DE4014243C2 - Latentwärmespeicher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Latentwärmespeicher für die Speicherung thermischer Energie mit speziellen Behältern für das Latentwärmespeichermittel.

Derartige Speicher für die Speicherung von Wärme oder Kälte sind für die verschiedensten Anwendungsbereiche, z. B. im Haushalt, in der Industrie, in Fernwärmeübergabestationen, oder auch im Kraftfahrzeug vorgesehen, um thermische Zyklen in Heiz- oder Kühlsystemen zu glätten, bzw. thermische Energie in Zeiten des Energieüberangebots zu speichern und in Zeiten des Energiedefizits zeitlich versetzt zur Verfügung zu stellen. Dazu macht man sich den physikalischen Effekt des Phasenübergangs einer Substanz vom festen in den flüssigen Zustand und umgekehrt zu Nutze, weil bei einem solchen Phasenübergang innerhalb eines sehr kleinen Temperaturhubs vergleichsweise hohe Energiemengen aufgenommen und wieder freigesetzt werden.

Latentwärmespeicher bestehen zumindest aus einem äußeren Gehäuse (Kessel) mit einer thermischen Isolierung, und dem eigentlichen Latentwärmespeichermittel. Gewöhnlich sind die Kessel aus Gründen der Festigkeit, hauptsächlich um ein Ausbeulen unter Druck zu vermeiden, als im wesentlichen zylindrische Hohlkörper mit sogenannten Klöpperböden an den Enden ausgebildet. Für die Einbringung des Latentwärmespeichermittels haben sich zur Zeit zwei wesentliche Gruppen von technischen Möglichkeiten herauskristallisiert. Davon ist die erste die Direkteinbringung (Schüttung) des Latentwärmespeichermittels, und die zweite die Einbringung von mit dem Latentwärmespeichermittel befüllten Behältern.

Auf die Einzelheiten direkt befüllter Latentwärmespeicher soll hier nicht weiter eingegangen werden, weil der Gegenstand der Erfindung zur zweiten Gruppe gehört. In dieser zweiten Gruppe wird das Latentwärmespeichermittel zunächst in einzelne Behälter gefüllt, und diese Behälter in den Kessel eingebracht. Dabei muß sichergestellt sein, daß zwischen den einzelnen Behältern Zwischenräume verbleiben, durch welche der flüssige Wärmeträger hindurchströmen kann, um über die Oberfläche der Behälter thermische Energie an das Latentwärmespeichermittel abzugeben oder von diesem aufzunehmen. Es wurden bereits zahlreiche Geometrien der einzelnen Behälter vorgeschlagen und realisiert, welche im wesentlichen den drei Untergruppen Kugel-, Rohr- oder Plattengeometrie zuzurechnen sind.

Latentwärmespeicher mit Behältern in Kugelform für das Latentwärmespeichermittel haben verschiedene Nachteile. Diese bestehen zunächst darin, daß eine Kugel bekanntlich die kleinste Oberfläche aller Körper besitzt, wodurch bei gegebenem Volumen eine relativ kleine Oberfläche für den Wärmetausch zur Verfügung steht. Dem kann man durch eine Vielzahl sehr kleiner Kugeln begegnen, was jedoch aufgrund der hohen Zahl der Kugeln und der für jede Kugel erforderlichen separaten Befüllung mit dem Latentwärmespeicher­ mittel und anschließenden Versiegelung zu hohen Kosten führt. Nachteilig ist ferner der verhältnismäßig schlechte Füllgrad des Kessels, welcher in der Regel nur etwa 65% erreicht, ferner die Länge der Wegstrecke vom Kugelmittelpunkt zur Oberfläche, welche dem Wärmestrom hinderlich ist, sowie die bei der Kugelgeometrie vorhandene Luftblase im Behälter, welche erforderlich ist, um eine Überdehnung der Wandung bei Volumen­ änderungen des Latentwärmespeichermittels zu vermeiden.

Behälter in Rohrform weisen im Prinzip die gleichen Nachteile auf wie solche in Kugelform, obwohl hier Verbesserungen durch Abflachen der Rohrform erzielbar sind.

Behälter in Plattenform bieten die besten Voraussetzungen für die Schaffung großer Ober­ flächen und kurzer Fließwege des Wärmestroms innerhalb des eingefüllten Latentwärme­ speichermittels zu diesen Oberflächen. Dadurch ist eine hohe Dynamik des Wärmeaus­ tausches erzielbar.

