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Die
Erfindung betrifft einen Wärmespeicher hoher
Speicherdichte nach dem Sorptionsprinzip mit einer verbesserten
Führung
des Arbeitsmittels, insbesondere für die kurzzeitig-periodische
Speicherung von Nutzwärme
und Abwärme.
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Wärmespeicher
sammeln ungenutzt anfallende Wärme
mit Hilfe eines Arbeitsmittels gezielt und nutzerfreundlich in einem
sorptionsaktiven mikroporösen
Speichermaterial. Bevorzugte Anwendungsbereiche des Wärmespeichers
gibt es vor allem in wärmenutzenden
Betrieben, die in Spitzenlastzeiten über keine kostengünstige Versorgung
mit Wärme
verfügen.
Günstige
Möglichkeiten
für einen Einsatz
ergeben sich für
die kurzzeitige Speicherung von Wärme für die Gebäude- und Haustechnik, wie zur
Heizung und Klimatisierung von Räumen,
zur Brauchwassererwärmung
oder für
die Durchführung anderer
zeitlich begrenzter und wärme-verbrauchender
technischer Prozesse vor dem Ort ihres Abrufs. Aussichtsreich erscheinen
transportable Ausführungen
für auf
zivile Katastrophen gerichtete Einsatzbereiche.
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Darüber hinaus
kann in Kopplung mit Wärmespeichern
durch Verdampfung eine Verdunstungskälte erzeugt werden, die zweckentsprechend für Kühlzwecke
nutzbar ist. Systeme zur Sorptionsspeicherung bestehen mindestens
aus einem wärmeisolierten
Behälter,
der in vorbestimmter Folge mit Wärme
beladen und gezielt wieder entladen wird. Zu diesem Zweck wird das
Arbeitsmittel zyklisch mittels Verdampfern und Kondensatoren in
einen gasförmigen
Zustand übergeführt und
wieder verflüssigt.
Bevorzugtes Arbeitsmittel ist Wasserdampf. Für die industrielle Kälteerzeugung
werden auch Arbeitsmittel wie bestimmte leicht verdampfbare Kohlenwasserstoffe
genutzt.
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Im
Entladevorgang des Speichers wird das Arbeitsmittel durch Adsorption
gebunden, so an Silicagel, Zeolithen oder an weiterentwickelten
Sorbentien, wie an Metallsilikaten, darunter Alumosilikaten und
Alumophosphaten. Die freigesetzte Sorptionswärme wird über angeschlossene Nutzwärmekreisläufe an weitere
flüssige
Wärmeträger abgegeben.
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Im
Beladevorgang der Speicher wird das Arbeitsmittel von den Sorbentien
zyklisch durch Desorption entfernt. Das erfolgt bei stationären Speichervorrichtungen
durch Zuführung
von Wärme
aus Energienetzwerken oder aus Einrichtungen zur Gewinnung von Solarenergie.
In einem gleichlaufend parallelem Betrieb wird das Arbeitsmittel
in Kondensatoren wieder verflüssigt.
Die über
der Verdampfungswärme
des Arbeitsmittels liegende Überschusswärme wird
als in den Wärmespeicher
eingebrachte Desorptionswärme
im Sorbens zurückgehalten.
Die diesen Vorgängen
zugrunde liegenden Kreisläufe
von Wärmeträger und
Arbeitsmittel entsprechen thermodynamischen Systemen, die sowohl geschlossene
als auch halboffene darstellen.
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In
Schwachlastperioden kann als thermische Energie so Abwärme gespeichert
werden, die beispielsweise bei energieintensiven und energieüberschüssigen Prozessen
anfällt,
wie bei der Metall- und Zementherstellung, der metallverarbeitenden
Industrie, in Schmelzereien und Härtereien, aber auch in Lebensmittelbetrieben
(wie in Bäckereien)
oder bei der Getränkeherstellung
(Brauereien). In Perioden gesteigerten Energiebedarfs werden so
zusätzliche Anteile
an Nutzwärme
verfügbar,
die sonst bisher rundweg unwirtschaftlich verschwendet werden.
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Die
Energiedichten von Sorptionsspeichern überschreiten diejenigen bekannter
Latentwärmespeicher
mindestens um das Doppelte sowie die herkömmlicher Wasserspeicher je
nach Tiefe und Spanne des Ladezustandes um das Vierfache. Es ist
ein ständiges
Anliegen, die Energiespeicherdichten und den thermischen Wirkungsgrad
der Speicher anzuheben.
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Der
Stand der Technik wird durch sogenannte Tank- in Tank- Vorrichtungen
bestimmt. In diesen Sorptionswärmespeichern
hoher Leistung werden der Verdampfer, der Kondensator und der Sorbensraum
gemeinsam in einem Behälter
mit dem Ziel vereinigt, eine hohen Kompaktheitsgrad und somit eine hohe
Energiedichte zu erreichen. Zweckdienlich werden in bekannten Lösungen auch
der Verdampfer und Kondensator zum Sorbensraum eng benachbart angeordnet
und in einem gesonderten Kreislauf von Wärmeträgern durchströmt. Beispiele
werden in den Schriften
DE 40
19 669 ,
DE 198 11 302 und
EP 0 897 094 gegeben. Das
aktive Volumen des Speichers ist verschließbar und evakuierbar, um das
zyklische Spiel zwischen Beladung und Entladung maximal auszunutzen.
Die Größe des Beladungsspiels
wird abhängig
vom Druck und von der Temperatur durch Sorptionsgleichgewichte bestimmt.
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Probleme
sind mit den Transportvorgängen für Stoff
und Wärme
für die
Heiz-, Kühl-
und Arbeitsmittel im Inneren des Wärmespeichers und über die Oberflächen verbunden,
die den Wärmetransport
bestimmen bzw. vermitteln:
- – Bei Sorptionsspeichern sollen
die Porensysteme für
hohe Speicherdichten vom Arbeitsmittel vollends ausgefüllt werden.
- – Die
Sorbentien weisen ein beschränktes
eigenes Wärmeleitvermögen auf.
Ein angestrebt guter Wärmeausgleich
in allen Raumrichtungen im Behälter
wird einerseits durch die an sich wärmevermittelnde Einbauten behindert.
Hohe Füllungsanteile
an Partikeln innerhalb von Einbauten erhöhen hingegen die Speicherdichte.
- – Die
frei verfügbaren
Wege für
den Stofftransport des Arbeitsmitels werden andernteils infolge
höherer
Füllungsanteile
verringert. Die Maßstabsvergrößerung der
Speicher ist eingeschränkt,
weil das feste Sorbens nicht wie ein Fluid bewegt und demzufolge
Strömungswege
versperrt werden und folglich in Festbetten recht unübersichtliche Transportprozessen
vorliegen.
