WO2018050139A1 - Heat storage heating system and method therefor - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a heating system for a
- At least partially electrically driven vehicle with at least one heat storage and at least one
- Heating device with at least one heat exchanger wherein the at least one heating device is thermally coupled at least to the at least one heat storage.
- the invention further relates to a method for the
- An electrically drivable vehicle has at least one electrically operable
- PHEV Plug-in Hybrid Electric Vehicle
- the at least one heating device of the heating system is with its at least one heat exchanger, in particular for heating the interior, such as the
- Passenger compartment provided at least partially electrically driven vehicle.
- a vehicle is for example a hybrid vehicle or a pure one
- the heating system consumes a lot of energy from the electrically rechargeable energy store in the cold, which is at the expense of the range for the electric operation of the vehicle.
- a heat storage of the heating system relieved by the in it storable heat the energy storage.
- Heating systems are known for an at least partially electrically driven vehicle with at least one heat storage.
- Transfer refrigeration cycle stores and after a
- DE 10 2009 034 223 A1 also discloses, inter alia, a heating system for an electrically drivable vehicle with latent heat storage means which can be charged in particular via an external energy supply.
- a heating system for an electrically drivable vehicle with latent heat storage means which can be charged in particular via an external energy supply.
- phase change materials such as paraffin wax or are used with melting temperatures of 60 to 80 degrees Celsius, although a thermal storage capacity of about 67 watt hours per kilogram can reach, but still with about 10 to 20 euros per kilogram relative are expensive.
- the thermal storage capacity can be increased only slightly by simple means.
- the invention is therefore based on the first object, an improved heating system for an at least partially electrically driven vehicle with at least one.
- Heat storage and at least one heater to provide at least one heat exchanger are secondarily a heat storage for such a heating system, thirdly a heating device for such a heating system, fourthly a heat pump for such a heating system, fifthly a hybrid or
- Electric vehicle with such a heating system and sixthly provide a method for heat storage and heating with such a heating system.
- the first object is achieved by a heating system according to the features of claim 1. Because of that
- Heating system for an at least partially electrically driven vehicle with at least one heat storage and at least one heater with at least one heat exchanger, wherein the at least one heater is thermally coupled at least to the at least one heat storage, at least one electrically operable
- water as the at least predominant component of the heat medium means that the mass fraction of water in the heat medium is more than 50 percent.
- intermediate circuit such as a refrigerant circuit of a heat pump to understand.
- other heat sources for supplying heat to the heat medium are additionally possible, in particular waste heat from other components of the vehicle such as, for example, the drive motor.
- the heating system according to the invention is mainly due to the cost-effective heat medium advantage.
- a heat medium can be easily fed heat with an electrically operable heating.
- Example water sufficiently high, which can be significantly increased by simple means such as higher pressure.
- the heat medium is easy to handle and not harmful to health.
- Heat storage water Water is easy to handle as a heat medium, especially inexpensive, not
- Water has one specific heat capacity of 4.2 kJ / kgK and a
- Heat medium formed Due to the increase in pressure of the heat medium, in particular due to the higher because of the increase in the boiling point possible operating temperatures can be a significantly higher thermal
- the water can absorb more heat by heating to higher temperatures, even the specific one
- Heat capacity of water increases slightly to higher temperatures. So it is 4.4 kJ / kgK at 170 degrees Celsius. From 100 degrees Celsius, some water evaporates and given the volume and sufficient pressure resistance of the heat accumulator, the pressure in the heat accumulator increases. With the pressure, the boiling temperature rises again. At an overpressure of 3 bar, the boiling point is about 144
- a heat accumulator which is designed for with an overpressure in the range of 3 to 7 bar acted upon heat medium. In this pressure range, the thermal
- the at least one electrically operable heater for supplying heat into the heat medium in at least one of the at least one heat storage via a connectable power supply externally supplied with power.
- this heater does not need to be operated electrically from the vehicle's internal energy storage, but the heat storage can be charged via a connectable external power supply by means of the electrically operable heater with heat.
- the inventive heater does not need to be operated electrically from the vehicle's internal energy storage, but the heat storage can be charged via a connectable external power supply by means of the electrically operable heater with heat.
- Fast charging station is feasible. This can be charged particularly quickly, for example, parallel to the charging of the battery for driving the vehicle, the heat storage with heat. As a result, the time period for the external charging of the at least one is advantageous
- the nominal heating power for a vehicle is calculated as an example as follows:
- Heat transmission are compensated by the vehicle wall.
- the surface area is about 150 m2 and the insulation is about 3.4 W / m2K. This results in a heat transmission of about 10000 W. This is the nominal heat output for this vehicle.
- An advantage is a heating system according to the invention, in which their thermal charging capacity is greater than or equal to the
- Nominal heat output of a vehicle intended for the heating system for a period of half an hour, preferably one hour to a maximum of two hours.
- sufficient thermal charging capacity for heating exists without having to be carried too much mass with the at least one heat storage.
- the thermal coupling of at least one of the at least one heat accumulator and the at least one heating device is set up directly via exchange of heat medium.
- the heat medium directly over the heat exchanger of the heater is used to heat the interior of the vehicle. This saves energy, material and costs and is a simple solution for the transfer of heat from the heat storage.
- Heating system by means of a variable pump exchange of the heat medium between the heat storage and heating done.
- At least one of the at least one heat accumulator stores sensible heat and is operable with a temperature for the heat medium within a temperature range of more than 50 degrees Celsius to at least 144 degrees Celsius, preferably up to 170 degrees Celsius.
- These high operating temperatures significantly increase the thermal storage capacity.
- up to 144 degrees Celsius water in the liquid state at an overpressure of at least 3 bar can still be used as a heat medium.
- an overpressure of 4.5 bar is necessary and up to 162 degrees Celsius, an overpressure of 5.5 bar for liquid Water required.
- an overpressure of even 7 bar is necessary, which, however, a high thermal
- Heating system additionally comprises at least one at least one compressor and at least one expansion element comprehensive heat pump, wherein the heat pump is thermally coupled to the at least one heater and / or at least one of the at least one heat storage.
- the heating capacity of the heating system can be effectively increased.
- a heat pump can be a multiple of that used for the heat pump
- Heat storage or the environment to be withdrawn and raised to a higher temperature level for the heater With the help of a heat pump, a very high thermal storage capacity of 320 watt-hours per kilogram of heat medium is possible. So you can achieve a long heating time for the vehicle interior with little additional mass and relatively low energy consumption. Furthermore, the cost is significantly lower compared to a heater alone via a correspondingly enlarged lithium-ion battery.
- At least one of the at least one heat accumulator is also used as a cold-side heat exchanger formed at least one heat pump and thermally coupled to this. So can the heat medium in the
- the at least one heat pump of the heating system on the heat side by means of a heat exchanger, in particular one
- Heating system of the heating system via exchange of heat medium from the heat exchanger to the heat exchanger
- Heating device thermally coupled This is the
- Heat transfer from the heat pump to the heater for heating the vehicle interior particularly effective.
- the effectiveness can be achieved by a heat exchanger, which is also a heat storage of the at least one heat storage, and wherein he acted upon with overpressure
- Heat medium is formed, further increase.
- At least one of the at least one heat storage is suitable to store sensitive and latent heat of the heat medium, such as
- ice storage in particular as an ice storage, and is adapted to be operable at a temperature for the heat medium within a temperature range of -5 degrees Celsius to 50 degrees Celsius. This is not
- the heat exchanger can not be operated for lower and / or higher temperatures. It can thus also latent heat in the heat medium like especially during the phase transition from ice to water
- the second object is achieved by a heat accumulator according to the features of claim 17.
- the third object is achieved by a heating device according to the features of claim 18.
- the fourth object is achieved by a heat pump according to the features of claim 19.
- the fifth object is achieved by a hybrid vehicle or electric vehicle in accordance with the 'features of claim twentieth
- the sixth task is through a procedure for the
- a further particularly advantageous embodiment of the method according to the invention comprises the steps of firstly storing heat generated by the respective electrical heater of the heat medium both in the heat exchanger which is designed as an overpressure heat exchanger for the heat pump and in the heat exchanger which is cold-side to the heat pump Second, the output of the acted upon with overpressure
- the penultimate and last process step can also be done in parallel, so that when pumping heat from the heat medium of the trained as ice storage
- FIG. 3 in a schematic block diagram, another embodiment of a heating system according to the invention with heat pump, and
- FIG. 4 shows a flowchart of an exemplary embodiment of a method according to the invention.
- Figure 1 is a schematic block diagram a
- the heating system 1 is for heating a
- Heater 3 heated with a heat exchanger 5 The heat exchanger 5 is a conventional heat exchanger, in which by a flowing through him heat medium such
- water or aqueous salt solution heat to the air to be heated for a vehicle interior such as
- a passenger compartment is delivered.
- Heat medium contains water as the predominant component. It flows in the heating system 1 in a cycle from Heat storage 9 through a pipe 11 to the heat exchanger 5 of the heater 3 and back. Depending on the heating requirement, the heat medium is of a standard
- adjustable electric pump 7 of the heater 3 is pumped.
- the heat medium in the heat storage 9 heat can be supplied by an electrically operable heater 13.
- This electrically operable heater 13 is with their
- an external power supply can be connected, in particular a fast charging station with, for example, a
- the electrically operable heater 13 for the supply of heat to the heat medium in the heat accumulator 9 can be simultaneously supplied with electricity at a rapid charging station.
- heat accumulator 9 is 10 times larger than the rated heating power of the vehicle provided for the heating system, without being limited thereto.
- An electric bus needs about 10 kilowatts in the winter for one hour of heating the passenger compartment.
- the thermal charging capacity of the heat accumulator 9 is thus equal to the heat at a nominal heating power for a period of one hour of the vehicle provided for the heating system 1.
- a fast charge of 100 kilowatts is for in the time of fast charging of the battery for the
- the heat medium Designed pressurization of the heat medium, it is in a water temperature range between 50 and 100 degrees Celsius, ie operated with liquid water as the heat medium.
- the thermal storage capacity of the water for the sensible heat to be stored is then at a temperature of 50 degrees Celsius to 100 degrees Celsius 58 watt hours per kilogram, resulting in 10 kilowatt hours, a mass of about 175 kilograms of heat medium.
- the heating system 1 shown in FIG. 1 is also designed for an overpressure of the heat medium, the respective upper limit of the temperature for the operation, depending on the size of the overpressure, is the respective pressure-specific one
- Boiling point of the heat medium so that it can still be operated in the liquid state.
- Heat accumulator 9 must be designed for the respective overpressure, such as sufficient
- Pressure water tank designed heat accumulator 9 results. At an excess pressure of 7 bar, the boiling point of water is 170 degrees Celsius. With such an overpressure as heat medium, the water has a thermal storage capacity with a heating of 50 degrees Celsius to the boiling point of about 147 watt-hours per kilogram, so that with 10 kilowatt-hours storage capacity only about 68
- Kilograms of water are needed as a heat medium.
- the overpressure of the water in the heating circuit is caused by the vapor pressure of small amounts of steam forming when the temperature of the heat medium rises above 100 degrees Celsius.
- the pressure is regulated by the temperature. Also conceivable is a control via a pressure valve.
- the cost of a designed for sufficient overpressure pressurized water tank is only
- a passenger car has one
- the following table shows, for different overpressures "P" of water as heat medium, the boiling temperatures "T”, the specific heat capacity "c” at boiling temperature, the sensitive thermal storage capacity "U”
- the electrically powered heater 13 for supplying heat in the heat medium used as a water at least supplied with electricity. Furthermore, embodiments are conceivable in which the water used as the heat medium in the heat accumulator 9 is also supplied with waste heat-producing vehicle-internal components, such as the drive motor, via a coolant circuit with heat.
- FIG. 2 shows a schematic block diagram of an exemplary embodiment of a heating system 1 according to the invention with a heat pump 17 for an at least partially electrically drivable vehicle.
- the heat pump 17 is connected in a thermally coupled manner between the heat accumulator 9, which is designed as an ice accumulator, and the heating device 3, in each case.
- trained heat accumulator 9 is water. If necessary, heat is supplied thereto by the electrically operable heater 13. The same applies to the designed as a heat exchanger heat storage 23. For example, takes place the power supply from one to one
- Connection socket on at least partially electrically
- Fast charging station is, but is not limited to, 600 volts in this case.
- Charging the heat accumulator 9, 23 is 10 times greater than the nominal heat output of one for the heating system. 1
- intended vehicle such as one
- the frozen to ice heat medium is thawed in it and up to 50
- the designed as an ice storage heat storage 9 is in this case, without being limited to be within a temperature range of -7 degrees Celsius to 50 degrees Celsius operable.
- the heat accumulator 9 is thermally coupled to the refrigerant circuit of the heat pump 17.
- the heat storage 9 is as to the
- Refrigerant guide 21 transported.
- the in the compressor 19 compressed and thus further heated refrigerant flows in the refrigerant guide 21 of the refrigerant circuit of the heat pump 17 to form a hot water heat exchanger heat exchanger or heat storage 23, where it gives off heat to the circulating in another circuit heat medium water.
- this heat exchanger is also designed as an electrically heatable heat accumulator 23, namely in this case as a pressurized water reservoir. So there can be stored sensitive heat in the heat medium water and from there depending on the heating demand for the
- the there to the heat medium water heat dissipating refrigerant of the heat pump 17 continues to flow through the refrigerant guide 21 as an expansion valve
- the refrigerant expands and cools down. It continues to flow as ice storage formed heat storage 9, where it extracts heat from the local heat medium water. This goes so far that the temperature of the water reaches the freezing point and freezes out. During freezing, the latent heat stored in the water is also delivered to the refrigerant in the refrigerant circuit of the heat pump 17.
