überschreitet. Die eintretende Flüssigkeit sollte sich somit in der oberen Hälfte der Zisterne ablagern, weshalb die Kammer in der oberen Hälfte angeordnet ist. In der oberen Hälfte ist eine Abzugsleitung 7 vorgesehen, die zu einem Verbraucher 8 führt, aus welchem die Flüssigkeit über eine Leitung 9 in einer in der Figur nicht näher dargestellten Art abgezogen wird. Die Flüssigkeit kann beispielsweise im Haushalt zum Waschen, Baden usw. verwendet werden.The term "heated liquid" as used herein means Liquid at a temperature higher than the mean temperature of the liquid in the container. The entering liquid should therefore be deposited in the upper half of the cistern, which is why the chamber is located in the upper half. In the upper Half a drain line 7 is provided, which leads to a consumer 8 leads, from which the liquid is withdrawn via a line 9 in a manner not shown in detail in the figure. The liquid can be used in the household for washing, bathing, etc., for example.

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Hat das der Zisterne zuzuführende Wasser eine Temperatur, die unterhalb der mittleren Temperatur des in der Zisterne befindlichen Wassers liegt, so ist Kammer 6 gemäß der Erfindung in der unteren Hälfte des Behälters angeordnet, damit sich die eintretende Flüssigkeit auf jenem thermischen Niveau schichtweise ablagern kann, die ihrer Temperatur entspricht. In Fig. 2, in welcher soweit anwendbar dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet werden, sind zwei Kammern 6a und 6b gemäß einem besonderen Merkmal der Erfindung übereinander angeordnet und als Einheit zusammengebaut. Kammer 6a entspricht genau Kammer 6 in Fig. 1 und ist derart gestaltet, daß sie erwärmte Flüssigkeit der Zisterne zuführt. Kammer 6b ist andererseits zur Zufuhr gekühlter Flüssigkeit, wie beispielsweise aus dem Verbraucher 8 über die Rohrleitung 9 abgegebene Flüssigkeit ausgelegt, und andererseits zum Abziehen von Flüssigkeit bei einer Temperatur unter der mittleren Temperatur in Zisterne 1. Das abgezogene Wasser kann beispielsweise über die Rohrleitung 5 dem Solarkollektor zugeführt werden, so wie in Fig.2 veranschaulicht. Das Auffüllen wie auch das Abziehen gehen ohne nennenswerte Störung des thermischen Equilibriums der Flüssigkeit vor sich.Does the water to be supplied to the cistern have a temperature below the mean temperature of the water in the cistern, chamber 6 according to the invention is in the lower one Half of the container arranged so that the incoming liquid can be deposited in layers at that thermal level, which corresponds to their temperature. In Fig. 2, in which the same reference numerals are used as in Fig. 1 where applicable, two chambers 6a and 6b are arranged one above the other according to a special feature of the invention and assembled as a unit. Chamber 6a corresponds exactly to chamber 6 in FIG. 1 and is designed in such a way that it supplies heated liquid to the cistern. chamber 6b is, on the other hand, for supplying cooled liquid, such as that discharged from the consumer 8 via the pipeline 9, for example Liquid designed, and on the other hand for withdrawing liquid at a temperature below the mean temperature in cistern 1. The withdrawn water can, for example, be fed to the solar collector via the pipe 5, as shown in FIG illustrated. The filling up as well as the removal go without significant disturbance of the thermal equilibrium of the liquid in front of you.

Um dies zu erreichen, müssen die Kammer 6a und 6b in besonderer Weise gestaltet sein, d.h. in der in Fig. j5 veranschaulichten V/eise. Die Seitenwände der Kammer, die gemäß einem besonderen Merkmal wenigstens zwei an der Zahl sind, nämlich eine innere Wand 10 und eine äußere Wand 11, bestehen hierbei aus zwei konzentrischen, perforierten Zylindern, die im Durchmesser derart differieren, daß die Wände einen gewissen gegenseitigen Abstand zueinander einnehmen. Der Werkstoff der Zylinder soll eine geringe thermische Kapazität und eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweisen, um einen geringst möglichen Einfluß auf die thermische Schichtung der Flüssigkeit in der Zisterne zu haben. Die Perforierung soll derart gewählt sein, daß die Durchflußmengen in den Rohrleitungen 2, 9 und 4 und die Mengen der zuzuführenden und abzuführenden Flüssigkeiten durch die Wände 10 und 11 derart strömen können, daß ,die Schichtung nicht beeinträchtigt wird. Um die Gefahr derartigerTo achieve this, the chambers 6a and 6b must in particular Manner, i.e. in the manner illustrated in Fig. J5. The side walls of the chamber, which according to a particular feature are at least two in number, namely an inner wall 10 and an outer wall 11, consist here of two concentric, perforated cylinders which differ in diameter in such a way that the walls occupy a certain mutual distance from one another. The material of the cylinder should have a low thermal capacity and a low thermal conductivity to a minimum possible influence on the thermal stratification of the liquid in the cistern. The perforation should be like this be chosen that the flow rates in the pipes 2, 9 and 4 and the quantities of the liquids to be supplied and discharged can flow through the walls 10 and 11 in such a way that the stratification is not impaired. To the danger of such

