Stand der Technik
-
Kältespeicher werden im wesentlichen als Eisspeicher zur Klimatisierung von Gebäuden und zum
Kühlen von Lebensmitteln eingesetzt, wenn die Kältemaschinen elektrobetrieben sind und ein
unterschiedlicher Stromtarif im Tagesablauf ein Zwischenspeichern von Kälte in Form von Eis wirtschaftlich
macht. Eisspeicher werden in unterschiedlichen technischen Lösungen gebaut, mit Materialien aus Stahl
und Kunststoffen, wobei in den überwiegenden Fällen das Eis um Rohrsysteme gebildet wird, die in
Eiswasserbecken geführt werden.
-
In allen Fällen der bekannten Anwendungen reicht die Kätenutzung im Temperaturbereich um 0°C aus,
wodurch normales Wasser als Eiswasser genutzt werden kann. Flüssigkeiten, die bei tieferen
Temperaturen unter 0°C zu Eis werden sind bekannt, aber keine technischen Anwendungen von
entsprechenden Speichersystemen.
-
Für den Einsatz in der produzierenden Industrie und in der Chemie kommen diese Systeme kaum in
Frage, da sie aufgrund der Korrosionsanfälligkeit, der inhomogenen Eisbeladung und Eisentladung ein
hohes Betriebsrisiko mit sich bringen und sehr leistungsschwach sind. Die Kälteleistung dieser Systeme
liegt heute in KW je nach Temperaturgefälle bei ca 15 bis 20% der installierten Kapazität in KWh. In der
Industrie sind aber vor allem sehr leistungsstarke Systeme gefragt, die die üblichen hohen Spitzenlasten
kompensieren, die bspw. nach einer Kristallisation, Reaktion oder Homogenisation erforderlich sind und
wodurch die Kaltwassersätze nach einer geringeren Nominallast dimensioniert werden könnten.
-
Ein relativ neues Eisspeicherverfahren nach Stand der Technik verwendet beidseitig geschlossene,
horizontal angeordnete Rohre in denen das Eis gebildet wird und die zu Rohrbündeln zusammengefaßt
sind. Dieses System ist äußerst betriebssicher, auch um einige %-Punkte leistungsstärker, aber sehr
aufwendig zu bauen, zu installieren und zu regeln.
-
Ein weiters neues Eisspeicherverfahren nach Stand der Technik speichert das Eis in vorwiegend
vertikal angeordneten Rohren, die zwischen Rohrboden nach dem Prinzip klassischer
Rohrbündelwärmetauscher eingebaut sind und eine Kälteentladung gleichzeitig über die Rohraußenseite und
Innenseite möglich ist. Die Leistungsstärke wird hiermit fast verdoppelt. Das Verfahren ist noch nicht
erprobt, würde aber bei erfolgreicher Erprobung, wie bereits angeführt, interessante Anwendungen in
der Industrie finden, wo große Spitzenkältelasten schnell verfügbar sein müssen.
-
Alle die nach Stand der Technik auffindbaren Systeme finden aufgrund des hohen Systemaufwandes
wirtschaftlich vorwiegend Anwendungen bei Kältebedarfskapazitäten über 1 MWh. Der Systemaufwand
ist vor allem deshalb so hoch, weil sowohl für die Kältebeladung als auch für die Kälteentladung im
Prinzip ein jeweils eigenes Kreislaufsystem mit Steuerungsarmaturen und Regelungen nach Stand der
Technik erforderlich ist.
Der Erfindung zugrundeliegendes Problem
-
Alle Kälteanlagen sind sehr energieintensiv und würden bei einer effizienteren Nutzungsmöglichkeit
neben dem wirtschaftlichen Effekt auch hohe Umweltentlastungen bringen. Dies gilt vor allem für sehr
kleine stationäre und mobile Anlagen wie Kühltransporter. Dies gilt vor allem auch dann, wenn die
Klimatisierung am Tag, wenn die Kraftwerke in der Regel überlastet sind, von Kältespeichern betrieben
werden, die Nachts geladen werden, wenn Kraftwerke freie Kapazitäten haben.
-
Damit könnte der Kraftwerkspark durch Abbau der Spitzenlasten sehr umweltfreundlich reduziert
werden. Um dies zu ermöglichen, müssen also vor allem im kleinen Leistungsbereich kommunaler
Einsatzgebiete, wo Tageskapazitäten weit unter 1 MWh benötigt werden, unkomplizierte, wirtschaftliche
und nahezu narrensichere Speichersysteme angeboten werden.
Erfindung
-
Die Erfindung verläßt den üblichen Stand der Technik dadurch, daß die Kälteentladungs eines
Kältespeichers nicht mehr wie bisher üblich über ein indirektes Kreislaufrohrsystem erfolgt, in dem die
Kälteenergie über ein Zwischenkälteträgermedium an einen Wärmetauscher geführt wird, der die
Kälteenergie an die zu kühlende oder klimatisierende Luft überträgt. Wesentliche Bauteile des
Kältespeichers dieser Erfindung sind so ausgeführt, daß sie die Kälte ohne Entladekreislauf direkt
durch freie Konvektion oder durch Ventilation der Umgebungsluft auf diese übertragen können.
