WO2011006981A2

WO2011006981A2 - Improvement of the heat transfer and the heat capacity of heat accumulator

Info

Publication number: WO2011006981A2
Application number: PCT/EP2010/060277
Authority: WO
Inventors: Jürgen Kunstmann; Heinrich Volk; Bernhard Mayer; Christian Gnabs
Original assignee: Geohumus International Research & Development GmbH
Current assignee: Geohumus International Research & Development GmbH
Priority date: 2009-07-16
Filing date: 2010-07-16
Publication date: 2011-01-20
Anticipated expiration: 2012-01-16
Also published as: WO2011006981A3; DE102009033413A1

Abstract

The present invention relates to the use of superabsorbent materials for increasing the heat capacity and/or improving the heat transfer in heat accumulators. The present invention further relates to heat accumulators comprising at least one superabsorbent material, in particular geothermal energy accumulators.

Description

Verbesserung des Wärmeübergangs und der Wärmekapazität von Wärmespeichern Improvement of the heat transfer and the heat capacity of heat accumulators

Technisches Gebiet Technical area

Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung superabsorbierender Materialien zur Erhöhung der Wärmekapazität bzw. zur Verbesserung des Wärmeübergangs in Wärmespeichern. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner Wärmespeicher umfassend mindestens ein superabsorbierendes Material, insbesondere The present invention relates to the use of superabsorbent materials to increase the heat capacity or to improve the heat transfer in heat accumulators. The present invention further relates to heat storage comprising at least one superabsorbent material, in particular

Erdwärmespeicher . Geothermal storage.

Hintergrund der Erfindung Background of the invention

Ein generelles Problem der herkömmlichen Wärmeversorgung ist, dass die vorhandene Wärme an ihrem Entstehungsort oder Entstehungszeitpunkt häufig nicht direkt nutzbar ist, da das Energieangebot tageszeitlich und saisonal schwankt und der Energiebedarf häufig hierzu zeitversetzt auftritt. Bei der Nutzung von Sonnenenergie beispielsweise wird Energie tagsüber bzw. verstärkt in den Sommermonaten erzeugt, während die Hauptverbrauchszeiten nachts bzw. in den Wintermonaten auftreten. Sowohl zum Ausgleich derartiger tageszeitlicher Schwankungen, als auch zum Ausgleich saisonaler Schwankungen werden daher Wärmespeichertechnologien eingesetzt. Für die Wärmespeicherung über kurze wie auch lange Zeiträume werden häufig unterirdische Erdwärmespeicher verwendet. In theπnischen Erdspeichern oder Erdwärmespei ehern kann Wärmeenergie in Boden- oder Gesteinsmassen unterirdisch gespeichert werden. Dabei dienen A general problem of the conventional heat supply is that the existing heat at their place of origin or time of origin is often not directly usable, since the energy supply fluctuates daily and seasonally and the energy demand often occurs with a time delay. When using solar energy, for example, energy is generated during the day or increasingly in the summer months, while the main consumption times occur at night or in the winter months. Heat storage technologies are therefore used both to compensate for such daytime fluctuations and to compensate for seasonal fluctuations. Underground geothermal storage is often used for heat storage over short as well as long periods. Thermal heat energy can be stored underground in underground or rock formations in the underground reservoirs or geothermal reservoirs. Serve

Erdwärmespeicher zum Beispiel dem Ausgleich jahreszeitlich bedingter Geothermal storage, for example, the compensation of seasonal

Temperaturschwankungen oder tageszeitlich bedingter Temperaturschwankungen in einem die natürliche Wärme, meistens Sonnenwärme, nutzenden Heizungssystem. Bei den Bemühungen, die Beheizung von Gebäuden von fossilen Brennstoffen abzukoppeln, haben zunehmend gekoppelte Systeme wie Solarenergie, Temperature fluctuations or daytime temperature fluctuations in a natural heat, mostly solar heat, using heating system. In the effort to decouple the heating of buildings from fossil fuels, increasingly coupled systems such as solar energy,

Kraftwärmekopplung, oder geothermale Energie an Bedeutung gewonnen. Der Wärmespeicher dient gewissermaßen als Puffer, um den zeitlichen Versatz von Wärmeanfall und Wärmebedarf (Tag-Nacht/Sommer- Winter) auszugleichen. Unter Ausnutzung der Wärmekapazität des Erdbodens, beispielsweise unterhalb von Gebäuden, zur Speicherung von Wärme besteht beispielsweise die Möglichkeit, im Sommer aus Sonnenenergie mittels Solaranlagen gewonnene Wärme für die Deckung des Heizwärme- und/oder Brauchwarmwasserbedarfs von Wohn- und Arbeitsräumen zu speichern und damit auch nachts oder im Winter nutzbar zu machen, in welchen die durch Sonnenenergie anfallende Wärmemenge gering ist. Auch die Speicherung von Kraftwerkswärme oder geothemischer Energie in Erdwärmesp eichern ist schon vorgeschlagen worden. Die für Wärmespeicher üblicherweise verwendeten technischen Lösungen umfassen einerseits Tanks mit Wasserfüllung, die beispielsweise im Keller eines Gebäudes oder im angrenzenden Erdreich installiert und über Wärmetauscher oder Combined heat, or geothermal energy gained in importance. The heat storage serves as a kind of buffer to compensate for the time lag of heat accumulation and heat demand (day-night / summer-winter). By taking advantage of the heat capacity of the soil, for example, below buildings, for storing heat, for example, there is the possibility of summer solar energy generated by solar panels heat to cover the heating and / or domestic hot water demand of living and working spaces and thus at night or to make usable in winter, in which the amount of heat generated by solar energy is low. The storage of power plant heat or geothermal energy in Erdwärmesp eicher has already been proposed. The technical solutions commonly used for heat storage include on the one hand tanks with water filling, for example, installed in the basement of a building or in the adjacent soil and heat exchangers or

Wärmepumpen mit dem Heizsystem oder Warmwassersystem des Hauses verbunden sind, siehe z.B. DE 20101963 Ul. In diesen Speichern wird die hohe spezifische Wärmekapazität des Wassers genutzt, allerdings sind hierfür vom umliegenden Erdreich flüssigkeitsdicht und wärmeisolierend abgegrenzte Wassertanks im oder außerhalb des Gebäudes mit erheblichen Raumbedarf und Wartungsbedarf erforderlich. Ferner sind Erdwärmespeicher bekannt, welche über Sonden, Rohrleitungen, Bohrlöcher oder ähnliche Vorrichtungen zugeführte Wärme unterirdisch im Heat pumps are connected to the heating system or hot water system of the house, see eg DE 20101963 Ul. In these stores, the high specific heat capacity of the water is used, but this liquid-tight and heat-insulating demarcated water tanks in the or outside of the building with considerable space and maintenance required for the surrounding soil. Furthermore, geothermal storage are known, which supplied via probes, pipelines, boreholes or similar devices heat underground in the

Erdboden speichern. Hierfür können, je nach geologischen Gegebenheiten, zum Beispiel natürlich vorliegende Gesteinsschichten als Speichermedium verwendet werden, oder eigens für die Wärmespeicherung unterirdisch angelegte Save soil. For this purpose, depending on geological conditions, for example naturally occurring rock layers can be used as a storage medium, or specially designed for heat storage underground

Erdwärmespeicher. Diese können von der Umgebung isoliert sein (hermetische Speicher), oder zumindest teilweise offen mit der Umgebung verbunden sein (nichthermetische oder teil-hermetische Speicher). Die Wärmezuleitung und Geothermal memory. These may be isolated from the environment (hermetic storage), or at least partially openly connected to the environment (non-hermetic or semi-hermetic storage). The heat supply and

Wärmeableitung in die Speichermedien erfolgt in der Regel über Sonden oder Rohrleitungen, die üblicherweise über einen Wärmetauscher mit einem Heizsystem verbunden sind. Die Sonden oder Rohrleitungen können über Bohrungen in das Speichermedium eingebracht sein, oder werden bei einem aus Schüttgut bestehenden Speichermedium in dieses eingebettet, siehe z.B. EP 0056797 A2, DE-OS-2731 178. Bei letzteren Erdwärmespeichem werden die Sonden oder Rohre oft mit Heat dissipation into the storage media is usually via probes or piping, which are usually connected via a heat exchanger with a heating system. The probes or conduits may be introduced into the storage medium via bores, or may be embedded in a bulk storage medium, see e.g. EP 0056797 A2, DE-OS-2731 178. In the latter Erdwärmespeichem the probes or pipes are often with