- the heat pump 17 only pumps heat from the ice storage
- Heat storage 23 by exchange of heat medium in the heater 3 and temperatures of 50 to -5 degrees Celsius indirectly formed as an ice bank
- Heat storage 9 via the heat pump 17 you need at least only about 31 kilograms of water for the storage of 10 kilowatt hours of heat, which is a thermal
- Storage capacity of about 320 kilograms per watt-hour corresponds.
- the mass used is something more, namely in about 40 kilograms for the storage of 10 kilowatt hours.
- the thermal charging capacity is equal to the heat at a rated heating power of a vehicle provided for the heating system 1 for a period of one hour.
- Heating system 1 the storable heat would be correspondingly larger.
- FIG. 3 is a schematic block diagram of a further exemplary embodiment of a device according to the invention.
- the heat storage 9 is a pressurized water tank, in which the heat medium water with an overpressure of at least up to 7 bar can be acted upon.
- the electrically operable heater 13 for transmitting-heat to the heat medium water in as ice storage and pressurized water storage
- the provided for the heating system 1 vehicle has a corresponding
- the heat storage 9 is connected to pipe 11 with a pump 7 for pumping the heat medium water, which controllably depending on the heating demand the heat medium water to the heater 3 with the heat exchanger 5 for heating the air to be treated for the interior of the vehicle pumps. From the heater 3, the heat medium water flows back to the heat storage 9. In that regard, there is a direct thermal coupling of the heat exchanger 9 with the heater 3 by the exchange of
- Heat storage 9 and heat exchanger 5 of the heater 3 is inserted for the heat medium water in the direction of flow after the pump 7 designed as a hot water heat exchanger heat exchanger 27.
- the heat exchanger 27 is not formed in this embodiment also as a heat storage.
- the heat exchanger 27 is thermally connected to the refrigerant circuit of the heat pump 17, so that when operating the heat pump 17 there heat from the refrigerant to the heat medium water for the
- Heating device 3 is transmitted.
- a controllable electrically operable compressor 19 which compresses the refrigerant and thereby heated.
- this Refrigerant for example, gaseous CO2
- the heat exchanger 27 operates as a gas cooler of the refrigerant.
- Refrigerant circuit downstream of the heat exchanger 27 is designed as a relaxation valve
- Relaxation organ 25 which relaxes the refrigerant again while cooling.
- Cold side is inserted in the refrigerant circuit of the heat pump 17 after the expansion element 25 of the formed as a cold water heat exchanger heat storage 9, the heat from the heat exchanger 5 of the
- Heating capacity of the heating system 1 increased or decreased as needed.
- the heat pump 17 starts its operation only when the heat medium in the heat accumulator 9 of a maximum of 170
- Degrees Celsius has dropped to 50 degrees Celsius by giving off heat to the heater 3. It is also conceivable another suitable temperature, such as 40 degrees Celsius, from which the heat pump 17 begins.
- FIG. 4 shows an embodiment of a method according to the invention is shown in the form of representation of a flow chart.
- the two electric heaters in this case become two
- Heat storage the respective heat medium stored in the two heat storage heat.
- the two electric heaters of the two heat accumulators are connected to the power grid of an external fast charging station
- the one heat storage is designed as an ice storage and the heat pump of the invention
- Heating system connected as a heat exchanger on the cold side.
- the local electric heater thaws the fast in the heat storage to ice frozen heat medium once and then warmed up to a maximum of 50 degrees Celsius.
- the other heat storage is as
- Heating device connected, through which the heat medium can flow.
- the local liquid heat medium is heated to a maximum of 170 degrees Celsius in liquid water at an overpressure of up to 7 bar with the local electric heater during fast charging and so heat supplied to the local heat medium.
- the heat medium used in the two heat accumulators is pure water in this case.
- the heating system shown in FIG. 2 can be used for the method.
- Heating demand for the interior of the at least partially electrically driven vehicle which is stored in the acted upon by excess pressure heat storage heat of the local heat medium to the heater for heating.
- the heat medium consisting of water flows by means of a pump from the heat accumulator, which can be acted upon by overpressure, to the heat exchanger of the heating device.
- heat exchanger heat from the heat medium to the to be heated air for the interior of the vehicle, in particular the passenger compartment, delivered.
- the thus cooled heat medium flows back to the overpressure
- Process step 130 the heat so pumped to the heat medium of the pressurizable heat storage heat further as described for the second method step 110 to the heater for heating the air for the interior of the vehicle delivered. If the heat medium water in the second designed as an ice storage heat storage is frozen to ice and may even further cooled to about -5 degrees Celsius, the heat pump switches off.
- the predetermined temperature of the heat medium in the acted upon pressure heat storage at which the heat pump starts is not set to 50 degrees Celsius, but it can also be a different temperature of
- Method step 130 can also be carried out in parallel, that is, when pumping heat from the heat medium of the
- Ice storage trained heat accumulator to the heat medium in the acted upon pressure heat accumulator at the same time the heat pumped to this heat storage heat to the heater for heating the air for the interior of the Vehicle is delivered.
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Abstract
The invention relates to a heating system (1) for a vehicle which can be at least partially electrically driven, said heating system having at least one heat reservoir (9, 23) and at least one heating device (3) with at least one heat exchanger (5). The at least one heating device (3) is coupled thermally at least to the at least one heat reservoir (9). The thermal medium of the at least one heat reservoir (9) comprises water as at least the main component, and the heating system (1) comprises at least one heater that can be electrically operated to supply heat to the thermal medium in at least one (9) of the at least one heat reservoir (9, 23). Heat can thus be stored and used to heat a vehicle of this type. The invention also relates to a method for heat storage and for heating with a heating system (1) of this type.
Description
WÄRMESPEICHERHEIZUNGSANLAGE UND VERFAHREN DAZU HEAT STORAGE HEATING SYSTEM AND METHOD THEREFOR
Beschreibung description
Die Erfindung betrifft eine Heizungsanlage für ein The invention relates to a heating system for a
zumindest teilweise elektrisch antreibbares Fahrzeug mit wenigstens einem Wärmespeicher und wenigstens einer At least partially electrically driven vehicle with at least one heat storage and at least one
Heizeinrichtung mit wenigstens einem Wärmetauscher, wobei die wenigstens eine Heizeinrichtung zumindest an den wenigstens einen Wärmespeicher thermisch gekoppelt ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren für die Heating device with at least one heat exchanger, wherein the at least one heating device is thermally coupled at least to the at least one heat storage. The invention further relates to a method for the
Wärmespeicherung und Heizung mit einer derartigen Heat storage and heating with such
Heizungsanlage. Ein elektrisch antreibbares Fahrzeug verfügt über zumindest einen elektrisch betreibbaren Heating system. An electrically drivable vehicle has at least one electrically operable
Antrieb. Ein teilweise elektrisch antreibbares Fahrzeug, wie insbesondere ein Hybrid-Fahrzeug (HEV = Hybride Drive. A partially electrically driven vehicle, such as in particular a hybrid vehicle (HEV = hybrid
Electric Vehicle oder PHEV = Plug-in Hybride Electric Vehicle) , verfügt als Antriebsart nicht nur über einen elektrisch betreibbaren Antrieb. Electric Vehicle or PHEV = Plug-in Hybrid Electric Vehicle), not only has an electrically operable drive as a drive.
Die wenigstens eine Heizeinrichtung der Heizungsanlage ist mit ihrem wenigstens einen Wärmetauscher insbesondere zum Heizen des Innenraums, wie beispielsweise des The at least one heating device of the heating system is with its at least one heat exchanger, in particular for heating the interior, such as the
Fahrgastraums, eines zumindest teilweise elektrisch antreibbaren Fahrzeugs vorgesehen. Ein solches Fahrzeug ist zum Beispiel ein Hybrid-Fahrzeug oder ein reines Passenger compartment, provided at least partially electrically driven vehicle. Such a vehicle is for example a hybrid vehicle or a pure one
Elektrofahrzeug . Vor allem bei reinen Elektrofahrzeugen verbraucht bei Kälte die Heizungsanlage viel Energie aus dem elektrisch aufladbaren Energiespeicher, was auf Kosten der Reichweite für den Elektrobetrieb des Fahrzeugs geht. Ein Wärmespeicher der Heizungsanlage entlastet durch die in
ihm speicherbare Wärme den Energiespeicher. Electric vehicle. Especially in the case of pure electric vehicles, the heating system consumes a lot of energy from the electrically rechargeable energy store in the cold, which is at the expense of the range for the electric operation of the vehicle. A heat storage of the heating system relieved by the in it storable heat the energy storage.
Bekannt sind Heizungsanlagen für ein zumindest teilweise elektrisch antreibbares Fahrzeug mit wenigstens einem Wärmespeicher. So ist in DE 10 2009 022 300 AI ein Heating systems are known for an at least partially electrically driven vehicle with at least one heat storage. Thus, in DE 10 2009 022 300 A1
derartiges Fahrzeug mit einer Heizungsanlage zur Heizung des Fahrgastinnenraums mit an die Heizeinrichtung thermisch gekoppelten Wärmespeicher insbesondere Latentwärmespeicher offenbart, wobei der Wärmespeicher Verlustwärme von zumindest einer Komponente des Fahrzeugs über einen discloses such vehicle with a heating system for heating the passenger compartment with thermally coupled to the heater heat storage in particular latent heat storage, wherein the heat storage heat loss of at least one component of the vehicle via a
Kühlkreislauf übertragen speichert und nach einer Transfer refrigeration cycle stores and after a
Ausführungsform auch noch eine aus dem Embodiment also still one from the
Energieversorgungsne z speisbare Zusatzheizung, mit deren Betrieb die in den Wärmespeicher einzutragende Energie erhöhbar ist, umfasst. Auch in DE 10 2009 034 223 AI wird unter anderem eine Heizungsanlage für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug mit insbesondere über eine externe Energiezufuhr aufladbaren Latentwärmespeicher offenbart. Als Wärmemedium eines üblichen Latentwärmespeichers werden Phasen-Wechsel-Materialien wie Paraffin oder Wachs mit Schmelztemperaturen um 60 bis 80 Grad Celsius verwendet, die zwar eine thermische Speicherkapazität von etwa 67 Wattstunden pro Kilogramm erreichen können, aber dennoch mit ungefähr 10 bis 20 Euro pro Kilogramm relativ teuer sind. Die thermische Speicherkapazität lässt sich dabei durch einfache Mittel nur wenig erhöhen. Energieversorgungsne z speisbare additional heating, with the operation of which is entered in the heat storage energy can be increased comprises. DE 10 2009 034 223 A1 also discloses, inter alia, a heating system for an electrically drivable vehicle with latent heat storage means which can be charged in particular via an external energy supply. As the heat medium of a conventional latent heat storage phase change materials such as paraffin wax or are used with melting temperatures of 60 to 80 degrees Celsius, although a thermal storage capacity of about 67 watt hours per kilogram can reach, but still with about 10 to 20 euros per kilogram relative are expensive. The thermal storage capacity can be increased only slightly by simple means.
Der Erfindung liegt daher die erste Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Heizungsanlage für ein zumindest teilweise elektrisch antreibbares Fahrzeug mit wenigstens einem. The invention is therefore based on the first object, an improved heating system for an at least partially electrically driven vehicle with at least one.
Wärmespeicher und wenigstens einer Heizeinrichtung mit wenigstens einem Wärmetauscher bereitzustellen.
Entsprechende zweite, dritte, vierte, fünfte und sechste Aufgaben sind zweitens ein Wärmespeicher für eine derartige Heizungsanlage, drittens eine Heizeinrichtung für eine derartige Heizungsanlage, viertens eine Wärmepumpe für eine derartige Heizungsanlage, fünftens ein Hybrid- oder Heat storage and at least one heater to provide at least one heat exchanger. Corresponding second, third, fourth, fifth and sixth tasks are secondarily a heat storage for such a heating system, thirdly a heating device for such a heating system, fourthly a heat pump for such a heating system, fifthly a hybrid or
Elektrofahrzeug mit einer derartigen Heizungsanlage und sechstens ein Verfahren für die Wärmespeicherung und das Heizen mit einer derartigen Heizungsanlage bereitzustellen. Electric vehicle with such a heating system and sixthly provide a method for heat storage and heating with such a heating system.
Zusammenfassung der Erfindung Summary of the invention
Die erste Aufgabe wird durch eine Heizungsanlage gemäß den Merkmalen des Anspruch 1 gelöst. Dadurch, dass die The first object is achieved by a heating system according to the features of claim 1. Because of that
Heizungsanlage für ein zumindest teilweise elektrisch antreibbares Fahrzeug mit wenigstens einem Wärmespeicher und wenigstens einer Heizeinrichtung mit wenigstens einem Wärmetauscher, wobei die wenigstens eine Heizeinrichtung zumindest an den wenigstens einen Wärmespeicher thermisch gekoppelt ist, wenigstens eine elektrisch betreibbare Heating system for an at least partially electrically driven vehicle with at least one heat storage and at least one heater with at least one heat exchanger, wherein the at least one heater is thermally coupled at least to the at least one heat storage, at least one electrically operable
Heizung, um dem Wärmemedium in zumindest einem des Heating to the heat medium in at least one of
wenigstens einen Wärmespeichers Wärme zuzuführen, umfasst und das Wärmemedium des wenigstens einen Wärmespeichers Wasser als wenigstens überwiegenden Bestandteil umfasst, wird die erste Aufgabe gelöst. Dabei bedeutet Wasser als wenigstens überwiegender Bestandteil des Wärmemediums, dass der Masseanteil von Wasser beim Wärmemedium über 50 Prozent beträgt. So sind beispielweise neben Wasser auch comprises at least one heat storage heat, and comprises the heat medium of the at least one heat storage water as at least predominant component, the first object is achieved. In this case, water as the at least predominant component of the heat medium means that the mass fraction of water in the heat medium is more than 50 percent. For example, besides water, too
oder or
Die The
wenigstens zum Beispiel darunter ist
auch eine indirekte thermische Kopplung über einen at least, for example, below also an indirect thermal coupling over a
zwischengeschalteten Kreislauf, wie beispielsweise einen Kältemittelkreislauf einer Wärmepumpe, zu verstehen. Neben der elektrisch beheizbaren Heizung sind zusätzlich noch andere Wärmequellen zur Zuführung von Wärme zum Wärmemedium möglich wie insbesondere Abwärme von anderen Komponenten des Fahrzeugs wie beispielsweise dem Antriebsmotor. intermediate circuit, such as a refrigerant circuit of a heat pump to understand. In addition to the electrically heatable heating, other heat sources for supplying heat to the heat medium are additionally possible, in particular waste heat from other components of the vehicle such as, for example, the drive motor.
