DE202010000027U1

DE202010000027U1 - Latentwärmespeicher

Info

Publication number: DE202010000027U1
Application number: DE202010000027U
Authority: DE
Original assignee: LATHERM GmbH
Current assignee: German Energy Valley De GmbH
Priority date: 2009-03-24
Filing date: 2010-01-12
Publication date: 2010-03-25
Anticipated expiration: 2020-01-13
Also published as: DK201000060U3; ITTO20100044U1; AT11277U3; AT11277U2

Abstract

Latentwärmespeicher mit einem Außenmantel, in welchem ein fluidführendes Leitungssystem angeordnet ist, welches über wenigstens einen aus dem Außenmantel geführten Zulauf und wenigstens einen aus dem Außenmantel geführten Ablauf verfügt,
wobei zwischen Leitungssystem und Außenmantel ein Wärmespeichermedium in wärmeleitendem Kontakt mit dem Leitungssystem angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
innerhalb des Außenmantels ein Stützaufbau angeordnet ist,
das Leitungssystem wenigstens abschnittsweise aus biegbaren Kunststoffrohren gebildet ist,
wobei die Kunststoffrohre abschnittsweise an dem Stützaufbau abgestützt sind.

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Latentwärmespeicher. Insbesondere betrifft die Erfindung Latentwärmespeicher mit einem Außenmantel, in welchem ein fluidführendes Leitungssystem angeordnet ist, das über wenigstens einen aus dem Außenmantel geführten Zulauf und wenigstens einen aus dem Außenmantel geführten Ablauf verfügt. Zwischen Leitungssystem und Außenmantel ist ein Wärmespeichermedium in wärmeleitendem Kontakt mit dem Leitungssystem angeordnet.
Latentwärmespeicher nutzen den physikalischen Effekt der latenten Wärme, also derjenigen Wärme, die bei einem Phasenübergang eines Stoffes aufgenommen oder abgegeben wird. Derartige Phasenübergänge verändern die molekulare Struktur des übergehenden Stoffes und es kommt während des Phasenüberganges trotz Wärmetransport in den Stoff oder aus dem Stoff nicht zu einer wesentlichen Temperaturänderung.
Ein entsprechender Latentwärmespeicher ist in der DE 199 53 113 C1 beschrieben.
In bekannten Latentwärmespeichern, welche zur Speicherung, zum Transport und zum späteren Abruf von anfallender Wärme verwendet werden, werden regelmäßig als Speichermedien bzw. Speichermaterialien verschiedene Salze eingesetzt. Die Anmelderin setzt Latentwärmespeicher z. B. ein, um an einem Ort mit anfallender Wärme (z. B. Verbrennungsanlage) die Wärme mittels erwärmtem Fluid-Medium in ein Leitungssystem einzuspeisen, welches das Wärmespeichermedium des Latentwärmespeichers durchzieht und dort die Wärme an das Speichermedium abgibt. Das Speichermedium, zum Beispiel ein Salz, schmilzt und nimmt bei diesem Schmelzvorgang die Wärme aus dem Fluid des Lei tungssystems auf. Bei der Wärmeentnahme läuft es umgekehrt, wobei ein kühles Medium in den Wärmespeicher durch das Fluidsystem eingeleitet wird, welches die Wärme des dann kristallisierenden Wärmespeichermediums aufnimmt. Solche Latentwärmespeicher können außerdem Isolierschichten und weitere Bauteile aufweisen, welche die Effizienz und Sicherheit der Systeme erhöhen.
Das fluidführende Leitungssystem in dem Latentwärmespeicher wirkt also als Wärmetauscher zwischen durchgeleitetem fluidalem Medium und umgebendem Speichermedium, wobei das Speichermaterial durch die Leitungen selbst von dem Fluid getrennt ist.