Betonmischungen oder aushärtenden zementhaltigen Gesteinsmischungen umgeben, um die Wärme einleitenden Erdsonden zum Zwecke eines besseren Concrete mixtures or hardening cementitious rock mixtures surrounded to the heat-introducing ground probes for the purpose of better

Wärmeübergangs zum umliegenden Gestein fest zu umschließen, siehe z.B. DE 3101537 Al, DE 102005037587 Ul. Ein Nachteil derartiger Installationen ist, dass bei Leckagen im Sondensystem bzw. den Rohrleitungen diese von außen nicht mehr einfach zugänglich sind und somit eine Wartung erschwert wird. Ein weiterer Nachteil derartiger Systeme ist, dass der Wärmeübergang von den Wärme zuführenden Sonden bzw. Rohrleitungen in das umgebende Gestein suboptimal ist. Da Wasser eine höhere spezifische Wärmekapazität als Sand, Kies oder Gestein aufweist, werden Erdwärmespeicher oft mit Wasser gesättigt bzw. feucht gehalten. Generell stellt sich dabei ferner das Problem, dass durch die ständige Zuführung von Wärmeenergie eine fortschreitende Austrocknung der Speichermassen erfolgt. Diese Austrocknung, insbesondere in oberflächennahen Schichten, führen einerseits zu - A - Heat transfer to the surrounding rock firmly enclose, see for example DE 3101537 Al, DE 102005037587 Ul. A disadvantage of such installations is that in the case of leaks in the probe system or the pipes, these are no longer easily accessible from the outside, thus making maintenance difficult. Another disadvantage of such systems is that the heat transfer from the heat supplying probes or pipes into the surrounding rock is suboptimal. Since water has a higher specific heat capacity than sand, gravel or rock, geothermal storage tanks are often saturated with water or kept moist. In general, this also raises the problem that due to the constant supply of heat energy, a progressive dehydration of the storage masses takes place. This dehydration, especially in near-surface layers, on the one hand lead to - A -

erheblichen Wärmeverlusten durch Verdunstung oder Diffusion, andererseits zu einer Verminderung der spezifischen Wärmekapazität des Speichermediums insgesamt. Darüber hinaus verschlechtert sich durch Austrocknung des Materials unmittelbar an den Rohren oder Sonden der Wärmeübergang in das bzw. vom umliegenden Medium. Gleiches gilt bei Sonden für geothermische significant heat loss due to evaporation or diffusion, on the other hand, to a reduction of the specific heat capacity of the storage medium as a whole. In addition, due to drying out of the material directly on the tubes or probes, the heat transfer to or from the surrounding medium worsens. The same applies to probes for geothermal

Wärmegewinnungsanlagen. Heat recovery systems.

Es besteht daher ein Bedarf nach verbesserten Wärmespeichern mit erhöhter There is therefore a need for improved heat accumulators with increased

Wärmekapazität. Femer besteht ein Bedarf nach technischen Lösungen zur Heat capacity. Furthermore, there is a need for technical solutions to

Verbesserung des Wärmeübergangs in Wärmespeichern, insbesondere unterirdischen Erdwärmesp ei ehern, und/oder geotheπnalen Sondensystemen. Improvement of the heat transfer in heat accumulators, in particular underground geothermal heathers, and / or geotheπnal probe systems.

Aufgabe der Erfindung ist daher, Möglichkeiten zur Verbesserung bzw. Erhöhung der Wärmekapazität und/oder des Wärmeübergangs in Wärmespeichern, The object of the invention is therefore to improve or increase the heat capacity and / or the heat transfer in heat storage,

insbesondere in unterirdischen Erdwärmespeichern, und/oder geothermalen especially in underground geothermal reservoirs, and / or geothermal

Sondensystemen anzugeben. Darüber hinaus ist eine Aufgabe der Erfindung, Wärmespeicher, insbesondere unterirdische Erdwärmespeicher anzugeben, die eine verbesserte Wärmekapazität und/oder einen verbesserten Wärmeübergang aufweisen. Die oben genannten Aufgaben sowie weitere Aufgaben werden erfindungsgemäß gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Verwendungs- und Specify probe systems. In addition, an object of the invention to provide heat storage, in particular underground geothermal storage, which have an improved heat capacity and / or improved heat transfer. The above objects and other objects are achieved by the subject of the independent use and

Produktansprüche. Bevorzugte Ausführungsformen sind in abhängigen Ansprüchen angegeben. Zusammenfassung der Erfindung Product claims. Preferred embodiments are given in the dependent claims. Summary of the invention

Gemäß einem Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung eines superabsorbierenden Materials zur Erhöhung der Wärmekapazität in In one aspect, the present invention relates to the use of a superabsorbent material to increase heat capacity in

Wärmespeichern. Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung eines superabsorbierenden Materials zur Verbesserung des Wärmeübergangs von Wärmeübertragern auf diese umgebendes festes Heat registers. According to a further aspect, the present invention relates to the use of a superabsorbent material for improving the Heat transfer from heat exchangers to these surrounding solid

Speichermaterial, insbesondere auf den festen Speicherkern in Wärmespeichern. Storage material, in particular on the solid storage core in heat accumulators.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Wärmespeicher umfassend mindestens ein superabsorbierendes Material bereitgestellt. According to another aspect of the present invention, a heat accumulator comprising at least one superabsorbent material is provided.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Wärmespeicher umfassend mindestens ein superabsorbierendes Material bereitgestellt, wobei das superabsorbierende Material ein Hybridmaterial aus superabsorbierendem, organischen Polymer mit darin einpolymerisierten bzw. gebundenen Mineralbestandteilen ist. According to a further aspect, there is provided a heat accumulator comprising at least one superabsorbent material, wherein the superabsorbent material is a superabsorbent organic polymer hybrid material having mineral constituents polymerized therein.

Beschreibung der Figuren Description of the figures

Fig. 1 zeigt den schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Fig. 1 shows the schematic structure of an inventive

Erdwärmesp ei chers . Geothermal heathers.

Fig. 2 zeigt eine alternative beispielhafte Anordnung einer in superabsorbierendes Material eingebetteten Erdsonde in einem unterirdischen Erdwärmespeicher. Fig. 2 shows an alternative exemplary arrangement of a buried in superabsorbent material ground probe in a subterranean geothermal storage.

Fig. 3 zeigt ein Diagramm unterschiedlicher spezifischer Wärmekapazitäten verschiedener Wärmespeichermaterialien. 3 shows a diagram of different specific heat capacities of different heat storage materials.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung Detailed description of the invention

Bei Versuchen zur Ermittlung des Wasserhaltevermögens superabsorbierender Materialien in Sandböden hat sich gezeigt, dass bei Verwendung derartiger In experiments to determine the water retention capacity of superabsorbent materials in sandy soils has been shown that when using such

Materialien eine Erhöhung der Feldkapazität (diejenige Wassermenge, die ein zunächst wassergesättigter Boden nach 3 bis 4 Tagen noch gegen die Schwerkraft halten kann) auftritt. Die Erhöhung der Feldkapazität ergibt überraschenderweise auch eine deutliche Verbesserung der spezifischen Wärmekapazität des mit superabsorbierendem Material vermengten Bodens. Da Wasser eine höhere spezifische Wärmekapazität als Sand, Gestein oder Bodenpartikel aufweist, bewirkt die Wassereinlagerung in die mit dem Gestein vermengten superabsorbierenden Materialien eine signifikante Erhöhung der Wärmekapazität des Gemisches aus superabsorbierender Materialien und Sand. Durch die Wasserrückhaltekräfte der in den Boden eingebrachten superabsorbierenden Materialien wird dabei eine Materials an increase in field capacity (the amount of water that can hold an initially water-saturated soil after 3 to 4 days against gravity) occurs. The increase in field capacity surprisingly results in a significant improvement in the specific heat capacity of the superabsorbent material of mixed soil. Since water has a higher specific heat capacity than sand, rock or soil particles, water retention in the rock-mixed superabsorbent materials will cause a significant increase in the heat capacity of the superabsorbent material-sand mixture. By the water retention forces of the introduced into the soil superabsorbent materials is doing a

