DE4007004A1

DE4007004A1 - Waermespeicher

Info

Publication number: DE4007004A1
Application number: DE4007004A
Authority: DE
Inventors: Oskar Dr Ing Schatz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-03-06
Filing date: 1990-03-06
Publication date: 1991-09-12
Anticipated expiration: 2010-03-07
Also published as: JPH05106981A; DE4007004C3; DE4007004C2

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmespeicher, insbesondere einen Latentwärmespeicher, mit einem einen Speicherkern enthaltenden Innenbehälter, einem unter Bildung eines vorzugsweise evakuierten Isolierraums den Innenbehälter mit Abstand umgebenden Außenbehälter, zwei von außen durch den Isolierraum in den Innenbehälter geführten Leitungen, deren eine als Zuleitung und deren andere als Rückflußleitung für ein wärmetransportierendes Medium dient, wobei diese Leitungen von der Unterseite des Außenbehälters durch den Isolierraum bis an den oberen Bereich des Innenbehälters geführt sind.

Ein Latentwärmespeicher dieser Art ist aus der europäischen Patentanmeldung 02 94 500 bekannt. Die im Isolierraum von unten nach oben bzw. von oben nach unten verlaufenden Leitungsabschnitte dienen der Ausbildung einer während der Betriebsruhe wirksamen, isolierenden Sperrschicht im wärmetransportierenden Medium zwischen dem im Wärmespeicher befindlichen heißen Medium und dem außerhalb des Wärmespeichers abkühlenden Medium.

Eine zwischen den Leitungsabschnitten und dem Isolierraum quer zur Leitungsrichtung erfolgende Wärmeübertragung kann in den Leitungsabschnitten eine die Ausbildung der Sperrschicht beeinträchtigende Konvektion verursachen, indem nahe dem unteren Ende dieser Leitungsbereiche eine Aufheizung vom warmen Innenbehälter her erfolgt, während nahe dem oberen Ende eine Abkühlung durch Wärmeabgabe an den Außenbehälter stattfindet.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Ausbildung der Sperrschicht während einer Speicherphase bei einem Latentwärmespeicher der eingangs genannten Art zu begünstigen.

Eine Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß jedem von unten nach oben bzw. von oben nach unten durch den Isolierraum führenden Leitungsabschnitt der Zuleitung und der Rückführleitung eine dem Wärmezufluß und Wärmeabfluß quer zur Leitungsrichtung entgegenwirkende Anordnung zugeordnet ist.

Eine andere Lösung der Aufgabe besteht darin, daß jedem von unten nach oben bzw. von oben nach unten durch den Isolierraum führenden Abschnitt der Zuleitung und der Rückführleitung ein konvektionshemmende Vorrichtung zugeordnet ist.

Vorzugsweise können beide Lösungen gemeinsam angewandt werden.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der zweiten Lösung enthält jeder dieser Leitungsabschnitte eine so dichte Anordnung in Durchflußrichtung verlaufender, fest eingebauter Elemente, daß der benetzte Umfang im Vergleich zum Strömungsquerschnitt so groß ist, daß Konvektion weitgehend unterbunden ist.

Dabei besteht eine vorteilhafte Ausgestaltung darin, daß die Elemente enge, in Leitungsrichtung verlaufende Kanäle bilden.

Eine andere Ausführungsform besteht darin, daß der Querschnitt der Leitungsabschnitte von einem Glasfaserbrett ausgefüllt wird, dessen Fasern vorwiegend in Leitungsrichtung orientiert wird.

Noch eine andere Gestaltungsmöglichkeit besteht darin, daß der Querschnitt der Leitungsabschnitte eine Anzahl paralleler, in Längsrichtung der Leitung verlaufender, zwischen sich Spalten bildender Wände enthält, wobei die Wände aus thermisch isolierendem Material bestehen können.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform besteht darin, daß die Leitungsabschnitte ein mit Abstand zwischen seinen Windungen ihren Querschnitt spiralig ausfüllendes Element enthalten, wobei vorzugsweise das Element mit den Abstand zwischen seinen Windungen bestimmenden Erhebungen versehen ist.

