DE19619810A1

DE19619810A1 - Wärmespeicher mit Rührfunktion

Info

Publication number: DE19619810A1
Application number: DE19619810A
Authority: DE
Inventors: Kenso Kanada
Original assignee: NipponDenso Co Ltd
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1995-05-16
Filing date: 1996-05-15
Publication date: 1996-11-21
Also published as: US5957193A; JPH0933185A

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmespeicher, der von der mit dem Schmelzen und der Verfestigung eines Salzhydrats verbun denen latenten Wärme Gebrauch macht und der für eine schnell wirkende Heizeinrichtung für ein Kraftfahrzeug, einen schnellwirkenden Defroster, eine Motoröl-Heizeinrichtung, eine in einem Haus verwendete Heißwasser-Versorgungseinrich tung und dergleichen wirksam verwendbar ist.

Ein Wärmespeicher, der von latenter Wärme Gebrauch macht und bei dem mit einer Phasen- bzw. Zustandsänderung, beispiels weise dem Schmelzen, Verfestigen und dergleichen, eines Salz hydrats verbundene Wärme-Absorptionsvorgänge und -Freiset zungsvorgänge genutzt werden, ist in DE-A1-42 44 465 vorge schlagen.

In der Technik wird Ba(OH)₂·8H₂O, das ein Salzhydrat ist, als Wärmespeichermedium verwendet, das kein Unterkühlen verur sacht. Ba(OH)₂·8H₂O absorbiert in fester Phase latente Wärme von außen und verflüssigt sich, wenn der Schmelzpunkt er reicht wird. Wenn es sich aus der flüssigen Phase verfestigt, wird die absorbierte latente Wärme, beispielsweise 70 cal/g, nach außen freigesetzt bzw. abgegeben.

Durch Verwendung eines solchen Wärmespeichermediums wird eine große Menge latenter Wärme erreicht, und wenn die von außen absorbierte latente Wärme in eine Wärmespeichermedium einge speichert wird und die Wärme dann wenn benötigt freigesetzt wird, kann sie in effektiver Weise für eine schnellwirkende Heizeinrichtung für ein Kraftfahrzeug, einen schnellwirkenden Defroster, einen schnellwirkenden Heizsitz, eine Motoröl- Heizeinrichtung, eine in einem Haus verwendete Heißwasser- Versorgungseinrichtung und dergleichen in wirksamer Weise verwendet werden.

Wenn die Wasserverteilung zur Zeit des Schmelzens nicht gleichmäßig ist, tritt eine Phasenabscheidung auf, bei der ein ungeschmolzenes, hitzebeständiges Kristall hoher Dichte bei einer Temperatur gleich der Schmelztemperatur oder ober halb dieser abgelagert wird. Da die Schmelzwärme nicht in einer dem abgelagerten Kristall entsprechenden Menge absor biert werden kann, wird die Wärmespeicherungsdichte des Wär mespeichers reduziert. Um die Phasenabtrennung zu verhindern, indem beispielsweise die Verteilung der Wasserbildung zur Zeit des Schmelzens gleichmäßig ausgebildet wird, kann das Wärmespeichermedium mit hydrophilem Polysaccharid oder der gleichen, wie beispielsweise Xanthin-Gummi, als Eindickungs mittel gemischt werden (s. beispielsweise offengelegte japa nische Patentveröffentlichung 59-53 578).

Bei dem Wärmespeicher wie demjenigen, bei dem das Wärmespei chermedium, das ein Salzhydrat umfaßt, in einem Wärmespeiche rungsgefäß enthalten bzw. untergebracht ist, verändert sich selbst dann, wenn ein Eindickungsmittel zugegeben wird, die Verteilung der Wasserbildung zur Zeit des Schmelzens und wird, während das Wärmespeichermedium das Schmelzen und das Verfestigen wiederholt, der ungeschmolzene, hitzebeständige Kristall hoher Dichte selbst bei einer Temperatur gleich der Schmelztemperatur oder oberhalb dieser abgelagert. Des weite ren wird, wenn ein solcher Kristall vorhanden ist, der Kri stall zu einem Kern, und wächst der ungeschmolzene, hitzebe ständige Kristall, während das Schmelzen und das Verfestigen wiederholt werden. Daher kann die latente Wärme nicht in einer dem Kristall entsprechenden Menge absorbiert werden, und wird die Wärmespeicherungsdichte des Wärmespeichers redu ziert.

Da die spürbare Wärme des Eindickungsmittel geringer als die latente Wärme des Wärmespeichermediums ist, wenn das Eindic kungsmittel zugegeben wird, wird die Wärmespeicherungsdichte des Wärmespeichers um eine dem Eindickungsmittel entspre chende Menge reduziert.

Angesichts der vorstehend angegebenen Probleme besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, einen Wärmespeicher zu schaffen, bei dem die Verteilung der Wasserbildung, wenn das Wärmespei chermedium geschmolzen wird, ohne Zugabe eines Eindickungs mittels gleichmäßig ist und ungeschmolzene, hitzebeständige Kristalle hoher Dichte an einer Ablagerung bei einer Tempera tur gleich der Schmelztemperatur oder oberhalb derselben selbst dann gehindert sind, wenn das Schmelzen und das Verfe stigen wiederholt werden, wodurch es ermöglicht wird, die Wärmespeicherungsdichte des Wärmespeichers während einer lan gen Zeitspanne aufrechtzuerhalten.

Die obengenannte Aufgabe wird bei einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gelöst, indem ein Wärmespei chermedium, das eine Phase, die sich in reversibler Weise zwischen einer flüssigen Phase und einer festen Phase verän dert, dies in Verbindung mit einer Absorption und Abgabe la tenter Wärme, und ein Rührwerk vorgesehen werden, das das Speichermedium rührt. Das Wärmespeicherungsgefäß ist in einem Wärmeisoliergefäß angeordnet. Im Wärmeisoliergefäß ist des weiteren ein Wärmeübertragungsmedium vorgesehen.

Wenn das Wärmeübertragungsmedium mit einer Temperatur gleich der Schmelztemperatur des Wärmespeichermediums oder oberhalb derselben im Wärmeisoliergefäß durch einen Einlaß und einen Auslaß hindurch im Umlauf geführt wird, absorbiert das Wärme speichermedium latente Wärme aus dem Wärmeübertragungsmedium, und verflüssigt es sich. Da das Austreten und das die Eintre ten von Wärme durch das Wärmeisoliergefäß abgeschirmt ist, wird die latente Wärme im Wärmespeichermedium gespeichert. Wenn das Wärmeübertragungsmedium mit einer Temperatur niedri ger als die Schmelztemperatur des Wärmeübertragungsmediums im Wärmeisoliergefäß durch den Einlaß und den Auslaß hindurch im Umlaufgeführt wird, wird die gespeicherte latente Wärme an das Wärmeübertragungsmedium abgegeben, und verfestigt sich das Wärmespeichermedium.

Da das Wärmespeichermedium mittels des Rührwerks in dem Schritt gerührt werden kann, bei dem das Wärmespeichermedium die latente Wärme absorbiert und sich verflüssigt, wird die Verteilung des Wassers, das gebildet wird, wenn das Wärme speichermedium schmilzt, gleichmäßig, und ist die Bildung eines ungeschmolzenen, hitzebeständigen Kristalls hoher Dichte bei einer Temperatur gleich der Schmelztemperatur oder oberhalb derselben verhindert. Des weiteren kann das Wachstum eines ungeschmolzenen, hitzebeständigen Kristalls infolge der Wiederholung des Schmelzens und des Verfestigens verzögert werden. Da die gesamte latente Wärme einschließlich einer dem Kristall entsprechenden Menge absorbiert werden kann, kann die Wärmespeicherungsdichte des Wärmespeichers folglich wäh rend einer langen Zeitspanne ohne Zugabe eines Eindickungs mittels aufrechterhalten werden.

In bevorzugter Weise besitzt die Vorrichtung eine im Wärme speichergefäß bewegbare Kugel als Rührwerk, wobei sich die Kugel im Wärmespeicherungsgefäß bewegen kann, um das Wärme speichermedium zu rühren.

Die Kugel kann im Wärmespeicherungsgefäß durch die Vibration des fahrenden Kraftfahrzeugs und dergleichen frei bewegt wer den, so daß das Wärmespeichermedium im Wärmespeicherungsgefäß ohne Verwendung eines hierzu bestimmten Antriebs, beispiels weise eines Motors oder dergleichen, gerührt werden kann. Die für den hierzu bestimmten Antrieb notwendigen Kosten können folglich eingespart, werden und der Aufbau wird auch verein facht.

Weiter ist es möglich, daß das Wärmespeicherungsgefäß mittels des Antriebs als außerhalb des Wärmespeichergefäßes angeord netes Rührwerk in Vibration versetzt oder gedreht wird. Da unter Verwendung der Antriebseinrichtung ein stabiler Rühr vorgang durchgeführt wird, kann das Wärmespeichermedium im Wärmespeicherungsgefäß zuverlässig gerührt werden.