Die erfindungsgemäße Heizungsanlage ist vor allem aufgrund des kostengünstigen Wärmemediums von Vorteil. Einem solchen Wärmemedium lässt sich problemlos mit einer elektrisch betreibbaren Heizung Wärme zuführen. Ferner ist die thermische Speicherkapazität des Wärmemediums bei Erwärmung von 50 auf 100 Grad Celsius Betriebstemperatur mit The heating system according to the invention is mainly due to the cost-effective heat medium advantage. Such a heat medium can be easily fed heat with an electrically operable heating. Furthermore, the thermal storage capacity of the heat medium when heated from 50 to 100 degrees Celsius operating temperature with
zumindest ungefähr 58 Wattstunden pro Kilogramm bei zumat least about 58 watt-hours per kilogram at
Beispiel Wasser ausreichend hoch, wobei diese mit einfachen Mitteln wie beispielsweise höherem Druck deutlich erhöhbar ist. Außerdem ist das Wärmemedium einfach zu handhaben und nicht gesundheitsschädlich. Example, water sufficiently high, which can be significantly increased by simple means such as higher pressure. In addition, the heat medium is easy to handle and not harmful to health.
In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Verbesserungen des jeweiligen In the subclaims are advantageous embodiments, developments and improvements of the respective
Gegenstandes der Erfindung angegeben. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das Wärmemedium des wenigstens einen Subject of the invention specified. According to an advantageous embodiment of the present invention, the heat medium of at least one
Wärmespeichers Wasser. Wasser ist als Wärmemedium einfach zu handhaben, besonders kostengünstig, nicht Heat storage water. Water is easy to handle as a heat medium, especially inexpensive, not
gesundheitsschädlich und verfügt dennoch im Vergleich zu Mischungen wie zum Beispiels einer wässrigen Salzlösung oder einem Wasser-Glykol-Gemisch über eine höhere harmful to health and yet has a higher compared to mixtures such as an aqueous salt solution or a water-glycol mixture
spezifische thermische Speicherkapazität. Wasser hat eine
spezifische Wärmekapazität von 4,2 kJ/kgK und einen specific thermal storage capacity. Water has one specific heat capacity of 4.2 kJ / kgK and a
Normalsiedepunkt von 100 Grad Celsius. Normal boiling point of 100 degrees Celsius.
Vorzugsweise ist zumindest einer des wenigstens einen Preferably, at least one of the at least one
Wärmespeichers für mit Überdruck beaufschlagtes Heat accumulator for pressurized with
Wärmemediums ausgebildet. Durch die Druckerhöhung des Wärmemediums insbesondere aufgrund der wegen der Erhöhung des Siedepunktes höheren möglichen Betriebstemperaturen lässt sich eine deutlich höhere thermische Heat medium formed. Due to the increase in pressure of the heat medium, in particular due to the higher because of the increase in the boiling point possible operating temperatures can be a significantly higher thermal
Speicherkapazität des überwiegend aus Wasser bestehenden Wärmemediums, wie vor allem bei reinem Wasser, erreichen. Das Wasser kann durch die Erwärmung auf höhere Temperaturen mehr Wärme aufnehmen, wobei sogar die spezifische Storage capacity of the predominantly water existing heat medium, such as especially in pure water, reach. The water can absorb more heat by heating to higher temperatures, even the specific one
Wärmekapazität von Wasser hin zu höheren Temperaturen leicht ansteigt. So beträgt sie bei 170 Grad Celsius 4,4 kJ/kgK. Ab 100 Grad Celsius verdampft etwas Wasser und bei gegebenen Volumen und ausreichender Druckfestigkeit des Wärmespeichers steigt der Druck im Wärmespeicher an. Mit dem Druck steigt wiederum die Siedetemperatur am. Bei einem Überdruck von 3 bar beträgt die Siedetemperatur etwa 144Heat capacity of water increases slightly to higher temperatures. So it is 4.4 kJ / kgK at 170 degrees Celsius. From 100 degrees Celsius, some water evaporates and given the volume and sufficient pressure resistance of the heat accumulator, the pressure in the heat accumulator increases. With the pressure, the boiling temperature rises again. At an overpressure of 3 bar, the boiling point is about 144
Grad Celsius, bei 7 bar Überdruck bereits 170 Grad Celsius. Dadurch lässt sich mehr Wärme pro Kilogramm Wasser Degrees Celsius, at 7 bar overpressure already 170 degrees Celsius. This allows more heat per kilogram of water
speichern, was zu geringerem Gewicht des gefüllten store, resulting in lower weight of the filled
Wärmespeichers beziehungsweise zu mehr im Wärmespeicher speicherbarer Energie führt. Besonders vorteilhaft ist ein Wärmespeicher, der für mit einem Überdruck im Bereich von 3 bis 7 bar beaufschlagtes Wärmemedium ausgebildet ist. In diesem Druckbereich lässt sich die thermische Heat storage or leads to more storable in the heat storage energy. Particularly advantageous is a heat accumulator, which is designed for with an overpressure in the range of 3 to 7 bar acted upon heat medium. In this pressure range, the thermal
Speicherkapazität von Wasser besonders effektiv erhöhen. So ist in diesem Druckbereich bei genügend hohem Überdruck allein deswegen ungefähr eine Verdopplung der thermischen Speicherkapazität des Wassers möglich. Insbesondere bei
einem Wärmespeicher, bei dem das überwiegend aus Wasser bestehende Wärmemedium mit einem Überdruck im Bereich von 4,5 bis 5,5 bar beaufschlagbar ist, lässt sich eine Effectively increase storage capacity of water. So in this pressure range at sufficiently high pressure alone therefore approximately a doubling of the thermal storage capacity of the water is possible. Especially at a heat storage in which the predominantly made of water heat medium with an overpressure in the range of 4.5 to 5.5 bar can be acted upon, can be a
derartige Heizungsanlage mit relativ geringer Menge an Wärmemedium effektiv betreiben, ohne dass der Wärmespeicher besonders druckfest für Überdrücke von mehr als 5,5 bar ausgelegt sein muss. operate such a heating system with a relatively small amount of heat medium effectively, without the heat storage must be designed particularly pressure-resistant for pressures of more than 5.5 bar.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist die wenigstens eine elektrisch betreibbare Heizung zum Zuführen von Wärme in das Wärmemedium in zumindest einem des wenigstens einen Wärmespeichers über einen anschließbaren Stromanschluss extern mit Strom versorgbar. Somit braucht nicht vom fahrzeuginternen Energiespeicher diese Heizung elektrisch betrieben zu werden, sondern der Wärmespeicher kann über eine anschließbare externe Stromversorgung mittels der elektrisch betreibbaren Heizung mit Wärme aufgeladen werden. Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße According to an advantageous development, the at least one electrically operable heater for supplying heat into the heat medium in at least one of the at least one heat storage via a connectable power supply externally supplied with power. Thus, this heater does not need to be operated electrically from the vehicle's internal energy storage, but the heat storage can be charged via a connectable external power supply by means of the electrically operable heater with heat. Preferably, the inventive
Heizungsanlage derart ausgebildet, dass die externe Heating system designed such that the external
Stromversorgung für die wenigstens eine Heizung zum Power supply for the at least one heater for
Zuführen von Wärme in das Wärmemedium in zumindest einem des wenigstens einen Wärmespeichers über eine Supplying heat into the heat medium in at least one of the at least one heat storage via a
Schnellladestation durchführbar ist. Damit kann besonders schnell beispielsweise parallel zur Aufladung der Batterie für den Antrieb des Fahrzeugs der Wärmespeicher mit Wärme aufgeladen werden. Dadurch ist vorteilhaft die Zeitspanne für das externe Aufladen des wenigstens einen Fast charging station is feasible. This can be charged particularly quickly, for example, parallel to the charging of the battery for driving the vehicle, the heat storage with heat. As a result, the time period for the external charging of the at least one is advantageous
Wärmespeichers im Vergleich zur späteren Heizdauer im vorgesehenen Fahrzeug erheblich kürzer. So kann parallel zur Zeitspanne für die Schnellladung der Batterie für den elektrischen Antrieb des Fahrzeugs in ungefähr der gleichen Zeitspanne auch der wenigstens eine Wärmespeicher mit
ausreichend Wärme zum Heizen des Fahrzeugs aufgeladen werden . Heat storage compared to the later heating time in the intended vehicle considerably shorter. Thus, parallel to the period for the rapid charging of the battery for the electric drive of the vehicle in about the same period of time, the at least one heat storage with sufficient heat will be charged for heating the vehicle.
Die Nennheizleistung für ein Fahrzeug berechnet sich beispielhaft wie folgt: The nominal heating power for a vehicle is calculated as an example as follows:
Es wird eine C02-Konzentration im Innenraum von nicht mehr als 1500 ppm angestrebt. Dazu ist eine Frischluftmenge von 15 mJ/h je Person erforderlich. Bei einem It is aimed at a C02 concentration in the interior of not more than 1500 ppm. This requires a fresh air volume of 15 m J / h per person. At a
Temperaturunterschied von 20 K zwischen der Innenraumluft und der Umgebungsluft würden dabei Temperature difference of 20 K between the indoor air and the ambient air would thereby
15m3/h / 3600s/h * l,2kg/m3 * 1000J/kgK * 20K = 100W 15m 3 / h / 3600s / h * l, 2kg / m 3 * 1000J / kgK * 20K = 100W
Wärme dem Fahrzeug je Person entzogen. Dies entspricht aber auch ungefähr der Wärmeabgabe der sitzenden Person. Zur Aufrechterhaltung eines Temperaturunterschieds von 20 , also z.B. innen +20°C und außen 0°C, muss daher die Heat deprived of the vehicle per person. But this also corresponds approximately to the heat release of the seated person. To maintain a temperature difference of 20, e.g. inside + 20 ° C and outside 0 ° C, must therefore the
Wärmetransmission durch die Fahrzeugwand ausgeglichen werden. Bei einem 12m langen Bus beträgt die Oberfläche etwa 150 m2 und die Isolierung etwa 3, 4 W/m2K Damit ergibt sich eine Wärmetransmission von ungefähr 10000 W. Diese ist die Nennheizleistung für dieses Fahrzeug. Heat transmission are compensated by the vehicle wall. For a 12m long bus, the surface area is about 150 m2 and the insulation is about 3.4 W / m2K. This results in a heat transmission of about 10000 W. This is the nominal heat output for this vehicle.
