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Die
Erfindung betrifft einen Latentwärmespeicher
mit zumindest einem Einlass und wenigstens einem Auslass für ein den
Latentwärmespeicher durchströmendes Wärmetauschmedium,
wobei der Latentwärmespeicher
ein Gehäuse
aufweist, in dessen Innerem mit einem Speichermedium befüllte Speicherräume vorgesehen
sind, die unter Freilassung zumindest einer Durchströmungsöffnung derart in
dem Gehäuse
angeordnet sind, dass ihre generelle Ausrichtung im wesentlichen
jeweils zueinander parallel ausgerichtet ist, wobei jeder Speicherraum von
wenigstens zwei Speicherwänden
begrenzt ist und die gegenüberliegenden
Speicherwände
zweier benachbarter Speicherräume
zwischen sich einen Strömungskanal
bilden, durch den das Wärmetauschmedium
für den
Wärmeaustausch
zwischen dem Speichermedium und dem Wärmetauschmedium strömt, d. h.
das Speichermedium be- oder entladen wird, und wobei die Durchströmungsöffnungen
in zumindest zwei benachbarten Speicherwänden versetzt zueinander, insbesondere
im Bereich gegenüberliegender
Seiten des Gehäuses,
angeordnet sind, so dass das Wärmetauschmedium
insbesondere mäanderförmig von
dem Einlass zu dem Auslass geleitet wird.
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In
der Praxis werden Latentwärmespeicher zur
Speicherung thermischer Überschussenergie eingesetzt.
Die Latentwärmespeicher
sind mit einem Speichermedium, so genannte PCM's wie beispielsweise Parafin oder auch
Salzhydraten bzw. Salzhydratmischungen befüllt. Das Speichermedium ändert dabei
seinen Aggregatzustand. Üblicherweise
wird der Latentwärmespeicher
zu Tageszeiten, in denen die Energie günstig ist, "aufgeladen". Die gespeicherte Energie kann dann
zu einem späteren
Zeitpunkt zur Verfügung
gestellt werden. Latentwärmespeicher eignen
sich auch zum Ausgleich von Temperaturschwankungen in Gebäuden. Zum "Aufladen" werden die Latentwärmespeicher
beispielsweise mit einem temperierten Wärmetauschmedium durchströmt. Bei
Verwendung des Latentwärmespeichers in
einer klimatechnischen Anlage kann dann die so gespeicherte Energie
beispielsweise an die durch die klimatechnische Anlage strömende Luft,
die dann als Wärmetauschmedium
anzusehen ist, abgegeben werden.
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Nachteilig
bei bekannten Latentwärmespeicher
ist, dass die Speicherkapazität
begrenzt ist, da die Befüllungsgrade,
die eine optimale Wärmeübertragung
zwischen Speichermedium und Wärmeaustauschmedium
sichern, nicht zufriedenstellend sind.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, den vorgenannten Nachteil zu vermeiden und
einen Latentwärmespeicher
anzugeben, der bei einer einfachen Konstruktion hohe Befüllungsgrade
mit einem Speichermedium und insoweit hohe Speicherkapazität gewährleistet.
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Diese
Aufgabe wird dadurch gelöst,
dass die Speicherwände
der Speicherräume
abwechselnd angeordnete erhabene Bereiche und vertiefte Bereiche aufweisen,
wobei die der gene rellen Erstreckung des Speicherraumes entsprechenden
gegenüberliegenden
Speicherwände
benachbarter Speicherräume hinsichtlich
ihrer jeweiligen erhabenen Bereiche und vertieften Bereiche so aufeinander
abgestimmt sind, dass in Strömungsrichtung
gesehen im Bereich der gegenüberliegenden
Speicherwände
zweier benachbarter Speicherräume
ein Strömungskanal
mit über die
gesamte Kanallänge
und die gesamte Kanalbreite in im wesentlichen etwa einheitlicher
Kanalhöhe resultiert.
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Bei
einer solchen Ausgestaltung ist der Verlauf der jeweiligen Speicherwände sämtlicher
Speicherräume
einschließlich
der Ausrichtung der erhabenen und der vertieften Bereiche identisch,
wobei benachbarte Speicherwände
verschiedener Speicherräume
nicht nur im Abstand, sondern auch leicht versetzt zueinander angeordnet
sind.