Des weiteren ist es möglich, daß das Wärmespeicherungsgefäß ein darin befindliches Rohrelement mit einem Ende besitzt, das das Wärmeübertragungsmedium durch den Einlaß hindurch aufnimmt, wobei das Rohrelement Löcher in seiner Wand besitzt und das Wärmeübertragungsmedium von dem Rohrelement aus in das Wärmeisoliergefäß fließt. Daher wird das aus den Löchern ausfließende Wärmeübertragungsmedium im Wärmeisoliergefäß im Umlauf geführt, wodurch Wärme mit dem Wärmespeichermedium im Wärmespeicherungsgefäß ausgetauscht wird.

Des weiteren kann das Isoliergefäß eine einzelne Öffnung auf weisen, und, da der Einlaß und der Auslaß mit der Öffnung in Verbindung stehen, kann die Wärmeisolierleistung des Wär meisoliergefäßes verbessert werden.

Die Vorrichtung kann des weiteren eine Heißwasser-Versor gungsquelle zur Lieferung von Heißwasser, das als Wärmeüber tragungsmedium dient, und einen Wärmeradiator bzw. Wärme strahler aufweisen, der für einen Wärmeaustausch des vom Wär mespeicher und von der Heißwasser-Versorgungsquelle geliefer ten heißen Wassers mit Luft sorgt, um ein enthaltenes Volumen aufzuheizen. Das heiße Wasser wird von der Heißwasser-Versor gungsquelle aus zum Wärmetauscher zum Aufheizen über das Wär meisoliergefäß mittels eines ersten Kreises im Umlauf ge führt. Das heiße Wasser wird vom Wärmeisoliergefäß aus zum Wärmetauscher zum Aufheizen mittels eines zweiten Kreises im Umlauf geführt.

Wenn das heiße Wasser mit einer Temperatur gleich der Schmelztemperatur des Speichermediums oder oberhalb derselben von der Heißwasser-Versorgungsquelle aus zum Wärmeisolierge fäß über den ersten Kreis im Umlauf geführt wird, verflüssigt sich das Wärmespeichermedium vom festen Zustand durch Absorp tion der latenten Wärme des heißen Wassers, und wird, da das Austreten und das Eintreten von Wärme durch das Wärmeisolier gefäß abgeschirmt sind, die latente Wärme im Wärmespeicherme dium gespeichert.

Wenn das heiße Wasser mit einer Temperatur niedriger als die Schmelztemperatur des Wärmespeichermediums vom Einlaß, vom Wärmestrahler, vom Wärmeisoliergefäß aus und zum Auslaß hin mittels des zweiten Kreises im Umlauf geführt wird, wird die gespeicherte latente Wärme an das heiße Wasser abgegeben, so daß sich das Wärmespeichermedium vom flüssigen Zustand aus verfestigt und das heiße Wasser aufgeheizt wird. Das aufge heizte heiße Wasser erfährt einen Wärmeaustausch mit Luft mittels des Wärmestrahlers, wodurch der Fahrgastraum aufge heizt werden kann.

Das Wärmeübertragungsmedium kann Motorkühlwasser eines Fahr zeugmotors sein, und der Wärmestrahler kann ein Heizkern zum Aufheizen des Fahrgastraums eines Fahrzeugs sein.

Wenn das Motorkühlwasser mit einer Temperatur niedriger als die Schmelztemperatur des Wärmespeichermediums vom Wärmeiso liergefäß aus zum Heizkern zum Aufheizen des Fahrgastraums durch den Einlaß und den Auslaß hindurch mittels des zweiten Kreises im Umlauf geführt wird, verfestigt sich, da die ge speicherte latente Wärme an das Motorkühlwasser abgegeben wird, das Wärmespeichermedium, wodurch das Motorkühlwasser aufgeheizt wird. Indem ein Wärmeaustausch des aufgeheizten Motorkühlwassers mit der Luft mittels des Heizkerns zum Auf heizen des Fahrgastraums durchgeführt wird, kann der Fahr gastraum sogar unmittelbar nach dem Anlassen des Fahrzeugmo tors schnell aufgeheizt werden, in dem das Motorkühlwasser noch nicht erwärmt ist.

Wenn das Motorkühlwasser mit einer Temperatur niedriger als die Schmelztemperatur des Wärmespeichermediums vom Motor des Fahrzeugs aus zum Heizkern zum Aufheizen des Fahrgastraums über das Wärmeisoliergefäß durch den Einlaß und den Auslaß mittels des ersten Kreises hindurch im Umlauf geführt wird, kann des weiteren die gespeicherte latente Wärme an das Mo torkühlwasser abgegeben werden, so daß sich das Wärmespei chermedium verfestigt und das Motorkühlwasser aufgeheizt wird. Die Aufwärmzeit unmittelbar nach dem Start der schnell wirkenden Heizeinrichtung für den Fahrgastraum und dem Anlas sen des Fahrzeugmotors kann durch das aufgeheizte Motorkühl wasser verkürzt werden. Durch die Verkürzung der Aufwärmzeit des Fahrzeugmotors können eine Reinigung des Abgas es und eine Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs erwartet werden.

Weitere Aufgaben und Merkmale der Erfindung ergeben sich im Laufe der nachfolgenden Beschreibung derselben.

Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung sind aus der nachfolgenden Detailbeschreibung bevorzugter Ausführungsfor men bei gemeinsamer Betrachtung mit den beigefügten Zeichnun gen deutlich ersichtlich; in den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene schematische Über sichtsansicht eines Wärmespeichers der ersten Aus führungsform der Erfindung;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des Rührwerks der er sten Ausführungsform;

Fig. 3 eine Vorderansicht des Kühlwasserabscheiders der er sten Ausführungsform;

Fig. 4 ein Systemdiagramm des Motorkühlmittelkreises der ersten Ausführungsform;

Fig. 5 ein Diagramm der Schmelz/Verfestigungs-Kennlinie von Ba(OH)_2·8H₂O, das in einem aus Messing hergestellten Wärmespeicherrohr eingefüllt ist;

Fig. 6 eine Übersichtsdarstellung der Verteilung des Ge halts von in Phasen aufgeteiltem Ba(OH)₂·8H₂O;

Fig. 7 eine Systemdarstellung der zweiten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 8 eine Systemdarstellung der dritten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 9 einen Schnitt durch eine vierte Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 10 einen Schnitt durch eine fünfte Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 11 einen Schnitt durch eine sechste Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 12 einen Schnitt durch eine siebte Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 13 einen Schnitt durch eine achte Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 14 einen Schnitt durch eine neunte Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 15 einen Schnitt durch eine zehnte Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 16 eine teilweise geschnittene Ansicht einer elften Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 17 eine teilweise geschnittene Ansicht des Wärmespei cherrohrs der elften Ausführungsform;

Fig. 18A einen Schnitt durch das Wärmeisoliergefäß der elften Ausführungsform;

Fig. 18B einen Schnitt durch das Wärmeisoliergefäß der ersten Ausführungsform;

Fig. 19A bis 19C schematischen Ansichten zur Darstellung eines Verfahrens für den Zusammenbau des Wärmespei chers der elften Ausführungsform;

Fig. 20A bis 20D schematische Darstellungen eines Verfahrens für den Zusammenbau des Wärmespeichers der elften Ausführungsform und

Fig. 21 ein Diagramm mit der Darstellung der Schmelz/Verfestigungs-Kennlinie von Ba(OH)₂·8H₂O bei der elften Ausführungsform.

Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Be zugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 bis 6 zeigen eine erste Ausführungsform der Erfindung, bei der die Erfindung in einer schnellwirkenden Heizvorrich tung für ein Fahrzeug eingebaut ist.

In Fig. 4 sind dargestellt ein Wärmespeicher 1 mit einer Rührfunktion, die weiter unten noch beschrieben wird, ein Motor 25 mit Wasserkühlung zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs, ein Wassermantel 26 für den Motor 25, ein Radiator 14 zum Kühlen des Motorkühlwassers, ein Gebläse 15 zur Zwangszufüh rung von Luft zum Radiator 14, eine vom Motor angetriebene Wasserpumpe 16, ein parallel zum Radiator 14 angeordneter By passkreis 41 und ein Thermostat 42 zur Regelung der Strömung des Kühlwassers zum Radiator 14 und zum Bypasskreis 41.

Das Bezugszeichen 28 bezeichnet einen Heizkern zum Erwärmen von Luft durch Wärmeaustausch des aufgeheizten Kühlwassers mit Luft, der in einem Kanal 27 einer Klimaanlage eingebaut ist. Das Bezugszeichen 17 bezeichnet eine elektrisch ange triebene Wasserpumpe zur Zuführung von Motorkühlwasser zum Wärmespeicher 1, und das Bezugszeichen 18 bezeichnet ein Ge bläse zur Zuführung von Luft von der Klimaanlage aus.

Das Bezugszeichen 20 bezeichnet einen ersten Kreis, mittels dessen das Motorkühlwasser vom Motor 25 aus zum Heizkern 28 über den Wärmespeicher 1 mit Rührfunktion im Umlauf geführt wird. Das Bezugszeichen 19 bezeichnet einen zweiten Kreis, mittels dessen das Motorkühlwasser vom Wärmespeicher 1 mit Rührfunktion aus zum Heizkern 28 im Umlauf geführt wird. Das Bezugszeichen 13 bezeichnet einen dritten Kreis, mittels des sen das Motorkühlwasser vom Motor 25 aus zum Radiator 14 im Umlauf geführt wird.