Herkömmliche Wärmetauscher in anderen Gebieten der Technik werden oft aus Metallen wie zum Beispiel Edelstahl oder Kupfer hergestellt. Mit derartigen Wärmetauschern lassen sich jedoch nicht sinnvoll Latentwärmespeicher dauerhaft betreiben, da die verwendeten Speichermaterialien ein deutlich anderes Korrosionsverhalten als beispielsweise Wasser aufweisen. Des Weiteren sind solche Metalle schwer, teuer und nicht einfach zu bearbeiten, zum Beispiel zu biegen und zu formen, so dass auch komplexen Wärmespeichergeometrien Rechnung getragen werden könnte. Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen verlässlichen, dauerhaften und effizienten Latentwärmespeicher zu bilden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Latentwärmespeicher mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie einen Latentwärmespeicher mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist in dem Außenmantel des Latentwärmespeichers ein Stützaufbau angeordnet. Das Leitungssystem des Latentwärmespeichers, durch welches das wärmeaufnehmende oder wärmeabgebende Fluid geleitet wird (zum Beispiel Brauchwasser) ist wenigstens teilsweise aus biegbaren Kunststoffrohren gebildet. Die Kunststoffrohre sind abschnittsweise an dem Stützaufbau abgestützt.
Erfindungsgemäß wird also ein Stützaufbau verwendet, welcher zu der eigentlichen Fluidführung oder Wärmespeicherung keinen Beitrag leistet. Dieser Stützaufbau kann aus einem beliebigen Material gebildet sein, welches sich zu einem derartigen Zweck eignet, zum Beispiel aus Kunststoffprofilen oder korrosionsbeständigen Metallen. Durch die Verwendung des Stürzaufbaus wird der Einsatz von komplex geformten Leitungsaufbauten möglich, da ggf. auftretende Rückstellkräfte vom Stützaufbau aufgenommen werden.
Das Leitungssystem ist wenigstens teilweise aus biegbaren Kunststoffrohren gebildet. Derartige Kunststoffrohre sind bei geeigneter Bemessung flexibel und können in beliebigen Wärmespeichergeometrien verwendet werden, wobei sie den Stützaufbau verwenden, um in dem Speicher örtlich festgelegt zu werden. Nur durch die Kombination aus Stützaufbau und Kunststoffleitungen wird ein sinnvoller Aufbau als Wärmetauscher möglich, da der Stützaufbau die bei den Kunststoffrohren fehlende plastische Verformbarkeit durch seine Stützwirkung und Festlegung der Rohrpositionen kompensiert.
Beispielsweise kann der Stützaufbau einen Rahmen oder ein Gitter aufweisen, durch welches die Kunststoffrohre zur Bildung des fluidführenden Leitungssystems geführt sind oder um welche man die Kunststoffrohre wickeln kann. Auf diese Weise lassen sich Ringstrukturen, Spiralstrukturen oder Schleifenstrukturen problemlos realisieren.
Derartig verwendbare Kunststoffrohre werden bereits heute in anderen technischen Bereichen, beispielsweise in Fußboden- oder Wandheizungen und Fernwärmeleitungen eingesetzt und bieten eine genügend große mechanische Flexibilität, thermische Stabilität und Korrosionsbeständigkeit. Auch in der Sanitärwirtschaft finden Kunststoffrohre inzwischen ein breites Einsatzgebiet. Diese Kunststoffrohre bieten weiterhin den Vorteil, dass sie sich als Quasi-Endlosware herstellen lassen, auf Rollen geliefert werden und von der Rolle direkt verarbeitet werden können. Es ist daher nicht erforderlich, wie bei metallischen Fluidsystemen aufwändige Verbindungsbereiche in großer Zahl zur Bildung eines Wärmetauschers anzuordnen. Die Anzahl der Verbindungsstellen ist im Vergleich zu herkömmlichen Metallrohren minimal. Wird eine Stützstruktur in Gestalt von Rasterunterlagen verwendet, lassen sich derartige Rohre außerdem in kleinen Radien in diese Rasterunterlagen verlegen und selbst komplexe Leitungsstrukturen sind leicht zu realisieren.
