DE3725163A1 - Waermespeicher, insbesondere latentwaermespeicher fuer durch motorabwaerme gespeiste kraftfahrzeugheizungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmespeicher, insbesonde­ re einen Latentwärmespeicher für durch Motorabwärme ge­ speiste Kraftfahrzeugheizungen, mit einem einen Speicher­ kern umschließenden inneren Gehäuse, mit einem das inne­ re Gehäuse mit Abstand umgebenden äußeren Gehäuse und mit einer evakuierten, tragfähigen Wärmeisolierung zwi­ schen dem inneren und dem äußeren Gehäuse.

Es ist bekannt, den Zwischenraum zwischen innerem und äußerem Gehäuse als Vakuumspalt zu evakuieren, so daß bei geringer Spaltbreite eine hohe Isolierwirkung er­ zielt wird. Dabei ist es ebenfalls bekannt, den Spalt vor der Evakuierung mit mikroporösen Stoffen zu füllen, die dazu dienen, das äußere Gehäuse gegenüber dem inne­ ren Gehäuse abzustützen, um den durch das Vakuum verur­ sachten Druck aufzunehmen, wodurch das äußere Gehäuse zur Reduzierung von Gewicht und Kosten verhältnismäßig dünnwandig ausgeführt werden kann.

Um eine hochwirksame Isolierung zu erzielen, ist es zweckmäßig, im Vakuumspalt ein Hochvakuum zu erzeugen. Um ein derartiges Hochvakuum zuverlässig über eine län­ gere Zeitspanne aufrechtzuerhalten, ist es erforderlich, die dem Vakuumspalt zugewandten Oberflächenschichten des inneren und des äußeren Gehäuses zu entgasen. Sowohl die Evakuierung als auch die Entgasung wird durch den hohen Fließwiderstand der tragfähigen Isolierung aus mikropo­ rösen Stoffen behindert.

Die durch den Aufbau eines Hochvakuums angestrebte hoch­ wirksame Isolierung erfährt eine gewisse Beeinträchti­ gung durch die von der tragfähigen Isolierung verursach­ ten Festkörper-Wärmeleitung zwischen innerem und äuße­ rem Gehäuse.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Wärmespeicher der eingangs genannten Art derart auszugestalten, daß er bei möglichst geringem Gewicht und möglichst geringen Kosten eine über einen längeren Zeitraum aufrechtzuer­ haltende, hochwirksame Wärmeisolierung aufweist.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß die tragfähige Wärmeisolierung in voneinander ge­ trennte Stützkörper aufgeteilt ist.

Hierdurch werden im Vakuumspalt Strömungspfade für die abzuführenden Gase geschaffen, wodurch die Entgasung und Evakuierung und damit die Erzeugung eines dauerhaf­ ten Hochvakuums wesentlich erleichtert wird.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, daß die tragfähige Wärmeisolierung auf einzelne, durch Zwischen­ räume voneinander getrennte Stützzonen verteilt ist, wo­ durch die Festkörper-Wärmeleitung reduziert wird.

Wie das Beispiel des Einsatzes derartiger Wärmespeicher bei Kraftfahrzeugheizungen zeigt, gibt es Anwendungsbe­ reiche, bei welchen auf ein möglichst geringes Gewicht des Wärmespeichers zu achten ist. Ein das Gesamtgewicht in nennenswertem Maße beeinflussender Faktor ist bei derartigen Wärmespeichern die Isolierung zwischen dem inneren und dem äußeren Gehäuse und das Gewicht dieser Gehäuse. Durch die tragfähige Isolierung besteht die Möglichkeit, das äußere Gehäuse entsprechend schwächer auszubilden und dadurch das Gewicht zu reduzieren. Außer­ dem wird dadurch eine größere Freizügigkeit bei der Aus­ wahl der jeweils geeigneten Gehäuseform erreicht. Das tragfähige Isoliermaterial ist aber verhältnismäßig schwer, so daß seine Verwendung der Forderung nach Ge­ wichtseinsparung entgegensteht. Durch die Aufteilung der tragfähigen Isolierung auf einzelne, durch Zwischen­ räume voneinander getrennte Stützzonen wird das Gewicht der tragfähigen Isolierung reduziert. Zwar wird sich un­ ter dem Einfluß des zwischen innerem und äußerem Gehäuse befindlichen Vakuums die Gehäusewandung, insbesondere die Wandung des äußeren Gehäuses, verformen, doch beein­ trächtigt eine derartige Verformung die Funktion des Wärmespeichers nicht und kann deshalb in Kauf genommen werden.

