DE2031028B2 - Waermespeicherelement mit einem gefaess fuer schmelzbare waermespeichermassen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Wärmespeicherelement mit einem Gefäß für schmelzbare Wärmespeichermassen, mit einer Heizvorrichtung zum Aufschmelzen der Speichermasse, die unterschiedliche Dichte im festen und flüssigen Aggregatzustand aufweist, und einer Wärmetauscheinrichtung zum Entzug der bei der Erstarrung freiwerdenden Kristallisationswärme. wobei die Heizvorrichtung in einer horizontalen Fläche verläuft und derart am Gefäß angeordnet ist, daß der kristalline Teil der Speichermasse unter dem Einfluß der Erdbeschleunigung gegen diese Fläche gedruckt wird.

Fs ist ein Wärmespeicherelemeni für ein Kochgefäß bekannt, bei dem eine Heizvorrichtung am Boden des Gefäßes so angeordnet ist, daß Her Teil der in dem Wärmespeicherelement vorgesehenen kristallinen Speichermasse unter dem Einfluß der Schwerkraft gegen den Boden gedrückt wird. Bei diesem Gerät bereitet die Aufschmelzung von den in Speichergefäßen eingeschlossenen Feststoffen zum Zwecke der Speicherung latenter Wärme dann große Schwierigkeilen, wenn die Wärmeleitfähigkeit des Speicherstoffs im festen Zustand extrem gering und im geschmolzenen Zustand noch geringer ist. Es gibt solche Speicherstoffe, die eine große Speicherkapazität haben, und bei deren Verwendung müssen zur Verhinderung von örtlichen Überheizungen, die Dampfdruck oder Zersetzung nach sich ziehen, große Aufwendungen zur Wärmeeinlcitung mittels metallischer Rippen oder anderer Maßnahmen getroffen werden, wodurch deren wirtschaftliche Verwendung in Frage gestellt wird. Auch entstehen, wenn die Schmelze leichter ist als ihre Festphase, örtlich fast unbegrenzt hohe Überdrücke, die ein Zerbersten der sie umgebenden Feststoifschichten verursachen; dadurch werden die Wandungen und Wärmetauscheinrichtungen oft extrem belastet, und gleichzeitig entstehen starke Geräusche, die eine Verwendung z. B. zur Wohnungsbeheizung ausschließen.

Die Erfindung bezweckt ein Wärmespeicherelement, in dem die kristalline Phase der Speichernlasse nicht nur gegen eine am Boden angeordnete Heizvorrichtung gedrückt wird, sondern auch eine Druckbelastung der stehenden Gefäßwände sicher vermieden wird. Diese Aufgabe löst die Erfindung dadurch, daß außer der horizontal verlaufenden Heizvorrichtung eine weitere Heizvorrichtung vorgesehen ist, die vertikal von der horizontal verlaufenden Heizvorrichtung bis annähernd zu der dieser Heizvorrichtung gegenüberliegenden Gefäßwandung verläuft.

Die Verbindung zwischen dem der horizontalen Heizvorrichtung benachbarten Bereich und einem Bereich i:ber der Speichermasse ist dadurch zu schaffen, daß ein Verbindungskanal durch eine weitere Heizvorrichtung erzeugt wird, durch welchen die überschüssige Schmelze ohne Überdruckbildung abfließt. Bei Speicherung gemäß der Erfindung ist es notwendig, daß sich der Speicherkern von der Gefäßwandung löst, damit er die zum Abschmelzen erforderliche vertikale Bewegung ausführen kann. Durch kurzzeitiges Aufheizen der vertikal verlaufenden Gefäßwand mit dem Ziel, eine dünne, der Gefäßwandung benachbarte Zone aufzuschmelzen, ist es möglich, eine Haftung zwischen Speicherkern und Gefäßwand aufzuheben. Zur Aufheizung eigenen sich sowohl elektrische Heizvorrichtungen als auch Heizvorrichtungen mit gasförmigen oder flüssigen Wärmeträgern.

Bei Verwendung von Speichcrmassen mit niedrigem Schmelzpunkt kann das Speichergefäß aus wärmeeinpfindlichen Werkstoffen, z. B. Kunststoffen, bestehen. Auch können die Gefäßwandungen so dünn sein, daß sie sich balgartig verformen, sobald die Abschmelzung beginnt.

Die Erfindung wird an Hand von Figuren erläutert.

F i g. 1 zeigt ein Wärmespeicherelement nach der Erfindung in perspektivischer Ansicht:

F i g. 2 zeigt einen Schnitt durch das in F i g. 1 dargestellte Wärmespeicherelement:

F i g. 3 zeigt in einem ähnlichen Schnitt wie F i g. 2 ein teilweise aufgeladenes Wärmespeicherelement; und

F i g. 4 zeigt in einer Teil-Draufsicht den Aufbau der Rippen des in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Wiirmespeichcrelements.