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Daher
stellt eine auf den Speicherraum bezogene innenseitige Einbuchtung
einer Speicherwand eine bezogen auf den Speicherraum auswärts weisende,
konkave Ausbuchtung dar, die mit der außenseitigen Oberfläche der
Speicherwand wegen der im Wesentlichen konstanten Materialstärke der Speicherwand
strömungskanalseitig
eine vorstehende konvexe Einbuchtung bildet, welche in die strömungskanalseitige
konkave Ausbuchtung eines benachbarten Speicherraums hineinragt.
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Die
Höhe des
Strömungskanals,
der zwischen zwei Speicherräumen
gebildet wird, ist dabei so abgestimmt, dass eine optimale Durchströmung durch
das Wärmetauschmedium über den
kompletten Querschnitt des Strömungskanals
gewährleistet ist.
Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung
findet dabei über
die komplette Fläche
der Speicherräume, die sich
aus der Kanallänge
und der Kanalbreite ergibt, ein Wärmeaustausch statt.
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Jeder
Speicherraum weist zumindest eine Befüllungsöffnung auf. Damit kann jeder
Speicherraum zentral an einer Stelle mit dem Speichermedium befüllt werden.
Nach dem Befüllen
wird der Speicherraum geschlossen. Das Speichermedium verteilt sich
dabei automatisch gleichmäßig in dem
Speicherraum, so dass damit eine nahezu gleichmäßige Wärmeübertragung erzielt wird.
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Der
erfindungsgemäße Latentwärmespeicher
erlaubt ein Abdämpfen
von thermischen Lastspitzen, wie sie z.B. bei Glasfassaden bei starker Sonneneinstrahlung
in den hinter der Glasfassade befindlichen Räumen auftreten können. Bei
Einsatz des Latentwärmespeichers
beispielsweise in einer Kühldecke
findet tagsüber
eine Wärmeaufnahme statt,
wobei das Parafin schmilzt; nachts verändert das Parafin (Speichermedium)
wieder seinen Aggregatzustand, wobei die Wärme von dem Speichermedium
auf das Wärmetauschmedium übertragen
wird.
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Die
Aufgabe wird aber auch dadurch gelöst, dass die jeweiligen Speicherwände eines
jeden Speicherraums aus einem eine im Wesentlichen einheitliche
Wandstärke
aufweisenden Material bestehen und über ihre Fläche verteilt jeweils abwechselnd
angeordnete erhabene Bereiche und vertiefte Bereiche aufweisen,
wobei von jedem Speicherraum seine beiden Speicherwände hinsichtlich
ihrer jeweiligen erhabenen Bereiche und vertieften Bereiche so aufeinander
abgestimmt sind, dass ihre jeweiligen vertieften Bereiche unter
Bildung von kammerartigen Teilräumen
in entgegengesetzter Richtung voneinander wegweisend ausgerichtet
sind und ihre jeweiligen erhabenen Bereiche einander zugewandt ausgerichtet
sind, wobei die jeweiligen erhabenen Bereiche der Speicherwände direkt
oder über
ein Verbindungselement, insbesondere über eine Klebe-, Schweiß- oder Lötstelle,
miteinander verbunden sind, wobei die einzelnen Teilräume miteinander
in Verbindung stehen.
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Auch
hier ist der Verlauf der Speicherwände identisch, jedoch weist
der Verlauf eine umgekehrte Ausrichtung der erhabenen und der vertieften
Bereiche auf. Selbstverständlich
ist auch eine Kombination der Merkmale der Ansprüche 1 und 2 möglich. Damit
können
sehr hohe Befüllungsgrade
und hohe Speicherkapazitäten
erzielt werden, da die Länge des
Strömungskanals
innerhalb des Gehäuses
und damit die von dem Wärmetauschmedium
zurückzulegende
Strecke erheblich vergrößert wird.
Damit steht eine große
Wärmeübertragungsfläche zur
Verfügung.