Verdunstung des Wassers auch bei Wärmeeintrag über einen längeren Zeitraum weitgehend verhindert bzw. deutlich reduziert. Somit kann in Wärmespeichern enthaltend superabsorbierende Materialien Evaporation of water even when heat input over a longer period largely prevented or significantly reduced. Thus, in heat accumulators containing superabsorbent materials

Wärmeverlüsten durch Verdunstung vorgebeugt werden. Durch den Heat loss can be prevented by evaporation. By the

Einlagerungsmechanismus des Wassers im Polymer und seine Bindung im Polymer wird so auch eine nicht gewünschte Energiedifiüsion in offenen, nicht-hermetischen Wärmespeichersystemen durch vertikalen bzw. horizontalen Wassertransport unterdrückt, da das vorhandene Wasser im superabsorbierenden Polymer fixiert wird. Ferner hat sich gezeigt, dass mit Wasser vollgesaugte superabsorbierende The incorporation mechanism of the water in the polymer and its binding in the polymer is thus also suppresses an undesired energy dissipation in open, non-hermetic heat storage systems by vertical or horizontal water transport, since the water present in the superabsorbent polymer is fixed. It has also been shown that water-absorbed superabsorbent

Materialien zum Beispiel vorbeifließendes Regenwasser oder Grundwasser vom Speichermaterial fernhalten und somit weiterhin Wärmeverluste durch Keeping materials such as passing rainwater or groundwater away from the storage material and thus further heat losses

Wärmetransport aus dem Wärmespeicher vermindern bzw. verhindern. Reduce or prevent heat transfer from the heat accumulator.

Darüberhinaus verhindert die Verwendung wasserhaltender, superabsorbierender Materialien in hermetisch abgeschlossenen Wärmespeichern im Falle eine Leckage das Austreten von Wasser, wodurch auch hier Wärmeverluste vermindert bzw. Moreover, the use of water-retaining, superabsorbent materials in hermetically sealed heat accumulators in the event of leakage prevents the escape of water, which also reduces heat losses or

vermieden, zumindest aber verzögert werden. Im Gegensatz zu anorganischen wasserspeichemden Materialien wie beispielsweise Ton wirkt sich das elastische Verhalten der superabsorbierenden polymeren avoided, but at least delayed. In contrast to inorganic water-storing materials such as clay, the elastic behavior of the superabsorbent polymers has an effect

Materialien darüber hinaus günstig aus. Durch die Volumenausdehnung der polymeren Materialien bei Wasseraufnahme wird ein Quelldruck in den Böden bzw. Speichermedien aufgebaut, was zu einem erheblich besseren Wärmeübergang und einer verbesserten Verteilung der vom Wärmeüberträger in das Speichermedium eingebrachten oder daraus abgeführten Wärme führt. In addition, materials aus favorably. Due to the volume expansion of the polymeric materials in water absorption, a swelling pressure in the floors or storage media is built, resulting in a much better heat transfer and an improved distribution of introduced from the heat exchanger in the storage medium or heat dissipated leads.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird zur Erhöhung der spezifischen According to the present invention, to increase the specific

Wärmekapazität und/oder der Verbesserung des Wärmeübergangs in Heat capacity and / or the improvement of heat transfer in

Wärmespeichem mindestens ein superabsorbierendes Material verwendet. Heat storage used at least one superabsorbent material.

Superabsorbierende Materialien im Sinne der Erfindung sind solche Stoffe, die in Wasser unlöslich sind und ein Mehrfaches ihres Eigengewichtes an Wasser aufnehmen und zumindest zeitweise binden können. Superabsorbent materials according to the invention are those substances which are insoluble in water and can absorb a multiple of their own weight of water and bind at least temporarily.

Der Begriff„superabsorbierendes Material" wie hier verwendet umfasst zwei Arten von Stoffen wie hierin beschrieben. Zum Einen sind dies organische The term "superabsorbent material" as used herein includes two types of materials as described herein

superabsorbierende Polymere, die auch als Superabsorber, Hydrogele oder auch als Superslurper bezeichnet werden und aus Anwendungen im Hygienebereich wie z.B. in Windeln und Damenbinden bekannt sind. In alternativen Ausfuhrungsformen umfasst der Begriff„superabsorbierendes Material" ein Hybridmaterial aus super absorbierendem organischem Polymer mit darin einpolymerisierten bzw. superabsorbent polymers, which are also referred to as superabsorbents, hydrogels or as Superslurper and from applications in the hygiene sector such. in diapers and sanitary napkins are known. In alternative embodiments, the term "superabsorbent material" includes a hybrid material of superabsorbent organic polymer having polymerized therein or

eingebundenen Mineralbestandteilen, beispielsweise kommerziell erhältlich unter der Bezeichnug GEOHUMU S^®. Beide Materialarten können erfmdungsgemäß als superabsorbierendes Material verwendet werden. incorporated mineral constituents, for example commercially available under the name GEOHUMU S ^® . Both types of material can be used according to the invention as a superabsorbent material.

Da Wasser eine höhere spezifische Wärmekapazität als beispielsweise Gestein aufweist, wird bei Verwendung Wasser absorbierender superabsorbierender Since water has a higher specific heat capacity than, for example, rock, water-absorbing becomes superabsorbent in use

Materialien in Wärmespeichern die Gesamtwärmekapazität bezogen auf die eingesetzte Masse des eingesetzten Speichermaterials (spezifische Wärmekapazität) signifikant erhöht. Die Begriffe spezifische Wärmekapazität und Wärmekapazität werden hierin synonym verwendet und beziehen sich auf die Masse des im jeweiligen Kontext angegebenen Materials bzw. Materialgemisches. Das Ausmaß der möglichen Erhöhung der spezifischen Wärmekapazität ist dabei zum einen von der Menge des verwendeten superabsorbierenden Materials im Verhältnis zum sonstigen Wärme speichernden Material, sowie vom Wassergehalt des verwendeten superabsorbierenden Materials abhängig. Materials in heat accumulators the total heat capacity based on the used mass of the used storage material (specific heat capacity) significantly increased. The terms specific heat capacity and heat capacity are used synonymously herein and refer to the mass of material or material mixture specified in the context. The extent The possible increase in the specific heat capacity depends on the one hand on the amount of the superabsorbent material used in relation to the other heat-storing material, as well as the water content of the superabsorbent material used.

Die gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung bereitgestellten bzw. mit der Erfindung verwendbaren Wärmespeicher können beliebige Arten von The heat accumulators provided according to one aspect of the present invention or usable with the invention can be of any type

konventionellen Wärmespeichern sein, das heißt oberirdische oder unterirdische Wärmespeicher, vorzugsweise unterirdische Erdwärmespeicher. Die Wärmespeicher können dabei hermetische, das heißt geschlossene Systeme sein, in welchen dasbe conventional heat storage, that is above ground or underground heat storage, preferably underground geothermal storage. The heat storage can be hermetic, that is closed systems, in which the

Wärme oder Kälte speichernde Medium bzw. das Wärme speichernde Material durch eine Einhausung bzw. Isolierung von der Umwelt im Wesentlichen abgeschlossen ist. Ferner können die Wärmespeicher gemäß der vorliegenden Erfindung auch nichthermetische Wärmespeicher sein, das heißt solche Wärmespeicher, bei welchen das Wärme speichernde Material, zum Beispiel Erdboden, Sand, Kies, Erde oderHeat or cold storage medium or the heat-storing material is substantially completed by an enclosure or insulation from the environment. Furthermore, the heat storage according to the present invention may also be non-hermetic heat storage, that is those heat storage in which the heat-storing material, for example, soil, sand, gravel, soil or

Gestein, nicht oder nur teilweise von der Umgebung abgeschirmt bzw. abgeschlossen ist. Rock, not or only partially shielded from the environment or completed.

