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Wärmespeicher mit fließbarem Wärmeträger Die Erfindung bezieht sich
auf ein Speichergerät, in welchem Speichermassen, die Kristallisationswärme aufzunehmen
vermögen, mit Wärmetauschern für fließbare Wärmeträger in wärmeleitender Verbindung
stehen. Solche Wärmespeicher können beispielsweise als Blockspeicher für Zentralheizungsanlagen
Verwendung finden, bei denen ein Zeitintervall zwischen der Energieeinspeisung und
dem Wärmeentzug liegt.
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In der Praxis herrschen Blockspeicher vor, bei denen ein Speichermaterial
hoch aufgeheizt wird und nur fühlbare Wärme speichert. Da der Wärmeinhalt dem Produkt
aus Speichermassengewicht mal der obertemperatur proportional ist, bildet die Temperatur
ein unmittelbares Ma3 für die jeweils noch gespeicherte Energie.
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Es sind auch Blockspeicher vorgeschlagen worden, bei denen die Speicherung
der Wärme nicht in Forin fühlbarer, sondern zumindest zum größten Tei] in Borm latenter
Enelagie erfolgt.
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Der jeweilige Ladezustand derartiger Speicher kann über die Temperatur
nicht ermittelt werden, da bei der Kristallisationstemperatur definitionlsgemäß
sowohl geschmolzene als auch kilstallisierte Speichermasse bestehen kann. Da das
Bedürfnis besteht, den Speicher auch nach teilweiser Entladung wieder aufzufüllen,
müssen komplizierte Steuergeräte, mit denen die Dichteänderung der Speichermasse
gemessen wird, als Laderegler herangezogen werden. Auch ist die Wärmeabgabe bei
der Entladung sehr ungleicliinäßig, denn am Anfang der Entladung befinden sich alle
vom Wärmeträger durchströmten Wärmetauschelemente, z. B.
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Rohrschlangen mit flüssig geladener Speichermasse, in wärmeleitendem
Kontakt, wtihrend nach und nach immer mehr Wärme tauschoberfläche von ausgefrorenen
Schichten der Speichermasse
bedeckt wird, die aufgrund ihres Wärmewiderstandes
einen Temperatursprung zwischen der flüssigen Speichermasse und dem Wärmeträger
verl sachen. Auch entwickeln erstarrte Speichermassen beim Wiederaufschmelzen sehr
hohe Drücke, durch welche die Wärmetauscher, die in der Regel aus dünnwandigem Rohr
gebildet werden, Verformungen erleiden.
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Die Erfindung vermeidet die Nachteile dieser Systeme, indem sie die
Speichermasse In mehrere unabhängige Speicherkörper unterteilt, denen jeweils ein
als Wärmequelle und Wärmesenke dienender Wärmetauscher zugeordnet ist. Die Wärmetauscher
der Erfindung sind als Platten aufgebaut und schließen zwischen sich Wärmespeicherkörper
beliebiger Abmessungen, jedoch definierter Stärke ein. Als Speichermasse sieht die
Erfindung Substanzen vor, die Eristallisationswarme beim Phasenübergang von einer
Festphase in eine solche höherer Enthropie aufnehmen können, oder schmelzbare Speichermassen,
bevorzugt solche, die ein Gerüst enthalten, welches der schmelzbaren Hasse auch
oberhalb der Schmelztemperatur Feststoffcharakter verleiht, so daß unabhängig von
der geodätischen Höhenerstreckung des Gerätes keine hydrostatischen Drücke aufgebaut
werden. Die Dicke der Speicherkörper wird durch die Wärmeleitfähigkeit der Speichermasse
und der verfügbaren Lade- bzw. Entladegeschwindigkeit bestimmt und so gewählt, daß
bei Einspeisung der Wärme von beiden Sciten die Phasenumwandlung sich auch in der
PlittelschichL innerhalb der vorgegebenen Zeit vollzieht. Zur Wärmeeinspeisung dienen
aus Metall ausgebildete Wärmetauschplatten, die mit der Wärmequelle, z. B. elektrischen
Widerstandsheizelementen, oder den Heizrohren eines lieißölkreislaufs in wärmeleitendem
Kontakt stehen. Ebenso stehen diese Platten mit einem zweiten Kanalsystem, welches
einen fließbaren Wcbrmeträger aufnimmt und zur Entladung des Speichers dient, iii
ic;irmt leitender Verbindung. Durch geeignete Einrichtungen ist dieser Wärmeträgerkreislauf
so geschaltet,
daß gleichzeitig jeweils immer nur eine einzelne
Platte zum Wärmetausch herangezogen wird. Dies kann dadurch erfolgen, daß ein verdampfender
Wärmeträger,z. B. Wasser in das Kanalsystem der ersten Platte eingefüllt wird. Erst
nachdem die gesamte latente Energie der mit dieser Platte in Wärmekontakt stehenden
Speichermasse entzogen wurde, wird kein Dampf mehr gebildet, so daß sich das innere
Kanalsystem mit Wasser füllt.
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Sobald das' Wasser den höchsten Punkt der Kanäle in der Platte erreicht
hat, erfolgt ein Überströmen in die nächste Platte, so daß diese und darauf erst
die nächste völlig entladen wird.