Ein Latentwärmespeicher mit Behältern in einer derartigen Plattenform ist aus einer Presse­ information des Volkswagenwerkes bekannt. Er ist für die Vorwärmung des Kraftfahrzeugs vorgesehen. In der gezeigten Ausführung haben die Behälter eine flache rechteckige Form und sind achsenparallel in das Gehäuse eingebaut. Dadurch ist es erforderlich, eine Reihe verschieden großer Behälter zu verwenden, weil aufgrund des runden Gehäusequerschnitts das zur Verfügung stehende Einbaumaß von der Mitte nach außen hin um den Faktor Sinus zu Cosinus abnimmt. Um eine Durchströmung der zwischen den Behältern gebildeten Zwischenräume in Längsrichtung zu verwirklichen, muß zwischen den Behältern Platz für eine Zuführungsleitung geschaffen werden, wodurch eine zusätzliche Variation der Behältergröße erforderlich ist. Diese verschieden großen Behälter erschweren die Montage und verteuern die Herstellung und Lagerhaltung. Besonders für größere Latentwärme­ speicher, wie sie z. B. im Bereich der Gebäudeheizung Verwendung finden, ist eine der­ artige Ausführung nicht akzeptabel.

Aus der DE 27 39 068 A1 ist für die Temperierung von Gewächshäusern ein Latentwärmespeicher mit Batterien aus flachen, rechteckigen Spei­ cherkörpern bekannt, welche mit einem gegenseitigen Abstand aneinandergereiht sind. Die so gebildeten Zwischenräume sind für die Parallel-Durchströmung mit Luft vorgesehen. Die vorgeschlagene Einbaulage der Speicherkörper in relativ großvolumigen Luftleit­ kanälen erlaubt eine problemlose Querdurchströmung der Batterie im Luftstrom. Da im Luftleitsystem kein relevanter Überdruck auftritt, sind leichte Konstruktionen z. B. aus dün­ nem Blech ohne weiteres realisierbar. Die vorgeschlagene Gestaltung ist jedoch für die Durchströmung mit einem flüssigen Wärmeträger z. B. auf der Basis von Wasser nicht geeignet, weil dies eine Anordnung der Speicherkörper in Behältern mit hinreichend biege­ steifen Wandungen erfordern würde. Dadurch würde eine solche Ausführung schwer und zugleich teuer. Außerdem sind die Längen der parallelen Strömungswege für flüssige Medien nicht ausreichend, weil die mitgeführte Wärme von Flüssigkeiten wegen der drastisch höheren spezifischen Wärme viel größer ist als bei Luft. Eine Reihenschaltung der einzelnen Speicherkörper in Bezug auf die Durchströmung ist nicht möglich. Dadurch ist es sehr schwierig, den jeweiligen Ladezustand z. B. mittels Temperaturmessung festzustellen. Die großzügig bemessenen Dimensionen der peripheren Gehäuseteile mögen wohl für die Anwendung im Gewächshaus keine Bedeutung haben, würden jedoch für etliche Fälle einen unakzeptabel niedrigen volumetrischen Füllgrad des Speichers nach sich ziehen.

Aus der DE 30 07 275 A1 ist ein anderer Latentwärmespeicher bekannt, dessen Speicherelemente als tellerförmig beschrieben werden. In der einzigen Zeichnungsfigur werden die Speicherelemente als konische Ronden mit einer zentralen Durchflußöffnung gezeigt, welche mit einem gegenseitigen und einem zur Wandung des Kessels gebildeten Abstand aufeinandergeschichtet sind. Das Konzept geht davon aus, daß allein durch Konvektion aufgrund von Dichteunterschieden des flüssigen Trägermediums ein ausreichender Wärmetausch zustande kommt. Tatsächlich wird dies, wenn überhaupt, nur mit großer Trägheit während des Ladezyklus gelingen. Im Entladezyklus muß mit einer sehr schlechten Wärmeübertragung gerechnet werden, weil die Durchströmung im wesent­ lichen im zentralen "Kamin" und im periphären Ringspalt stattfinden wird und dabei die Speicherelemente lediglich tangiert. Nachteilig erscheint ferner die Formgestalt der Spei­ cherelemente, wodurch diese schwierig herzustellen und aufwendig zu lagern sein dürften.

Es bestand daher die Aufgabe zur Schaffung eines Latentwärmespeichers für die Durch­ strömung mit einem flüssigen Wärmeträger, mit einem hohen Füllgrad in Bezug auf das Gesamtsystem und möglichst günstigen Wärmeübertragungseigenschaften, welcher zu außerordentlich niedrigen Kosten herstellbar sein sollte.

Mit der Erfindung wird ein Latentwärmespeicher mit speziellen scheibenförmigen, flachen Behältern und einer bestimmten, zwangsweisen Durchströmung mit dem flüssigen Wärme­ träger vorgeschlagen. Danach besteht der Kessel des Latentwärmespeichers aus einem im wesentlichen zylindrischen Gehäuse mit kreisförmigem Querschnitt, welches die mit dem Latentwärmespeichermittel befüllten Behälter in flacher Scheibenform mit periphären Aus­ nehmungen enthält. Dabei sind die einzelnen Behälter innerhalb des Kessels so ange­ ordnet, daß ihre Scheibenflächen mit einem jeweiligen gegenseitigen Abstand im wesent­ lichen parallel zur Ebene eines radialen Kesselschnitts liegen. Die Außendurchmesser der Behälter entsprechen im wesentlichen dem Innendurchmesser des Kessels, sind jedoch in ihrem Randbereich so gestaltet, daß in bestimmbaren Sektionen Durchlaß- oder Sperr­ bereiche für den flüssigen Wärmeträger gebildet sind. Damit sind in einer ersten Version des erfindungsgemäßen Latentwärmespeichers die Oberflächen der Behälter innerhalb des Strömungsweges des flüssigen Wärmeträgers in Reihe, bzw. in einer zweiten Version in Serie schaltbar.