Nach einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung können in den Zwischenräumen Strahlenschilde angebracht werden, wodurch die Wärmeverluste weiter reduziert werden. Es können in jedem Zwischenraum Gruppen von Strahlenschil­ den angeordnet werden, wobei die Wärmeverluste bei genü­ gend enger Anordnung der Strahlenschilde weiter redu­ ziert werden können.

Eine andere zweckmäßige Ausbildung besteht darin, daß in den Zwischenräumen ein leichtes, nicht tragfähiges Isoliermaterial angeordnet ist. Dadurch wird ohne we­ sentliche Auswirkung auf das Gesamtgewicht die Isolier­ wirkung verbessert.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, daß die Wärmeisolierung jeder Zone in einen am inneren Gehäuse abgestützten inneren Abschnitt und einen am äuße­ ren Gehäuse abgestützten äußeren Abschnitt unterteilt ist, daß der innere und der äußere Abschnitt derart ge­ geneinander versetzt sind, daß ihre Querschnitte in Stützrichtung betrachtet einen Abstand voneinander auf­ weisen, und daß zwischen den freien Enden des inneren und des äußeren Abschnitts ein Zuganker eingespannt ist. Dadurch wird die Festkörper-Wärmeleitung weiter redu­ ziert, weil die tragfähige Isolierung keine direkte Ver­ bindung zwischen dem inneren und dem äußeren Gehäuse aufrechterhält. Eine besonders zweckmäßige Ausgestaltung besteht dabei darin, daß der Zuganker aus einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit besteht. Beispielsweise kann der Zuganker eine den Raum zwischen innerem und äußerem Gehäuse in einen inneren Bereich und einen äuße­ ren Bereich unterteilende Folie sein.

Die Stützkörper können aus einem zumindest annähernd formstabilen Isoliermaterial, wie insbesondere Glasfa­ sermaterial bestehen. Es besteht aber auch die Möglich­ keit, wegen des relativ hohen Gewichts dieses formstabi­ len Isoliermaterials, wegen des geringeren Gewichts ein nicht formstabiles Isoliermaterial einzusetzen, welches von Wandungen umschlossen und dadurch zu tragfähigen Einheiten zusammengefaßt wird. Eine vorteilhafte Ausge­ staltung der Erfindung ist es deshalb, daß die Stützkör­ per als kissenartige, verformbare, flächenhaft am inne­ ren und äußeren Gehäuse anliegende Elemente ausgebildet sind, bei welchen eine dünnwandige, biegeweiche, weitge­ hend spannungsfrei verformbare, eine geringe Zugdehnung aufweisende Wandung eine Füllung aus einem Isoliermate­ rial umschließt, welches aus Partikeln mit untereinander geringer Reibung besteht. Dabei kann die Füllung aus einem schüttfähigen Isoliermaterial oder aus einem Gas geringer Wärmeleitfähigkeit bestehen.

Vorzugsweise besteht die Wandung ebenfalls aus einem Ma­ terial mit geringer Wärmeleitfähigkeit.

Bei Verwendung einer schüttfähigen Füllung kann die Wan­ dung vorzugsweise gasdurchlässig ausgebildet sein. Die Wandung kann beispielsweise aus Drahtgeflecht oder aus einer porösen Membran bestehen. Als Füllung kann vor­ zugsweise mikroporöses Isoliermaterial verwendet werden.