Kritisch ist bei derartigen Kunststoffrohren die Temperaturbeständigkeit. In stark druckbeanspruchten Bereichen werden regelmäßig Verbundrohre eingesetzt, die aus mehreren Lagen unterschiedlicher Kunststoffe, ggf. mit Zwischenlagen aus Metallfolien oder dünnen Metallschichten bestehen. Kunststoffrohre, die heutzutage für die Fernwärmeversorgung vorgesehen sind, sind bis zu Temperaturen von 95°C, in Spitzenbelastungen sogar bis 110°C stabil und hochgradig druckbeständig. Derartige Rohre sind auch für den erfindungsgemäßen Gebrauch geeignet, auch wenn längere Temperaturbelastungen oberhalb dieser herstellerseitig vorgegebenen Temperaturgrenze vorkommen. Es hat sich in Untersuchungen der Anmelderin gezeigt, dass bei Berücksichtigung einer Lebenszeit des Latentwärmespeichers von circa 15 Jahren die Betriebsbedingungen von teilweise von über 100°C Celsius das Material nicht wesentlich schädigen. Geeignete Kunststoffrohre sind beispielsweise Produkte der Firma Uponor^®, die beispielweise aus vernetzten Kunststoffen bestehen (zum Beispiel Polyethylen PE-Xa). Andere geeignete Produkte werden z. B. von der Firma Rehau AG + Co bereitgestellt (PE-X-A-Rohre)
Mit dem erfindungsgemäßen Einsatz von Kunststoffrohren in Latentwärmespeichern als Teil des Wärmetauschersystems eröffnen sich gänzlich neuartige Möglichkeiten der Gestaltung der Wärmetauscherstrukturen. Gegenüber den herkömmlichen Produkten können kleine Abstände in allen Raumrichtungen realisiert werden und auch runde Geometrien oder sogar individuell gefertigte Geometrien effizient mit einem fluidführenden Leitungssystem zum Wärmeaustausch durchzogen werden. Es ist sogar möglich, den Wärmetauscher an die Geometrie der Außenhülle anzupassen.
In einer bevorzugten Gestaltung der Erfindung weist der Stützaufbau Haltemittel auf, mit welchen die Kunststoffrohre zum Abstützen abschnittweise haltbar sind.
Es ist möglich, universelle Stützaufbauten vorzusehen, an denen an einer Vielzahl von Stellen Haltemittel angeordnet sind, so dass individuelle Führungen für die Kunststoffrohre zur Bildung des Leitungssystems nutzbar sind. Die nicht benötigten Haltemittel bleiben dabei ungenutzt und frei. Alternativ können an dem Stützaufbau Aufnahmen vorgesehen sein, in welche Haltemittel nach Bedarf eingehängt, eingeklippt oder eingesteckt werden können. Zum Beispiel können Schlauchschellen aus Kunststoff um die Kunststoffrohre gelegt werden und in den Stützaufbau eingehakt oder eingesteckt werden, sobald das Kunststoffrohr in die gewünschte Position und Ausrichtung gebracht wurde. Aufgrund der Flexibilität der Kunststoffrohre können mit derartigen universellen Stützaufbauten oder auch speziellen Stützaufbauten nahezu beliebige Geometrien für fluidführende Leitungssysteme realisiert werden, ohne dass bei der Bearbeitung aufwändige Bearbeitungsschritte vorzunehmen sind. Die Rohre können regelmäßig händisch und teilweise werkzeuglos in die entsprechende Lage gebracht werden und später auch noch in ihrer Lage zueinander oder Orientierung im Raum korrigiert werden. Diese gesamten Vorteile bietet nur ein der artiges flexibles System wie die Verwendung von Kunststoffrohren. In früheren bekannten Latentwärmespeichern ist eine derartige Erstellung und nachträgliche Korrektur kaum denkbar.
Vorzugsweise sind die Haltemittel zum flexiblen Halten der Kunststoffrohre ausgebildet. Die Kunststoffrohre erfahren aufgrund der erheblichen Temperaturschwankungen in einem Latentwärmespeicher Ausdehnungen und Schrumpfungen. Die Haltemittel sind so auszubilden, dass die Kunststoffrohre zwar in ihren Haltepositionen im Wesentlichen festgelegt sind, jedoch den Längenänderungen aufgrund von Temperaturschwankungen folgen können. Dazu können die Rohre beispielsweise in Schellen eingelegt sein, die eine größere Nennweite aufweisen als der maximale Außendurchmesser des Rohres, so dass das Rohr in der Schelle abgleiten kann. Alternativ können Ösen gebildet sein, in welche die Rohre eingehängt werden oder Stützen, auf welchen die Rohre lose aufliegen und z. B. durch ihre Rückstellkräfte fixiert werden. Im letztgenannten Fall ist es z. B. möglich, einen Stützaufbau als eine Art Käfig mit vertikalen Streben auszubilden, in dessen Inneren eine Rohrschlange gewickelt ist, so dass diese durch die Rückstellkräfte nach außen gegen die Stützen gedrängt wird. An den Stützen können Nasen oder Ösen ausgebildet sein, welche die vertikale Lage der Rohrschlangenwindungen festlegen, jedoch eine Verschiebung der Windungen in tangentialer Richtung zulassen.
