DE102021103279A1

DE102021103279A1 - Wärmeisolierter Speicherbehälter und Verfahren zur Auslegung eines wärmeisolierten Speicherbehälters

Info

Publication number: DE102021103279A1
Application number: DE102021103279.2A
Authority: DE
Inventors: Christian Becker; Jean-Jacques Fiacre
Original assignee: Viessmann Climate Solutions SE
Current assignee: Viessmann Climate Solutions SE
Priority date: 2021-02-11
Filing date: 2021-02-11
Publication date: 2022-08-11
Also published as: US20240125560A1; WO2022171246A1; EP4291829A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Speicherbehälter und ein Verfahren zu seiner Auslegung, umfassend eine den Speicherbehälter bildende, eine Innen- und eine Außenseite aufweisende Wandung (1) und eine an der Außenseite der Wandung (1) anliegende, den Speicherbehälter umschließende und an unterschiedlichen Bereichen (1.1, 1.2) der Wandung (1) unterschiedlich dick ausgebildete Isolationsschicht (2). Nach der Erfindung ist vorgesehen, dass die Isolationsschicht (2) an einem Bereich (1.1) mit einer überdurchschnittlichen großen Temperaturdifferenz zwischen Innen- und Außenseite der Wandung (1) dicker als an einem Bereich (1.2) mit einer geringeren Temperaturdifferenz zwischen Innen- und Außenseite der Wandung (1) ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen wärmeisolierten Speicherbehälter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zur Auslegung eines wärmeisolierten Speicherbehälters gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8.
Ein wärmeisolierter Speicherbehälter der eingangs genannten Art ist an sich allgemein bekannt, so dass es keines besonderen druckschriftlichen Nachweises bedarf. Ein solcher zur Aufnahme von Heizkreismedium (also in der Regel Wasser) vorgesehener, wärmeisolierter Speicherbehälter besteht dabei aus einer den Speicherbehälter bildenden, eine Innen- und eine Außenseite aufweisenden Wandung und einer an der Außenseite der Wandung anliegenden, den Speicherbehälter umschließenden und an unterschiedlichen Bereichen der Wandung unterschiedlich dick ausgebildeten Isolationsschicht. Bei der Auslegung eines solchen wärmeisolierten Speicherbehälters wird (zunächst ganz allgemein betrachtet) regelmäßig die Dicke der an der eine Innen- und eine Außenseite aufweisenden Wandung des Speicherbehälters anliegenden und diesen umgebenden Isolationsschicht festgelegt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen wärmeisolierten Speicherbehälter der eingangs genannten Art zu verbessern. Insbesondere soll ein wärmedämmtechnisch optimierter Speicherbehälter bereit gestellt werden.
Diese Aufgabe ist gegenständlich mit einem wärmeisolierten Speicherbehälter der eingangs genannten Art durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Verfahrensmäßig ist die Aufgabe durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 8 aufgeführten Merkmale gelöst.
Nach der Erfindung ist gegenständlich also vorgesehen, dass die Isolationsschicht an einem Bereich mit einer überdurchschnittlichen großen Temperaturdifferenz zwischen Innen- und Außenseite der Wandung dicker als an einem Bereich mit einer geringeren Temperaturdifferenz zwischen Innen- und Außenseite der Wandung ausgebildet ist, wobei es hier selbstverständlich um eine Temperaturdifferenz geht, die sich während des Betriebes, insbesondere während des stationären Betriebes, des Speicherbehälters einstellt. Verfahrensmäßig ist nach der Erfindung vorgesehen, dass ein Bereich der Wandung mit im Betrieb des Speicherbehälters überdurchschnittlicher großen Temperaturdifferenz zwischen Innen- und Außenseite der Wandung ermittelt und an dem ermittelten Bereich eine größere Dicke der Isolationsschicht als an einem sonstigen Bereich der Wandung festgelegt wird.
