DE102008051815A1

DE102008051815A1 - Vorrichtung zum Speichern und Wiederabgeben von Wärmeenergie

Info

Publication number: DE102008051815A1
Application number: DE102008051815A
Authority: DE
Inventors: Volkhard Dr. Nobis; Andreas Linck; Norbert Steinhoff
Original assignee: GEA Air Treatment GmbH
Current assignee: FlaektGroup Deutschland GmbH
Priority date: 2008-10-15
Filing date: 2008-10-15
Publication date: 2010-04-29

Abstract

Vorrichtung zum Speichern von in Luft befindlicher Wärmeenergie in einer Speichermasse und zum Wiederabgeben der Wärmeenergie an die Luft, wobei die Speichermasse von metallischen Spänen, metallischem Schaum und/oder metallischem Drahtgewebe gebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Speichern von in Luft befindlicher Wärmeenergie in einer Speichermasse und zum Wiederabgeben der Wärmeenergie an die Luft.
Es ist bekannt, die Wärmeenergie der aus einem Raum insbesondere einem Wohnraum austretenden Abluft in einer Speichermasse zu speichern und an die Zuluft (Außenluft) abzugeben. Hierzu werden Regeneratoren wie Rotationswärmeübertrager (Rotationswärmetauscher) verwendet, die ein Wärmerad aufweisen, das mit der Speichermasse gefüllt ist. Als lamellenförmige Speichermasse werden einander abwechselnde gewellte und glatte Lagen dünner Folien aus Aluminium oder rostfreiem Stahl verwendet. Der Einsatzbereich solcher Systeme hinsichtlich der erreichbaren Effektivität und der maximal zulässigen Luftströme wird im Wesentlichen durch das maximal realisierbare Gewicht, das durch die Lagertechnik und die Stabilität der Rotoren begrenzt wird, bestimmt. Eine zweite übliche Praxis besteht darin, mit zwei feststehenden Speichermassen zu arbeiten, über die die beiden an der Wärmerückgewinnung beteiligten Luftströme im periodischen Wechsel geführt und die Luftströme über Klappensysteme umgeschaltet werden. Als Speichermasse wird in der Regel auch Aluminium verwendet, das in Form von parallel zur Luftströmungsrichtung angeordneten Platten eingesetzt wird. Bei diesen bekannten Geräten ist der Grad der Wärmerückgewinnung nicht ausreichend und der Herstellungsaufwand der Speichermasse groß.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass bei einfacher und preiswerter Herstellung eine hohe Effektivität erreicht wird. Auch ist es Aufgabe der Erfindung die Flexibilität zur Anpassung an die erforderliche Leistungsfähigkeit einfach zu erreichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Speichermasse von metallischen Spänen, metallischem Schaum und/oder metallischem Drahtgewebe gebildet ist.
Aufgrund der hohen spezifischen Wärmekapazität, großen Wärmeleitfähigkeit, maximalen Oberfläche und geringen Materialstärke werden maximale rückgewonnene Energien und Effizienzen erreicht. Alle Materialien können sowohl gezielt für die Anwendung als Speichermaterial produziert werden oder können als Abfallstoffe aus industriellen Fertigungsprozessen stammen.
Es werden erreicht

– eine hohe Wärmerückgewinnung aufgrund der physikalischen Materialeigenschaften und der maximalen Oberfläche,
– ein minimaler Transportaufwand durch nachträgliches Befüllen der Speicher,
– eine einfache Herstellung, da kein Aufwand für Formgebung oder Montage des Speichermaterials, und
– eine einfache Reinigung des Speichermaterials in z. B. Ultraschallbädern,
– flexible Anpassung durch individuelle Passung zur Einstellung der scheinbaren Dichte.