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Für die Iladeregelung genügt nunmehr ein Temperaturfühler an jeder
Platte. Die Temperatur der entladenen Platte liegt unterhalb der Siedetemperatur
des Wassers beim jeweils herrschenden Druck, die der nicht entladenen Platte oberhalb
der Kristallisationstemperatur der Speichermasse. Die Entladung erfolgt bei dem
erfindungsgemäßen Speicher kaskadenförmig. Da die Speicherplatten selbst auch einen
gewissen Wärmewiderstand besitzen, beginnt mali mit der Entladung von den beiden
parallel zu den Platten verlaufenden Enden des Blockspeichers. Die Entladung schreitet
zur Mitte hin fort und die mittleren Speicherplatten werden nur in den seltensten
Fällen, in denen die gesamte Speicherkapazität benötigt wird, entladen.
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Speicher nach der Erfindung lassen sich wie Gliederheizkessel durch
hneinandernippeln identischer Elemente an Ort und Stelle montieren. Sollen flüssige
Wärmespeicher,beispielsweise das Zirkulationswasser einer Zentralheizung oder Sanitärwasser
erhitzt werden, so sieht die Erfindung bevorzugt ein ober-,alb der Speicherplatten
liegendes Kondensatgefäß vor, in welchem z. B. eine vom Heizungswasser durchflossene
Rohrschlange angeordnet ist. Das Kondensat des Speicherwärmeträgers sammelt sich
in dem Gefäß und karin ventilgesteuert unter Schwerkraft einfluß wieder in die Warmet.luscilI)latten
zurück laufen. Der vom Ventil durcbgelassene Massenstrom ist dem
Wärmestrom
proportional, der durch diesen Massenstrom der Speichermasse entzogen wird.
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Die erfindungsgemäße Unterteilung in unabhängige, automatisch nacheinander
sich entladende Elemente ist nicht auf plattenformige Einheiten beschränkt.
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Die Erfindung soll anhand von Figuren beschrieben werden.
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Figur 1 zeigt einen erfindungsgemaßen Blockspeicher im Querschnitt.
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Figur 2 zeigt den gleichen Blockspeicher längs der Querschnittlinien
11/11 in Figur 1.
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Figur 3 zeigt eine Speicherplatte gem. Figur 4, Schnittlinie IV/IV
im Schnitt.
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Figur 4 zeigt eine Ansicht der Speicherplatte gemäß Figur 3.
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Figur 1 zeigt einen Längs- und Figur2 einen Querschnitt durch einen
erfindungsgemäßen Blockspeicher. Innerhalb einer starkwandigen Isolation 1 sind
die Speicherplatten 2, 2' und 2" angeordnet. Im oberen Bereich befindet sich ein
Eondensatorgefäß 3, dessen oberer Bereich über eine Dampfleitung 4 und dessen unterer
Bereich über eine Flüssigkeitsleitung 5 mit dem Inneren der Speicherplatten 2 kommuniziert.
Durch Öffnen des Ventils 6 dringt Kondensat 9 in die erste Speicherplatte ein und
erzeugt im Inneren des Kanalsystems Dampf, welcher durch die Leitung 4 in das Kondensatorgefäß
3 eintritt.
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Eine Rohrschlange 7 wird vom aufzuheizenden Wärmeträger, z. B.
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Wasser einer Zentralheizungsanlage durchströmt und bewirkt die Kondensation
des dampfförmigen Wärmeträgers. Dieses IXndensat 9 läuft wieder in das System zurück.
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Wenn das Kanalsystem der Speicherplatte 2 bis zur Verbindungsleitung
8 gefüllt ist, läuft Kondensat von der ersten Platte in die zweite Platte 2', um
erst dann, wenn diese ganz gefüllt und damit völlig geladen ist, in die nächste
Platte überzutreten.
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Figur 3 zeigt eine erfindungsgemäße Speicherplatte im Schnitt.
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Die Speichermasse 70 befindet sich in prismatischen Behältern 31.
Eine Wandung 32 dieser Speicnerbehälter bildet zusammen mit einem darau-f unlösbar
verbundenen Blech 33 nach außen weisende Kanäle 34, denen die Wärme durch die Leitfähigkeit
des Bleches zugeführt wird. Diese Kanäle ragen in Sicken 35 der benachbarten Wärmetauschplatten
hinein. In Einbuchtungen 36 befinden sich elektrische Heizelemente 37, die zur Aufladung
der Speichermasse 30 dienen.
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Figur 4 zeigt eine Ansicht der Speicherplatte gemäß Figur 3.
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Alle Kanäle 33 kommunizieren mit der Verbindungsleitung 8.
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Nur über diese Verbindungsleitung 8 kommunizieren benachbarte Platten
miteinander. Die elektrische Heizung 37 besteht aus gestreckten oder gebogenen Keramik-Röhren
38 und 38' und verläuft mäanderförmig durch die Einbuchtungen 36.
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Zur Aufladeregelung hat jede Speicherplatte einen nicht gezeigten
Temperaturschalter, dessen Abschalttemperatur oberhalb der Speicherkristallisationstemperatur
und dessen Wiedereinschalttemperatur unterhalb der Verdampfungstemperatur des flüssigen
Wärmeträgere liegt.
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Im Anfang der Wiederaufladung wird das oberhalb der Kanäle 33 der
entladenen Platte befindliche Kondensat, dessen Gewicht durch Kleinhaltung der Kanalquerschnitte
nur sehr gering ist, verdampft. Bei sehr großen Anlagen kann das Kondensat auch
durch eine nicht gezeigte Pumpe wieder in den Kondensatbehälter geleitet werden.