-
Zu einer solchen Übertragung sind große Austauschflächen erforderlich, die sich automatisch bei einer
kältegespeicherten Platte ergeben, deren beide Plattenflächen als Austauschflächen zur
Umgebungsluft ausgeführt sind. Solche Kältespeicherplatten sind aber nur wirtschaftlich anwendbar
oder funktionsfähig, wenn
- a) sie schnell beladen werden können
- b) sie sich in der Grundauslegung nur äußerst langsam entladen
- c) sie dem Beladedruck eines Kälteträgermediums dicht standhalten
- d) der Speicherraum dem Druck des frierenden Speichermediums problemlos und dicht standhält
- e) die Eisbildung bei der Beladung völlig homogen erfolgt
- f) die Kälteentladung (Eisauftauung) völlig homogen ohne Blockbildung erfolgt
- g) die Kältebeladung und die Kälteentladung zu jedem Zeitpunkt völlig unabhängig vom Beladezustand
der Speicherplatte erfolgen kann
- h) die Eisbildung bei der Beladung auch dann ungehindert homogen erfolgt, wenn die Beladung nach
einer nicht vollständigen Entladung erfolgt und Eisrestteile im Speicher schwimmen
- i) das Volumen des Raums des durchströmenden Belademediums wesentlich kleiner ist, als das
integrierte Speichervolumen
- j) das Auffüllen mit dem Speichermedium sehr einfach und erst nach der abgeschlossenen Installation
erfolgen kann
- k) das beladende Kälteträgermedium nach dem Beladevorgang auf verschiedene Niveaus abgelassen
werden kann, wodurch sich die Kälteabstrahlleistung verändert eingestellt werden kann
- l) die Entladung auch dann homogen erfolgen kann, wenn sie nur über eine Plattenseite erfolgt und
die andere Plattenseite bspw. anwendungsbedingt isoliert ist
- m) das sich bildende Eis bei der Beladung keine Materialspannungen verursacht
- n) die Temperaturunterschiede bei der Kältebeladung zwischen dem Eiswasser in den
Speicherräumen und der Beladetemperatur keine Materialspannungen verursachen
- o) die Temperaturunterschiede bei der Kälteentladung zwischen dem Eis in den Speicherräumen und
der die Beladung verursachenden höheren Umgebungslufttemperatur keine Materialspannungen
verursachen
- p) das Verhältnis der Plattenoberfäche als kälteübertragende Fläche zum Speichervolumen variabel
je nach Bedarf ausführbar ist
- q) mehrere Speicherplatten ohne zusätzlichen technischen Aufwand zu Registerblöcken
anwendungstechnisch zusammengefügt werden können
- r) mehrere Speicherplatten ohne zusätzlichen technischen Aufwand auf der kältebeladenden Seite
parallel oder in Serie geschaltet werden können
- s) die uneingeschränkte Funktion der Speicherplatte auch in Schräglagen bis 45° gewährleistet ist
-
Unter genauer Betrachtung dieser wesentlichen Anforderungen ist es verständlich, daß es nach Stand
der Technik noch nicht gelungen ist, einen Kältespeicher zu entwickeln, der allen diesen 19
Grundanforderungen genügt. Die Technik der nachstehend beschriebenen Erfindung, die diesen bisher
nicht gelösten technischen Anspruch erfüllt, ist auch nur möglich geworden, weil es gelungen ist, bei der
Konzeption dieser Erfindung einigen Bauteile gleichzeitig mehrere thermische, strömungstechnische,
konstruktive und statische Funktionen zuzuteilen.
-
Die Erfindung verwendet hierbei die grundsätzliche Möglichkeit nach Stand der Technik, Kälte durch ein
eingefrohrenes flüssiges Medium innerhalb von Rohren oder Rohrprofilen (2) zu speichern.
-
Die Erfindung weicht hierbei vom Stand der Technik ab, indem vorzugsweise vertikal in Reihe
angeordnete Rohrprofile (2) an ihrem unteren Ende geschlossen sind und an ihrem oberen Ende an einem sie
verbindenden Rahmenprofil (8a) befestigt sind, das sie in hängender Weise trägt, indem zu jedem
Speicherrohr (2) eine verbindende Öffnung besteht, über die alle angeordneten Speicherrohre (2)
gleichzeitig auf Bedarf nach der Installation der Platte mit dem Kältespeichermedium (vorzugsweise
Wasser) (12) über einen zentralen Füllstutzen (8b) auf das vorgegebene Niveau gefüllt werden können.