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Fortgeschrittene
Sorptionswärmespeicher sind
den eingeführten
und genormten Technologien des Behälterbaus bereits günstig angepasst.
Mit einer größeren Anzahl
von Wärmeträgerrohren
in einer bevorzugten Längsrichtung
sind diese für
eine schnelle Verteilung des Arbeitsmittels auch in den Querrichtungen
der Wärmespeicher
bei gleichzeitig hoher Raumausfüllung
mit Einbauten und Sorbentien gut geeignet. Das erhöht die räumlich bezogene Speicherleistung
als wichtiges Kriterium für
die Effektivität
der Speicher.
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In
vorangegangenen Lösungen
wie in den Schriften
DE
199 63 322 A1 und gleichlautend
US 6,672,103 B1 wird bezüglich der
Ausgestaltung auf bewähne
Vorrichtungen zurückgegriffen,
die Vorrausetzungen für
eine Standardisierung in Herstellung und Betrieb besitzen. Darunter
werden hauptsächlich nach
DIN 28008, DIN 28182 und DIN 28185 genormte Rohrbündel-Wärmeübertrager
verwendet. Auch für
gebäudetechnische
Zwecke geeignete Heizkörper,
Wasserrohrkessel von Dampferzeugern oder röhrenöfenähnliche Vorrichtungen der chemischen Industrie
bzw. aus anderweitiger verfahrenstechnischer Verwendung werden genutzt.
Eine Überlegung sieht
vor, dass bevorzugt sorptiven Festbetten angepasste Wärmeübertrager
mit Rohrböden
einer runden oder einer Rechtkantgeometrie den Wärmespeichern angepasst sind.
Der Rohrkörper
bildet mit den Rohrböden
eine Tragstruktur und wird als ein tragender Grundkörper mit
einer ihn umgebenden Hülle
verwendet. Die Hülle
ist hermetisch verschließbar
und auch evakuierbar, um die zwischen einer Be- und Entladung erforderliche
Druckspanne und damit die bestehenden Beladungsspiele angenähert optimal auszunutzen.
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Mindestens
zwischen zwei Rohrböden
sind Wärmeträgerrohre
befestigt, die entsprechend den vorgegebenen Rohrbodenteilungen
die Sorbensschüttung
durchdringen. Übliche
Rohre innerhalb der Wärmeaustauscher
erzielen eine ausreichende Längsstabilität, die Rohrböden selbst – eine hohe Querstabilität, ähnlich einer
sich selbst tragenden Karosseriestruktur, ohne dass die relativ
hohe Masse der Sorbentien eine den Behälter verstärkende Stabilisierung erfordert.
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Die
Wärmeträgerrohre
werden durch die Öffnungen
der ebenfalls standardisierten und quer in einer Längsrichtung
gerichteten Fließböden mit
entsprechenden Teilungsverhältnissen
der Öffnungen unbefestigt
durch das Sorbens hindurchgeführt.
Die Ausformung der Öffnungen
entsprechen etwa denjenigen Formen der Wärmeträgerrohre. Zwischen den Rohren
und den beispielsweise durch Stauchung aufgebördelten Rändern der Öffnungen bestehen geringe Abstände innerhalb
genormter zulässiger
Toleranzen. Diese Abstände
bilden zwischen den entsprechenden Peripherien der Rohre und den Öffnungen
in den Fließböden die
kreisringförmigen
Durchtrittsöffnungen
für das
dampfförmige
Arbeitsmittel. Es versteht sich von selbst, dass diese im Millimeterbereich
liegenden Toleranzabstände
unterhalb der kleinsten Abmessungen der Sorbenspartikel der Schüttung liegen.
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Der
Transport des flüssigen
oder des bereits dampfförmigen
bzw. teilkondensierten Arbeitsmittels in den Querrichtungen zwischen
den Rohr- und den Fließböden des
Wärmeübertragers
wird durch temperaturbeständige
Vliesschichten übernommen.
Die Vliesschichten bestehen bevorzugt aus einem Faservliesstoff,
der saugfähig
ist und das noch flüssige oder
auch anteilig verdampfte Arbeitsmittel aufnimmt. Ein direkter, das
oft hydrothermal instabile Sorbens schädigender Eintritt in Form von
Tropfen in die Sorbensschüttung
wird abgewendet. Die aufgebördelten
Ränder
der Fließböden verhindern,
dass etwa die Fließböden bedeckende
Strähnen
noch nicht verdampften Arbeitsmittels in die Sorbensschüttung eindringen.
Vertikal um eine Querachse oder Querebene gespiegelte Strukturen
der Fließböden ermöglichen
umgekehrt ein günstiges
Ablaufen des bereits teilkondensierten Arbeitsmittels in den Sumpf
des Wärmespeichers
und in Richtung dessen Ablaufstutzen.
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Die
Vliesschichten können
auch aus einem eingefügten
flüssigkeitsaufnehmenden
und temperaturstabilen Material bestehen, wie aus temperaturbeständigen Polymerpartikeln
oder porösen
mineralischen Granulaten. Ebenso können sie aus saugfähigen Fasergelegen,
Gewöllen
oder Gestricken bestehen. Die Bestandteile der Vliesschichten können durch
das Arbeitsmittel Wasser naturgemäß benetzbar oder gesondert
hydrophilisiert sein. Innerhalb der Vliesschicht können auch
Hilfsheizungen angeordnet sein, so in Form von zusätzlichen
Wärmeaustauschern,
wärmeleitenden
Metallteilen oder auch als elektrische Heizwicklungen, die eine
Verdampfung des Arbeitsmittels in der Startphase des Speichers, vor
allem in kalten Jahresperioden, ermöglichen.
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Es
ist besonders von Vorzug, dass die Vliesschichten für die Verdampfer-
und Kondensatorteile wegen der auf das Arbeitsmittel ausgeübten Kapillarkräfte in gewisser
Unabhängigkeit
von der Erdschwere wirken. Es sind auch vertikale bzw. schräge Anordnungen
der Wärmespeicher
zwecks erwünschter
Anpassung an örlliche
Verhältnisse
möglich,
so bei eingeschränkten
Stellflächen. Ähnlich werden
in einem Vorschlag DE 10 2004 059 098.2 transportable Energiecontainer
nach dem Sorptionsprinzip beschrieben, die im Interesse einer Anpassung
der Vorrichtung an standardisierte Containerhüllen weitgehend aus einer Struktur
horizontaler Rohrbündel
mit vertikal angeordneten Fließböden bestehen.
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Der
Entladungsvorgang des Speichers erfolgt vorteilhaft autotherm. Mit Öffnen mindestens
eines der Ventile für
das Arbeitsmittel im Bereich eines Rohrbodens entsteht innerhalb
des Sorbens sprungartig eine Temperaturerhöhung im Verdampferteil: Die
Einleitung des Verdampfungsvorganges beginnt infolge eines Druckgefälles selbständig aufgrund
des stetigen Vorhandenseins geringer Restdampfdrücke des Arbeitsmittels bei
noch niedrigen Temperaturen der Fließböden und der Vliesschichten.