Mit anderen Worten ausgedrückt, zeichnet sich der erfindungsgemäße Speicherbehälter somit dadurch aus, dass die Dicke der Isolationsschicht orientiert am Wärmefluss durch die Wandung des Speichers ausgelegt ausgebildet ist. Je nach Verwendungszweck des Speicherbehälters bzw. je nach Wärmefluss können dabei an unterschiedlichen Bereichen der Wandung unterschiedliche Temperaturdifferenzen auftreten. Diese Bereiche werden dabei wahlweise - was für den Fachmann realisierbar ist - durch praktische Versuche oder aber auch durch eine Computersimulation ermittelt - was für einen Fachmann mit entsprechenden Simulationskenntnissen ebenfalls realisierbar ist. Sind diese Bereiche identifiziert, wird dort eine besonders dicke Isolationsschicht vorgesehen, um dadurch die Temperaturdifferenzen auszugleichen bzw. über die gesamte Wandung zu vergleichmäßigen. Ein derart ausgebildeter bzw. so ausgelegter Speicherbehälter ist wärmetechnisch günstiger als ein solcher, bei dem nicht beachtet wurde, an welchen Bereichen besonders große Temperaturdifferenzen drohen.
Um nach Anbringung der Isolationsschicht, was vorzugsweise durch Einschäumen des Speicherbehälters geschieht, einen außen möglichst glattflächigen und damit geometrisch bzw. bezüglich seiner weiteren Verbauung leicht handhabbaren Speicherbehälter zu erhalten, ist ferner, worauf weiter unten noch genauer eingegangen wird, besonders bevorzugt vorgesehen, dass die Wandung an den Bereichen mit überdurchschnittlicher Temperaturdifferenz zur Aufnahme der dickeren Isolationsschicht außenseitig konkav und innenseitig entsprechend konvex gekrümmt ausgebildet ist. Diese Maßgabe führt außerdem zu einem besonders druckstabilen Speicherbehälter.
Ferner ist noch besonders bevorzugt vorgesehen, worauf weiter unten nochmals näher eingegangen wird, dass der Speicherbehälter als Abtaupuffer bzw. Pufferspeicher einer Wärmepumpe (siehe hierzu zum Beispiel den Pufferspeicher gemäß der DE 10 2018 102 670 A1 ) ausgebildet und im Gehäuse der Wärmepumpe selbst, insbesondere einer zur Aufstellung im Innern eines Gebäudes vorgesehenen Wärmepumpe, angeordnet ist. Hierfür ist der erfindungsgemäße Speicherbehälter, der aufgrund seiner spezielle Gestaltung bzw. Formgebung sehr kompakt ist bzw. sein kann, besonders gut geeignet.
Besonders bevorzugt ist bei alle dem gegenständlich vorgesehen, dass die Isolationsschicht an dem Bereich bzw. denjenigen Bereichen dicker ausgebildet ist, an dem bzw. an denen im Betrieb des Speicherbehälters die Innenseite der Wandung kälter als die Außenseite der Wandung ist. Verfahrensmäßig ausgedrückt, ist somit besonders bevorzugt vorgesehen, dass zur Ermittlung der überdurchschnittlich großen Temperaturdifferenz eine Betriebsweise des Speicherbehälters gewählt wird, bei der die Innenseite der Wandung kälter als die Außenseite der Wandung ist. Diese Maßgaben sind dabei somit insbesondere an einer Betriebsweise des Speicherbehälters orientiert, bei der es an der Außenseite der Wandung zu einer Unterschreitung des Taupunktes und damit zu einer Kondensatbildung kommen könnte. Bei Verwendung des Speicherbehälters in einer Wärmepumpe ist dies insbesondere der sogenannte Kühlbetrieb, also der Betrieb, bei dem die Wärmepumpe zum Kühlen des Gebäudes verwendet wird.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
Der erfindungsgemäße wärmeisolierte Speicherbehälter bzw. das erfindungsgemäße Verfahren zu dessen Auslegung einschließlich seiner vorteilhaften Weiterbildungen gemäß der abhängigen Patentansprüche wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigt

1 im Schnitt den erfindungsgemäßen Speicherbehälter samt seiner Isolationsschicht;
2 perspektivisch den Speicherbehälter gemäß 1 ohne seine Isolationsschicht;
3 in Vorderansicht den Speicherbehälter gemäß 2; und
4 im Schnitt den Speicherbehälter gemäß 3 entlang der Schnittlinie D-D.

Der in den Figuren dargestellte Speicherbehälter besteht zunächst in bekannter Weise aus einer den Speicherbehälter bildenden, eine Innen- und eine Außenseite aufweisenden Wandung 1 und einer an der Außenseite der Wandung 1 anliegenden, den Speicherbehälter umschließenden und an unterschiedlichen Bereichen 1.1, 1.2 der Wandung 1 unterschiedlich dick ausgebildeten Isolationsschicht 2.
Die besagte Wandung 1 besteht dabei vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass der Speicherbehälter aus zwei zueinander passenden Halbschalen gebildet ist.
Ferner weist der Speicherbehälter vorzugsweise einen Zufuhranschluss 3 und einen Abfuhranschluss 4 auf (siehe insbesondere 2).
Bei der Auslegung eines solchen Speicherbehälters wird in bekannter Weise eine Dicke einer (bzw. der) an einer (bzw. der) eine Innen- und eine Außenseite aufweisenden Wandung 1 des Speicherbehälters anliegenden und den Speicherbehälter umgebenden Isolationsschicht 2 festgelegt.
Gegenständlich betrachtet, ist für den erfindungsgemäßen Speicherbehälter nun wesentlich, dass die Isolationsschicht 2 an einem Bereich 1.1 mit einer überdurchschnittlichen großen Temperaturdifferenz zwischen Innen- und Außenseite der Wandung 1 dicker als an einem Bereich 1.2 mit einer geringeren Temperaturdifferenz zwischen Innen- und Außenseite der Wandung 1 ausgebildet ist.
Verfahrensmäßig betrachtet, ist für den erfindungsgemäßen Speicherbehälter wesentlich, dass ein Bereich 1.1 der Wandung 1 mit im Betrieb des Speicherbehälters überdurchschnittlich großer Temperaturdifferenz zwischen Innen- und Außenseite der Wandung 1 ermittelt und an dem ermittelten Bereich 1.1 eine größere Dicke der Isolationsschicht 2 als an einem sonstigen Bereich 1.2 der Wandung 1 festgelegt wird.
Bezüglich der Formgebung ist weiterhin besonders bevorzugt vorgesehen, dass die Wandung 1 an dem Bereich 1.1 mit überdurchschnittlicher Temperaturdifferenz zur Aufnahme der dickeren Isolationsschicht 2 außenseitig konkav und innenseitig entsprechend konvex gekrümmt ausgebildet ist.
Ferner ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass die Wandung 1 an einem Bereich 1.3 mit überdurchschnittlichem Behälterinnendruck zur Erhöhung der Druckstabilität des Speicherbehälters gekrümmt, insbesondere gewellt, ausgebildet ist bzw. dass zur Vermeidung einer Verformung ein Bereich 1.3 der Wandung 1 mit überdurchschnittlichem Behälterinnendruck ermittelt wird, wobei die genaue Ermittlung und Auslegung der besagten Bereiche 1.1, 1.2 und 1.3 im Rahmen der vorgenannten Computersimulation entsprechend berücksichtigt wird.
Wie eingangs erläutert, ist weiterhin besonders bevorzugt vorgesehen, dass der Speicherbehälter in einem Gehäuse einer Wärmepumpe, insbesondere einer zur Aufstellung im Innern eines Gebäudes vorgesehenen Wärmepumpe, angeordnet ist. Oder in anderen Worten: Erfindungsgemäß ist eine Wärmepumpe mit einem Gehäuse und einem darin angeordneten Speicherbehälter der beschriebenen Art vorgesehen. Dabei ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass der Speicherbehälter als Abtaupuffer einer bzw. der Wärmepumpe ausgebildet ist, also insbesondere dazu dient, Wärme zum Abtauen eines vereisten Verdampfers bereit zu stellen. In diesem Zusammenhang ist ferner besonders bevorzugt vorgesehen, dass der Speicherbehälter ein Speichervolumen von weniger als 30 Litern, bevorzugt von weniger als 20 Litern, besonders bevorzugt weniger als 16 Litern, aufweist. Für eine möglichst kompakte Bauweise ist ferner noch besonders bevorzugt vorgesehen, dass die den Speicherbehälter umschließende Isolationsschicht 2 nach außen eine quaderförmige Gestalt aufweist.
Wie ebenfalls oben bereits ausgeführt, ist schließlich - und zwar insbesondere bei Verwendung in einer Wärmepumpe im Kühlbetrieb - zur Vermeidung einer Kondensatbildung zwischen der Wandung 1 und der Isolationsschicht 2 besonders bevorzugt vorgesehen, dass die Isolationsschicht 2 an dem Bereich 1.1 dicker ausgebildet ist, an dem im Betrieb des Speicherbehälters die Innenseite der Wandung 1 besonders kalt im Vergleich zu anderen Bereichen 1.2 und kälter als die Außenseite der Wandung 1 ist bzw. dass zur Ermittlung der überdurchschnittlich großen Temperaturdifferenz an einem (bestimmten) Bereich 1.1 (und im Vergleich zu anderen Bereichen 1.2) eine Betriebsweise des Speicherbehälters gewählt wird, bei der die Innenseite der Wandung 1 kälter als die Außenseite der Wandung 1 ist.
Wie ersichtlich, kann bei alledem die besagte Temperaturdifferenz je nach Betriebsweise des Speicherbehälters dabei positiv oder negativ sein, d. h. außen kalt und innen warm (zum Beispiel Heizbetrieb der Wärmepumpe) bzw. außen warm und innen kalt (zum Beispiel Kühlbetrieb der Wärmepumpe).
Bezüglich der angesprochenen Kondensation ist dabei letztlich bevorzugt vorgesehen, dass die Isolationsschicht 2 mindestens so dick ausgebildet ist, dass an keiner Stelle der Wandung 1 der Taupunkt unterschritten wird bzw. Kondensation auftritt.
Bezugszeichenliste

