DE202017003354U1

DE202017003354U1 - Wärme- und Kältespeicher- (Wand-) Bausteine

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Publication number: DE202017003354U1
Application number: DE202017003354.2U
Authority: DE
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Priority date: 2017-06-27
Filing date: 2017-06-27
Publication date: 2017-07-11
Anticipated expiration: 2027-06-28

Abstract

Die Patentansprüche, Schutzansprüche betreffen Elemente und (Wand-)Bausteine (1), a) die hohe Wärme-, Kältespeichereigenschaften und b) die hohe Wärme-, Kälteleitfähigkeiten aufweisen und c) die diese Eigenschaften aus einer Füllung und oder aus einer Verbindung und oder aus einer Vermischung von Baustoffen, Dämmstoffen, Materialen aller Art, wie z. B. Flüssigkeiten, Gasen, mit technisch hergestellten Materialien, dem Wärme- und Kältespeichermaterial (2), erlangen. d) Dies betrifft Elemente in allen Bauformen und Konstruktionen. e) Dies betrifft den Einsatz dieser Materialien und Elemente im Nieder- und im Hochtemperaturbereich. Die Ansprüche betreffen nicht natürlich vorkommende, unbehandelte Stoffe und nicht Paraffine oder Salze mit PCM-Eigenschaften (Phasenwechsel-Temperatur-, -Energie-Eigenschaften) oder technische Produkte zur Nutzung deren PCM-Eigenschaften.

