DE1941062B2 - Speicherwärmetauscher - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Speicherwärmetauscher mit einem Tank, der eine diesen durchsetzende zu kühlende
oder zu erwärmende Flüssigkeit und eine Sehüttung
aus kugelt rmigen Speicherelementen enthält,
welche mit der durch die Schüttung zirkulierenden Flüssigkeit im Wärmetausch stehen, die ihrerseits nut
einer Kühl- oder Heizeinrichtung W.irme lauscht.
Es ist bereits ein Wärmetauscher bekannt, in dem Kammern vorgesehen sind, welche mit festen Körpern,
/. B. Tonkugeln, gefüllt sind, die fühlbare Wärme mit den sie bestreichenden wärmetransportierenden Gasen
bzw. mit einer wärmeverniiitelnden Flüssigkeit austausehen.
Es ist weiter bekannt, billige periodisch anfallende
Energie. z. B. den Nachtstrom auszunutzen, indem man Kältemaschinen oder Heißv. asserg Täte mit Speichermassen
ausrüstet, die bei Änderung ;hres Aggregatzu-Standes
latente Wärme aufnehmen oüer abgeben. Hierbei
wird die .Speichermasse direkt durch ein Heizelement,
z. B. durch eine elektrische Heizung, oder ein Kühlelement, z. B. einen als Rohrschlange ausgebildeten
Verdampfer geladen. Wenn diese als Verdampfer susgebildete Rohrschlange sich in einem mit Wasser
gelullten Tank befindet, wird beim Aufladen, also beim
Kühlen Eis gebildet, welches sich als konzentrische Schicht um die Rohre ansetzt.
Da wegen der großen Volumenzunahme des Wassers beim Gefrieren der Behälter gesprengt werden
kann, sind Schutzmaßnahmen erforderlich, um die Dikkc
der die Rohre einhüllenden Eisschicht zu begrenzen. Die maximal tolerierbare Eisschicht beträgt etwa
5 mm, während die Wandstärke der Rohrschlange aus Kupfer etwa 1 mm beträgt. Aus dieser Relation geht
hervor, daß dem Eisgewicht des Kältespeichers etwa (das gleiche Kupfergewicht entspricht. Aus diesem
Crund haben Kältespeicher für die Kaltwasseraufbefeitung oder auch in Klimageräten bisher keine Vcrbreitung
gefunden. Eine gleichartige Anordnung für die Verwendung von Nitrathydraten, die bei 8O0C schmclfccn,
ist für die Wärmespeicherung zur Wassererzeugung bekannt. Eine Kupferschlange befindet sich in
tinem Tank, der mit der Speichermasse gefüllt ist und
wird vom Wasser durchströmt. Genau wie bei dem oben beschriebenen Kältespeicher bildet sich um das
Rohr bei der Wasserentnahme eine Salzkruste, die schließlich das ganze Behälterinnere füllt. Beim
Wiederaufheizen durch gleichmäßig in der Masse verteilte Heizstäbe entsteht eine starke Volumenzunahme,
so daß große Kräfte von dem Behälter aufgenommen werden müssen. Bei den bekannten Anordnungen wird
,,Ist» die .Speichermasse selbst durch direkte Kühlung
i.der Erwärmung aufgeladen und in Kontakt mit dem zu kühlenden oder zu erwärmenden Medium entladen.
Der Nachteil dieser Anordnung, den die Erfindung be-^
seitigen will, besteht darin, daß die .Speichermassen in'
kristallisiertem Zustand einen großen Wiirmeleiiwiderstand
zwischen dem Kühl- oder Heizregister und dem zu kühlenden oder zu erwärmenden Medium bilden.
Zum Schütze der die auskristallisierenden Speichermassen
aufnehmenden Behälter müssen kostspielige Kegeleinrichtungen vorgesehen sein.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Speicherwärmetauscher zu schaffen, bei dem die Wärmekapazität
des von der durchströmenden Flüssigkeit eingenommenen Raums größer ist als bei bekannten
Geräten.
Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß die Speicherelemente eine schmelzbare Speichermasse
enthalten und die Kühl- oder Heizeinrichtung unmittelbar in dem Tank angeordnet ist.
Der vorn zuerst erwähnte bekannte Wärmetauscher unterscheidet sich von dem Gerät nach der Erfindung
dadurch, daß keine schmelzbaren Speichermassen \erwendet werden und daß auch kein Heizgerät in dem
Flüssigkeitsstrom angeordnet ist.
Von dem zweitgenannten bekannten Gerät unterscheidet sich der .Speicherwärmetauscher nach der Erfindung
dadurch, daß das Heizgerät nicht direkt im Wärmetausch mit cien Wärmespeichermassen stein.
sondern das Kühl- oder Heizregister steht nur mit der Flüssigkeit im Tank im Wärmetausch und diese wiederum
steht mit der in den Körpern angeordneten Speichermasse in wärmeleitendem Kontakt. Die in dem
Tank befindliche, mit der Flüssigkeit in wärmeleitendem Kontakt stehende Speichermasse dient also dazu,
die Kühl- oder Wärmekapazität des Speichers be: gegebenem Volumen zu vergrößern.
