DE202018100856U1

DE202018100856U1 - Pufferspeicher

Info

Publication number: DE202018100856U1
Application number: DE202018100856.0U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2018-02-15
Filing date: 2018-02-15
Publication date: 2018-03-01
Anticipated expiration: 2028-02-16

Abstract

Pufferspeicher (1,) der zum Liefern von Brauchwasser, insbesondere Heizungs- und / oder Trinkwasser ausgebildet ist, mit einem eine Behälterwand (10) aufweisenden Behälter (11) und darin aufgenommenem oder aufnehmbarem Wasser zum Speichern von über eine Aufwärmvorrichtung zugeführter Wärme und mit in Wärmeaustauschverbindung gebrachtem Phasenwechselmaterial (3), welches ab einer vorgegebenen Phasenwechseltemperatur bzw. Schwellentemperatur des Wassers Wärme aufgrund eines Phasenwechsels speichert und unterhalb der Phasenwechseltemperatur bzw. Schwellentemperatur wieder an das Wasser abgibt und welches in einem taschenartigen Träger (2) aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, dass am Pufferspeicher (1) der Träger außen auf der Behälterwand (10) wärmeleitend aufgebracht ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Pufferspeicher für Brauchwasser, insbesondere Heizungs- und / oder Trinkwasser mit in einem Träger aufgenommenen Phasenwechselmaterial gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie auf einen Träger mit einem Phasenwechselmaterial für einen Pufferspeicher.
Ein Pufferspeicher mit einem derartigen Phasenwechselmaterial (PCM = phasechange-material) ist in der DE 20 2016 102 914 U1 angegeben. Bei diesem bekannten Pufferspeicher wird das Phasenwechselmaterial insbesondere mittels einer Trägervorrichtung in dem Wasser des Pufferspeichers positioniert.
Auch in der US 2011/0239673 A1 ist ein derartiges Gerät beschrieben zur Erwärmung von Wasser mit einen Warmwasserspeicherbehälter, einer Heizanordnung, die vorgesehen ist, um Wasser in dem Speicherbehälter zu erhitzen, und einer Wärmeaustauschvorrichtung, die in der Wärmespeichereinheit in einer festen Beziehung relativ zu einer Position der Heizanordnung angeordnet ist, wobei die Wärmeaus
tauschvorrichtung einen hohlen Gegenstand und ein Phasenwechselmaterial innerhalb des hohlen Objekts umfasst. Nachteilig bei dieser Anordnung ist der relativ hohe Aufwand, mit dem das Phasenwechselmaterial in den Warmwasserspeicherbehälter eingebracht werden muß.
Weitere derartige oder ähnliche Einrichtungen sind in der WO 2012/167934 A2 , der WO 2015/121039 A1 und der CN 201 503 U gezeigt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Pufferspeicher der eingangs genannten Art bzw. einen Träger für Phasenwechselmaterial bereitzustellen, mit dem anfallende Wärmemengen möglichst gut nutzbar sind und der eine einfache Handhabung erlaubt.
Diese Aufgabe wird durch einen Pufferspeicher mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. einen Träger nach Anspruch 13 gelöst. Hierbei ist vorgesehen, dass am Pufferspeicher der Träger außen auf der Behälterwand wärmeleitend aufgebracht ist
Fällt z.B. von einer Solaranlage oder einer anderen Wärmequelle im Überfluss zugeführte Wärme an, so kann diese oberhalb einer charakteristischen Schwellentemperatur des Phasenwechselmaterials, die auf eine gewünschte Schwellentemperatur des Wassers in dem Pufferspeicher abgestimmt ist, bei relativ kleinem Volumen des Phasenwechselmaterials effizient gespeichert werden. Sinkt die Wassertemperatur durch Wärmeentnahme bzw. durch Entnahme von warmem Wasser unter die Schwellentemperatur ab, so wird die latent in dem Phasenwechselmaterial gespeicherte Wärme durch den Rückübergang der Phase dem Wasser zugeführt, sodass dessen Temperatur möglichst lange hoch gehalten werden kann, selbst wenn von außen keine zusätzliche Wärme zugeführt wird. Das Phasenwechselmaterial ergibt die Möglichkeit, auch relativ kleine Wasserspeicher zu verwenden, die den Vorteil eines schnellen Aufwärmens von Wasser bieten. Dabei bieten die erfindungsgemäßen Maßnahmen Vorteile, um den Pufferspeicher mit dem Phasenwechselmaterial z. B. bei einer Neuinstallation oder nachträglich zu versehen bzw. das Phasenwechselmaterial auszutauschen. Auch der Träger mit dem Phasenwechselmaterial bietet wesentliche Vorteile bei der Verwendung. Hierbei kann auch beispielsweise die Menge des Phasenwechselmaterials, dessen Phasenwechseltemperatur bzw. Schwellentemperatur und / oder die Art des Materials entsprechend gewählt werden.
