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Die
Erfindung betrifft einen Eisspeicher mit Wärmeaustauscheinheiten
in Plattenbauweise, welche unterschiedlich große Wärmeaustauschflächen aufweisen
und welche zur Eisbildung jeweils im Inneren von einem Kältemittel
entlang den Wärmeaustauschflächen über
eine Wärmeaustauschstrecke durchströmbar sind.
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Eisspeicher
werden beispielsweise in industriellen Kälteanlagen zur
Kältespeicherung eingesetzt. Zu Zeiten geringen Kältebedarfs
wird der Eisspeicher durch Umwandlung von Wasser in Eis „geladen".
Zu Zeiten hohen Kältebedarfs kann der Eisspeicher dann
unter Schmelzen des beim „Laden" gebildeten Eises große
Mengen von kaltem Wasser für verschiedene Kühlzwecke
liefern. Auf diese Weise wird zum einen die Leistungsfähigkeit
der Kälteanlage erhöht, da bei Bedarf die Kälteleistung
des Eisspeichers zusätzlich genutzt werden kann. Zum anderen
kann das „Laden" des Eisspeichers wahlweise dann erfolgen,
wenn die Strompreise möglichst niedrig sind, so dass durch
einen Eisspeicher die Betriebskosten einer Kälteanlage
reduziert werden können.
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In
der Praxis sind Eisspeicher mit Wärmeaustauscheinheiten
in Plattenbauweise oder mit Wärmeaustauscheinheiten in
Form von Rohrbündeln im Einsatz.
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Ein
gattungsgemäßer Eisspeicher ist aus der
EP 0 942 239 B1 bekannt.
Er umfasst einen zylindrischen Eisspeicher-Behälter, in
dessen Innenraum mehrere Wärmeaustauscheinheiten in Plattenbauweise
vorgesehen sind. Darüber hinaus ist der Innenraum des Eisspeicher-Behälters
mit Wasser gefüllt, welches an Wärmeaustauschflächen
der Wärmeaustauscheinheiten teilweise in Eis umgewandelt
werden kann, indem die Wärmeaustauscheinheiten im Inneren
von einem verdampfungsfähigen Kältemittel durchströmbar
sind.
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Die
Wärmeaustauscheinheiten weisen weitgehend gleiche Abstände
zueinander auf und sind über den gesamten Behälter-Innenraum
möglichst gleichmäßig verteilt, damit
der gesamte Innenraum einheitlich zur Eisbildung genutzt werden
kann.
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Im
Falle eines ebenfalls aus der
EP 0 942 239 B1 vorbekannten Eisspeichers
mit einem quaderförmigem Innenraum wird die gleichmäßige
Verteilung erreicht, indem mehrere baulich identische Wärmeaustauscheinheiten,
welche eine Höhe und eine Breite entsprechend den Maßen
des quaderförmigen Behälter-Innenraums aufweisen,
in Dickenrichtung schichtweise angeordnet sind.
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Um
eine gleichmäßige Verteilung der Wärmeaustauscheinheiten
im gesamten Behälter-Innenraum zu erhalten, kann es je
nach Form des Behälter-Innenraums erforderlich sein, unterschiedlich
große Wärmeaustauscheinheiten mit unterschiedlich großen
Wärmeaustauschflächen vorzusehen.
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Im
Falle des gattungsgemäßen, mit einem zylindrischen
Behälter-Innenraum versehenen Eisspeichers nach
EP 0 942 239 B1 sind
Wärmeaustauscheinheiten mit zwei unterschiedlichen Breiten
vorgesehen, um eine möglichst gleichmäßige
Verteilung der Wärmeaustauscheinheiten zu erhalten.
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Aufgrund
der verschiedenen Abmessungen der Wärmeaustauscheinheiten,
ist es aber bei solchen Eisspeichern schwierig sicherzustellen,
dass sich das Eis an den verschiedenen Wärmeaustauscheinheiten
gleich schnell bildet. Entsteht Eis an einer Wärmeaustauscheinheit
schneller als an den übrigen Wärmeaustauscheinheiten,
kann im Extremfall das Wasser in den Zwischenräumen um
die betreffende Wärmeaustauscheinheit bereits vollständig
in Eis umgewandelt sein, bevor an den anderen Einheiten Eis in nennenswertem
Maße vorhanden ist.