Bei einem kleinerem Fahrzeug (PKW) mit nur 26, 5 m2 For a smaller vehicle (car) with only 26, 5 m2
Oberfläche und bedingt durch die größeren Fenster einer etwas schlechteren Isolation von 4 W/m2K ist die Surface and due to the larger windows of a slightly poorer insulation of 4 W / m2K is the
Nennheizleistung etwa 2100 W Nominal heating power about 2100 W
Von Vorteil ist eine erfindungsgemäße Heizungsanlage, bei der ihre thermische Ladekapazität größer gleich der An advantage is a heating system according to the invention, in which their thermal charging capacity is greater than or equal to the
Nennheizleistung eines für die Heizungsanlage vorgesehenen Fahrzeugs für einen Zeitraum von einer halben Stunde,
bevorzugt einer Stunde bis maximal zwei Stunden ist. Damit ist für den täglichen Betrieb eines solchen Fahrzeugs zur effektiven Entlastung der Batterie für den Fahrzeugantrieb ausreichend thermische Ladekapazität zum Heizen vorhanden, ohne dass mit dem zumindest einen Wärmespeicher zu viel Masse mitgeführt werden muss. Nominal heat output of a vehicle intended for the heating system for a period of half an hour, preferably one hour to a maximum of two hours. Thus, for the daily operation of such a vehicle for effective discharge of the battery for the vehicle drive sufficient thermal charging capacity for heating exists without having to be carried too much mass with the at least one heat storage.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die thermische Kopplung von zumindest einem des wenigstens einen Wärmespeichers und der wenigstens einen Heizeinrichtung direkt über Austausch von Wärmemedium eingerichtet. Somit dient das Wärmemedium direkt über den Wärmetauscher der Heizeinrichtung dem Heizen des Innenraums des Fahrzeugs. Dieses spart Energie, Material sowie Kosten und ist eine einfache Lösung für die Übertragung der Wärme aus dem Wärmespeicher. Beispielsweise kann in der According to an advantageous embodiment of the present invention, the thermal coupling of at least one of the at least one heat accumulator and the at least one heating device is set up directly via exchange of heat medium. Thus, the heat medium directly over the heat exchanger of the heater is used to heat the interior of the vehicle. This saves energy, material and costs and is a simple solution for the transfer of heat from the heat storage. For example, in the
Heizungsanlage mittels einer regelbaren Pumpe der Austausch des Wärmemediums zwischen Wärmespeicher und Heizeinrichtung erfolgen . Heating system by means of a variable pump exchange of the heat medium between the heat storage and heating done.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung speichert zumindest einer des wenigstens einen Wärmespeichers sensible Wärme und ist mit einer Temperatur für das Wärmemedium innerhalb eines Temperaturbereichs von über 50 Grad Celsius bis zumindest 144 Grad Celsius, bevorzugt bis 170 Grad Celsius, betreibbar. Durch diese höhen Betriebstemperaturen ist die thermische Speicherkapazität deutlich erhöht. So kann bis 144 Grad Celsius Wasser im flüssigen Zustand bei einem Überdruck von mindestens 3 bar noch als Wärmemedium verwendet werden. Für flüssiges Wasser ist bei bis 155 Grad Celsius ein Überdruck von 4,5 bar notwendig und bei bis 162 Grad Celsius ist ein Überdruck von 5,5 bar für flüssiges
Wasser erforderlich. Bei 170 Grad Celsius ist für noch flüssiges Wasser als Wärmemedium ein Überdruck von sogar 7 bar notwendig, was jedoch eine hohe thermische According to an advantageous embodiment, at least one of the at least one heat accumulator stores sensible heat and is operable with a temperature for the heat medium within a temperature range of more than 50 degrees Celsius to at least 144 degrees Celsius, preferably up to 170 degrees Celsius. These high operating temperatures significantly increase the thermal storage capacity. Thus, up to 144 degrees Celsius water in the liquid state at an overpressure of at least 3 bar can still be used as a heat medium. For liquid water up to 155 degrees Celsius, an overpressure of 4.5 bar is necessary and up to 162 degrees Celsius, an overpressure of 5.5 bar for liquid Water required. At 170 degrees Celsius for still liquid water as a heat medium, an overpressure of even 7 bar is necessary, which, however, a high thermal
Speicherkapazität von über 116 Wattstunden pro Kilogramm für eine Erwärmung von 50 Grad Celsius auf 170 Grad Celsius bei trotzdem noch geringen Kosten im Vergleich zu Storage capacity of over 116 watt-hours per kilogram for heating from 50 degrees Celsius to 170 degrees Celsius at still low cost compared to
beispielsweise einem Paraffinwärmespeicher oder einer Lithium-Ionen-Batterie ergibt. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die for example, a paraffin heat storage or a lithium-ion battery results. According to an advantageous development, the
Heizungsanlage zusätzlich mindestens eine zumindest einen Verdichter sowie zumindest ein Entspannungsorgan umfassende Wärmepumpe, wobei die Wärmepumpe an die wenigstens eine Heizeinrichtung und/oder zumindest einen des wenigstens einen Wärmespeichers thermisch gekoppelt ist. Mit einer derartigen Wärmepumpe lässt sich die Heizleistung der Heizungsanlage effektiv erhöhen. Mit einer Wärmepumpe kann ein Vielfaches der für die Wärmepumpe eingesetzten Heating system additionally comprises at least one at least one compressor and at least one expansion element comprehensive heat pump, wherein the heat pump is thermally coupled to the at least one heater and / or at least one of the at least one heat storage. With such a heat pump, the heating capacity of the heating system can be effectively increased. With a heat pump can be a multiple of that used for the heat pump
elektrischen Leistung der Wärmequelle, wie dem electrical power of the heat source, such as the
Wärmespeicher oder der Umgebung, entzogen werden und auf ein höheres Temperaturniveau für die Heizeinrichtung gehoben werden. Mit Hilfe einer Wärmepumpe ist eine sehr hohe thermische Speicherkapazität von 320 Wattstunden pro Kilogramm Wärmemedium möglich. So erreicht man mit wenig zusätzlicher Masse und relativ geringem Energieaufwand eine große Heizdauer für den Fahrzeuginnenraum. Ferner sind die Kosten im Vergleich zu einer Heizung allein über eine entsprechend vergrößerte Lithium-Ionen-Batterie deutlich geringer . Heat storage or the environment to be withdrawn and raised to a higher temperature level for the heater. With the help of a heat pump, a very high thermal storage capacity of 320 watt-hours per kilogram of heat medium is possible. So you can achieve a long heating time for the vehicle interior with little additional mass and relatively low energy consumption. Furthermore, the cost is significantly lower compared to a heater alone via a correspondingly enlarged lithium-ion battery.
Verzugsweise ist zumindest einer des wenigstens einen Wärmespeichers auch als kälteseitiger Wärmetauscher der
wenigstens einen Wärmepumpe ausgebildet und an diese thermisch gekoppelt. So kann dem Wärmemedium im Preferably, at least one of the at least one heat accumulator is also used as a cold-side heat exchanger formed at least one heat pump and thermally coupled to this. So can the heat medium in the
Wärmespeicher auf einfache Weise besonders effektiv bis hin zu sonst nicht erreichbar tiefen Temperaturen viel Wärme für das Heizen des F'ahrzeuginnenraums entzogen werden, was somit die thermische Speicherkapazität erhöht . Heat storage in a simple manner particularly effective up to otherwise unreachable low temperatures much heat for heating the F'ahrzeuginnenraums be withdrawn, thus increasing the thermal storage capacity.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die wenigstens eine Wärmepumpe der Heizungsanlage wärmeseitig mittels eines Wärmetauschers, wie insbesondere eines According to a further advantageous embodiment, the at least one heat pump of the heating system on the heat side by means of a heat exchanger, in particular one
Warmwasserwärmetauschers, an die wenigstens eine Hot water heat exchanger to the at least one
Heizeinrichtung der Heizungsanlage über Austausch von Wärmemedium vom Wärmetauscher zum Wärmetauscher der Heating system of the heating system via exchange of heat medium from the heat exchanger to the heat exchanger
Heizeinrichtung thermisch gekoppelt. Damit ist die Heating device thermally coupled. This is the
Wärmeübertragung von der Wärmepumpe an die Heizeinrichtung für das Heizen des Fahrzeuginnenraums besonders effektiv. Die Effektivität lässt sich durch einen Wärmetauscher, der auch ein Wärmespeicher des wenigstens einen Wärmespeichers ist, und wobei er für mit -Überdruck beaufschlagtes Heat transfer from the heat pump to the heater for heating the vehicle interior particularly effective. The effectiveness can be achieved by a heat exchanger, which is also a heat storage of the at least one heat storage, and wherein he acted upon with overpressure
Wärmemedium ausgebildet ist, weiter steigern. Heat medium is formed, further increase.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der According to an advantageous embodiment of
erfindungsgemäßen Heizungsanlage ist zumindest einer des wenigstens einen Wärmespeichers geeignet, sensible und latente Wärme des Wärmemediums zu speichern, wie heating system according to the invention, at least one of the at least one heat storage is suitable to store sensitive and latent heat of the heat medium, such as
insbesondere als Eisspeicher, und ist derart ausgebildet, dass er mit einer Temperatur für das Wärmemedium innerhalbe eines Temperaturbereichs von -5 Grad Celsius bis 50 Grad Celsius betreibbar ist. Damit ist jedoch nicht in particular as an ice storage, and is adapted to be operable at a temperature for the heat medium within a temperature range of -5 degrees Celsius to 50 degrees Celsius. This is not
ausgeschlossen, dass der Wärmetauscher nicht auch für tiefere und/oder höhere Temperaturen betreibbar sein kann. Es kann somit auch latente Wärme im Wärmemedium wie
insbesondere beim Phasenübergang von Eis zu Wasser excluded that the heat exchanger can not be operated for lower and / or higher temperatures. It can thus also latent heat in the heat medium like especially during the phase transition from ice to water
gespeichert werden, was die thermische Speicherkapazität deutlich erhöht und damit die Masse von Wärmemedium bei gleicher Heizdauer für den Fahrzeuginnenraum wesentlich verringert. Insbesondere durch Einsatz einer eingebauten Wärmepumpe lässt sich in der Heizungsanlage mit einem Eisspeicher als an die Kälteseite der Wärmepumpe thermisch gekoppelten Wärmespeicher arbeiten. Die extern mit Strom versorgbare elektrische Heizung taut beim Ladevorgang das durch die Wärmepumpe gefrorene Eis im Wärmespeicher dann wieder zu flüssigem Wasser als Wärmemedium auf, wobei latente Wärme vom Wärmemedium neben der sensiblen Wärme durch Erhitzung des Wärmemediums aufgenommen wird. Ein Eisspeicher benötigt vorteilhaft aufgrund seiner geringen Betriebstemperaturen falls überhaupt nur eine geringe WärmeIsolation . are stored, which significantly increases the thermal storage capacity and thus significantly reduces the mass of heat medium at the same heating time for the vehicle interior. In particular, by using a built-in heat pump can work in the heating system with an ice storage as thermally coupled to the cold side of the heat pump heat storage. The externally supplied with electric power heater thaws during charging the ice frozen by the heat pump in the heat storage then back to liquid water as a heat medium, with latent heat from the heat medium in addition to the sensible heat is absorbed by heating the heat medium. An ice storage requires advantageous if at all, because of its low operating temperatures, if at all, only a small heat insulation.
Schließlich können die Merkmale der Unteransprüche im Wesentlichen frei miteinander und nicht durch die in den Ansprüchen vorliegende Reihenfolge festgelegt kombiniert werden, sofern sie unabhängig voneinander sind. So ist beispielsweise eine Kombination der Merkmale der Finally, the features of the subclaims may be substantially freely combined with each other and not determined by the order set forth in the claims, as long as they are independent of each other. For example, a combination of the features of
Unteransprüche 13 und 16 mit denen des Unteranspruchs 15, also von einem kälteseitigen Eisspeichers als ersten elektrisch beheizbaren Wärmespeicher der Heizungsanlage und von über die Wärmepumpe als Warmwasserwärmetauscher thermisch gekoppelten zusätzlich als Druckwasserspeicher ausgebildeten zweiten Wärmespeicher der Heizungsanlage, von Vorteil. Subclaims 13 and 16 with those of the subclaim 15, ie of a cold-side ice storage as the first electrically heatable heat storage of the heating system and thermally coupled via the heat pump as a hot water heat exchanger additionally designed as a pressurized water storage second heat storage of the heating system, an advantage.
Die zweite Aufgabe wird durch einen Wärmespeicher gemäß den Merkmalen des Anspruchs 17 gelöst.
Die dritte Aufgabe wird durch eine Heizeinrichtung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 18 gelöst. Die vierte Aufgabe wird durch eine Wärmepumpe gemäß den Merkmalen des Anspruchs 19 gelöst. The second object is achieved by a heat accumulator according to the features of claim 17. The third object is achieved by a heating device according to the features of claim 18. The fourth object is achieved by a heat pump according to the features of claim 19.
Die fünfte Aufgabe wird durch ein Hybrid-Fahrzeug oder Elektrofahrzeug gemäß den 'Merkmalen des Anspruchs 20 gelöst . The fifth object is achieved by a hybrid vehicle or electric vehicle in accordance with the 'features of claim twentieth
Die sechste Aufgabe wird durch ein Verfahren für die The sixth task is through a procedure for the
Wärmespeicherung und das Heizen mit einer erfindungsgemäßen Heizungsanlage gemäß den Angaben in Anspruch 21 gelöst. Heat storage and heating with a heating system according to the invention as described in claim 21.
Bezüglich Vorteile sowie vorteilhafte Ausgestaltungen und/oder Weiterbildungen hinsichtlich der Lösungen der zweiten bis sechsten Aufgabe wird entsprechend auf die obigen Ausführungen zur Lösung der ersten Aufgabe und zu den Unteransprüchen bezüglich der erfindungsgemäßen With regard to advantages and advantageous embodiments and / or developments with regard to the solutions of the second to sixth objects, the above statements on the solution of the first object and the subclaims relating to the invention are correspondingly made
Heizungsanlage verwiesen. Insbesondere sind die Heating system referenced. In particular, the
Ausführungen des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Embodiments of the method according to the invention
Beaufschlagung des im Wärmespeicher befindlichen Loading of the heat storage
erfindungsgemäßen Wärmemediums mit Überdruck, wie vor allem durch dessen Erhitzen über 100 Grad Celsius, von Vorteil. Eine weitere besonders vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens enthält die Schritte erstens des Speicherns von durch die jeweilige elektrische Heizung erzeugter Wärme des Wärmemediums sowohl in dem als zur Wärmepumpe wärmeseitigen Wärmetauscher ausgebildeten mit Überdruck beaufschlagbaren Wärmespeicher als auch im als zur Wärmepumpe kälteseitigen Wärmetauscher ausgebildeten
als Eisspeicher betreibbaren Wärmespeicher, zweitens des Abgebens von im mit Überdruck beaufschlagbaren heat medium according to the invention with overpressure, especially by heating it above 100 degrees Celsius, an advantage. A further particularly advantageous embodiment of the method according to the invention comprises the steps of firstly storing heat generated by the respective electrical heater of the heat medium both in the heat exchanger which is designed as an overpressure heat exchanger for the heat pump and in the heat exchanger which is cold-side to the heat pump Second, the output of the acted upon with overpressure
Wärmespeicher gespeicherten Wärme des Wärmemediums an die Heizeinrichtung zum Heizen, drittens nach Absinken der Temperatur des Wärmemediums im mit Überdruck Heat storage stored heat of the heat medium to the heater for heating, third, after lowering the temperature of the heat medium in the overpressure
beaufschlagbaren Wärmespeicher auf einen vorgegebenen Wert den des Pumpens mittels der Wärmepumpe der im als act on heat storage to a predetermined value that of pumping by means of the heat pump in the as
Eisspeicher ausgebildeten Wärmespeicher gespeicherten Wärme des Wärmemediums zum Wärmemedium im mit Überdruck Ice storage trained heat storage stored heat of the heat medium to the heat medium in with overpressure
beaufschlagbaren Wärmespeicher, und viertens des Abgebens der zum Wärmemedium des mit Überdruck beaufschalgbaren Wärmespeichers gepumpten Wärme an die Heizeinrichtung zum Heizen. Der vorletzte und letzte Verfahrensschritt können auch parallel erfolgen, also dass beim Pumpen von Wärme vom Wärmemedium des als Eisspeicher ausgebildeten acted upon heat storage, and fourth, the output of the heat medium of the pressurizable heat accumulator heatable heat pumped to the heater for heating. The penultimate and last process step can also be done in parallel, so that when pumping heat from the heat medium of the trained as ice storage
Wärmespeichers zum Wärmemedium im mit Überdruck Heat storage to heat medium in with overpressure
beaufschlagbaren Wärmespeicher gleichzeitig die zu diesem Wärmespeicher gepumpte Wärme weiter an die Heizeinrichtung zum Heizen der Luft für den Innenraum des Fahrzeugs abgegeben wird. Ein derartiges Verfahren setzt zwei acted upon heat storage at the same time the heat pumped to this heat storage heat is further delivered to the heater for heating the air for the interior of the vehicle. Such a method sets two
Wärmespeicher besonders effektiv mittels einer Wärmepumpe ein. Es wird eine hohe thermische Speicherkapazität erreicht . Kurze Beschreibung der Zeichnungen Heat storage particularly effective by means of a heat pump. It is achieved a high thermal storage capacity. Brief description of the drawings
Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert. Es zeigen With reference to the drawings, embodiments of the invention will be explained. Show it
Figur 1 in schematischer Blockdarstellung ein Figure 1 in a schematic block diagram
Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Heizungsanlage,
Figur 2 in schematischer Blockdarstellung ein Embodiment of a heating system according to the invention, Figure 2 in a schematic block diagram
Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Heizungsanlage mit Wärmepumpe, und Embodiment of a heating system according to the invention with heat pump, and
Figur 3 in schematischer Blockdarstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Heizungsanlage mit Wärmepumpe, und Figure 3 in a schematic block diagram, another embodiment of a heating system according to the invention with heat pump, and
Figur 4 in Flussdiagrammdarstellung ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens. FIG. 4 shows a flowchart of an exemplary embodiment of a method according to the invention.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung Detailed description of the invention
Alle Zeichnungen sind schematisch zu verstehen. Auf maßstabsgetreue Abbildungen wurde zum Zwecke erhöhter Klarheit der Darstellung verzichtet. All drawings are to be understood schematically. Scale-true images have been omitted for clarity of illustration.