Für den Aufbau und eine effiziente Funktion sind dabei die Maßnahmen von Vorteil, dass der Träger flächig unter Herstellung einer hohen Wärmeleitfähigkeit auf der Behälterwand aufgebracht ist
Weitere vorteilhafte, den optimalen Temperaturverlauf im Pufferspeicher verbessernde Ausgestaltungsmöglichkeiten der Erfindung bestehen darin, dass die Wärmespeicherkapazität des Phasenwechselmaterials durch seine Menge und / oder Materialeigenschaft auf die in dem Behälter aufnehmbare Wassermenge, zu speichernde Wärmemenge und / oder den Wasserverbrauch abgestimmt ist
Weitere vorteilhafte Maßnahmen bestehen darin, dass die Wärmeaustauschgeschwindigkeit des Phasenwechselmaterials auf das Wasservolumen und / oder die abzuführende Wärmemenge und / oder den Wasserverbrauch und / oder die Schichthöhe der verschiedenen Wärmezonen im Wasser des Pufferspeichers anpassbar ist, und weiterhin darin, dass die Schwellentemperatur des Phasenwechselmaterials im Bereich zwischen 50°C und 85°C eingestellt ist
In einer das Wärmeaustauschverhalten verbessernden Ausgestaltung der Erfindung weist der Träger des Phasenwechselmaterials zumindest auf seiner dem Pufferspeicher zugewandten Seite zur guten Wärmeleitfähigkeit ein Wandmaterial aus Metall oder mit einem metallischen Pulver bzw. metallischen Zusatz auf.
Bei einer die Handhabung und Wartung verbessernden Ausgestaltung der Erfindung ist das Phasenwechselmaterial austauschbar in dem Träger eingebracht.
In einer die Montage erleichternden Ausgestaltung der Erfindung ist der Träger mit dem Phasenwechselmaterial mit Hilfe von Befestigungsmitteln am Pufferspeicher angebracht.
Bei einer den Wärmeaustausch und Montage erleichternden Ausgestaltung der Erfindung ist eine Wärmeleitpaste verwendet, die zusätzlich Klebeeigenschaften aufweisen kann und mit der der Träger des Phasenwechselmaterials am Pufferspeicher in gut wärmeleitende Verbindung gebracht ist.
In einer die Montage erleichternden Ausgestaltung der Erfindung weist der Träger des Phasenwechselmaterials eine flexible mantelartige Gestalt auf, die aus einzelnen Segmenten bestehen kann.
Bei einer das Wärmespeicherverhalten verbessernden Ausgestaltung der Erfindung ist der Träger des Phasenwechselmaterials an seiner der Behälterwand des Pufferspeichers abgewandten Seite mit einer Wärmeisolierung versehen.
In einer die Temperaturverteilung verbessernden Ausgestaltung der Erfindung ist die Wärmespeicherkapazität, die Wärmeaustauschgeschwindigkeit, die Schwellentemperatur und / oder die Menge und / oder die Art des Phasenwechselmaterials der jeweiligen Höhe der Befestigung am Pufferspeicher angepasst.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine seitliche Schnittansicht des Pufferspeichers,
2 eine Querschnittsansicht des Pufferspeichers und
3 eine seitliche Ansicht des Pufferspeichers mit einer Befestigungsvorrichtung eines Trägers mit Phasenwechselmaterial.
Die 1 und 2 zeigen schematisch einen einfachen Pufferspeicher 1 mit einem Behälter 11 und darin aufgenommenem Wasser und einem außen an dem Behälter 11 angeordneten, in möglichst gute Wärmeaustauschverbindung mit dem Wasser über die Behälterwand 10 des Pufferspeichers 1 gebrachten Phasenwechselmaterial 3, das als Latentwärmespeicher durch einen an sich bekannten Phasenübergangsmechanismus zur latenten Wärmespeicherung dient.
Das Phasenwechselmaterial 3 speichert dabei oberhalb einer bestimmten, einstellbaren Schwellentemperatur die über die Behälterwand 10 abgegebene Wärme des Wassers und gibt diese bei Unterschreiten der Schwellentemperatur wieder ab.