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Insbesondere
beim Abschmelzen des Eises zum „Entladen" des Eisspeichers
wird durch teilweise durchgefrorene Zwischenräume die Zirkulation
des Wassers verschlechtert. Eine nachteilige Folge davon ist, dass
sich die Zeit zum Abschmelzen des Eises aufgrund der fehlenden Durchströmung
der Zwischenräume verlängert. Damit verlängert
sich aber auch die Zeit, welche benötigt wird, um die durch
den Eisspeicher gespeicherte „Kälteenergie" verfügbar zu
machen. Die maximale Kälteabgabeleistung des Eisspeichers
ist demnach reduziert.
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Des
Weiteren birgt eine ungleichmäßige Eisbildung
die Gefahr von Beschädigungen des Eisspeichers. Die mit
der Eisbildung einhergehende Volumenzunahme kann normalerweise durch
Abströmen von Wasser aus den Zwischenräumen ausgeglichen werden.
Friert aber Wasser in von Eis vollständig eingeschlossenen
Bereichen, führt die Volumenzunahme zu einer starken Druckzunahme,
welche ihrerseits Beschädigungen der Wärmeaustauscheinheiten
mit sich bringen kann.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, einen Eisspeicher mit Wärmeaustauscheinheiten
in Plattenbauweise, welche unterschiedlich große Wärmeaustauschflächen
aufweisen, bereitzustellen, bei welchem eine gleichmäßige
Eisbildung an den verschiedenen Wärmeaustauscheinheiten
gewährleistet ist.
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Diese
Aufgabe wird durch einen Eisspeicher mit den Merkmalen des Patentanspruches
1 gelöst, indem an verschiedenen Wärmeaustauscheinheiten Wärmeaustauschstrecken
mit im Wesentlichen gleicher Länge vorgesehen sind. Erfindungsgemäß weisen
die Wärmeaustauschstrecken zu diesem Zweck umso mehr Umlenkungen
auf, je kleiner die Wärmeaustauschfläche der betreffenden
Wärmeaustauscheinheit ist.
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Die
Länge der Wärmeaustauschstrecke einer Wärmeaustauscheinheit
bestimmt maßgeblich die sich beim Durchströmen
der Wärmeaustauscheinheit einstellenden thermodynamischen
Verhältnisse des Kältemittels, wie beispielsweise
den Verdampfungsgrad oder den Druckverlust des Kältemittels.
Je länger die Wärmeaustauschstrecke ausgebildet
ist, desto höher ist beispielsweise der Druckverlust des
Kältemittels. Die thermodynamischen Verhältnisse
bestimmen wiederum die Kälteleistung einer Wärmeaustauscheinheit.
Vor allem die Kälteleistung pro Flächeneinheit
sollte aber bei den verschiedenen Wärmeaustauscheinheiten
trotz der unterschiedlich großen Wärmeaustauschflächen
gleich groß sein. Denn die Kälteleistung pro Flächeneinheit bestimmt
letztendlich die Geschwindigkeit der Eisbildung an den Wärmeaustauschflächen,
so dass sich bei einheitlicher Kälteleistung pro Flächeneinheit
an den verschiedenen Wärmeaustauscheinheiten auch eine
gleichmäßige Eisbildung an den verschiedenen Wärmeaustauscheinheiten
ergibt.
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Die
Wärmeaustauschstrecken an den verschiedenen Wärmeaustauscheinheiten
verlaufen aber entlang unterschiedlich großer Wärmeaustauschflächen.
Damit beispielsweise die Wärmeaustauschstrecke an einer
Wärmeaustauscheinheit mit einer kleinen Wärmeaustauschfläche
nicht kürzer ist als die Wärmeaustauschstrecke
an einer anderen Wärmeaustauscheinheit mit einer größeren
Wärmeaustauschfläche, weist die Wärmeaustauschstrecke entlang
der kleinen Wärmeaustauschfläche erfindungsgemäß mehr
Umlenkungen auf.
