DE2911770A1 - Vorrichtung zum speichern von abwaerme zur bedarfsweisen entnahme von verbrauchern - Google Patents

Vorrichtung zum speichern von abwaerme zur bedarfsweisen entnahme von verbrauchern

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DE2911770A1
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    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D20/02Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat
    • F28D20/021Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat the latent heat storage material and the heat-exchanging means being enclosed in one container
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
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    • F24D11/00Central heating systems using heat accumulated in storage masses
    • F24D11/002Central heating systems using heat accumulated in storage masses water heating system
    • F24D11/003Central heating systems using heat accumulated in storage masses water heating system combined with solar energy
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
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Description

  • Vorrichtung zum Speichern von Abwärme zur
  • bedarfsweisen Entnahme von Verbrauchern Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Speichern von Abwärme zur bedarfsweisen Entnahme von Verbrauchern, wobei der Speicher aus einem nach außen wärmeisolierten Behälter besteht.
  • Nach dem Stand der Technik sind bereits Wärmespeicher bekannt, bei denen insbesondere für Großverbraucher, diese aus mit Feststoffen, beispielsweise Schamott-oder Kieselsteinen ausgekleidet und gegebenenfalls als Kammersysteme ausgebildet sind. Auch werden derartige Wärmespeicher verwendet, die mit einem flüssigen Speichermedium, beispielsweise Wasser, gefüllt sind. Derartig ausgebildete Wärmespeicher speichern die Wärme infolge einer Temperaturerhöhung des Speichermediums, wobei wegen der hohen spezifischen Wärme dieser Stoffe oder Medien eine relativ hohe Wärmemenge für eine bestimmte Temperaturerhöhung des Speichermediums erforderlich ist. Bei der Entnahme von Wärme aus einem solchen Speicher ergibt sich jedoch zwangsläufig eine Senkung der Speichertemperatur und unterhalb einer bestimmten Speichertemperatur ist eine weitere Wärmeentnahme relativ wirkungslos.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen Wärmespeicher vorzuschlagen, der baulich raumsparend anzuordnen ist, ein geringes Eigengewicht bei hoher Speicherkapazität hat und als kompakte Baueinheit den räumlichen Gegebenheiten entsprechend einfach herzustellen und in Wassersport- und Campingfahrzeuge wie Wohnmobile oder Wohnanhänger oder andere ortsfeste Anlagen in einfacher Weise einzubauen ist und dabei einen hohen Wirkungsgrad in Verbindung mit vorhandenen oder leicht installierbaren Abwärme- oder Sekundärwärmeerzeugern aufweist.
  • Der Wärmespeicher soll dem Raumbedarf angepaßt sich gut für eine Serienfertigung eignen.
  • Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zum Speichern von Abwärme und zur Entnahme von Verbrauchern vorgeschlagen, bei welcher der Speicherbehälter an seiner Oberseite mit einem dichtend verschließbaren Deckel versehen ist und mit dem Deckel sowohl ein aus Uberdruck- und Unterdruckventil bestehender Sicherheitssatz als auch die in den Innenraum des Speicherbehälters eingreifenden Wärmeaustauscheraggregate von Abwärmeerzeuger und Verbraucher den Deckel mit ihren Verbindungsanschlüssen durchgreifend sowie ein in den Speicherbehälter eingreifender thermischer Fühler mit einem Thermometer als Baueinheit fest verbunden sind und der Behälterkörper und der Deckel aus einem Material von geringem spezifischen Gewicht wie Kunststoff bestehen und an der Außenseite mit einer wärmeisolierenden Verkleidung wie Glaswolle oder dergleichen versehen sind.
  • In weiterer Ausbildung der Erfindung sind an je einem der Verbindungsanschlüsse der Wärmeaustauscheraggregate auf dem Deckel je eine Umwälzpumpe als Baueinheit direkt mit angeflanscht. Der Behälterkörper ist mit einem Speichermedium von hoher Schmelzwärme und rel.ativ niedrigem Schmelzpunkt zwischen ca. 500 und 1000 C, beispielsweise Stearinsäure (C18 H36 02) gefüllt.