In einer Weiterbildung der Erfindung sind die Kunststoffrohre als mehrschichtige Verbundrohre ausgebildet.
Derartige mehrschichtige Verbundrohre weisen regelmäßig Innenrohre und Außenrohre auf, zwischen denen Schichten aus Haftvermittlern und möglicherweise dünne Metallschichten oder Metallrohren angeordnet sind, um eine große Druckbeständigkeit zu gewährleisten. Außerdem können mit Innenrohr und Außenrohr Anpassungen auf das jeweils benachbarte Medium vorgenommen werden. So kann das Außenrohr z. B. aus chemisch hochbeständi gen Material gebildet sein, während das Innenrohr, welches beispielsweise lediglich mit Brauchwasser in Kontakt kommt, aus einem flexiblen und dichten, jedoch chemisch nicht gleichermaßen (hoch-)beständigen Material gebildet ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Kunststoffrohre zur Bildung von schraubenlinienförmigen Leitungsabschnitten angeordnet. Derartige Schraubenlinienleitungsabschnitte bieten sich regelmäßig dann an, wenn eine große Rohrlänge auf geringem Raum untergebracht werden soll. Eine Tauchsieder-artige Struktur eignet sich dabei, auch beispielsweise in runden Latentwärmespeichern eine effiziente Wärmeüberleitung zwischen Speichermedium und Rohrleitungssystem zu gewährleisten.
Gemäß einer Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform sind mehrere ineinander geschachtelte schraubenlinienförmige Leitungssytem-Abschnitte realisiert, wobei die zentralen Achsen der Schraubenlinien zusammenfallen. Derart ineinander verschachtelte schraubenlinienförmige Leitungssysteme nutzen besonders effizient den Raum aus und gewährleisten, dass an verschiedenen Punkten des Speichermediums eine Wärmeableitung oder Aufnahme von einem nächstgelegenen Leitungssystem-Abschnitt möglich ist. Die Raumausnutzung bei einem solchen ineinander verschachtelten Schraubenlinienaufbau ist besonders effizient. Vorzugsweise ist bei einem derartigen Aufbau der radiale Abstand einer Leitungswindung zu der nächsten (weiter außen liegenden oder weiter innen liegenden) Leitungswindung im Wesentlichen gleich der Steigung der Schraubenlinie. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass zwischen den einzelnen Leitungsabschnitten in vertikaler wie auch in horizontaler Richtung weitgehend gleiche Abstände vorliegen. Beispielsweise können die Schraubenlinien jedoch auch um eine halbe Steigung versetzt angeordnet sein, um das Speichermedium noch stärker mit Leitungssystemen zu durchsetzen.
In einer bevorzugten Ausführungsform, die insbesondere in rechteckigen Latentwärmespeichern zum Einsatz kommt, sind die Kunststoffrohre zur Bildung jeweils mäanderförmiger Strukturen in mehreren parallelen Ebenen angeordnet. In diesem Fall wird das Kunststoffrohrsystem im Wesentlichen in einer Ebene auf einem Stützaufbau angeordnet, zum Beispiel auf einem Gitter mittels Clips oder Bindern festgelegt und in einer mäanderförmigen Struktur ausgerichtet. Mehrere dieser Ebenen können hintereinander angeordnet sein, so dass die Ebenen in einem rechteckigen Gehäuse gestaffelt aufgebaut sind.
In einem anderen Aspekt der Erfindung weist der Latentwärmespeicher ein Leitungssystem auf, welches wenigstens abschnittsweise aus Kunststoffhohlkörpern gebildet ist, wobei die Hohlkörper als Flächenwärmetauscher (in Gestalt von Flachkörpern) ausgebildet sind. Die Hohlkörper weisen jeweils wenigstens einen Hohlkörper-Zulauf und wenigstens einen Hohlkörper-Ablauf auf, und die Wandungen der Hohlkörper sind zur Bildung eines Strömungsweges durch den Hohlkörper so profiliert, dass der innere freie Raum bzw. Abstand zwischen den Wandungen bereichsweise verschieden ist, so dass ein innerer Strömungsweg gebildet wird.