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Besondere
Ausführungsarten der Erfindung nach Patentanspruch 1 ergeben
sich aus den abhängigen Patentansprüchen 2 bis
10.
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Gemäß Patentanspruch
2 sind die Wärmeaustauscheinheiten des erfindungsgemäßen
Eisspeichers aus im Wesentlichen zwei Platten einfach und kostengünstig
herstellbar. Zur Definition des Verlaufs der Wärmeaustauschstrecken
an den verschiedenen Wärmeaustausch einheiten dienen vorzugsweise
Schweißverbindungen zwischen den Platten.
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Bei
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung nach Patentanspruch
3 ergibt sich eine gleichmäßige Beaufschlagung
der Wärmeaustauschfläche mit Kältemittel,
indem die Wärmeaustauschstrecken zwischen zwei Umlenkungen
jeweils von einer Seite der Wärmeaustauschfläche
auf eine dieser Seite gegenüberliegende Seite der betreffenden
Wärmeaustauschfläche verlaufen.
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Durch
einen entsprechenden Vorteil zeichnet sich auch die Ausführungsart
der Erfindung nach Patentanspruch 4 mit Wärmeaustauscheinheiten
aus, welche Wärmeaustauschflächen mit gleicher
Höhe aber unterschiedlicher Breite aufweisen. Durch eine Zwangsströmung
des Kältemittels, die mehrfach über die gesamte
Breite der Wärmeaustauschflächen verläuft,
ist eine gleichmäßige Beaufschlagung mit Kältemittel über
die gesamte Breite der Wärmeaustauschfläche gewährleistet.
Zusätzlich ergeben sich so bei der Erfindungsbauart, bei
welcher der Verlauf der Wärmeaustauschstrecken mittels
Verbindungen zwischen zwei Platten definiert ist, Wärmeaustauscheinheiten
mit gleich langen Wärmeaustauschstrecken in einfacher Weise.
In diesem Fall werden vorzugsweise Wärmeaustauschstrecken
mit gleicher Länge erhalten, indem die Wärmeaustauscheinheiten
mit umso mehr Verbindungen versehen sind, je schmaler ihre Wärmeaustauschflächen
sind.
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Patentanspruch
5 betrifft eine vorteilhafte Ausführungsart eines Eisspeichers
mit Wärmeaustauscheinheiten, an welchen niedrige Druckverluste des
verdampfungsfähigen Kältemittels auftreten. Hierzu
nimmt der Querschnitt der Wärmeaustauschstrecken abgestimmt
auf die verdampfungsbedingte Volumenzunahme des Kältemittels
zu.
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Der
erfindungsgemäße Eisspeicher nach Patentanspruch
6 zeichnet sich durch eine schichtweise Anordnung der Wärmeaustauscheinheiten
in Dickenrichtung aus, aufgrund derer ein einheitlicher gegenseitiger
Abstand der Wärmeaustauscheinheiten in einfacher Weise
zu erreichen ist.
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Ausweislich
Patentanspruch 7 ist der erfindungsgemäße Eisspeicher
mit einem druckdichten Eisspeicher-Behälter versehen. Folglich
ist der Eisspeicher auch in Kälteanlagen mit einem nach
außen geschlossenen Kühlwasserkreislauf einsetzbar.
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Eine
hohe Raumausnützung des Innenraums des Eisspeicher-Behälters
ergibt sich ausweislich Patentanspruch 8 durch Wärmeaustauscheinheiten,
welche auf die Form des Behälter-Innenraums abgestimmte
Formen aufweisen. Dies ist insbesondere bei einem Eisspeicher gemäß Patentanspruch
9 mit einem zylinderförmigen Behälter-Innenraum
vorteilhaft.
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Eine
besonders hohe Raumausnützung des Behälter-Innenraums
ergibt sich bei einer bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung nach Patentanspruch 10,
indem die Wärmeaustauscheinheiten ringförmig ausgebildet
und miteinander konzentrisch angeordnet sind.