In Figur 1 ist in schematischer Blockdarstellung ein In Figure 1 is a schematic block diagram a
Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Heizungsanlage 1 gezeigt. Die Heizungsanlage 1 ist zum Heizen eines Embodiment of a heating system 1 according to the invention shown. The heating system 1 is for heating a
Innenraums wie insbesondere des Fahrgastraums eines reinen Elektrofahrzeugs oder eines Hybrid-Fahrzeugs geeignet . Die Luft für den Fahrzeuginnenraum wird durch eine Interior suitable in particular the passenger compartment of a pure electric vehicle or a hybrid vehicle. The air for the vehicle interior is through a
Heizeinrichtung 3 mit einem Wärmetauscher 5 geheizt. Der Wärmetauscher 5 ist ein dafür üblicher Wärmetauscher, bei dem von einem ihn durchströmenden Wärmemedium wie Heater 3 heated with a heat exchanger 5. The heat exchanger 5 is a conventional heat exchanger, in which by a flowing through him heat medium such
beispielsweise Wasser oder wässrige Salzlösung Wärme an die zu erwärmende Luft für einen Fahrzeuginnenraum wie For example, water or aqueous salt solution heat to the air to be heated for a vehicle interior such as
insbesondere einen Fahrgastraum abgegeben wird. Das in particular, a passenger compartment is delivered. The
Wärmemedium enthält als überwiegenden Bestandteil Wasser. Es strömt in der Heizungsanlage 1 in einem Kreislauf vom
Wärmespeicher 9 durch eine Rohrleitung 11 zum Wärmetauscher 5 der Heizeinrichtung 3 und zurück. Dabei wird je nach Heizbedarf das Wärmemedium von einer dafür üblichen Heat medium contains water as the predominant component. It flows in the heating system 1 in a cycle from Heat storage 9 through a pipe 11 to the heat exchanger 5 of the heater 3 and back. Depending on the heating requirement, the heat medium is of a standard
regelbaren elektrischen Pumpe 7 der Heizeinrichtung 3 gepumpt. Dem Wärmemedium im Wärmespeicher 9 ist durch eine elektrisch betreibbare Heizung 13 Wärme zuführbar. Diese elektrisch betreibbare Heizung 13 ist mit ihren adjustable electric pump 7 of the heater 3 is pumped. The heat medium in the heat storage 9 heat can be supplied by an electrically operable heater 13. This electrically operable heater 13 is with their
Stromanschlussverbindungen 15 mit einer Anschlussbuchse des Fahrzeugs verbunden. An diese Anschlussbuchse, wie Power connections 15 connected to a connection socket of the vehicle. To this jack, how
beispielsweise eine übliche Schnellladebuchse, ist eine externe Stromversorgung anschließbar, wie insbesondere eine Schnellladestation mit zum Beispiel einer For example, a common quick charge socket, an external power supply can be connected, in particular a fast charging station with, for example, a
Stromspannungsversorgung von 600 Volt. So kann während des Aufladens der Batterie für den Antrieb des Elektrofahrzeugs gleichzeitig an einer Schnellladestation die elektrisch betreibbare Heizung 13 für die Zuführung von Wärme an das Wärmemedium im Wärmespeicher 9 mit Strom versorgt werden. Die mögliche Ladeleistung zum Aufladen des einen Power supply of 600 volts. Thus, during the charging of the battery for driving the electric vehicle, the electrically operable heater 13 for the supply of heat to the heat medium in the heat accumulator 9 can be simultaneously supplied with electricity at a rapid charging station. The possible charging power for charging the one
Wärmespeichers 9 ist in diesem Fall jedoch ohne darauf beschränkt zu sein 10-fach größer als die Nennheizleistung des für die Heizungsanlage vorgesehenen Fahrzeugs. Ein Elektrobus benötigt im Winter für eine Stunde Beheizung des Fahrgastraums ungefähr 10 Kilowatt. Somit hat der However, in this case, heat accumulator 9 is 10 times larger than the rated heating power of the vehicle provided for the heating system, without being limited thereto. An electric bus needs about 10 kilowatts in the winter for one hour of heating the passenger compartment. Thus, the
Wärmespeicher 9, wenn er beispielsweise für einen solchen Elektrobus für eine solche. Heizdauer ausgelegt ist, einen Speicherinhalt von 10 Kilowattstunden. Die thermische Ladekapazität des Wärmespeichers 9 ist somit gleich der Wärme bei einer Nennheizleistung für einen Zeitraum von einer Stunde des für die Heizungsanlage 1 vorgesehenen Fahrzeugs. Eine Schnellladung von 100 Kilowatt ist dafür in der Zeit der Schnellladung der Batterie für den Heat storage 9, if, for example, for such an electric bus for such. Heating duration is designed, a memory capacity of 10 kilowatt hours. The thermal charging capacity of the heat accumulator 9 is thus equal to the heat at a nominal heating power for a period of one hour of the vehicle provided for the heating system 1. A fast charge of 100 kilowatts is for in the time of fast charging of the battery for the
Elektroantrieb des Fahrzeugs ohne weiteres möglich. Je nach
Fahrzeuggröße und benötigter Heizleistung sowie Electric drive of the vehicle readily possible. Depending on Vehicle size and required heating power as well
vorgesehener Heizdauer sind auch entsprechende andere intended heating time are also corresponding others
Größen des Wärmespeichers 9 und dessen Speicherinhalts denkbar, wie beispielsweise für eine Nennheizleistung des Fahrzeugs für einen Zeitraum von zwei Stunden. Ist der Wärmespeicher 9 als einfacher Wasserspeicher ohne Sizes of the heat accumulator 9 and its memory contents conceivable, such as for a nominal heat output of the vehicle for a period of two hours. Is the heat storage 9 as a simple water storage without
Druckbeaufschlagung des Wärmemediums ausgelegt, so wird er in einem Wassertemperaturbereich zwischen 50 und 100 Grad Celsius, also mit flüssigem Wasser als Wärmemedium, betrieben. Die thermische Speicherkapazität des Wassers für die zu speichernde sensible Wärme beträgt dann bei einer Erwärmung von 50 Grad Celsius auf 100 Grad Celsius 58 Wattstunden pro Kilogramm, was für 10 Kilowattstunden eine Masse von ungefähr 175 Kilogramm an Wärmemedium ergibt. Sofern die in Figur 1 dargestellte Heizungsanlage 1 auch für einen Überdruck des Wärmemediums ausgelegt ist, ist die jeweilige Obergrenze der Temperatur für den Betrieb je nach Größe des Überdrucks der jeweilige druckspezifische Designed pressurization of the heat medium, it is in a water temperature range between 50 and 100 degrees Celsius, ie operated with liquid water as the heat medium. The thermal storage capacity of the water for the sensible heat to be stored is then at a temperature of 50 degrees Celsius to 100 degrees Celsius 58 watt hours per kilogram, resulting in 10 kilowatt hours, a mass of about 175 kilograms of heat medium. If the heating system 1 shown in FIG. 1 is also designed for an overpressure of the heat medium, the respective upper limit of the temperature for the operation, depending on the size of the overpressure, is the respective pressure-specific one
Siedepunkt des Wärmemediums, so dass es noch im flüssigen Zustand betrieben werden kann. Die Art und Stärke des Materials der Heizungsanlage 1 und insbesondere des Boiling point of the heat medium, so that it can still be operated in the liquid state. The nature and strength of the material of the heating system 1 and in particular the
Wärmespeichers 9 muss dabei für den jeweiligen Überdruck ausgelegt sein, wie zum Beispiel ausreichend Heat accumulator 9 must be designed for the respective overpressure, such as sufficient
druckbeständiger Stahl. Soweit Wasser das Wärmemedium ist, beträgt der Siedepunkt bei 3 bar Überdruck 144 Grad Celsius und die thermische Speicherkapazität erhöht sich bei einer Erwärmung von 50 Grad Celsius auf den Siedepunkt auf pressure-resistant steel. As far as water is the heat medium, the boiling point at 3 bar overpressure is 144 degrees Celsius and the thermal storage capacity increases with a warming of 50 degrees Celsius to the boiling point
112 Wattstunden pro Kilogramm, was für 10 Kilowattstunden eine Masse von ungefähr 89 Kilogramm an Wärmemedium ergibt. Bei einem Überdruck von 5 bar beträgt der Siedepunkt 159 Grad Celsius und die thermische Speicherkapazität erhöht sich bei einer Erwärmung von 50 Grad Celsius auf den
Siedepunkt sogar auf 132 Wattstunden pro Kilogramm, was bei 10 Kilowattstunden Speicherkapazität eine Masse von etwa 76 Kilogramm für das Wasser im in diesem Fall als 112 watt-hours per kilogram, which gives a mass of about 89 kilograms of heat medium for 10 kilowatt hours. At an overpressure of 5 bar, the boiling point is 159 degrees Celsius and the thermal storage capacity increases with a warming of 50 degrees Celsius on the Boiling point even to 132 watt-hours per kilogram, which at 10 kilowatt-hours of storage capacity a mass of about 76 kilograms for the water in this case as
Druckwasserspeicher ausgelegten Wärmespeicher 9 ergibt. Bei einem Überdruck von 7 bar liegt der Siedepunkt von Wasser bei 170 Grad Celsius. Das Wasser hat bei einem solchen Überdruck als Wärmemedium eine thermische Speicherkapazität bei einer Erwärmung von 50 Grad Celsius auf den Siedepunkt von rund 147 Wattstunden pro Kilogramm, so dass bei 10 Kilowattstunden Speicherkapazität nur ungefähr 68 Pressure water tank designed heat accumulator 9 results. At an excess pressure of 7 bar, the boiling point of water is 170 degrees Celsius. With such an overpressure as heat medium, the water has a thermal storage capacity with a heating of 50 degrees Celsius to the boiling point of about 147 watt-hours per kilogram, so that with 10 kilowatt-hours storage capacity only about 68
Kilogramm Wasser als Wärmemedium benötigt werden. Der Überdruck des Wassers im Heizkreislauf entsteht durch den Dampfdruck von geringen Mengen sich bildenden Dampfs bei Erhöhung der Temperatur des Wärmemediums über 100 Grad Celsius. Die Regulierung des Drucks erfolgt über die höhe der Temperatur. Denkbar ist auch eine Steuerung über ein Druckventil. Der Kostenaufwand für einen für ausreichend Überdruck ausgelegten Druckwasserspeicher ist nur Kilograms of water are needed as a heat medium. The overpressure of the water in the heating circuit is caused by the vapor pressure of small amounts of steam forming when the temperature of the heat medium rises above 100 degrees Celsius. The pressure is regulated by the temperature. Also conceivable is a control via a pressure valve. The cost of a designed for sufficient overpressure pressurized water tank is only
geringfügig höher als der 'für einen drucklosen slightly higher than the 'for a non-pressurized
Wasserspeicher. Ein Personenkraftwagen hat eine Water-tank. A passenger car has one
Nennheizleistung für eine Temperaturdifferenz von 20 Grad Celsius, bei einer Oberfläche von 26,48 m2 und bei einem k-Wert von 4 W/m2K von ungefähr 2,1 Kilowatt, so dass die Masse von benötigtem Wasser als Wärmemedium dementsprechend ungefähr ein Fünftel von der für einen Elektrobus ist. Die folgende Tabelle zeigt für verschiedene Überdrücke „P" von Wasser als Wärmemedium die Siedetemperaturen „T", die spezifische Wärmekapazität „c" bei Siedetemperatur, die sensible thermische Speicherkapazität „U" bei Nominal heat output for a temperature difference of 20 degrees Celsius, with a surface area of 26.48 m2 and a k-value of 4 W / m2K of about 2.1 kilowatts, so that the mass of water needed as heating medium accordingly about one-fifth of the for an electric bus. The following table shows, for different overpressures "P" of water as heat medium, the boiling temperatures "T", the specific heat capacity "c" at boiling temperature, the sensitive thermal storage capacity "U"
Temperaturänderung von 50 Grad Celsius bis Siedetemperatur, die benötigte Masse „M" Speichermedium für 1 Stunde Temperature change from 50 degrees Celsius to boiling temperature, the required mass "M" storage medium for 1 hour
Nennheizleistung eines Elektrobusses „EB" und eines
Personenkraftwagens „PKW": Nominal heating capacity of an electric bus "EB" and one Passenger car "PKW":
P [bar] : 0 1 2 3 4 5 6 7 T [sc] : 100 120 134 144 152 159 165 170 c [kJ/kgK] : 4,20 4,23 4,26 4,30 4,32 4,35 4,37 4,40 U [Wh/kg] : 58, 3 82,2 99, 112,1 122,5 131,7 139, 7 146,5 M EB [kg] : 171, 5 121, 6 100, 5 89,1 81, 6 75,9 71, 5 68,2 PKW [kg] : 36, 3 25,8 21,3 18,9 17,3 16,1 15,2 14,5 P [bar]: 0 1 2 3 4 5 6 7 T [sc]: 100 120 134 144 152 159 165 170 c [kJ / kgK]: 4.20 4.23 4.26 4.30 4.32 4, 35 4.37 4.40 U [Wh / kg]: 58, 3 82.2 99, 112.1 122.5 131.7 139, 7 146.5 M EB [kg]: 171, 5 121, 6 100 , 5 89,1 81, 6 75,9 71, 5 68,2 cars [kg]: 36, 3 25,8 21,3 18,9 17,3 16,1 15,2 14,5
Es ist auch ein Ausführungsbeispiel der Heizungsanlage 1 denkbar, bei dem die Batterie für den Antrieb des It is also an embodiment of the heating system 1 conceivable in which the battery for driving the
Elektrofahrzeugs die elektrische betriebene Heizung 13 zur Zuführung von Wärme in das als Wärmemedium eingesetzte Wasser zumindest mit mit Strom versorgt. Ferner sind Ausführungen vorstellbar, bei denen das als Wärmemedium verwendete Wasser im Wärmespeicher 9 auch mit von Abwärme produzierenden fahrzeuginternen Komponenten, wie dem Antriebsmotor, über einen Kühlmittelkreislauf mit Wärme versorgt wird. Electric vehicle, the electrically powered heater 13 for supplying heat in the heat medium used as a water at least supplied with electricity. Furthermore, embodiments are conceivable in which the water used as the heat medium in the heat accumulator 9 is also supplied with waste heat-producing vehicle-internal components, such as the drive motor, via a coolant circuit with heat.
