DE7825268U1 - Speicher zum aufbewahren von waerme und/oder latentwaerme - Google Patents

Description

In Betracht gezogene Literatur

1. Deutsche Zeitschrift "Umschau" 1967, Heft 19 |

S. 634 ! "Das Wärmerohr - ein einfaches Konstruktionselement zur Wärmeübertragung", Dr.-Ing. R. Pruschek,

2. USA Zeitschrift "Machine Design" 11.März 1976 S. 52 - 56 : "The Heat Pipe: Hot New.Way to Save Energy", Robert B. Aronson.

3. Tagungsbericht "Grundlagen der Solartechnik" der Deutschen Gesellschaft für Sonnenenergie vom 22. Oktober 1976 S. 205 - 235 : "Physikalische, chemische und technologische Grundlagen der Latentwärmespeicherung", Dipl.-Phys. !Friedrich Lindner.

4. Tagungsbericht "Heizen mit Sonne-3.Speicherung" der Deutschen Gesellschaft für Sonnenenergie vom 8/9. November 1977 S. 199 - 208 : Eine neue Entwicklung zur Realisierung kompakter Latentwärmespeicher", Dipl.-Phys. !Friedrich Lindner.

5. Tagungsbericht '^.Internationales Sonnenforum" der Deutschen Gesellschaft für Sonnenenergie rom 12.- 14. Juli 1978 S. 137 -148 : "Der Einfluß von Speicher-Wärmetauscher und Durchfluß auf den Kollektorwirkungsgrad Solarthermischer Anlagen", P.A. Schoeck ; S. 149 - 159 : "Direkt - Kontakt - Wärmeaustauscher Speicher", Walter Loss.

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Erich Schwarz

Speicher zum Aufbewahren von Wärme und/oder Latentwärme

In der Heiztechnxk, insbesonders in der Sonnenheiztechnik, ist es oft erforderlich, Wärme und/oder Latentwärme über kürzere oder längere Zeiträume zu speichern.

Uioooiu Zweck dienen u.a. Speicher, die ein Wärme spei chermedium oder Wärmespeichermedien enthalten und aus einem Einzelbehälter oder aus mehreren Behältern bestehen, die nebeneinander, übereinander und/oder ringförmig zueinander angeordnet sind.

In derartigen bis jetzt bekannten Behältern zum Speichern von Wärme werden flüssige und feste Speichermedien verwendet, u.a. auch solche, die bei tieferen Entladetemperaturen fest sind und erst bei höheren Ladetemperaturen flüssig werden. Es handelt sich hier um die bekannten Latentspeieher.

Schwierigkeiten ergeben sich dadurch, daß beim Aufladen von Wärmespeichern wegen der nur bis zu einer begrenzten Größe möglichen Wärmetauscheroberflächen für den Wärmeübergang vom Lademedium in das Speichermedium eine erhebliche Zeitspanne erforderlich ist. Bei einem im Kreislauf geführten Lademedium, wie es z.B. bei Sonnenheizanlagen der Fall ist, kann es daher dazu kommen, daß nur ein Teil der zugeführten Wärme auf das Speichermedium übergeht, während der restliche Teil im Lademedium verbleibt. Dasselbe gilt auch für den Entladevorgang des Speichers, wenn die Wärme mittels eines zweiten Wärmetauschers von dem Spei eher medium auf ein Sntlademedium übertragen werden muß.

Besonders erschwert ist der Wärmeübergang vom Lademedium in das Speichermedium bei Latentwärme spei ehern, wenn nach einem vorhergehenden Entladevorgang das Speichermedium in den festen Aggregatzustand übergegangen ist.

Dasselbe gilt auch bei den Latentwärmespeiehern mit direkter Berührung des Lademediums mit dem Speichermedium.

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In den Behältern von Wärmespeiehern ist demnach ein möglichst schneller Wärmetransport und ein möglichst guter und damit rascher Wärmeübergang erforderlich, um einen hohen Wirkungsgrad zu erreichen.