F i g. 1 zeigt stark schematisiert einen Speicherkörper für ein Nachtstrom-Speicherheizgerät, welches aus einem Kunststoffgefäß 1 besteht, das nach unten hin mit einem metallischen Boden geschlossen ist. Unter dem Boden befindet sich eine Widerstandsheizung 2. die zusammen mit dem Boden durch die Wulst 6 mit dem Gefäß 1 verbunden ist. Die Zuleitung 3 zur Heizvorrichtung besteht längs der Höhe des Behälters ebenfalls aus Widerstandsdraht und ist nit dem Gefäß 1 wärmeleitend verbunden. Die mäandcrförmigcn Aluminiumrippen 4 sind mit der Gefäßwandung benachbarter Gefäße wärmeleitend verbunden und geben Wärme an durchgelenete Luft ab.

F i g. 2 zeigt einen Vertikalschnitt durch ein Gefäß nach F i g. 1 im entladenen Zustand. Das Innere ist mit Speichermasse 10 gefüllt. Da die Speichermasse im festen Zustand ein wesentlich kLineres Volumen einnimmt als im flüssigen Zustand, bildet sich im oberen Bereich des festen Körpers eine Absenkung 13 aus. Sobald die Heizvorrichtung 2 eingeschaltet wiro, beginnt die Speichermasse oberhalb des Bodens 11 zu schmelzen. Da aber auch die Zuleitung 3 als Heizvorrichtung wirkt und Wärme entwickelt und eine kleinere Wärmekapazität hat als die Heizvorrichtung 2, entsteht längs einer Mantellinie des festen Speichermassenkörpers 10 eine streifenförmige Aufschmelzung 12, so daß die Aufschmelzung 14 oberhalb des Bodens 11 mit dem oberen Bereich 15 des Gefäßes 1 kommuniziert. Dadurch kann ij kein Überdruck entstehen. Die Aufschmelzung 14 wird auf Grund des höheren spezifischen Gewichts der Speichermasse IO zu einem dünnen Film zusammengedrängt, so daß ein sehr gut wärmeleitender Kontakt zwischen der Heizvorrichtung 2 und dem Speichermassenkörper 10 besteht.

F i g. 3 zeigt das Gefäß in teilweise aufgeladenem Zustand. Der Speichermassenkörper 10 ist bereits zu einem großen Teil abgeschmolzen und allseitig von Aufschmelzung umgeben. Dennoch bleibt die Schicht der Aufschmelzung 14 extrem dünn, bis der Speichermassenkörper 10 völlig aufgeschmolzen ist. Die geringe, von der Zuleitung 3 erzeugte Wärme wird durch Konvektion auf die geschmolzene Speichermasse 16 übertragen.

F i g. 4 zeigt den Aufbau der Rippen 4, die aus einem mäanderförmigen Blech und der Wärmeverteilung dienenden, sehr dünnen Blechplatten 17 und 17' bestehen. Der Kegelwinkel 5 ist so bemessen, daß benachbarte Speichergefäße formschlüssig aneinandergereiht werden können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Wärmespeicherelement mit einem Gefäß fur schmelzbare Wärmespeichermassen, mit einer Heizvorrichtung zum Aufschmelzen der Speichermasse. die unterschiedliche Dichte im festen und flüssigen Aggregatzustsnd aufweist, und einer Wärmetauscheinrichtung zum Entzug de^r bei der Erstarrung freiwerdenden Kristallisationswärme, wobei die Heizvorrichtung in einer horizontalen Fläche verläuft und derart am Gefäß angeordnet ist, daß der kristalline Teil der Speichermasse unter dem Einfluß der Erdbeschleunigung gegen diese Fläche gedrückt wird, dadurch gekennzeichnet, daß außer der horizontal verlaufenden Heizvorrichtung (2) eine weitere Heizvorrichtung (3) vorgesehen ist, die vertikal von der horizontal verlaufenden Heizvorrichtung (2) bis annähernd zu der dieser Heizvorrichtung (2) gegenüberliegenden Gefäßwandung (18) verläuft.

2. Wärmespeicherelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vertikal sich erstreckende Wandungen konisch verlaufen.

3. Wärmespeicherelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die nicht beheizten Wandungen des Gefäßes aus Kunststoff bestehen.

4. Wärmespeicherelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke der Kunststoff-Wandungen so dünn gewählt ist, daß der kristalline Teil der Speichermasse (10) eine vertikale Bewegung unter Verformung der Wandung ausführen kann.

5. Wärmespeicherelemeru nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die horizontale Heizvorrichtung (2) eine größere Wärmeleistung aufweist als die vertikal verlaufende Heizvorrichtung (3).