In Figur 2 ist in schematischer Blockdarstellung ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Heizungsanlage 1 mit Wärmepumpe 17 für ein zumindest teilweise elektrisch antreibbares Fahrzeug gezeigt. Die Wärmepumpe 17 ist zwischen den als Eisspeicher ausgebildeten Wärmespeicher 9 und der Heizeinrichtung 3.jeweils thermisch gekoppelt eingebunden. Das Wärmemedium des als Eisspeicher 2 shows a schematic block diagram of an exemplary embodiment of a heating system 1 according to the invention with a heat pump 17 for an at least partially electrically drivable vehicle. The heat pump 17 is connected in a thermally coupled manner between the heat accumulator 9, which is designed as an ice accumulator, and the heating device 3, in each case. The heat medium of the ice storage
ausgebildeten Wärmespeichers 9 ist Wasser. Diesem wird bei Bedarf durch die elektrische betreibbare Heizung 13 Wärme zugeführt. Gleiches gilt für den als Wärmetauscher ausgebildeten Wärmespeicher 23. Beispielsweise erfolgt
dafür die Stromversorgung von einer an einer trained heat accumulator 9 is water. If necessary, heat is supplied thereto by the electrically operable heater 13. The same applies to the designed as a heat exchanger heat storage 23. For example, takes place the power supply from one to one
Anschlussbuchse am zumindest teilweise elektrisch Connection socket on at least partially electrically
antreibbaren Fahrzeug angeschlossenen externen drivable vehicle connected external
Schnellladestation über Stromanschlussverbindungen 15 zu den Heizungen 13. Die Ladestromspannung der Fast charging station via power connections 15 to the heaters 13. The charging voltage of the
Schnelladestation beträgt ohne darauf beschränkt zu sein in diesem Fall 600 Volt. Die mögliche Ladeleistung zum Fast charging station is, but is not limited to, 600 volts in this case. The possible charging power to
Aufladen der Wärmespeicher 9, 23 ist 10-fach größer als die Nennheizleistung eines für die Heizungsanlage 1 Charging the heat accumulator 9, 23 is 10 times greater than the nominal heat output of one for the heating system. 1
vorgesehenen Fahrzeugs, wie zum Beispiel eines intended vehicle, such as one
Elektrobusses. Es sind auch Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Heizungsanlage 1 mit möglichen Electric bus. There are also embodiments of the heating system 1 according to the invention with possible
niedrigeren oder noch höheren Ladeleistungen denkbar. lower or even higher charging power conceivable.
Beim thermischen Aufladen des Wärmespeichers 9 wird das zu Eis gefrorene Wärmemedium in ihm aufgetaut und bis zu 50During thermal charging of the heat accumulator 9, the frozen to ice heat medium is thawed in it and up to 50
Grad Celsius aufgewärmt. Somit wird sowohl latente als auch sensible Wärme des Wärmemediums im Wärmespeicher 9 Celsius degrees warmed up. Thus, both latent and sensible heat of the heat medium in the heat storage 9
gespeichert . Der als Eisspeicher ausgebildete Wärmespeicher 9 ist in diesem Fall ohne darauf beschränkt zu sein innerhalb eines Temperaturbereichs von -7 Grad Celsius bis 50 Grad Celsius betreibbar. Der Wärmespeicher 9 ist thermisch mit dem Kältemittelkreislauf der Wärmepumpe 17 gekoppelt. Der Wärmespeicher 9 ist dabei als an die saved . The designed as an ice storage heat storage 9 is in this case, without being limited to be within a temperature range of -7 degrees Celsius to 50 degrees Celsius operable. The heat accumulator 9 is thermally coupled to the refrigerant circuit of the heat pump 17. The heat storage 9 is as to the
Kälteseite der Wärmepumpe 17 angeschlossener Wärmetauscher ausgebildet. So wird bei Betrieb der Wärmepumpe 17 dem nach dem thermischen Aufladen flüssigem Wasser von bis zu 50 Grad Celsius im Wärmespeicher 9 Wärme entzogen, indem das heruntergekühlte Kältemittel im Kältemittelkreislauf der Wärmepumpe 17 direkt im Wärmespeicher 9 dem Wärmemedium Wasser die Wärme entzieht und weiter zum elektrisch betriebenen Verdichter 19 der Wärmepumpe 17 in der Cold side of the heat pump 17 connected heat exchanger formed. Thus, during operation of the heat pump 17, heat is withdrawn from the heat storage 9 after the thermal charging of liquid water of up to 50 degrees Celsius in the heat storage by the cooled refrigerant in the refrigerant circuit of the heat pump 17 directly in the heat storage 9 the heat medium water removes the heat and continue to electrically operated Compressor 19 of the heat pump 17 in the
Kältemittelführung 21 transportiert. Das im Verdichter 19
komprimierte und damit weiter erwärmte Kältemittel strömt in der Kältemittelführung 21 des Kältemittelkreislaufs der Wärmepumpe 17 zum als Warmwasserwärmetauscher ausgebildeten Wärmetauscher bzw. Wärmespeicher 23 und gibt dort Wärme an das in einem weiteren Kreislauf zirkulierende Wärmemedium Wasser ab. Dabei ist in diesem Fall dieser Wärmetauscher auch als elektrisch heizbarer Wärmespeicher 23 nämlich in diesem Fall als ein Druckwasserspeicher ausgebildet. So kann dort sensible Wärme im Wärmemedium Wasser gespeichert werden und von dort je nach Heizbedarf für den Refrigerant guide 21 transported. The in the compressor 19 compressed and thus further heated refrigerant flows in the refrigerant guide 21 of the refrigerant circuit of the heat pump 17 to form a hot water heat exchanger heat exchanger or heat storage 23, where it gives off heat to the circulating in another circuit heat medium water. In this case, in this case, this heat exchanger is also designed as an electrically heatable heat accumulator 23, namely in this case as a pressurized water reservoir. So there can be stored sensitive heat in the heat medium water and from there depending on the heating demand for the
Fahrzeuginnenraum das erwärmte Wasser durch die Rohrleitung 11 von der Pumpe 7 zum Wärmetauscher 5 der Heizeinrichtung 3 gelangen. Im Wärmetauscher 5 wird aus dem Wasser Wärme an die zu erwärmende Luft für beispielsweise den Fahrgastraum des Fahrzeugs abgegeben. Darauf fließt das abgekühlte Vehicle interior, the heated water through the pipe 11 from the pump 7 to the heat exchanger 5 of the heater 3 arrive. In the heat exchanger 5, heat is released from the water to the air to be heated, for example, the passenger compartment of the vehicle. Then the cooled flows
Wärmemedium Wasser durch die Rohrleitung 11 zurück zum als Warmwasserwärmetauscher ausgebildeten Wärmetauscher bzw. Wärmespeicher 23. Das dort an das Wärmemedium Wasser Wärme abgebende Kältemittel der Wärmepumpe 17 strömt weiter durch die Kältemittelführung 21 zum als Expansionsventil Heat medium water through the pipe 11 back to the formed as a hot water heat exchanger heat exchanger or heat storage 23. The there to the heat medium water heat dissipating refrigerant of the heat pump 17 continues to flow through the refrigerant guide 21 as an expansion valve
ausgebildeten Expansionsorgan 25. Dort expandiert das Kältemittel und kühlt sich dabei ab. Es strömt weiter zum als Eisspeicher ausgebildeten Wärmespeicher 9, wo es dem dortigen Wärmemedium Wasser Wärme entzieht. Dieses geht so weit, dass die Temperatur des Wassers den Gefrierpunkt erreicht und ausfriert. Beim Ausfrieren wird auch die im Wasser gespeicherte latente Wärme an das Kältemittel im Kältemittelkreislauf der Wärmepumpe 17 abgegeben. Die Wärmepumpe 17 pumpt erst Wärme vom als Eisspeicher trained expansion element 25. There, the refrigerant expands and cools down. It continues to flow as ice storage formed heat storage 9, where it extracts heat from the local heat medium water. This goes so far that the temperature of the water reaches the freezing point and freezes out. During freezing, the latent heat stored in the water is also delivered to the refrigerant in the refrigerant circuit of the heat pump 17. The heat pump 17 only pumps heat from the ice storage
ausgebildeten Wärmespeicher 9 zum als Druckwasserspeicher ausgebildeten Wärmetauscher bzw. Wärmespeicher 23, wenn dessen Wärmemedium die über dessen elektrische Heizung 13
zugeführte Wärme zum Heizen an die Heizeinrichtung 3 abgegeben hat, also dessen Betriebstemperatur von maximal 170 Grad Celsius auf 50 Grad Celsius herabgesunken ist. Nutzt man Wassertemperaturen zwischen 50 und 150 Grad direkt im als Warmwasserwärmetauscher und formed heat storage 9 to the formed as a pressurized water storage heat exchanger or heat storage 23, when the heat medium via the electric heater 13th supplied heat for heating to the heater 3, that is, whose operating temperature has fallen from a maximum of 170 degrees Celsius to 50 degrees Celsius. Uses water temperatures between 50 and 150 degrees directly in as a hot water heat exchanger and
Druckwasserspeicher ausgebildeten Wärmetauscher bzw. Pressure water storage formed heat exchanger or
Wärmespeicher 23 durch Austausch von Wärmemedium in der Heizeinrichtung 3 und Temperaturen von 50 bis -5 Grad Celsius indirekt im als Eisspeiche ausgebildeten Heat storage 23 by exchange of heat medium in the heater 3 and temperatures of 50 to -5 degrees Celsius indirectly formed as an ice bank
Wärmespeicher 9 über die Wärmepumpe 17, benötigt man im Minimum nur circa 31 Kilogramm Wasser für die Speicherung von 10 Kilowattstunden Wärme, was einer thermischen Heat storage 9 via the heat pump 17, you need at least only about 31 kilograms of water for the storage of 10 kilowatt hours of heat, which is a thermal
Speicherkapazität von ungefähr 320 Kilogramm pro Wattstunde entspricht. Bei realistischer Betrachtung für das in Figur 2 dargestellte Ausführungsbeispiel einer Heizungsanlage 1 mit Wärmepumpe 17 beträgt die eingesetzte Masse etwas mehr nämlich in etwa 40 Kilogramm für die Speicherung von 10 Kilowattstunden. Damit ist die thermische Ladekapazität gleich der Wärme bei einer Nennheizleistung eines für die Heizungsanlage 1 vorgesehenen Fahrzeugs für einen Zeitraum von einer Stunde. Bei größerer Menge von Wärmemedium in den entsprechend größeren Wärmespeichern 9, 23 der Storage capacity of about 320 kilograms per watt-hour corresponds. In a realistic consideration for the illustrated in Figure 2 embodiment of a heating system 1 with heat pump 17, the mass used is something more, namely in about 40 kilograms for the storage of 10 kilowatt hours. Thus, the thermal charging capacity is equal to the heat at a rated heating power of a vehicle provided for the heating system 1 for a period of one hour. With a larger amount of heat medium in the correspondingly larger heat accumulators 9, 23 of the
Heizungsanlage 1 wäre die speicherbare Wärme entsprechend größer . Heating system 1, the storable heat would be correspondingly larger.