Der schematisch dargestellte Pufferspeicher 1 weist unter anderem einen Zulauf 8 und einen Ablauf 9 für abgekühltes bzw. erwärmtes Wasser beispielsweise für einen Heizungskreislauf auf. Im Pufferspeicher 1 ist auch eine, nicht dargestellte, Aufwärmvorrichtung angeordnet, über die das in dem Pufferspeicher 1 befindliche Wasser aufwärmbar ist, wie z.B. über einen Ofen und / oder eine solarthermische Anlage, wie an sich bekannt.
Der Pufferspeicher 1, der zur Lieferung von Brauchwasser bzw. Heizungs- und / oder Trinkwasser ausgebildet ist, ist dabei mit dem in einem insbesondere taschenförmig ausgebildeten Träger 2 angeordneten Phasenwechselmaterial 3 ummantelt, dessen Wärmespeicherkapazität, Wärmeaustauschgeschwindigkeit, Phasenwechseltemperatur bzw. Schwellentemperatur über dessen Menge und / oder Materialeigenschaften und / oder Art bzgl. dem Wasservolumen und / oder die abzuführender Wärmemenge und / oder den Wasserverbrauch und / oder die Schichthöhe der Temperaturverteilung des Wassers im Pufferspeicher 1 angepasst ist. Beispielsweise sei darauf hingewiesen, dass das Wasser im Pufferspeicher 1 einen über die Höhe der Wassersäule zunehmenden Temperaturverlauf aufweist und demnach das Phasenwechselmaterial 2 im oberen Bereich des Behälters 11 vorteilhaft auf eine höhere Phasenwechseltemperatur bzw. Schwellentemperatur (z. B. zwischen 50°C und 85°C) eingestellt ist als in einem weiter unten liegenden Bereich (z. B. zwischen 40°C und 70°C). Der Träger 2 des Phasenwechselmaterial 3 ist dabei vorteilhaft in Form eines biegbaren bzw. flexiblen Mantels aufgebaut, der zudem vorteilhaft aus einzelnen Elementen oder zusammenhängenden taschenartigen Segmenten 6 besteht bzw. dessen Elemente 6 als einzelne Taschen des Mantels angeordnet sind.
Zur Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit zwischen der Behälterwand des Pufferspeichers 1 und dem Phasenwechselmaterial 3 kann in dem an die Behälterwand angrenzenden Hüllabschnitt des Trägers 2 ein metallisches Pulvermaterial eingebracht sein, wodurch die Wärmeleitfähigkeit möglichst weitgehend an die der metallischen Behälterwand 10 angeglichen ist. Vorzugsweise sollte zwischen dem Wasser im Behälter 11 und dem Phasenwechselmaterial 3 in dem genannten Übergangsbereich nur Material mit einer Wärmeleitfähigkeit (λ in kcal / mhK) > 0,7, insbesondere > 1, besser > 10 verwendet werden, damit ein schneller, effizienter Wärmeaustausch stattfinden kann. Die Wahl des Übergangsmaterials kann dabei auch in Abstimmung auf die Größe der Übergangsfläche und die Dicke der Übergangsstrecke gewählt werden. Die Auftragdicke des Phasenwechselmaterials 3 in radialer Richtung um den Behälter 11 des Pufferspeichers 1 kann geeignet gewählt werden, um eine zweckentsprechende Wärmekapazität bereit zu stellen, beispielsweise kann die Auftragdicke zwischen 3 cm und 10 cm betragen.
Der Träger 2 mit dem Phasenwechselmaterial 3 kann z. B. mittels Befestigungsmitteln 4 (3) wie z. B. Gurten mit beispielsweise Klettverschluss austauschbar befestigt werden, so dass das Phasenwechselmaterial 3 nachgerüstet oder auch ausgewechselt werden kann, wenn z.B. seine Wirksamkeit nachlässt. Alternativ oder zusätzlich kann der Träger 2 des Phasenwechselmaterials 3 auch über eine Wärmespeicherpaste 5 (1), die Klebeeigenschaften aufweist, an der Behälterwand des Pufferspeichers 1 angebracht sein, wobei es sich z. B. um ein leicht lösbares Klebemittel handeln kann.
Der Träger 2 des Phasenwechselmaterials 3 weist dabei an seiner dem Pufferspeicher 1 abgewandten Seite vorteilhaft eine Wärmeisolierung 7 (1 und 2) auf, welche eine dauerhafte Wärmespeicherung unterstützt und einen effizienten Wärmeaustausch zwischen dem Wasser im Behälter 11 und dem Phasenwechselmaterial 3 verbessert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202016102914 U1 [0002]
US 2011/0239673 A1 [0003]
WO 2012/167934 A2 [0005]
WO 2015/121039 A1 [0005]
CN 201503 U [0005]