Der Hohlkörper bietet also zwischen Hohlkörper-Zulauf und Hohlkörper-Ablauf einen vorgesehenen Fluidweg, der durch teilweise Verengungen und Erweiterungen im Hohlkörper, also Variation des inneren freien Raums oder Wandabstandes vorgegeben ist. Ein derartiger Kunststoffhohlkörper kann äußerlich einem modernen Heizkörper ähneln, wobei jedoch der Fluidweg durch Wahl der Profilierung der jeweiligen Wandungen des Hohlkörpers beliebig ausführbar ist. Es sind beispielsweise Hohlkörper denkbar, in denen das durchströmende Fluid spiralförmig verläuft und ein Hohlkörperauslass im Zentrum des Hohlkörpers angeordnet ist oder eine mäanderförmige Struktur von Durchströmbereichen mit erweitertem Querschnitt vorgesehen ist. Vorzugs weise sind gegenüberliegende Seitenteile des Kunststoff-Hohlkörpers abschnittsweise bzw. in Flächenbereichen miteinander verbunden. In diesen miteinander verbundenen Bereichen liegen die gegenüberliegenden Wandungen aneinander an; dort ist der innere freie Abstand der Wandungen daher gleich Null, so dass diese Bereiche für durchströmendes Fluid gesperrt sind. Derartige Abschnitte können beispielsweise erreicht werden, indem Kunststoffplatten an ihren äußeren Begrenzungen verschweißt werden und anschließend abschnittsweise Schweißnähte über die Platten in solchen Bereichen gezogen werden, in denen die Wandungen zu verbinden sind. Anschließend können diese Kunststoffplatten durch einen Druckstoß expandiert werden. Ein solches Expansionsverfahren ist in der kunststoffverarbeitenden Industrie bekannt. Als Kunststoffe kommen hier beliebige industriell verarbeitbare Kunststoffe mit thermischer Belastbarkeit und Druckbeständigkeit in Frage, insbesondere solche Materialien, wie sie auch bei den oben genannten Kunststoffleitungen verwendet werden. Zum Beispiel kann unvernetztes oder auch vernetztes Polyethylen verwendet werden. Alternativ ist es denkbar, die Kunststoffhohlkörper aus faserverstärkten Kunststoffen herzustellen.
Ein solcher Hohlkörper kann im Latentwärmespeicher sowohl mit einer Stützstruktur, aber aufgrund seiner Eigenstabilität auch ohne Sturzstruktur eingesetzt werden. Regelmäßig reicht eine Führung oder Arretierung im Inneren des Außenmantels aus, um die Lage des Hohlkörpers festzulegen.
Die Erfindung wird nun anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
1a zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Leitungssystems mit Stützausbau gemäß der Erfindung;
1b zeigt den Stützaufbau gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
1c zeigt das erste Ausführungsbeispiel mit umgebendem Außenmantel;
2a zeigt ein Leitungssystem aus Kunststoffröhren mit Stützaufbau gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
2b zeigt das zweite Ausführungsbeispiel mit umgebendem Außenmantel;
3a zeigt einen Abschnitt eines Leitungssystems aus Kunststoffrohren mit Stützaufbau gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel in einer Ansicht von schräg vorne;
3b zeigt den Ausschnitt des Leitungssystems aus Kunststoffrohren gemäß 3a in einer Ansicht von schräg hinten;
3c zeigt eine Mehrzahl von Leitungssystemabschnitten gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel, die gestaffelt angeordnet sind, in einer Ansicht von schräg vorne;
3d zeigt die Mehrzahl von Leitungssystemabschnitten in gestaffelter Anordnung in einer Ansicht von schräg hinten;
4a zeigt einen Leitungssystemabschnitt aus einem Hohlkörper gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung in einem vierten Ausführungsbeispiel in teildurchsichtiger Darstellung;
4b zeigt die gestaffelte Anordnung mehrerer Hohlkörper zur Bildung eines Leitungssystems gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel.
5 zeigt eine schematische Ansicht eines Flächenwärmetauschers gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel.