  • Der Speicherbehälter bzw. die die Abwärme dem Speichermedium zuführenden Zuleitungen der Wärmeaustauscher sind mit Solarkollektoranlagen und/oder den Abwärmeleitungen von Wärmeaustauschern von Abgasableitungen von Verbrennungskraftmotoren oder anderen Abwärmeerzeugern verbunden. Die Abwärmeerzeuger können auch im Parallelbetrieb miteinander verbunden sein und die Abwärme dem Wärmespeicher zuführen.
  • Bei Abgaswärmeaustauschern von Verbrennungskraftmotoren mit gekühlter Auspuffanlage ist der mit dem Wärmespeicher verbundene Abgaswärmeaustauscher vor der Auspuffkühlung angeordnet.
  • Dazu ist in die Kühlwassereinspritzleitung des Auspuffs ein Dreiwegeventil zur wahlweisen Umschaltung der Kühlmittelzufuhr je nach in oder außer Betrieb befindlichem Abgaswärmeaustauscher vor oder hinter diesem eingeschaltet. In die Abwärmezuleitung zum Speicherbehälter ist über einen Thermostaten in dem Rücklauf der Abwärmeleitung abhängig von der Temperatur des Wärmeträgermediums im Rücklauf der Abwärmeleitung die in die Abwärmeleitung eingeschaltete Umwälzpumpe ein-oder ausschaltbar.
  • Der Vorteil des vorgeschlagenen Speicherbehälters ist darin zu sehen, daß dieser bei geringem Eigengewicht baulich raumsparend als kompaktes Einbauaggregat als Baueinheit bei hoher Speicherkapazität infolge des Speichermediums von hoher Schmelzwärme bei niedrigem Schmelzpunkt, wie beispielsweise Stearinsäure, insbesondere bei Geräten des Freizeitbedarfs wie Booten oder Wohnmobilen bzw. Wohnanhängern als Wärmespeicher für Heiz- und Kühlaggregate eine anhaltend gleiche Wärme über relativ lange Zeit abgeben kann. Durch die bauliche Integrierung aller Zuführungen zu den Wärmeaustauschern und des thermischen Fühlers sowie der Sicherheitsventile in den Deckel des Speicherbehälters wird ein einfacher und vielseitiger Einbau in vorhandene Räumlichkeiten wie Boote, Wohnmobile oder Wohnanhänger und ggfls. Wochenendhäuser oder dergleichen möglich, um den Betrieb von Wärme- und Kühlaggregaten wie Absorberkühlschränke oder Raumheizungen zu gewährleisten. Bei entsprechender Dimensionierung des Speicherbehälters oder bei Zusammenschalten von mehreren Speicherbehältern im Parallelbetrieb und der Vergrößerung der Abwärmeerzeuger ist die Vorrichtung auch für den Einsatz in größeren ortsfesten Anlagen zur Wärmeversorgung verwendbar.
  • Die Wärme speicher sind für eine Serienfertigung besonders gut geeignet.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung stellt die Zeichnung dar. Es zeigen: Fig. 1 den Speicherbehälter im Längsschnitt in der Seitenansicht, Fig. 2 den Speicher mit einem Abwärmeerzeuger und Speicherwärmeverbrauchern und Fig. 3 den Speicher mit zwei parallelgeschalteten Abwärmeerzeugern und Speicherwärmeverbrauchern.
  • In der Fig. 1 ist ein Speicherbehälter 1 einer Wärmespeicheranlage dargestellt. Der Behälterkörper 2 des Speicherbehälters 1 besteht beispielsweise aus Kunststoff oder einem Material mit ähnlichen technischen Eigenschaften und geringem spezifischen Gewicht. Der Behälterkörper 2 ist mit einer wärmeisolierenden Verkleidung 3, beispielsweise Glaswolle oder anderem wärmeisolierenden Material1 nach außen gegen Wärmeverluste verkleidet. An seiner Oberseite wird der Speicherbehälter 1 von einem Deckel 2a dichtend gegenüber dem Behälterkörper 2 verschlossen. Dabei legen sich beiderseitige Flansche 3, 3a aufeinander, welche durch Gewindeschrauben 4 oder Klemmelemente lösbar miteinander Verbunden sind.
  • Der Deckel 2a dient zum Einfüllen des Speichermediums 10 in dem Behälterkörper 2. Dieses besteht beispielsweise aus Stearinsäure (C18 H36 02) mit einem Schmelzpunkt von ca. 68,80 C und einer Schmelzwärme von 47,54 cal/g. Es ist jedoch auch ein anderer Stoff mit einer hohen "Schmelzwärme" mit einem Schmelzpunkt zwischen ca. 500 bis 1000 C verwendbar, wobei die Wärme als "latente Wärme" gespeichert wird. Dabei erfolgt im Speichermedium 10 keine Temperaturerhöhung bei Energiezufuhr, solange nicht das gesamte Speichermedium 10 geschmolzen ist. Andererseits bleibt bei der Wärmeentnahme die Speichertemperatur konstant bis das gesamte Speichermedium 10 verfestigt ist. Der Schmelzpunkt wird infolge der relativ niedrigen spezifischen Wärme schnell erreicht. Außerdem tritt durch Wärmeverluste während der Speicherperiode infolge der gleichbleibenden Temperatur keine Temperatursenkung ein. Rechnerisch ergibt sich, daß der Grenznutzen einer gegebenen Menge Stearinsäure in Bezug auf die Wärmespeicherung etwa der fünffachen Menge von Wasser entspricht.