Die Verwendung von Stützkörpern in Form dieser kissenar­ tigen Elemente ermöglicht es, auch leichtes, schüttfähi­ ges oder rieselfähiges Isoliermaterial auf einfache Wei­ se in den Zwischenraum zwischen dem inneren und dem äuße­ ren Gehäuse einzubringen und es an allen Stellen zu po­ sitionieren, an denen eine Stützwirkung erwünscht ist. Dabei wird das Isoliermaterial daran gehindert, in Be­ reiche einzudringen, in denen es unerwünscht ist. Außerdem kann sich das Material "setzen", ohne daß bei langer Betriebszeit die Stütz- und Isolierwirkung da­ durch verlorengeht, daß sich bei längerer Betriebszeit unerwünschte Verdichtungs- oder Verdünnungszonen bilden.

Trotz der Verwendung eines schüttfähigen Materials kön­ nen die mit Isoliermaterial versehenen Bereiche auf aus­ gewählte Stützzonen beschränkt werden, wodurch der Ein­ satz an Isoliermaterial auf die Menge beschränkt werden kann, die für die erwünschte Stützwirkung erforderlich ist, wobei aber andererseits auch die Drainage bei der Evakuierung bzw. Entgasung erleichtert wird.

Die flächenhafte Anlage der kissenförmigen Stützkörper am äußeren und inneren Gehäuse ist zur sicheren Abstüt­ zung erforderlich und wird durch entsprechende Wahl des Befüllungsgrades der Kissenwandung vor der Montage er­ reicht. Zweckmäßigerweise werden die Stützkörper bei der Montage im Zwischenraum zwischen innerem und äußerem Ge­ häuse mit Vorspannung eingesetzt, d.h., eingepreßt, um eine zuverlässige Positionierung zu erreichen.

Die Form der Stützkörper kann der Gehäuseform des Wärme­ speichers angepaßt werden, wobei mit der Bezeichnung der Stützkörper als kissenartig nicht die Form, sondern die Verformbarkeit dieser Stützkörper gekennzeichnet werden soll. Die kissenartigen Elemente können die Form von mehr oder weniger flachgedrückten Bällen auf­ weisen, sie können aber auch wurstförmig ausgebildet sein und dabei in gerader Richtung oder spiralig oder ringförmig verlaufen und beispielsweise auch in Form konzentrischer Ringe angeordnet sein.

Anhand der nun folgenden Beschreibung der in der Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispiele der Erfindung wird diese näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Außenansicht eines erfindungsgemäß ausgebildeten Wärmespei­ chers vor Aufbau des Vakuums zwischen innerem und äußerem Gehäuse,

Fig. 2 einen Schnitt durch den in Fig. 1 dar­ gestellten Wärmespeicher, wobei der im inneren Gehäuse angeordnete Speicherkern nicht dargestellt ist,

Fig. 3 einen Detailschnitt durch den Wandungs­ bereich zwischen innerem und äußerem Ge­ häuse,

Fig. 4 einen der Fig. 3 entsprechenden Schnitt bei einer anderen Ausführungsform und

Fig. 5 einen Detailschnitt durch einen einge­ bauten kissenförmigen Stützkörper, der mit schüttfähigem Isoliermaterial gefüllt ist.

Ein insgesamt mit 10 bezeichneter Latentwärmespeicher besteht aus einem äußeren Gehäuse 12, das allseits mit Abstand ein inneres Gehäuse 14 umgibt, in welchem der wärmespeichernde Speicherkern angeordnet ist. Der Auf­ bau eines derartigen Speicherkerns ist dem Fachmann, beispielsweise aus der DE-OS 32 45 027, bekannt, wes­ halb er hier nicht näher erläutert wird und nur allge­ mein mit 16 bezeichnet ist.

Für den Zu- und Abfluß des wärmetransportierenden Über­ tragungsmittels, als welches hier das Kühlwasser eines Verbrennungsmotors dient, ist eine Zuflußleitung 20 und eine Abflußleitung 22 vorgesehen, die in das innere Ge­ häuse 14 münden und durch den die Wärmeisolierung auf­ nehmenden Zwischenraum 18 zwischen innerem und äußerem Gehäuse hindurch und aus dem äußeren Gehäuse 12 nach außen geführt sind.

