DE2343525A1 - Waermespeichervorrichtung zum erhitzen einer brauchfluessigkeit - Google Patents

Description

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Vorrichtung zum Erhitzen einer Brauchflüssigkeit

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Speichern von Wärme mit einem Tank, der eine durch den Tank fließende Flüssigkeit und ein in einem oder mehreren Behältern angeordnetes, schmelzbares Wärmespeichermittel enthält, und mit einem Heizsystem, welches im Wärmetausch mit der Flüssigkeit im'Tank steht.

Es ist bekannt, Strom auszunutzen, der zu gewissen Zeiten zu billigen Tarifen zur Verfügung steht, zum Beispiel Nachtstrom, indem man in Kühlmaschinen oder Wassererhitzern Speichermittel vorsieht, die bei Phasenänderung latente Wärme aufnehmen oder abgeben. Dabei wird das Speichermittel, das sich innerhalb eines Behälters befindet, durch ein Heizelement, beispielsweise eine elektrische Heizvorrichtung, oder ein Kühlelement, beispielsweise ein Kühlrohr in Form eines als Rohrschlange ausgebildeten Verdampfers, unmittelbar erwärmt oder gekühlt. Wenn die Rohrschlange in einem mit Wasser gefüllten Tank angeordnet ist, bildet sich z.B. beim Abkühlen Eis, das sich am Rohr in Form eines festen Ansatzes anlegt.

Da bei einer Kältespeicherung die Gefahr besteht, daß der

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Behälter durch die Volumenzunahme des Wassers beim Gefrieren platzen könnte, sind Schutzmaßnahmen nötig, um die Dicke des anwachsenden Eises auf dem Rohr zu beschränken. Die maximal akzeptable Eisschicht hat in der Praxis eine Dicke von ca. 5 mm, wobei die Dicke der Wand einer Rohrschlange aus Kupfer ca. 1 mm beträgt. Aus diesem Verhältnis ""'st erkennbar, daß das Gewicht des Eises an einer solchen Kältespeichervorrichtung etwa dem Gewicht des Kupfers der Rohrleitung entspricht. Aus diesem Grund sind Kältespeicher zum Kühlen von Wasser oder in Klimaanlagen bisher nicht verbreitet. Ein ähnliches System mit Nitrathydraten, die bei 80 C schmelzen, ist zur Wärmespeicherung zum Zwecke der Warmwassererzeugung bekannt. Eine Kupferrohrschlange ist in einem mit dem Speichermittel gefüllten Tank angeordnet, und zu erwärmendes Wasser fließt durch die Rohrschlange. Analog zur oben beschriebenen Kältespeichervorrichtung bildet sich eine Salzkruste um das Rohr herum, wenn Wasser entnommen wird, und nimmt schließlich den gesamten Innenraum des Behälters ein. Beim erneuten Erhitzen mit Heizstäben, die gleichmäßig im Speichermittel verteilt sind, ergibt sich eine beträchtliche Volumenvergrößerung, so daß der Behälter außerordentlich große Kräfte aufnehmen muß. Der Nachteil dieser bekannten Anordnung soll durch die Erfindung vermieden werden, ebenso wie die Schwierigkeit, daß die Speichermittel in fester Phase der Wärmeleitung zwischen der Heizquelle und dem zu erwärmenden Medium einen Widerstand entgegensetzen. Ein weiterer Nachteil bekannter Vorrichtungen besteht darin, daß teure Steuereinrichtungen vorgesehen sein

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müssen, um die Behälter zu schützen, die die verfestigten Speichermittel aufnehmen.

Die Erfindung löst diese verschiedenen Schwierigkeiten dadurch, daß das Heizsystem einem Wärmetausch nur mit der ■Flüssigkeit ausgesetzt ist, die durch den Tank fließt und die erwärmt werden soll (nachfolgend Brauchflüssigkeit genannt). Dabei bilden die Oberflächen der Behälter für das Speichermittel ein System aus Leitungen oder Führungen im Tank, die eine Zirkulation unter Schwerkraft der durch die Speicherbehälter strömenden Brauchflüssigkeit bewirken, wenn das Speichermittel im Behälter Wärme abgibt oder aufnimmt. Die Heizeinrichtung steht nicht in direktem Wärmeaustausch mit den Wärmespeichermitteln, wie bei den bekannten Systemen. Statt dessen ist die Heizeinrichtung einem Wärmeaustausch nur mit der Brauchflüssigkeit im Tank ausgesetzt, und diese Flüssigkeit steht ihrerseits in wärmeleitendem Kontakt mit dem in den Behältern angeordneten Speichermittel. Das Speichermittel, das mit der Flüssigkeit in wärmeleitendem Kontakt steht, wird also ausgenutzt, um die Kühl- oder Heizkapazität der Speichervorrichtung bei gegebenem Volumen zu erhöhen.