In 1a ist ein Stützaufbau gezeigt, der einen oberen Kreuzträger 1 und einen unteren Kreuzträger 2 aufweist. Die Kreuzträger sind mit Stäben 3a, 3b, 3c und 3d verbunden. Der Stützaufbau ist aus einem mechanisch belastbaren und chemisch weitgehend inerten Leichtbaukunststoffmaterial gebildet. Um den Stützaufbau ist ein Kunststoffrohr 4 gewunden, wobei es eine Schraubenlinie vollzieht und sich innen an den vertikal verlaufenden Stützstreben 3a bis 3d abstützt. Die Stützstreben weisen an die Windungen angepasste Vorsprünge auf, die ein Herabrutschen des Kunststoffrohres verhindern. Diese Vorsprünge sind in 1b gezeigt. Das Kunststoffrohr 4 wird vertikal gehalten, den während der Aufwärm- und Abkühlvorgänge stattfindenden Längenänderungen wird jedoch durch die Vorsprünge Rechnung getragen, da das Rohr auf den Vorsprüngen abgleiten kann, um sich auszudehnen oder zusammenzuziehen.
Am unteren Ende des Rohres 4 ist ein gewinkelter Rohrabschnitt angeformt, um den Rohr-Ablauf im Inneren der gebildeten Spirale nach oben zu führen. Auf diese Weise sind ein Zulauf 5 sowie ein Ablauf 6 am oberen Ende, oberhalb der Stützkonstruktion gebildet.
Wie in 1c gezeigt, ragen Zulauf 5 und Ablauf 6 bei fertiger Montage des Latentwärmespeichers aus dem Außenmantel 7 heraus. Der freie Raum im Außenmantel, welcher das Kunststoffrohr 4 umgibt, wird mit Wärmespeichermedium gefüllt. Je nach Anforderung kann im Inneren des Außenmantels zusätzlich eine Wärmeisolierung sowie ein Innenmantel bzw. eine Innenwanne angeordnet werden, welche das Leitungssystem umgibt und gegen übermäßiges Abkühlen gegen Außen isoliert.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel der 1a und 1b stützt sich das Leitungssystem aufgrund seiner straffen Spannung an der Stützkonstruktion ab.
Wie in den 1a und 1b gezeigt, kann auf diese Weise ein zylinderförmiger Latentwärmespeicher geschaffen werden, der mechanisch äußerst stabil und auch in kleinen Bereichen effizient einsetzbar ist.
In Abwandlung dieses Ausführungsbeispiels ist es auch möglich, die Kunststoffleitung zwischen den vertikalen Stützstreben zu führen, so dass sie aufgrund ihrer Rückstellkräfte an den Stützstreben anliegen. In diesem Fall können auch nach innen weisende Haltemittel oder Vorsprünge vorgesehen sein, auf denen die Leitungswindungen aufliegen. Bei Längenänderungen der Leitung aufgrund von Temperaturschwankungen können die Leitungen bei einer Anordnung innerhalb der Stützstreben außerdem nicht aus dem durch die Streben vorgegebenen Raum austreten. Man erhält bei dieser Anordnung ein selbststabilisierendes System.
In 2a ist das Leitungssystem eines Latentwärmespeichers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt. Wiederum sind ein oberes Versteifungskreuz 10 und ein unteres Versteifungskreuz 11 vorgesehen, zwischen welchen mehrere Stützstrebengruppen 12, 13 und 14 verlaufen. Um diese Stützstreben sind jeweils Kunststoffrohre bzw. Schlauchleitungen 15, 16 und 17 gewunden, so dass ineinander geschachtelte Schraubenlinienbahnen entstehen. Eine Sammelzuflussleitung 18 ist am oberen Ende mit den Kunststoffrohren 15, 16 und 17 gekoppelt. Am unteren Ende ist eine Sammelabflussleitung 19 mit den unteren Enden der Leitungsrohre 15, 16 und 17 gekoppelt.
Wie 2b zeigt, ragen die Rohrenden der Zuflussleitung 18 sowie der Abflussleitung 19 im fertig montierten Zustand aus dem Latentwärmespeicher mit seinem Außenmantel heraus.
Das Innere des Latentwärmespeichers ist vollständig mit Wärmespeichermedium gefüllt, so dass auch zwischen den einzelnen Leitungsabschnitten (15, 16, 17) Speichermedium angeordnet ist. Dies kann durch einen einfachen Schüttvorgang erfolgen, wobei das Wärmespeichermedium durch Rütteln auch Freiräume im Latentwärmespeicher ausfüllt. Der Latentwärmespeicher ist in diesem Beispiel äußerst effektiv von Kunststoffleitungen durchzogen. Wiederum kann im Inneren oder am Außenumfang des Außenmantels eine Isolierung angeordnet werden.
