DE1205566B

DE1205566B - Waermeaustauscher, der durch ein Heiz- bzw. Kuehlmittel durchstroemt wird und in demwaerme-bzw. kaeltespeichernde Organe vorhanden sind

Info

Publication number: DE1205566B
Application number: DEN21954A
Authority: DE
Inventors: Hendrik Bernard Bouwmann
Original assignee: Bronswerk NV
Current assignee: Bronswerk NV
Priority date: 1961-08-17
Filing date: 1962-08-11
Publication date: 1965-11-25
Also published as: NL111094C; CH403820A; GB1011104A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

F25h

Deutsche Kl.: 17 f-12/07

Nummer: 1205 566

Aktenzeichen: N 219541 a/17 f

Amneldetag: 11. August 1962

Auslegetag: 25. November 1965

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmeaustauscher, der durch ein Heiz- bzw. Kühlmittel durchströmt wird und in dem wärme- bzw. kältespeichernde Organe vorhanden sind, die eine Substanz mit einem Ubergangspunkt, wie z. B. ein Salz mit Kristallwasser oder ein eutektisches Gemisch enthalten.

Ein derartiger Wärmeaustauscher, der durch ein Kühlmittel, insbesondere Pökel, durchströmt wird, wurde bereits zum Kühlen eines Kühlhauses vorgeschlagen; sobald der Kältebedarf größer als normal ist, z. B. bei und nach dem Einbringen neuer zu kühlender Erzeugnisse in eine Kühlzelle des Kühlhauses, werden die kältespeichernden Organe tätig.

Die kältespeichernden Organe bestehen dabei aus mehreren geschlossenen Dosen, welche die Substanz mit dem Übergangspunkt enthalten und durch das umlaufende Mittel umflossen werden. Die genannte Substanz kann z. B. aus einem Salz mit Kristallwasser bestehen oder aus einem Stoffgemisch mit einem Eutektikum. In diesen Fällen wird beim Überschreiten der sogenannten Übergangstemperatur — unter der im nachstehenden die zum Ubergangspunkt gehörende Temperatur oder die untere Grenze (bei Anwendung eines Kühlmittels) bzw. die obere Grenze (bei Anwendung eines Heizmittels) der zum Übergangspunkt gehörenden kurzen Temperaturstrecke verstanden wird — über eine kleine Temperaturstrecke sehr viel Wärme aufgenommen.

Die Substanz, welche bei einem Wärmeaustauscher für ein Kühlhaus in die Dosen eingeschlossen wird, ist derart gewählt, daß ihre Übergangstemperatur nur wenig höher ist als die Temperatur des umlaufenden Kühlmittels, die zum Aufrechterhalten der gewünschten Kühltemperatur erforderlich ist.

Sobald deshalb die Temperatur im Kühlhaus oder in einem Teil desselben und damit gleichfalls die Temperatur des umlaufenden Kühlmittels ansteigt, überschreitet die Temperatur der Substanz in den Dosen die Ubergangstemperatur, woraufhin die Substanz in einer beschränkten Temperaturstrecke eine erhebliche Wärmemenge aufnimmt.

Die geschlossenen Dosen, welche die Substanz mit dem Übergangspunkt enthalten, müssen eine derartige Form besitzen, daß sie in der Lage sind, schnell Wärme zu übertragen. Vorzugsweise müssen die Dosen deshalb flach und dünn ausgeführt sein. Die Dosen können zentral im Kühlhaus aufgestellt werden, wobei der Pökel längs der Dosen geführt wird. Hierbei tritt jedoch der Nachteil auf, daß das Kühlmittel unter Umständen große Abstände zurücklegen muß zwischen den zentral liegenden kältespeichernden Organen und der Stelle im Kühlhaus, in

Wärmeaustauscher, der durch ein Heiz- bzw.
Kühlmittel durchströmt wird und in dem wärme- bzw. kältespeichernde Organe vorhanden sind

Anmelder:

N. V. Bronswerk, Amersfoort (Niederlande)

Vertreter:

Dr. W. Andrejewski, Patentanwalt,

Essen, Kettwiger Str. 36

Als Erfinder benannt:
Hendrik Bernard Bouwmann,
Amersfoort (Niederlande)

Beanspruchte Priorität:

Niederlande vom 17. August 1961 (268 358)

der die Temperatur bis über die gewünschte Kühltemperatur angestiegen ist, wodurch die Wirkung der kältespeichernden Organe stark verzögert wird, während das Kühlmittel außerdem beim Erreichen der betreffenden Stelle seine zusätzliche Kühlfähigkeit, die es beim Passieren der kältespeichernden Organe erhalten hat, bereits teilweise verloren haben wird.