Mit steigender Erhöhung
der Temperatur im Wärmespeicher
beginnt das Arbeitsmittel auch aus einem zugehörigen Arbeitsmitteltank zu
verdampfen und tritt dann dampfförmig
in die Vliesschicht ein. Der Sorptionswärmespeicher besitzt ein stabiles
Betriebsverhalten und auch gewisse "Notstarteigenschaften", ohne dass es zum
unerwünschten
und betriebsstörenden Eindringen
von Anteilen des noch flüssigem
Arbeitsmittel in die Sorbensschicht kommt. Der zweckmäßig völlig gleichartig
gestaltete zweite Fließboden
in Nähe
eines zweiten Rohrbodens kann eine Vliesschicht mit dem gleichen
Faservliesstoff enthalten, wie über
den beim Beladevorgang des Sorptionswärmespeichers auch die Adsorption
oder Desorption des Arbeitsmittels erfolgen kann.
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Es
werden bereits modifizierte Wärmeträgerrohre
in einer ausgewählten
zylindrischen oder rechtkantförmigen
Teilungsanordnung der Rohr- und Fließböden selbst für Verdampfungs-
und Kondensationsvorgänge
genutzt, um in der Vorzugsrichtung, der Längsachse des Wärmespeichers,
eine strömungsgünstige Führung bei
einer bisher vernachlässigt
günstigen
Verteilung des Arbeitsmittels auch in der Längsrichtung zu bewirken. Das
ist besonders dann sinnvoll, wenn ein großes Längen-Querflächen-Verhältnis des Wärmespeichers anzupassen ist und
die Gefahr eines unvollkommenen Längsausgleichs der Strömung des
Arbeitsmittels in der Sorbensschüttung
ausgeschlossen werden soll. Als großes Längen-Querflächen-Verhältnis wird üblich ein Wert über 4 angesehen.
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Es
werden auch Rippenrohre als Wärmeträgerrohre
eingesetzt, die gleichzeitig als Verdampferrohre an ihrem Umfang
mit perforiertem Netzwerk umgeben sind und so zusätzliche
Strömungskanäle für das Arbeitsmittel
bilden und die Öffnungen
für dessen
Durchtritt in die Sorbensschüttung
aufweisen.
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Nachteilig
wurde erkannt, dass mit Netzwerken umgebene Rippenrohre eine komplizierte
Vorfertigung, die Verwendung mehrerer unterschiedlicher, oft artfremder
Materialien und eine Fertigung in mehrstufigen Arbeitsschritten
erfordern.
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Auf
unterschiedlichen technischen Gebieten werden metallische Sonderprofile
genutzt. So ist weiterhin als älterer
Stand der Technik bekannt, dass als Elemente zur Führung von
Wärmeträgern in
der Brenntechnik (
DE 29 52 152 )
gegebenenfalls zwei Hohlprofile verschiedener Nennweiten axial ineinandergeschoben
und formschlüssig
miteinander vereinigt werden. Ähnlich
dienen verschiedene Hohlprofile so zur Verstärkung von rohrartigen Holmen
und Säulen,
wie in der Kfz-Technik (
DE 92
00 388 ;
DE 200 05 571 ;
US 6,332,302 B1 ).
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Vermittels
Wulsten (
DE 42 17 758 )
an Rundbiegemaschinen sind so gas- und flüssigkeitsdichte Befestigungen
an tragenden Bodenplatten möglich. Ebenso
erlauben bekannte Verbindungskappen (
DE 40
05 576 ) die druckdichte und temperaturbeständige reibschlüssige Einbindung
von gebördelten
Rohren an Böden.
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Des
weiteren sind bereits stangenförmige und
gekammerte Bauelemente (
DE 24
36 547 ) sowie strangförmige
Kunststoffhohlprofile (
DE 20
09 933 ) bekannt, die für
Leichtbaukonstruktionen Verwendung finden, darunter als strangförmig zusammenfügbare Elemente
in der Bautechnik (
DE 21 53 394 ) oder
auch als konstruktiv – tragend
ausgebildete Wärmerohre
(heat pipes) in der Raumfahrt (
DE
41 30 976 ). Das Verformen von Druckguss, insbesondere von
Aluminium mit niedriger Streckgrenze (
DE 197 09 947 ), eignet sich besonders
für zylindrische
Teile, die bisher aus Gründen
der Gewichtsersparnis aus Blechen hergestellt wurden. Damit wird
eine Verformung auch von zähfließenden Druckgussteilen
mittels Kanten ermöglicht.
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Die
Verwendung all dieser Gestaltungen zur Strömungsführung des Arbeitsmittels für mit Fließböden ausgerüstete Wärmespeicher
wurde jedoch bisher nicht bekannt.
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Aufgabe der
Erfindung
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Aufgabe
der Erfindung ist deshalb die Weiterentwicklung von bisherigen Glattrohren
für die Wärmeführung in
räumlich
ausgedehnten Wärmespeichern,
die die Nachteile einer noch mängelbehafteten
Strömungsführung für das Arbeitsmittel
vermeiden.
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Die
Aufgabe wurde gemäß den Patentansprüchen gelöst.
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Erfindungsgemäß wird erreicht,
dass gesonderte oder integrierte Führungen für das Arbeitsmittel mit Wärmeträgerrohren
bzw. -profilen mindestens in einem direkten Formkontakt, jedoch
nicht zwangsläufig
in einer formschlüssigen
Verbindung miteinander stehen.
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Der
Kopf- und/oder Bodenteil eines Rohrbündelwärmespeichers besteht wesentlich
jeweils aus einem Rohrboden, einem Fließboden mit einer Vliesschicht
und den Wärmeträgerrohren,
zwischen denen sich die Sorbensschüttung erstreckt. Durch den
Fließboden
werden Arbeitsmittelführungen
parallel verlaufend zu den Wärmeträgerrohren
durch besonders ausgeformte Spaltöffnungen hindurchgeführt, die
nicht in den zugehörigen
Rohrböden
befestigt sein müssen.
Die Arbeitsmittelführungen
besitzen zwischen dem Rohrboden und dem Fließboden formperforierte Öffnungen,
die in die Vliesschicht gerichtet sind und das dampfförmige Arbeitsmittel
durchlassen. Unterhalb des Fließbodens
sind weitere Öffnungen
in die Sorbensschüttung
gerichtet, die für
den Austausch des Arbeitsmittels mit der Sorbensschicht sorgen.