Nicht-hermetische Wärmespeicher sind beispielsweise unterirdische Non-hermetic heat storage are, for example, underground

Erdwärmespeicher, bei welchen die Wärmeüberträger wie z.B. Erdwärmesonden bzw. Wärmetauscherrohre für die Zuführung und Abführung gespeicherte Wärme unterirdisch im Erdboden verlegt sind oder über Bohrungen in festes Gestein eingebracht sind. Die Wärmeüberträger können z.B. in Baugruben eingebracht werden und anschließend mit Schüttmaterial wie Erdboden, Aushub, Kies, Sand, Gestein und Gemischen davon verfüllt werden. Derartige Erdwärmespeicher sind im Stand der Technik bekannt und sind im einfachsten Fall überall dort anwendbar, wo die Gefahr von Wärmeverlusten durch zu- oder abfließendes Grund- oder Geothermal storage in which the heat transfer medium, such as Geothermal probes or heat exchanger tubes for the supply and discharge stored heat underground are laid in the ground or are introduced through holes in solid rock. The heat exchangers may e.g. in pits and then filled with bulk material such as soil, excavated material, gravel, sand, rocks and mixtures thereof. Such geothermal storage are known in the art and are in the simplest case applicable everywhere where the risk of heat loss due to inflowing or outflowing basic or

Sickerwasser nicht oder nicht in relevantem Umfang gegeben ist. Bei hermetischen Wärmespeichern wird üblicherweise ein Einhausung, Hülle oder Einschalung der Speichermedien mit den darin eingebetteten Wärmeüberträgern vorgesehen, wobei Wärmeverlusten an die Umgebung durch eine geeignete Leachate is not or not given to a relevant extent. In hermetic heat storage usually a housing, shell or shuttering of the storage media is provided with the embedded therein heat exchangers, wherein heat losses to the environment by a suitable

Isolierung und/oder Abdichtung vorgebeugt wird. Insulation and / or sealing is prevented.

Selbstverständlich sind Wärmespeicher grundsätzlich nicht nur zur Of course, heat storage are basically not only for

Wärmespeicherung, sondern auch zur Speicherung von Kälte, etwa für Heat storage, but also to store cold, about for

Klimatisierungszwecke geeignet. Die vorliegende Erfindung kann sowohl im Bereich der Wärmespeicherung, als auch der Kältespeicherung verwendet werden. Der hier verwendete Begriff der Wärmespeicherung schließt deshalb immer auch die Air conditioning purposes suitable. The present invention can be used both in the field of heat storage, as well as the cold storage. The term heat storage used here therefore always includes the

Speicherung von Kälte mit ein. Storage of cold with one.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird durch Verwendung von According to the present invention, by using

superabsorbierendem Material in derartigen konventionellen Wärmespeichern, insbesondere Erdwärmespeichern der Wärmeübergang verbessert und/oder die spezifische Wärmekapazität des Wärme speichernden Materials bzw. superabsorbent material in such conventional heat storage, especially geothermal heat transfer improves the heat transfer and / or the specific heat capacity of the heat-storing material or

Materialgemisches erhöht. Material mixture increased.

Erfϊndungsgemäß verwendbare superabsorbierende Materialien umfassen gemäß einer Ausführungsform mindestens ein superabsorbierendes organisches Polymer. Vorzugsweise ist das superabsorbierende organische Polymer ein Polymer oder Copolymer aus Polyacrylsäure, Polymethacryl säure, Copolymeren von Acrylsäuren und Salzen der Acrylsäure (insbesondere Acrylsäurenatriumsalz oder According to one embodiment, superabsorbent materials which can be used according to the invention comprise at least one superabsorbent organic polymer. Preferably, the superabsorbent organic polymer is a polymer or copolymer of polyacrylic acid, polymethacrylic acid, copolymers of acrylic acids and salts of acrylic acid (especially acrylic acid sodium salt or

Acrylsäurekaliumsalz), Polysaccharide, Polyacrylamide, oder Gemische davon, und/oder allgemein Hydrogele, Polyvinylpyrrolidon und ähnliche organischeAcrylic acid potassium salt), polysaccharides, polyacrylamides, or mixtures thereof, and / or generally hydrogels, polyvinylpyrrolidone and the like organic

Polymere, die gegebenenfalls vernetzt sein können. Diese polymeren Materialien können, obgleich selbst in Wasser unlöslich, Wasser in einer Menge aufnehmen, die einem Vielfachen des Eigengewichts des trockenen Polymers entspricht. Erfmdungsgemäß bevorzugt sind superabsorbierende Materialien, die mindestens das lOfache, mindestens das 25fache, mindestens das 50 fache und besonders bevorzugt mindestens das 80fache ihres Trockengewichts an Wasser in freier Quellung bei Raumtemperatur, z.B. 20 ⁰C, aufnehmen können. Polymers which may optionally be crosslinked. These polymeric materials, although insoluble in water, can hold water in an amount that is a multiple of the dry polymer's own weight. Erfmdungsgemäß preferred superabsorbent materials containing at least the tenfold, at least 25-fold, which can hold at least 80 times their dry weight of water in free swelling at room temperature, for example 20 ⁰ C, at least 50 times and particularly preferably are.

Besonders bevorzugte superabsorbierende organische Polymere sind vernetzte Copolymere aus Acrylsäure und Acrylsäurenatriumsalz und/oder Acrylsäure und Acrylsäurekaliumsalz. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung wird als superabsorbierendes Material ein Hybridmaterial aus superabsorbierendem organischem Polymer (z.B. wie oben beschrieben) mit darin einpolymerisierten bzw. eingebundenen Mineralbestandteilen verwendet. Derartige Hybridmaterialien sowie deren Herstellung ist beispielsweise in den internationalen Patentanmeldungen WO 2006/119828 und WO 2003/000621 beschrieben, deren Inhalt hiermit per Zitierung einbezogen wird. Hybridmaterialien dieser Art sind unter der Bezeichnung Particularly preferred superabsorbent organic polymers are crosslinked copolymers of acrylic acid and acrylic acid sodium salt and / or acrylic acid and acrylic acid potassium salt. According to a particularly preferred embodiment of the present invention, the superabsorbent material used is a hybrid material of superabsorbent organic polymer (e.g., as described above) having incorporated therein mineral constituents. Such hybrid materials and their preparation is described for example in the international patent applications WO 2006/119828 and WO 2003/000621, the contents of which are hereby incorporated by citation. Hybrid materials of this type are called

GEOHUMUS^® von Geohumus International GmbH, Frankfurt/Main, Deutschland, im Handel erhältlich. Diese Hybridmaterialien bestehen aus superabsorbierenden organischen Polymeren wie oben erwähnt, vorzugsweise aus vernetzten Copolymeren von Acrylsäure und Acrylsäurenatriumsalz und/oder Acrylsäurekaliumsalz, wobei dort Available Geohumus ^® from Geohumus International GmbH, Frankfurt / Main, Germany, in the trade. These hybrid materials consist of superabsorbent organic polymers as mentioned above, preferably of crosslinked copolymers of acrylic acid and acrylic acid sodium salt and / or acrylic acid potassium salt, where there

Mineralbestandteile wie Gesteinsmehle, Sand und dergleichen wahrend der Mineral components such as minerals, sand and the like during the

Polymerisationsreaktion in das entstehende polymere Netzwerk einpolymerisiert werden und somit in der entstehenden schwammartigen, vernetzten organischen Polymermatrix eingebunden sind. Diese Hybridmaterialien können wie Polymerization reaction are polymerized into the resulting polymeric network and thus are involved in the resulting sponge-like, crosslinked organic polymer matrix. These hybrid materials can be like

Superabsorber, obgleich selbst in Wasser unlöslich, Wasser in einer Menge aufnehmen, die einem Vielfachen des Eigengewichts des trockenen Hybridmaterials entspricht. In besonderen Ausfiihrungsformen können zur weiteren Erhöhung der spezifischen Wärmekapazität dieser Hybridmaterialien ggf. modifizierte Hybridmaterialien verwendet werden, die beispielsweise Metallpulvern wie etwa Eisenpulver enthalten bzw. mit diesen versetzt sind. Solche Materialien sind nach den in obigen internationalen Patentanmeldungen beschriebenen Verfahren prinzipiell zugänglich, wobei lediglich der Mineralstoffanteil mindestens teilweise durch Metallpulver ersetzt wird. Die hier genannten Hybridmaterialien können in der vorliegenden Erfindung wie die reinen Superabsorber selbst vorteilhaft zur Verbesserung des Wärmeübergangs in Wärmespeichern und zur Verbesserung bzw. Erhöhung der spezifischen Superabsorbents, although insoluble even in water, absorb water in an amount which is a multiple of the dead weight of the dry hybrid material. In special embodiments, modified hybrid materials may be used to further increase the specific heat capacity of these hybrid materials if necessary, which contain, for example, metal powders such as iron powder or are mixed with these. Such materials are in principle accessible according to the methods described in the above international patent applications, wherein only the mineral content is at least partially replaced by metal powder. In the present invention, the hybrid materials mentioned here, like the pure superabsorbents themselves, can advantageously be used to improve the heat transfer in heat stores and to improve or increase the specific amount