Das Bezugszeichen 50 bezeichnet einen Regelkreis zur Regelung einer schnellwirkenden Heizvorrichtung für ein Kraftfahrzeug bei der Ausführungsform, der Wassertemperatursensoren 23 und 24, elektromagnetische Schaltventile 21, 22, 43 und 44, die Wasserpumpe 17 und das Gebläse 18 regelt. Wenn der Fahrer den Schalter 51 einer schnellwirkenden Heizvorrichtung an der Schalttafel einer Klimaanlage eines Fahrzeugs einschaltet, beginnt der Regelkreis 50 zu arbeiten.

Nachfolgend wird der Aufbau des Wärmespeichers 1 gemäß Dar stellung in Fig. 1 bis 3 beschrieben.

Ein Kühlwasserabscheider 6, der aus einem korrosionsbeständi gen Metall hergestellt ist, ist in einem zylindrischen Innen gefäß 2, das aus einem korrosionsbeständigen Metall, bei spielsweise rostfreiem Stahl, hergestellt ist, angeordnet, um das Innengefäß 2 in zwei Bereiche zu unterteilen. Bei dieser Ausführungsform besitzt das Innengefäß einen Innendurchmesser von 100 mm und eine innere Kapazität von 0,82 l. Die Dicke des Kühlwasserabscheiders 6 ist dünn ausgebildet, beispiels weise etwa 1 mm, um kompakt aufgenommen werden zu können, je doch noch fest bzw. zäh zu bleiben. Löcher 12 sind an einem Ende des Kühlwasserabscheiders 6 vorgesehen und am Boden des Innengefäßes 2 angeordnet. Wärmespeicherrohre 5 je mit einer Höhe gleich der inneren Höhe des Innengefäßes 2 füllen das Innengefäß 2 aus, wodurch die Wärmespeicherrohre 5 wirksam untergebracht und befestigt sind, so daß sie sich innerhalb des Innengefäßes 2 nicht bewegen. Da der Querschnitt jedes Rohrs 5 kreisförmig ist, ist zwischen benachbarten Rohren 5 eine Bahn ausgebildet, die weiter unten noch beschrieben wird und durch die hindurch Motorkühlwasser strömt.

Die Wärmespeicherrohre 5 sind aus einem korrosionsfesten Me tall mit hervorragender Wärmeleitfähigkeit, das leicht bear beitet werden kann, beispielsweise aus Messing, hergestellt. Die Wände der Rohre 5 sind dünn, und der Durchmesser der Rohre 5 ist klein, um eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit zu haben, während sie noch starr sind. Bei dieser Ausfüh rungsform mißt der Durchmesser der Rohre 14 mm, und mißt die Dicke der Rohrwände 0,5 mm. Ein Ende des Rohres 5 ist voll ständig abgedichtet, und das andere Ende besitzt eine Gewin debohrung 11b. Eine Kugel 10, hergestellt aus einem korrosi onsbeständigen Metall, ist in jedem Rohr 5 durch die Gewinde bohrung 11b hindurch eingesetzt, das Rohr 5 ist mit geschmol zenem Wärmespeichermedium 9 gefüllt, und die Gewindebohrung 11b ist mittels einer Schraubkappe 11, die beispielsweise aus Messing hergestellt ist, verschlossen.

Das Bezugszeichen 11a bezeichnet einen Schraubenschlüssel- Aufnahmebereich, an dem die Schraubenkappe 11 befestigt ist. Als Wärmespeichermedium 9 wird ein Salzhydrat verwendet, das eine große latente Wärme besitzt und das bei einer Temperatur des Motorkühlwassers im stationären Antriebszustand, bei spielsweise bei 90°C bis 100°C, vollständig geschmolzen ist und das bei einer Temperatur des Motorkühlwassers, die für eine Temperatur der heißen Luft zum Aufheizen des Fahrgast raum des Fahrzeugs erforderlich ist, beispielsweise bei 40°C bis 60°C, vollständig verfestigt ist. Bei dieser Ausführungs form wird Ba(OH)₂·8H₂O mit einem Schmelzpunkt von 78°C und einer latenten Wärme von 70 cal/g verwendet. Ein Material, das eine Unterkühlung erfährt, so daß das Phänomen der Pha senveränderung dann, wenn es vom geschmolzenen Zustand auf eine Temperatur unterhalb der Temperatur der Phasenänderung abgekühlt wird, nicht auftritt, und das sich nicht ändert, wenn ein äußerer Stoß erfolgt, wird nicht als Wärmespeicher medium 9 verwendet.

Die Kugel 10 kann sich im Wärmespeicherrohr 5 frei bewegen. Die Größe der Kugel 10 ist auf eine Größe eingestellt, die ausreicht, das Wärmespeichermedium 9 zu rühren. Bei dieser Ausführungsform mißt der Durchmesser vorzugsweise 7 mm, was die Hälfte des Innendurchmessers des Wärmespeicherrohrs 5 ist. Im Innengefäß zwei mit einer Kapazität von 0,82 l sind das Wärmespeichermedium 9 mit einer Kapazität von 0,46 l, die Speicherrohre 5 je mit einer Kapazität von 0,06 l und etwa 0,3 l Motorkühlwasser aufgenommen.

Im zylindrischen Außengefäß 3, das aus einem korrosionsbe ständigen Metallmaterial hergestellt ist, ist das Innengefäß 2 angeordnet. Eine Vakuum-Isolationsschicht 4 zum Isolieren des Wärmeaustausches mit dem Äußeren ist zwischen dem Außen gefäß 3 und dem Innengefäß 2 angeordnet. Das Innengefäß 2, das Außengefäß 3 und die Vakuum-Isolationsschicht 4 bilden ein Wärmeisoliergefäß 39 zur Abschirmung des Wärmeaustauschs mit dem Äußeren. Ein Motorkühlwasser-Einlaßrohr 8 und ein Mo torkühlwasser-Auslaßrohr 7 je aus einem korrosionsbeständigen Metall hergestellt, sind mit einem Ende des Innengefäßes 2 und des Außengefäßes 3 hermetisch abgedichtet verbunden.

Der Wärmespeicher 1 ist im Motorraum (nicht dargestellt) eines Kraftfahrzeugs in solcher Weise eingebaut, daß die Wär mespeicherrohre 5 horizontal zum Boden verlaufen, das Motor kühlwasser-Einlaßrohr 8 im unteren Teil des Motorraums ange ordnet ist und das Motorkühlwasser-Auslaßrohr 7 eine Lage im oberen Teil des Motorraums einnimmt. Das Motorkühlwasser strömt vom unteren Teil in Richtung auf den oberen Teil, und kann einen U-förmigen Bogen im Wärmeisoliergefäß 39 mittels des Kühlwasserabscheiders 6 vollziehen. Des weiteren ist die Strömungsmenge des Motorkühlwassers durch die Größe jedes der Löcher 12 am Kühlwasserabscheider 6 eingestellt, wodurch der Wirkungsgrad des Wärmeaustauschs verbessert wird.

Nachfolgend wird die Arbeitsweise der ersten Ausführungsform beschrieben.

Wenn der Motor 25 gestartet wird und der Fahrer den Schalter 51 der schnellwirkenden Heizeinrichtung an der Bedienungsta fel der Klimaanlage eines Fahrzeuges betätigt, schließt zu erst die Steuerschaltung 50 die elektromagnetischen Schalt ventile 21 und 22, und öffnet die Steuerschaltung 50 die elektromagnetischen Schaltventile 43 und 44, so daß Motor kühlwasser, dessen Temperatur auf etwa die Temperatur der freien Luft abgesenkt ist, zum Wärmespeicher 1 durch den zweiten Kreis 19 hindurch bedingt durch die Wasserpumpe 17 strömt. Da die Temperatur des Motorkühlwassers unterhalb der Schmelztemperatur des Wärmespeichermediums 9 liegt, wird das Wärmespeichermedium 9 gekühlt, verfestigt es sich, und wird gespeicherte latente Wärme abgegeben. Das Motorkühlwasser im Innengefäß 2 wird durch die Wand der Wärmespeicherrohre 5 hindurch erhitzt, so daß die Temperatur des Motorkühlwassers schnell erhöht werden kann.

Wenn das erhitzte Motorkühlwasser dem Heizkern 28 mittels der Wasserpumpe 17 zugeführt wird, führt das Wasser einen Wärme austausch mit Luft durch, deren Temperatur etwa gleich der Temperatur der freien Luft ist, die mittels des Gebläses 18 gefördert wird, und wird warme Luft in den Fahrgastraum ge schickt. Das Motorkühlwasser wird im zweiten Kreis 19 im Um lauf geführt, und das im Innengefäß 2 erhitzte Motorkühlwas ser wird fortlaufend dem Heizkern 28 zugeführt. Da die warme Luft augenblicklich in den Fahrgastraum geschickt werden kann, selbst wenn der Motor 25 nicht ausreichend erwärmt ist, kann eine Funktion wie die einer schnellwirkenden Heizein richtung für ein Kraftfahrzeug durchgeführt werden.