3a zeigt einen Abschnitt des Rohrleitungssystems aus Kunststoffrohren, wie er in einem dritten Ausführungsbeispiel zur Anwendung kommen kann. Ein Stützrahmen 20 ist als flacher Rahmen ausgebildet, welcher Mittelstreben aufweist. An diesen Mittelstreben sind Ösen 21 angeordnet, die zur Aufnahme und Halterung der Kunststoffrohre dienen. Ein Kunststoffrohr 22 ist auf dem Rahmen in den Ösen oder Clips arretiert und stützt sich an dem Stützaufbau 20 ab. Die Anzahl, Ausbildung und Ausrichtung der Ösen ist in dieser Darstellung lediglich exemplarisch gezeigt, es können anders orientierte oder mehr oder weniger Ösen zum Einsatz kommen. Die Rohrleitung ist mäanderförmig gelegt, wobei der Zulauf 23 sowie der Ablauf 24 an der gleichen Seite der Stützkonstruktion 20 herausgeführt sind.
3b zeigt den Aufbau des Moduls aus 3a mit mäanderförmigen Kunststoffrohranordnungen in einer Ansicht von hinten, wobei der Stützaufbau 20 mit seinen Mittelverstrebungen deutlich erkennbar ist.
In 3c ist gezeigt, wie eine Mehrzahl der Module aus den 3a und 3b gestaffelt angeordnet ist, um in einem rechteckigen Volumen eine große Länge von Kunststoffrohrleitungen zum Wärmeaustausch mit einem Speichermedium anzuordnen. Vorgesehen sind außerdem eine Sammelanschlussleitung 25 sowie ein Sammelabfluss 26. In 3d ist die gestaffelte Anordnung in einer Ansicht von schräg hinten dargestellt.
Ein derartiger gestaffelter Aufbau kann in einem rechteckigen Außenmantel zu einem Latentwärmespeicher vervollständigt werden, wobei das Wärmespeichermedium per Schüttung und Rüttelung zwischen die Kunststoffrohre verbracht wird. Diese Anordnung eignet sich beispielsweise für die Unterbringung des Latentwärmespeichers in einem Transportcontainer.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sind Teile des fluidführenden Leitungssystems aus Hohlkörpern gebildet.
4a zeigt ein derartiges Hohlkörpermodul 30, welches über einen Zulauf 31 und einen Ablauf 32 verfügt. Das Modul ist durch Verschweißen zweier Kunststoffplatten im Randbereich sowie Expansion des Körpers durch Druckstoß gebildet. Außerdem sind durch von den Seiten wechselweise zu Mitte hin geführte Schweißnähte mäanderförmige Leitungsstrukturen in dem Hohlkör per gebildet. Ein derartiger Hohlkörper kann in entsprechende Stützaufbauten in einem Außenmantel eines Latentwärmespeichers angeordnet werden, er kann jedoch auch gänzlich ohne Stützaufbauten in einem Latentwärmespeicher zur Verwendung kommen. 4b zeigt eine gestaffelte Anordnung derartiger Hohlkörper, die schichtweise jeweils abwechselnd in horizontaler Richtung versetzt sind, um einen Leitungsabschnitt versetzt zu dem darüber oder darunter befindlichen Leitungsabschnitt anzuordnen. Es ist möglich, zwischen den Modulen Abstandhalter anzuordnen, damit auch zwischen den Modulen Wärmespeichermedium eingefüllt werden kann.
Derartige Hohlkörperaufbauten können besonders effizient in beliebigen Geometrien von Latentwärmespeichern eingesetzt werden, wobei anschließend nur noch Zu- und Ablauf verbunden werden müssen.
5 zeigt schematisch den Aufbau und die Funktion eines Flächenwärmetauschers, wie er in einem erfindungsgemäßen Latentwärmespeicher zum Einsatz kommen kann.
