WO2007022761A1 - Speicher für kälte oder wärme - Google Patents

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WO2007022761A1
WO2007022761A1 PCT/DE2006/001461 DE2006001461W WO2007022761A1 WO 2007022761 A1 WO2007022761 A1 WO 2007022761A1 DE 2006001461 W DE2006001461 W DE 2006001461W WO 2007022761 A1 WO2007022761 A1 WO 2007022761A1
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WO
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heat exchanger
metal
memory
storage
heat
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PCT/DE2006/001461
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English (en)
French (fr)
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Wolfgang Krämer
Noureddine Khelifa
Original Assignee
Webasto Ag
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/04—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits
    • F28D1/047—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being bent, e.g. in a serpentine or zig-zag
    • F28D1/0477—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being bent, e.g. in a serpentine or zig-zag the conduits being bent in a serpentine or zig-zag
    • F28D1/0478—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being bent, e.g. in a serpentine or zig-zag the conduits being bent in a serpentine or zig-zag the conduits having a non-circular cross-section
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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    • F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D20/02—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat
    • F28D20/023—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat the latent heat storage material being enclosed in granular particles or dispersed in a porous, fibrous or cellular structure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/003—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by using permeable mass, perforated or porous materials
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/14—Thermal energy storage

Definitions

  • the invention relates to a memory for cold or heat with a porous body for receiving a storage medium and an embedded in the porous body, at least one metal tube comprising the first heat exchanger, which is traversed by a heat transfer medium for loading the memory with cold or heat.
  • Such memories are used in particular for stationary air conditioning of commercial vehicle cabins, stop-and-go parking climate control in vehicles whose internal combustion engine is switched off at standstill, and for pre-cooling of vehicle interiors, in order to accelerate the cooling when starting the vehicle.
  • such memory can be used as a cold storage or as a heat storage.
  • the embedded heat exchanger When used as a cold storage, the embedded heat exchanger is generally integrated into a compression refrigeration cycle; when used as a heat storage, the heat exchanger will be integrated into the heating circuit of the vehicle.
  • a generic memory is known from DE 102 42 069 Al. Here it is provided to introduce the heat exchanger for loading the memory as a serpentine flat tube in an array of porous graphite plates. By flowing refrigerant through the flat tube heat exchanger, it is charged by cooling the storage medium received in the graphite plates.
  • DE 103 18 655 B3 also describes a memory with a porous body for receiving a storage medium. Here is described a possibility for discharging such a cold storage, namely by overflow of vaporized refrigerant from an evaporator into a container surrounding the storage. However, such a discharge process is meaningful only in terms of a stop-and-go operation; universal use with regard to the abovementioned main applications of refrigerants is not possible. In the cited publication, it has already been proposed to use a metal foam instead of a porous body made of graphite.
  • Graphite has a high water absorption capacity of approx. 5.7 kg H 2 O / kg graphite. Furthermore, a high energy density of about 600 Wh / kg graphite or 90 Wh / 1 graphite is provided. The thermal conductivity of graphite is between 5 and 30 W / mK. The mechanical stability is sufficient for applications in the automotive sector, and the rigid graphite matrix prevents an expansion of the memory during a phase transformation of the storage medium.
  • a disadvantage of a memory with a graphite matrix is that the filling of the memory with the storage medium is complicated because it requires the use of a filling pressure.
  • Other properties of the graphite matrix can be improved, such as the thermal conductivity and mechanical stability.
  • the invention has the object of developing a memory of the generic type in such a way that its thermal properties are at least preserved, if not improved and can be filled in a simple manner with a heat storage medium.
  • a way to discharge the memory to be created which is universally applicable to all applications.
  • the invention builds on the generic memory in that in the porous body a second intended for discharging the memory heat exchanger is embedded, comprising at least one metal tube, and that the porous body consists at least partly of metal foam, wherein the metal foam from substantially the same metal as the metal tubes.
  • the accumulator thus has two heat exchangers, wherein one heat exchanger is provided for charging the accumulator and the other heat exchanger for discharging the accumulator.
  • the porous body for holding the heat storage medium is made of aluminum, as are the heat exchanger tubes.
  • metal foam exemplified here and below values for aluminum, has a higher thermal conductivity than graphite, namely about 30 W / mK. This is advantageous for the dynamics of the memory.
  • the absorption capacity for the heat storage medium and in particular for water is increased, namely by at least 10%.
  • the energy density increases considerably, namely to 618 Wh / kg metal foam or 100 Wh / 1 Metal foam.
  • the filling technique is improved.
  • procedural expenditure must be exerted by introducing the storage medium under a pressure difference produced by evacuation, a mere immersion in the storage medium is sufficient for a metal foam matrix.
  • a metal foam matrix is even more stable than the already stable graphite matrix.
  • the materials used it should be mentioned that, due to the identity of the materials for the metal foam and the metal pipes, there is virtually no potential for corrosion. A residual potential can be eliminated by suitable treatment of the metal foam matrix.
  • Thermal conductivity of the arrangement is further to mention that the thermal conductivity between the metal pipes and the metal foam matrix is also improved.
  • a good conductivity can be produced by means of a suitable positive and / or non-positive connection between the metal tubes and the metal foam matrix, and on the other hand there is no need for insulating foils which are to be provided in the case of a graphite store between the tubes and the graphite for reasons of corrosion, and thus their heat-insulating effect.
  • the omission of these insulation also reduces the production cost of the metal foam storage compared to the graphite storage.
  • a not to be underestimated advantage of the metal foam storage compared to the graphite storage is also the better recyclability, resulting in particular from the uniform material selection.
  • the invention is advantageously further developed in that the metal tubes meander the metal foam body. to enforce in a uniform manner.
  • the meandering guidance of the metal tubes through the metal foam body makes it possible to provide a large total area for the heat transfer between the metal tubes and the metal foam matrix.
  • the heat exchangers are constructed essentially identical. It is therefore possible to provide two identical or almost identical heat exchanger for both the loading and unloading, which reduces the production cost.