Wenn eine solche schnellwirkende Heizeinrichtung arbeitet, steigt die Temperatur des Motors 25 an, und steigt folglich die Temperatur des vom Motor 25 aus zugeführten Kühlwassers an. Die Temperatur T2 des vom Motor 25 zugeführten Motorkühl wassers wird mittels eines Wassertemperatursensors 24 erfaßt, und die Temperatur T1 des in den Heizkern 28 einströmenden Motorkühlwassers wird mittels eines Wassertemperatursensors 23 erfaßt, und die Feststellungssignale werden der Steuer schaltung 50 zugeführt. Wenn die Steuerschaltung 50 bestimmt, daß T2 < T1 ist, öffnet die Steuerschaltung 50 die elektroma gnetischen Schaltventile 21, 22 und 44, schließt sie das elektromagnetische Schaltventil 43, und hält sie die Wasser pumpe 17 an. Daher strömt ein Teil des durch den Motor 25 er hitzten Motorkühlwassers durch einen Zweig A, das Schaltven til 21, die Wasserpumpe 17, den Wärmespeicher 1, den Heizkern 28, das Schaltventil 22, den ersten Kreis 20, die Wasserpumpe 16 und dann zum Motor 25, wie mittels eines Pfeils darge stellt ist. Die obenbeschriebene Funktion ist ein stationärer Heizbetrieb, und das Kühlwasser wird vom Motor 25 dem Heiz kern 28 zugeführt.

Wenn die Temperatur des Motorkühlwassers unterhalb einer ein gestellten Temperatur liegt, öffnet ein Thermostat 42 die Seite eines Bypasskreises 41, wodurch das Kühlwasser zur Seite des Bypasskreises 41 strömen kann. Wenn die Temperatur des Kühlwassers weiter ansteigt, und größer als die oder gleich der eingestellten Temperatur wird, öffnet der Thermostat 42 die Seite des Radiators 14, und schließt er die Seite des By passkreises 41. Auf diese Weise wird das vom Motor 25 erhitzte Motorkühlwasser mittels des Radiators 14 gekühlt und zum Wär mespeicher 1 und zum Heizkern 28 im Umlauf geführt.

Nachdem das Motorkühlwasser in das Innengefäß 2 vom Motor kühlwasser-Einlaßrohr 8 aus geströmt ist und durch den Kühl wasserabscheider 6 hindurchgetreten ist, strömt das Motor kühlwasser aus dem Motorkühlwasser-Auslaßrohr 7 aus. Wenn die Temperatur des Motorkühlwassers 78°C oder mehr mißt, absor biert das Wärmespeichermedium 9 die latente Wärme, und wird die Phase des Wärmespeichermediums 9 von fest zu flüssig ver ändert. Da die Kugel 10 in Vibration versetzt, gedreht und dreidimensional bewegt wird, d. h. nach oben und unten, nach vorn und hinten und nach links und rechts in Verbindung mit Vibrationen infolge der Fahrbewegung des Fahrzeugs und in folge von Vibrationen, wenn das Fahrzeug nach recht oder links fährt und anhält oder anfährt, wird andererseits das geschmolzene Wärmespeichermedium 9 gerührt, und wird die Ver teilung des zur Zeit des Schmelzens gebildeten Wassers gleichmäßig, so daß keine ungeschmolzenen hitzebeständigen Kristalle hoher Dichte bei einer Temperatur gleich der Schmelztemperatur oder oberhalb derselben gebildet werden. Wenn die Verteilung von Wasser nicht gleichmäßig ist, wird das Wärmespeichermedium hinsichtlich seiner Phase aufgespal ten in einer ungeschmolzene Komponente Ba(OH)₂·2,4H₂O und ge löste Komponenten Ba(OH)₂·5,4H₂O und Ba(OH)₂·7,3H₂O, wie in Fig. 6 dargestellt ist.

Nach dem Anhalten des Motors wird, da das Austreten und Ein treten von Wärme durch das Wärmeisoliergefäß abgeschirmt sind, die vom Motorkühlwasser absorbierte latente Wärme im Wärmespeichermedium 9 gespeichert. Es ist möglich, den Vor gang des Einschaltens des Schalters 51 der schnellwirkenden Heizeinrichtung zu wiederholen, nachdem der Motor gestartet worden ist, um die schnellwirkende Heizeinrichtung wieder in Betrieb zu nehmen.

Experimentelle Versuche der Wärmeabsorption- und der Wärmeab gabeeigenschaften bzw. der entsprechenden Kennlinie des Wär mespeichers bei dieser Ausführungsform werden nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 5 beschrieben.

Bei dem Versuch wird eines der Wärmespeicherrohre 5 verwen det, und wird Ba(OH)₂·8H₂O als Wärmespeichermedium 9 verwen det. Das Diagramm von Fig. 5 zeigt die Temperatur (in Fig. 5 mittels einer ausgezogenen Linie angegeben) des Wärmespei chermediums 9 und die Wassertemperatur (in Fig. 5 einer ge strichelten Linie angegeben) einer thermostatischen Einrich tung, wenn das zuvor in einer thermostatischen Einrichtung mit 10°C eingetauchte Wärmespeicherrohr 5 in einer thermosta tischen Einrichtung mit 90°C für etwa 22 min. eingetaucht wird und hiernach, wenn das Wärmespeicherrohr 5 weiter in einer thermostatischen Einrichtung mit 10°C für etwa 10 min. eingetaucht wird.

Aus dem Diagramm ist ersichtlich, daß dann, wenn das Wärme speicherrohr 5, das das Wärmespeichermedium 9 in einem voll ständigen Verfestigungszustand enthält, in die thermostati sche Einrichtung mit 90°C eingetaucht wird, das Wärmespei chermedium 9 Wärme aus dem heißen Wasser absorbiert, die la tente Wärme speichert und innerhalb von etwa 16 min. voll ständig geschmolzen wird. Hiernach wird, wenn das Wärmespei cherrohr 5 in die thermostatische Einrichtung mit 10°C einge taucht wird, das Wärmespeichermedium vollständig verfestigt, indem die latente Wärme an das heiße Wasser innerhalb von 4 min. abgegeben wird.

Die Eigenschaften des Schnellschmelzens und der Schnellverfe stigung sind zur Verwendung bei einer schnellwirkenden Heiz einrichtung für ein Kraftfahrzeug geeignet. Der Erfinder hat bestätigend festgestellt, daß die schnellwirkende Heizein richtung für ein Kraftfahrzeug Wärme innerhalb von etwa 5 min. nach dem Start des Motors abgeben muß, und diese Ausfüh rungsform erfüllt diese Anforderung in besonderer Weise.

Fig. 7 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung, bei der der Wärmetauscher 1 wie bei der ersten Ausführungsform in dem Kreis angeordnet ist, in dem das Kühlwasser vom Radiator 14 zum Motor 25 strömt. Wenn das elektromagnetische Schalt ventil 44 durch den Sensor (nicht dargestellt) und die Steu erschaltung nach dem Start des Motors 25 geschlossen ist, weil das aufgeheizte Kühlwasser nur dem Motor 25 mittels der Wasserpumpe 16 zugeführt wird, kann die gesamte im Wärmespei cher 1 gesammelte latente Wärme zur Verkürzung der Aufwärm zeit des Motors 25 verwendet werden. Da die gespeicherte Wärme nicht zum Heizen verwendet wird, sind die elektromagne tischen Schaltventile 21, 22, 43, die Temperatursensoren 23 und 24 und die Wasserpumpe weggelassen.

Bei einer dritten Ausführungsform der Erfindung, die in Fig. 8 dargestellt ist, wird, da das aufgeheizte Kühlwasser dem Heizkern 28 zugeführt und direkt in den Motor 25 mittels des Wärmespeichers 1 strömen gelassen wird, die im Wärmespeicher 1 gespeicherte latente Wärme in bevorzugter Weise zum Heizen des Fahrgastraums verwendet, und kann sie weiter zur Verkür zung der Aufwärmzeit verwendet werden. Da die gespeicherte latente Wärme nur zum Heizen verwendet wird, sind die elek tromagnetischen Schaltventile 21, 22, 43 und 44, die Tempera tursensoren 23 und 24 und die Wasserpumpe 17 der ersten Aus führungsform entfernt.

Nachfolgend dargestellte vierte bis zehnte Ausführungsformen betreffen Modifikationen der Rühreinrichtung zum Rühren des Wärmespeichermediums 9.

Bei der vierten erfindungsgemäßen Ausführungsform, die in Fig. 9 dargestellt ist, besteht ein Teil jedes Motorkühlwas ser-Ablaßrohrs 8 und jedes Motorkühlwasser-Auslaßrohrs 7 aus einem elastisch deformierbaren Balg 29. Ein Ende des unteren Teils des Wärmeisoliergefäßes 39 ist mittels eines Nockens 30 abgestützt, und das andere Ende ist mittels eines Abstütz ständers 31 abgestützt. Der Nocken 30 wird mittels eines Motors 32, der als Antrieb dient, gedreht.

