DE4100819C2 - Vorrichtung zur Speicherung von Wärme - Google Patents

Description

Die Erfindung richtet sich auf eine Vorrichtung zur Spei­ cherung von Wärme in Warmwasserspeichern der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Gattung.

Es sind eine Reihe von sogenannten Latent-Wärmespeichersy­ stemen bekannt, z. B. statische Speicher, bei denen das Wär­ mespeichermaterial in Rohrenwabenkörpern (DE-OS 19 28 694) oder Kapseln (DE 23 43 525 A1) enthalten ist. Poröses Spei­ chermaterial zeigt beispielsweise die DE 28 54 880 A1. Bei allen diesen bekannten Lösungen versucht man, eine Optimie­ rung durch bestimmte konstruktive Gestaltungen zu errei­ chen, so auch die AT 388 046 B. Eine andere Lösung streben sogenannte dynamische Latent-Wärmespeicher an, bei denen im Gegensatz zu den statischen Speichern, bei denen das Spei­ chermaterial in Ruhe ist und der Wärmeeintrag durch Wärme­ leitung erfolgt, hier das Speichermaterial bewegt ist, um durch Rühren od. dgl. zusätzlich einen konvektiven Wärme­ übergang zu erreichen. Hier sei als Beispiel die DE 25 43 686 A1 oder DE 28 57 314 A1 oder DE 32 36 319 A1 ge­ nannt. Eine etwas andere Lösung zeigt die AT 363 963 oder auch die CH 636 427. Die FR-A 22 79 052 zeigt eine kapilla­ re Trennschicht zwischen einem Speichermaterial und einem Wärmetransportmittel, wobei der Wärmetransport durch die Kapillaren ohne Änderung des Aggregatzustandes des Spei­ chermaterials erfolgt.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Lösung, mit der insbesondere die Ladevorgänge derartiger Wärmespeicher beschleunigt werden, wobei die zur Wärmeübertragung zur Verfügung stehenden Oberflächen möglichst groß ausgebildet sein sollen.

Mit einer Vorrichtung der eingangs bezeichneten Art wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß zwi­ schen dem Sumpf und dem Gasdom das Wärmespeichermaterial unterbrechungsfrei durchsetzenden und/oder umgebenden Ka­ pillarelemente vorgesehen sind, die von Kapillaren durchzo­ gen sind, zum Durchleiten des Wärmetransportmediums vom Sumpf zum Gasdom oder vom Gasdom zum Sumpf.

Dabei leiten die Kapillar­ elemente allein durch ihre Kapillar­ wirkung nach dem Docht-Prinzip das Wärmetransportme­ dium durch das Wärmetauschermedium hindurch.

Neben der Kapillarwirkung der Kapillarelemente sorgen aber auch Tem­ peratur- und/oder Druckunterschiede im Sumpf des Wärmetransportmediums bzw. Gasdom zur Förderung des Wärmetransportmediums durch das Wärmespeichermaterial hin­ durch.

Das in Ausgestaltung vorgesehene Antihaftmittel sorgt da­ für, daß es nicht zum Anbacken, Verharzen od. dgl. der Ka­ pillarelemente kommt, wobei das An­ tihaftmittel auch auf der Oberfläche der Kapillar­ elemente vorgesehen sein kann. Als Antihaftmittel kann auch eine temperaturleitende Wand, z. B. eine Metallbedamp­ fung der Kapillarelemente, vorgesehen sein.

In weiterer Ausgestaltung sieht die Erfindung vor, daß zwi­ schen dem oberen und unteren Wärmetauscher dem Fluidsumpf bzw. Gasdom eine Mehrzahl von Wärmespeicherelementen vorge­ sehen sind, wobei die Wärmespeicherelemente von den Kapil­ larelementen umgeben und/oder von diesen durch­ setzt sind.

In weiterer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, daß die Ka­ pillarelemente als Dochte, Mullbinden oder Folien mit Kapillaren ausgebildet sind, die vom Wärmetransportmedium mit Antihaftmittel durchströmbar sind, wobei auch vorgesehen sein kann, daß beispielsweise die Dochte oder die Mullbinden an ihrer Außenoberfläche mit ei­ ner zusätzlichen Wachsschicht versehen sind, wobei der Schmelzpunkt dieses Wachses über demjenigen Schmelzpunkt des Wärmespeichermateriales liegt.

Zweckmäßig kann es sein, die Kapillarelemente so im Wärmetransportmedium anzuordnen, daß nach dessen Auf­ schmelzen diese Elemente dort form- und strukturstabil ge­ halten sind. Hier können beispielsweise Korbkonstruktionen od. dgl. vorgesehen sein.

Zweckmäßig ist es auch, die Kapillarelemente dort beschichtungsfrei zu halten, wo sie in das flüssige Wärme­ transportmedium einerseits und das gasförmige Wärmetrans­ portmedium andererseits eintauchen, d. h. im Sumpf und im Gasdom, wie dies die Erfindung ebenfalls vorsieht, wobei eine dauerhafte Benetzung der Kapillar­ elemente gewährleistet sein soll.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung bei­ spielsweise näher erläutert. Diese zeigt in

Fig. 1 eine vereinfacht wiedergegebene Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung,

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung einer anderen Ausfüh­ rungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 3 einen Teilausschnitt einer wiederum abgewandelten Ausführungsform jeweils in Seitenansicht,

Fig. 4 eine Aufsicht etwa gemäß Linie IV in Fig. 1 auf ein wiederum abgewandeltes Ausführungsbeispiel,

Fig. 5 eine Möglichkeit eines Speichergehäuses mit abge­ dichteter Durchführung von Kapillarelementen sowie in

Fig. 6 ein etwas abgewandeltes Ausführungsbeispiel.

Die allgemein mit 1 bezeichnete Vorrichtung als Speicher­ element weist ein nicht näher dargestelltes Gehäuse 2 mit einem oberen Gasdom 3 und einem unteren Flüssigkeitssumpf 4, wobei sowohl im Gasdom 3 ein Wärmetauscher 5 wie auch im Sumpf ein anderer Wärmetauscher 6 vorgesehen sind, auf. Zwischen Gasdom 3 und Sumpf 4 befindet sich ein mit 7 be­ zeichneter Bereich, gefüllt mit Wärmespeichermaterial, z. B. Wachs.

Für die Erfindung von Bedeutung sind Kapillarele­ mente 9, die in unterschiedlicher Art und in unterschiedli­ cher Anzahl je nach Bedarf und je nach Art des Wärmespei­ chermateriales dieses durchziehen und zur Durchleitung ei­ nes im Sumpf 4 flüssig vorliegenden, verdampfbaren Wärme­ transportmediums 8 dienen, welches im Gasdom 3 gasförmig vorliegt und dort mit 8′ bezeichnet ist.

Das Wärmetransportmedium 8 kann mit einem Antihaftmittel versehen sein, um eine leichtere Durchleitung durch die Ka­ pillarelemente 9 zu ermöglichen.

Die Wirkungsweise einer Vorrichtung gemäß Fig. 1 ist dabei im wesentlichen die folgende:

Wird über den Wärmetauscher 6 dem Wärmetransportmedium 8 Wärme zugeführt, verdampft dieses und durchströmt die Ka­ pillarelemente 9 nach oben in den Gasdom 3 und liegt dann dort gasförmig vor. Nunmehr kann es seine Wärme an den Wärmeaustauscher 5 abgeben. Ist die Rückkühlung sehr stark, kondensiert das Wärmetransportmedium 8′ wieder und läuft durch die Kapillarelemente 9 nach unten in den Sumpf zurück. Beim Durchströmen durch die Kapillar­ elemente wird das Wärmespeichermaterial 7 bei­ spielsweise verflüssigt.

Durch das Antihaftmittel ist ein permanent guter Durchfluß gewährleistet. Die Kapillarelemente 9 können aus unterschiedlichen Materialien sein in Art von Dochten, aus Vlies bestehen oder als Leitfolien, wie sie etwa in Fig. 4 andeutungsweise dargestellt sind (sie sind dort mit 9c be­ zeichnet), ausgebildet sein.

In Fig. 2 ist ein etwas abgewandeltes Ausführungsbeispiel dargestellt, hier können die Begrenzungswände der einzel­ nen Speicherelemente, dort mit 1a bezeichnet, flexibel ge­ staltet sein, etwa in Form von Folienschläuchen od. dgl.

Im Beispiel nach Fig. 3 weist ein Speicherelement 1b zu Bündeln 9b zusammengefaßte Kapillarelemente auf, die an einem im Gasdom 3b angeordneten Lochblech 10 befe­ stigt sind.

Das Wärmespeicherelement 1c gemäß Fig. 4 wurde oben schon kurz angesprochen, dort in Aufsicht dargestellt, zeigt es eine spiralförmig gewickelte Fluidleitfolie 9c mit entspre­ chenden Kapillaren.

In Fig. 5 ist ein Teilbereich einer Vorrichtung 1d darge­ stellt, wobei hier die Kapillarelemente 9d in einem Gehäuse 2d untergebracht sind und die Gehäusewände abge­ dichtet durchdringen, wobei die Dichtbereiche angedeutet sind und mit 10 bezeichnet wurden, derart, daß das sich verflüssigende Wärmespeichermaterial 7d in beiden Richtun­ gen nicht austreten kann.

Um sowohl die Struktur wie auch die Positionierung der Ka­ pillarelemente aufrechterzuhalten, ist eine Trag­ einrichtung 11 vorgesehen, die eine räumliche Verschiebung der Kapillarelemente um einen gewissen Bereich mög­ lich macht, was durch die im Randbereich schrägen Verläufe angedeutet sein soll.

An einem Kapillarelement ist eine metallische Dampfbeschichtung 12 andeutungsweise wiedergegeben, wobei erkennbar die Metallbedampfung nur in dem Bereich vorgenom­ men wurde, der in der Gebrauchslage vom Wärmespeichermedi­ um umhüllt ist. Im sonstigen Bereich sind die Kapillar­ elemente unbeschichtet, um ein leichtes Eindringen des flüssigen Wärmetransportmediums 8 bzw. des Aus- oder Eintretens des gasförmigen Wärmetransportmediums 8′ zu ge­ währleisten.

In Fig. 6 ist zusätzlich die Möglichkeit dargestellt, auf evtl. Abdichtelemente 10 zu verzichten, wenn eine genaue Medientrennung zwischen geschmolzenen Wärmespeichermedium einerseits und Wärmetransportmedium andererseits gewährlei­ stet ist. Dort ist symbolisch auch dargestellt, daß die Wärmeaustauscher 5′ bzw. 6′ auch unmittelbar von der Be­ hälterwand 2′ gebildet sein können, d. h. es müssen nicht zwingend eigene Einbauten als Wärmeaustauscher vorgesehen sein.

Natürlich sind die beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung noch in vielfacher Hinsicht abzuändern, ohne den Grundgedanken zu verlassen. So können neben den in Fig. 2 eingezeichneten Dochten 9a auch die Wände als Kapillar­ elemente ausgebildet sein. Dies ist in Fig. 2 mit 9a′ bezeichnet.

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Speicherung von Wärme in Warmwasserspei­ chern, insbesondere für Warmwasserheizungen, mit einem wärmeabgebenden Wärmetauscher (6) und einem wärmeaufnehmen­ den Wärmetauscher (5) in einem gemeinsamen Gehäuse (2) mit wenigstens einem zwischen den Wärmetauschern (5, 6) ange­ ordnetem Wärmespeicherelement (1), das ein die Schmelz- und Erstarrungsprozesse ausnutzendes Wärmespeichermaterial (7) enthält, welches von einem Wärmetransportmedium (8) um­ strömt und/oder durchströmt ist, und mit einem Sumpf für die flüssige Phase des Wärmetransportmediums (8), in dem der wärmeabgebende Wärmetauscher (6) angeordnet ist und mit einem Gasdom für die gasförmige Phase des Wärmetransportme­ diums (8), in dem der wärmeaufnehmende Wärmetauscher (5) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Sumpf (4) und dem Gasdom (3) das Wärme­ speichermaterial (7) unterbrechungsfrei durchsetzenden und/oder umgebenden Kapillarelemente (9) vorgesehen sind, die von Kapillaren durchzogen sind, zum Durchleiten des Wärmetransportmediums (8) vom Sumpf (4) zum Gasdom (3) oder vom Gasdom (3) zum Sumpf (4).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillarelemente (9) und/oder das Wärmetransportme­ dium (8) mit einem Antihaftmittel versehen sind/ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Kapillarelementen (9) und Wärmespeicherma­ terial (7) eine für das Wärmespeichermaterial undurchlässi­ ge Wand (12) mit sehr geringem Wärmedurchgangswiderstand vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die undurchlässige Wand (12) als auf den Kapillarele­ menten (9) aufgedampfte Metallbeschichtung ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem oberen und unteren Wärmetauscher (5, 6) ei­ ne Mehrzahl von Wärmespeicherelementen (1a) vorgesehen sind, wobei die Wärmespeicherelemente (1a) von den Kapil­ larelementen (9a, 9a′) umgeben und/oder von diesen durch­ setzt sind.

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillarelemente (9) als Dochte, Mullbinden oder Folien (9c) mit Kapillaren ausgebildet sind, die vom Wärme­ transportmedium (8) mit Antihaftmittel durchströmbar sind.

7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillarelemente (9d) einen oberen und unteren un­ beschichteten Bereich zum Eintauchen in das flüssige oder gasförmige Wärmetransportmedium (8 bzw. 8′) aufweisen.