  • Daraus resultiert auch, daß bei relativ baulich leichtem und kompakten Speicherbehälter 1 dieser als Einbauaggregat besonders gut unter räumlich beengten Verhältnissen verwendet werden kann.
  • Der Deckel 2a ist als Baueinheit derart ausgebildet, daß dieser alle für den Speicherbehälter 1 bzw. den Behälterkörper 2 erforderlichen Armaturen und Wärmeaustauscheraggregate 5, 6 für die Abwärmeerzeuger und die Wärmeverbraucher sowie den Fühler 7a für die Temperaturüberwachung durch ein Thermometer 7 sowie je ein Uberdruck- und Unterdruckventil 8 bzw. 9 integrierend aufnimmt und die Verbindungsanschlüsse der Zu-und Ableitungen 5a, 6a der Wärmeaustauschaggregate 5, 6 den Deckel 2a durchsetzend, an diesem befestigt sind. Dadurch kann der Speicherbehälter 1 als Baueinheit bzw. Einbauaggregat in einfacher Weise an die Zuleitungen 5b von Abwärmeerzeugern, beispielsweise die Abgasleitung eines Verbrennungskraftmotors 15 oder einer Solarkollektoranlage 28 bzw. an die Verbindungsanschlüsse 6a über Ableitungen 6b an die Wärmeverbraucher 25, 26 angeschlossen werden. Der Einbau und die Ausbildung der Form des Speicherbehälters 1 ist daher sehr gut an den Verwendungszweck bei Booten bzw. Wasserfahrzeugen oder Wohnmobilen bzw. Wohnanhängern unter großer Platzersparnis anzupassen. Auch kann der Speicherbehälter in ortsfesten Häusern wie Garten- oder Ferienhäusern leicht untergebracht werden, wobei der Vorteil der Speicherung eines hohen Wärmeinhalts bei geringem Platzbedarf in der physikalisch und thermisch günstigen Beschaffenheit des Speichermediums 10 zu sehen ist.
  • Die Fig. 2 zeigt den Speicherbehälter 1 in einem prinzipmässig dargestellten Speicherwärmekreislauf. Mit 15 ist ein Verbrennungskraftmotor bezeichnet, durch dessen Auspuff (Abgasableitung) 15a die erhitzten Abgase abgeführt werden, der über die Kühlwassereinspritzleitung 21a gekühlt wird.
  • In der Abgasleitung 15a ist dicht hinter dem Anschluß an den Motor 15 ein Wärmeaustauscher 17 in die Abgasleitung 15a eingeschaltet bzw. wird von den Abgasen durchströmt, so daß die Abwärme unter Erhitzung des durch eine Umwälzpumpe 18 bewegten, die Abwärme aufnehmenden Transportmediums, beispielsweise Thermoöl oder Luft, die Abwärme in dem Wärmeaustauscher 5 über die Abwärmezuleitungen 5b dem Speicherbehäl- ter 1 zugeführt und damit an das Speichermedium 10 abgegeben wird, welche5 solange Abwärme aufnimmt, bis das gesamte Speichermedium 10 die Schmelztemperatur vpn 68,80 C erreicht hat. Rei weiterer Wärmezufuhr wird das Speichermedium 10 über den Schmelzpunkt hinaus aufgeheizt. Dieses wird mittels des Thermostaten 19 im Rücklauf der Abwärmezuleitung 5a verhindert, indem der in der Rückleitung der Abwärmezuleitung 5b liegende Thermostat 19 die Umwälzpumpe 18 abschaltet und das in der Kühlwasserleitung 21 des Auspuffs 15a liegende Dreiwegeventil 22 derart umschaltet, daß die Wasserkühlung des Auspuffs 15a über die Kühlwassereinspritzleitung 21b motorseitig erfolgt.
  • Die Wärmeentnahme aus dem Speicherbehälter 1 erfolgt nach Bedarf durch das im Wärmeaustauscher 6 geführte Medium über die Verbraucherversorgungsleitung 6b, in welche ebenfalls eine Umwälzpumpe 24 eingeschaltet ist. Die Verbraucherversorgungsleitung 6b führt beispielsweise zu einem Heizgerät 25 bzw. zu einem Absorberkühlschrank 26. Das Speichermedium 10 gibt solange eine Wärme gleicher Temperatur ab, bis das Speichermedium 10 wieder völlig erstarrt ist. Als Medium zum Wärmetransport für die Wärmeentnahme kann auch Luft direkt verwendet werden.
  • Die Alternative zu der Fig. 2 ist in der Fig. 3 die Abwärmegewinnung im Parallelbetrieb von Verbrennungskraftmotor 15 und einer Solarkollektoranlage 28 über die Abwärmezuleitung 5b dargestellt. Die Zufuhr der Abwärme zu dem Wärmeaustauscher 5 in den Speicherbehälter 1 und die Wärmeentnahme über den Wärmeaustauscher 6 aus dem Speicherbehälter 1 zu den Verbrauchern 25, 26 erfolgt in der zu Fig. 2 vorbeschriebenen Weise. Bei einem derartigen Parallelbetrieb würde für beide Abwärmeerzeuger das gleiche Wärmeträgermedium, beispielsweise Luft verwendet.
  • In die Abwärmezuleitung 5a wird zur Vermeidung eines möglicherweise entstehenden Überdruckes ein Überdruckventil 30 und eines gegebenenfalls entstehenden Unterdruckes ein Unterdruckventil 31 eingeschaltet.
  • Leerseite