Eine weitere zweckmäßige Ausbildung besteht darin, daß die Außenseite der Leitungsabschnitte mit einer strahlungsreflektierenden Schicht versehen ist.

Nach einer weiteren Ausgestaltung werden die Leitungsabschnitte von Strahlenschilden umschlossen, die vorzugsweise einen Abstand von der Außenseite der Leitungsabschnitte einhalten.

Andere geeignete Ausführungsformen bestehen darin, daß die Leitungsabschnitte von zusammengepreßter Glasfaser umschlossen werden, daß die Leitungsabschnitte von einer sich mehrfach überlappend gewickelten strahlungsreflektierenden Folie umhüllt sind, daß die Leitungsabschnitte jeweils von einem wärmeisolierenden mikroporösen Festkörper umschlossen werden, oder daß der Isolierraum von einem mikroporösen Material ausgefüllt ist.

Bei der ersten Lösung kann nach einer zweckmäßigen Ausgestaltung die Innenwandung der Leitungsabschnitte von einer wärmeisolierenden Schicht bedeckt sein, wobei beispielsweise die wärmeisolierende Schicht von einem Schaumstoff gebildet wird.

Für alle genannten Ausführungsmöglichkeiten stellt es eine vorteilhafte Weiterbildung dar, wenn die Leitungsabschnitte aus Kunststoff bestehen, weil dessen Wärmeleitfähigkeit geringer ist als die von metallischen Leitungen.

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

Es zeigt:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Latentwärmespeichers für Fahrzeugheizungen,

Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie A-A in Fig. 1,

Fig. 2a einen Querschnitt wie Fig. 2, jedoch bei einer Ausführungsform ohne konvektionshemmende Vorrichtung in der Leitung,

Fig. 3 eine vergrößerte Detailansicht zu Fig. 2 und

Fig. 4 einen der Fig. 2 ähnlichen Querschnitt einer anderen Ausführungsform.

Der in Fig. 1 gezeigte Wärmespeicher besteht aus einem kreiszylindrischen Innenbehälter 10 und einem ebensolchen Außenbehälter 12, zwischen welchen ein Isolierraum 14 ausgebildet ist. Eine Zuleitung 16 und eine Rückflußleitung 18 sind im oberen Bereich einer Stirnwand 20 des Innenbehälters 10 an diesem angeschlossen und sind durch den Isolierraum 14 vertikal nach unten aus dem Außenbehälter 12 herausgeführt.

Die Leitungen 16 und 18 weisen im Anschluß an den Innenbehälter 10 jeweils einen Krümmer 24 auf, an den sich ein geradliniger, vertikaler Leitungsabschnitt 26 anschließt.

In der Speicherphase, wenn das Medium im Innenbehälter 10 einen gegenüber der Außentemperatur erhöhte Temperatur aufweist und die Zirkulation beendet ist, wird sich das Medium außerhalb des Außenbehälters allmählich auf die Umgebungstemperatur abkühlen, während unmittelbar an den Innenbehälter angrenzend das Medium in den Leitungsabschnitten die erhöhte Wärmespeichertemperatur aufweisen wird, so daß sich wegen der höheren Dichte die kalte Flüssigkeit in den vertikalen, den Isolierraum durchquerenden Leitungsabschnitten unten und die warme Flüssigkeit oben bleiben wird, so daß sich eine Sperrschicht in den vertikalen Leitungsabschnitten ausbilden wird, sofern nicht die eingangs erwähnten Wärmeübertragungen vom Innenbehälter auf den unteren Bereich dieser Leitungsabschnitte und von deren oberem Bereich auf den Außenbehälter die Ausbildung der Sperrschicht beeinträchtigen.