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Eine
Umlenkung des Wärmetauschmediums findet
nicht nur im Bereich der Durchströmungsöffnungen von dem einen Zwischenraum,
der zwischen zwei benachbarten Speicherräumen gebildet wird, zu dem
nächsten
Zwischenraum, der zwischen zwei anderen Speicherräumen gebildet
wird, statt; vielmehr wird das Wärmetauschmedium
auch in dem Bereich, der sich zwischen zwei benachbarten Speicherwänden zweier
Speicherräume
befindet, aufgrund der erhabenen und vertieften Bereichen mehrfach
umgelenkt.
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Die
Durchströmungsöffnungen,
die ein Strömen
von dem einen Zwischenraum in einen anderen Zwischenraum erlauben,
können
im Randbereich eines jeweiligen Speicheraumes vorgesehen sein. Es ist
aber auch durchaus denkbar, dass der Speicheraum in einem Abstand
zum Gehäuse
unter Bildung einer Durchströmungsöffnung angeordnet
ist.
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Die
erhabenen Bereiche und die vertieften Bereiche können in etwa die gleiche Kontur
aufweisen.
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Der
Querschnitt dieser Bereiche kann sich zu den höchsten Teilbereichen der erhabenen
Bereiche bzw. zu den tiefsten Teilbereichen der vertieften Bereiche
hin verjüngen.
Denkbar sind beispielsweise pyramidenstumpfartige oder kegelstumpfartige
Ausbildungen. Dann ist der höchste
Teilbereich der erhabenen Bereiche bzw. der tiefste Teilbereich
der vertieften Bereiche stumpf bzw. platt ausgebildet. Selbstverständlich ist
es aber auch möglich,
dass die erhabenen Bereiche bzw. vertieften Bereiche endseitig spitz
ausgebildet sind.
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Die
erhabenen Bereiche bzw. vertieften Bereiche können auch eine halbkugelförmige Ausgestaltung
aufweisen, die endseitig auch ein wenig abgeflacht sein können. Dabei
bietet sich an, wenn der Abstand der entgegengesetzt ausgerichteten
tiefsten Teilbereiche der vertieften Bereiche zweier Speicherwände eines
Speicherraums ≤30
mm beträgt.
Hierdurch ist gewährleistet,
dass auch das Speichermedium, das sich in etwa in der Mitte dieses
von beiden vertieften Bereichen umschlossenen Teilraumes dieses
Speicherraumes befindet, "aktiv" ist.
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Zur
Erhöhung
des Wärmeaustausches
kann in zumindest einem Speicherraum zumindest ein wärmeleitendes
Element, insbesondere Metallwolle oder ein anderes eine offenporige
Struktur aufweisendes Element, vorgesehen sein.
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Die
Speicherwände
können
auf den äußeren Umfang
des gesamten Speicherraums bezogen umfangsseitig unter Bildung eines
schräg
zur generellen Erstreckung des Speicherraumes angestellten Kragens
miteinander verbunden sein.
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Bei
einer solchen Ausgestaltung bietet sich an, dass das Gehäuse des
Latentwärmespeichers durch
die dichtend ineinander gesteckten Kragen benachbarter Speicherräume gebildet
ist. Bei einer solchen Ausgestaltung bedarf es keines separaten
Gehäuses
mehr, da die Kragen ihr eigenes Gehäuse bilden. Es bedarf dann
lediglich des Anschließens
des Einlasses und des Auslasses, damit das Wärmetauschmedium den Latentwärmespeicher
durchströmen
kann. Die Speicherkapazität
des Latentwärmespeichers
kann beliebig durch Hinzufügen
oder Entnehmen von Speicherräumen
variiert werden.
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Zumindest
eine Speicherwand kann als Blech, vorzugsweise als Aluminiumblech,
ausgebildet sein.
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Zumindest
eine Speicherwand kann aus Kunststoff bestehen. Selbstverständlich sind
auch andere geeignete Materialien denkbar.