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Bedarfsabhängig
erweiterbar ist eine Eisspeicheranordnung nach Patentanspruch 11.
Darüber hinaus zeichnet sich diese Eisspeicheranordnung
durch einen geringen Platzbedarf aus, da der Eisspeicher-Behälter
unter Ausbildung eines gemeinsamen Behälter-Innenraums
mit einem Eisspeicher-Behälter eines weiteren Eisspeichers
verbindbar ist.
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Nachstehend
wird die Erfindung anhand schematischer Darstellungen von Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Es zeigen:
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1:
den grundsätzlichen Aufbau einer Kälteanlage mit
einem Eisspeicher (Stand der Technik),
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2:
eine erste Ausführungsart eines Eisspeichers,
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3:
eine zweite Ausführungsart eines Eisspeichers,
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4a,
b: zwei verschiedene Wärmeaustauscheinheiten in der Seitenansicht
und
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5a,
b: Schnittdarstellungen der Wärmeaustauscheinheiten aus
den 4a, b.
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1 zeigt
den Aufbau einer Kälteanlage 1 mit einem Eisspeicher 2.
Das Kältemittel des Eisspeichers 2 durchläuft
einen Kältemittelkreislauf 3, welcher auf der
rechten Seite der 1 dargestellt ist. Die Strömungsrichtung
des Kältemittels innerhalb des Kältemittelkreislaufes 3 wird
durch einen Pfeil 4 angedeutet.
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Bevor
das flüssige Kältemittel über einen Kältemittelzulauf 5 dem
Eisspeicher 2 zugeführt wird, muss es ein Druckventil 6 passieren,
welches mit einem Kältemittelablauf 7 des Eisspeichers 2 strömungsverbunden
ist. Mittels des Druckventils 6 kann sichergestellt werden,
dass sich eine für die Leistungsfähigkeit des
Eisspeichers 2 optimale Druckdifferenz zwischen dem Druck
im Kältemittelzulauf 5 und dem Druck im Kältemittelablauf 7 während
der Eisbildung einstellt. So öffnet sich bei einer Abweichung
von der gewünschten Druckdifferenz das Druckventil 6,
und bleibt geöffnet, bis sich diese Druckdifferenz wieder
eingestellt hat.
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Innerhalb
des Eisspeichers 2 durchströmt das Kältemittel
das Innere von mehreren parallel durchströmbaren Wärmeaustauscheinheiten,
welche in ihrer Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 8 bezeichnet
sind. Beim Durchströmen der Wärmeaustauscheinheiten 8 verdampft
das Kältemittel in zunehmendem Maße und besteht
beim Verlassen des Eisspeichers 2 folglich aus einer Gas-/Flüssigkeitsmischung.
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Die
Gas-/Flüssigkeitsmischung wird einem Kompressor 9 zugeführt,
in welchem das Kältemittel wieder vollständig
verflüssigt wird. Anschließend wird das flüssige
Kältemittel in einer gesonderten Wärmeaustauscheinheit 10 abgekühlt,
bevor es wieder dem Eisspeicher 2 zugeführt wird.
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Die
Wärmeaustauscheinheiten 8 des Eisspeichers 2 sind
in einem Eisspeicher-Behälter 11 angeordnet, der
mit zur Eisbildung dienendem Wasser 12 gefüllt
ist. Beim „Laden" des Eisspeichers 2 werden die
Wärmeaustauscheinheiten 8 unter Verdampfen des
Kältemittels gekühlt, wobei sich an den Wärmeaustauschflächen 13 der
Wärmeaustauscheinheiten 8 Eis 14 bildet.
Die Eisbildung wird beendet, bevor sich das Wasser 12 zwischen
den Wärmeaustauscheinheiten vollständig in Eis 14 umgewandelt
hat.
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Zum „Entladen"
des Eisspeichers 2, also zur Abgabe der gespeicherten „Kälteenergie",
dient ein auf der linken Seite der 1 skizzierter
Wasserkreislauf 15, welchen das Wasser 12 in einer
durch den Pfeil 16 angedeuteten Richtung durchströmt.