Um das äußere Gehäuse 12 gegenüber dem inneren Gehäuse 14 abzustützen, sind mit Abständen voneinander Stützele­ mente 24 (Fig. 2, 3) angeordnet, die aus einem tragfähi­ gen Isoliermaterial, vorzugsweise aus Glasfaser, beste­ hen. Hierdurch entstehen durch Zwischenräume voneinander getrennte Stützzonen, die den für die Wärmeisolierung erforderlichen Abstand zwischen dem äußeren Gehäuse 12 und dem inneren Gehäuse 14 aufrecht erhalten, wobei aber durch Aufbau eines isolierenden Vakuums zwischen den beiden Gehäusen 12 und 14 die zwischen den Stützzonen befindlichen Gehäuseabschnitte in Richtung auf die je­ weils gegenüberliegende Wandung des anderen Gehäuses verformt werden, wie dies in den Fig. 3 und 4 darge­ stellt ist. Diese Verformung beeinträchtigt aber die Funktion des Wärmespeichers und des Isolierbereichs nicht und kann deshalb insbesondere im Hinblick auf die erzielbare Gewichtseinsparung in Kauf genommen werden.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind in den Stützzonen Stege 24 aus dem tragfähigen Isolier­ material angeordnet, welche den vollen Abstand zwischen dem äußeren Gehäuse 12 und dem inneren Gehäuse 14 über­ brücken. In den Zwischenräumen zwischen den Stegen 24 können Strahlenschilde 32 angeordnet werden, es kann aber auch ein nicht tragfähiges Isoliermaterial 34 mit verhältnismäßig geringem Gewicht eingefüllt werden.

Die Fig. 4 zeigt eine besonders vorteilhafte Ausgestal­ tung, bei welcher an der Innenseite des äußeren Gehäu­ ses 12 Stege 26 und an der Außenseite des inneren Ge­ häuses 14 Stege 28 angeordnet sind, welche jeweils aus tragfähigem Isoliermaterial bestehen und deren Höhe ge­ ringer ist als der Abstand zwischen dem äußeren Gehäuse 12 und dem inneren Gehäuse 14. Außerdem sind die Stege 26 und 28 jeweils um den halben Abstand der Stege 26 bzw. 28 zueinander versetzt. Zwischen dem äußeren Ge­ häuse 12 und dem inneren Gehäuse 14 ist eine Folie 30 angeordnet, die zwischen den Stegen 26 und 28 eingespannt ist und an deren vom jeweils zugeordneten Gehäuse 12 bzw. 14 abgewandter Stirnfläche anliegt, so daß die Folie einen Zuganker bildet, der die Aufrechterhaltung des Ab­ standes zwischen dem äußeren Gehäuse 12 und dem inneren Gehäuse 14 gewährleistet und den Zwischenraum 18 in einen inneren Bereich 18 a und einen äußeren Bereich 18 b unterteilt.

Vorzugsweise besteht die Folie 30 aus einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit. Durch die versetzte Anordnung der Stege 26 und 28 ist die Möglichkeit der Wärmeleitung zwischen dem äußeren Gehäuse 12 und dem inneren Gehäuse 14 weiter reduziert, so daß sich bei dieser Ausführungsform zusätzlich zu dem geringen Ge­ wicht des Wärmespeichers noch eine besonders gute Iso­ lierung ergibt.

