AT516500B1

AT516500B1 - Wärmespeicher

Info

Publication number: AT516500B1
Application number: ATA89/2015A
Authority: AT
Inventors: Franz Kemptner; Erika Kemptner
Original assignee: Franz Kemptner
Priority date: 2015-02-19
Filing date: 2015-02-19
Publication date: 2016-06-15
Also published as: AT516500A4

Abstract

Es wird ein Wärmespeicher mit einem Wärmeträger 3 aufnehmenden Gehäuse 2 und mit Wärmetauschern 5 zum Laden und Entladen des Wärmespeichers 3 beschrieben. Um vorteilhafte Konstruktionsbedingungen zu schaffen, wird vorgeschlagen, dass als Wärmeträger 3 ein mit Öl getränkter Sandstock mit beigemengtem Graphitpulver und eingestreuten Goldplättchen gefüllt ist, wobei das Öl- und Graphitpulvervolumen dem Porenvolumen des Sandstockes entspricht.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmespeicher mit einem einen Wärmeträger aufnehmenden Gehäuse und mit Wärmetauschern zum Laden und Entladen des Wärmespeichers.

[0002] Übliche Wärmespeicher verwenden Wasser als Wärmeträger, womit die Gefahr von Umweltbelastungen im Allgemeinen ausgeschlossen werden kann. Nachteilig ist allerdings die begrenzte Ladetemperatur dieser Wärmespeicher. Werden Öle als Wärmeträger eingesetzt, so kann zwar Wärme mit höherer Temperatur gespeichert werden, doch werden besondere Sicherheitsmaßnahmen erforderlich, weil aus dem Speicher austretendes Öl eine erhebliche Umweltbelastung darstellen kann und aufgrund seiner guten Brennbarkeit Vorkehrungen zur Vermeidung einer Explosion bedingt. Um diese Nachteile zu vermeiden, ist es außerdem bekannt, Als Wärmeträger Sand vorzusehen, der allerdings aufgrund der schlechten Wärmeleitfähigkeit Nachteile hinsichtlich des Ladens und Entladens eines solchen Wärmespeichers mit sich bringt.

[0003] Zur Vorwärmung von Frischluft für Gebäude ist es bekannt (DE 34 14 973 A1), die Frischluft durch eine im Erdreich eingebettete Luftkammer zu führen, in die Wärmeübertragungskörper ragen. Diese Wärmeübertragungskörper können geschlossen ausgeführt und mit Ol gefüllt sein. Sie können aber auch nach außen offen und mit Sand gefüllt sein, um auch eine Wärmespeicherung nutzen zu können. Die aufgezeigten Nachteile von Sand und Öl als Wärmeträger bleiben jedoch bestehen.

[0004] Betrifft:

Zusammenfassung 5 ähnliche gearteter Patentschriften: [0005] D1: CA 2 750 315 AI (LIN HUAZI) 19. Februar 2013

Sand- Öl-Salz : Die Beimengung von Salz im Wärmespeicher ist eher kontraproduktiv, da Salz nur leicht komprimierbar ist und zur Reduzierung der Wärme dient.

Meine Erfindung unterscheidet sich durch die Einbringung von Silikonbällchen, wodurch eine entsprechende Komprimierbarkeit, als auch eine Wärmespeicherung erhalten werden kann.

[0006] D2: JP 2009 250 509 A (TOYOTA MOTOR CORP) 29. Oktober 2009 D3: US 2009 211 568 AI (WHITAKER) 27. August 2009

In keinem der beiden Patentdokumente werden die Dehnungsprobleme berücksichtigt. Der Mischung von Sand und Öl wird in meiner verbesserten Einreichung Graphitpulver beigemengt. Dies ist ein wichtiger Bestandteil, zum Schutz der Leitungssysteme für Wärme Zu- und Abfuhr. Dies soll verhindern dass diese Leitungen durch die Dehnung des Quarzsandes, durch längere Beanspruchung nicht beschädigt werden.

[0007] D4: DE 20 2011 106 400 Ul (BOGE KOMPRESSOREN) 21. November 2011

Lehm, Wachs oder Parafin und Glycerin: Diese Mischung hat einen gravierenden Fehler. Bei einer Rohrtemperatur bis 400 Grad C muss der Raum indem sich diese Wärmeplatte befindet ständig belüftet werden. Ab einem gewissen Prozentsatz von beigefügten Wachs und hoher Temperatur entsteht eine erhebliche Verpuffungsgefahr.

Sind Wachs und Glycerin verdampft, wird der Lehm steinhart und schwindet, sodass die Aufheizrohre nicht mehr fest umschlossen sind. Der Wirkungsgrad für die Dehnung ist in diesem Fall nicht mehr ausreichend vorhanden.

Somit ist Anspruch 2 nicht mehr gegeben.

[0008] D5: DE 10 2010 055 997 AI (ENOLCON GMBH) 28. Juni 2012

Die Wärmespeicherung von Steinen, Sand, Kies usw. kann durch PCM die Wärmedehnungsprobleme in horizontaler Richtung ausgleichen. Meine Erfindung unterscheidet sich gravierend, da Silikonbällchen im Sand-Öl- und Graphitstock die Ausdehnung nicht nur vertikal und horizontal, sondern in alle Richtungen leisten.