Wärmekapazität in Wärmespeichem verwendet werden. Das superabsorbierende Material wird zur erfmdungsgemäßen Verwendung mit üblichen in Wärmespeichern verwendbaren Materialien wie zum Beispiel einem Schüttmaterial vermischt und die Mischung dann im Wärmespeicher als Wärme speicherndes Material verwendet. Alternativ wird die Mischung des Heat capacity can be used in Wärmespeichem. The superabsorbent material is used for erfmdungsgemäßen use with conventional usable in heat storage materials such as a bulk material and the mixture then used in the heat storage as a heat-storing material. Alternatively, the mixture of the

superabsorbierenden Materials mit dem Schüttmaterial mit weiterem Wärme- speichernden Material vermengt bzw. diesem zugesetzt. Im Falle von superabsorbent material mixed with the bulk material with further heat-storing material or added thereto. In case of

superabsorbierenden Polymeren bewirkt die Vermischung des superabsorbierenden Polymers mit geeignetem Schüttmaterial unter Anderem, dass ein Aufschwemmen der quellenden Polymere bei starkem Wasserzutritt vermieden wird und das superabsorbierende Polymer möglichst gleichmäßig im Wärme speichernden Medium verteilt wird. superabsorbent polymers causes mixing of the superabsorbent polymer with suitable bulk material, among other things, that a swelling of the swelling polymers is avoided in strong water access and the superabsorbent polymer as evenly as possible in the heat-storing medium is distributed.

Im Falle der Verwendung von Hybridmaterialien wird ein Aufschwemmen bzw. eine Separierung des Materialgemisches durch die schwammartige Struktur des In the case of the use of hybrid materials, flooding or separation of the material mixture by the spongy structure of the

Hybridmaterials, das eine Verzahnung im Schüttmaterial bewirkt, vermieden. Im Allgemeinen wird das superabsorbierende Material möglichst gleichmäßig im Wärmespeicher verteilt. Bei hermetisch abgeschlossenen unterirdischen Erdwärmespeichern kann es bevorzugt sein, die Mischung aus superabsorbierendem Material mit Hybrid material, which causes a toothing in the bulk material avoided. In general, the superabsorbent material is distributed as evenly as possible in the heat accumulator. In hermetically sealed underground geothermal reservoirs, it may be preferable to use the mixture of superabsorbent material

Schüttmaterialien in unmittelbarer Nähe angrenzend zu den Erdwärmesonden bzw. Wärmetauscherrohrleitungen einzubringen, oder dort in höherer Konzentration einzubringen, so dass dieses Materialgemisch enthaltend superabsorbierendes Material eine Verbindung der Sonden bzw. Rohrleitungen mit dem umliegenden Speichermedium, beispielsweise Gestein, herstellt. To introduce bulk materials in the immediate vicinity adjacent to the geothermal probes or heat exchanger tubes, or to introduce there in higher concentration, so that this material mixture containing superabsorbent material connects the probes or pipes with the surrounding storage medium, such as rock produces.

Aufgrund der durch die Wasseraufnahme und Wasserhaltefähigkeiten des Due to the water absorption and water retention capabilities of the

superabsorbierenden Materials bedingten Erhöhung der spezifischen Wärmekapazität einerseits und der Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit kommt es bei dieser superabsorbent material conditional increase in the specific heat capacity on the one hand and the increase in thermal conductivity occurs in this

Ausruhrungsform zu einer deutlichen Verbesserung des Wärmeübergangs von den Wärmesonden bzw. Wärmetauscherrohren zum umliegenden Gestein, da das superabsorbierende Material enthaltende Gemisch aufgrund seiner höheren spezifischen Wärmekapazität die eingebrachte Wärme besser aufnehmen und durch die verbesserte Wärmeleitfähigkeit im umliegenden Speichermaterial verteilen kann. Der Wärmeübergang in Wärmespeichern und deren Ankopplung an umliegende Erdbereiche wird hiermit beträchtlich verbessert. Ausruhrungsform to a significant improvement in the heat transfer from the heat probes or heat exchanger tubes to the surrounding rock, since the superabsorbent material containing mixture due to its higher specific heat capacity better absorb the heat introduced and distributed by the improved thermal conductivity in the surrounding storage material. The heat transfer in heat accumulators and their coupling to surrounding earth areas is hereby considerably improved.

Darüber hinaus sorgt die elastische Eigenschaft des in Gegenwart von Wasser quellenden superabsorbierenden Materials für einen verbesserten Kontakt desIn addition, the elastic property of the superabsorbent material swelling in the presence of water provides for improved contact of the

Speichermediums mit den Sonden bzw. Wärmetauscherrohren, so dass auch bei stark schwankenden Temperaturen ein Wärme leitender Kontakt zwischen dem Storage medium with the probes or heat exchanger tubes, so that even at strongly fluctuating temperatures, a heat-conducting contact between the

Speichermedium und den Sonden bzw. Rohrleitungen gewährleistet werden kann und die Bildung von Wärme isolierenden Lücken bzw. Luftschichten weitgehend vermieden wird. Storage medium and the probes or pipelines can be guaranteed and the formation of heat insulating gaps or air layers is largely avoided.

Das zur Mischung mit dem superabsorbierenden Material verwendbare Suitable for blending with the superabsorbent material

Schüttmaterial kann jedes beliebige in konventionellen Wärmespeichern verwendete Material sein, beispielsweise Erdboden, Sand, Kies, Erde, Ton, Abraum, Schlacke, Bauschutt, Aushub und dergleichen, sowie Mischungen davon. Die Mischung des superabsorbierenden Materials mit dem Schüttmaterial kann dabei erfolgen bevor das Gemisch in den Wärmespeicher eingebracht wird. Alternativ kann das Bulk material may be any material used in conventional thermal stores, such as soil, sand, gravel, soil, clay, overburden, slag, construction debris, excavated material, and the like, as well as mixtures thereof. The mixture of the superabsorbent material with the bulk material can be carried out before the mixture is introduced into the heat accumulator. Alternatively, the

superabsorbierende Material auch in bereits vorliegende Wärmespeicher eingebracht werden, beispielsweise über Bohrungen, durch Unterheben, Druckluftinjektion oder ähnliche Maßnahmen. superabsorbent material are introduced into already existing heat storage, for example via holes, by lifting, compressed air injection or similar measures.

Da die superabsorbierenden Hybridmaterialien bereits Mineralbestandteile in beträchtlichem Umfang, vorzugsweise mehr als 30 Gewichtsprozent oder sogar mehr als 50 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht des trockenen Hybridmaterials, enthalten, ist zu deren Verwendung in Wärmespeichern eine Vermischung mit Schüttmaterial in einigen Ausführungsformen nicht unbedingt erforderlich, das Hybridmaterial kann als alleiniges Speichermaterial eingesetzt werden. Since the superabsorbent hybrid materials already contain significant mineral ingredients, preferably more than 30% by weight or even more than 50% by weight based on the total weight of the hybrid dry material, mixing with bulk material is not necessarily required for their use in thermal stores , the hybrid material can be used as the sole storage material.

Vorzugsweise wird jedoch das Hybridmaterial, wie auch das superabsorbierende Polymer, für die erfindungsgemäße Verwendung in Wärmespeichern mit geeignetem Schüttmaterial wie oben beschrieben vermischt eingesetzt. Ein weiterer Vorteil der genannten Hybridmaterialien gegenüber reinen Preferably, however, the hybrid material, as well as the superabsorbent polymer used for the inventive use in heat accumulators with suitable bulk material as described above. Another advantage of the mentioned hybrid materials over pure

Superabsorbern ist, dass diese selbst keine Hydrogele mehr ausbilden, sondern eine schwammartige Struktur, die durch ihren Mineralstoffgehalt hinreichend beschwert ist und durch Ihre Struktur in Gemengen mit Schüttmaterial üblicherweise verzahnt ist, um auch bei starkem Wasserzutritt im Wärmespeicher keine Aufschwemmung oder Ausschwemmung des Hybridmaterials zu zeigen. Superabsorbents is that they no longer form hydrogels themselves, but a sponge-like structure that is sufficiently weighted by their mineral content and usually interlocked by their structure in mixtures with bulk material is to show even in heavy water access in the heat storage no flooding or flushing of the hybrid material.

