DE1941062B2 - Speicherwärmetauscher - Google Patents

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)

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.