Ein weiterer Unterschied ergibt sich dadurch, dass in meiner Einreichung die Wärme durch Solarpanelen mit Öl in den Speicher gepumpt wird anstatt heißer Luft.

[0009] Die Erfindung stellt kein Plagiat dar.

Begründung:

Die Erfindung beruht nicht auf der Basis von Lufterwärmung über Steine, Sand und Schotter, sowie Betonplatten. Betonplatten kann man nicht auf 300 bis 400 Grad C aufheizen da sie bersten. Desgleichen sind Salz, Lehm und Wachs als Aufheizmedien völlig ungeeignet.

[0010] Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde einen Wärmespeicher für höhere Temperaturen zu schaffen, der vorteilhaft betrieben werden kann, ohne Umweltbelastungen befürchten oder ein Gefahrenpotential in Kauf nehmen zu müssen.

[0011] Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass als Wärmeträger ein mit Öl- und Graphitpulver getränkter Sandstock vorgesehen ist, wobei das Öl- und Graphitpulvervolumen dem Porenvolumen des Sandstockes entspricht.

[0012] Ein Wärmeträger, der aus einem mit Öl-und Graphitpulver getränkten Sandstock aufgebaut ist, hat gegenüber einer bloßen Sandschüttung als Wärmeträger den Vorteil, dass durch die Öl- und Graphitpulvertränkung eine verbesserte Wärmeübertragung sicher gestellt werden kann, ohne die sonst mit einem Wärmeträger aus Öl verbundenen Nachteile in Kauf nehmen zu müssen. Voraussetzung ist allerdings, dass die durch einen gesetzten Sandstock durch die fein verteilten Poren gegebene Kapillarwirkung genützt und eine Konvektionsströmung innerhalb des Sandstockes unterbunden werden kann. Dies bedeutet dass Öl- und Graphitpulver dem Porenvolumen des gesetzten Sandstockes entspricht. Wird diese Bedingung erfüllt, so ist nicht nur bei einem Leck werden des Gehäuses die Gefahr einer Umweltverschmutzung durch austretendes Öl gebannt, sondern auch jegliche Explosionsgefahr vermieden, wobei zumindest bis 300 0 C keine Brennbarkeit gegeben ist. Mit dem erfindungsgemäßen Aufbau eines Wärmeträgers aus einem mit Öl und Graphitpulver getränkten Sandstock können somit Wärmespeicher gebaut werden, die eine Speichertemperatur bis 300° C zulassen, ohne besondere Vorkehrungen zum Schutz der Umwelt oder zur Vermeidung eines Gefahrenpotenials treffen zu müssen, obwohl zum besseren Wärmeübergang Öl eingesetzt wird, allerdings nur in einer beschränkten Menge.

[0013] Ein weiterer Vorteil eines erfindungsgemäßen Wärmespeichers ist darin zu sehen, dass ein druckloser Betrieb möglich ist. Um allfällige Wärmedehnungen ausgleichen zu können, können unterschiedliche Maßnahmen getroffen werden. Einfache Konstruktionsverhälnisse ergeben sich wenn im Sandstock komprimierbare Körper für den Wärmedehnungsausgleich vorgesehen sind, weil in diesem Fall das Gehäuse vollständig mit dem Sand-Öl- und Graphitpulver gefüllt werden kann, ohne ein Ausgleichsgefäß an das Gehäuse anschließen zu müssen. Als komprimierbare Körper können beispielsweise temperaturfeste Silikonbällchen mit einer Luftfüllung eingesetzt werden. KURZBESCHREIBUNG UND ERLÄUTERUNG ZU SKIZZE 1 UND 2 1. Fundament 2. Gehäuse mit einer Wärmeisolierung versehen 3. Behälterfüllung mit Öl - Sand und Graphitpulver 4. Wärmezufuhr von den Solarkollektoren 5. Wärmeausdehnung im Öl- und Graphitpulver gefüllten Sandstock 6. Wärmeentnahme für Heiz-und Warmwasser 7. Silikonbällchen 8. Schamottplatten 9. Geschäumtes Silikon

Claims

Patentansprüche

1. Wärmespeicher mit einem einen Wärmeträger (3) aufnehmenden Gehäuse (2) und mit Wärmetauschern (5) zum Laden und Entladen des Wärmespeichers, dadurch gekennzeichnet, dass als Wärmeträger (3) ein mit Öl und Graphitpulver getränkter Sandstock vorgesehen ist, wobei das Ölvolumen und Graphitvolumen dem Porenvolumen des Sandstockes entspricht.
2. Wärmespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Sandstock komprimierbare Körper (7) für den Wärmeausdehnungsausgleich vorgesehen sind, im besonderen Silikonbällchen aus hitzebeständigem Silikon, im Durchmesser von 10 bis 20 mm.
3. Wärmespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Sandstock 80% Thermoöl und im unteren Viertel 20 % Graphitpulver, sowie im gesamten Sandstock, verteilt Goldplättchen beigemengt werden.
4. Wärmespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem mit einem Wärmeisoliermantel versehenen Gehäuse und dem Sandstock (8) Schamottplatten mit dazwischen liegendem geschäumten Silikon angebracht werden.
5. Wärmespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Wärmezufuhrleitung (Primärwärmekreis) Goldplättchen dem Thermoöl beigefügt werden. Hierzu 2 Blatt Zeichnungen