DE102007015080A1

DE102007015080A1 - Wärmespeicher mit intrinsischer Schichtung

Info

Publication number: DE102007015080A1
Application number: DE102007015080A
Authority: DE
Inventors: Reinhard Leithner
Original assignee: Leithner Reinhard Prof Dr techn
Current assignee: Leithner Reinhard Prof Dr techn
Priority date: 2007-03-29
Filing date: 2007-03-29
Publication date: 2008-10-02

Abstract

Wird die Speichermasse eines Wärmespeichers in einer Richtung von einem Fluid zur Wärmeabgabe durchströmt, wenn der Speicher aufgeladen wird, und in Gegenrichtung, wenn die Wärme genutzt, d. h. das Fluid aufgeheizt werden soll, so bietet eine große Länge den Vorteil, dass ein Temperaturausgleich und damit ein Verlust an Exergie zufolge axialer Wärmeleitung nur langsam eintritt. Nachteilig ist, dass mit zunehmender Länge die Oberfläche und die mit ihr verbundenen Wärmeverluste ansteigen. Dieser Nachteil wird erfindungsgemäß dadurch vermindert, dass der Strömungskanal samt Speichermasse und Oberflächenisolierung zweidimensional spiralförmig oder dreidimensional kugelschichtenförmig aufgewickelt wird und die Zuführung des wärmeabgebenden Fluids bzw. die Abführung des aufgeheizten Fluids jeweils aus der Mitte (dem Mittelpunkt) heraus erfolgt.

Description

Muss Wärme auf unterschiedlichen Temperaturniveaus gespeichert werden, besteht das Problem, dass zumindest durch Wärmeleitung langfristig ein Ausgleich stattfindet.
Wird die Speichermasse eines Wärmespeichers in einer Richtung von einem Fluid zur Wärmeabgabe durchströmt, wenn der Speicher aufgeladen wird, und in Gegenrichtung, wenn die Wärme genutzt, d. h. das Fluid aufgeheizt werden soll, so bietet eine große Länge den Vorteil, dass ein Temperaturausgleich und damit ein Verlust an Exergie zufolge axialer Wärmeleitung nur langsam eintritt. Nachteilig ist, dass mit zunehmender Länge die Oberfläche und die mit ihr verbundenen Wärmeverluste ansteigen. Dieser Nachteil wird dadurch vermindert, dass erfindungsgemäß der Strömungskanal samt Speichermasse und Oberflächenisolierung zweidimensional spiralförmig oder dreidimensional kugelschichtenförmig aufgewickelt wird und die Zuführung des wärmeabgebenden Fluids bzw. die Abführung des aufgeheizten Fluids jeweils aus der Mitte (dem Mittelpunkt) heraus erfolgt.
Beispielhaft ist solch ein spiralförmig zylindrischer Wärmespeicher in 1 dargestellt und ein kugelförmiger in 2.

Claims

Wärmespeicher, deren Speichermasse von einem Fluid in einer Richtung durchströmt wird, wenn der Speicher aufgeladen wird, und in Gegenrichtung, wenn die Wärme genutzt werden soll, gekennzeichnet dadurch, dass der vorzugsweise rechteckige Strömungskanal samt Speichermasse und Oberflächenisolierung zweidimensional vorzugsweise spiralförmig, zylindrisch aufgewickelt ist und die Zuführung des wärmeabgebenden Fluids bzw. die Abführung des aufgeheizten Fluids jeweils vorzugsweise aus der Mitte heraus erfolgt. Vorzugsweise sind „Außendurchmesser" der Spirale und Höhe etwa gleich groß, um die Außenoberfläche relativ zum Speichervolumen möglichst klein zu halten.
Wärmespeicher, deren Speichermasse von einem Fluid in einer Richtung durchströmt wird, wenn der Speicher aufgeladen wird, und in Gegenrichtung, wenn die Wärme genutzt werden soll, gekennzeichnet dadurch, dass der Strömungskanal samt Speichermasse und Oberflächenisolierung vorzugsweise dreidimensional kugelschichtförmig aufgewickelt ist oder das Fluid im Wesentlichen radial durch Kugelschichten mit vorzugsweise gleichem Volumen, die mit Speichermaterial gefüllt sind, und durch Kugelschichten mit Isolationsmaterial getrennt sind, strömt und die Zuführung des wärmeabgebenden Fluids bzw. die Abführung des aufgeheizten Fluids jeweils vorzugsweise aus der Mitte (dem Mittelpunkt) heraus erfolgt.
Wärmespeicher nach den Ansprüchen 1 und 2 gekennzeichnet dadurch, dass die Außenoberfläche verstärkt isoliert ist.
Wärmespeicher nach den Ansprüchen 1 bis 3 gekennzeichnet dadurch, dass sie in Druckbehältern eingebaut sind.
Wärmespeicher nach den Ansprüchen 1 bis 4 gekennzeichnet dadurch, dass sie parallel und in Serie geschaltet sind, um die einzelnen Speicher und vor allem die Druckbehälter relativ klein zu halten.
Wärmespeicher nach den Ansprüchen 1 bis 5 gekennzeichnet dadurch, dass sie Vorrichtungen wie zusätzliche Verbindungsleitungen mit Klappen oder Ventile besitzen, die es ermöglichen, den Zustrom des wärmeabgebenden Mediums auf dem geeigneten Temperaturniveau und umgekehrt auch den Abstrom des Mediums auf dem erforderlichen Temperaturniveau erfolgen zu lassen.
Wärmespeicher nach den Ansprüchen 1 bis 6 gekennzeichnet dadurch, dass die Wärmespeichermasse drucklos ist, weil das Wärme abgebende bzw. aufnehmende Fluid in mindestens einem Rohr oder in vielen parallelen Rohren, die den Druck aufnehmen, die Kanäle, die mit Speichermasse gefüllt sind, durchströmt.
Wärmespeicher nach dem Anspruch 7 gekennzeichnet dadurch, dass die Wärmespeichermasse nicht nur wie in den bisherigen Ansprüchen beschrieben in Kanälen angeordnet ist, die durch isolierende Wände voneinander getrennt sind, sondern dass auch diese Kanäle noch durch isolierende Wände, die nur vom Rohr oder den Rohren, das bzw. die vom Wärme abgebenden bzw. aufnehmenden Fluid durchströmt werden, durchbrochen werden, in einzelne voneinander isolierte Abschnitte unterteilt sind.