Die Reihenschaltung mit einem mäanderförmig durch den Behälterstapel führenden Strö­ mungsweg wird erfindungsgemäß dadurch realisiert, daß der Umfang der Behälter gegen­ über der inneren Wandung des Kessels in einem Teilsegment von mindestens 180°, vor­ zugsweise mindestens 220°, gegen Durchtritt des flüssigen Wärmeträgers abgedichtet ist, und/oder die Behälter an ihrem Umfang in einem Teilsegment, welches kleiner ist als 180°, vorzugsweise kleiner als 140°, außen entweder axial durchbrochen sind oder vorzugsweise von der Kreisform nach innen so abweichen, daß in diesem Segment gegen­ über der Wandung des Kessels ein Durchlaß für das Wärmetauschermedium gebildet ist, wobei der Durchlaß der abgedichteten Seite gegenüberliegt. Gleichzeitig sind die einzelnen Behälter mit dem jeweils an ihnen gebildeten Durchlaß, bzw. ihrem gegenüber der Wan­ dung des Gehäuses abgedichteten Bereich in dem Gehäuse wechselweise um 180° derart verdreht aufeinander gestapelt, bzw. aneinander gereiht, daß so ein mäanderförmiger Strömungsweg für den flüssigen Wärmeträger gebildet ist.

Die Serienschaltung mit mehreren parallel durch den Behälterstapel führenden Strö­ mungswegen wird nach der Erfindung dadurch realisiert, daß der Umfang der Behälter gegenüber der Wandung des Kessels in zwei einander gegenüber liegenden Segmenten von mindestens 40°, vorzugsweise mindestens 80°, gegen Durchtritt des flüssigen Wärme­ trägers abgedichtet ist, und/oder die Behälter an ihrem Umfang in zwei einander gegen­ über liegenden Segmenten, welche jeweils kleiner sind als 140°, vorzugsweise kleiner als 100°, entweder axial durchbrochen sind, oder vorzugsweise von der Kreisform nach innen so abweichen, daß in diesen Segmenten gegenüber der inneren Wandung des Kessels jeweils ein Durchlaß für den flüssigen Wärmeträger gebildet ist, wobei die Durchlässe gegenüber den abgedichteten Bereichen um 90° verdreht angeordnet sind. Die einzelnen Behälter sind mit den jeweils zwei an ihnen gebildeten Durchlässen, bzw. abgedichteten Segmenten im wesentlichen deckungsgleich aufeinander gestapelt, bzw. aneinander gereiht, so daß für das Wärmetauschermedium zwei durchlaufende und parallel zur Gehäuseachse liegende Kanäle geschaffen sind. Die von diesen beiden Kanälen abzwei­ genden und die beiden Kanäle gleichzeitig parallel verbindenden Strömungswege sind durch die zwischen den Behältern vorhandenen Abstände gebildet. Vorzugsweise ist inner­ halb des Kessels am oder vor dem ersten und am oder nach dem letzten der aufeinander gestapelten bzw. aneinander gereihten Behälter jeweils eine im wesentlichen halbseitig wirkende Strömungsblende bzw. Strömungssperre um 180° versetzt eingebaut, um eine Durchströmung in der sogenannten "Tichelmann-Schaltung" zu erzielen. Besonders vorteil­ haft ist der vorgeschlagene Einbau mindestens eines Rohres in einen der beiden Kanäle, um z. B. den flüssigen Wärmeträger am Ende des einen Kanals zu entnehmen und am Anfang des anderen Kanals zuzuführen, weil so die Anschlußstutzen an der gleichen Seite des Kessels liegen und gleichzeitig ein Fließschema nach "Tichelmann" gebildet ist. Bei vertikaler Aufstellung des Kessels ist nach der Erfindung vorgesehen, die Anschlußstutzen unten anzubringen und über das mindestens eine zusätzlich eingebaute Rohr den erwärm­ ten und zum Verbraucher fließenden flüssigen Wärmeträger aus dem oberen Bereich des Kessels wegzuführen, um so die zwar geringe, aber trotzdem vorhandene Temperatur­ schichtung auszunutzen und eine Konvektion des flüssigen Wärmeträgers im Stillstand möglichst zu unterbinden. Zu diesem Zweck ist das Rohr zusätzlich thermisch isoliert, z. B. mit einem Kunststoffmantel, bzw. gänzlich z. B. aus Kunststoff hergestellt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, den je nach Ausführungsform jeweils einzigen, bzw. die beiden an den Behältern aufgrund des von der Kreisform nach innen abweichenden Randes gebildeten Durchlässe in ihrem mittleren Bereich größer und an ihren beiden Seiten schmaler zu gestalten, z. B. in Form einer Sichel oder eines Kreis­ abschnitts, um dem durchströmenden Wärmetauschermedium an den Seiten einen grös­ seren Strömungswiderstand entgegenzusetzen als in der Mitte. Durch diese Maßnahme wird eine stärkere Strömungsbeaufschlagung der Behältermitte erreicht, wodurch eine ins­ gesamt gleichmäßigere Wärmeabgabe vom Behälter an den flüssigen Wärmeträger und umgekehrt erfolgt.