Gemäß dieser Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung kann das According to this embodiment of the present invention, the

Hybridmaterial im Erdspeicher gleichmäßig verteilt oder vorzugsweise in räumlicher Nähe bzw. unmittelbar in der Umgebung der Wärmesonden bzw. der Hybrid material in Erdspeicher evenly distributed or preferably in close proximity or directly in the vicinity of the heat probes or the

Wärmetauscherrohrleitungen eingebracht werden, um eine Wärme leitende Heat exchanger tubes are introduced to a heat-conducting

Verbindung zwischen den Sonden bzw. Rohren und dem umgebenden Connection between the probes or tubes and the surrounding

Speichermedium zu gewährleisten. In bestimmten Ausführungsformen kann das Hybridmaterial mit Schüttmaterialien wie Erdboden, Sand, Kies und dergleichen vermengt werden oder darin eingebracht werden. To ensure storage medium. In certain embodiments, the hybrid material may be mixed or incorporated with bulk materials such as soil, sand, gravel, and the like.

Vorzugsweise wird das superabsorbierende Material im trockenen Zustand mit Schüttmaterial vermischt und/oder in den Wärmespeicher eingebracht und anschließend mit Wasser in geeigneter Menge, vorzugsweise bis zur Sättigung, zur Quellung gebracht. Dies ist insbesondere bei hermetischen Systemen bevorzugt. In nicht-hermetischen Wärmespeichern können geeignete Zuführungssysteme zum feucht halten des superabsorbierenden Materials vorgesehen werden, beispielsweise durch Zuführung von Regenwasser und/oder Grundwasser in offenen Preferably, the superabsorbent material is mixed in the dry state with bulk material and / or introduced into the heat accumulator and then swelled with water in a suitable amount, preferably to saturation. This is particularly preferred in hermetic systems. In non-hermetic heat accumulators, suitable delivery systems for keeping the superabsorbent material moist may be provided, for example, by supplying rainwater and / or groundwater in open

Erdwärmespeichern. Geothermal Save.

In allen Ausführungsfoπnen der Erfindung kann das Speichermedium des In all embodiments of the invention, the storage medium of the

Wärmespeichers ganz oder teilweise aus superabsorbierendem Material bestehen. Auch Mischungen aus Hybridmaterial mit konventionellen Superabsorbern können als superabsorbierendes Material verwendet werden. Heat storage entirely or partially made of superabsorbent material. Mixtures of hybrid material with conventional superabsorbents can also be used as superabsorbent material.

Vorzugsweise wird in Erd wärmespei ehern zur Erhöhung der spezifischen Preferably, heat is added to earth to increase the specific heat

Wärmekapazität und/oder Verbesserung des Wärmeübergangs das mindestens eine superabsorbierende Material in ausreichender Menge verwendet, um die spezifische Wärmekapazität des Gemisches im feuchten Zustand gegenüber dem trockenen Wärme speichernden Material ohne superabsorbierendes Material um mindestens das 1,5 fache, vorzugsweise um mindestens das Doppelte, besonders bevorzugt mindestens das Dreifache zu erhöhen. Das superabsorbierende Material wird in Mengen von 0,5 Gew.-% bis 100 Gew.-% in dem Wärme-speichernden Material wie hierin beschrieben verwendet, bezogen auf die trockene Gesamtmasse, bevorzugt mehr als 1 Gew. %, etwa 2 bis 50 Gew-%, 2,5 bis 25 Gew.-%, 3 bis 20 Gew.-%, und besonders bevorzugt mit etwa 2 bis 10 Gew.-%. Im Falle der Verwendung reiner superabsorbierender organischer Polymere beträgt der Anteil des superabsorbierenden Polymers in der Mischung mit Schüttmaterial bzw. im Wärme speichernden Medium mindestens etwa 0,5 Gew. %, etwa mindestens 1 Gew.-%, vorzugsweise 2 Gewichtsprozent bis 100 Gewichtsprozent, bevorzugt 2 bis 30 Gew-%, 2,5 bis 25 Gew.-%, 3 bis 25 Gew.-%, und besonders bevorzugt mit etwa 2 bis 10 Gew,-%.üblicherweise jedoch nicht mehr als 25 Heat capacity and / or improvement of the heat transfer, the at least one superabsorbent material used in sufficient quantity to the specific Heat capacity of the mixture in the wet state compared to the dry heat-storing material without superabsorbent material by at least 1.5 times, preferably by at least twice, more preferably at least three times to increase. The superabsorbent material is used in amounts of 0.5% to 100% by weight in the heat-storing material as described herein based on the total dry weight, preferably more than 1% by weight, about 2 to 50% by weight -%, 2.5 to 25 wt .-%, 3 to 20 wt .-%, and particularly preferably about 2 to 10 wt .-%. In the case of using pure superabsorbent organic polymers, the proportion of the superabsorbent polymer in the bulk material or heat-storing medium is at least about 0.5 wt%, about at least 1 wt%, preferably 2 wt% to 100 wt%, preferably From 2 to 30% by weight, from 2.5 to 25% by weight, from 3 to 25% by weight, and more preferably from about 2 to 10% by weight, but usually not more than 25%

Gewichtsprozent. Die Gewichtsprozentangaben beziehen sich stets auf trockenes, das heißt im Wesentlichen wasserfreies superabsorbierendes Material, bezogen auf das Gesamtgewicht der Mischung bzw. das Gesamtgewicht des Speichermediums im Wärmetauscher. Weight. The percentages by weight always refer to dry, that is substantially anhydrous superabsorbent material, based on the total weight of the mixture or the total weight of the storage medium in the heat exchanger.

Bei Verwendung von superabsorbierenden Hybridmaterialien im Gemisch mit Schüttmaterial beträgt die Menge des Hybridmaterials in der Mischung mindestens etwa 1 Gew.-%, zum Beispiel von 2 bis 100 Gewichtsprozent, bevorzugt 2 bis 50 Gew-%, 2,5 bis 25 Gew.-%, 3 bis 20 Gew.-%, und besonders bevorzugt mit etwa 2 bis 10 Gew.-%, gegebenenfalls auch 20 bis 50 Gewichtsprozent der Mischung, bezogen auf trockenes Material When using superabsorbent hybrid materials mixed with bulk material, the amount of hybrid material in the mixture is at least about 1% by weight, for example from 2 to 100% by weight, preferably from 2 to 50% by weight, from 2.5 to 25% by weight. , 3 to 20 wt .-%, and particularly preferably from about 2 to 10 wt .-%, optionally also 20 to 50 weight percent of the mixture, based on dry material

In weiteren Ausführungsformen können die superabsorbierenden Materialien in unmittelbarer Umgebung der Wärmeüberträger wie Wärmetauscherrohrleitungen bzw. Wärmesonden in Speichern verwendet werden, die feste Speichermedien verwenden, wie beispielsweise Felsgestein oder Beton, in welche die Sonden bzw. Wärmetauscher mit Bohrungen abgeteuft werden bzw. einbetoniert werden. Dabei werden konstruktive Hohlräume um die Sondenkörper herum mit In other embodiments, the superabsorbent materials may be present in the immediate vicinity of the heat transferors, such as heat exchanger tubes or heat probes are used in memories that use solid storage media, such as rock or concrete, in which the probes or heat exchangers are drilled with holes or concreted. This constructive cavities are around with the probe body around

superabsorbierenden Materialien und deren Gemischen verfüllt und mit einer Vorrichtung bzw. Öffnung zur Bewässerung versehen. Superabsorbent materials and their mixtures filled and provided with a device or opening for irrigation.