Mit dem Gegenstand der vorliegenden Anmeldung sollen die bis jetzt auftretenden Schwierigkeiten beseitigt werden.

Erreicht wird dies dadurch, dnß dor üpoicher ein Wärmerohr oder mehrere Wärmerohre aufweist, die an[sich bekannt sind. Die Wärmerohre sind so im Speicher angeordnet, daß die vom Lademedium zugeführte Wärme in überaus kurzer Zeit auf das Speichermedium übergeht, wobei es unerheblich ist, ob das Speichermedium flüssig oder fest ist. Auch bei den vorgenannten Latentwärmespeichern mit direkter Berührung des Lademediums und des Speichermediums ergibt die Anwendung von Wärmerohren eine erheblich schnellere und bessere Verteilung der Ladewärme in den gesamten bei der Entladung entstandenen festen BiJLock des Speichermediums, so daß eine beschleunigte Auflösung in den flüssigen Zustand erreicht wird. Zur Vergrößerung der die Wärme übertragenden Oberfläche der Wärmerohre können diese in anjsich bekannter Weise mit Längsoder Querrippen versehen werden.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn die mit Wärmerohren ausgerüsteten Wärmespeicher aus einzelnen gleichartigen oder gleich hohen Behälterringen aufgebaut sind.

Damit wird erstens erreicht,- daß alle Wünsche nach bestimmten Speichergrößen leicht erfüllt werden können, daß zweitens der Transport und das Einbringen der Speicher in bestehende Gebäude ganz einfach ist, daß drittens die Behälterhöhe ohne "weiteres den sehr unterschiedlichen lichten Raumhöhen angepaßt weraen kann, und daß viertens beim Ausfall von Wärmerohren schnelles Auswechseln einzelner Wärmerohre oder eines Behälterringes möglich ist«,

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Auch die optimale Anpassung dor Größe der Oberflächen der Wärmetauscher im Speicher an die jeweilige Oberfläche der Kollektoren ist bei dieser Bauweise leicht erreichbar. Zutji Erzielen eines hohen Wirkungsgrades ist diese Anpassung bei Solaranlagen ausschlaggebend.

In der Abb. 1 ist als erstes Ausführungsbeispiel ein druckloser, also offener Speicher aus einem einzigen Behälter schematisch dargestellt, der mit einem Speichermedium geeilt ist und sowohl einen Lade- als auch einen Entladew-^:irmetauscher aufweist, wobei der Ladewärme tau scher im Behälter unten und der Sntladewärmetauscher oben angeordnet ist.

Lotrechte Wärmerohre mit der Verflüssigungsseite oben verteilen sofort die zugeführte Wärme, führen sie dem Entladewärmetauscher zu und sorgen dafür, daß sich in der liähe des unten liegenden Ladewärmetauschers keine Wärme staut, sondern ständig ein möglichst niederes Temperaturniveau erreicht wird.

In der Abb. 2 ist als zweites Ausführungsbeispiel ein druckloser, also offener Speicher aus einem einzigen Behälter schematisch dargestellt, der mit einem Speichermedium gefüllt ist und sowohl einen Lade- als auch einen Entladewp^-motauscher aufweist, wobei der Ladewärmetauscher im Zentrum des Speichers lotrecht angeordnet und vom Entladewärmetauscher umgeben ist.

Waagrecht ( Abb. 2 links ) oder geneigt mit eier Verflüssigungsseite, also der die V/ärme abgebenden Seite nach oben ( Abb 2 rechts ) angeordnete Wärmerohre bilden in mehreren Ebenen radiale Strahlen. Sie verteilen nicht nur die vom Wärmetauscher des Lademediums zugeführte Wärme in kürzester Zeit in den gesamten Inhalt des Speichers, sondern führen sie zudem sofort dem Wärmetauscher des Entlaaemeaiu&is zu.