-
Dieses beschriebene Speicherrohrregister wird nun an den beiden gegenüberliegenden großflächigen
Seiten von einem Mantel (4) sehr eng umschlossen, wobei er ebenfall am Speicherrohr tragenden Profil
(8a, oder 8c + 8d) dicht befestigt ist und zu allen anderen Seiten dicht verschlossen ist und an der
Unterseite hierbei vorzugsweise durch dichte Befestigung an einer Profilplatte (9) anschließt. Diese
Mantelfläche wird nun vorzugsweise als gekantete oder rund in Wellen geformte Platte ausgeführt, sodaß
beim Umschließen der Speichrrohre (2) auch die freien Räume zwischen den Speicherrohren weitgehend
geschlossen werden. Insgesamt bleibt aber zwischen den beiden umschließenden Platten (4) und den
Speicherrohren (2) ein Zwischenraum (15) bestehen, durch den ein die Speicherrohre (2) beladendes
oder entladendes Kälteträgermedium (3) ungehindert strömen kann und hierbei die gesamte äußere
Profilfläche der Speicherrohre (2) zum Wärme- oder Kälteaustausch benetzt.
-
2 Öffnungen (5, 6) an den Speicherplatten (4) oder alternativ an der unteren Profilwand (9) angebracht
dienen zum Zu- und Austritt des kältebeladenen Trägermediums und damit als Verbindungsanschlüsse
zum beladenden Kältekreislauf, wobei dieser Kreislauf auch als Entladekreislauf genutzt werden kann.
Vorzugsweise erfolgt die Entladung aber direkt über die Speicherplatten (4) an die anliegende zu
kühlende Umgebung, die vorzugsweise zu klimatisierende Außenluft darstellt.
-
Die Kälteübertragungsleistung der Speicherplatte kann nun variabel eingestellt werden, in den man bei
der Kälteentladung das Niveau der Flüssigkeit außerhalb der Speicherrohre (2) und innerhalb der Platten
(4) nach Fig. 3 verändert einstellt, also nach der Kältebeladung das beladende Kälteträgermedium (3)
entsprechend entleert oder teilweise entleert. Ohne Entleerung wird die Kälteenergie von den
Speicherrohren (2) über das Trägermedium (3) an die Außenplatten (4) gebracht, von denen eine Übertragung an
die Außenseite per freier Konvektion oder durch unterstützte Ventilation nach Fig. 7 erfolgt. Dies stellt
die maximale Leistungsübertragung dar. Läßt man das Kälteträgermedium (3) völlig aus der Platte
entleeren, so ensteht ein Luftraum zwischen den Speichrohren (2) und den sie umschließenden Platten
(4), der die Wärme- bzw. Kälteübertragung entsperchend reduziert. Mit einem unterschiedlichem
Ablaßniveau des Mediums (3) um die Speicherrohre kann nun bezüglich der Entladeleistung variiert werden.
-
Die Fig. 4a und 4b zeigen, daß die Kältespeicherplatte bei gleichbleibender Breite und Höhe in der
Bautiefe verändert werden kann und damit die Speicherkapazität durch die Reduzierung (Fig. 4a) oder
Erhöhung (Fig. 4b) der Anzahl der integrierten Speichrrohre (2).
-
Eine Bauvariante der Erfindung stellt die Verwendung von geschlossenen, horizontal liegenden
Speicherrohren (22) nach Fig. 10 dar. Das Grundsätzliche erfinderische Prinzip bleibt hierbei erhalten, auch
wenn bei dieser Variante nicht alle Vorteile der Lösung mit vertikalen Speicherrohren erzielt werden.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
-
Die global vorteilhafte Wirkung der Erfindung ist, daß die Kältespeicherplatten multifunktional
anwendbar sind, grundsätzlich keinen Etladekreislauf benötigen, ohne Kälteträger- und Speichermedien
transportiert und installiert werden können und funktionsfähig wirtschaftlich für Kältekapazitäten im kleinen
Leistungsbereich zwischen ca 5 und 500 KWh einsetzbar sind.
-
Ein ganze Kette von weiteren vorteilhaften Wirkungen dieser Erfindung läßt sich am besten dadurch
beschreiben, indem sie von den vorab dargestellten Anforderungen nach den 19 Punkten a) bis s)
abgeleitet werden. Es wird also wiederholt:
Solche Kältespeicherplatten sind aber nur wirtschaftlich anwendbar oder funktionsfähig, wenn
- a) sie schnell beladen werden können
Der die Kältespeicherrohre (2) umgebende Raum für die Umströmung durch das Belademedium (3)
erzeugt eine ideale strömungstechnische Turbulenz und damit einen relativ hohen K-Wert. Zudem ist
die Kälteübertragungsfläche F bei der Beladung ca 4 max gößer als bei gängigen Eisspeichrsystemen
mit kälteübertragenden Rohrschlangen kleiner Durchmesser. Fläche und K-Wert sind Faktoren in der
leistungsbestimmenden Formel Q = K × F × (t1 - t2), weshalb eine äußerst schnelle Kältebeladung eine
wichtige vorteilhafte Wirkung darstellen.