Der Wasserkreislauf 15 umfasst eine Verbrauchereinheit 17,
die beispielsweise in Form einer Klimaanlage ausgebildet sein kann.
Die Verbrauchereinheit 17 benötigt zu Kühlzwecken
kaltes Wasser 12 aus dem Eisspeicher 2, welches
sich beim Durchströmen der Verbrauchereinheit 16 erwärmt.
Das beim Verlassen der Verbrauchereinheit 16 warme Wasser 12 wird
anschließend zum Abkühlen wieder dem Eisspeicher 2 zugeführt.
Das Abkühlen des warmen Wasser 12 erfolgt in dem
Eisspeicher 2 unter Schmelzen des beim „Laden"
gebildeten Eises 14 und demnach unter Abgabe der in dem
Eisspeicher 2 gespeicherten „Kälteenergie".
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2 zeigt
eine erste Ausführungsart eines Eisspeichers 18 mit
einem zylindrischen Eisspeicher-Behälter 19, welcher
beispielsweise anstelle des Eisspeichers 2 in eine Kälteanlage 1 gemäß 1 eingebaut
werden kann.
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Der
Eisspeicher-Behälter 19 weist einen Wasserzulauf 20 und
einen Wasserablauf 21 auf. Mittels eines nicht gezeigten
Deckels kann der Eisspeicher-Behälter 19 druckdicht
verschlossen werden. Auf diese Weise kann der Eisspeicher 18 auch
in Kälteanlagen eingesetzt werden, welche einen nach außen
geschlossenen Wasserkreislauf erfordern.
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Im
Inneren des Eisspeicher-Behälters 19 sind drei
ringförmige Wärmeaustauscheinheiten 22, 23 und 24 in
Plattenbauweise miteinander konzentrisch angeordnet. Eine weitere
Wärmeaustauscheinheit 25 ist in die zylindrischen
Außenwand des Eisspeicher-Behälters 19 integriert.
Nach Außen ist die in die Außenwand integrierte
Wärmeaustauscheinheit 25 auf nicht im Einzelnen
gezeigte Art und Weise wärmeisoliert.
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Die
Wärmeaustauscheinheiten 22, 23, 24, 25 sind
in radialer Richtung im Wesentlichen gleich weit voneinander beabstandet
und dadurch gleichmäßig über den gesamtem
Innenraum des Eisspeicher-Behälters 19 verteilt.
Somit wird der gesamte Behälter-Innenraum einheitlich zur
Eisbildung genutzt.
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Die
Wärmeaustauscheinheiten 22, 23, 24,25 sind
gleich hoch, weisen aber aufgrund ihrer unterschiedlichen Ringdurchmesser
sehr unterschiedlich große, in 2 verdeckte
Wärmeaustauschflächen auf. Die in die Außenwand
des Eisspeicher-Behälters 19 integrierte Wärmeaustauscheinheit 25 unterscheidet
sich insofern von den übrigen Wärmeaustauscheinheiten 22, 23, 24,
als sie nur an ihrer Innenseite eine zur Eisbildung beitragende
Wärmeaustauschfläche besitzt.
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Ein
Kältemittelablauf 26 für die parallel durchströmbaren
Wärmeaustauscheinheiten 22, 23, 24 und 25 ist
an der Oberseite der Wärmeaustauscheinheiten 22, 23, 24 und 25 vorgesehen.
Ein Kältemittelzulauf ist an der Unterseite Wärmeaustauscheinheiten 22, 23, 24, 25 angeordnet,
in 2 aber nicht dargestellt.
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Beim
Durchströmen der Wärmeaustauscheinheiten 22, 23, 24, 25 durchläuft
das Kältemittel in allen vier Wärmeaustauscheinheiten 22, 23, 24 und 25 Wärmeaustauschstrecken
mit gleicher Länge. Infolgedessen zeichnet sich der Eisspeicher 18 durch
eine gleichmäßige Eisbildung an sämtlichen Wärmeaustauscheinheiten 22, 23, 24 und 25 aus.