Bei Kältegeräten kann damit ein im Vergleich zu den vorn beschriebenen Geräten verschwindend kleiner
Verdampfer im oberen Bereich de·· Gerätes angeordnet
werden. Durch Schwerkraftzirkulation fördert die Flüssigkeit im Tank die Wärme der Speicherkörper zu
dem Verdampfer. Bei einem Heizgerät wird analog ein Heizelement m unteren Bereich des Gerätes angeordnet
und die Flüssigkeit im Tank transportiert durch Konvektion die Wärme zu den Speicherkörpern. Die
Volumenzunahme der Speichermasse wirkt sich nun nicht mehr als mechanische Belastung des Tanks aus.
sondern führt nur zu einer unbedeutenden Verformung der einzelnen Speichermassenkörper. die sich in die
zwischen den Speicherelementen verbleibenden freien Zonen ausdehnen. Durch diese Maßnahme kann die
wärmetauschende Oberfläche zwischen Speichermasse und Brauchflüssigkeit beliebig groß gemacht werden,
wodurch nur eine kleine Temperaturdifferenz zwischen den Speicherelementen und der entnommenen Flüssigkeit
entsteht. Auch verbleibt zwischen den Speicherelementen stets ein flüssigkeitsgefülltcr Raum, so daß bei
plötzlicher Entnahme einer Menge der Brauchflüssigkcit
die Temperatur der Flüssigkeit derjenigen der Speicherelemente entspricht, solange die entnommene
Menge nicht größer ist als die in diesem Zeitraum in dem Tank gespeicherte Flüssigkeit. Dies gilt sowohl für
Kaltwassererzeuger, bei denen immer nur maximal '/51
zum Trinken entnommen wird, als auch bei Heißwassererzeugern, aus denen man heißes Wasser nur in
Mengen von wenigen Litern zum Kochen emnehmen will. Zum Baden werden zwar größere Mengen ent-
nnmmen, diese liahen aber eine geringen.1 Temperatur
Mil Kiiliespeichern nach der Erfindung lassen sich auch
Klimageräte verwirklichen, die iiachis dem Speicher
Wärnie entziehen, und damit am offenen Fensier stehe;id
die den Speicher durchsetzende l.ufi erwärmen
und am Tag ohne Einschaltung der Kältemaschine über einen von der Wärmeiragerflüssigkeit durchflossenen
Wärmetauscher die Raumluft kühlen.
An Hand eines Beispiels wird die Erfindung erläiiteri.
Die Zeichnung zeigt einen Kaltu assererzeuger in
perspektivischer Darstellung, wobei Teile der Tankwand durchbrochen dargestellt sind.
Der Kühler zum Erzeugen von kaltem Wasser hat eine nicht dargestellte Kältemaschine, deren Verdampfer
80 in dem Tank 83 angeordnet ist. Der Verdampfer 80 hai Rippen 8] und ist über einer Schüttung aus
Speicherelementen 82 angeordnet, die aus mit Speichermasse gefüllter. Körpern bestehen. Solche
Körper können aus zwei tiefgezogenen ineinanderpassenden Halbkugelschalcn bestehen, die nach dem Einfüllen
der Masse miteinander verschweißt oder verklebt werden. Hei eingeschalteter Kühlung führt das im
Tank 81 /wischen den Speicherelementen 82 befindliche
Wasser in Richtung der Pfeile 84 eine Konveklinnssiiomiing
aus und bewirkt damit die Abkühlung ■'■ der Speicherelemente 82. Bei Entladung, also bei Entnahme
von kaltem Wasser, wird Leitungswasser durch das Rohr 85 in die Ecke 86 geleitet und strömt dann
raumdiagonal durch die Schüttung aus den Speicherelementen 82 und aus dem Stutzen 87 heraus. Die
ίο .Speichermasse in den Speicherelementen entzieht dabei
dem Wasser Wärme, die von der Speichermasse latent gespeichert wird. Das Wesentliche an der dargestellten
Ausführungsform ist, daß der Verdampfer 80 nicht die Speicherelemente direkt kühlt, sondern daß
die Kühlung der Speicherelemente über das Brauchwasser, das sich in dem Tank 83 befindet, erfolgt.
Bei einem Warmwassererzeuger befindet sich unter den Speicherelementen 82 eine Heizung. Die Wärme
wird durch den Wasserkonvektionsstrom im Inneren dos Tanks von der Heizung an die Speicherelememe
abgegeben.
Hierzu 1 Blatt Zeichnuneen
Claims (1)
- Patentanspruch:Speicherwärmetauscher mit einem Tank, der eine diesen durchsetzende /u kühlende oder zu erwar- > mende Flüssigkeit und eine .Schüttung aus kugelförmigen Speicherelementen enthält, welche mit der durch die Schüttung zirkulierenden Flüssigkeit im Wärmetausch stehen, die ihrerseits mit einer Kühloder Heizeinrichtung Wärme tauscht, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherelemente (82) eine schmelzbare Speichermasse enthalten und die Kühl- oder Heizeinrichtung (80) unmittelbar in dem Tank (83) angeordnet ist.
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