In Figur 3 ist in schematischer Blockdarstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen FIG. 3 is a schematic block diagram of a further exemplary embodiment of a device according to the invention
Heizungsanlage 1 mit Wärmepumpe 17 für ein zumindest teilweise elektrisch antreibbares Fahrzeug gezeigt. Der Wärmespeicher 9 ist ein Druckwasserspeicher, bei dem das Wärmemedium Wasser mit einem Überdruck von mindestens bis zu 7 bar beaufschlagbar ist. Es sind auch Ausgestaltungen
des Wärmespeichers 9 mit weniger oder mehr mindestens möglichem Überdruck denkbar. Die elektrisch betreibbare Heizung 13 zum Übertragen -von Wärme auf das Wärmemedium Wasser im als Eisspeicher und Druckwasserspeicher Heating system 1 shown with heat pump 17 for an at least partially electrically driven vehicle. The heat storage 9 is a pressurized water tank, in which the heat medium water with an overpressure of at least up to 7 bar can be acted upon. There are also configurations the heat accumulator 9 with less or more at least possible overpressure conceivable. The electrically operable heater 13 for transmitting-heat to the heat medium water in as ice storage and pressurized water storage
ausgebildeten Wärmespeicher 9 ist an eine externe formed heat accumulator 9 is connected to an external
Schnellladestation mit einer Ladestromspannung von Fast charging station with a charging voltage of
beispielsweise 600 V über die Stromverbindungen 15 for example 600 V via the power connections 15
anschließbar. Das für die Heizungsanlage 1 vorgesehene Fahrzeug verfügt dafür über eine entsprechende connected. The provided for the heating system 1 vehicle has a corresponding
Anschlussbuchse. Der Wärmespeicher 9 ist mit Rohrleitung 11 mit einer Pumpe 7 zum Pumpen des Wärmemediums Wasser verbunden, die regelbar je nach Heizbedarf das Wärmemedium Wasser zur Heizeinrichtung 3 mit dem Wärmetauscher 5 zum Erwärmen der zu behandelnden Luft für den Innenraum des Fahrzeugs pumpt. Von der Heizeinrichtung 3 fließt das Wärmemedium Wasser zurück zum Wärmespeicher 9. Insoweit besteht eine direkte thermische Kopplung von Wärmetauscher 9 mit der Heizeinrichtung 3 durch den Austausch von Socket. The heat storage 9 is connected to pipe 11 with a pump 7 for pumping the heat medium water, which controllably depending on the heating demand the heat medium water to the heater 3 with the heat exchanger 5 for heating the air to be treated for the interior of the vehicle pumps. From the heater 3, the heat medium water flows back to the heat storage 9. In that regard, there is a direct thermal coupling of the heat exchanger 9 with the heater 3 by the exchange of
Wärmemedium Wasser. In der Rohrleitung 11 zwischen Heat medium water. In the pipe 11 between
Wärmespeicher 9 und Wärmetauscher 5 der Heizeinrichtung 3 ist für das Wärmemedium Wasser in dessen Fließrichtung nach der Pumpe 7 ein als Warmwasserwärmetauscher ausgebildeter Wärmetauscher 27 eingefügt. Der Wärmetauscher 27 ist in dieser Ausführungsvariante nicht auch als Wärmespeicher ausgebildet. Der Wärmetauscher 27 ist wärmeseitig an den Kältemittelkreislauf der Wärmepumpe 17 angeschlossen, so dass bei Betrieb der Wärmepumpe 17 dort Wärme aus dem Kältemittel auf das Wärmemedium Wasser für die Heat storage 9 and heat exchanger 5 of the heater 3 is inserted for the heat medium water in the direction of flow after the pump 7 designed as a hot water heat exchanger heat exchanger 27. The heat exchanger 27 is not formed in this embodiment also as a heat storage. The heat exchanger 27 is thermally connected to the refrigerant circuit of the heat pump 17, so that when operating the heat pump 17 there heat from the refrigerant to the heat medium water for the
Heizeinrichtung 3 übertragen wird. Im Kältemittelkreislauf der Wärmepumpe 17 dem Wärmetauscher 27 vorgelagert ist ein regelbarer elektrisch betreibbarer Verdichter 19, der das Kältemittel verdichtet und dabei erhitzt. Ist das
Kältemittel beispielsweise gasförmiges CO2, so arbeitet der Wärmetauscher 27 als Gaskühler des Kältemittels. Im Heating device 3 is transmitted. In the refrigerant circuit of the heat pump 17 upstream of the heat exchanger 27 is a controllable electrically operable compressor 19, which compresses the refrigerant and thereby heated. Is this Refrigerant, for example, gaseous CO2, the heat exchanger 27 operates as a gas cooler of the refrigerant. in the
Kältemittelkreislauf dem Wärmetauscher 27 nachgeschaltet ist ein als ein Entspannungsventil ausgebildetes Refrigerant circuit downstream of the heat exchanger 27 is designed as a relaxation valve
Entspannungsorgan 25, das das Kältemittel wieder entspannt und dabei abkühlt. Kälteseitig ist im Kältemittelkreislauf der Wärmepumpe 17 nach dem Expansionsorgan 25 der auch als ein Kaltwasserwärmetauscher ausgebildete Wärmespeicher 9 eingefügt, der Wärme aus dem vom Wärmetauscher 5 der Relaxation organ 25, which relaxes the refrigerant again while cooling. Cold side is inserted in the refrigerant circuit of the heat pump 17 after the expansion element 25 of the formed as a cold water heat exchanger heat storage 9, the heat from the heat exchanger 5 of the
Heizeinrichtung 3 zum Wärmespeicher 9 gelangenden Heating device 3 to the heat accumulator 9 reaching
Wärmemedium entzieht, bis es schließlich zu Eis wird. Mit dem Einsatz der regelbaren Wärmepumpe 17 wird die Heat medium withdraws, until it finally becomes ice. With the use of the variable heat pump 17 is the
Heizleistung der Heizungsanlage 1 nach Bedarf erhöht oder verringert. Die Wärmepumpe 17 nimmt ihren Betrieb erst auf, wenn das Wärmemedium im Wärmespeicher 9 von maximal 170Heating capacity of the heating system 1 increased or decreased as needed. The heat pump 17 starts its operation only when the heat medium in the heat accumulator 9 of a maximum of 170
Grad Celsius durch Abgabe von Wärme an die Heizeinrichtung 3 auf 50 Grad Celsius abgesunken ist. Denkbar ist auch eine andere geeignete Temperatur, wie beispielsweise 40 Grad Celsius, ab der die Wärmepumpe 17 einsetzt. Degrees Celsius has dropped to 50 degrees Celsius by giving off heat to the heater 3. It is also conceivable another suitable temperature, such as 40 degrees Celsius, from which the heat pump 17 begins.
In Figur 4 ist in Darstellungs form eines Flussdiagramms ein Aus führungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. Im ersten Verfahrensschritt 100 wird die durch die elektrischen Heizungen in den in diesem Fall zwei 4 shows an embodiment of a method according to the invention is shown in the form of representation of a flow chart. In the first method step 100, the two electric heaters in this case become two
Wärmespeichern dem jeweiligen Wärmemedium in den beiden Wärmespeichern zugeführte Wärme gespeichert. Die beiden elektrischen Heizungen der beiden Wärmespeicher sind dabei an das Stromnetz einer externen Schnellladestation Heat storage the respective heat medium stored in the two heat storage heat. The two electric heaters of the two heat accumulators are connected to the power grid of an external fast charging station
angeschlossen. Die Spannung beträgt dabei beispielsweise 600 Volt . Der eine Wärmespeicher ist als Eisspeicher ausgebildet und zur Wärmepumpe der erfindungsgemäßen connected. The voltage is for example 600 volts. The one heat storage is designed as an ice storage and the heat pump of the invention
Heizungsanlage als Wärmetauscher kälteseitig angeschlossen.
Die dortige elektrische Heizung taut beim Schnellladen das im Wärmespeicher zu Eis gefrorene Wärmemedium erst einmal auf und erwärmt es dann bis maximal 50 Grad Celsius. Somit wird dort sowohl latente als auch sensible Wärme dem Heating system connected as a heat exchanger on the cold side. The local electric heater thaws the fast in the heat storage to ice frozen heat medium once and then warmed up to a maximum of 50 degrees Celsius. Thus, both latent and sensible heat will be there
Wärmemedium zugeführt. Der andere Wärmespeicher ist alsHeat medium supplied. The other heat storage is as
Druckwasserspeicher ausgebildet und dabei als Wärmetauscher wärmeseitig zur Wärmepumpe angeschlossen. Ferner ist dieser mit Überdruck beaufschlagbare Wärmespeicher über eine Rohrverbindung mit dem Wärmetauscher der Built-pressure water storage and connected as a heat exchanger on the heat side to the heat pump. Furthermore, this can be acted upon with pressure heat accumulator via a pipe connection to the heat exchanger of
Heizungseinrichtung verbunden, durch die das Wärmemedium fließen kann. In diesem mit Überdruck beaufschalagbaren Wärmespeicher wird das dortigen flüssige Wärmemedium auf maximal 170 Grad Celsius also bei flüssigem Wasser einem Überdruck von bis 7 bar mit der dortigen elektrischen Heizung beim Schnellladen aufgeheizt und so Wärme dem dortigen Wärmemedium zugeführt. Heating device connected, through which the heat medium can flow. In this can be beaufschalagbaren with pressure heat storage, the local liquid heat medium is heated to a maximum of 170 degrees Celsius in liquid water at an overpressure of up to 7 bar with the local electric heater during fast charging and so heat supplied to the local heat medium.
Das in den beiden Wärmespeichern verwendete Wärmemedium ist in diesem Fall reines Wasser. Beispielsweise kann für das Verfahren die in Figur 2 gezeigte Heizungsanlage verwendet werden. The heat medium used in the two heat accumulators is pure water in this case. For example, the heating system shown in FIG. 2 can be used for the method.
Im zweiten Verfahrensschritt 110, nachdem der In the second method step 110, after the
Schnelladevorgang abgeschlossen ist, wird je nach Fast charging is completed, depending on
Heizbedarf für den Innenraum des zumindest teilweise elektrisch antreibbaren Fahrzeugs die im mit Überdruck beaufschlagbaren Wärmespeicher gespeicherte Wärme des dortigen Wärmemediums an die Heizeinrichtung zum Heizen abgegeben. Dabei fließt mithilfe einer Pumpe das aus Wasser bestehende Wärmemedium vom mit Überdruck beaufschlagbaren Wärmespeicher zum Wärmetauscher der Heizeinrichtung. In diesem Wärmetauscher wird Wärme aus dem Wärmemedium an die
zu heizende Luft für den Innenraum des Fahrzeugs, wie insbesondere den Fahrgastraum, abgegeben. Das so abgekühlte Wärmemedium strömt zurück zum mit Überdruck Heating demand for the interior of the at least partially electrically driven vehicle which is stored in the acted upon by excess pressure heat storage heat of the local heat medium to the heater for heating. In the process, the heat medium consisting of water flows by means of a pump from the heat accumulator, which can be acted upon by overpressure, to the heat exchanger of the heating device. In this heat exchanger, heat from the heat medium to the to be heated air for the interior of the vehicle, in particular the passenger compartment, delivered. The thus cooled heat medium flows back to the overpressure
beaufschlagbaren Wärmespeicher. Sobald die Temperatur des Wärmemediums in diesem Wärmespeicher durch diesen aufgrund des Heizens erfolgenden Wärmeverlust auf die vorgegeben Temperatur von 50 Grad Celsius abgesunken ist, pumpt im nächsten Verfahrensschritt 120 die Wärmepumpe die im act on heat storage. As soon as the temperature of the heat medium in this heat storage has dropped to the predetermined temperature of 50 degrees Celsius due to the heat loss due to the heating, the heat pump pumps in the next process step 120
Wärmemedium des als Eisspeicher ausgebildeten zweiten Wärmespeichers gespeicherte Wärme zum Wärmemedium des mit Überdruck beaufschlagbaren Wärmespeichers. Also geht die Wärmepumpe erst dann in Betrieb. Im letzten Heat medium stored as an ice storage second heat storage heat stored to the heat medium of the acted upon pressure heat accumulator. So the heat pump is only then put into operation. In the last
Verfahrensschritt 130 wird die so zum Wärmemedium des mit Überdruck beaufschlagtbaren Wärmespeichers gepumpte Wärme weiter wie zum zweiten Verfahrensschritt 110 beschrieben zur Heizeinrichtung zum Heizen der Luft für den Innenraum des Fahrzeugs abgegeben. Wenn das Wärmemedium Wasser im zweiten als Eisspeicher ausgebildeten Wärmespeicher zu Eis gefroren ist und möglicherweise noch weiter bis ca. -5 Grad Celsius abgekühlt ist, schaltet sich die Wärmepumpe ab. Die vorgegebene Temperatur des Wärmemediums im mit Überdruck beaufschlagtbaren Wärmespeicher, bei der die Wärmepumpe anspringt, ist nicht auf 50 Grad Celsius festgelegt, sondern es kann auch eine andere Temperatur von Process step 130, the heat so pumped to the heat medium of the pressurizable heat storage heat further as described for the second method step 110 to the heater for heating the air for the interior of the vehicle delivered. If the heat medium water in the second designed as an ice storage heat storage is frozen to ice and may even further cooled to about -5 degrees Celsius, the heat pump switches off. The predetermined temperature of the heat medium in the acted upon pressure heat storage at which the heat pump starts, is not set to 50 degrees Celsius, but it can also be a different temperature of
beispielsweise 60 Grad Celsius vorgegeben werden. Der vorletzte Verfahrensschritt 120 und der letzte For example, 60 degrees Celsius are given. The penultimate step 120 and the last
Verfahrensschritt 130 können auch parallel erfolgen, also dass beim Pumpen von Wärme vom Wärmemedium des als Method step 130 can also be carried out in parallel, that is, when pumping heat from the heat medium of the
Eisspeicher ausgebildeten Wärmespeichers zum Wärmemedium im mit Überdruck beaufschlagbaren Wärmespeicher gleichzeitig die zu diesem Wärmespeicher gepumpte Wärme weiter an die Heizeinrichtung zum Heizen der Luft für den Innenraum des
Fahrzeugs abgegeben wird. Ice storage trained heat accumulator to the heat medium in the acted upon pressure heat accumulator at the same time the heat pumped to this heat storage heat to the heater for heating the air for the interior of the Vehicle is delivered.