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Von
besonderem Vorteil ist, dass sowohl die Fließböden mit ihren vorzugsweise
formperforierten Öffnungen
wie auch die Arbeitsmittelführungen
nicht nur aus einem metallischen Flachmaterial, z. B. durch Stanzen
und spanlose Formgebung hergestellt werden können. Es können fertigungsgünstig auch verschiedenartige
temperaturbeständige
Kunststoffe eingesetzt werden, zumindest bei einer Verwendung des
Arbeitsmittels Wasserdampf. Vorzugsweise werden Faserverbundmaterialien,
darunter Glasfasermaterialien eingesetzt. Damit stehen zur Herstellung einstufige
und kostengünstige
Fertigungsverfahren im Vordergrund, wie Schmelzpressen, Blasformen und
sowie weitere thermische Formverfahren.
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Das
verdampfende bzw. kondensierende Arbeitsmittel wird innerhalb der
Vliesschicht durch die Öffnungen
geleitet. Die Öffnungen
vermitteln so die Verteilung des dampfförmigen Arbeitsmittels zwischen
den Arbeitmittelführungen
und der Sorbensschüttung.
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Die
Arbeitsmittelführungen
müssen
nicht zwangsläufig
dampfdicht in die Spaltöffnungen
eingepasst sein, was den Fertigungsaufwand für Rohrdurchtritte zwischen
benachbarten Böden
wesentlich vereinfacht.
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Überraschenderweise
hat sich herausgestellt, dass eine hohe räumliche Wärmespeicherdichte eingestellt
wird, da der zur Verfügung
stehende und durch den Rohrmantel umschlossene Raum örtlich und
zeitlich optimal vom Arbeitsmittel durchdrungen wird. Optimal eingestellt
wird auch der Material- und Fertigungsaufwand zur Bereitstellung
einer inneren Wärmeübertragungsfläche im Verhältnis zum speicheraktiven
Volumenanteil der Sorbensschüttung.
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Die
Arbeitsmittelführungen
mit ihren Öffnungen
für den
Durchtritt des Dampfes bestehen in der Regel aus schalenartigen
oder U-profilartigen Elementen.
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Die
Arbeitsmittelführungen
sind über
Längskanten
seitlich und ein- bis dreizügig
getrennt an die Wärmeträgerrohre
angepasst und – in
einer ersten Ausführung – nicht
mit diesen materialschlüssig
vereinigt. Vorteilhaft befinden sie sich federnd verklemmt und mindestens
punktweise reibschlüssig
in die Öffnungen
der Fließböden zwischengesetzt
und sind in den Spaltöffnungen
des Fließbodens
gegebenenfalls an die Wärmeträgerrohre
und durch Rasten unterstützt
angebracht sowie an diesen gehaltert. Die schalenartigen oder U-
bzw. S-profilartigen Elemente der Arbeitsmittelführungen können anstelle der runden auch
andersgeartete, so beispielsweise zahnartige oder anders gezackte Öffnungen
besitzen, die zur Hauptachse und in der Längsausdehnung an den längsbegrenzenden
Rändern
dieser Elemente parallel verlaufen und/oder an diesen Rändern Klammern zu
ihrer Befestigung aufweisen, wobei die Wärmeträgerrohre zumindest teilweise
von diesen umschlossen werden. Die Arbeitsmittelführungen
sind auch aus einem federelastischen Material in Form der Klammern
an die Wärmeträgerrohre
oder -profile innerhalb den Ebenen zwischen den Rohrböden und den
Fließböden angebracht.
Rasten gewährleisten den
anpassungsfähigen
Sitz der Arbeitsmittelführungen.
Die entsprechenden Querschnitte und die Abstände sind denjenigen der Spaltöffnungen
durch an den Peripherien verteilte Sicken in den Arbeitsmittelführungen
geometrisch optimal angepasst.
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Die
Klammern wie auch die Arbeitsführungen
sind im Bedarfsfall betriebs- und revisionsfreundlich auswechselbar.
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Es
wird eine höhere
Wärmespeicherdichte eingestellt,
da das dampfförmige
Arbeitsmittel zeitlich bevorzugt in der Längsausdehnung des Wärmespeichers
transportiert werden kann. Die Arbeitsmittelführungen können ebenfalls Vliesschichten
enthalten, die jedoch von geringerer Dichte der Faservliesstoffe
als in den Vliesschichten der Fließböden sind. Die auf den Transportweg
und die Wärmeraumdichte bezogene
Speicherleistung wird dadurch optimal.
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In
einer Abänderung
der Erfindung bestehen die Arbeitsmittelführungen aus strangprofilartigen zwei-
oder mehrzügigen
Elementen, die mit den Wärmeträgerrohren
runden oder elliptischen Querschnitts oder mit rechtkantförmigen Wärmeträgerprofilen
materialschlüssig
vereinigt sind. Zwischen dem Rohrboden und dem Fließboden ist
das innerhalb der Vliesschicht befindliche Material der Arbeitsmittelführungen
gänzlich
oder teilweise abgetragen, wodurch diese in die Vliesschicht geöffnet sind
Die Arbeitsmittelführungen
der strangprofilartigen zwei- oder mehrzügigen Elemente können Ausnehmungen
anstelle der Öffnungen
zwischen den Rohrböden
und den Fließböden besitzen.
Diese werden durch eine spanabhebende Formgebung aus den Profilen
hergestellt. In einer weiteren Abänderung werden in einem zylindrischen
Mantel gegebenenfalls drei Wärmeträgerrohre
und in einem rechtkantförmigen
Mantel womöglich
vier Wärmeträgerrohre
gebündelt
zusammengefasst. In und nur innerhalb der Ebene der Rohrböden sind
die Wärmeträgerrohre
außerhalb
ihrer Peripherien und innerhalb der Mäntel mit Verschlüssen versehen,
auch in deren axialen Bereichen. Lediglich die Mäntel sind mit den Rohrböden formschlüssig fest
verbunden. In der Ebene der Fließböden, die ebenfalls Verschlüsse aufweisen, bleiben
die axialen Bereiche innerhalb und nur innerhalb dieser Ebene von
diesen ausgespart.
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Zwischen
beiden Ebenen befinden sich Vliesschichten.
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Das
dampfförmige
Arbeitsmittel durchdringt die Vliesschichten und gelangt in die
Längsspalte zwischen
den Wärmeträgerrohren
ein, die bei der gegenseitigen Berührung zwischen den Rohrperipherien
eingestellt werden. Das Arbeitsmittel tritt durch die von den Verschlüssen ausgesparten
axialen Bereiche der Fließböden und
somit in die Sorbensschüttung
vor. Zusätzliche
oder aus einem weiteren Material gestaltete Arbeitsmittelführungen
können
so entfallen.