Description

Wärmespeicher und untergeordnet Kältespeicher sind in großer Zahl und vielfältig im Einsatz. Die wärme-, kältespeichernden Eigenschaften werden durch die eingesetzten Medien bzw. Stoffe erlangt. Dies ist in der überwiegenden Zahl Wasser und in speziellen Anwendungen Salze oder Paraffine mit deren speziellen PCM-Eigenschaften (Phase-Change-Material). Diese Materialien besitzen zumeist hohe Wärmespeichervermögen und geringe Wärmeleitfähigkeiten. Wasser, z. B., besitzt eine sehr hohe Wärmespeicherkapazität und geringe Wärmeleitfähigkeit. Paraffine vermögen beim Phasenwechsel in einem schmalen Temperaturbereich von fest zu flüssig, und umgekehrt, große Wärmeenergie aufzunehmen bzw. abzugeben, allerdings bei einer Wärmeleitfähigkeit, die in die Größenordnung von Dämmstoffen einzuordnen ist. Beide Stoffe haben Einschränkungen in der Praxis, durch die flüssige Phase und bei ihrem Einsatz bei Temperaturen oberhalb 90°C. Bei Wasser führt dies zu aufwendigen technischen Sicherheitseinrichtungen: „Warmwasser-”, „Heißwasser-”, „Dampfsysteme”. Bei höher-thermalen technischen Systemen werden z. B. sog. Thermoöle eingesetzt, die dann ihrerseits, im Gegenteil zu Wasser, gute Wärmeleitfähigkeiten und geringe Wärmespeicherkapazitäten besitzen. Diese Einschränkungen werden mit der Erfindung der Wärme- und Kältespeicherelemente nach dem Gebrauchsmuster, Deutsches Patent- und Markenamt Nr. 20 2013 006 673.3 überwunden.
Die hier beschriebene Erfindung basiert auf diesen Erfindungen, DPMA NR. 20 2013 006 673.3 , führt diese Erfindungen fort und präzisiert diese hin zur Anwendungsreife. Bei dieser Erfindung handelt es sich um Wärme- und Kälte-Speicher vom Typ „Wand-Bausteine”.
Dem entsprechend, wird im folgenden Teil ein Auszug aus der Beschreibung der Erfindung DPMA NR. 20 2013 006 673.3 „Wärme- und Kältespeicherelement”, aufgenommen und fortgeführt.
Die Erfindung betrifft Elemente in Form von Bausteinen mit hohen Wärme- und Kältespeichereigenschaften sowie mit hohen Wärme- und Kälteleitfähigkeiten.
Es werden mit diesen Bausteinen, bei deren Anordnung zum Beispiel zu einer Wand, Wärmespeicherkapazitäten erreicht, die denen von Wasser entsprechen und zugleich Wärmeleitfähigkeiten erreicht, die die von Wasser um ein Vielfaches übertreffen.
Die Bausteine, vergl. 1, erlangen ihre speziellen thermischen Eigenschaften aus dem Baustoff der Steine (1) und aus dem Baustoff zur Füllung der Steine dem Wärme-, Kältespeichermaterial (2). Das Wärme-, Kältespeichermaterial kann dabei mit anderen technisch hergestellten Materialien vermengt, vermischt, versetzt sein.
Die speziellen gleichzeitigen Wärmeeigenschaften sind wesentlicher Teil der Patent- und Schutzansprüche: die hohe Wärme-, Kältespeichereigenschaft und die hohe Wärme-, Kälteleitfähigkeit. Zudem müssen diese Eigenschaften aus der Füllung und aus der Verbindung und oder aus der Vermischung des Wärme-, Kältespeichermaterials (2) mit anderen Baustoffen erlangen. Dies betrifft in den angeführten Schutzrechten alle Bauformen und Konstruktionen. Die hier aufgeführten Bauformen und Konstruktionen vom Typ „Wand-Bausteine” sind Erfindungen, die spezielle Anwendungen der Wärme- und Kältespeicherelemente ermöglichen. Die 1 veranschaulicht dies mit den Teilen 1a bis 1h, z. T. in explosionsgraphischer Darstellung.
Nicht dargestellt sind in diesen Figuren: die Berohrung, die Sicherheitseinrichtungen, die Anlagentechnik und ggf. notendige statische Konstruktionen oder Befestigungseinrichtungen. Diese sind auf dem Stand der Technik mit marktgängigen Bauteilen nach den gesetzlichen Vorschriften sowie nach den jeweiligen Regeln und Normen realisierbar.
Diese Ansprüche betreffen nicht natürlich vorkommende, unbehandelte Stoffe und nicht Paraffine oder Salze mit PCM-Eigenschaften (Phasenwechsel-Temperatur-, -Energie-Eigenschaften) oder technische Produkte zur Nutzung deren PCM-Eigenschaften.
Die Patentansprüche, Schutzansprüche betreffen Elemente, die die unter [002] und [003] genannten Eigenschaften aus einem Wärme-, Kältespeichermaterial (2) beziehen, das in seinen Hauptbestandteilen zu mindestens 70% aus Elementen der Hauptgruppen (des Periodensystems der Elemente): Erdalkalimetalle, Borgruppe/Erdmetalle, Kohlenstoff-Silizium-Gruppe aufgebaut bzw. zusammengesetzt ist.