- b) sie sich in der Grundauslegung nur äußerst langsam entladen
Im wesentlichen Einsatzgebiet von Kältespeichern in der Kühlhaltung und klimatisierung von
Umgebungsluft müssen Speicher nur Kälteverluste kompensieren, die durch Isolierungen relativ klein
gehalten werden. Es gilt also nur, eine bestimmte Kühltemperatur zu halten, wozu ein geringe
Kälteleistung in KW bei großer Kältespeicherkapazität in KWH gewünscht ist, um eine möglichst lange
Speicherentladungszeit zu erreichen. Die vorteilhafte Wirkung der Erfindung erreicht diese Zielsetzung
nahezu ideal, da die Kälte vorzugsweise durch freie Konvektion an die Umgebung übertragen wird,
wobei der freie Raum (15) innerhalb der Kältespeicherplatte entleert werden kann und damit wie eine
gewollte leistungsreduzierende Dämmung wirkt.
- c) sie dem Beladedruck eines Kälteträgermediums (3) dicht standhalten
Die Speicherrohre (2) der Erfindung sind von außen druckunempfindlich, aber auch die Außenwände
(4) der Kältespeicherplatte, weil sie statisch durch ihre Profilierung verstärkt werden und oben wie unten
von den Trageprofilen stabil gehalten werden. Die Platten (4) könnten bei extremen Anforderungen
selbst problemlos durch Zuganker verbunden werden. Wenn man bedenkt, daß über 90% der gebauten
Eisspeicher nach Stand der Technik das Belademedium in Rohrschlangen führen, weil es äußerst
aufwendig ist, druckbeladene stabile Wände zu bauen, dann kommt diese vorteilhafte Wirkung der
Erfindung besonders zur Geltung.
- d) der Speicherraum dem Druck des frierenden Speichermediums dicht standhält
Runde Rohre sind von innen besonders druckstabil. Die Volumenveränderung des Kälteträgermediums
(3) in den Speicherrohren (2) bei der Umwandlung von flüssigen in den festen Zustand wir über ein
großes Luftpolster (11a) kompensiert.
- e) die Eisbildung bei der Beladung völlig homogen erfolgt
Das Eis (1) taut in den Speicherrohren (2) völlig homogen von der Rohrwand zum Rohrinneren auf und
erzeugt deshalb bei diesem Wachstum keine Druckspannungen.
- f) die Kälteentladung (Eisauftauung) völlig homogen ohne Blockbildung erfolgt
Das Eis (1) taut in den Speicherrohren (2) völlig homogen von der Rohrwand zum Rohrinneren auf und
erzeugt deshalb bei diesem Wachstum keine ungewollten Eisböcke, wie sie nach Stand der Technik
üblich sind.
- g) die Kältebeladung und die Kälteentladung zu jedem Zeitpunkt völlig unabhängig vom
Beladezustand der Speicherplatte erfolgen kann
Diese Anforderung, die nach dem Stand der Technik mit Rohrschlangensystemen in der Regel wegen
der inhomogenen Beladung nicht erzielbar ist, wird durch diese Erfindung problemlos erreicht, da der
teils entladene Speicherraum in den Speicherrohren (2) immer an der Speicherrohrwand liegt, also
genau an der Stelle wo die Eisbeladung ideal beginnt.
- h) die Eisbildung bei der Beladung auch dann ungehindert homogen erfolgt, wenn die Beladung
nach einer nicht vollständigen Entladung erfolgt und Eisrestteile im Speicher schwimmen
Eisreste schwimmen nach oben im nicht ganz gefüllten Speichrrohr (2, 11a, 12) womit im oberen Rohrteil
immer ein freier Volumen- und Druckausgleichraum bestehen bleibt. Dies stellt eine ganz wesentliche
vorteilhafte Wirkung dieser Erfindung dar.
- i) das Volumen des Raums des durchströmenden Belademediums wesentlich kleiner ist, als das
integrierte Speichervolumen
Die beidseitigen die Speicherrohre (2) einschließenden Platten (4) können ohne technischen
Zusatzaufwand auf Bedarf mm-nah an den Speichrrohren (2) angebracht werden, wodurch nur ein
äußerst geringes Volumen für die Beschickung durch das Belademedium erforderlich ist.
- j) das Auffüllen mit dem Speichermedium sehr einfach und erst nach der abgeschlossenen
Installation erfolgen kann
Das Zusammenfassen der Speicherrohre (2) mit einem verbindenden Profil (8a) und einem Füllstutzen
(8b) eliminiert das einzelne Auffüllen der Speicherrohre (2) vor der Lieferung und der Montage, welches
mit geschlossenen Eisspeicherrohren nach Stand der Technik sonst erforderlich ist.
- k) das beladende Kälteträgermedium nach dem Beladevorgang auf verschiedene Niveaus
abgelassen werden kann, wodurch sich die Kälteabstrahlleistung verändert eingestellt werden kann
Dies Möglichkeit, die diese Erfindung bietet und damit komplizierte Regelsysteme vermeidet, ist nach
Darstellung von Fig. 3 eine bedeutende vorteilhafte Wirkung zur leistungsmäßigen Bedarfsanpassung.