Bevorzugt sind jedoch Erdwärmespeicher, in welchen als Speichermaterialien Schüttmaterialien verwendet werden, welche eine nachträgliche Entfernung der Wärmesonden bzw. Rohrleitungen beispielsweise für Wartungszwecke ermöglichen. However, preferred are geothermal heat storage in which bulk materials are used as storage materials, which allow a subsequent removal of the heat probes or pipes, for example, for maintenance purposes.

Die besonderen Vorteile der vorliegenden Erfindung liegen darin, dass durch Verwendung superabsorbierender Materialien, sei es in Mischung mit Schüttmaterial oder auch durch Verwendung von mineralgesteinshaltigen Hybridmaterialien wie oben beschrieben, der Wärmeübergang von Wärmesonden bzw. The particular advantages of the present invention are that by using superabsorbent materials, whether in mixture with bulk material or by using mineral rock-containing hybrid materials as described above, the heat transfer of heat probes or

Wärmetauscherrohrleitungen in Wärmespeichern erheblich verbessert werden kann. Die superabsorbierenden organischen Polymere bzw. Hybridmaterialien haben durch Aufnahme von Wasser eine deutlich erhöhte spezifische Wärmekapazität im Heat exchanger piping in heat storage can be significantly improved. The superabsorbent organic polymers or hybrid materials have a significantly increased specific heat capacity by absorption of water

Vergleich zu Gesteinsmaterialien. Damit ergibt sich auch in Gemischen der superabsorbierenden Polymere oder der Hybridmaterialien mit Schüttmaterial durch Wasseraufhahme und Bindung des Wassers im Polymeranteil insgesamt eine signifikante Erhöhung der spezifischen Wärmekapazität des im Erdwärmespeicher verwendeten Wärme speichernden Materials. Gleichzeitig zeigt sich aufgrund der Hydrogeleigenschaften bzw. schwammartigen Struktur der verwendeten Comparison to rock materials. This results in a total of a significant increase in the specific heat capacity of the heat-storing material used in geothermal storage material in mixtures of superabsorbent polymers or hybrid materials with bulk material by water absorption and binding of the water in the polymer content. At the same time, due to the hydrogel properties or sponge-like structure of the used

superabsorbierenden Materialien eine hinreichende Flexibilität, um auch bei durch Temperaturschwankungen verursachten Bewegungen innerhalb des superabsorbent materials sufficient flexibility to even in the case of temperature fluctuations caused movements within the

Speichermediums oder der Sonden wie Dehnungen, Komprimierungen, die Storage medium or probes such as strains, compressions, the

Entstehung von Hohlräumen, Luftblasen und dergleichen, die Wärmeleitungsisolatoren darstellen, dass ein konstanter Wärmeübergang bei hoher Wärmekapazität kontinuierlich gewährleistet werden kann. Formation of cavities, air bubbles and the like, the Heat conduction insulators represent that a constant heat transfer with high heat capacity can be continuously ensured.

Die superabsorbierenden Materialien verfügen ferner über eine hohe The superabsorbent materials also have a high

Wasserrückhaltekraft, da sie Wasser auch aus dem umliegenden Speichermedium absorbieren und nachhaltig zurückhalten können, so dass durch hohen Wärmeeintrag bei Wärmespeichern des Standes der Technik bedingte Austrocknungserscheinungen verhindert oder weitgehend vermieden bzw. längerfristig verzögert werden können. Hierin sind diese Materialien insbesondere auch anorganischen Wasserabsorbern wie Bentonit, Ton und dergleichen überlegen. Water retention, since they absorb water from the surrounding storage medium and can hold back long term, so that caused by high heat input in heat storage devices of the prior art dehydration phenomena prevented or largely avoided or can be delayed longer term. Herein, these materials are especially superior to inorganic water absorbers such as bentonite, clay and the like.

Die Verwendung superabsorbierender Materialien in Wärmespeichern, insbesondere in Erdwärmespeichern, z.B. in Verbindung mit Wärmetauschersystemen, The use of superabsorbent materials in heat storage, especially in geothermal heat storage, e.g. in connection with heat exchanger systems,

Heizungsanlagen, Brauchwassersystemen und Systemen zur Nutzung regenerativer Energien, wie beispielsweise Solaranlagen und dergleichen, stellt daher eine kostengünstige und hoch wirksame Maßnahme zur Verbesserung der Energiebilanz derartiger Wärmespeichersysteme dar, da sie Wärmeverluste durch geringe Heating systems, service water systems and systems for the use of renewable energy, such as solar systems and the like, therefore represents a cost-effective and highly effective measure to improve the energy balance of such heat storage systems, since they heat losses through low

Wärmekapazität und insbesondere schlechten oder schwankenden Wärmeübergang vermeiden hilft. Heat capacity and in particular to avoid poor or fluctuating heat transfer helps.

Die Erfindung wird durch die beigefügten Figuren weiter veranschaulicht, die einzelne Ausführungsformen der Erfindung zeigen, jedoch nicht einschränkend zu verstehen sind. Bezugnehmend auf die Figur 1 wird ein schematischer Aufbau eines The invention is further illustrated by the accompanying figures, which illustrate, but are not intended to be limiting, particular embodiments of the invention. Referring to Figure 1, a schematic construction of a

erfindungsgemäßen Wärmespeichers gezeigt. In der Ausführungsform der Figur 1 liegt ein Erdwärmespeicher vor, bei dem ein Wärmeüberträger, wie eine Erdsonde 1, in ein Superabsorber enthaltendes Material 2 eingebettet ist. Der Wärmeüberträger bzw. die Erdsonde 1 können z. B. eine Rohrwendel, ein Rohrbündel, ein Plattentauscher etc. sein, welche üblicherweise in der konventionellen Inventive heat storage shown. In the embodiment of FIG. 1, there is a geothermal heat store, in which a heat exchanger, such as a ground probe 1, is embedded in a material 2 containing superabsorber. The heat exchanger or the ground probe 1 can, for. B. a coiled tubing, a tube bundle, a Plate exchangers, etc., which are usually in the conventional

Energiespeichertechnik als Wärmeüberträger genutzt werden. Diese Energy storage technology can be used as a heat exchanger. These

Wärmeüberträger bzw. Erdsonden konventioneller Bauart sind aus einem geeigneten Material gemacht, beispielsweise aus Metallen oder Kunststoff, welches eine Wärmeübertragung von der Erdsonde an die wärmespeichernde Umgebung 3 ermöglicht. Die feste, wärmespeichernde Umgebung 3 ist beispielsweise Erdboden, Gestein, Beton, oder künstlich angelegte Aufschüttungen aus Kies, Sand, etc. Im Falle von hermetischen Wärmespeichern kann die wärmespeichernde Umgebung in einer Einhausung, beispielsweise in Form von isolierenden Wänden umschlossen sein, um Wärmeverluste zu verringern. Bei unterirdischen Erdwärmespeichern sind Erdsonde 1, Superabsorbierendes Material 2 und wärmespeichernde Umgebung 3 wie in Figur 1 gezeigt unterhalb der Erdoberfläche 4 angeordnet, z.B. unterhalb eines Gebäudes, Gartens oder Fahrwegs. Wie in Figur 1 gezeigt, ist die Erdsonde 1 in konventioneller Weise ggf. über eine Zirkulationspumpe 5 direkt oder über einen Wärmetauscher 6 mit einer Wärmequelle und/oder einem Heiz- oder Kühlsystem verbunden. Hierbei wird bei flüssigen Wäπneübertragungsmitteln in der Erdsonde mit dem Rücklauf 7 ein Kreislauf geschlossen. Heat exchangers or probes of conventional design are made of a suitable material, such as metals or plastic, which allows heat transfer from the probe to the heat-storing environment 3. The solid, heat-storing environment 3 is, for example, soil, rock, concrete, or artificially constructed piles of gravel, sand, etc. In the case of hermetic heat storage, the heat-storing environment may be enclosed in an enclosure, for example in the form of insulating walls, to prevent heat loss reduce. In subterranean geothermal reservoirs, ground probe 1, superabsorbent material 2, and heat-storing environment 3 are disposed below ground surface 4 as shown in FIG. below a building, garden or driveway. As shown in Figure 1, the geothermal probe 1 is connected in a conventional manner, if necessary via a circulation pump 5 directly or via a heat exchanger 6 with a heat source and / or a heating or cooling system. Here, in liquid Wäπneübertragungsmitteln in the probe with the return 7 a circuit is closed.