Die Elemente können im Niedertemperaturbereich und im Hochtemperaturbereich eingesetzt werden.
Eine Beschränkung auf bestimmte Temperaturen oder Temperaturbereiche wurde bislang nicht ermittelt. Versuche mit Temperaturen von rd. 450°C wurden mit den beschriebenen Wärme- und Kälteelementen und deren Wärme- und Kältespeichermaterial durchgeführt.
Bei den hier beschriebenen Erfindungen, Bauformen, entstehen in der Anwendung bzw. in der Praxis Temperaturbegrenzungen aus den Eigenschaften der eingesetzten Flüssigkeiten (Wasser, Thermoöl, ...) und der Anlagenauslegung sowie dem gewählten Sicherheitsniveau (z. B. „Warmwasser-” oder „Heißwasser-” System, Niederdruck- oder Hochdruck-Anlage, ...).
Die speziellen thermischen Eigenschaften der Elemente können in Kombination mit Flüssigkeiten, Gasen und oder durch Konduktion genutzt werden.
Damit sind Einsatzmöglichkeiten der Wärme- und Kältespeicherelemente eröffnet mit z. B. direktem Kontakt zur Wärme- oder zur Kältequelle oder – senke oder mit Konduktion oder mit mittelbarem Kontakt (Wärmetauscherkonstruktionen) oder mit Kontakt bzw. Durchströmung von Flüssigkeiten aller Art oder von Gasen zur Übertragung, d. h. Einspeisung, Speicherung, Ausspeisung der Wärme-, Kälte-Energie, Verweis auf die Ausführungen in DPMA NR. 20 2013 006 673.3 .
Die Bauform vom Typ „Wand-Baustein”, siehe 1a bis 1h nutzt zur Wärmeeinspeisung in das Wärme- und Kältespeichermaterial (2) Rohre (7) bzw. Rohrsysteme und daran wärmeleitend verbundene Wärmeleitbleche (8) und (9), die kombiniert oder in getrennten Systemen Wärme, auch unterschiedlicher Temperaturen, verwenden können. Das Wärme- und Kältespeichermaterial umgibt alle Rohre und deren Wärmeleitbleche vollständig. Im Wärme- und Kältespeichermaterial erfolgt der Wärmetransport im Wesentlichen durch Konduktion.
Das Wärme- und Kältespeichermaterial (2) ist Baustoff der Wand-Bausteine (1) und Teil der Füllung (2) die z. B. als Schüttung die Wand-Bausteine ausfüllt. Die Schüttung kann so beschaffen sein, dass hohe Festigkeiten der Bausteine, der Wand, der Konstruktion, des Bauwerkes erreicht werden können.
Die Wand-Bausteine sind so konstruiert, das durch Kanten, Absätze, Stufen, Abschrägungen, gefasten Kanten (3) und (4), Vor- und Rücksprünge Verzahnungen (5) entstehen, die eine passgenaue und lückenlose sowie fixe und verzahnte Konstruktionen aus diesen Steinen ermöglicht, z. B. als Wand. Die 1a bis 1e zeigen dies mit verschiedenen Massen, Verbänden, Konstruktionsformen.
Die Konstruktion der Wand-Bausteine umfasst auch Streben und Stege (6), ebenfalls aus dem Baustoff des Wärme-, Kältespeichermaterials hergestellt, die in verschiedensten Formen die gewünschte Stabilität, Dichtigkeit, Passform des Wand-Bausteines erzeugen. Diese können so konstruiert und ausgeführt sein, dass die Verlegung von Rohrsystemen (7), auch mit Wärmeleitblechen (8) und (9), möglich ist, vergl. 1b, c, f.
Mit Hilfe der Rohrsysteme (7) und deren Wärmeleitbleche (8) und (9) erfolgt der Austausch, die Ein- und Ausspeisung der Wärme, Kälte in die Füllung und in die Wand-Bausteine. Die Konstruktion der Wand-Bausteine ermöglicht die Verlegung von mehreren Rohren und damit den Betrieb verschiedener Heiz-, Kälte-Kreise. Die Wärmeleitbleche sind z. B. so konstruiert und gefertigt, dass sie wärmeleitend an den Rohren befestigt werden können und sowohl in den unteren (9) und oder in den darüber liegenden (8) Wand-Baustein ragen.
Die Wärme-, Kältewand aus Wand-Bausteinen und Füllung wird durch Dämmstoff in ein- oder mehrlagiger Ausführung ummantelt (10). An Dämmstoff können alle geeigneten Materialien zum Einsatz kommen. Dies ist nicht Teil dieser Erfindung.
Nach oben, wird die Wärme-, Kältespeicherwand bzw. die Bausteine der obersten Lage, mit einem Deckel aus Dämmstoff abgedeckt, ein Beispiel zeigt die 1g. Aufgestellt wird die Wärme-, Kältewand bzw. die Bausteine der ersten Lage, auf einer Bodenplatte, vergl. 1h, die aus einer basalen Dämmstoffunterlage und einer Bodenplatte aus Wärme-, Kältespeichermaterial besteht. Diese Bodenplatte ist so konstruiert, dass sie die Kräfte der Wand aufnehmen und verteilen kann und zudem Dichtigkeit, Verzahnung und Verband mit den Wand-Bausteinen erzeugt, 1h.
Bezugszeichenliste