Um solche Einflüsse weitgehend auszuschalten, können einerseits durch isolierende Maßnahmen Wärmeübertragungen quer zur Strömungsrichtung in diesen Leitungsabschnitten 26 behindert werden und andererseits kann durch strömungstechnische Maßnahmen innerhalb der Strömungsquerschnitte dieser Leitungsabschnitte 26 das Entstehen von Konvektion verhindert werden, wobei diese Maßnahmen jeweils für sich oder in Kombination angewandt werden können.

Zur Behinderung der Wärmeübertragung kann auf der Außenseite 28 der Leitungsabschnitte 26 eine strahlungsreflektierende Beschichtung angebracht sein, die wegen ihrer relativ geringen Dicke in der Zeichnung nicht besonders dargestellt ist. Vorzugsweise zusätzlich zu dieser Beschichtung kann ein Mantel 30 aus einem wärmeisolierenden Material auf die Außenseite 28 aufgebracht sein, wobei es sich beispielsweise um gepreßte Glasfaser oder um einen wärmeisolierenden, porösen Festkörper handeln kann. Es kann aber auch eine strahlungsreflektierende Folie in mehreren Windungen sich selbst überlappend auf die Leitungsabschnitte 26 aufgewickelt werden.

Vorzugsweise als zusätzliche Maßnahme können Strahlenschilde 32 zwischen den Abschnitten 26 und dem Innenbehälter 10 und dem Außenbehälter 12 angeordnet werden.

Es besteht aber auch die Möglichkeit, den Isolierraum 14 mit einem mikroporösen Material auszufüllen.

Falls im Inneren der Leitungsabschnitte 26 keine konvektionshemmenden Vorrichtungen angeordnet werden, kann die Wärmeisolation auch durch eine wärmeisolierende Schicht 34 (Fig. 2a), z. B. aus Schaumstoff, an der Innenwandung der Leitungsabschnitte 26 vorgesehen werden.

Wie in Fig. 2 gezeigt, kann der Querschnitt der Leitungsabschnitte 26 beispielsweise von einem Element 36 ausgefüllt werden, das unter Bildung von in Durchströmrichtung der Leitungsabschnitte 26 offenen Zwischenräumen 38 zwischen seinen Windungen spiralig gewickelt ist. Um den gewünschten Abstand zwischen den Windungen 40 einzuhalten, kann das Element 36 - wie in Fig. 3 gezeigt - mit Erhebungen in Form von eingedrückten Noppen 42 versehen sein.

Eine andere Möglichkeit ist in Fig. 4 gezeigt. Dabei ist der Querschnitt der Leitungsabschnitte 26 durch parallele, in Längsrichtung, d. h. in Durchströmrichtung der Leitungsabschnitte 26 parallel zueinander verlaufende Wände 44, vorzugsweise aus wärmeisolierendem Material, in eine Anzahl flacher Kanäle 46 unterteilt, wobei der Abstand der Wände 44 so gering ist, daß Konvektion in den Kanälen 46 weitgehend unterbunden ist.

Eine andere, nicht näher dargestellte Möglichkeit besteht darin, den Querschnitt der Leitungsabschnitte 26 mit einem Glasfaserbrett anzufüllen, d. h. mit gepreßten Glasfasern, wobei diese vorwiegend in Leitungsrichtung orientiert sind.

Die Leitungsabschnitte 26 selbst bestehen vorzugsweise aus Kunststoff, um ebenfalls die Wärmeübertragung quer zur Durchströmrichtung der Leitungsabschnitte 26 zu behindern.

Claims

1. Wärmespeicher, insbesondere Latentwärmespeicher, mit einem einen Speicherkern enthaltenden Innenbehälter (10), einem unter Bildung eines vorzugsweise evakuierten Isolierraums (14) den Innenbehälter (10) mit Abstand umgebenden Außenbehälter (12), zwei von außen durch den Isolierraum (14) in den Innenbehälter (10) geführten Leitungen (16, 18), deren eine als Zuleitung und deren andere als Rückflußleitung für ein wärmetransportierendes Medium dient, wobei diese Leitungen (16, 18) von der Unterseite des Außenbehälters (12) durch den Isolierraum (14) bis an den oberen Bereich des Innenbehälters (10) geführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß jedem von unten nach oben bzw. von oben nach unten durch den Isolierraum (14) führenden Leitungsabschnitt (26) der Zuleitung und der Rückführleitung eine dem Wärmezufluß und Wärmeabfluß quer zur Leitungsrichtung entgegenwirkende Anordnung (30, 32, 34) zugeordnet ist.