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In
einer weiteren Abänderung
bilden Rollprofile innerhalb eines Rohrbodens unter Verwendung eines
Durchtritts und einer Verpressung innerhalb eines Fließbodens
die Wärmeträgerprofile
aus. Ein Verschluss im Rohrboden begrenzt einen Längsspalt,
der mit der Vliesschicht in Verbindung steht. Der Verschluss besteht
zweckmäßig aus
einer Vergussmasse. Es wird erreicht, dass sowohl das Wärmeträgerprofil
als auch die Arbeitsmittelführung
aus einem einzigen Zuschnitt eines Flachmaterials (Bleches) fertigungsgünstig allein
durch Rollformen hergestellt wird.
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Auch
werden aus einem einzigen Zuschnitt eines Flachmaterials Wärmeträgerrohre
und Wärmeträgerprofile
durch einstufiges Rollformen ausgebildet. Materialgleiche Fahnen
aus Flachmaterial formen die Arbeitsmittelführungen mit ihren Öffnungen zwischen
liegend in beiden Ebenen von den Rohrböden und den Fließböden innerhalb
der Vliesschichten. Verschlüsse
gewährleisten
die Dichtheit der Wärmeträgerrohre
und der Wärmeträgerprofile
innerhalb der Rohrböden.
Die Fahnen sind mit ihren Spaltbildungen weitgehend dicht auf den
Fließböden an die
Spaltöffnungen
angesetzt und in diese gerichtet Es wird erreicht, dass sowohl die
Wärmeträgerprofile als
auch die Arbeitsmittelführungen
fertigungsgünstig herstellbar
sind.
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Die
beschriebenen Anordnungen der Rohrböden und Fließböden mit
allen übrigen
Einzelheiten zur Führung
des Arbeitsmittels sind Vorrichtungen, die um eine mittlere Querausdehnung
gespiegelte Anordnungen gemäß den in
den Schriften
DE 199
63 322 A1 und
US
6,672,103 B1 beschriebenen Wärmespeichern darstellen und
diese zweckdienlich ergänzen.
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Auch
stellen besondere Ausgestaltungen des Wärmespeichers Vorrichtungen
von übereinander
benachbart angeordneten Rohrböden
dergestalt dar, dass die Wärmeträgerrohre
oder -profile mit nur einem darunter angeordneten Fließboden ausgestattet
sind, jedoch mit allen übrigen
der beschriebenen Einzelheiten auch Tauchrohre oder Tauchprofile
in Form von koaxialen oder außermittigen
Anordnungen darstellen. Diese Ausführungen mit massesparendem
Materialeinsatz nur eines Fließbodens
sind besonders für
kleinere Wärmespeicher
geeignet.
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Die
Sorbensschüttung
kann auch portionsweise in aus Metalldraht bestehende sackartige
Gebinde aufgeteilt und in den Wärmespeicher
zwischen einer verminderten Anzahl von Warmeträgerrohren oder -profilen eingebracht
werden. Der Füllungsanteil an
Sorbens erhöht
sich innerhalb des zusätzlichen Freiraumes.
Die Wärmeleitung
innerhalb des Wärmespeichers
wird infolge Bildung von Wärmebrücken durch
besseren Wärmekontakt
zwischen den Gebinden gemäß der Anmeldung
DE 10 2004 059 098.2 erhöht.
Es versteht sich auch, dass Tanks als Gefäße für die Verdampfung und Kondensation
des Arbeitsmittels im Sinne einer Gestaltung von kompakten Wärmespeichern
mit diesen vereinigt sein können.
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Die
Erfindung wird durch Beispiele näher
erläutert,
ohne sich auf die bereits beschriebenen Anliegen der Erfindung allein
zu beschränken.
In den zugehörigen
Figuren zeigen:
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1:
Einen Wärmespeicher
nach dem Stand der Technik; im Schnitt
-
2:
Zwei benachbarte Böden
des Wärmespeichers
-
3:
Ausgestaltungen von Wärmeträgerrohren;
im Schnitt zwischen zwei benachbarten Böden
-
4:
Wärmeträgerprofile
-
4,
a–c: Ausgestaltungen
von Wärmeträgerprofilen,
im Schnitt zwischen den Böden
nach 4
-
5:
Ausgestaltungen von Wärmeträgerrohren
-
6:
Ausgestaltungen von Wärmeträgerprofilen
-
7:
Gebündelte
Wärmeträgerrohre
und -profile
-
8:
Ein Rollprofil
-
9:
Weitere rollgeformte Profile
-
10:
Klammerförmige
Gestaltungen für Wärmeträgerrohre
und -profile.
-
- 1
- Wärmespeicher
- 2
- Rohrmantel
- 3,
3'
- Schuss
- 4
- Kopfhaube
- 4'
- Bodenhaube
- 5
- Verteiler
- 6
- Wärmeträgerzulauf
- 6'
- Wärmeträgerablauf
- 7
- Arbeitsmittelablauf
- 7'
- Arbeitsmittelzulauf
- 8,
8'
- Rohrboden
- 9,
9'
- Fließboden
- 10
- Wärmeträgerrohr
- 10'
- Wärmeträgerprofil
- 11
- Fließvertiefungen
- 11'
- Fließvertiefung
- 12,
12'
- Spaltöffnung
- 13,
13'
- Vliesschicht
- 14
- Sorbensschüttung
- 15,
15'
- Öffnung
- 16,
16'
- Arbeitsmittelführung
- 21,
21', 21''
- Profil
- 22,
22'
- Ausnehmung
- 23,
23'
- Klammer
- 24,
24'
- Verschluss
- 25,
25'
- Mantel
- 26,
26'
- Durchtritt
- 27
- Verpressung
- 28
- Längsspalt
- 29,
29
- Fahne'
- 30,
30'
- Raste
- 31,
31'
- Sicke
-
Beispiel
-
Beispiel 1
-
Unter
Bezug auf 1 besteht der Wärmespeicher 1 aus
einem Rohrmantel 2, an den sich mindestens in einer vertikal
ausgerichteten Anordnung der Schuss 3 und der Schuss 3' für das Arbeitsmittel anschließen. Im
Oberteil des Rohrmantels 2 wird der Schuss 3 durch
einen Rohrboden 8 und tiefer gelegen durch einen Fließboden 9 und
entsprechend im Unterteil der Fließboden 9' durch einen
darunterliegenden Rohrboden 8' begrenzt.
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Oberhalb
des Schusses 3 befindet sich die Kopfhaube 4 mit
dem Wärmeträgerzulauf 6 und
mit dem zugehörigen
Verteiler 5. Unterhalb des Schusses 3' ist die Bodenhaube 4' mit dem Wärmeträgerablauf 6' angebracht.
-
Aus
dem Schuss 3 führt
der Arbeitsmittelablauf 7, in den Schuss 3' – entsprechend
der Arbeitsmittelzulauf 7'.