Die Fig. 5 zeigt einen kissenartigen Stützkörper 40 mit einer durch eine poröse Membran gebildeten Wandung 42, die vor dem Einbau zwischen das äußere Gehäuse 12 und das innere Gehäuse 14 des Wärmespeichers 10 mit einer Füllung 44 aus rieselfähigem, mikroporösem Iso­ liermaterial so weit gefüllt und dann verschlossen wur­ de, daß in der in Fig. 5 gezeigten Einbauposition der Stützkörper bei flächenhafter Anlage am äußeren Gehäu­ se 12 und am inneren Gehäuse 14 unter Spannung steht, d.h., daß durch den vom äußeren Gehäuse 12 und vom inne­ ren Gehäuse 14 auf ihn ausgeübten Stützdruck und die da­ durch bewirkte Pressung des Füllmaterials 44 eine Art statischer Druck im Stützkörper 40 entsteht.

Claims (17)

1. Wärmespeicher, insbesondere Latentwärmespeicher (10) für durch Motorabwärme gespeiste Kraftfahrzeughei­ zungen, mit einem einen Speicherkern (16) umschließen­ den inneren Gehäuse (14), mit einem das innere Gehäuse mit Abstand umgebenden äußeren Gehäuse (12) und mit einer evakuierten, tragfähigen Wärmeisolierung (24, 26, 28, 40) zwischen dem inneren und dem äußeren Gehäuse, dadurch gekennzeichnet, daß die tragfähige Wärmeisolie­ rung (24, 26, 28, 40) in voneinander getrennte Stützkör­ per aufgeteilt ist.

2. Wärmespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die tragfähige Wärmeisolierung (24, 26, 28, 40) auf einzelne, durch Zwischenräume voneinander getrennte Stützzonen verteilt ist.

3. Wärmespeicher nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in den Zwischenräumen Strahlenschilde (32) angeordnet sind.

4. Wärmespeicher nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in den Zwischenräumen ein leichtes, nicht tragfähiges Isoliermaterial (34) angeordnet ist.

5. Wärmespeicher nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeisolierung jeder Zone in einen am inneren Gehäuse (14) abgestützten inne­ ren Abschnitt (28) und einen am äußeren Gehäuse (12) ab­ gestützten äußeren Abschnitt (26) unterteilt ist, daß der innere und der äußere Abschnitt derart gegeneinan­ der versetzt sind, daß ihre Querschnitte in Stützrich­ tung betrachtet einen Abstand voneinander aufweisen, und daß zwischen den freien Enden des inneren und des äußeren Abschnitts ein Zuganker (30) eingespannt ist.

6. Wärmespeicher nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Zuganker (30) aus einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit besteht.

7. Wärmespeicher nach Anspruch 5 oder 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Zuganker (30) eine den Raum zwi­ schen innerem und äußerem Gehäuse in einen inneren Be­ reich (18 a) und einen äußeren Bereich (18 b) unterteilen­ de Folie ist.

8. Wärmespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützkörper (24, 26, 28) aus einem zumindest annähernd formstabilen Isoliermate­ rial bestehen.

9. Wärmespeicher nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Stützkörper (24, 26, 28) aus Glasfa­ sermaterial bestehen.

10. Wärmespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet daß die Stützkörper (40) als kissenartige, verformbare, flächenhaft am inneren (14) und äußeren (12) Gehäuse anliegende Elemente ausgebil­ det sind, bei welchen eine dünnwandige, biegeweiche, weitgehend spannungsfrei verformbare, eine geringe Zug­ dehnung aufweisende Wandung (42) eine Füllung (44) aus einem Isoliermaterial umschließt, das aus Partikeln mit untereinander geringer Reibung besteht.

11. Wärmespeicher nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Füllung (44) aus einem schüttfähigen Isoliermaterial besteht.

12. Wärmespeicher nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Füllung aus einem Gas geringer Wärme­ leitfähigkeit besteht.

13. Wärmespeicher nach Anspruch 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung (42) aus einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit besteht.

14. Wärmespeicher nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Wandung (42) gasdurchlässig ist.

15. Wärmespeicher nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Wandung (42) aus Drahtgeflecht besteht.

16. Wärmespeicher nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Wandung (42) eine poröse Membran ist.

17. Wärmespeicher nach den Ansprüchen 11 oder 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung (44) aus einem mikroporösen Isoliermaterial besteht.