Zwei Kunststoffplatten sind entlang ihres Umfangs zu einem Flächenwärmetauscherkörper 40 verschweißt. Von den Seiten sind die Platten außerdem mit Schweißnähten 41 zur Mitte des Körpers verbunden. Am oberen und unteren Ende sind Öffnungen 42, 43 in den Zwischenraum zwischen den Platten angeordnet. Durch einen Druckstoß im erhitzten Zustand wird aus den Platten ein Volumenkörper gebildet, wobei der durch die Pfeile 44 angedeutete Fluidweg entsteht, da in den verschweißten Bereichen die Platten verbunden bleiben und daher keinen Fluiddurchlass bilden. Ein Rücklauf 45 führt das Fluid wieder in den Bereich des Zulaufs, z. B. zu einer Sammelleitung.
Im Rahmen der Erfindung sind zahlreiche Abwandlungen möglich. Insbesondere sind der Erfindung hinsichtlich der Auswahl geeigneter Kunststoffmaterialien nahezu keine Grenzen gesetzt. Auch unter Verwendung von zusätzlichen thermischen Isolierun gen oder in einem Aufbau mit mehreren Hüllen ist diese Erfindung vorteilhaft zu verwenden. Die Flächenwärmetauscher können außerdem erfindungsgemäß aus Kunststoff ausgebildet sein, sie können jedoch auch aus einem geeignet bearbeitbaren und formbaren Metall gebildet sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 19953113 C1 [0003]

Claims

Latentwärmespeicher mit einem Außenmantel, in welchem ein fluidführendes Leitungssystem angeordnet ist, welches über wenigstens einen aus dem Außenmantel geführten Zulauf und wenigstens einen aus dem Außenmantel geführten Ablauf verfügt, wobei zwischen Leitungssystem und Außenmantel ein Wärmespeichermedium in wärmeleitendem Kontakt mit dem Leitungssystem angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Außenmantels ein Stützaufbau angeordnet ist, das Leitungssystem wenigstens abschnittsweise aus biegbaren Kunststoffrohren gebildet ist, wobei die Kunststoffrohre abschnittsweise an dem Stützaufbau abgestützt sind.
Latentwärmespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützaufbau Haltemittel aufweist, mit welchen die Kunststoffrohre zum Abstützen abschnittsweise haltbar sind.
Latentwärmespeicher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltemittel derart ausgebildet sind, dass die Kunststoffrohre flexibel gehalten sind, so dass die Kunststoffrohre temperaturschwankungsbedingten Längenänderungen folgen können.
Latentwärmespeicher nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffrohre als mehrschichtige Verbundrohre ausgebildet sind.
Latentwärmespeicher nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Kunststoffrohren schraubenlinienförmige Leitungsabschnitte gebildet sind.
Latentwärmespeicher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere ineinander geschachtelte schraubenlinienförmige Leitungssystem-Abschnitte aus Kunststoffrohren gebildet sind, so dass die zentralen Achsen der Schraubenlinien zusammenfallen.
Latentwärmespeicher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der radiale Abstand von einer schraubenlinienförmigen Leitungswindung zu der nächsten geschachtelten Leitungswindung im Wesentlichen gleich der Steigung der Schraubenlinie ist.
Latentwärmespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffrohre zur Bildung jeweils mäanderförmiger Strukturen in mehreren parallelen Ebenen angeordnet sind.
Latentwärmespeicher mit einem Außenmantel, in welchem ein fluidführendes Leitungssystem angeordnet ist, welches über wenigstens einen aus dem Außenmantel geführten Zulauf und wenigstens einen aus dem Außenmantel geführten Ablauf verfügt, wobei zwischen Leitungssystem und Außenmantel ein Wärmespeichermedium in wärmeleitendem Kontakt mit dem Leitungssystem angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitungssystem wenigstens abschnittsweise aus Kunststoff-Hohlkörpern gebildet ist, wobei die Hohlkörper als Flachkörper ausgebildet sind, wobei die Hohlkörper jeweils wenigstens einen Hohlkörper-Zulauf und wenigstens einen Hohlkörper-Ablauf aufweisen, wobei die Wandungen des Hohlkörpers zur Bildung eines Strömungsweges zwischen Hohlkörper-Zulauf und Hohlkörper-Ablauf derart profiliert sind, dass der innere Abstand der Wandungen abschnittsweise verschieden ist.
Latentwärmespeicher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass gegenüberliegende Seitenteile des Kunststoff-Hohlkörpers abschnittsweise miteinander verbunden sind.
Latentwärmespeicher nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenteile derart abschnittsweise verbunden sind, dass zwischen den Seitenteilen ein mäanderförmiger Hohlraum gebildet ist.