  • the metal foam body consists of a plurality of metal foam plates, wherein pipe sections of the heat exchanger extend between the plates.
  • the tubes can thus run between two adjacent metal foam plates, wherein recesses can be provided in the plates, which are adapted to the outer contour of the tubes. Such recesses can be milled into the metal foam plates or already provided in the production of the plates.
  • it is possible to connect half-tubes to it before joining the metal foam plates be it by gluing, pressing or welding, so that then join together the metal plates adhering to the respective metal plates half pipes to a complete tube when joining the metal plates.
  • the various metal foam sheets can also be glued, welded, pressed or joined together by other suitable methods.
  • the metal foam body consists of several metal foam plates, wherein pipe sections of the heat exchangers are embedded in the plates.
  • metal foam sheets are attached to it prefabricated arranged pipes.
  • such plates are brought one above the other, and the tubes already arranged in the plates are then connected to each other outside the plates in a suitable manner.
  • the metal foam body is formed as a block. If the metal foam body is formed from the outset as a block, openings must be provided in this or introduced into this, in order to then introduce the tubes in these openings.
  • each heat exchanger has a plurality of metal tubes, the first end regions of the metal tubes of the first heat exchanger opening into a common feed tube and the second end regions of the metal tubes of the first heat exchanger opening into a common outlet tube and the first end regions of the first heat exchanger
  • Metal tubes of the second heat exchanger open into a common supply pipe and the second end portions of the metal tubes of the second heat exchanger in a common discharge pipe.
  • the discharge and supply pipes can thus be connected in a convenient manner with the respective lines of cooling, cooling or heating circuits.
  • the feed tube of the first heat exchanger has feed openings which are arranged uniformly distributed with respect to the junctions of the first end regions of the first heat exchanger.
  • the first heat exchanger is used in a cold storage for the introduction of cold from a compression circuit, wherein the refrigerant is introduced under pressure.
  • it is useful to provide the uniform distribution of the feed For example, it can be provided to arrange such a feed opening in the immediate vicinity of each heat exchanger metal tube.
  • the individual supply lines have substantially the same diameter and the same length. This same length of the supply lines is also advantageous in view of the uniform distribution of the heat transfer medium to the individual heat transfer tubes.
  • the memory according to the invention is advantageously designed so that the supply pipe of the first heat exchanger is arranged higher in the operation of the memory than the discharge pipe of the first heat exchanger.
  • This arrangement is particularly advantageous when integrating the heat exchanger in a compression refrigeration circuit in order to prevent so that oil present in the refrigeration cycle is displaced into the heat exchanger or accumulates there, thus reducing the efficiency of the store.
  • the supply pipe of the second heat exchanger is arranged lower in the operation of the memory than the discharge pipe of the second heat exchanger.
  • the coolant for removing the heat or cold, so for example brine, to transport from bottom to top through the memory is useful because so the formation of air bubbles in the heat exchanger can be prevented.
  • metal tubes of the heat exchangers are designed as flat tubes.
  • Such flat tubes provide a large surface for the transfer of heat between the outside of the tube and the metal foam matrix.
  • round tubes or tubes with another arbitrary cross section are also useful in the context of the invention.
  • the interior of the tubes may be equipped with barrier ribs such that multiple individual flow paths pass through a tube. These barrier ribs increase the surface area to transfer heat between the heat transfer medium and the pipe.
  • the memory for the purpose of cold storage with a storage medium, such as water, paraffin or a mixture of salt hydrates is filled.
  • the memory for the purpose of heat storage with salt hydrate or paraffin is filled.
  • FIG. 1 is a perspective view of a memory according to the invention.
  • the memory 10 consists of a substantially cuboid metal foam body 12.
  • heat exchangers 14, 22 are arranged.
  • the heat exchanger 14 has flat metal tubes 16, 18, 20, and the heat exchanger 22 has the likewise formed as flat tubes metal tubes 24, 26, 28.
  • the metal foam body 12 shown here by way of example consists of a plurality of metal foam plates 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 44 arranged one above the other. Sections of the metal tubes 16, 18, 20, 24, 26, 28 lie between each two adjacent plates the two heat exchangers 14, 22.
  • the plates are adapted to the outer contours of the tubes in the areas in which the flat tubes abut against the plates.
  • this may mean that the upper and lower half-shells of the flat tubes are respectively attached to the plates prior to assembly of the metal foam body, so that a complete tube only forms during assembly.
  • the connection of the tube sections lying between the plates outside the metal foam body can in this case also be prepared before the plates are joined together. It can also be provided to finish the meander-shaped heat exchangers into their final shape and subsequently to complete the storage structure through the metal foam sheets.
  • the tubes 16, 18, 20 of the heat exchanger 14 are connected at their one end to a common feed tube 46.
  • the tubes 16, 18, 20 are connected to a common discharge pipe 48, wherein these other end portions of the tubes are hidden in Figure 1 by the discharge pipe 48.
  • the tubes 24, 26, 28 of the second heat exchanger 22 are connected to a common feed tube 50.
  • the other end portions of the tubes 24, 26, 28 of the second heat exchanger 22 are connected to a discharge tube 52, these end portions are again not visible in the figure 1, since they are covered by the metal foam body 12.
  • the feed tube 46 of the first heat exchanger is equipped with a plurality of feed openings 54, 56, 58, each of which is in the immediate vicinity of one of the tubes 16, 18, 20. At these feed openings 54, 56, 58 are
  • Single supply lines 60, 62, 64 connected, which open into a common supply line 66.
  • the individual supply lines have substantially the same length.
  • refrigerant is now supplied via the supply line 66 from a compression circuit. This refrigerant is distributed evenly on the first heat exchanger 14 due to the same lengths of the individual supply lines 60, 62, 64 and the regular arrangement of the feed openings 54, 56, 58, and it can after the meandering passage through which with a
  • Heat storage medium filled metal foam body 12 via ⁇ the discharge pipe 48 are returned to the refrigerant circuit.
  • a coolant is supplied via the feed tube 50, for example a salt hydrate. This likewise flows meander-shaped through the metal foam body 12, in order then to be removed via the discharge line 52 and to be supplied to the region to be cooled, for example the vehicle interior. If the feed is used more as a heating-heat accumulator, then during the loading of the first heat accumulator 14, a supply of a heated heat-transfer medium takes place. The heat is removed by flowing through the second heat exchanger through a second heat transfer medium.
  • the present invention has been described using the example of a substantially parallelepiped memory.
  • the invention is not limited thereto.
  • Other shapes for example a cylindrical metal foam matrix with heat exchanger tubes arranged therein, are also within the scope of the present invention.
  • metal foam panel 32 metal foam panel