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In der AbT?. 3 ist als drittes Ausführungsbeispiel ein Druckspei eher aus drei Behältern schematisch dargestellt. Der zylindrische innere Behälter wird von den "beiden anderen Behältern ringförmig umfaßt. Dem mittleren Behälter wird das Lademedium, z.B. eine durch Sonnenkollektoren aufgeheizte flüssigkeit, zugeführt. Den inneren Behälter durchströmt das zu erhitzende Brauchwasser. Im äußeren Behälter fließt das zu erhitzende Heizwasser einer Z^entralheizungsanlage.

Waagrecht angeordnete Wärmerohre "bilden in mehreren Ebenen radiale Strehlen., Die Terflüssigungsseiten der inneren Wärmerohre befinden sich im zylindrischen inneren Behälter. Die Yerflüssigungsseiten der äußeren Wäriaerohre befinden sich im äußeren Ilingbehälter. Die Wärmerohre verteilen somit die vom Lademedium dem mittleren Behälter zugeführte Wärme in kürzester Zeit auf den inneren und den äußeren Behälter, und das Lademedium enthält beim Verlassen des mittleren Behälters überhaupt keinen oder nur noch einen ganz geringen Wärmeüberschuß.

In der Abb, 4 ist als viertes Ausführungsbeispiel ein aus einzelnen gleichartigen Behälterringen zusammengesetzter Einzelbehälter - Speicher schematisch dargestellt. Auf einer Fußscheibe, die den Behälterboden bildet und Zugankeranschlüsse aufweist, sitzen in Dichtungsrinnen die einzelnen gleichartigen Behälterringe und eine Deckscheibe, die ebenfalls Zugankeranschlüsse aufweist. Bei drucklosen, also offenen Behältern, gsnügt anstelle einer Deckscheibe ein oberer ündring mit Zugankeranschlüssen.

Die Wärmerohre sind in diesem Behälter so angeordnet wie in dem in der Abb. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel, also in mehreren Ebenen radiale Strahlen bildend.

In der Abb. 5 i3t als fünftes Ausführungsbeispiel ein aus einzelnen gleichartigen Behälterringen zusa'umengesetzter Speicher mit drei ringförmig zueinander angeordneten Behältern schematisch dargestellt. Auf einer Fußscheibe, die den unteren

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Boden der drei Behälter "bildet und Zugankeranschlüsse aufweist, sitzen in Dichtungsrinnen die Behälterringe aus drei konzentrischen Zylindern, die durch lotrechte radiale Rippen miteinander verbunden sind. Eine Deckscheibe mit Zugankeranschlüssen dichtet und schließt die drei Behälter oben ab.

Waagrechte und radial gerichtete Wärmerohre sind ip. jedem BeMlterring enthalten, und zwar "bilden sie einen inneren und einen äußeren Wärmerohrkranz. Alle Wärmer öhre sind mit ihren Wärme aufnehmenden Enden, den Verdampfungsseiten, im mittleren ringförmigen Behälter angeordnet. Die Wärmeroare des inneren Kranzes reichen mit ihren Verflüssigung»— Seiten in den inneren zylindrischen Behälter hinein und die Wärmerohre des äußeren Kranzes reichen mit ihren Verflüssigungsseiten in den äußeren Ringbehälter hinein. Die vom Lademedium dem mittleren Behälter zugeführte Wärme wird mittels der Wärmerohre sofort auf die beiden anderen Behälter verteilt, sodaß das Lademedium beim Verlassen des mittleren Behälters seinen Wärmeüberschuß vollständig oder beinahe vollständig an die Medien der beiden anderen Behälter abgegeben hat.