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Störungen weiterhin zu vermindern, sind die Kammern in einem Filtergewebe eingeschlossen; im Falle des in Fig. j5 dargestellten Ausführungsbeispieles sind zwei solche Lagen vorgesehen. Die äußere Lage 13 des Filtergewebes ist mittels dreier ringförmiger Platten 14, 15, 16 aufgebläht, wobei Platte 15 eine Zwischenwand zwischen den Kammern 6a und 6b bildet und einen größeren Außendurchmesser als die Platten Ik und 16 aufweist. Das innere Filtertuch 12 besteht aus einem Zylinder, der konzentrisch zu den Enden 10 und 11 ist und der durch den inneren Umfang der ringförmigen Platten 14, 15 und 16 in seiner Position gehalten wird.To further reduce interference, the chambers are enclosed in a filter fabric; In the case of the embodiment shown in FIG. 5, two such layers are provided. The outer layer 13 of the filter fabric is inflated by means of three annular plates 14, 15, 16, plate 15 forming an intermediate wall between the chambers 6a and 6b and having a larger outer diameter than the plates Ik and 16. The inner filter cloth 12 consists of a cylinder which is concentric with the ends 10 and 11 and which is held in place by the inner periphery of the annular plates 14, 15 and 16.

Die Zufuhrleitung 2 für die erwärmte Flüssigkeit tritt von oben her ein und mündet entlang der Symmetrieachse der Kammer 6a. In ähnlicher Weise tritt die Zufuhrleitung 9 von unten ein und mündet entlang der Symmetrieachse der Kammer 6b. Der Zustrom von Flüssigkeit zur Zisterne ist mit anderen Worten gegen jenes Niveau in der Zisterne gerichtet, in welcher die Schicht mittlerer Temperatur angetroffen wird. Um den Flüssigkeitsstrom aus den betreffenden Zufuhrleitungen gegen die Seitenwände 10, 11 und die Filtertücher 12, 13 zu richten, sind die Enden I7, l8 einer jeden Kammer von kpnisiier Form, wobei die Kegelspitzen gegen das Innere der jeweiligen Kammer weisen.The supply line 2 for the heated liquid comes from above and opens out along the axis of symmetry of the chamber 6a. In a similar way, the supply line 9 enters from below and opens along the axis of symmetry of the chamber 6b. In other words, the flow of liquid to the cistern is against that level directed in the cistern in which the medium-temperature layer is found. To the flow of liquid from the concerned Supply lines against the side walls 10, 11 and the filter cloths 12, 13 to be judged are the ends 17, 18 of each chamber of kpnisiier shape, with the cone points towards the inside the respective chamber.

Es versteht sich, daß die Erfindung in vielfältiger Weise im Rahmen der erfinderischen Idee abgewandelt werden kann. So brauchen die Kammern beispielsweise nicht von zylindrischer Gestalt zu sein, sondern können quadratisch, rechteckig oder oval im Querschnitt sein. Auch kann die Anzahl der perforierten Seitenwände in gleicher Weise abgewandelt werden.It goes without saying that the invention is in various ways within the scope the inventive idea can be modified. For example, the chambers do not need to have a cylindrical shape but can be square, rectangular or oval in cross section. Also the number of perforated side walls can be modified in the same way.

Heidenheim, den O7.IO.8O
DrW/SröHeidenheim, the O7.IO.8O
DrW / Srö

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Claims

Attorney's file: P 612 SVENSSON, Jan

Solmyra S-590 60 Ljungsbro

1. \ Device for use in a liquid-containing Cistern (1), which is designed to store thermal energy, in which cistern the liquid is caused, to assume a state of thermal equilibrium, the temperature of the liquid being essentially steady Way from the bottom of the cistern to the surface of the liquid rises, at least one pipe (2) of said Cistern is assigned to its filling, characterized in that the pipeline (2, 9) in an elongated Chamber (6) opens, which is arranged vertically in the cistern (1), and which has a length of the order of magnitude half the depth of the cistern and side walls (10, 11) which are perforated so that the liquid can pass through them can; and that the chamber (6) in the lower half of the cistern for filling the cistern with a liquid is arranged at a temperature which is always below the mean temperature of the liquid in the cistern (1), or in the upper half of the cistern for the supply of liquid, the temperature of which is always higher than the mean temperature the cistern is.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that two chambers (6a, 6b) are provided which are arranged one above the other and assembled as one unit.

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J5. Device according to claim 1, characterized in that the The material of the above-mentioned side walls (10, 11) has a low thermal capacity and a poor heat conductor is.

4. Apparatus according to claim 1, characterized in that the side walls (10, 11) consist of at least two perforated, concentric Cylinders of different radius exist, so that they occupy a certain mutual distance.

5. Apparatus according to claim 2, characterized in that the chambers (6, 6a, 6b) are enclosed in a pilter fabric (12, I3) are.

6. Apparatus according to claim 2, characterized in that the ends (17, l8) of the chambers (6, 6a, 6b) opposite the supply line (2, 9) are conical in shape with the tip facing the supply line.

Heidenheim, October 7th, 1980
DrW / Srö

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