- l) die Entladung auch dann homogen erfolgen kann, wenn sie nur über eine Plattenseite erfolgt
und die andere Plattenseite bspw. anwendungsbedingt isoliert ist
Auch bei einer einseitigen Entladung zur Außenluft bleibt die Temperatur an allen Stellen der
Speichrrohrwand konstant und Materialspannungen aufgrund von Temperaturunterschieden sind
ausgeschlossen.
- m) das sich bildende Eis bei der Beladung keine Materialspannungen verursacht
Die vorteilhafte Wirkung ist bereits unter Punkt h) beschrieben.
- n) die Temperaturunterschiede bei der Kältebeladung zwischen dem Eiswasser in den
Speicherräumen und der Beladetemperatur keine Materialspannungen verursachen
Die Speicherrohre (2) und und die Speicheraußenplatten (4) sind nur an der Oberseite der
Kältespeicherplatte durch das Profil 8a oder 8c verbunden. Deshalb können sich sowohl die
Speicherrohre (2) als auch die Plattenaußenwände (4) völlig unabhängig von einander bei
Temperaturveränderungen ausdehnen.
- o) die Temperaturunterschiede bei der Kälteentladung zwischen dem Eis in den Speicherräumen
und der die Beladung verursachenden höheren Umgebungslufttemperatur keine
Materialspannungen verursachen
Die Beschreibung der vorteilhaften Wirkung bei Punkt o) gilt auch hier.
- p) das Verhältnis der Plattenoberfäche als kälteübertragende Fläche zum Speichervolumen
variabel je nach Bedarf ausführbar ist
Die Fig. 4a und 4b zeigen die einfache Erweiterbarkeit der Speicherkapazität bei gleichbleibender
Plattenoberfläche.
- q) mehrere Speicherplatten ohne zusätzlichen technischen Aufwand zu Registerblöcken
anwendungstechnisch zusammengefügt werden können
Dies ergibt die vorteilhafte Wirkung der Größenanpassung an unterschiedlichen Anwendungsbedarf
durch Kombination von Standardpaketn.
- r) mehrere Speicherplatten ohne zusätzlichen technischen Aufwand auf der kältebeladenden
Seite parallel oder in Serie geschaltet werden können
Dies ergibt ebenfalls die vorteilhafte Wirkung der Größenanpassung an unterschiedlichen
Anwendungsbedarf durch Kombination von Standardpaketn.
- s) die Funktion der Speicherplatte auch in Schräglagen bis 45° gewährleistet ist
Da die vorwiegend vertikal zu installierenden Speicherrohre (2) nach Fig. 2 nicht voll gefüllt sind,
können sie auch nicht überlaufen, wenn die Kältespeicherplatten anwendungsbezogen schräg installiert
werden müssen. Sie funktionieren also auch in diesem Einbauzustand uneingeschränkt.
-
Diese vorteilhafte Wirkung hat aber vor allem beim mobilen Einsatz von solchen Kältespeicherplatten
in Kühlcontainern nach Fig. 9 und 11 eine große Bedeutung, weil die Transportfahrzeuge ständig
wechselnde Steigungen bewältigen müssen.
-
Im Rahmen des Einsatzes von Kältespeicherplatten auf der Basis dieser Erfindung in Kühlcontainern
ergeben sich noch weitere bedeutende weitere vorteilhafte Wirkungen die in den Beschreibungen der
Fig. 9 und 11 genant sind. Hierbei ergibt sich nicht nur der wirtschaftliche Vorteil der effizienteren
Nutzung eines weitaus weniger kostenintensiven Fuhrparks. Auch die Möglichkeit einer großen
Verlagerung der Tagesstromnutzung für Kälteanlagen hin zur Nachtstromnutzung ist noch nicht alles.
Zentrale Kälteladestationen könnten bevorzugt an industriellen Energieerzeugungsanlagen, die viel
Abwärme ungenutzt lassen, angekoppelt werden und diese Wärme in Absorptionskälteanlagen nutzen.
-
Das wäre ein bedeutendes CO2-reduzierendes Programm im Dienste des Umweltschutzes.
Im Rahmen des Umweltschutzes können solche zentralen Kälteversorgenden Anlagen mit
regenerativen Energietechniken zumindest wirkungsvoll ergänzt werden.
Bezeichnung und Beschreibung der grafischen Figuren
-
Fig. 1 Prinzipdarstellung einer multifunktional anwendbaren Kältespeicherplatte in 3 Ansichten
mit 3 Schnittdarstellungen, wobei dei Kältespeicherrohre (2) in einer Reihe vertikal linear
angeordnet sind, am unteren Rohrende verschlossen und am oberen Rohrende
mit einem Profilrohr oder Profilbehälter (8) dicht verbunden sind. Dieses Profilrohr (8a) hat zu
vorzugsweise jedem Speicherohrinneren (1) eine Öffnung (10) und darüberliegend eine
verschließbare Öffnung (8b) über die die Speicherrohre (2) mit einem Kälteträgermittel (1),
vorzugsweise Wasser, auf ein vorgegebenes Niveau gefüllt werden, das die
Volumenveränderung beim Einfrieren des Kälteträgermittels (1) berücksichtigt.