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Eine
in 3 dargestellte Eisspeicheranordnung 27 umfasst
zwei Eisspeicher 28 und 29, die übereinander
angeordnet sind. Zur Veranschaulichung ist der obere Eisspeicher 28 teilweise
aufgeschnitten und etwas von dem unteren Eisspeicher 29 abgehoben
dargestellt.
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Beide
Eisspeicher 28 und 29 sind im Wesentlichen identisch
aufgebaut. Sie weisen jeweils einen zylindrischen Eisspeicher-Behälter 30 und 31 auf,
in deren Innenraum mehrere ebene Wärmeaustauscheinheiten
in Plattenbauweise angeordnet sind, welche insgesamt mit dem Bezugszeichen 32 versehen
sind.
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Die
Wärmeaustauscheinheiten 32 eines jeden Eisspeichers 27, 28 sind
gleich hoch aber unterschiedlich breit und weisen demnach auch unterschiedlich
große Wärmeaustauschflächen auf. Die Wärmeaustauschflächen
sind in 3 überwiegend verdeckt.
Die Wärmeaustauscheinheiten 32 sind in Dickenrichtung
mit einheitlichem gegenseitigem Abstand geschichtet. Aufgrund der
gleichmäßigen Verteilung der Wärmeaustauscheinheiten 32 über
den gesamten Innenraum der Eisspeicher-Behälter 30 und 31 wird
der gesamte Innenraum gleichmäßig zur Eisbildung
genutzt.
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An
dem oberen Eisspeicher 28 sind ein Kältemittelzulauf 33 und
ein Kältemittelablauf 34 für die parallel
durchströmbaren Wärmeaustauscheinheiten 32 oberhalb
der Wärmeaustauscheinheiten 32 angeordnet. Ebenso
weist der untere Eisspeicher 29 einen Kältemittelzulauf 35 und
einen Kältemittelablauf 36 auf. Die Kältemittelzuläufe 33, 35 und
die Kältemittelabläufe 34, 36 sind
an den Eisspeicher-Behältern 30, 31 seitlich
mit einem Kältemittelkreislauf verbindbar.
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Des
Weiteren sind seitlich angeordnete Wasserzuläufe 37 und
Wasserabläufe 38 vorgesehen. Der Wasserablauf
des oberen Eisspeichers 28 ist aufgrund der teilweisen
Schnittdarstellung nicht gezeigt.
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Im
montierten Zustand bilden beide Eisspeicher-Behälter 30, 31 einen
gemeinsamen Behälter-Innenraum. Daher ist es ausreichend,
wenn das Wasser über den Wasserzulauf 37 des unteren
Eisspeichers 29 zugeführt und über den
oberen, nicht gezeigten Wasserablauf des oberen Eisspeichers 28 abströmt.
Auf diese Weise ergibt sich eine Platz sparende Eisspeicheranordnung 27 mit
einer Kälteabgabeleistung, die doppelt so groß wie
die Kälteabgabeleistung eines einzelnen Eisspeichers ist.
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Außerdem
zeichnet sich die Eisspeicheranordnung 27 durch eine gleichmäßige
Eisbildung an sämtlichen Wärmeaustauscheinheiten 32 aus.
Dies ergibt sich durch die Ausgestaltung der Wärmeaustauscheinheiten 32,
welche Wärmeaustauschstrecken mit gleicher Länge
besitzen.
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Die
Wärmeaustauscheinheiten 32 der Eisspeicheranordnung 27 gemäß 3 und
die Wärmeaustauscheinheiten 22, 23, 24,
und 25 gemäß 2 sind prinzipiell
gleich aufgebaut.
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Der
grundsätzliche Aufbau und die grundsätzliche Funktionsweise
der Wärmeaustauscheinheiten 32 und der Wärmeaustauscheinheiten 22, 23, 24, 25 werden
anhand von zwei beispielhaften, in den 4 und 5 gezeigten Wärmeaustauscheinheiten 39 und 40 erläutert.
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Die
Wärmeaustauscheinheiten 39 und 40 sind
in den 4a und 4b in
einer Seitenansicht und in den 5a und 5b im
Schnitt entlang der Linien 41 und 42 in den 4a und 4b gezeigt.