Der Wärmespeicher 1 dieser Ausführungsform besitzt einen Sen sor (nicht dargestellt) zum Erfassen der Temperatur des Wär mespeichermediums 9. Wenn der Sensor feststellt, daß das Wär mespeichermedium 9 geschmolzen ist, nimmt eine Steuerschal tung (nicht dargestellt) den Motor 32 in Betrieb. Durch das Drehen des Nockens 30 unter Verwendung des Motors 32 wird ein Ende des Wärmeisoliergefäßes 39 nach oben und nach unten be wegt, und wird folglich die Kugel 10 im Wärmespeicherrohr 5 bewegt, wodurch das Wärmespeichermedium 9 gerührt wird.

Bei der fünften erfindungsgemäßen Ausführungsform, die in Fig. 10 dargestellt ist, bezeichnet das Bezugszeichen 38 einen Wärmespeicherrohrstapel, der aus einem korrosionsbe ständigen Metall hergestellt ist, in einen Drahtvernetzungs zustand dergestalt, daß das Wärmeübertragungsmedium frei dort hindurch vor und zurückströmen kann. Abstützstangen 34 sind an beiden Seiten des Wärmespeicherrohrstapels 38 vorgesehen, und der Wärmespeicherrohrstapel 38 ist mit Wärmespeicherroh ren 5 aufgefüllt. Der Nocken 30, der mittels des Motors 32 gedreht werden kann, ist an einer Stelle eingesetzt, die sich von der Stelle des Motorkühlwasser-Einlaßrohres 8 an einem Ende des Wärmeisoliergefäßes 39 unterscheidet. Der Abstütz ständer 31 ist am anderen Ende innerhalb des Wärmeisolierge fäßes 39 angeordnet.

Der Wärmespeicherrohrstapel 38 ist mittels des Abstützstän ders 31 und des Nockens 30 im Wärmeisoliergefäß 39 abge stützt. Der Berührungsbereich zwischen der Welle 32a des Mo tors 32 und dem Wärmeisoliergefäß 39 ist mittels eines O- Rings 33 abgedichtet, so daß das Wärmeübertragungsmedium dort nicht austreten kann. Ein Ende des Wärmespeicherrohrstapels 38 wird durch das Drehen des Nockens 30 mittels des Motors 32 in vertikaler Richtung bewegt.

Bei der sechsten erfindungsgemäßen Ausführungsform, die in Fig. 11 dargestellt ist, sind die Abstützstangen 34 für beide Enden des Wärmespeicherrohrstapels 38 vorgesehen, und sind sich bewegende Schaufeln 35 an den Abstützstangen 34 befe stigt. Lager 36 zur drehbaren Abstützung der Abstützstangen 34 sind im Motorkühlwasser-Einlaßrohr 8 und im Motorkühlwas ser-Auslaßrohr 7 angeordnet.

Die sich drehenden Schaufeln 35 werden durch die Aufnahme der Kraft Strömungskraft des Motorkühlwassers in Umdrehung ver setzt und der Wärmespeicherrohrstapel 38 wird folglich ge dreht, wodurch das Wärmespeichermedium 9 in den Wärmespei cherrohren 5 gerührt wird.

Bei der siebten erfindungsgemäßen Ausführungsform, die in Fig. 12 dargestellt ist, ist ein Teil des Motorkühlwasser- Einlaßrohres 8 und auch des Motorkühlwasser-Auslaßrohrs 7 als Balg 29 ausgebildet. Die in Fig. 12 dargestellte Vorrichtung ist bei einer Vorrichtung mit einer Vibrationsquelle, bei spielsweise einem Kraftfahrzeug, einem Motor oder dergleichen eingebaut.

Das Rütteln des Kraftfahrzeugs, des Motors und dergleichen wird durch jeden Balg 29 verstärkt, um das Wärmeisoliergefäß 39 zu rütteln, wodurch das Wärmespeichermedium 9 in den Wär mespeicherrohren 5 gerührt wird.

Bei der achten erfindungsgemäßen Ausführungsform, die in Fig. 13 dargestellt ist, ist durch Anbringen von Federn 37 inner halb des Wärmeisoliergefäßes 39 und außenseitig des Wärme speicherrohrstapels 38 der Wärmespeicherrohrstapel 38 ela stisch im Wärmeisoliergefäß 39 befestigt.

Das Rütteln des Kraftfahrzeuges, des Motors oder dergleichen wird durch die Feder 37 verstärkt, wodurch das Wärmeisolier gefäß 39 gerüttelt werden kann.

Bei der neunten erfindungsgemäßen Ausführungsform, die in Fig. 14 dargestellt ist, ist das Motorkühlwasser-Einlaßrohr 8 mit dem Zentrum des einen Endes des 39 hermetisch verbunden, und ist das Motorkühlwasser-Auslaßrohr 7 mit dem Zentrum des anderen Endes hermetisch abgedichtet verbunden. Das Motor kühlwasser-Einlaßrohr 8 und das Motorkühlwasser-Auslaßrohr 7 sind mit Hilfe von feststehenden Rohren drehbar gelagert. Der Berührungsbereich ist durch einen O-Ring 33 abgedichtet, so daß das Motorkühlwasser nicht austritt. Riemenscheiben 45 sind außenseitig des Motorkühlwasser-Einlaßrohres 8 und des Motorkühlwasser-Auslaßrohres 7 befestigt. Jede der Riemen scheiben 45 trägt einen Riemen 46 zur Aufbringung einer Dreh kraft.

Das Wärmeisoliergefäß 39 wird mittels eines Motors (nicht dargestellt) über den Riemen 46 in Umdrehung versetzt, um das Wärmespeichermedium 9 in den Wärmespeicherrohren 5 zu rühren.

Bei der zehnten erfindungsgemäßen Ausführungsform, die in Fig. 15 dargestellt ist, ist die Abstützstange 34 an einem Ende des Wärmespeicherrohrstapels 38 vorgesehen, und wird der Wärmespeicherrohrstapel 38 mittels des Motors 32 über die Ab stützstange 34 in Umdrehung versetzt. Des weiteren ist der Wärmespeicherrohrstapel 38 von einem Ende des Wärmeisolierge fäßes 38 aus durch die Abstützstange 34 hindurch eingesetzt. Der Berührungsbereich ist mittels des O-Rings 33 abgedichtet, so daß Kühlwasser nicht auftreten kann.

Bei der elften erfindungsgemäßen Ausführungsform, die in Fig. 16 dargestellt ist, ist der Kühlwasserabscheider 6 der oben angegebenen ersten Ausführungsform entfernt, und ist statt dessen ein durchlässiges Rohr 300 vorgesehen. Obwohl das Mo torkühlwasser-Auslaßrohr 7 und das Motorkühlwasser-Einlaßrohr 8 an unterschiedlichen Stellen bei dem Wärmeisoliergefäß 39 der vorausgehenden ersten Ausführungsform angeordnet sind, ist nur ein rohrförmiger vorstehender Bereich 39a ist bei der elften Ausführungsform nur ein rohrförmiger, vorstehender Be reich 39a, fast horizontal in rohrförmiger Gestalt von der linken Seitenfläche des Wärmeisoliergefäßes 39 von Fig. 16 vorstehend, mit dem Wärmeisoliergefäß 39 verbunden. Das Mo torkühlwasser-Auslaßrohr 7 und das Motorkühlwasser-Einlaßrohr 8 sind für den rohrförmigen, vorstehenden Bereich 39a vorge sehen.

Der rohrförmige, vorstehenden Bereich 39a wird zum Anschlie ßen des inneren und des Äußeren des Wärmeisoliergefäßes 39 verwendet. Eine Öffnung des Wärmeisoliergefäßes 39 ist durch den rohrförmigen, vorstehenden Bereich 39a ausgebildet. Der rohrförmige, vorstehende Bereich 39a ist durch das Innengefäß 2, das Außengefäß 3 und die Vakuumisolierschicht 4 begrenzt. Das Bezugszeichen 3a in Fig. 16 bezeichnet einen Luftmischbe reich zum Mischen der Luft in der Vakuum-Isolierschicht 4 zwischen dem Innengefäß 2 und dem Außengefäß 3.

Eine Abdichtkappe 100, hergestellt aus einem elastischen Ele ment mit hervorragender Wärmefestigkeit und hervorragender Korrosionsfestigkeit und schwacher Wärmeleitfähigkeit, bei spielsweise aus Silikongummi, ist in den rohrförmigen, vor stehenden Bereich 39a eingepreßt und dort befestigt. Das Mo torkühlwasser-Auslaßrohr 7 und das Motorkühlwasser-Einlaßrohr 8 sind mit dem rohrförmigen, vorstehenden Bereich 39a mittels der Abdichtkappe 100 hermetisch verbunden.

Das heißt, die Abdichtkappe 100 besitzt einstückig einen er sten Zylinderabschnitt 101 mit einem Durchmesser etwas größer als der Innendurchmesser des rohrförmigen, vorstehenden Be reiche 39a und einem zweiten Zylinderabschnitt 102 mit einem Durchmesser, der gleich dem Außendurchmesser des rohrförmi gen, vorstehenden Bereichs 39a ist. Zwei Durchgangslöcher 103 und 104, die sich in Axialrichtung erstrecken, sind im Zen trum der Abdichtkappe 100 ausgebildet.