Figur 2 zeigt eine alternative beispielhafte Anordnung der Erdsonde 1, eingebettet in superabsorbierendes Material 2 in einem unterirdischen Erdwärmespeicher. Figure 2 shows an alternative exemplary arrangement of the ground probe 1, embedded in superabsorbent material 2 in a subterranean geothermal storage.

Figur 3 zeigt die unterschiedliche spezifische Wärmekapazität ausgewählter erfindungsgemäß verwendbarer Materialien und Materialgemische im Vergleich zu Wasser, trockenem und feuchtem Sand. Hierbei stehen die einzelnen Balken und Zahlenwerte für die gemessene Wärmekapazität folgender Materialien und FIG. 3 shows the different specific heat capacity of selected materials and material mixtures which can be used according to the invention in comparison with water, dry and moist sand. Here are the individual bars and numerical values for the measured heat capacity of the following materials and

Materialgemische: Material mixtures

1 = trockener Sand 1 = dry sand

2 = nasser Sand, ca. 21 Gew.% Wassergehalt 2 = wet sand, about 21% by weight of water content

3 = Wasser 4 = wassergequollenes Hybridmaterial (1 Teil Geohumus® mit 10 Teilen Wasser) in einer Menge von 50 Gew.% in Sand (entsprechend ca. 4,5 Gew.-% trockenem Geohumus®- Anteil im Gemisch) 3 = water 4 = water-swollen hybrid material (1 part Geohumus® with 10 parts water) in an amount of 50% by weight in sand (corresponding to about 4.5% by weight dry Geohumus® content in the mixture)

5 = wassergequollenes Hybridmaterial (1 Teil Geohumus® mit 10 Teilen Wasser) 6 = wassergequollenes Hybridmaterial (1 Teil Geohumus® mit 50 Teilen Wasser) 5 = water-swollen hybrid material (1 part Geohumus® with 10 parts water) 6 = water-swollen hybrid material (1 part Geohumus® with 50 parts water)

7 = wassergequollener Superabsorber (1 Teil SAP mit 5 Teilen Wasser) 7 = water-swollen superabsorber (1 part SAP with 5 parts water)

8 = wassergequollener Superabsorber (Hydrogel) (1 Teil SAP mit 100 Teilen Wasser) Das verwendete Wasser war vollentsalzt, der Sand stammte den Quarzwerken 8 = water-swollen superabsorbent (hydrogel) (1 part SAP with 100 parts water) The water used was desalted, the sand came from the quartz plants

Baums, Typ L60, der eingesetzte Superabsorber war von Evonik, Typ Stockosorb. Gemessen wurde die spezifische Wärmekapazität mittels kalorimetrischer Messung; Werte angegeben für 20 ⁰C. Figur 3 zeigt anschaulich, dass bereits geringfügig mit Wasser gequollenes Baums, type L60, the superabsorber used was from Evonik, Stockosorb type. The specific heat capacity was measured by calorimetric measurement; Values given for 20 ^° C. Figure 3 clearly shows that water is already slightly swollen with water

Hybridmaterial in Mischung mit Sand zu einer deutlichen Erhöhung der spezifischen Wärmekapazität des Gemisches führt. Durch Beigabe eines wassergesättigten Materials mit superabsorbierenden Eigenschaften ist also eine deutliche Steigerung der Wärmekapazität von Böden (hier Sand) erreichbar. Die Wärmekapazität des Gemisches von Sand mit teilgequollenem Hybridmaterial übertrifft die von nassem Sand, wobei das Gemisch mit Hybridmaterial den Vorteil aufweist, dass das Wasser im Polymer gebunden und somit nicht mehr frei beweglich ist. Wärmeverluste durch Diffusion und Verdunstung werden vermieden. Auch ist zu erwarten, dass die Wärmekapazität dieses Gemisches bei Aufnahme weiteren Wassers noch ansteigt. Hybrid material mixed with sand leads to a significant increase in the specific heat capacity of the mixture. By adding a water-saturated material with superabsorbent properties, a significant increase in the heat capacity of soils (here sand) can be achieved. The heat capacity of the mixture of sand with partially swollen hybrid material surpasses that of wet sand, the hybrid material mixture having the advantage that the water is bound in the polymer and thus is no longer freely mobile. Heat losses through diffusion and evaporation are avoided. It is also to be expected that the heat capacity of this mixture will increase even more when water is taken up.

Ferner kann man in Figur 3 erkennen, dass die erreichbaren Werte der spezifischen Wärmekapazität der wasserhaltigen superabsorbierenden Materialien über denen des reinen Wassers (4,2 3/(g*K)) liegen. Dies ist, ohne auf eine bestimmte Theorie festgelegt werden zu wollen, damit zu erklären, dass die Wassermoleküle in die Polymermatrix eingelagert werden und somit nicht mehr frei beweglich sind. Dies unterbindet einen ungehinderten Wärmetransport oder 'Fluß' Furthermore, it can be seen in FIG. 3 that the achievable values of the specific heat capacity of the water-containing superabsorbent materials are above those of pure water (4.2 3 / (g * K)). This is, without wishing to be bound by theory, to explain that the water molecules in the Polymer matrix are stored and thus are no longer freely movable. This prevents unimpeded heat transfer or 'flow'

durch ortsungebundene Wassermoleküle. Genau dies ist bei den Erdsondensystemen und Erdwärmespeichern wünschenswert, da durch eine relativ ortsfeste Bindung von Wassermolekülen um die through non-localized water molecules. Exactly this is desirable in geothermal systems and geothermal reservoirs, as by a relatively stationary binding of water molecules around the

Wärmetauschersonde herum ein 'virtueller Tank ' erhöhter Wärmekapazität gegenüber dem 'Normalboden' entsteht. Heat exchanger probe around a 'virtual tank' increased heat capacity compared to the 'normal ground' arises.

Claims

claims

1. Use of a superabsorbent material to increase the

Heat capacity and / or improvement of heat transfer in heat storage.

2. Use according to claim 1, wherein the heat accumulator is a hermetic or non-hermetic heat storage.

3. Use according to one of claims 1 or 2, wherein the

Heat storage is a subterranean earth heat is more likely.

Use according to any one of the preceding claims, wherein the superabsorbent material is at least one superabsorbent organic

Polymer includes.

5. Use according to claim 4, wherein the superabsorbent material is a mixture of at least one superabsorbent organic polymer and at least one bulk material.

6. Use according to claim 5, wherein the at least one bulk material is selected from soil, sand, gravel, soil, clay, overburden, slag, rubble, excavated material, and the like.

Use according to claim 4, wherein the superabsorbent material is a hybrid material of superabsorbent organic polymer having mineral constituents polymerized therein.

8. Use according to one of claims 4 to 7, wherein the

superabsorbent organic polymer is selected from at least one of, optionally crosslinked, polyacrylic acid, polymethacrylic acid, copolymers of acrylic acid and salts of acrylic acid (especially sodium acrylate, potassium acrylate),

Polysaccharides, polyacrylamides, hydrogels, polyvinylpyrrolidone;

9. Use of a superabsorbent organic polymer comprising a crosslinked copolymer of acrylic acid and acrylic acid sodium or potassium salt, mixed with at least one bulk material selected from sand, gravel, earth, clay, overburden, slag, or rubble, to increase the heat capacity and / or to improve the heat transfer in heat accumulators.

10. Use of a superabsorbent material comprising

Hybrid material consisting of superabsorbent, organic polymer comprising a crosslinked copolymer of acrylic acid and acrylic acid sodium or potassium salt with mineral components incorporated therein in order to increase the heat capacity and / or to improve the heat transfer in

Heat registers.

11. heat accumulator comprising at least one superabsorbent material,

12. A heat storage according to claim 11, wherein the superabsorbent

Material comprises at least one superabsorbent organic polymer.

13. Heat storage according to claim 11 or 12, wherein the superabsorbent

Material is a mixture of at least one superabsorbent organic polymer and at least one bulk material.

14. A heat accumulator according to claim 11 or 12, wherein the superabsorbent material is a hybrid material of superabsorbent, organic polymer having incorporated therein or bound mineral components.

15. Heat storage according to one of claims 11 to 14, wherein the

Heat storage is a hermetic or non-hermetic geothermal storage.