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An
den Wärmeaustauscheinheiten 39, 40 sind
ein Kältemittelzulauf 43 und ein Kältemittelablauf 44 an
einander in vertikaler Richtung gegenüberliegenden Seiten
der Wärmeaustauscheinheiten 39, 40 angeordnet.
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Die
Wärmeaustauscheinheit 39 weist zwei Platten 45 und 46 aus
rostfreiem Stahl auf (5a). Unter Ausbildung eines
von einem Kältemittel durchströmbaren Platten-Innenraums
sind die Platten 45, 46 entlang eines randseitigen
Verbindungssteges 47 miteinander verbunden. Hierzu liegen
die Ränder der Platten aneinander an und sind an den Berührungsflächen
miteinander verschweißt. In gleicher Weise ist die Wärmeaustauscheinheit 40 mit
Platten 48, 49 und mit einem randseitigen Verbindungssteg 50 aufgebaut
(5b).
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Die
Wärmeaustauschflächen der Wärmeaustauscheinheiten 39, 40 sind
mit den Bezugzeichen 51 und 52 versehen und von
den randseitigen Verbindungsstegen 47, 50 eingefasst.
Die Wärmeaustauschflächen 51, 52 sind
rechteckig, gleich hoch, aber unterschiedlich breit. Im Speziellen
ist die Wärmeaustauschfläche 51 doppelt
so breit und demnach auch doppelt so groß wie die Wärmeaustauschfläche 52.
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Die
Wärmeaustauschstrecken sind in den 4a, 4b mittels
gestrichelter Linien 53 und 54 mit einem mittleren
Strömungspfad angedeutet. Ihr Verlauf wird durch Verbindungen
zwischen den Platten 45, 46, 48, 49 in
Form von Querstegen 55 definiert. Zur Ausbildung der Querstege 55 sind
die Platten mit gegenseitiger Berührung aneinander angelegt
und entlang der annähernd linienförmigen Kontaktfläche
miteinander verschweißt.
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Die
Querstege erstrecken sind in Richtung der Breite der Wärmeaustauschflächen 51, 52,
lassen aber wechselseitig Durchgänge 56 frei.
Auf diese Weise ergibt sich ein Verlauf der Wärmeaustauschstrecken 53, 54 mit
mehreren Umlenkungen 57. An der Wärmeaustauscheinheit 39 sind
drei Querstege 55 unter Ausbildung von drei Umlenkungen 57 vorgesehen.
Dahingegen weist die Wärmeaustauscheinheit 40 sieben
Querstege 55 und folglich sieben Umlenkungen 57 auf.
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Zwischen
zwei Umlenkungen 57 verlaufen die Wärmeaustauschstrecken 53, 54 jeweils
von einer Seite der Wärmeaustauschfläche 51, 52 auf
eine dieser Seite gegenüberliegende Seite der Wärmeaustauschfläche 51, 52.
Folglich strömt das Kältemittel zwischen zwei
Umlenkungen 57 über die gesamte Breite der Wärmeaustauschflächen 51, 52.
Die infolgedessen erzwungene Strömung des Kältemittels gewährleistet
eine gleichmäßige Beaufschlagung der Wärmeaustauschflächen 51, 52 mit
Kältemittel über die gesamte Breite der Wärmeaustauschflächen 51, 52.
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Insgesamt
sind die Wärmeaustauschstrecken 53, 54 an
beiden Wärmeaustauscheinheiten 39, 40 gleich
lang. Dies ergibt sich dadurch, dass die Wärmeaustauschstrecke 53 der
Wärmeaustauscheinheit 40 mehr Umlenkungen 55 aufweist,
als die Wärmeaustauschstrecke 54 der Wärmeaustauscheinheit 39.