Eine weitere Ausgestaltung betrifft die Anbringung der Befüllstutzen für die Befüllung der Behälter mit dem Latentwärmespeichermedium. Es wird vorgeschlagen, den jeweiligen Befüllstutzen im Bereich der einen, bzw. einer der beiden am Behälterrand vorhandenen Ausnehmungen vorzugsweise mittig und radial nach außen zeigend so anzubringen und in seiner Länge abzustimmen, daß seine Stirnseite im wesentlichen mit dem ansonsten vom Behälter gebildeten Kreisdurchmesser übereinfällt. Auf diese Weise übernimmt der Befüll­ stutzen gleichzeitig die Funktion eines radialen Abstandshalters und unterstützt die Verhin­ derung lateraler Bewegungen des Behälters gegenüber der inneren Kesselwand.

Für die mäanderförmig durchströmte Version des Latentwärmespeichers wird für die Anbringung des Befüllstutzens zusätzlich eine Variante angeboten, welche dadurch gekenn­ zeichnet ist, daß der Befüllstutzen an der der Ausnehmung gegenüberliegenden Seite des Behälters axial liegend angebracht ist, wobei seine überstehende Länge nicht größer ist als die Summe aus der Dicke des Behälters und dem zweifachen Abstand zwischen den Behältern, und sein Durchmesser nicht größer ist als die Breite des mittels der Ausnehmung gebildeten Durchlasses. Mit dieser technischen Lösung wird die Stapelfähigkeit der Behälter sichergestellt.

Zwecks Realisierung der erforderlichen Tauscherflächen und der vorgeschlagenen Strö­ mungswege für den flüssigen Wärmeträger innerhalb des Latentwärmespeichers sind die einzelnen Behälter so aufeinander gestapelt, bzw. aneinander gereiht, daß zwischen ihren Scheibenflächen jeweils Abstände in Form schmaler Spalte gebildet sind. Dabei werden diese Abstände wahlweise mittels durchströmbarer Abstandshalter, wie z. B. Maschendraht oder Streckmetall, oder entsprechend in die Behälteroberflächen integrierte Erhebungen verwirklicht. Die Oberflächen der Behälter sind so strukturiert, z. B. mit Noppen, Rillen, Sicken, oder dergleichen, daß in dem jeweils zwischen zwei Behältern gebildeten Strö­ mungsweg eine turbulente Strömung des flüssigen Wärmeträgers erzwungen wird.

Die Behälter sind mechanisch so ausgelegt, daß ihre Scheibenflächen membranartig bewegbar sind, um so elastisch auf etwaige Volumenänderungen des Latentwärmespei­ chermittels zu reagieren. Dadurch sind die Behälter zu 100% befüllbar, wodurch sowohl eine totale Volumenausnutzung als auch eine vollständige thermische Ankopplung ohne störende Luftblase gegeben ist. Eine Volumenveränderung des Latentwärmespeichermittels führt daher zu einer Dickenänderung des Behälters. Diese Dickenveränderung wird ent­ weder dadurch beherrscht, daß die einzelnen Behälter schwimmend im Kessel gelagert sind, sodaß sich entsprechend eine völlig unschädliche Zu- oder Abnahme der gesamten Stapelhöhe ergibt, oder durch Einbringen einer definierten Menge des Latentwärme­ speichermittels in die Behälter, wobei diese Menge so mit dem Volumen des jeweiligen Behälters abgestimmt ist, daß im Zustand der größten Volumenausdehnung des Latent­ wärmespeichermittels die jeweiligen Scheibenflächen der Behälter parallel zueinander liegen, bzw. im Zustand der größten Volumenkontraktion des Latentwärmespeichermittels leicht konkav durchgebogen sind.

In der Praxis wird eine Behälterdicke von wenigen Millimetern bis zu wenigen Zentimetern günstig sein, je nach Größe des Latentwärmespeichers und der angestellten dynamischen Eigenschaften. Wird der Latentwärmespeicher stehend aufgestellt, so daß die einzelnen Behälter horizontal zu liegen kommen, so ist in Verbindung mit einer relativ dünnen Behälterdimensionierung sogar die Rekristallisation inkongruent oder peritektisch schmel­ zender Latentwärmespeichermittel gut zu beherrschen.