-
In
der Ausführung
des Wärmespeichers 1 als Rohrbündelwärmeaustauscher
mit zwei Rohrböden 8; 8' sind die Wärmeträgerrohre 10 fest
in die beiden Rohrböden 8; 8' und benachbart
in der Nähe
der Fließböden 9; 9' eingebunden
und führen
durch diese hindurch. Innerhalb der Fließböden 9; 9' und den Wärmeträgerrohren 10 werden
ringspaltartig die Spaltöffnungen 12; 12' ausgebildet.
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Im
Inneren des Wärmespeichers 1 befindet sich
im Raum zwischen den Fließböden 9; 9' und den Wärmeträgerrohren 10 die
Sorbensschüttung 14,
die mit den Spaltöffnungen 12; 12' in Verbindung
steht. Bei einem Beladevorgang des Wärmespeichers 1 wird
durch den Wärmeträgerzulauf 6 über die
Wärmeträgerrohre 10 dem
Wärmespeicher 1 vermittels des
Wärmeträgers eine
auf einem höheren
Temperaturniveau befindliche Prozesswärme zugeführt. Nach Eintrag eines Teils
dieser Prozesswärme
in den Wärmespeicher 1 verlässt der
Wärmeträger den
Speicher auf einem niedrigeren Temperaturniveau wieder über den
Wärmeträgerablauf 6'. Gleichzeitig
werden auf den Fließböden 9; 9' die Vliesschichten 13; 13' aus Faservliesstoff
aufgeheizt. Diese übernehmen den
Transport des bereits aus der Sorbensschüttung 14 verdampften
bzw. anteilig im Faservliesstoff auch kondensierten Arbeitsmittels
in den Querrichtungen des Wärmespeichers 1.
Es erfolgt ein intensiver Wärmeausgleich.
Das verdampfte Arbeitsmittel gelangt über die Spaltöffnungen 12; 12' aus der Sorbensschüttung 14 in
den Arbeitsmittelablauf 7 oder auch den Arbeitsmittelablauf 7' und wird von
dort ständig einem
Kondensator zugeführt.
Es wird hier eine Prozessführung
im Kreuz – bzw.
Querstromprinzip für den
Wärmeausgleich
gewährleistet.
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Umgekehrt übernehmen
die Vliesschichten 13; 13' über den Arbeitsmittelablauf 7' und den Arbeitsmittelzulauf 7 beim
Entladevorgang des Wärmespeichers 1 den
Transport des aus dem Speicher verdampfenden und bereits anteilig
in den Vliesschichten kondensierten Wärmeträgers.
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Bei
einer reinen Gegenstrom-Prozessführung
tritt das Arbeitsmittel über
den Arbeitsmitelzulauf 7' in
den Wärmespeicher
ein und über
den Arbeitsmittelablauf 7 aus. Der Arbeitsmittelzulauf 7' und der Arbeitsmittelablauf 7 vertauschen
ihre Funktionsweise. Die drei Möglichkeiten
der Prozessführung genügen den
bekannten technischen Vor- und Nachteilen der Gestaltung der Strömungsführung und
unterliegen den dazugehörenden
Optimierungskriterien.
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Die
aufgebördelten
Ränder
der Fließböden 9; 9' mit den dazwischen
befindlichen kanalförmigen Fließvertiefungen 11 verhindern
in jedem Fall, dass etwa die Fließböden 9; 9' bedeckende
Fließsträhnen noch
nicht verdampften und bereits teilkondensierten Arbeitsmittels unmittelbar
in die Sorbensschüttung 4 eindringen
bzw. in diese zurücklaufen.
Ein direkter, das Sorbens schädigender
Eintritt von Tropfen in die Schüttung
wird abgewendet.
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Nach
dem Stand der Technik sind im Wärmespeicher
vor allem bei einer Maßstabsvergrößerung ein
räumlich
und besonders in Längsrichtung
ausgedehnter und gleichverteilter sowie zeitlich ausreichend schnell
verlaufender Stoff- und Wärmeausgleich
noch nicht gewährleistet
Eine erwünscht sprungartig
verlaufende Stufencharakteristik der Ausgleichsvorgänge wird
noch nicht ausreichend eingestellt.
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Beispiel 2
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Unter
Bezug auf 2 ist mindestens der Kopfteil
des Wärmespeichers 1 oberhalb
des Rohrmantels 2, analog wie in 1, mit dem
Rohrboden 8, dem Fließboden 9,
der Vliesschicht 13, den Wärmeträgerrohren 10 und der
Sorbensschüttung 14 versehen.
Zwischen dem Rohrboden 8 und dem Fließboden 9 werden Arbeitsmittelführungen 16 durch
die formperforierten Spaltöffnungen 12 hindurchgeführt. Die
Arbeitsmittelführungen 16 besitzen zwischen
dem Rohrboden 8 und dem Fließboden 9 die Öffnungen 15,
die in die Vliesschicht 13 gerichtet sind. Unterhalb des
Fließbodens 9 stehen
die Öffnungen 15' mit der Sorbensschüttung 14 in
Verbindung.
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Das
verdampfende bzw. kondensierende Arbeitsmittel wird innerhalb der
Vliesschicht 13 durch die Öffnungen 14 geführt. Die Öffnungen 15 vermitteln
die Führung
des dampfförmigen
Arbeitsmittels zwischen den Arbeitmittelführungen 16 und der
Sorbensschüttung 14.
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Die
Arbeitsmittelführungen 16 sind
nicht zwangsläufig
flüssigkeits-
und dampfdicht in die Spaltöffnungen 12 eingepasst.
Die Spaltöffnungen 12 unterschreiten
in ihren quergerichteten Abmessungen die Korngrößen des Sorbens innerhalb der Sorbensschüttung 14.
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Es
wird eine höhere
räumliche
Wärmespeicherdichte
eingestellt, da der zur Verfügung
stehende und durch den Rohrmantel 2 umschlossene Raum zeitlich
und örtlich
optimal vom Arbeitsmittel in den Quer- und Längsrichtungen des Wärmespeichers 1 durchdrungen
wird.
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Beispiel 3
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Gemäß 3 bestehen
die Arbeitsmittelführungen
mit ihren Öffnungen 15; 15' analog Beispiel
2 und 2 aus halbschalenartigen Elementen, den Arbeitsmittelführungen 16 oder
U-profilartigen
Elementen, den Arbeitmittelführungen 16'.
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Die
Arbeitsmittelführungen 16; 16' sind seitlich
und ein- bis dreizügig
getrennt an die Wärme
trägerrohre 10 angepasst
und nicht mit diesen materialschlüssig vereinigt.
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Die
Arbeitsmittelführungen 16; 16' befinden sich
federnd verklemmt und mindestens reibschlüssig in den Spaltöffnungen 12; 12'.
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Die
schalen- oder U-profilartigen Elemente ermöglichen die Anpassung von kommerziell
verfügbaren
Rohrbündelwärmeaustauschern
an die beschriebenen Arbeitsmittelführungen zum Zwecke der Wärmespeicherung.