Im Speziellen ist die Länge der Wärmeaustauschstrecke 53 an
der Wärmeaustauscheinheit 39 aufgrund der drei
Umlenkungen 55 viermal so groß wie die Breite
der Wärmeaustauschfläche 51 zuzüglich
deren Höhe. Die Länge der Wärmeaustauschstrecke 54 an
der Wärmeaustauscheinheit 40 beträgt
dahingegen achtmal die Breite der Wärmeaustauschfläche 52 zuzüglich
einmal deren Höhe. Da die Wärmeaustauschfläche 52 gleich
hoch aber nur halb so breit wie die Wärmeaustauschfläche 51 ist, ergeben
sich damit an den verschiedenen Wärmeaustauscheinheiten 39, 40 Wärmeaustauschstrecken 53, 54 mit
gleicher Länge.
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Im
Allgemeinen können an Wärmeaustauscheinheiten
mit gleich hohen, aber unterschiedlich breiten Wärmeaustauschflächen
Wärmeaustauschstrecken mit gleicher Länge bereitgestellt
werden, indem die Wärmeaustauschstrecken aufgrund von Umlenkungen
umso häufiger über die gesamte Breite der Wärmeaustauschflächen
verlaufen, desto schmaler die Wärmeaustauschfläche
ist.
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Insbesondere
ist das Verhältnis der Häufigkeit, mit welcher
die Wärmeaustauschstrecken über die Breite der
Wärmeaustauschflächen verlaufen, umgekehrt proportional
zu dem Verhältnis der Breiten der Wärmeaustauschflächen.
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In
Folge der einheitlichen Länge der Wärmeaustauschstrecken
stellen sich an den verschiedenen Wärmeaustauscheinheiten
beim Verdampfungsvorgang eines Kältemittels identische
thermodynamische Verhältnisse ein, wodurch sich letztendlich
eine gleichmäßige Eisbildung an den Wärmeaustauscheinheiten
ergibt.
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Aus
den 4a, b und 5a, b
ist ersichtlich, dass der Querschnitt der Wärmeaustauschstrecken 53, 54 in
Strömungsrichtung des Kältemittels zunimmt. Die
Querschnittszunahme ist eine Folge von zunehmenden Abständen
zwischen in Strömungsrichtung des Kältemittels
aufeinander folgenden Querstegen 55. Da die Querschnittszunahme auf
die Volumenzunahme des Kältemittels aufgrund des zur Eisbildung
dienenden Verdampfungsvorgangs abgestimmt ist, entstehen beim Passieren
der Wärmeaustauscheinheiten 39, 40 nur
insgesamt kleine Druckverluste.
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Eine
Vielzahl von annähernd punktförmigen Verbindungen 58 zwischen
den Platten 45, 46, 48, 49,
bewirken ein Durchmischen des Kältemittels quer zur dessen
Strömungsrichtung entlang der Wärmeaustauschstrecken.
Zudem wird eine turbulente Strömung des Kältemittels
erzeugt. An den punktförmigen Verbindungen 58 sind
die Platten über Punktschweißungen miteinander
verbunden.
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Die
Wärmeaustauscheinheiten 39, 40 stimmen – wie
bereits vorstehend erwähnt – grundsätzlich
baulich mit den Wärmeaustauscheinheiten 22, 23, 24, 25 aus 2 und
Wärmeaustauscheinheiten 32 aus 3 überein.
Der Hauptunterschied besteht darin, dass die Wärmeaustauscheinheiten 22, 23, 24, 25 aus 2 ringförmig
ausgebildeten sind, während die Wärmeaustauscheinheiten 39, 40 eben
sind. Von den Wärmeaustauscheinheiten 32 aus 3 unterscheiden
sich die Wärmeaustauscheinheiten 39, 40 hauptsächlich
dadurch, dass bei diesen das Kältemittel von oben, während
es bei den Wärmeaustauscheinheiten 39, 40 von
unten zugeführt wird.
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Abweichend
von den anhand der Figuren beschriebenen Eisspeichern, sind auch
Eisspeicher mit einem anderen Speichermedium als Wasser vorstellbar.
Auch können in ein und demselben Eisspeicher sowohl ebene
Wärmeaustauscheinheiten als auch gekrümmte Wärmeaustauscheinheiten
vorgesehen sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 0942239
B1 [0004, 0006, 0008]