Des weiteren ist ein glockenförmiges Abdeckteil 200, in dem das Motorkühlwasser-Auslaßrohr 7 und das Motorkühlwasser-Ein laßrohr 8 einstückig angeordnet sind, für den rohrförmigen, vorstehenden Bereich 39a vorgesehen. Die Rohre 7 und 8 sind am Basisbereich 201 im Wege des Schweißens befestigt, so daß das Motorkühlwasser-Auslaßrohr 7 und das Motorkühlwasser-Ein laßrohr 8 den Basisbereich 201 des Abdeckteils 200 durchdrin gen. Ein Ende des Rohrs 7 steht mit dem Durchgangsloch 103 der Abdichtkappe 100 im Eingriff, und ein Ende des Rohres 8 steht mit dem Durchgangsloch 104 im Eingriff, und die Rohre sind unter Ausnutzung der Elastizität der Abdichtkappe 100 eingepreßt und befestigt.

Ein flanschförmiger Abschnitt 202 (ein Abschnitt nach Art einer flachen Platte) ist an der Seitenfläche der Öffnungs seite des Abdeckteils 200 ausgebildet. Das zylindrische Teil 39c, das einen flanschförmigen Abschnitt 39b aufweist, ist ebenfalls einstückig am Außenumfang des rohrförmigen, vorste henden Bereichs 39a in Übereinstimmung mit dem flanschförmi gen Bereich 202 befestigt. Die flanschförmigen Bereiche 202 und 39b sind über Schrauben 203 gegenseitig befestigt, wo durch das Abdeckteil 200 mit dem rohrförmigen, vorstehenden Bereich 39a fluchtet.

Das durchlässige Rohr 300 ist durch ein zylindrisches Teil gebildet, dessen eines Ende offen und dessen anderes Ende ge schlossen ist. Eine Vielzahl von Löchern 301 ist in der Wand fläche des durchlässigen Rohrs 300 ausgebildet. Ein Anbauan schluß 302, der an einem Ende des durchlässigen Rohrs 300 vorgesehen ist, ist mit der Abdichtkappe 100 verpreßt und an dieser befestigt, so daß der Anbauanschluß 302 mit dem Durch gangsloch 304 der Abdichtkappe 100 im Eingriff steht. Das durchlässige Rohr 300 besitzt beispielsweise eine Länge L1 von 150 mm, einen Innendurchmesser von 12 mm und einen Außen durchmesser von 14 mm. Der Außendurchmesser des Anbauan schlusses 302 mißt 6 mm. Jedes der Löcher 302 des durchlässi gen Rohrs 300 besitzt einen Durchmesser von 3 mm. Insgesamt zwanzig Löcher 301 sind im Rohr 300 ausgebildet, um eine Reihe von fünf Löchern in Axialrichtung des durchlässigen Rohrs 300 und eine Reihe von vier Löchern in dessen Umfangs richtung zu schaffen.

Das Wärmespeicherrohr 5 der Ausführungsform ist wie in Fig. 17 dargestellt so gestaltet, daß Abdeckungen 51 und 52, her gestellt aus Messing, mit einander gegenüberliegenden Enden eines hohlen zylindrischen Rohres, hergestellt aus Messing, durch Löten verbunden sind. Das Wärmespeicherrohr 5 besitzt beispielsweise eine Länge L2 von 140 mm, einer Wandstärke von 0,2 mm und einen Außendurchmesser von 20 mm. Für das Verlöten wird ein Silberlötmittel mit hervorragenden Korrosionsbestän digkeitseigenschaften gegenüber Ba(OH)₂·8H₂O verwendet. Eine Gewindebohrung 11b für ein Rohr aus PT1/8 ist in der Abdec kung 52 ausgebildet, eine Kugel 10 mit einem Durchmesser von 8 mm ist durch das Gewindeloch 11b hindurch eingesetzt, und die Schraubkappe 11 ist in die Gewindebohrung 11b einge schraubt.

Gemäß Fig. 16 besitzt der Wärmespeicher 1 Abmessungen derart, daß beispielsweise die Breite H2 des Außengefäßes 3 172 mm und dessen Durchmesser 112 mm mißt, während die Breite H1 des Innengefäßes 2 150 mm und dessen Durchmesser 100 mm mißt. Der Innendurchmesser des rohrförmigen, vorstehenden Bereichs 39a mißt 22 mm. Gemäß Darstellung in Fig. 18A ist das Wär meisoliergefäß 39 mit neunzehn Speicherrohren 5 aufgefüllt.

Der Außendurchmesser sowohl des Motorkühlwasser-Auslaßrohres 7 als auch des Motorkühlwasser-Einlaßrohres 8 mißt 6 mm, und der Durchmesser jedes Durchgangslochs 303 und 304 der Ab dichtkappe 100 mißt 5 mm. Die Abdichtkappe 100 ist aus Sili kongummi hergestellt. In diesem Fall ist der Innendurchmesser des rohrförmigen, vorstehenden Bereichs 39a des Wärmeisolier gefäßes 39 so klein wie möglich gemacht, daß das Wärmespei cherrohr 5 noch eingesetzt werden kann.

Bei dem Wärmespeicher der vorstehend beschriebenen Bauweise strömt das vom Motor 25 aus zugeführte heiße Wasser (s. Fig. 4) durch das Motorkühlwasser-Einlaßrohr 8, strömt es in das durchlässige Rohr 300 durch das Durchgangsloch 104 der Ab dichtkappe 100 hindurch, und tritt das heiße Wasser in dem durchlässigen Rohr 300 aus dessen Löchern 301 aus. Das heiße Wasser wird um die Wärmespeicherrohre 5 im Wärmeisoliergefäß 39 im Umlauf geführt, tauscht Wärme mit dem Wärmespeicherme dium 9 in den Wärmespeicherrohren 5 aus, strömt durch das Durchgangsloch 103 der Abdichtkappe 100 und das Motorkühlwas ser-Auslaßrohr 7 hindurch und tritt zur Seite des Motors 25 hin aus (s. Fig. 4).

Nachstehend wird ein Verfahren zum Zusammenbau des Wärmespei chers dieser Ausführungsform unter Bezugnahme auf Fig. 19 und 20 beschrieben.

Gemäß Darstellung in Fig. 19A wird das Wärmeisoliergefäß 39 so angeordnet, daß sich der rohrförmige, vorstehende Bereich 39a in seinem oberen Teil befindet, und wird ein Wärmespei cherrohr 5 von dem rohrförmigen, vorstehenden Bereich 39a aus eingesetzt. Gemäß Darstellung in Fig. 17 ist die Unterseite der Abdeckung 51 des Wärmespeicherrohrs 5 flach, und verläuft sie zur Längsrichtung des Wärmespeicherrohres 5 unter einem rechten Winkel. Der Außendurchmesser des Wärmespeicherrohres 5 mißt 20 mm, so daß das Wärmespeicherrohr 5 am flachen Bo denbereich des Wärmeisoliergefäßes 39 stabil steht.

Gemäß Darstellung in Fig. 19B wird das Wärmespeicherrohr 5 mittels eines Stabs 400 Stück für Stück zur Seite des Wär meisoliergefäßes 39 bewegt. Durch Wiederholen dieses Vorgan ges werden sechs oder sieben Wärmespeicherrohre 5 (es gibt Wärmespeicherrohre 5, die in der Zeichnung nicht dargestellt sind) in das Wärmeisoliergefäß 39 gemäß Darstellung in Fig. 19C eingesetzt. Kleine Spalte bestehen zwischen den Wärme speicherrohren 5, da die Rohre 5 in diesem Fall nur mittels des Stabes 400 bewegt werden. Das Wärmeisoliergefäß 39 wird gemäß Darstellung in Fig. 20A auf seiner Seite abgelegt und in Richtung des in der Zeichnung eingetragenen Pfeils R ge dreht, wodurch der Spalt so klein wie möglich gemacht wird und die Wärmespeicherrohre 5 in einer dichtgepackten Art an geordnet werden.

Gemäß Darstellung in Fig. 20B wird das Wärmeisoliergefäß 39 wieder so angeordnet, daß sich der rohrförmige, vorstehende Bereich 39a im oberen Teil befindet, werden die Wärmespei cherrohre 5 in das Wärmeisoliergefäß 39 eingesetzt, und wird der leere Bereich des Wärmeisoliergefäßes 39 mit Wärmespei cherrohren 5 aufgefüllt, wobei die Rohre unter Verwendung des Stabs 400 bewegt werden. Die in Fig. 20A und 20B dargestell ten Vorgänge werden sofern notwendig wiederholt, wodurch das Wärmeisoliergefäß 39 mit den Wärmespeicherrohren 5 mit höchstmöglicher Dichte aufgefüllt wird. Das Auffüllen mit höchstmöglicher Dichte bezeichnet einen Zustand, bei dem das Wärmeisoliergefäß 39 mit einem darin angeordneten durchlässi gen Rohr 300 mit soviel wie möglich Wärmespeicherrohren 5 ge mäß Darstellung in Fig. 18A aufgefüllt ist.