-
Die vorzugsweise lineare Reihe aus Speicherrohren wird von 2 parallel angeordneten
Platten (4) umschlossen, die an der oberen Kante mit dem Profilrohr (8a), an der unteren
Kante mit einem weiteren Profil (9) und seitlich ebenfalls so dicht verbunden sind, daß sie
einen dichten Behälter ergeben. Sie sind weiterhin vorzugsweise in Wellenform profiliert,
sodaß sie die Speicherrohre (2) sehr eng umschließen, ohne diese oder sich selbst zu
berühren. Dieser aus den beiden Profilplatten (4) erzeugte Behälter ist mit 2 Öffnungen (5, 6)
versehen, die als Eintritt (5) und Austritt (6) eines Kälteträgermediums (3) dienen, das die
Kältespeicherrohre umströmt und hierbei die Speicherrohre (2) mit Kälteenergie belädt oder
entlädt.
-
Fig. 2 wie Fig. 1, wobei sich in den Speicherrohren (2) noch unbeladenes flüssiges
Kälteträgermedium (12) befindet und der freie Raum (11) über dieser Flüssigkeit (12) relativ groß ist.
-
Fig. 3 wie Fig. 2, wobei sich in den Speicherrohren (2) kältebeladenes gefrorenes
Kälteträgermedium, vorzugsweise Eis (12), befindet und der freie Raum (11) über dieser Flüssigkeit (12)
durch die Volumenausdehnung relativ klein ist. Gleichzeitig zeigt Fig. 3 mit den
Markierungen 75%, 50%, 25%, daß das beladende Kälteträgermittel (3) nach der Kältebeladung
auf ein unterschiedliches Niveau abgelassen werden kann. Im Beispiel der Fig. 3 ist dies
das 25%. Je nach Ablassniveau des beladeneden Kälteträgermediums (3) hat die beladene
Kältespeicherplatte eine entsprechende andere Abstrahlleistung, die somit eingestellt
werden kann, da Luft und Flüssigkeit andere Wärme- bzw Kälteübertragungswerte haben.
-
Fig. 4a wie Fig. 1, 2 und 3 jedoch mit weniger installierten Speicherrohren (2) wenn
anwendungsbezogen eine entsprechend kleinere Kältebeladekapazität benötigt wird.
-
Fig. 4b wie Fig. 1, 2 und 3 jedoch mit etwa 3mal so vielen installierten Speicherrohren (2)
mit 3 Rohrreihen wenn anwendungsbezogen eine entsprechend größere
Kältebeladekapazität benötigt wird.
-
Fig. 5 werden große Kältespeicherkapazitäten benötigt, so können mehrer Kältespeicherplatten
parallel zu einem Kältespeicherblock zusammengefaßt werden. Fig. 5 zeigt dies
beispielhaft durch Zusammenfügen von 2 Speicherplatten nach Fig. 4. In diesem Fall behält
vorzugsweise jede Speicherplatte ihr eigenes Sammelprofil (9), womit kleine
Transporteinheiten gegeben sind, die erst vor dem Einbau auf der Baustelle zusammengefügt werden.
Die Position der Anbringung der Ein- (5) und Ausstrittsöffnungen (6) des kältebeladenden
oder entladenden Kälteträgermittels (3) kann anwendungs- oder konstruktiv bedingt flexibel
an verschiedenen Stellen an den Platten (4) erfolgen.
-
Fig. 6a, b soll die Kälteentladung durch strömende Luft (23, 24) zum Beipiel in Kastengeräten von
zentralen Klimaanlagen erfolgen, so werden vorzugsweise mehrere Kältespeicherplatten
in einem solchen Abstand parallel zueinander installiert (Fig. 6b), daß die zu kühlende
Luft (23) zwischen den Platten hindurchströmt und somit die in den Platten gespeicherte
Kälte an den Plattenwänden (4) übernimmt und über einen Ventilator (26) zu den zu
kühlenden Räumen bringt. Damit die Platten sehr eng aneinander gefügt werden können,
wird das obere Profil (8a) und das untere Profil (9) anders ausgeführt, in der Form, daß das
untere Profil (9) zwischen den Platten (4) dicht eingefügt wird und die Eintritts- und
Austrittsstutzen (5, 6) für das Kältebelademedium an ihm angeschlossen werden. Die Funktion des
oberen Profils (8a) wird von den Platten (8b) und (8c) übernommen, die am oberen Ende
der Kältespeicherplatte in einem frei wählbaren Abstand voneinander zwischen den Platten
(4) dicht eingefügt werden, wobei die Funktion der Seitenwände des Profils (8a) von den
oberen Enden der Platten (4) übernommen werden.