Die Wärmeleitung in Strömungsrichtung wird durch die chaotische Struktur deutlich erschwert, so dass damit für das Gegenstromprinzip die erforderlichen Temperaturgradienten erhalten bleiben.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden näher beschrieben.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Speichern und Abgeben von in Luft befindlicher Wärmeenergie weist entweder ein Wärmerad in einem Rotationswärmeübertrager auf oder sie besitzt fest stehende wand- oder plattenförmige Speichermassen, an denen die Luftströme vorbei oder hindurch geführt werden. In beiden Fällen ist die Speichermasse von metallischen Spänen, metallischem Schaum und/oder metallischem Drahtgewebe gebildet. Hierbei bestehen die Späne, der Schaum und/oder das Drahtgewebe aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit insbesondere aus Aluminium oder Kupfer. Von Vorteil ist, wenn die Späne, der Schaum und/oder das Drahtgewebe antibakteriell und/oder fungizid beschichtet ist/sind. Auch kann die Speichermasse insbesondere die Späne zum Zweck des Stofftransports beschichtet sein, vorzugsweise mit einer Sorptionsbeschichtung. Eine hohe Homogenität der Speichermasse wird erreicht, wenn die Späne, der Schaum und/oder das Drahtgewebe vor, während und/oder nach dem Befüllen komprimiert wird/werden.
Bei Verwendung eines Rotationswärmeübertragers ist die Speichermasse in Kammern des Wärmerades angeordnet. Alternativ ist die Speichermasse in Kammern eines Umschaltsystems angeordnet.
Durch Wahl der Spanbreite, der Spandicke und des Materials wird die Fähigkeit zur zeitabhängigen Wärmeaufnahme eingestellt. Ferner kann durch die Spancharakteristik, vor allem durch den spezifischen Krümmungsradius und die Spanlänge, die Porosität der Füllung eingestellt werden.
Durch die gepresste Packungsdichte wird die Porosität und damit der Druckverlust der Durchströmung, die Wärmeübertragung und die Wärmespeicherfähigkeit bei der Inbetriebnahme und im Nachhinein eingestellt insbesondere optimiert. Das Speichermaterial wird aus Gründen der Hygiene regelmäßig entnommen und einem Reinigungsverfahren zugeführt.
Von größtem Vorteil ist es, wenn das Material eine möglichst große Oberfläche bei dünnen Wandstärken einnimmt. Auch wird mit der Außerbetriebnahme die Zerlegung zum Recycling vereinfacht.
Die chaotische Spanverteilung bietet eine bestmögliche Vermischung und damit Ausnutzung der Temperaturpotentiale.

Claims

Vorrichtung zum Speichern von in Luft befindlicher Wärmeenergie in einer Speichermasse und zum Wiederabgeben der Wärmeenergie an die Luft, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichermasse von metallischen Spänen, metallischem Schaum und/oder metallischem Drahtgewebe gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Späne, der Schaum und/oder das Drahtgewebe aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit insbesondere aus Aluminium oder Kupfer besteht/bestehen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Späne, der Schaum und/oder das Drahtgewebe antibakteriell und/oder fungizid beschichtet ist/sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichermasse insbesondere die Späne zum Zweck des Stofftransports beschichtet sind, vorzugsweise mit einer Sorptionsbeschichtung.
Verfahren zum Befüllen einer Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche mit Speichermasse, dadurch gekennzeichnet, dass die Späne, der Schaum und/oder das Drahtgewebe vor, während und/oder nach dem Befüllen komprimiert wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichermasse in Kammern des Rades eines Rotationswärmeübertragers angeordnet ist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichermasse in Kammern eines Umschaltsystems angeordnet ist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch Spanbreite, Spandicke und Material die Fähigkeit zur zeitabhängigen Wärmeaufnahme eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Spancharakteristik, vor allem durch den spezifischen Krümmungsradius und die Spanlänge, die Porosität der Füllung eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die gepresste Packungsdichte die Porosität und damit der Druckverlust der Durchströmung, die Wärmübertragung und die Wärmespeicherfähigkeit bei der Inbetriebnahme und im Nachhinein eingestellt bzw. optimiert wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material aus Gründen der Hygiene entnommen und einem Reinigungsverfahren zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material eine möglichst große Oberfläche bei dünnen Wandstärken einnimmt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Außerbetriebnahme die Zerlegung zum Recycling vereinfacht wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die chaotische Spanverteilung eine bestmögliche Vermischung und damit Ausnutzung der Temperaturpotentiale bietet.