Gemäß Darstellung in Fig. 20C wird die Abdichtungskappe 100 dann, wenn das durchlässige Rohr 300 im Preßsitz eingesetzt und am Durchgangsloch 104 befestigt ist, im Preßsitz einge setzt und am rohrförmigen, vorstehenden Bereich 39a des Wär meisoliergefäßes 39 befestigt. Gemäß Darstellung in Fig. 20D wird das Abdeckteil 200 einstückig mit dem Motorkühlwasser- Auslaßrohr 7 und dem Motorkühlwasser-Einlaßrohr 8 am zweiten Zylinderabschnitt 102 der Abdichtkappe 100 angeordnet. Unter Aufpressen eines Endes des Motorkühlwasser-Auslaßrohres 7 am Durchgangsloch 103 der Abdichtkappe 100 und eines Endes des Motorkühlwasser-Einlaßrohres 8 am Durchgangsloch 104 werden die Flanschabschnitte 39b und 202 über Schrauben 203 gegen seitig befestigt, wodurch das Abdeckteil 200 am rohrförmigen, vorstehenden Bereich 39b des Wärmeisoliergefäßes 39 angebaut wird.

Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf Fig. 16 bis 21 Ver suchsergebnisse der Verfestigungs/Auflösungs-Kennlinien des Wärmespeichermediums 9 im Wärmespeicher 1 der Ausführungsform beschrieben.

Das Diagramm der Fig. 21 zeigt das Verhalten der Temperatur (in Fig. 21 mittels einer ausgezogenen Linie dargestellt) des Wärmespeichermediums 9 und die Heißwassertemperatur (in Fig. 21 mittels einer gestrichelten Linie dargestellt) im Motor kühlwasser-Einlaßrohr 8, wenn heißes Wasser mit etwa 80°C bis 95°C im Wärmespeicher 1 für etwa 33 min. im Umlauf geführt wird und danach Wasser mit etwa 25°C im Wärmespeicher 1 wäh rend 8 min. im Umlauf geführt wird.

Eine thermostatische Einrichtung, deren Temperatur selektiv eingestellt werden kann, wird als Heißwasser-Versorgungs quelle verwendet. Die Einstelltemperatur der thermostatischen Einrichtung wird auf 95°C eingestellt, der Einlaß und der Auslaß der thermostatischen Einrichtung werden mit dem Aus laßrohr 7 bzw. dem Einlaßrohr 8 des Wärmespeichers 1 mit Rührfunktion verbunden, und heißes Wasser wird in der thermo statischen Einrichtung und im Wärmespeicher 1 im Umlauf ge führt. Die Temperatur dem heißen Wassers in dem Motorkühlwas ser-Einlaßrohr 8 wird allmählich von 80°C ausgehend angehoben und erreicht im Diagramm von Fig. 21 95°C. Dies beruht dar auf, daß die Messung der Temperatur zu der Zeit beginnt, wenn die Temperatur des heißen Wassers der thermostatischen Ein richtung etwa 80°C mißt.

Wenn das heiße Wasser bei 95°C zu Wasser mit 25°C gekühlt wird, wird nach dem Abtrennen des Einlasses und des Auslasses der thermostatischen Einrichtung vom Auslaßrohr 7 bzw. vom Einlaßrohr 8 des Wärmespeichers 1 Betriebswasser (25°C) mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 4,5 l/min. von dem Motor kühlwasser-Einlaßrohr 8 aus zugeführt und wird das Wasser aus dem Motorkühlwasser-Auslaßrohr 7 nach außen abgeführt.

Aus dem Diagramm ist ersichtlich, daß durch das Zirkulieren lassen des heißen Wassers mit 95°C in der thermostatischen Einrichtung zum Wärmespeicher 1 für etwa 30 min. das Wärme speichermedium 9 die Wärme aus dem heißen Wasser absorbiert, latente Wärme speichert und vollständig geschmolzen wird. Durch Zuführen von Wasser mit etwa 25°C zum Wärmespeicher 1 in einem Zustand, bei dem das Wärmespeichermedium 9 geschmol zen ist, gibt das Wärmespeichermedium 9 die latente Wärme an das Wasser ab, und verfestigt es sich vollständig.

Die Eigenschaften des schnellen Schmelzens und schnellen Ver festigens sind für eine schnellwirkende Heizeinrichtung bei einem Kraftfahrzeug geeignet. Da der Erfinder die Bestätigung gefunden hat, daß es in höchstem Maße zu bevorzugen ist, die Wärme innerhalb von etwa 5 min. nach dem Start des Motors ab zugeben, erfüllt die obenbeschriebene Ausführungsform die be stehende Notwendigkeit.

Nachfolgend werden die Wirkungen dieser Ausführungsform be schrieben.

Bei der ersten Ausführungsform kann unter Verwendung bei spielsweise des Kühlwasserabscheiders 6 gemäß Darstellung in Fig. 18B dann, wenn der Innendurchmesser des Wärmeisolierge fäßes 39 100 mm mißt, der Außendurchmesser des Wärmespei cherrohrs 5 20 mm mißt und die Dicke des Kühlwasserabschei ders 6 1 mm mißt, das Wärmeisoliergefäß mit 14 Wärmespei cherrohren 5 aufgefüllt werden, so daß das Füllungsverhältnis des Wärmespeichermediums 9 für das Volumen innerhalb des Wär meisoliergefäßes 39 56% ausmacht.

Bei der Ausführungsform unter Verwendung des durchlässigen Rohrs 300 mit einem Außendurchmesser von 14 mm anstelle des Kühlwasserabscheiders 6, gemäß Darstellung in Fig. 18A, kann das Wärmeisoliergefäß 39 mit 19 Wärmespeicherrohren 5 aufge füllt werden, so daß das Füllungsverhältnis 77% ausmacht. Somit können bei der elften Ausführungsform die Wärmespei cherrohre 5 wirksamer im Wärmeisoliergefäß 39 aufgenommen sein.

In dem Fall, bei dem das Füllungsverhältnis des Wärmespei chermediums 9 für einen Wärmespeicher vorab bestimmt wird, muß die Anzahl der Wärmespeicherrohre 5 notwendigerweise ent sprechend dem vorbestimmten Füllungsverhältnis bestimmt wer den. Da die Wärmespeicherrohre 5 im Wärmeisoliergefäß 39 bei der Ausführungsform wirksamer untergebracht werden können, kann das Innenvolumen des Wärmeisoliergefäßes 39 zur Aufnahme der notwendigen Anzahl von Wärmespeicherrohren 5 kleiner sein, so daß der Wärmespeicher folglich kleiner gestaltet werden kann.

Wenn das Motorkühlwasser-Auslaßrohr 7 und das Motorkühlwas ser-Einlaßrohr 8 an unterschiedlichen Stellen des Wärmeiso liergefäßes 39 angeordnet werden, sind zwei Öffnungen (der rohrförmige, vorstehende Bereich 39a bei der Ausführungsform) zum Anschließen des Inneren und des Äußeren für das Wärmeiso liergefäß 39 notwendig. Jede der Öffnungen muß eine Quer schnittsfläche besitzen, die groß genug ist, daß das Spei cherrohr 5 dort glatt eingeführt werden kann.

Bei der Ausführungsform ist lediglich eine Öffnung, nämlich ein rohrförmiger, vorstehender Bereich 39a, vorgesehen, und besitzt die durch den rohrförmigen, vorstehenden Bereich 39a gebildete Öffnung eine Querschnittsfläche, die groß genug ist, daß das Wärmespeicherrohr 5 glatt eingesetzt werden kann. Es ist allgemein bekannt, daß die Wärmerückhalteeigen schaft besser ist, wenn die Anzahl der Öffnungen kleiner ist und die Querschnittsfläche der Öffnung kleiner ist, so daß die Ausführungsform die Wärmerückhalteeigenschaft im Ver gleich zu der ersten Ausführungsform verbessern kann, bei der das Wärmeisoliergefäß 39 zwei Öffnungen besitzt.

Das Wärmeisoliergefäß 39 ist im Wege des Schweißens ausgebil det. Bei der Ausführungsform unter Verwendung eines rohrför migen, vorstehenden Bereichs 39a des Wärmeisoliergefäßes 39 ist die Anzahl der Schweißstellen zur Zeit der Herstellung des Wärmeisoliergefäßes 39 klein, so daß das Wärmeisolierge fäß 39 preiswert hergestellt werden kann.

Bei dem Wärmetauscher mit einem rohrförmigen, vorstehenden Bereich 39a des Wärmeisoliergefäßes 39 kann durch die Verwen dung des durchlässigen Rohres 300 das Motorkühlwasser im Wär meisoliergefäß 39 im Umlauf geführt werden, und kann das Wär mespeichermedium 9 im Wärmeisoliergefäß 39 Wärme mit dem Mo torkühlwasser austauschen.

Obwohl bei den vorausgehenden Ausführungsformen Ba(OH)₂·8H₂O als Wärmespeichermedium 9 verwendet wird, kann auch Mg(NO₃)₂·6H₂O, das eine Schmelztemperatur von 89°C und eine latente Schmelzwärme von 38 cal/g besitzt, oder dergleichen verwendet werden.