Claims

Pufferspeicher (1,) der zum Liefern von Brauchwasser, insbesondere Heizungs- und / oder Trinkwasser ausgebildet ist, mit einem eine Behälterwand (10) aufweisenden Behälter (11) und darin aufgenommenem oder aufnehmbarem Wasser zum Speichern von über eine Aufwärmvorrichtung zugeführter Wärme und mit in Wärmeaustauschverbindung gebrachtem Phasenwechselmaterial (3), welches ab einer vorgegebenen Phasenwechseltemperatur bzw. Schwellentemperatur des Wassers Wärme aufgrund eines Phasenwechsels speichert und unterhalb der Phasenwechseltemperatur bzw. Schwellentemperatur wieder an das Wasser abgibt und welches in einem taschenartigen Träger (2) aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, dass am Pufferspeicher (1) der Träger außen auf der Behälterwand (10) wärmeleitend aufgebracht ist.
Pufferspeicher (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (2) flächig unter Herstellung einer hohen Wärmeleitfähigkeit auf der Behälterwand (10) aufgebracht ist.
Pufferspeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmespeicherkapazität, die Wärmeaustauschgeschwindigkeit, die Phasenwechseltemperatur bzw. Schwellentemperatur des Phasenwechselmaterials (3) durch seine Menge und / oder Materialeigenschaft und / oder Art auf die in dem Behälter (11) aufgenommene oder aufnehmbare Wassermenge, die zu speichernde Wärmemenge und / oder die abzuführende Wärmemenge und / oder den Wasserverbrauch und / oder die Wasserhöhe im Pufferspeicher (1) abgestimmt ist.
Pufferspeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenwechseltemperatur bzw. Schwellentemperatur des Phasenwechselmaterials (3) im Bereich zwischen 50°C und 85°C eingestellt ist.
Pufferspeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenwechseltemperatur bzw. Schwellentemperatur des Phasenwechselmaterials (3) in einem oberen Bereich zwischen 50°C und 85°C und in einem darunter liegenden Bereich zwischen 40°C und 70°C liegt.
Pufferspeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (2) zumindest auf seiner dem Pufferspeicher (1) zugewandten Seite zur Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit ein Wandmaterial aus Metall oder mit einem metallischen Pulver aufweist.
Pufferspeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Phasenwechselmaterial (3) austauschbar in dem Träger (2) eingebracht ist.
Pufferspeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (2) mit dem Phasenwechselmaterial (3) mit Hilfe von Befestigungsmitteln (4) am Pufferspeicher (1) angebracht ist.
Pufferspeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (2) mit dem Phasenwechselmaterial (3) am Pufferspeicher (1) unter Zwischenfügen einer Wärmeleitpaste (5) angeordnet ist, die Klebeeigenschaften aufweisen kann.
Pufferspeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (2) mit dem Phasenwechselmaterial (3) eine flexible mantelartige Gestalt aufweist, die aus einzelnen Segmenten (6) besteht.
Pufferspeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (2) mit dem Phasenwechselmaterial (3) an seiner der Behälterwand (10) des Pufferspeichers (1) abgewandten Seite mit einer Wärmeisolierung (7) versehen ist.
Pufferspeicher (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Wärmespeicherkapazität, die Wärmeaustauschgeschwindigkeit, die Phasenwechseltemperatur bzw. die Schwellentemperatur und / oder die Menge und / oder Materialeigenschaft und / oder die Art des Phasenwechselmaterials (3) der jeweiligen Höhe der Befestigung am Pufferspeicher angepasst ist.
Träger mit einem Phasenwechselmaterial (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Anbringen an einem Pufferspeicher (1).