Um diesen Nachteil zu beseitigen, wurde bereits vorgeschlagen, die die Substanz enthaltenden Dosen einzeln in den Kreislauf des Kühlmittels aufzunehmen und sie an denjenigen Stellen anzuordnen, wo der Kältebedarf periodisch größer als normal werden kann. Hierdurch wird zwar der Abstand zwischen einer Stelle im Kühlhaus, wo die Temperatur bis über die gewünschte Kühltemperatur angestiegen ist, und der zugehörigen Dose im Kühlkreislauf erheblich verringert, jedoch muß die Gesamtleistung der einzelnen kältespeichernden Dosen viel größer sein als bei einer zentralen Anordnung der kältespeichernden Organe.

Die Erfindung hat den Zweck, einen Wärmeaustauscher zu schaffen, bei dem die genannten Nachteile in zweckmäßiger Weise beseitigt worden sind. Dazu ist der Wärmeaustauscher gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die genannten wärme- bzw. kältespeichernden Organe aus von dem Mittel durch die Leitungen des Wärmeaustauschers mitgeführten, die genannten Stoffe enthaltenden

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dünnwandigen Kugeln bestehen, deren Wand eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweist und deren Abmessungen in bezug auf diejenigen der Leitungen des Wärmeaustauschers klein sind.

Gemäß der Erfindung durchlaufen die Kugeln deshalb zusammen mit dem Heiz- bzw. Kühlmittel den Wärmeaustauscher, so daß sie beim Überschreiten der Übergangstemperatur der in den Kugeln eingeschlossenen Substanz immer an solchen Stellen Wärme abgeben bzw. aufnehmen, wo dies erforderlich ist.

Deshalb braucht die Gesamtleistung der Substanz in den Kugeln nur einen Bruchteil derjenigen zu betragen, welche bei einzelner Anordnung der bekannten geschlossenen, die Substanz enthaltenden Dosen nötig ist, und kann diese Gesamtleistung sogar kleiner sein als diejenige eines zentral angeordneten, durch mehrere derartige Dosen gebildeten speichernden Organs.

Da die Anordnung der eventuell zentral konzentrierten, eine Substanz mit einem Übergangspunkt enthaltenden Dosen bei Anwendung der Erfindung überflüssig wird, wird weiterhin eine recht merkliche Raumersparnis erreicht.

Die Kugeln müssen selbstverständlich so klein sein, daß sie einwandfrei und ohne Beschädigung die Leitungen, die Heiz- oder Kühlspiralen, die Kreislaufpumpen und die Absperrventile passieren können.

Obwohl im vorstehenden hauptsächlich die Anwendung eines Wärmeaustauschers für Kühlzwecke besprochen wurde, wird es deutlich sein, daß die Erfindung gleichfalls vorteilhaft angewandt werden kann, wenn der Wärmeaustauscher durch ein Heizmittel durchströmt wird. Dabei gibt die in die Kugeln eingeschlossene Substanz, wenn die Temperatur des Heizmittels unter die Übergangstemperatur der Substanz herabsinkt, über eine kleine Temperaturstrecke sehr viel Wärme ab. Die Erfindung kann beispielsweise mit Vorteil in solchen Fällen Verwendung finden, wo während gewisser Perioden, z. B. während der Stunden, in welchen die Elektrizitätswerke billig Energie liefern, Wärme aufgespeichert werden muß. Dabei kann eine unmittelbare elektrische Heizung des umlaufenden Mittels Verwendung finden oder kann die elektrische Energie zum Antreiben einer Wärmepumpe angewandt werden, welche dem Heizmittel die Wärme abgibt.

Weiterhin kann die Erfindung vorteilhaft in der chemischen Industrie Verwendung finden in Fällen, wo trotz Wärmezufuhr oder Wärmeabfuhr eine möglichst konstante Temperatur aufrechterhalten werden soll.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung erläutert, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt.

Fig. 1 zeigt im Querschnitt einen Teil einer Leitung eines Wärmeaustauschers, der durch ein Mittel durchströmt wird, das Kugeln nach der Erfindung mitführt;

F i g. 2 zeigt im Querschnitt eine Ausführungsform einer Kugel gemäß der Erfindung;

Fig. 3 zeigt im Querschnitt die Kugel nach F ig. 2 nach dem Überschreiten der Übergangstemperatur.