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Beispiel 4
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Unter
Bezug auf 3 enthalten die Arbeitsmittelführungen 16; 16' ebenfalls Vliesschichten 13', jedoch von
einer geringeren Dichte der Faservliesstoffe als in den Vliesschichten 13 des
Beispiels 3.
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Zusätzliche
Vliesschichten in den Arbeitsmittelführungen 16; 16' verhindern
in den Startphasen des Wärmespeichers 1 und
bei einem rauhen praxisbezogenem Betrieb ein Hindurchlaufen des
unter Umständen
nur teilverdampften oder nur teilkondensierten flüssigen Arbeitsmittels
durch die Arbeitsmittelführungen 16; 16' in den Sumpf
des Wärmespeichers 1.
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Beispiel 5
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Unter
Bezug auf 4a–4c bestehen die
Arbeitsmittelführungen 16; 16' aus strangprofilartigen
zwei- oder mehrzügigen
Elementen, die mit den Wärmeträgerrohren 10 runden
oder elliptischen Querschnitts oder den rechtkantförmigen Wärmeträgerprofilen 10' materialschlüssig vereinigt
sind. Zwischen dem Rohrboden 8; 8' und dem Fließboden 9; 9' ist das innerhalb
der Vliesschicht 13 befindliche Material an den Peripherien
der Arbeitsmittelführungen 16; 16' gänzlich oder
teilweise abgetragen. Strangförmige
Elemente ermöglichen über Stege vorteilhaft
die Ausbildung von wärmeleitenden
Brücken
in den zusammengefügten
Wärmeträger – und Arbeitsmittelführungen.
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Beispiel 6
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Gemäß 5 und
Beispiel 2 besitzen die halbschalenartigen oder U-profilartigen
Elemente der Arbeitsmittelführungen 16; 16' anstelle der
runden Öffnungen 15 die
zahnartigen Öffnungen 15', die zur Hauptachse
und in der Längsausdehnung
an den längsbegrenzenden
Rändern
dieser Elemente gestaffelt verlaufen und/oder an diesen Rändern die Klammern 23; 23' für ihre Befestigung
aufweisen, wobei die Wärmeträgerrohre 10 zumindest
teilweise von diesen Klammern 23; 23' federnd umschlossen werden.
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Die
zahnartigen Öffnungen
ermöglichen
das Strömen
des dampfförmigen
Arbeitsmittels seitlich abzweigend von den Wärmeträgerrohren 10 in einer tangentialen
Richtung. Die Klammern 23; 23' erhöhen die Revisionsfreundlichkeit
des Wärmespeichers durch
die ermöglichte
Auswechselbarkeit der Arbeitsmittelführungen 16; 16'.
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Beispiel 7
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Unter
Bezug auf die 6 und 4 sind die
Arbeitsmittelführungen 16; 16' der strangprofilartigen
zwei- oder mehrzügigen
Elemente mit Ausnehmungen 22; 22' anstelle der Öffnungen 15; 15' zwischen den
Rohrböden 8 und
den Fließböden 9 gemäß 2 versehen.
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Die
größeren Öffnungen
der Ausnehmungen 22; 22' ermöglichen eine bessere Durchdringung
unterschiedlich dichter Vliesschichten gemäß Beispiel 4 auf den Fließböden 9; 9' mit denen der
Arbeitsmittelführungen 16; 16'.
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Beispiel 8
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Unter
Bezug auf 7 werden in einem zylindrischen
Mantel 25 drei Wärmeträgerrohre 10 und in
einem rechtkantförmigen
Mantel 25' vier
Wärmeträgerrohre 10' gebündelt zusammengefasst.
Nur innerhalb der Ebene der Rohrböden 8 sind die Wärmeträgerrohre 10; 10', außerhalb
ihrer Peripherien und innerhalb der Mäntel 25; 25', auch in deren
axialen Bereichen, mit den Verschlüssen 24; 24' versehen. Die
Mäntel 25, 25' sind mit den
Rohrböden 8; 8' fest verbunden.
In der Ebene der Fließböden 9; 9', die ebenfalls
die Verschlüsse 24; 24' aufweisen,
bleiben die axialen Bereiche innerhalb und nur innerhalb dieser
Ebene von Verschlüssen 24; 24' ausgespart.
Zwischen beiden Ebenen befinden sich die Vliesschichten 13, 13'.
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Das
in den Vliesschichten 13; 13' im Entladungsvorgang des Wärmespeichers 1 verdampfende Arbeitsmittel
dringt in die Längsspalte
zwischen den Wärmeträgerrohren 10; 10', die bei deren
gegenseitiger Berührung
eingestellt werden. Das Arbeitsmittel gelangt durch die von den
Verschlüssen
ausgesparten axialen Bereiche der Fließböden 9; 9' und demzufolge
in die Sorbensschüttung 14 und
wird hier adsorbiert. Im Beladungsvorgang wird andererseits das desorbierte
und dampfförmige
Arbeitsmittel von den Längsspalten
aufgenommen. Die Korngrößen des Sorbens
innerhalb der Sorbensschüttung übersteigen
mindestes die Querausdehnung der Längsspalte.
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Zusätzliche
sowie auch mit weiteren Materialien gestaltete Arbeitsmittelführungen 16; 16' können entfallen.
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Beispiel 9
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Gemäß 9 bildet
ein Rollprofil unter Verwendung eines Durchtritts 26 und
einer Verpressung 27 innerhalb der Ebenen eines Rohrbodens 8; 8' und entsprechend
eines Fließbodens 9; 9' ein Wärmeträgerprofil 10' aus. Der Verschluss 24 begrenzt
einen Längsspalt 28,
der mit den Vliesschichten 13; 13' in Verbindung steht.
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Es
wird erreicht, dass sowohl das Wärmeträgerprofil 10' als auch die
Arbeitsmittelführung 16' fertigungsgünstig durch
Rollformen aus einem einzigen Zuschnitt eines Flachmaterials hergestellt
wird. Der Verschluss 24' kann
entfallen; er besitzt jedoch vorteilhaft eine fixierende Funktion
der Arbeitsmittelführungen 16; 16' in den Vliesschichten 9; 9.
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Beispiel 10
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In
Abwandlung von 9 wird aus einem einzigen Zuschnitt
eines Flachmaterials ein annähernd
S-förmiges
Rollprofil dergestalt durch Rollformen ausgestaltet, dass zwei etwa
kreisabschnittförmige
und ungleich große
Segmente entstehen, die in ihrem Inneren einen sehnenartigen, angenähert eben
profilierten Steg einschließen
und die mit ihren peripheren Abrundungen in zwei etwa halbkreisförmige periphere
Gebilde übergehen.