In der Abb. 6 ist als sechstes Ausführungsbeispiel ein aus einzelnen gleich hohen Behälterringen zusammengesetzter Speicher mit drei übereinander angeordneten Behältern schematisch dargestellt. Auf einer Fußsoheibe, die zugleich den unteren Behälterboden des unteren Behälters bildet und Zugankeranschlüsse aufweist, sitzen in Dichtungsrinnen die einzelnen Behälterringe und eine Deckscheibe mit Zugankeranschlüssen. Zwei Behälterringe sind mit einem Boden versehen. Diese Böden bilden die Zwischenwände der Behälter. Die Zwischenwände können aber auch als für sich ausgebildete Teile zwischen jeweils zwei Behälterringen

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eingespannt werden.

Die Größe der drei Behälter dieses Speichers kann jeder AnI age in optimaler Weise leicht angepaßt werden. Dazu ist es nur erforderlich, für jeden Behälter die entsprechende .Anzahl an Behält erringen zu nehip.en.

Lotrecht angeordnete Wärmerohre sind mit ihren Wärme abgehenden Enden, den Verflüssigungsseiten, nach oben gerichtet, "£n den Zwischenwänden eingesetzt. Die Wärmerohre in der unteren Zwischenbehälterwand leiten die Wärme sofort vom unteren Lademedium-Behälter in den mittleren Brauchwasser-Behälter» Die Wärmerohre in der oberen Zwiscäenbehälterwand führen die Wärme weiter in den oberen Heizungswasser-Behälter. Entsprechend dem jeweiligen Wärmebedarf im mittleren und oberen Behälter wird die Größe und die Zahl der Wärmerohre in den beiden Zwischenwänden gewählt.

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Claims (7)

Ansprüche

1. Speicher zum Aufbewahren von Wärme und/oder Latentwärme, der ein Wärme spei chermedi um oder Wärmespeichermedien enthält und aus einem Einzerbehälter oder aus mehreren Behältern "besteht, die nebeneinander, übereinander und/oder ringförmig zueinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß

der Speicher ein Wärmerohr oder mehrere Wärmerohre aufweist.

2. Wärmespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

in einem Einzerbehälter die Wärmeröhre lotrecht mit der Verflüssigungsseite nach oben angeordnet sind.

3. Wärmespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

in einem Einserbehälter die Wärmerohre waagrecht oder geneigt mit der Verflüssigungsseite nach oben angeordnet sind und in mehreren Ebenen radiale Strahlen bilden.

4.» Wärmespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
in drei ringförmig ineinander angeordneten Behältern die Wärmerohre waagrecht oder geneigt mit der Verflüssigungsseite nach oben angeordnet sind, in mehreren Ebenen radiale Strahlen bilden und mit der Verflüssigungsseite in den inneren und in den äußeren Behälter hineinreichen;

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5. Wärmespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
Einzelbehälter aus einzelnen gleichartigen Behälterringen zusammengesetzt sind, die mit waagrechten oder geneigten mit der Yerflüssigungsseite nach o"ben gerichteten und radiale Strahlen "bildenden Wärmerohren ausgerüstet sind, und daß die Behälterringe durch Zuganker zusammengespannt werden.

6. Wärmespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

drei ringförmig zueinander angeordnete Behälter aus einzelnen gleichartigen Behälterringen zusammengesetzt sind, die mit waagreehten oder geneigten mit der Verflüssigungsseite nach oben. . gerichteten und radiale Strahlen bildenden Wännerohren ausgerüstet sind, die mit der Υβτ-φ flüssigungsseite in den inneren und in den B" äußeren Behälter hineinreichen, und daß die Behälterringe durch Zuganker zusammengespannt Sind.

7. Wärmespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

drei übereinander angeordnete Behälter aus einzelnen gleich hohen Behälterringen und aus Zwischenboden zusammengesetzt sind, die mit lotrechten mit der Verflüssigungsseite nach oben gerichteten Wärmerohren ausgerüstet sind, die mit der Verflüssigungsseite in den mittleren und in den oberen Behälter hineinreichen, und daß die Behälterringe und Zwischenboden durch Zuganker zusammengespannt werden.

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