Mit der Erfindung wird weiter vorgeschlagen, die Behälter wahlweise aus Blech zu fertigen oder aus einem mehrschichtigen Kunststoff blaszuformen. Die mehrschichtige, mindestens jedoch zweischichtige Wandung aus Kunststoff ist so aufgebaut, daß die äußere Schicht resistent ist gegen das Wärmeträgermedium, z. B. heißes Wasser, und die innere gegen das Latentwärmespeichermittel. Eine oder beide der Schichten, bzw. eine dritte oder weitere dazwischen liegende Schichten erfüllen die Aufgabe einer Diffusionssperre gegen Wasser und/oder Kohlendioxid.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den verschiedenen Unteransprüchen zu entnehmen.

Mit der Erfindung wird somit ein Latentwärmespeicher mit insgesamt nahezu optimalen Eigenschaften zur Verfügung gestellt. Der effektive Befüllgrad des Gesamtsystems mit dem Latentwärmespeichermittel ist sehr hoch, so daß eine sehr hohe Speicherkapazität realisiert ist. Die für den Wärmetausch zur Verfügung stehende Oberfläche ist sehr groß, wodurch eine sehr hohe dynamische Speicherleistung erzielbar ist. Die einzelnen Behälter für das Latentwärmespeichermittel sind formgleich, so daß sie in größeren Stückzahlen zu redu­ zierten Kosten herstellbar sind.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand der vier schematischen Zeichnungsfiguren näher erläutert werden. Dabei ist zu berücksichtigen, daß die dargestellten Dimensionen lediglich aus Gründen der Übersichtlichkeit gewählt wurden, also nicht unbedingt einer praktischen Ausführung entsprechen. Fig. 1 zeigt ein radiales Schnittbild durch einen erfindungs­ gemäßen Latentwärmespeicher, welcher ein mäanderförmiges Strömungsschema besitzt. Der gleiche Latentwärmespeicher ist in Fig. 2 als abgebrochener Axialschnitt gezeigt. In Fig. 3 ist ein radiales Schnittbild durch einen erfindungsgemäßen Latentwärmespeicher gezeigt, welcher für eine Durchströmung in Serienschaltung ausgelegt ist. Dieser Latent­ wärmespeicher wird in Fig. 4 in einem vollständigen axialen Schnittbild gezeigt.

Der in Fig. 1 dargestellte Radialschnitt zeigt einen Kessel 1 mit kreisförmigem Querschnitt, welcher mit einer thermischen Isolation 2 ummantelt ist. Es ist ein Behälter 3 für das Latentwärmespeichermittel eingelegt, welcher an seinem Rand in einem Segment mittels einer Dichtung 4 gegenüber der Wand des Kessels abgedichtet ist. Der Behälter ist an der dem abgedichteten Segment gegenüberliegenden Seite von seiner Kreisform nach innen abweichend gestaltet, so daß zwischen seinem Rand und der Wand des Kessels ein Durch­ laß 5 für den flüssigen Wärmeträger gebildet ist. Der Befüllstutzen 6 ist radial nach außen zeigend so angeordnet, daß er als lateraler Abstandshalter wirkt.

Fig. 2 zeigt den gleichen Latentwärmespeicher in einer oben und unten abgebrochenen Darstellung als Axialschnitt. In den Kessel 1 sind drei Behälter 3 für das Latentwärmespei­ chermittel 7 eingezeichnet, wobei aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit sowohl je­ weils der Befüllstutzen 6, als auch die Mittel zur Abstandshaltung zwischen den Behältern weggelassen wurden. Die Behälter sind jeweils um 180° gegeneinander verdreht einge­ stapelt, um einen mäanderförmigen Strömungsweg für den flüssigen Wärmeträger zu be­ wirken.

In Fig. 3 ist der Radialschnitt durch einen Latentwärmespeicher dargestellt, welcher eine Serienschaltung der Strömungswege für den flüssigen Wärmeträger besitzt. In den Kessel 8 mit der thermischen Isolierung 9 ist ein Behälter 10 für das Latentwärmespeichermittel eingelegt, welcher an seinem Rand in zwei einander gegenüberliegenden Segmenten gegen die Wand des Kessels jeweils mittels einer Dichtung 11, 12 abgedichtet ist. Die Randung des Behälters ist an zwei einander gegenüberliegenden Segmenten ausge­ nommen, um so zwischen der Randung des Behälters und der Wand des Kessels jeweils einen Durchlass 13, 14 für den flüssigen Wärmeträger zu bilden. Dabei sind die ausge­ nommenen Teilsegmente gegenüber den abgedichteten Teilsegmenten um 90° verdreht angeordnet. In dem einen Durchlaß 13 ist ein Rohr 15 verlegt, in dem anderen Durchlaß 14 ist der Befüllstutzen 16 radial nach außen zeigend angebracht.

Fig. 4 zeigt den vorstehend beschriebenen Latentwärmespeicher in vertikaler Aufstellung in einem vereinfachten Axialschnitt, wobei sowohl die Mittel zur Abstandshaltung zwischen den Behältern als auch die jeweiligen Befüllstutzen der Behälter aus Gründen der Über­ sichtlichkeit weggelassen wurden. Ferner wurden statt der üblicherweise vier vorhandenen lediglich zwei Anschlußstutzen eingezeichnet, wie sie z. B. bei Latentwärmespeichern für das Kraftfahrzeug ausreichend sind. Die gestaltgleichen Behälter 10, 10A, 10B, usw. sind inner­ halb des Kessels 8 deckungsgleich mit Abständen übereinander gestapelt, wodurch zwei Kanäle 17, 18 geschaffen sind, welche über die zwischen den Behältern gebildeten Spalten miteinander in Verbindung stehen. Zwischen dem untersten, bzw. obersten Behälter und der Wand des Kessels ist jeweils eine Strömungsblende 19, 20 eingebaut, um einen Kurzschluß der Strömung zu unterbinden. Je nach Erfordernis kann es vorteilhafter sein, anstelle der Strömungsblende eine vollständige Strömungssperre einzubauen, wobei vor­ teilhaft z. B. die untere fest und die obere schwimmend eingebaut ist, und die untere Strömungssperre gleichzeitig als Sockel zum Auflegen der Behälter dient. Die Anschlüsse 21, 22 des Latentwärmespeichers sind nach unten verlegt, um sowohl Wärmeverluste durch Störstellen des thermisch isolierenden Mantels, als auch Konvektionsverluste zu minimieren. Der Anschluß 21 für die Abfuhr des erwärmten flüssigen Wärmeträgers zum Verbraucher ist nach oben mittels eines Rohres 15 verlängert, um eine Durchströmung des gesamten Systems gemäß einer "Tichelmann-Schaltung" zu verwirklichen. Das Rohr ist aufgebrochen eingezeichnet, um die vorgeschlagene Strömungsrichtung 25 des flüssigen Wärmeträgers zeigen zu können. Das entsprechende Fließschema durch das gesamte Systems ist mittels kleiner Pfeile eingetragen. Zusätzlich sind zwei Füße 23, 24 für die vertikale Aufstellung des Latentwärmespeichers schematisch dargestellt.

Claims (34)

1. Latentwärmespeicher für die Speicherung thermischer Energie, bestehend aus einem im wesentlichen zylinderförmigen Kessel mit kreisförmigem Querschnitt, welcher mit einem Latentwärmespeichermittel befüllte, mit einem jeweiligen gegenseitigen Abstand im we­ sentlichen parallel zur Ebene eines radialen Kesselschnitts angeordnete Behälter in Form ebener Scheiben enthält, deren Außendurchmesser im wesentlichen dem Innendurch­ messer des Kessels entspricht, wobei der Kessel zwecks Zu- bzw. Abfuhr thermischer Energie zu den bzw. von den Oberflächen der Behälter von einem flüssigen Wärmeträger durchströmbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Randbereich der Behälter zur inneren Wandung des Kessels hin funktionelle Sektionen gebildet sind, wovon eine erste Art als Sperre, z. B. in Gestalt einer Dichtung, und eine zweite Art als Durchlaß, z. B. in Gestalt eines Durchbruchs oder einer Abweichung von der Kreisform, für den flüssigen Wärme­ träger wirkt.

2. Latentwärmespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Umfang der Behälter gegenüber der Wandung des Kessels in einem Segment von mindestens 180°, vorzugsweise mindestens 220°, gegen Durchtritt des flüssigen Wärmeträgers abgedichtet ist.

3. Latentwärmespeicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Be­ hälter an ihrem Umfang in einem Segment, welches kleiner ist als 180°, vorzugsweise kleiner als 140°, außen entweder axial durchbrochen sind oder vorzugsweise von der Kreisform nach innen so abweichen, daß in diesem Teilsegment gegenüber der Wandung des Kessels ein Durchlaß für den flüssigen Wärmeträger gebildet ist.

4. Latentwärmespeicher gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das abgedichtete Segment der einzelnen Behälter gegenüber dem durchbrochenen bzw. ausgenommenen Segment in Kreisrichtung um 180° versetzt ist.

5. Latentwärmespeicher gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Befüll­ stutzen zum Befüllen des Behälters mit dem Latentwärmespeichermittel an der dem Durch­ laß gegenüber liegenden Seite axial liegend angebracht ist, wobei seine überstehende Länge nicht größer ist als die Summe aus der Dicke des Behälters und dem zweifachen Abstand zwischen den Behältern, bzw. sein Durchmesser nicht größer ist als die Breite des Durchlasses.