1: Wandung
1.1: Bereich
1.2: Bereich
1.3: Bereich
2: Isolationsschicht
3: Zufuhranschluss
4: Abfuhranschluss

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102018102670 A1 [0008]

Claims

Wärmeisolierter Speicherbehälter, umfassend eine den Speicherbehälter bildende, eine Innen- und eine Außenseite aufweisende Wandung (1) und eine an der Außenseite der Wandung (1) anliegende, den Speicherbehälter umschließende und an unterschiedlichen Bereichen (1.1, 1.2) der Wandung (1) unterschiedlich dick ausgebildete Isolationsschicht (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationsschicht (2) an einem Bereich (1.1) mit einer überdurchschnittlichen großen Temperaturdifferenz zwischen Innen- und Außenseite der Wandung (1) dicker als an einem Bereich (1.2) mit einer geringeren Temperaturdifferenz zwischen Innen- und Außenseite der Wandung (1) ausgebildet ist.
Wärmeisolierter Speicherbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung (1) an dem Bereich (1.1) mit überdurchschnittlicher großen Temperaturdifferenz zur Aufnahme der dickeren Isolationsschicht (2) außenseitig konkav und innenseitig entsprechend konvex gekrümmt ausgebildet ist.
Wärmeisolierter Speicherbehälter nach einem Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung (1) an einem Bereich (1.3) mit überdurchschnittlichem Behälterinnendruck zur Erhöhung der Druckstabilität des Speicherbehälters gekrümmt ausgebildet ist.
Wärmeisolierter Speicherbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die den Speicherbehälter umschließende Isolationsschicht (2) eine quaderförmige Gestalt aufweist.
Wärmeisolierter Speicherbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dieser in einem Gehäuse einer Wärmepumpe, insbesondere einer zur Aufstellung im Innern eines Gebäudes vorgesehenen Wärmepumpe, angeordnet ist.
Wärmeisolierter Speicherbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass dieser als Abtaupuffer einer Wärmepumpe ausgebildet ist.
Wärmeisolierter Speicherbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationsschicht (2) an dem Bereich (1.1) dicker ausgebildet ist, an dem im Betrieb des Speicherbehälters die Innenseite der Wandung (1) besonders kalt im Vergleich zu anderen Bereichen (1.2) und kälter als die Außenseite der Wandung (1) ist.
Verfahren zur Auslegung eines wärmeisolierten Speicherbehälters, bei dem eine Dicke einer an einer eine Innen- und eine Außenseite aufweisenden Wandung (1) des Speicherbehälters anliegenden und den Speicherbehälter umgebenden Isolationsschicht (2) festgelegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bereich (1.1) der Wandung (1) mit im Betrieb des Speicherbehälters überdurchschnittlich großer Temperaturdifferenz zwischen Innen- und Außenseite der Wandung (1) ermittelt und an dem ermittelten Bereich (1.1) eine größere Dicke der Isolationsschicht (2) als an einem sonstigen Bereich (1.2) der Wandung (1) festgelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vermeidung einer Verformung ein Bereich (1.3) der Wandung (1) mit überdurchschnittlichem Behälterinnendruck ermittelt und gekrümmt ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der überdurchschnittlich großen Temperaturdifferenz an einem Bereich (1.1) eine Betriebsweise des Speicherbehälters gewählt wird, bei der die Innenseite der Wandung (1) kälter als die Außenseite der Wandung (1) ist.