2. Wärmespeicher, insbesondere Latentwärmespeicher, mit einem einen Speicherkern enthaltenden Innenbehälter (10), einem unter Bildung eines vorzugsweise evakuierten Isolierraums (14) den Innenbehälter (10) mit Abstand umgebenden Außenbehälter (12), zwei von außen durch den Isolierraum (14) in den Innenbehälter (10) geführten Leitungen (16, 18), deren eine als Zuleitung und deren andere als Rückflußleitung für ein wärmetransportierendes Medium dient, wobei diese Leitungen (16, 18) von der Unterseite des Außenbehälters (12) durch den Isolierraum (14) bis an den oberen Bereich des Innenbehälters (10) geführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß jedem von unten nach oben bzw. von oben nach unten durch den Isolierraum (14) führenden Leitungsabschnitt (26) der Zuleitung und der Rückführleitung eine konvektionshemmende Vorrichtung (36, 44) zugeordnet ist.

3. Wärmespeicher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsquerschnitt der Leitungsabschnitte (26) eine so dichte Anordnung in Durchflußrichtung verlaufender, fest eingebauter Elemente (36, 44) enthält, daß der benetzte Umfang im Vergleich zum Strömungsquerschnitt so groß ist, daß Konvektion weitgehend unterbunden ist.

4. Wärmespeicher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (36, 44) enge, in Leitungsrichtung verlaufende Kanäle bilden.

5. Wärmespeicher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Leitungsabschnitte (26) von einem Glasfaserbrett ausgefüllt wird, dessen Fasern vorwiegend in Leitungsrichtung orientiert sind

6. Wärmespeicher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Leitungsabschnitte (26) eine Anzahl paralleler, in Längsrichtung der Leitung verlaufender, zwischen sich Spalten (46) bildender Wände (44) enthält.

7. Wärmespeicher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände (44) aus thermisch isolierendem Material bestehen.

8. Wärmespeicher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungsabschnitte (26) ein mit Abstand zwischen seinen Windungen ihren Querschnitt spiralig ausfüllendes Element (36) enthalten.

9. Wärmespeicher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (36) mit den Abstand zwischen seinen Windungen (40) bestimmenden Erhebungen (42) versehen ist.

10. Wärmespeicher nach einem der Ansprüche1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenseite (28) der Leitungsabschnitte (26) mit einer strahlungsreflektierenden Schicht versehen ist.

11. Wärmespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungsabschnitte (26) von Strahlenschilden (32) umschlossen werden.

12. Wärmespeicher nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlenschilde (32) einen Abstand von der Außenseite (28) der Leitungsabschnitte (26) einhalten.

13. Wärmespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungsabschnitte (26) von zusammengepreßter Glasfaser umschlossen werden.

14. Wärmespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungsabschnitte (26) von einer sich mehrfach überlappend gewickelten strahlungsreflektierenden Folie umhüllt sind.

15. Wärmespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungsabschnitte (26) jeweils von einem wärmeisolierenden mikroporösen Festkörper (30) umschlossen werden.

16. Wärmespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierraum (14) von einem mikroporösen Material ausgefüllt ist.

17. Wärmespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwandung der Leitungsabschnitte (26) von einer wärmeisolierenden Schicht (34) bedeckt ist.

18. Wärmespeicher nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeisolierende Schicht (34) von einem Schaumstoff gebildet wird.

19. Latentwärmespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungsabschnitte (26) aus Kunststoff bestehen.