-
Fig. 7 Prinzipdarstellung einer multifunktional anwendbaren Kältespeicherplatte, die zur
Klimatisierung beispielhaft in der Wand eines Gebäudes eingebracht ist. Über die Öffnungen
Zutritt (5) und Austritt (6) wird die Platte im Winter von Wärme durchströmt und beladen
und im Sommer von Kaltwasser, das bei Temperaturen unter 0°C die Speicherrohre (2)
mit Eis beladen kann. Die Entladung zur Raumtemperierung erfolgt über einen Luftstrom,
der die Speicherplatte hinter einer weiteren Trennwand (27) umströmt, in die der Luftstrom
über eine oder mehrere Öffnungen (28) eintritt (30) und über einen raumtemperaturgeregelten
-
Fig. 8 Prinzipdarstellung einer multifunktional anwendbaren Kältespeicherplatte, die zur
Klimatisierung eins Kühlraums an dessen Wandbefestigt ist, wobei die Kältebeladung von außen
über das Zutrittsrohr (5) und Austrittsrohr (6) und die Kälteentladung alleine durch freie
Konvektion im Kühlraum erfolgt.
-
Fig. 9 Prinzipdarstellung zweier Kältespeicherplatten, die die Seitenwandfunktion eines Containers
übernehmen und nach außen isoliert sind. Die anderen Containerwände wie Rückwand (16a)
und Türwand (16b) sind ebenfalls isoliert. Die Kältebeladung erfolgt von außen über das
Zutrittsrohr (31) und das Austrittsrohr (36), wobei das Kältebelademedium durch ein
Verbindungsrohr (17) der in diesem Beispiel in Serie geschalteten Kälteplatten strömt.
Der Containerinnenraum (18) nimmt bei guter Isolierung (7) nahezu die Temperatur der
Kälteplatten an und die in diesem Fall ungewollte Kälteentladung erfolgt durch freie
Konvektion an der Außenwand je nach Isolierungsdämmqualität (7), die damit auch die
nutzbaren Kühlzeit im Containerinnenraum (18) bzw. der Kälteentladung bestimmt.
Es ist eine Besonderheit, daß der Kälteladekreislauf über die Absperrventile 31 und 36
nach der Kältebeladung abgeschoben wird, das sich in den Speicherplatten befindliche
Kältelademedium über den Ablaufstutzen 34 in einen Zwischenlagerbehälter abgelassen
wird, bevor der Container auch über die Absperrventile 19 und 20 geschlossen und
zur mobilen Nutzung abgetrennt wird. Durch das Ablassen des Kältebelademediums wird
der Container wesentlich leichter und hat auch wesentlich geringere Kälteverluste, was
von funktionell sehr großer Bedeutung ist.
-
Fig. 10 Prinzipdarstellung einer multifunktional anwendbaren Kältespeicherplatte, in der die
horizontal angeordneten Kältespeicherrohre (22) beidseitig verschlossen sind, und bereits
bei der Plattenmontage mit dem Kälteträgermedium gefüllt sein müssen, was ein hohes
Transport- und Montagegewicht ergibt. Die Speicherrohre brauchen zudem distanzhaltende
Tragekonstruktion. Diese somit sehr aufwendige Speicherplattenvariante hat allerdings den
Vorteil, daß zwischen Beladen und Entladen keinerlei Kälte- bzw. Wärmespannungen in der
Platte entstehen können.
-
Fig. 11 Prinzipdarstellung einer möglichen Kälteladestation für Kühlcontainer (Fig. 9), die damit
kein zusätzliches Kühlsystem benötigen. Die Kälte wird in einer zentralen stationären
Ladestation (37) somit viel wirtschaftlicher und umweltfreundlicher erzeugt, da auch
regenerative Energiesysteme wie Wind- oder Solartechnik anwendbar werden.
Die Ladestation (37) hat eine je nach Größe erforderliche Anzahl an Kältezapfstellen (39),
an denen teils oder ganz entladene Container (40) angeschlossen werden, mit Kälte beladen
werden (41) und dann als beladene Conainer (42) von Transportern (43) abgeholt werden.
Diese bringen über eine Zufahrt (38) teils oder ganz entladene Container (44) zurück und
bringen beladene zum vorgesehenen Kühltransport weg (45). Damit sind klassische
Transporter einsetzbar, die viel kostengünstiger als spezielle Kühltransporter sind und weit
wirtschaftlicher ausgelastet sind, da sie neben dem Kühltransport andere Transporte
erledigen können.