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Zur
definierten Beabstandung zweier benachbarter Speicherräume kann,
vorzugsweise zwischen zumindest einem erhabenen Bereich des einen
Speicherraums und dem korrespondierenden vertieften Bereich des
benachbarten anderen Speicherraums, ein Distanzelement vorgesehen
sein. Vorzugsweise sind mehrere, über die Fläche der Speicherräume verteilt
angeordnete Distanzelemente vorgesehen.
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Im
Folgenden wird ein in den Zeichnungen dargestelltes Ausführungsbeispiel
der Erfindung erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
Draufsicht auf ein erfindungsgemäßen Speicherraum,
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2 einen
Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Speicherraum,
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3 einen
Schnitt durch mehrere ineinander gesteckte Speicherräume und
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4 einen
Teilausschnitt aus 3 ohne Distanzelemente.
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In
allen Figuren werden für
gleiche bzw. gleichartige Bauteile übereinstimmende Bezugszeichen
verwendet.
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In 1 ist
ein quadratisch ausgebildeter Speicherraum 1 dargestellt,
der aus zwei Speicherwänden 2, 3 besteht.
Die Speicherwände 2, 3 sind auf
dem gesamten äußeren Umfang
des Speicherraumes 1 umfangsseitig unter Bildung eines
schräg zur
generellen Erstreckung des Speicheraumes 1 angestellten
Kragens 4 miteinander verbunden.
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Jede
Speicherwand 2, 3 weist über ihre Fläche verteilt jeweils abwechselnd
angeordnete vertiefte und erhabene Bereiche 5, 6 auf.
Jede Speicherwand 2, 3 besteht aus einem im Wesentlichen
eine einheitliche Wandstärke
aufweisenden Material.
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Wie 2 zu
entnehmen ist, entsprechen sich die erhabenen Bereiche 6 und
die vertieften Bereiche 5 einander mit umgekehrter Ausrichtung.
Die beiden gegenüberliegenden
Speicherwände 2, 3 eines
Speicherraumes 1 sind dabei so zueinander angeordnet, dass
die in Richtung der Speicherwand 3 weisenden erhabenen
Bereiche 6 der Speicherwand 2 den in Richtung
der Speicherwand 2 weisenden erhabenen Bereichen 6 der
Speicherwand 3 in etwa gegenüberliegend angeordnet sind.
Die vertieften Bereiche 5 beider Speicherwände 2, 3 eines
Speicherraums 1 sind voneinander wegweisend ausgerichtet.
Die erhabenen Bereiche 6 und die ver tieften Bereiche 5 sind
in etwa kegelstumpfartig ausgebildet.
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Wie
deutlich zu erkennen ist, sind die jeweiligen erhabenen Bereiche 6 der
Speicherwände 2, 3 eines
Speicherraums 1 über
ein Verbindungselement 7, beispielsweise eine Klebeverbindung,
in einem geringen Abstand miteinander verbunden. Denkbar wäre aber
auch die Verbindung über
einen Abstandhalter festgelegter Breite, so dass hierdurch die Breite
des Speicherraums 1 variierbar ist.
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Zusätzlich sind
entlang einer Kante jedes Speicherraumes 1 fünf Durchströmungsöffnungen 8 vorgesehen,
die ein Strömen
eines Wärmetauschmediums
in Richtung der Pfeile 9 ermöglichen.
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Wie 3 zu
entnehmen ist, sind benachbarte Speicherräume 1 so angeordnet,
dass die vertieften Bereiche 5 des einen Speicherraums 1 und
die vertieften Bereiche 5 des anderen benachbarten Speicherraums 1 versetzt
zueinander in einem orthogonal zur generellen Erstreckung des Speicherraumes 1 gesehenen
geringen Abstand befinden. Bei der in 3 dargestellten
Anordnung ragt der vertiefte Bereich 5 des einen Speicherraums 1 in
den erhabenen Bereich 6 des anderen benachbarten Speicherraums 1 hinein.