Das größere Gebilde
stellt ein genähert
halbrundförmiges
Wärmeträgerprofil 10' dar, das flüssigkeits-
und gasdicht in den Rohrböden 8; 8' mit einer peripher
etwa halbkreisförmigen
Begrenzung eingesetzt ist. Die Verschlüsse 24; 24' begrenzen die
Länge des
Wärmeträgerprofils lediglich
in Nähe
der Rohrböden 8; 8' in Gestalt
einer kurzen Längsnaht,
insgesamt einen offenen Längsspalt 28 ausformend.
Das kleinere Gebilde stellt eine innere Arbeitsmittelführung (16') dar. Zwei
rollgeformte Fahnen 29; 29' befinden sich lediglich oberhalb
bzw. unterhalb der Fließböden 9; 9'.
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Diese
sind jedoch nicht zwangsläufig
dicht mit ihrer oberen Peripherie in die Fließböden 9; 9' eingebunden,
Lediglich mit der spaltartigen Austrittsöffnung der Fahnen 29; 29' ist diese in
die Vliesschichten 13; 13' über die Spaltöffnungen 12; 12' in die Sorbensschüttung 14 gerichtet.
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Diese
Gestaltung dieses Rollprofils stellt in ihrer komplizierteren Form
eine Vorzugsvariante für die
Herstellung von Wärmeträgerrohren 10' größerer Abmessungen
dar, die mit Arbeitsmittelführungen 16; 16' vereinigt sind.
Vorgezogen wird diese Ausführung für Wärmespeicher 1 mit
einem großen
Höhen-/Durchmesser-Verhältnis von
mindestens 5.
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Beispiel 11
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Unter
Bezug auf 9 werden aus einem einzigen
Zuschnitt eines Flachmaterials Wärmeträgerrohre 10 und
Wärmeträgerprofile 10' durch Rollformen
ausgebildet. Materialgleiche Fahnen 29; 29' aus dem Flachmaterial
formen die Arbeitsmittelführungen 16; 16' mit den Öffnungen 15; 15' zwischenliegend
in beiden Ebenen inmitten der Rohrböden 8; 8' und der Fließböden 9; 9' und innerhalb
der Vliesschichten 13 liegend aus. Die Verschlüsse 24; 24' gewährleisten
die Dichtheit der Wärmeträgerrohre 10 und
der Wärmeträgerprofile 10' innerhalb der
Rohrböden 8; 8'. Die Fahnen 29; 29' sind an die
Spaltbildungen weitgehend dicht auf den Fließböden 9; 9' an die Spaltöffnungen 12; 12' angeformt.
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Es
wird erreicht, dass sowohl das Wärmeträgerprofil 10 als
auch das Wärmeträgerprofil 10' wie auch die
Arbeitsmittelführungen 16; 16' fertigungsgünstig aus
ebenen Materialzuschnitten herstellbar sind.
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Beispiel 12
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Die
Arbeitsmittelführungen 16; 16' werden gemäß 10 aus
einem federelastischen Material in Form der Klammern 23; 23' an die Wärmeträgerrohre 10 oder
die Wärmeträgerprofile 10' innerhalb der
Ebenen zwischen den Rohrböden 8; 8' und den Fließböden 9;
g' angesetzt. Die
Rasten 30; 30' gewährleisten
den anpassungsfähig
festen Sitz der Arbeitsmittelführungen 16; 16'. Die entsprechenden Querschnitte
der Abstände
sind denjenigen der Spaltöffnungen 12; 12' mit Hilfe von
Sicken 27; 27' optimal
angepasst.
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Die
Klammern 23; 23' sind
wie in Beispiel 6 im Bedarfsfall betriebsgünstig und revisionsfreundlich
auswechselbar.
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Beispiel 13
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Die
in den Beispielen 2–10
und in den 2–10 beschriebenen
Anordnungen der Rohrböden 8; 8' und Fließböden 9; 9' mit allen übrigen Einzelheiten
sind Vorrichtungen, die um eine mittlere Querausdehnung gespiegelte
Anordnungen gemäß dem in
Beispiel 1, 1 beschriebenen Wärmespeicher 1 darstellen.
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Bei
einer großen
Längsausdehnung
des Wärmespeichers
wird somit die Führung
des Arbeitsmittels sowohl von der Kopf- als auch von der Bodenhaube
her ermöglicht.
Auch horizontale oder geneigte Anordnungen des Wärmespeichers in Abwandlung
von 1 werden vorteilhaft betreibbar. Beide Vliesschichten 13; 13' gewährleisten
eine optimale Führung
des Arbeitsmitteldampfes quer und längs des Wärmespeichers 1.
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Beispiel 14
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Die
in den Beispielen 2–11
und in den
2–
10 beschriebenen
Ausgestaltungen der Wärmeträgerführungen
16;
16' des Wärmespeichers
1 stellen
besonders ausgestaltete Vorrichtungen von übereinander benachbart angeordneten
Rohrböden
8;
8' dergestalt
dar, dass die Wärmeträgerrohre
10 oder
die Wärmeträgerprofile
10' mit nur einem
darunter angeordneten Fließboden
9 ausgestattet
sind, jedoch mit allen übrigen
der beschriebenen Einzelheiten Tauchrohre oder Tauchprofile in Form
von koaxialen oder außermittigen
Anordnungen gemäß den Schriften
DE 199 63 322 A1 und
US 6,672,103 B1 verkörpern.
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Diese
Ausführungen
mit massesparendem Materialeinsatz nur eines Fließbodens 9 ist
für die Ausgestaltung
kleinerer Wärmespeicher
zweckdienlich.
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Beispiel 15
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Die
Sorbensschüttung 14 wird
portionsweise in aus Metalldraht bestehende sackartige Gebinde aufgeteilt
und in den Wärmespeicher 1 zwischen
einer verminderten Anzahl von Warmeträgerrohren 10 oder
Warmeträgerprofilen 10' eingebracht.
Der Füllungsanteil
an Sorbens erhöht
sich innerhalb eines zusätzlichen
Freiraumes. Die Wärmeleitung
innerhalb der Sorbensschüttung 14 wird
infolge Bildung von darüber
hinaus geschaffenen Wärmebrücken infolge
besseren Wärmekontaktes
zwischen den Gebinden erhöht.
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Beispiel 16
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Der
Wärmespeicher
1 besitzt
gemäß vorstehender
Beispiele im Sinne eines Kompaktwärmespeichers nach
DE 199 63 322 A1 mindestens
einen Tank für
die Verdampfung und mindestens einen für die Kondensation des Arbeitsmittels
und stellt aus beiden, gleichartig gestaltet, eine gemeinsame Vorrichtung
dar.
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Beispiel 17
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Der
Wärmespeicher 1 wird
in Abwandlung der Beispiele 1 bis 16 in einer horizontalen bzw. schräg dazu geneigten
Anordnung mit horizontal oder schräg ausgerichteten Rohrböden 8; 8', Fließböden 9; 9' und Vliesschichten 13; 13' eingesetzt.