1: Wärme-, Kältespeicherbaustein aus Wärme-, Kältespeichermaterial
2: Wärme-, Kältespeichermaterial-Füllung
3, 4: Wärme-, Kältespeicherbaustein-Kanten, -Verzahnung
5: Verzahnung der Wärme-, Kältespeicherbausteine
6: Streben, Stege der Wärme-, Kältespeicherbausteine
7: Wärmetauscher-Rohre
8, 9: Wärmeleitbleche
10: Dämmstoff, ein-, mehrlagig

1 Wärme-, Kältespeicherbausteine
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 202013006673 U [0001, 0001, 0001, 0005]

Claims

Die Patentansprüche, Schutzansprüche betreffen Elemente und (Wand-)Bausteine (1), a) die hohe Wärme-, Kältespeichereigenschaften und b) die hohe Wärme-, Kälteleitfähigkeiten aufweisen und c) die diese Eigenschaften aus einer Füllung und oder aus einer Verbindung und oder aus einer Vermischung von Baustoffen, Dämmstoffen, Materialen aller Art, wie z. B. Flüssigkeiten, Gasen, mit technisch hergestellten Materialien, dem Wärme- und Kältespeichermaterial (2), erlangen. d) Dies betrifft Elemente in allen Bauformen und Konstruktionen. e) Dies betrifft den Einsatz dieser Materialien und Elemente im Nieder- und im Hochtemperaturbereich. Die Ansprüche betreffen nicht natürlich vorkommende, unbehandelte Stoffe und nicht Paraffine oder Salze mit PCM-Eigenschaften (Phasenwechsel-Temperatur-, -Energie-Eigenschaften) oder technische Produkte zur Nutzung deren PCM-Eigenschaften.
Die Patentansprüche, Schutzansprüche betreffen Elemente, die die unter 1. genannten Eigenschaften aus einem Wärme- und Kältespeichermaterial (2) beziehen, das in seinen Hauptbestandteilen zu mindestens 70% aus Elementen der Hauptgruppen (des Periodensystems der Elemente): Erdalkalimetalle, Borgruppe/Erdmetalle, Kohlenstoff-Silizium-Gruppe aufgebaut bzw. zusammengesetzt ist.
Die Ansprüche betreffen den Einsatz der Elemente nach Anspruch 1. und 2. bei direktem Kontakt, Konduktion oder mit mittelbarem Kontakt (Wärmetauscherkonstruktionen) oder mit Kontakt bzw. Durchströmung von Flüssigkeiten aller Art oder von Gasen zur Übertragung, d. h. Einspeisung, Speicherung, Ausspeisung der Wärme-, Kälte-Energie.
Die Ansprüche betreffen Elemente mit den Ansprüchen zu 1. und zu 2. und zu 3. bei allen Bauformen und Konstruktionen.
Die Ansprüche betreffen die Ansprüche zu 1., zu 2., zu 3. und zu 4. bei der Anwendung und dem Einsatz der Elemente in allen Bereichen, z. B. dem Ingenieur- und Anlagenbau, der Gebäudeausrüstung und Gebäudetechnik, der Wärme- und Kälteenergieversorgung, im Nieder- und Hochtemperaturbereich.
Diese Ansprüche betreffen die Ansprüche zu 5. und beim Typ „Wand-Baustein” die Konstruktionen, die mit mehreren unabhängigen, unterschiedlichen, hydraulisch getrennten Anlagenkomponenten, Rohrsystemen, Rohren mit wärmeleitend verbundenen Wärmeleitblechen die Ein- und Ausspeisung von Wärme (oder Kälte) als Flüssigkeit oder Gas in die Wand-Bausteine und in Konstruktionen aus diesen Bausteinen ermöglichen. Dies betrifft alle Konstruktionen, Bauformen, Bauweisen und alle Temperaturbereiche.
Diese Ansprüche betreffen die Ansprüche zu 5. und zu 6. in den Ausführungsvarianten vom Typ „Wand-Baustein”, deren Konstruktion und Ausführung eine lückenlose, passgenaue, verzahnte, fixe Verlegung, Stapelung, Schichtung der Wand-Bausteine ermöglicht. In den 1a bis 1h ist dies beispielhaft dargestellt. Diese Ansprüche betreffen auch Konstruktionen und Bauweisen, in denen das Wärme-, Kältespeicherelement aus einem Teil hergestellt wird, wie z. B. eine Wand aus einem Guss und oder aus einer Füllung mit dem Wärme-, Kältespeichermaterial. Diese Ansprüche betreffen auch alle Fertigbauteile, die den Ansprüchen zu 5. und 6. entsprechen.
Die Ansprüche betreffen die Ansprüche zu 1., zu 2., zu 7. und die Verwendung oder Zumischung von Wärme- und Kältespeichermaterial in den geeigneten Korngrößen und Korngrößen-Fraktionen bei der Herstellung von sog. Wärmeleit- und Wärmespeicherbeton sowie bei der Vermischung, Zumischung, Anmischung von Zementen, Mörteln, Klebern, Füllbaustoffen aller Art.
Die Ansprüche betreffen die Ansprüche zu 5., zu 7., zu 8. und die Verwendung oder Zumischung von Wärme- und Kältespeichermaterial bei der Herstellung von (Boden-)Steinen, Platten, Elementen, Fertigbauteilen.
Die Ansprüche betreffen Baustoffe mit den Ansprüchen zu B. und zu 9. bei allen Bauformen und Konstruktionen.
Die Ansprüche betreffen die Ansprüche zu 1., zu 2. und die Verwendung oder Zumischung von Wärme- und Kältespeichermaterial bei der Herstellung von (Spezial-)Zementen, Mörteln, Füllbaustoffen oder Bodenersatzbaustoffen. Diese Ansprüche betreffen auch alle Vorprodukte, Zwischenprodukte oder Mischungen, die Bestandteile aus Zementen, Mörteln, Baustoffen enthalten, die unter Verwendung von Wärme- und Kältespeichermaterial hergestellt wurden.