Beschreibung der Bau- und Funktionsteile nach Fig. 1 bis 45
1 Kältespeichermittel (vorzugsweise Wasser bzw. Eis) in flüssigem oder gefrorenem Zustand
2 Kältespeicherzwischenräume als vertikale Profile oder Rohre ausgeführt
3 Kälteträgermedium zum Kältebeladen der Kältespeicherplatten (4)
4 2 Platten, die die Eisspeicherprofile (2) vorzugsweise sehr eng und dicht umschließen
5 Eintrittsöffnung für das beladenede Kälteträgermedium (3) in den Zwischenraum der Platten (4)
6 Ausrittsöffnung des beladeneden Kälteträgermediums (3) aus dem Zwischenraum der Platten (4)
7 je nach Anwendung der Kältespeicherplatten erforderliche Isolierung an einer Plattenwand
8a Die Kältespeicherrohre (2) verbindendes und tragendes, nach außen geschlossenes Profilrohr
8b Verschluß zum Füllen der Kältespeicherrohre (2) mit dem flüssigen Kälteträgermedium (12)
8c Profilplatte, die den Innenraum (15) der Speicherplatten (4) zu den Speicherohren (2) abschließt
8d Profilplatte, die den Innenraum (15) der Speicherplatten (4) nach oben abschließt
9 Profilplatte, die den Innenraum (15) zwischen den Kältespeicherplatten (4) nach unten abschließt
10 Öffnung zwischen dem tragenden Profilrohr (8a) und jedem Kältespeicherrohr (2)
11a freier Raum in den Kältespeicherrohren über dem unbeladenen flüssigen Füllmedium (12)
11b freier Raum in den Kältespeicherrohren über dem beladenen festen Füllmedium (12)
12 unbeladenes flüssiges Füllmedium (vorzugsweise Wasser) in den Kältespeicherrohren (2)
13 kältebeladenes festes Füllmedium (vorzugsweise Eis) in den Kältespeicherrohren (2)
14a Mauerwerk beim Einbau einer Kältespeicherplatte in eine Gebäudewand
14b kälteisolierte Wand beim Einbau einer Kältespeicherplatte in einen Kühlraum
15 isolierend wirkender vom Kälteträgermedium (3) entleerter Raum um die Kältespeicherrohre (2)
16a isolierte Kühlcontainerrückwand
16b isolierte Kühlcontainertürwände
17 Verbindungsleitung zwischen 2 Kältespeicherplatten für eine Serienschaltung in einem Container
18 zu kühlender Kühlcontainerinnenraum
19 Absperrarmatur am Kälteträgereintritt (5) in die als Containerwand ausgeführte Kältespeicherplatte
20 Absperrarmatur am Kälteträgeraustritt (5) aus der als Containerwand ausgeführte Kältespeicherplatte
21 abschließende Profilplatten des Kältespeicherinnenraums einer Kältespeicherplatte mit einzelnen,
beidseitig geschlossenen und horizonzal liegenden Kältespeicherrohren (22)
22 einzelnen, beidseitig geschlossenen und horizonzal liegenden Kältespeicherrohre
23 Luftstromzutritt in ein parallel angeordnetes Kältespeicherplattenregister in einem Kastengerät
24 Luftstromaustritt aus einem parallel angeordneten Kältespeicherplattenregister in einem Kastengerät
25 Ventilatorraum in einem Kastengerät, das mit Kältespeicherplatten ausgerüstet ist
26 Radialventilator in einem Kastengerät, das mit Kältespeicherplatten ausgerüstet ist
27 Abschlußplatte eines Luftführungsraums zur Raumluftabkühlung an einer Kältespeicherplatte
28 Lufteintrittsöffnung in einen Luftführungsraum an einer Kältespeicherplatte
29 raumtemperaturgeregelter Ventilator in der Lustaustrittsöffnung an einer Kältespeicherplatte
30 Raumluft am Eintritt in einen Luftführungsraum an einer Kältespeicherplatte
31 Klimatisierte (gekühlte oder erwärmte) Raumluft am Austritt aus einer Kältespeicherplatte
32 Absperrarmatur am Kälteträgeraustritt aus einer Kältezapfstelle (37)
33 Absperrarmatur am Kälteträgerrücklauf an einer Kältezapfstelle (37) vor dem Ablaufrohr (34)
34 Absperrarmatur des beladenden Kälteträgermediums nach der Beladung des Containers
35 Absperrarmatur am Kälteträgerrücklauf an einer Kältezapfstelle (37) nach dem Ablaufrohr (34)
36 Rückführungsrohr oder Schlauch des beladenden Kälteträgermediums zur Kälteladestation (37)
37 Kälteladestation für Kühlcontainer ohne integrierte Kälteenergieversorgung (Fig. 6)
38 Zu- und Abfahrtterrain zum Transporte zur Kälteladestation
39 Zapfstelle für Kälteenergie zum Beladen von Kühlcontainern (Fig. 6)
40 von Kälteenergie entladener Container
41 Kühlcontainer während der Beladung mit Kälteenergie
42 Kühlcontainer voll beladen mit Kälteenergie
43 Transporter, der an der Zapfstelle einen mit Kälteenergie voll beladenen Container übernimmt
44 Transporter, der einen entladenen Kühlcontainer zur Ladestation bringt
45 Transporter, der einen mit Kälteenergie voll beladenen Container abtransportiert