In Fig. 1 ist ein Teil einer Leitung 1 eines Wärmeaustauschers dargestellt, der durch ein Heiz- bzw. Kühlmittel 2 durchströmt wird, das Kugeln 3 mitführt, die eine Substanz 4 mit einem Übergangspunkt enthalten. Diese Substanz kann beispielsweise aus einem Salz mit Kristallwasser bestehen, das beim Überschreiten der Übergangstemperatur Kristallwasser abgibt (Fig. 3). Auch kann ein Stoff gemisch, das ein Eutektikum besitzt, in die Kugeln 3 eingeschlossen sein.

Die Substanz 4 besitzt die Eigenschaft, daß sie in einer verhältnismäßig beschränkten Temperaturstrecke eine Änderung erfährt, wobei eine Wärmemenge aufgenommen oder abgegeben wird, welche

ίο viel größer ist als das Produkt der mittleren spezifischen Wärme der betreffenden Substanz und des Temperaturunterschiedes, innerhalb dessen die Änderung vollständig stattfindet.
Die Kugeln 3 sind dünnwandig ausgeführt, wobei die Wand jeder Kugel 3 vorzugsweise aus einer widerstandsfähigen Haut 5 besteht, welche beispielsweise aus Kunststoff hergestellt ist. Hierdurch wird eine gute Wärmeübertragung zwischen der Substanz 4 in der Kugel 3 und dem die Kugel umgebenden Mittel 2 erreicht.

Wenn die Wand der Kugel 3 eine erhebliche Stärke besitzt, soll das Material, aus dem diese Wand gebildet ist, eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweisen.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, kann man vorteilhaft eine große Anzahl kleiner Kugeln 3 benutzen, wobei diese Kugeln 3 sogar etwa 40% des Gesamtinhalts der Leitungen des Kreislaufes ausfüllen können.

Wenn es gewünscht ist, die durch den Wärmeaustauscher aufrechtzuerhaltende Temperatur im Betrieb zu ändern, können Kugeln benutzt werden, von denen ein Teil eine andere Substanz als die übrigen Kugeln enthält, wobei diese Substanzen Übergangstemperaturen aufweisen, die je bei Anwendung eines Heizmittels etwas unter und bei Anwendung eines Kühlmittels etwas über einer dieser gewünschten aufrechtzuerhaltenden Temperaturen liegen. Selbstverständlich können auch mehr als zwei verschiedene Übergangstemperaturen aufweisende Substanzen die je in einer Anzahl der Kugeln eingeschlossen sind, in dieser Weise benutzt werden. Vorteilhaft kann man auch den Kugeln, die verschiedene Substanzen enthalten, abweichende Durchmesser geben, wodurch es erwünschtenfalls möglich wird, im Betrieb, beispielsweise mittels eines Siebes, die Kugeln, welche mit einer Substanz gefüllt sind, die bei der betreffenden gewünschten Temperatur außer Wirkung bleiben soll, vorübergehend aus dem umlaufenden Mittel zu entfernen, was beispielsweise von Bedeutung sein kann im Fall, daß sonst die Leistung des Wärmeaustauschers durch das Mitlaufen der unwirksamen Kugeln zu klein würde.

Claims

Patentansprüche:

1. Wärmeaustauscher, der durch ein Heizbzw. Kühlmittel durchströmt wird und in dem wärme- bzw. kältespeichernde Organe vorhanden sind, die eine Substanz mit einem Übergangspunkt, wie z. B. ein Salz mit Kristallwasser oder ein eutektisches Gemisch enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten wärme- und kältespeichernden Organe aus von dem Mittel durch die Leitungen des Wärmeaustauschers mitgeführten, die genannten Stoffe enthaltenden dünnwandigen Kugeln bestehen, deren Wand eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweist und deren Abmessungen in bezug auf diejenige der Leitungen des Wärmeaustauschers klein sind.

2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand jeder Kugel aus einer widerstandsfähigen Haut besteht.

3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine solche Anzahl der Kugeln im Mittel vorhanden ist, daß die Kugeln etwa 40% des Gesamtinhalts der Leitungen ausfüllen.

4. Wärmeaustauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Kugeln eine Substanz enthält, die eine andere Übergangstemperatur aufweist als die Substanz, welche in die übrigen Kugeln eingeschlossen ist.

5. Wärmeaustauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugeln, welche verschiedene Substanzen enthalten, abweichende Durchmesser aufweisen.

6. Kugel, die eine Substanz mit einem Übergangspunkt enthält und zur Mitführung durch ein Heiz- bzw. Kühlmittel bestimmt ist, das einen Wärmeaustauscher durchfließt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen