DE4133360C2 - Latentwärmespeicher und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Latentwärmespeicher gemäß dem Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zu seiner Her­ stellung.

Betrachtet man den bevorzugten Einsatzfall der Erfindung, so fällt beim Betrieb von ein Fahrzeug antreibenden Brennkraftmaschinen im Kühlwasser und im Abgas Abwärme an, die zumindest über lange Be­ triebszeiten nicht genutzt wird. Es ist daher bereits bekannt ge­ worden, Abwärme zu speichern und beispielsweise zum Erleichtern des Startens der Brennkraftmaschine im kalten zustand oder aber zu Heizzwecken während Zeiten auszunutzen, in denen die Brennkraft­ maschine keine auswertbare Abwärme erzeugt.

Zur Speicherung von Wärme, also in dem beschriebenen Einsatzfall von Abwärme einer Brennkraftmaschine, verwendet man Latentwärmespeicher, für deren Aufbau in der gattungsbildenden DE 32 45 027 A1 Beispiele angegeben sind. Unter anderem werden dort Wärmespeicherelemente beschrieben, deren Hüllen die Form flachge­ legter oder -gedrückter Schläuche besitzen und die eine endlose, spiralige oder andere geometrische Anordnung im Innenraum des Ge­ häuses bilden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Latentwärmespeicher zu schaffen, der hinsichtlich der Ausnutzung des im Gehäuse zur Verfügung stehenden Raums für die Gewinnung von Wärmeaustauschflächen zwischen den Wärmespeicherelementen einer­ seits und einem diese überströmenden Wärmeträger andererseits, beispielsweise Abgas oder Kühlwasser einer Brennkraftmaschine, optimiert ist und der die Anwendung eines einfachen Herstellver­ fahrens ermöglicht.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den Merkmalen des Hauptanspruchs, vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche, von denen Anspruch 8 ein bevorzugtes Herstellverfahren angibt.

Sofern der zitierte Stand der Technik mehrere, zu einer Anordnung verbundene, flache Wärmespeicherelemente beschreibt, sind ihre Hüllen aus mehreren Bestandteilen zusammengesetzt. Die Erfindung bietet demgegenüber die Möglichkeit, die Hüllen aller Wärmespei­ cherelemente aus einem einzigen, im Ursprungszustand schlauch- oder rohrförmigen Bauteil aus Kunststoff oder Blech durch spanlose Ver­ formung und Biegeprozesse herzustellen. Insbesondere bei Zusammen­ setzen des Gehäuses aus zwei topfähnlichen Teilen bietet die Erfin­ dung ferner die vorteilhafte Möglichkeit, die durch die Wärme­ speicherelemente gebildete zickzackförmige Anordnung vorgeformt in das Gehäuse einzusetzen, wobei sich die Anordnung mit den flachge­ drückten Hüllenbereichen an den Wandpartien des Gehäuses abstützt. Insbesondere dann, wenn zwischen den parallel verlaufenden Wärme­ speicherelementen zur Wahrung der die Strömungswege beispielsweise für Abgas oder Flüssigkeit bildenden Abstände zwischen ihnen turbu­ lenzerzeugende Abstandsplatten vorgesehen sind, ergibt sich ein Latentwärmespeicher mit optimalem Wärmeaustausch zwischen den Speicherelementen und dem strömenden Wärmeträger, bezogen auf eine vorgegebene Baugröße des Speichers.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Die Figuren zeigen:

Fig. 1 bis 4 verschiedene Stufen des Herstellungs­ prozesses der Hülle für die Wärmespei­ cherelemente,

Fig. 5 einen Querschnitt durch den Speicher bei rechteckigem oder quadratischem Gehäuse­ querschnitt,

Fig. 6 denselben Querschnitt bei einem runden Gehäusequerschnitt und

Fig. 7 den in Fig. 6 bei VII-VII angedeuteten Längsschnitt.

Fig. 1 zeigt das Ausgangsmaterial bzw. den Ausgangszustand der Hülle 1 für alle eine Anordnung bildenden Latentwärmespeicher. Die Hülle 1 bildet in diesem Ausgangszustand ein dünnwandiges Rohr, das verständlicherweise noch nicht mit einem Speichermedium gefüllt ist. In Fig. 2 ist die Hülle 1 auf Flachquerschnitt verformt. Ver­ ständlicherweise kann als Ausgangsmaterial für die Hülle auch gleich das in Fig. 2 dargestellte Flachmaterial Verwendung finden. Der nächste, aus Fig. 3 ersichtliche Verfahrensschritt besteht darin, die Hülle 1 an einem der Enden 2 der gesamten Anordnung dicht zu verschließen, beispielsweise durch Zusammenquetschen, und den Innenraum der gesamten Hülle 1 mit Latentspeichermasse, z. B. Bariumhydroxidoctahydrat, oberhalb ihrer Umwandlungstemperatur zu füllen.

Der Längsschnitt in Fig. 4 zeigt die beiden Wärmespeicherelemente 4 und 5, die durch vorzugsweise dichtendes zusammendrücken der ge­ meinsamen Hülle 1 bei 3 voneinander getrennt sind; außerdem ist die Hülle 1 wie an ihrem Ende 2 auch an dem anderen, nicht dargestell­ ten Ende nunmehr verschlossen, so daß sich eine fortlaufende Auf­ einanderfolge von eine einzige einteilige Hülle besitzenden Wärme­ speicherelementen ergibt.

In Fig. 5 ist die aus beliebig vielen Wärmespeicherelementen, von denen nur die mit 4 bis 8 bezeichneten dargestellt sind, bestehende Anordnung im in das Gehäuse 9 eingesetzten Zustand wiedergegeben. Man erkennt, daß die einzelnen Wärmespeicherelemente linear und parallel zueinander unter Wahrung von als Strömungskanäle 10 bis 14 dienenden Abständen zwischen einander und zur in der Figur linken Gehäusewand verlaufen, wobei zur Wahrung dieser Abstände turbulenz­ erzeugende Abstandsbleche (mit senkrecht zur Zeichenebene verlau­ fenden Wellen) 15 bis 19 vorgesehen sind. An den flachen Übergangs­ bereichen 3, 20, 21 und 22 zwischen aufeinanderfolgenden Wärmespei­ cherelementen stützt sich die zickzackförmige Anordnung an sich gegenüberliegenden Wandpartien des Gehäuses 9 ab.

Während in dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel mit rechteckigem Gehäusequerschnitt alle Wärmespeicherelemente 4 bis 8 dieselbe Form besitzen, gilt dies für den in Fig. 6 zugrundegeleg­ ten runden Querschnitt des Gehäuses 30 verständlicherweise nicht. Auch hier verlaufen alle Wärmespeicherelemente, die in der Gesamt­ anordnung wiederum entsprechend den Fig. 1 bis 4 hergestellt und mit 31 bis 40 bezeichnet sind, parallel zueinander unter Wahrung von als Strömungswege dienenden Abständen. Die in Fig. 6 senkrech­ ten Abmessungen einander benachbarter Wärmespeicherelemente nehmen jedoch mit Ausnahme der symmetrisch zum senkrechten Durchmesser des Gehäuses 30 liegenden beiden Wärmespeicherelemente 31 und 32 in Richtung nach außen ab.

Wie Fig. 7 zeigt, können in Längsrichtung des Gehäuses 30 mehrere zickzackförmige Anordnungen der in Fig. 6 gezeigten Art, die in Fig. 7 mit 50, 51 und 52 bezeichnet sind, aufeinanderfolgen. Sie lassen sich leicht in das Gehäuse 30 einsetzen, da dieses aus zwei topfähnlichen Teilen 53 und 54 bei 55 dicht zusammengesetzt ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist in der senkrechten Mittelebene der Fig. 7 bei 56 eine Trennwand im Gehäuse 30 vorgesehen, da ent­ sprechend den Pfeilen die in Fig. 7 untere Hälfte des Gehäuses sowie die obere Gehäusehälfte gegensinnig von dem Wärmeträger, beispielsweise Abgas oder Kühlwasser einer Brennkraftmaschine, durchströmt werden.

Das Gehäuse 30 ist mittels stauchbarer Wandanordnungen 57 und 58 in dem Außengehäuse 59 gehalten, das aus Montagegründen ebenfalls aus zwei in Längsrichtung aufeinanderfolgenden topfartigen Teilen 60 und 61 mit Anschlüssen 62 und 63 für Ein- und Austritt des Wärme­ trägers bei 64 zusammengesetzt ist. Zur Erhöhung der Festigkeit ist das Außengehäuse 61, wie bei 65 angedeutet, mit in Umfangsrichtung verlaufenden Wellen versehen.

Mit der Erfindung ist demgemäß ein gattungsgemäßer Latentwärme­ speicher geschaffen, der herstellfreundlich ist und den Vorteil einer besonders großen resultierenden Wärmeaustauschfläche besitzt.

Claims (8)

1. Latentwärmespeicher mit in einem von einem Wärmeträger durch­ strömten Gehäuse angeordneten Wärmespeicherelementen, deren Hüllen die Form flachgedrückter Schläuche besitzen und die eine Folge unter Wahrung von als Strömungswege dienenden Abständen bilden, dadurch gekennzeichnet, daß sich einzelne Wärmespei­ cherelemente (4-8) in Querschnitten durch das Gehäuse (9) zwischen einander gegenüberstehenden Wandpartien desselben erstrecken und dort über flachgedrückte Hüllenbereiche (3, 20, 21, 22) zu einer zickzackförmigen Anordnung verbunden sind.

2. Latentwärmespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Wärmespeicherelemente (4-8) linear und parallel zueinander verlaufen.

3. Latentwärmespeicher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (9) einen viereckigen Querschnitt mit sich paarweise gegenüberstehenden Querschnittsseiten gleicher Länge besitzt und alle Wärmespeicherelemente (4-8) gleiche Ab­ messungen besitzen.

4. Latentwärmespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in Längsrichtung des Gehäuses (30) mehrere zickzackförmige Anordnungen (50, 51, 52) von Wärmespeicherelementen aufeinanderfolgen.

5. Latentwärmespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in den Strömungswegen (10-14) turbulenz­ erzeugende Abstandsplatten (15-19) angeordnet sind.

6. Latentwärmespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (30) nachgiebig in einem Außen­ gehäuse (59) gelagert ist.

7. Latentwärmespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (30) aus zwei topfähnlichen Teilen (53, 54) zusammengesetzt ist.

8. Verfahren zum Herstellen eines Latentwärmespeichers nach einem der Anprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die Hüllen (1) einseitig verschlossen, dann mit einem Speicherme­ dium gefüllt, an ihren anderen Enden verschlossen und danach die flachgedrückten Hüllenbereiche (3) hergestellt werden.