Nachdem die durch die Schnellladung in den beiden After the fast charge in the two
Wärmespeichern gespeicherte Wärme durch Heizen des Heat storage stored heat by heating the
Innenraums des Fahrzeugs verbraucht ist, beginnt das Interior of the vehicle is consumed, that begins
Verfahren nach Wunsch und Anfahren einer Schnellladestation von Neuem, also mit Anschließen an das Stromnetz einer externen Schnelladestation zumindest mit zum Speichern von Wärme für die erfindungsgemäße Heizungsanlage.
Method according to desire and starting a fast charging station of new, so with connection to the mains of an external fast charging station at least with for storing heat for the heating system according to the invention.
Claims
1. Heizungsanlage (1) für ein zumindest teilweise 1. heating system (1) for an at least partially
elektrisch antreibbares Fahrzeug mit wenigstens einem electrically drivable vehicle with at least one
Wärmespeicher (9, 23) und wenigstens einer Heizeinrichtung (3) mit wenigstens einem Wärmetauscher (5), wobei die wenigstens eine Heizeinrichtung (3) zumindest an den wenigstens einen Wärmespeicher (9, 23) thermisch gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass - das Wärmemedium des wenigstens einen Wärmespeichers (9, 23) Wasser als wenigstens überwiegenden Bestandteil umfasst, und Heat storage (9, 23) and at least one heating device (3) with at least one heat exchanger (5), wherein the at least one heating device (3) is thermally coupled at least to the at least one heat storage (9, 23), characterized in that - Heat medium of the at least one heat accumulator (9, 23) comprises water as at least predominant component, and
- die Heizungsanlage (1) wenigstens eine elektrisch betreibbare Heizung (13) , um Wärme dem Wärmemedium in zumindest einem des wenigstens einen Wärmespeichers (9, 23) zuzuführen, umfasst. - The heating system (1) at least one electrically operable heater (13) to supply heat to the heat medium in at least one of the at least one heat accumulator (9, 23) comprises.
2. Heizungsanlage (1) nach Anspruch 1 dadurch 2. heating system (1) according to claim 1 characterized
gekennzeichnet, dass das Wärmemedium des wenigstens einen Wärmespeichers (9, 23) Wasser ist. in that the heat medium of the at least one heat accumulator (9, 23) is water.
3. Heizungsanlage (1) nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer des wenigstens einen Wärmespeichers (9, 23) für mit Überdruck beaufschlagtes Wärmemedium ausgebildet ist. 3. heating system (1) according to claim 1 or 2, characterized in that at least one of the at least one heat accumulator (9, 23) is formed for acted upon by pressure heat medium.
4. Heizungsanlage (1) nach Anspruch 3 dadurch 4. heating system (1) according to claim 3 characterized
gekennzeichnet, dass zumindest einer des wenigstens einen Wärmespeichers (9, 23) für mit einem Überdruck im Bereich von 3 bis 7 bar beaufschlagtes Wärmemedium ausgebildet ist.
in that at least one of the at least one heat accumulator (9, 23) is designed for heat medium subjected to an overpressure in the range from 3 to 7 bar.
5. Heizungsanlage (1) nach Anspruch 4 dadurch 5. heating system (1) according to claim 4 characterized
gekennzeichnet, dass der zumindest eine des wenigstens einen Wärmespeichers (9, 23) für mit einem Überdruck im Bereich von 4,5 bis 5,5 bar beaufschlagtes Wärmemedium ausgebildet ist. in that the at least one of the at least one heat store (9, 23) is designed for heat medium charged with an overpressure in the range from 4.5 to 5.5 bar.
6. Heizungsanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine elektrisch betreibbare Heizung (13) zum Zuführen von Wärme in das Wärmemedium im zumindest einen des wenigstens einen 6. Heating system (1) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the at least one electrically operable heater (13) for supplying heat into the heating medium in at least one of the at least one
Wärmespeichers (9, 23) über einen anschließbaren Heat storage (9, 23) via a connectable
Stromanschluss extern mit Strom versorgbar ist. Power supply is externally powered.
7. Heizungsanlage (1) nach Anspruch 6 dadurch 7. heating system (1) according to claim 6 characterized
gekennzeichnet, dass sie derart ausgebildet ist , dass die externe Stromversorgung für die wenigstens eine Heizung (13) zum Zuführen von Wärme in das Wärmemedium im zumindest einen des wenigstens einen Wärmespeichers (9, 23) über eine Schnellladestation durchführbar ist. characterized in that it is designed such that the external power supply for the at least one heater (13) for supplying heat into the heating medium in at least one of the at least one heat storage device (9, 23) can be carried out via a fast charging station.
8. Heizungsanlage (1) nach Anspruch 7 dadurch 8. heating system (1) according to claim 7 characterized
gekennzeichnet, dass sie derart ausgebildet ist, dass die mögliche Ladeleistung zum Aufladen des zumindest einen des wenigstens einen Wärmespeichers (9, 23) mehr als characterized in that it is designed such that the possible charging power for charging the at least one of the at least one heat accumulator (9, 23) more than
2-fach, bevorzugt 10-fach größer als die Nennheizleistung eines für die Heizungsanlage (1) vorgesehenen Fahrzeugs ist . 2 times, preferably 10 times greater than the rated heat output of a vehicle provided for the heating system (1).
9. Heizungsanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass ihre thermische Ladekapazität größer gleich der Wärme bei einer Nennheizleistung eines
für die Heizungsanlage (1) vorgesehenen Fahrzeugs für einen Zeitraum von einer halben Stunde, bevorzugt einer Stunde bis maximal zwei Stunden ist . 9. heating system (1) according to one of claims 1 to 8, characterized in that their thermal charging capacity is greater than or equal to the heat at a Nennheizleistung a for the heating system (1) provided vehicle for a period of half an hour, preferably one hour to a maximum of two hours.
10. Heizungsanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Kopplung von zumindest einem des wenigstens einen Wärmespeichers (9, 23) und der wenigstens einen Heizeinrichtung (3) direkt über Austausch von Wärmemedium eingerichtet ist. 10. Heating system (1) according to one of claims 1 to 9, characterized in that the thermal coupling of at least one of the at least one heat accumulator (9, 23) and the at least one heating device (3) is set up directly via exchange of heat medium.
11. Heizungsanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer des wenigstens einen Wärmespeichers (9, 23) sensible Wärme speichert und mit einer Temperatur für das Wärmemedium innerhalbe eines Temperaturbereichs von über 50 Grad Celsius bis zumindest 144 Grad Celsius, bevorzugt bis 170 Grad Celsius, 11. heating system (1) according to one of claims 1 to 10, characterized in that at least one of the at least one heat storage (9, 23) stores sensible heat and with a temperature for the heat medium within a temperature range of about 50 degrees Celsius to at least 144 degrees Celsius, preferably up to 170 degrees Celsius,
betreibbar ist. is operable.
12. Heizungsanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 dadurch gekennzeichnet, dass sie zusätzlich mindestens eine zumindest einen Verdichter (19) sowie zumindest ein 12. heating system (1) according to one of claims 1 to 11, characterized in that they additionally at least one at least one compressor (19) and at least one
Entspannungsorgan (25) umfassende Wärmepumpe (17) umfasst, wobei die Wärmepumpe (17) an die wenigstens eine Heat pump (17) comprising expansion element (25), wherein the heat pump (17) to the at least one
Heizeinrichtung (3) und/oder zumindest einen des wenigstens einen Wärmespeichers (9, 23) thermisch gekoppelt ist. Heating device (3) and / or at least one of the at least one heat accumulator (9, 23) is thermally coupled.
13. Heizungsanlage (1) nach Anspruch 12 dadurch 13. Heating system (1) according to claim 12 characterized
gekennzeichnet, dass zumindest einer des wenigstens einen Wärmespeichers (9, 23) auch als kälteseitiger Wärmetauscher der wenigstens einen Wärmepumpe (17) ausgebildet ist und an diese thermisch gekoppelt ist.
in that at least one of the at least one heat accumulator (9, 23) is also designed as a cold-side heat exchanger of the at least one heat pump (17) and is thermally coupled thereto.
14. Heizungsanlage (1) nach Anspruch 12 oder 13 dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Wärmepumpe (17) warmeseitig mittels eines Wärmetauschers (23, 27), wie insbesondere eines Warmwasserwärmetauschers, an die wenigstens eine Heizeinrichtung (3) über Austausch von Wärmemedium vom Wärmetauscher (23, 27) zum Wärmetauscher (5) der Heizeinrichtung (3) thermisch gekoppelt ist. 14. heating system (1) according to claim 12 or 13, characterized in that the at least one heat pump (17) on the heat side by means of a heat exchanger (23, 27), in particular a hot water heat exchanger to the at least one heating device (3) via exchange of heat medium from Heat exchanger (23, 27) to the heat exchanger (5) of the heating device (3) is thermally coupled.
15. Heizungsanlage (1) nach Anspruch 14 dadurch 15. Heating system (1) according to claim 14 characterized
gekennzeichnet, dass der an den Wärmetauscher (5) der Heizeinrichtung (3) thermisch gekoppelte Wärmetauscher (23, 27) ein Wärmespeicher des wenigstens einen Wärmespeichers (9, 23) ist und er für mit Überdruck beaufschlagtes in that the heat exchanger (23, 27) thermally coupled to the heat exchanger (5) of the heating device (3) is a heat reservoir of the at least one heat accumulator (9, 23) and pressurizes it with overpressure
Wärmemedium ausgebildet ist. Heat medium is formed.
16. Heizungsanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15 dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer des wenigstens einen Wärmespeichers (9, 23) geeignet ist, sensible und latente Wärme des Wärmemediums zu speichern, wie 16. Heating system (1) according to one of claims 1 to 15, characterized in that at least one of the at least one heat accumulator (9, 23) is adapted to store sensitive and latent heat of the heat medium, such as
insbesondere als Eisspeicher, und derart ausgebildet ist, dass er (9) mit einer Temperatur für das Wärmemedium innerhalbe eines Temperaturbereichs von -5 Grad Celsius bis 50 Grad Celsius betreibbar ist. in particular as an ice storage, and is designed such that it (9) with a temperature for the heat medium within a temperature range of -5 degrees Celsius to 50 degrees Celsius is operable.
17. Wärmespeicher (9, 23) .zum thermischen Koppeln an eine Heizeinrichtung (3) in einer Heizungsanlage (1) nach eine der Ansprüche 1 bis 16. 17. Heat storage (9, 23) .Zum for thermal coupling to a heating device (3) in a heating system (1) according to one of claims 1 to 16.
18. Heizeinrichtung (3) thermisch koppelbar an wenigstens einen Wärmespeicher (9, 23) in einer Heizungsanlage (1) nach eine der Ansprüche 1 bis 16.
18 heating device (3) thermally coupled to at least one heat storage (9, 23) in a heating system (1) according to one of claims 1 to 16.
19. Wärmepumpe (17) zum thermischen Koppeln an wenigstens einen Wärmespeicher (9, 23) nach Anspruch 17 und/oder eine Heizeinrichtung (3) nach Anspruch 18 für eine 19. Heat pump (17) for thermal coupling to at least one heat accumulator (9, 23) according to claim 17 and / or a heating device (3) according to claim 18 for a
Heizungsanlage (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 16. Heating system (1) according to one of claims 12 to 16.
20. Hybrid-Fahrzeug oder Elektrofahrzeug, wie insbesondere ein Elektrobus, mit einer Heizungsanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 16. 20. hybrid vehicle or electric vehicle, in particular an electric bus, with a heating system (1) according to one of claims 1 to 16.
21. Verfahren für die Wärmespeicherung und das Heizen mit einer Heizungsanlage (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16. 21. A method for heat storage and heating with a heating system (1) according to one of claims 1 to 16.
22. Verfahren nach Anspruch 21 gekennzeichnet durch die Schritte, a) des Speicherns (100) von durch die jeweilige elektrische Heizung (13) erzeugter Wärme des Wärmemediums sowohl in dem als zur Wärmepumpe (17) wärmeseitigen Wärmetauscher ausgebildeten mit Überdruck beaufschlagbaren Wärmespeicher (23) als auch im als zur Wärmepumpe (17) kälteseitigen Wärmetauscher ausgebildeten als Eisspeicher betreibbaren Wärmespeicher (9), b) des Abgebens (110) von im mit Überdruck beaufschlagbaren Wärmespeicher (23) gespeicherten Wärme des Wärmemediums an die Heizeinrichtung (3) zum Heizen, c) nach Absinken der Temperatur des Wärmemediums im mit Überdruck beaufschlagbaren Wärmespeicher (23) auf einen vorgegebenen Wert des Pumpens (120) mittels der Wärmepumpe (17) der im als Eisspeicher ausgebildeten Wärmespeicher (9) gespeicherten Wärme des Wärmemediums zum Wärmemedium im mit
Uberdruck beaufschlagbaren Wärmespeicher (23) , und danach oder parallel d) des Abgebens (130) der zum Wärmemedium des mit Überdruck beaufschalgbaren Wärmespeichers (23) gepumpten Wärme an die Heizeinrichtung (3) zum Heizen.
22. The method according to claim 21, characterized by the steps, a) of storing (100) heat generated by the respective electrical heater (13) of the heat medium in both the heat pump (17) heat-side heat exchanger formed with overpressure heat storage (23) b) of the dispensing (110) of heat of the heat medium stored in the heat reservoir (23) which can be acted upon with overpressure to the heating device (3) for heating, c) in the heat accumulator (3) which is operated as an ice accumulator ) After dropping the temperature of the heat medium in the acted upon pressure heat accumulator (23) to a predetermined value of the pumping (120) by means of the heat pump (17) stored in the ice storage heat accumulator (9) heat of the heat medium to the heat medium in with Overpressure acted upon heat storage (23), and thereafter or in parallel d) of the dispensing (130) to the heat medium of beaufschalgbaren with pressure heat accumulator heat (23) heat pumped to the heating device (3) for heating.
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