6. Latentwärmespeicher nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die einzelnen Behälter mit dem jeweils an ihnen gebildeten Durchlaß in dem Gehäuse wechselweise um 180° derart verdreht aufeinander gestapelt bzw. aneinander gereiht sind, daß für den flüssigen Wärmeträger ein mäanderförmiger Strömungsweg gebildet ist.

7. Latentwärmespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Umfang der Behälter gegenüber der Wandung des Kessels in zwei einander gegenüber liegenden Segmenten von mindestens 40°, vorzugsweise mindestens 80°, gegen Durchtritt des flüssigen Wärmeträgers abgedichtet ist.

8. Latentwärmespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Behälter an ihrem Umfang in zwei einander gegenüber liegenden Seg­ menten, welche jeweils kleiner sind als 140°, vorzugsweise kleiner als 100°, entweder axial durchbrochen sind, oder vorzugsweise von der Kreisform nach innen so abweichen, daß in diesen Segmenten gegenüber der Wandung des Kessels jeweils ein Durchlaß für den flüssigen Wärmeträger gebildet ist.

9. Latentwärmespeicher gemäß den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei an den einzelnen Behältern abgedichteten Segmente gegenüber den beiden durchbrochenen bzw. ausgenommenen Teilsegmenten um 90° versetzt sind.

10. Latentwärmespeicher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3 oder 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Behälter mit den jeweils zwei an ihnen gebildeten Durchlässen im wesentlichen deckungsgleich aufeinander gestapelt bzw. anein­ andergereiht sind, so daß für den flüssigen Wärmeträger zwei durchlaufende parallel zur Kesselachse liegende Kanäle mit Abzweigungen zu den zwischen den Behältern aufgrund ihres Abstandes gebildeten Spalten vorhanden sind.

11. Latentwärmespeicher nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Kessels vor dem ersten und nach dem letzten der aufeinander gestapelten bzw. anein­ ander gereihten Behälter jeweils eine im wesentlichen halbseitig wirkende Strömungs­ blende bzw. Strömungssperre derart eingebaut ist, daß eine Querdurchströmung der zwischen den Behältern gebildeten Strömungswege erzwungen ist.

12. Latentwärmespeicher nach den Ansprüchen 10 und/oder 11, dadurch gekennzeich­ net, daß der Zufluß des flüssigen Wärmeträgers an den Anfang eines der zwei durch­ laufenden Kanäle, und der Abfluß an das Ende des jeweils anderen Kanals gelegt ist, um eine Durchströmung des Gesamtsystems gemäß einer "Tichelmann-Schaltung" zu verwirk­ lichen.

13. Latentwärmespeicher nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß in einem der durchlaufenden Kanäle mindestens ein Rohr zwecks Zu- oder Abfuhr des flüssigen Wärmeträgers verlegt ist, vorzugsweise um eine sogenannte "Ti­ chelmann-Schaltung" zu verwirklichen.

14. Latentwärmespeicher nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der eine bzw. die beiden an den Behältern aufgrund des von der Kreisform nach innen abweichenden Randes gebildeten Durchlässe in ihrem mittleren Bereich größer und an ihren beiden Seiten schmaler sind, und z. B. die Form einer Sichel oder eines Kreisabschnitts besitzen, um dem durchströmenden flüssigen Wärmeträger an den Seiten einen größeren Strömungswiderstand entgegenzusetzen als in der Mitte.

15. Latentwärmespeicher nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Befüllstutzen zum Befüllen des Behälters mit dem Latent­ wärmespeichermittel im Bereich des einen bzw. eines der beiden Durchlässe vorzugsweise mittig und radial nach außen zeigend derart angebracht und in seiner Länge abgestimmt ist, daß seine Stirnseite im Einbauzustand an der inneren Wandung des Gehäuses anliegt und so gleichzeitig als radialer Abstandshalter dient.

16. Latentwärmespeicher nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den einzelnen Behältern mittels eines erhabenen Randes der Behälter bewirkt ist.

17. Latentwärmespeicher nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß zwischen den Behältern vom flüssigen Wärmeträger durch­ strömbare Abstandshalter, z. B. Maschendraht oder Streckmetall, eingelegt sind.

18. Latentwärmespeicher nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß in den Scheibenflächen der Behälter Strukturierungen, z. B. in Form von Noppen, Sicken, Rillen oder dergleichen, derart eingearbeitet sind, daß dadurch sowohl ein vorbestimmter Abstand zwischen den einzelnen Behältern hergestellt, als auch eine turbulente Strömung des flüssigen Wärmeträgers zwischen den Behältern bewirkt wird.

19. Latentwärmespeicher nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Behälter vollständig und ohne Einschlüsse eines Gases (z. B. Luft) mit dem Latentwärmespeichermittel befüllt sind.