Claims (8)

  1. Patentansprüche: 1. Vorrichtung zum Speichern von Abwärme zur bedarfsweisen Entnahme durch Verbraucher, wobei der Speicherbehälter mit einem die zugeführte Wärme speicherndem Medium gefüllt und nach außen wärmeisoliert ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherbehälter (t) an der Oberseite mit einem dichtend verschließbaren Deckel (2a) versehen ist, mit dem sowohl ein aus Uberdruck- und Unterdruckventil (8,9) bestehender Sicherheitssatz als auch die in den Innenraum des Speicherbehälters (2) eingreifenden Wärmeaustauschaggregate (5, 6) von Abwärmeerzeuger und Verbraucher den Deckel (2a) mit ihren Verbindungsanschlüssen (5a, 6a) durchsetzend sowie ein in den Speicherbehälter (2) eingreifender thermischer Fühler (7a) mit einem Thermometer (7) als Baueinheit fest verbunden sind und der Behälterkörper (2) und der Deckel (2a) aus einem Material von geringem spezifischen Gewicht wie Kunststoff bestehen und an der Außenseite mit einer wärmeisolierenden Verkleidung (3) wie Glaswolle oder dergleichen versehen sind.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an je einem der Verbindungsanschlüsse (5a bzw. 6a) der Wärmeaustauscheraggregate (5 bzw. 6) auf dem Deckel (2a) eine Umwälzpumpe (18, 24) als Baueinheit direkt angeflanscht ist.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälterkörper (2) mit einem Speichermedium (10) von hoher Schmelzwärme und relativ niedrigem Schmelzpunkt zwischen 50 und 100" C, beispielsweise Stearinsäure (C18 H36 02) gefüllt ist.
  4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die die Abwärme dem Speichermedium (10) zuführenden Wärmeaustauscher (17) mit Solarkollektoranlagen (28) und/oder den Abgasableitungen (15a) von Verbrennungsmotoren (15) verbunden sind.
  5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälterkörper (2) mit einem Wärmeaustauscher eines Solarkollektors (28) und eines Abgaswärmeaustauschers (17) eines Verbrennungskraftmotors (15) im Parallelbetrieb verbunden ist.
  6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5 bei Verwendung von Abgaswärmeaustauschern von Verbrennungskraftmotoren mit gekühlter Auspuffanlage dadurch gekennzeichnet, daß die Auspuffkühlung (21a) hinter dem Abgaswärmeaustauscher (17) erfolgt.
  7. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß in die Kühlwasserzuleitung (21) des Auspuffs (15a) ein Dreiwegeventil (22) zur wahlweisen Umschaltung der Kühlwassereinspritzung (21b bzw. 21a) vor oder hinter dem Abgaswärmeaustauscher (17) angeordnet ist.
  8. 8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den Rücklauf der Abwärmezuleitung (5b) ein Thermostat (19) eingeschaltet ist, der abhängig von der Temperatur des Wärmeträgermediums im Rücklauf der Abwärmezuleitung (5b) die Umwälzpumpe (18) der Abwärmezuleitung (5b) ein- oder abschaltet.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0179049A2 (de) * 1984-10-18 1986-04-23 Austria Email-EHT Aktiengesellschaft Verschluss für Wand- oder Bodenöffnungen von vorzugsweise korrosionsgeschützten Behältern
WO2012143226A3 (de) * 2011-04-18 2013-06-06 Sgl Carbon Se Latentwärmespeichereinrichtung und betriebsverfahren für eine latentwärmespeichereinrichtung

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WO2012143226A3 (de) * 2011-04-18 2013-06-06 Sgl Carbon Se Latentwärmespeichereinrichtung und betriebsverfahren für eine latentwärmespeichereinrichtung

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