Die Erfindung ist nicht auf die Realisierung bei einer schnellwirkenden Heizeinrichtung für ein Kraftfahrzeug be schränkt, sondern kann auch bei einer schnellwirkenden Heiz einrichtung angewandt werden, die in einem Haus oder derglei chen Verwendung findet, wie beispielsweise bei einer Heißwas ser-Versorgungseinrichtung.

Obwohl das Wärmespeicherrohr 5 eine rohrförmige Gestalt be sitzt, ist die Erfindung nicht auf diese Gestalt beschränkt, und kann ebenfalls eine ovale Gestalt verwendet werden.

Obwohl die Erfindung vollständig in Verbindung mit ihrer be vorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefüg ten Zeichnungen beschrieben worden ist, ist zu beachten, daß zahlreiche Änderungen und Modifikationen für den Fachmann er kennbar sind. Solche Änderungen oder Modifikationen sind als unter den Rahmen der Erfindung gemäß Definition durch die An sprüche fallend zu verstehen.

Claims

1. Heizvorrichtung umfassend:
ein Wärmespeichermedium (9), das ein Salzhydrat enthält, das kein Unterkühlen hervorruft, und das zu einer reversiblen Veränderung zwischen einer flüssigen Phase und einer festen Phase in Begleitung der Absorption bzw. Abgabe von latenter Wärme in der Lage ist;
ein Wärmespeichergefäß (5), das aus einem wärmeleitfähigen Material hergestellt ist und das Wärmespeichermedium (9) ent hält;
eine Rühreinrichtung (10, 29-38, 40, 45, 46) zum Rühren des Wärmespeichermediums (9) im Wärmespeichergefäß (5); ein Wärmeübertragungsmedium zum Austausch von Wärme mit dem Wärmespeichermedium (9) im Wärmespeichergefäß (5),
ein Wärmeisoliergefäß (39), das das Wärmespeichergefäß (5) und das Wärmeübertragungsmedium enthält, zum Austausch von Wärme mit dem Wärmespeichergefäß (5), wobei das Wärmeisolier gefäß (2, 3, 4) ein Wärmeisoliermittel (4) zum Isolieren äu ßerer Wärme von dem Wärmespeichergefäß (2, 3, 4) und das Wär meübertragungsmittel enthält; und
einen Wärmespeicher (1) mit einem Einlaß (8) und einem Auslaß (7), der mit dem Wärmeisoliergefäß (39) verbunden ist, damit das Wärmeübertragungsmedium in das Wärmeisoliergefäß (39) durch den Einlaß (8) hindurch einströmen kann und damit das Wärmeübertragungsmedium aus dem Wärmeisoliergefäß durch den Auslaß (8) hindurch ausströmen kann.

2. Heizvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Rühreinrich tung (10, 29-38, 40, 45, 46) eine Kugel (10) umfaßt, die im Wärmespeichergefäß (5) bewegbar ist, um das Wärmespeicherme dium (9) zu rühren.

3. Heizvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Rühreinrich tung (10, 29-38, 40, 45, 46) Antriebsmittel (29-37, 40, 45, 46) umfaßt, die außerhalb des Wärmespeichergefäßes (5) ange ordnet sind, um das Wärmespeichergefäß (5) zu verschieben bzw. zu bewegen.

4. Heizvorrichtung nach Anspruch 1, weiter umfassend: eine Vibrationsquelle (30, 32);
wobei die Rühreinrichtung (10, 29-38, 40, 45, 46) eine ela stische Abstützeinrichtung (29, 37) zum elastischen Abstützen des Wärmespeichergefäßes (5) und/oder des Wärmeisoliergefäßes (39) umfaßt; und
wobei das Wärmespeichergefäß (5) und/oder das Wärmeisolierge fäß (39) so angeordnet ist bzw. sind, daß es bzw. sie mittels der Vibrationsquelle (30, 32) über die elastische Abstützein richtung (29, 37) in Vibration versetzbar ist bzw. sind.

5. Heizvorrichtung nach Anspruch 1, weiter umfassend:
eine Vielzahl zusätzlicher Wärmespeichergefäße (5); und eine Vielzahl zusätzlicher Rühreinrichtungen (10);
wobei das Wärmespeichergefäß (5) und jedes zusätzliche Wärme speichergefäß (5) ein rohrförmiges Element mit einander ge genüberliegenden verschlossenen Enden ist, das die eine Rühr einrichtung (10) bzw. eine der Vielzahl zusätzlicher Rührein richtungen (10) enthält.

6. Heizvorrichtung nach Anspruch 1, wobei:
das Wärmeisoliergefäß (39) ein rohrförmiges Element (39a) aufweist, dessen eines Ende das Wärmeübertragungsmedium durch den Einlaß (8) hindurch aufnimmt;
das rohrförmige Element (39a) eine Wand mit in dieser ange ordneten Löchern besitzt; und
das Wärmeübertragungsmedium von dem rohrförmigen Element (39a) aus durch die Löcher hindurch in das Wärmeisoliergefäß (39) strömt.

7. Heizvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Wärmeisolier gefäß (39) eine einzelne Öffnung (39a) aufweist, durch die hindurch das Innere des Wärmeisoliergefäßes (39) mit dessen Äußeren in Verbindung steht; und der Einlaß (8) und der Auslaß (7) mit der Öffnung (39a) in Verbindung stehen.

8. Heizvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Rühreinrich tung (10, 29-38, 40, 45, 46) zum Rühren des Wärmespeicherme diums (9) dann dient, wenn das Wärmespeichermedium (9) ge schmolzen ist.

9. Heizvorrichtung nach Anspruch 1, weiter umfassend:
eine Heißwasser-Lieferquelle (25) zur Zuführung von Heißwas ser, das als Wärmeübertragungsmedium dient;
einen Wärmeradiator (14), der Wärme des vom Wärmespeicher (25) aus zugeführten heißen Wassers mit Luft in der Nähe des Radiators (14) zum Aufheizen der Luft austauscht;
wobei der Einlaß (8), die Heißwasser-Lieferquelle (25), das Wärmeisoliergefäß (39), der Wärmeradiator (14) und der Auslaß (7) einen ersten Kreis bilden, durch den hindurch das heiße Wasser zirkulieren kann; und
der Einlaß (8), das Wärmeisoliergefäß (39), der Wärmestrahler (14) und der Auslaß (7) einen zweiten Kreis bilden, damit das heiße Wasser dort hindurchströmen kann.

10. Heizvorrichtung nach Anspruch 9, wobei:
das heiße Wasser Motorkühlwasser ist, die Heißwasser-Lieferquelle (25) ein Kraftfahrzeugmotor ist;
und
der Wärmeradiator (14) ein Heizkern zum Aufheizen des Fahr gastraums eines Fahrzeugs ist.

11. Verfahren zum Austausch von Wärme mit einem Kühlmittel, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:
Vorbeiführen des Kühlmittels an einem Behälter (5), der ein Wärmespeichermedium (9) enthält, das latente Wärme an das Kühlmittel übertragen kann, wenn das Wärmespeichermedium (9) eine reversible Phasenänderung zwischen einer flüssigen Phase und einer festen Phase erfährt, und das latente Wärme vom Kühlmittel aufnehmen kann, wenn das Wärmespeichermedium (9) eine reversible Phasenänderung zwischen der festen Phase und der flüssigen Phase erfährt;
Übertragen von Wärme vom Wärmespeichermedium (9) an das Kühl mittel, wenn das Kühlmittel eines Temperatur niedriger als die des Wärmespeichermediums (9) aufweist;
Übertragen von Wärme vom Kühlmittel an das Speichermedium (9), wenn das Kühlmittel eine Temperatur besitzt, die aus reicht, daß das Wärmespeichermedium (9) eine Phasenänderung von der festen Phase zur flüssigen Phase erfährt; und
Rühren des Wärmespeichermediums (9) während des Schrittes der Übertragung von Wärme vom Wärmespeichermedium (9) an das Kühlmittel.

12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Schritt des Rüh rens einen Schritt der Schaffung einer Strömung des Wärme speichermediums (9) innerhalb des Behälters (5) umfaßt, um das Wachstum ungeschmolzener, hitzebeständiger Kristalle im Wärmespeichermedium (9) zu unterbinden.

13. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Schritt des Rührens einen Schritt der Schaffung einer Strömung des Wärmespeicherme diums (9) innerhalb des Behälters (5) umfaßt, zum Verhindern bzw. Verzögern des Wachstums ungeschmolzener, hitzebeständiger Kristalle im Wärmespeichermedium (9).

14. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Schritt des Rüh rens einen Schritt der Bewegung eines bewegbaren Elements (10) innerhalb des Behälters (5) zum Rühren des Wärmespei chermediums (9) umfaßt.

15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Schritt des Bewe gens einen Schritt der Verschiebung des Behälters (5) zum Be wegen des Elements (10) im Behälter (5) umfaßt.

16. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Schritt des Rüh rens einen Schritt des Bewegens des Behälters (5) unter Ver wendung der Strömungskraft des Kühlmittels umfaßt, um dadurch das Wärmespeichermedium (9) zu rühren.

17. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Schritt des Rüh rens einen Schritt des Bewegens des Behälters (5) unter Ver wendung einer Vibrationskraft einer motorischen Antriebswelle (32) umfaßt, um dadurch das Wärmespeichermedium zu rühren.