20. Latentwärmespeicher gemäß Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die einzel­ nen Behälter mit einer solchen Menge des Latentwärmespeichermittels befüllt sind, daß die jeweiligen Scheibenflächen der Behälter im Zustand der größten Volumenausdehnung des Latentwärmespeichermittels parallel zueinander liegen, bzw. im Zustand der größten Volu­ menkontraktion konkav verformt sind.

21. Latentwärmespeicher nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Behälter für das Latentwärmespeichermittel innerhalb des Kessels in axialer Kesselrichtung schwimmend gelagert sind.

22. Latentwärmespeicher nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die einzelnen Behälter gegen Verdrehen gesichert sind.

23. Latentwärmespeicher nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Behälterstapel mindestens einseitig in axialer Richtung, bei vertikaler Lage des Kessels vorzugsweise von oben, mit einer Federkraft beaufschlagt ist.

24. Latentwärmespeicher nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Kessel mit einer thermischen Isolation, vorzugsweise mit einer sogenannten Vakuum-Superisolation ummantelt ist.

25. Latentwärmespeicher nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß er mit dem Kühlwasserkreislauf eines Kraftfahrzeugs in Verbindung steht.

26. Behälter für das Latentwärmespeichermittel eines Latentwärmespeichers, wobei der Behälter im wesentlichen Scheibenform besitzt und in einen im wesentlichen zylinder­ förmigen und von einem flüssigen Wärmeträger durchströmbaren Kessel einlegbar ist, da­ durch gekennzeichnet, daß er an seinem Umfang in einem Segment, welches kleiner ist als 180°, vorzugsweise kleiner als 140°, entweder axial durchbrochen ist, oder vorzugsweise von der Kreisform nach innen abweichend derart gestaltet ist, daß eine Ausnehmung gebildet ist, welche vorzugsweise in der Mitte breiter und an den Rändern schmaler ist und z. B. die Form einer Sichel oder eines Kreisabschnitts besitzt.

27. Behälter für das Latentwärmespeichermittel eines Latentwärmespeichers, wobei der Behälter im wesentlichen Scheibenform besitzt und in einen im wesentlichen zylinderför­ migen und von einem flüssigen Wärmeträger durchströmbaren Kessel einlegbar ist, da­ durch gekennzeichnet, daß er an seinem Umfang in zwei einander gegenüberliegenden Segmenten, welche jeweils kleiner sind als 140°, vorzugsweise kleiner als 100°, entweder axial durchbrochen ist, oder vorzugsweise von der Kreisform nach innen abweichend derart gestaltet ist, daß jeweils eine Ausnehmung gebildet ist, welche vorzugsweise in der Mitte breiter und an den Rändern schmaler ist und z. B. die Form einer Sichel oder eines Kreisabschnitts besitzt.

28. Behälter gemäß einem der Ansprüche 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Befüllstutzen zum Befüllen des Behälters mit dem Latentwärmespeichermittel im Bereich einer Ausnehmung vorzugsweise mittig radial nach außen zeigend angebracht und in seiner Länge so abgestimmt ist, daß seine Stirnseite mit dem vom Behälter ansonsten gebildeten Kreisdurchmesser im wesentlichen übereinfällt.

29. Behälter gemäß Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Befüllstutzen zum Befüllen des Behälters mit dem Latentwärmespeichermittel an der der Ausnehmung gegen­ überliegenden Seite axial liegend angebracht ist, wobei seine überstehende Länge vorzugs­ weise nicht größer ist als die größte Dicke des Behälters, bzw. sein Durchmesser nicht größer ist als die Breite der Ausnehmung.

30. Behälter gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 26 bis 29, dadurch gekenn­ zeichnet, daß seine Scheibenflächen Strukturierungen, z. B. in Form von Noppen, Sicken, Rillen o. ä. derart eingearbeitet sind, daß dadurch beim Aufeinanderstapeln oder Aneinan­ derreihen der Behälter sowohl ein vorbestimmter Abstand zwischen den einzelnen Behäl­ tern hergestellt, als auch beim Durchströmen des zwischen zwei Behältern gebildeten Spal­ tes mit einem flüssigen Wärmeträger eine turbulente Strömung erzeugt wird.

31. Behälter gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 26 bis 30, dadurch gekenn­ zeichnet, daß er aus Blech gefertigt ist.

32. Behälter gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 26 bis 30, dadurch gekenn­ zeichnet, daß er aus Kunststoff mehrschichtig blasgeformt ist, wobei mindestens die äußere Schicht resistent gegen heißes Wasser ist.

33. Behälter gemäß Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die innere Schicht resistent gegen das einzufüllende Latentwärmespeichermittel ist.

34. Behälter gemäß Ansprüchen 32 und/oder 33, dadurch gekennzeichnet, daß minde­ stens eine Schicht als Diffusionssperre gegen Wasser und/oder Kohlendioxid wirkt.