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Aufgrund
der identischen Ausbildung der versetzt zueinander angeordneten
Speicherwände 2, 3 benachbarter
Speicherräume 1 bildet
sich zwischen zwei benachbarten Speicherräumen 1 ein schmaler,
sich im Wesentlichen über
die ganze Fläche
der Speicherräume 1 erstreckender
Strömungskanal 10,
durch den das Wärmetauschmedium,
das als Pfeil 9 dargestellt ist, unter mehrfacher Umlenkung
geleitet wird. Aufgrund der mehrfachen Umlenkung ist die Wärme tauschfläche groß und damit
die Speichervolumen klein. Bei schmalen Querschnitten der Strömungskanäle 10 können hohe
Befüllungsgrade
erzielt und somit hohe Speicherkapazitäten realisiert werden.
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Die
Durchströmungsöffnungen 8 benachbarter
Speicherräume 1 sind
vorzugsweise im Bereich gegenüberliegender
Kanten des Gehäuses
angeordnet, damit der Strömungskanal 10 mäanderförmig durch
das Gehäuse
geführt
ist.
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Wie
aus 4 deutlich hervorgeht, sind benachbarte Speicherräume 1,
die zwischen sich einen Teil des Strömungskanals 10 bilden,
so zueinander ausgerichtet, dass die vertieften Bereiche 5 der
Speicherwand 3 des einen Speicherraums 1 und die
vertieften Bereiche 5 der Speicherwand 2 des benachbarten
anderen Speicherraums 1 versetzt zueinander angeordnet
sind.
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Damit
findet eine Umlenkung des Strömungskanals 10 nicht
nur im Bereich der Durchströmungsöffnungen 8 von
dem einen Zwischenraum, der zwischen zwei benachbarten Speicherräumen 1 gebildet
wird, zu dem nächsten
Zwischenraum, der zwischen zwei anderen Speicherräumen 1 gebildet wird,
statt; vielmehr wird das Wärmetauschmedium aufgrund
des Ineinandergreifens zweier benachbarter Speicherräume 1 auch
in dem Bereich, der sich zwischen zwei benachbarten Speicherwänden 2, 3 zweier
benachbarter Speicherräume 1 befindet,
aufgrund der erhabenen und vertieften Bereichen 6, 5 mehrfach
umgelenkt.
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Wie
in 3 dargestellt, weist jeder Speicherraum 1 zumindest
eine Befüllungsöffnung 11 auf, um
den Speicherraum 1 mit einem Speichermedium zu füllen. Aufgrund
der versetzten Anordnung um 180° benachbarter
Speicherräume 1 ist in
dieser Darstellung lediglich die Befüllungsöffnung 10 jedes zweiten
Speicherraums 1 erkennbar. Bei den anderen Speicherräumen 1 befindet
sich die Befüllungsöffnung 11 aufgrund
der umgekehrten Anordnung in der in dieser Darstellung nicht erkennbaren
Kante.
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Zur
Erhöhung
der Wärmeleitung
ist in den Speicherräumen 1 zusätzlich ein
wärmeleitendes Element 12,
wie z. B. Metallwolle, vorgesehen.
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Wie 3 zu
entnehmen ist, sind die Kragen 4 benachbarter Speicherräume 1 dichtend
ineinander gesteckt, so dass die Kragen 4 das Gehäuse selbst
für den
Latentwärmespeicher
bilden. Besonders gute Wärmeübertragungen
lassen sich erzielen, wenn der Abstand zwischen den in entgegengesetzter
Richtung weisenden tiefsten Teilbereiche der vertieften Bereiche 5 der
Speicherwände 2, 3 eines Speicherraums
1 ≤30 mm
ist. Dann nimmt auch das Speichermedium, das sich in etwa in der
Mitte dieses kammerartigen Teilraumes des Speicherraums 1 befindet,
hinreichend an der Wärmeübertragung
teil.
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Wie
in 3 dargestellt, können zwischen einem vertieften
und erhabenen Bereich 5, 6 zweier benachbarter
Speicherräume 1 Distanzhalter 13 vorgesehen
sein, mit deren Hilfe die Höhe
des Strömungskanals 10 genau
definiert und damit auch der Befüllungsgrad
des Latentwärmespeichers
optimiert werden kann.
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Nicht
dargestellt ist in den Figuren der Einlass und der Auslass für das den
Latentwärmespeicher
durchströmende
Wärmetauschmedium.