Bei dieser Konstruktion können die Wärmetauschflächen zwischen dem Speichermittel und der Brauchflüssigkeit beliebige Ausdehnungen haben, so daß nur ein geringer Temperaturunterschied zwischen den Speicherelementen und der Brauchflüssigkeit vorhanden sein kann. Außerdem ist immer ein mit Flüssigkeit gefüllter Raum zwischen den Speicherelementen vorhanden, so daß bei plötzlicher Entnahme einer Menge der Brauchflüssigkeit die Temperatur dieser Flüssigkeit nahezu mit der der Speicherelemente

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zusammenfällt, vorausgesetzt, daß die entnommene Menge nicht die Menge der im Tank gespeicherten Flüssigkeit übersteigt, d.h. das volumetrische Restfassungsvermögen des Tanks. Bei einem Wassererhitzer wird Wasser normalerweise nur in Mengen von einigen Liter plötzlich entnommen, z.B. zum Kochen oder zum Geschirrspülen. Wenn die entnommenen Mengen größer sind, z.B. für Bäder, können auch diese größeren Mengen entnommen werden, haben jedoch dann eine erheblich niedrigere durchschnittliche Temperatur.

Anhand der Figuren wird die Erfindung erläutert.

Figur 1 ist ein Teilschnitt durch einen Wassererhitzer gemäß der Erfindung,

Figur IA ist eine Ansicht des in Figur 1 gezeigten Wassererhitzers längs der Linie IA-IA.

Figur 1 ze.igt einen Wassererhitzer gemäß der Erfindung mit einem isolierten Tank.60, der von im Abstand voneinander liegenden Wänden 61 und 62 gebildet ist, die durch einen Flansch 63 verbunden sind. Der Raum zwischen den beiden Wänden ist mit einem Isolierpulver gefüllt und von Luft evakuiert, um eine äußerst kompakte und leistungsfähige Wärmeisolierschicht zu erhalten. Aufgrund dieser Konstruktion können die Gesamtäbmessungen des Wassererhitzers reduziert werden, da die Wanddicke des Erhitzers zwischen sechs- bis achtmal dünner ist als Wände mit einer üblichen Schaumisolierung.

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Ein Hohlrohr 64 erstreckt sich von einer oberen Ecke 65 des Tanks in Richtung zu einer diagonal gegenüberliegenden Ecke zu einer Kammer 66, die von perforierten Trennwänden 67 ge bildet ist. Eine Wärmequelle in Form eines elektrischen Widerstandsheizelements 68 ist in dieser Kammer angeordnet.

Ein Einlaßstutzen 69 mündet in die Kammer 66 und bildet eine Einrichtung zum Füllen des Tanks mit Brauchwasser. Im Rohr 64 ist ein weiteres Rohr 70 angeordnet, das am Ende eine öffnung hat, durch die erhitztes Brauchwasser im Tank durch einen Auslaßstutzen 71 abgezogen werden kann.

Das im Tank verwendete Wärmespeichermittel hat einen großen Enthalpiegehalt. Ein Beispiel für ein solches Mittel ist Bariumhydroxydoctahydrat. Das Mittel ist in kugelförmigen Behältern 72 verpackt, die aus halbkugelförmigen Schalen bestehen, welche längs eines Flansches 73 miteinander verbunden sind. Die Schalen sind vorzugsweise aus einem widerstandsfähigen Werkstoff, beispielsweise aus rostfreiem Stahl hergestellt.

Im- Betrieb tritt kaltes Brauchwasser in die Kammer 66 durch den Einlaß 69 ein und wird dort vom elektrischen Widerstandsheizelement erhitzt. Die perforierten Wände verhindern eine Berührung des Heizelements mit den das Wärmespeichermittel enthaltenden Kugeln. Das erwärmte Wasser steigt durch Konvektion durch die Räume zwischen den Kugeln an, die Konvektionsleitungen zum. oberen Bereich des Tanks bilden, wo das Wasser dann durch das Rohr 70 abgeführt werden kann.

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Ein Wassererhitzer mit dem in den Figuren 1 und IA gezeigten Aufbau ist erheblich viel kleiner als bekannte Erhitzer und kann nur 25 % der Größe solcher bekannten Erhitzer ausmachen.

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Claims (3)

Patentansprüche

1. Wärmespeichervorrichtung, gekennzeichnet durch einen Tank mit einer Außenwand und einer Innenwand, die einen Abstand von der Außenwand hat und mit dieser einen dichten Isoliermantel zwischen der Innen- und Außenwand zu bilden, und mit einem den Isoliermantel füllenden Isolierpulver, durch eine mit perforierten Wänden gegen den Innenraum im Bodenbereich des Tanks abgegrenzte Kammer, durch eine Heizeinrichtung in der Kammer, durch ein Einlaßanschlußstück für Brauchflüssigkeit, das das Innere der Kammer mit einer Brauchflüssigkeitsquelle verbindet, durch ein äußeres Zirkulationsrohr, das sich vom Innern der Kammer nach oben diagonal zum Tank zu dem der Kammer diagonal gegenüerliegenden Teil des Tanks erstreckt, durch ein Innenrohr des Tanks mit einem Auslaßanschlußstück verbindet, durch das Brauchflüssigkeit aus dem Tank entnommen werden kann, und durch mehrere Wärmespeicherpackungen, in denen ein Wärmespeichermittel mit hohem Enthalpiegehalt enthalten ist, wobei die Packungen im Tank außerhalb der Kammer angeordnet sind, so daß die von der Heizeinrichtung erwärmte Brauchflüssigkeit nach oben durch den Tank und durch die Räume zwischen einander benachbarten Wärmespeicherpackungen zirkulieren kann.

2. Wärmespeichervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmespeichermittel Bariumhydroxydoctahydrat ist.

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3. WärmespeieherVorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Packungen kugelförmige Behälter aus rostfreiem Stahl sind.

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