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Speicher (10) für Kälte oder Wärme mit einem porösen Körper (12) zur Aufnahme eines Speichermediums und einem in den porösen Körper eingebetteten, mindestens ein Metallrohr (16, 18, 20) umfassenden ersten Wärmetauscher (14), der von einem Wärmeträgermedium zum Beladen des Speichers mit Kälte oder Wärme durchströmbar ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in den porösen Körper (12) ein zweiter zum Entladen des Speichers vorgesehener Wärmetauscher (22) eingebettet ist, der mindestens ein Metallrohr (24, 26, 28) umfasst, und dass der poröse Körper zumindest zum Teil aus Metallschaum besteht, wobei der Metallschaum aus im Wesentlichen demselben Metall besteht wie die Metallrohre (16, 18, 20, 24, 26, 28).

Description

Speicher für Kälte oder Wärme
Die Erfindung betrifft einen Speicher für Kälte oder Wärme mit einem porösen Körper zur Aufnahme eines Speichermediums und einem in den porösen Körper eingebetteten, mindestens ein Metallrohr umfassenden ersten Wärmetauscher, der von einem Wärmeträgermedium zum Beladen des Speichers mit Kälte oder Wärme durchströmbar ist.
Derartige Speicher dienen insbesondere der Standklimatisierung von Nutzfahrzeugkabinen, der Stop-And-Go-Standklima- tisierung bei Fahrzeugen, deren Verbrennungsmotor beim Stillstand abgeschaltet wird, und zur Vorkühlung von Fahrzeuginnenräumen, um hierdurch die Abkühlung beim Start des Fahrzeugs zu beschleunigen.
Grundsätzlich können derartige Speicher als Kältespeicher oder als Wärmespeicher eingesetzt werden. Beim Einsatz als Kältespeicher ist der eingebettete Wärmetauscher im Allgemeinen in einen Kompressionskältekreis eingebunden; beim Einsatz als Wärmespeicher wird der Wärmetauscher in den Heizkreislauf des Fahrzeugs eingebunden sein.
Ein gattungsgemäßer Speicher ist aus der DE 102 42 069 Al bekannt. Hier ist vorgesehen, den Wärmetauscher zur Beladung des Speichers als serpentinenförmiges Flachrohr in eine Anordnung aus porösen Graphitplatten einzubringen. Indem Kältemittel durch den Flachrohrwärmetauscher strömt, wird dieser durch Abkühlung des in die Graphitplatten aufgenommenen Speichermediums geladen. Die DE 103 18 655 B3 beschreibt ebenfalls einen Speicher mit einem porösen Körper zur Aufnahme eines Speichermediums. Hier ist eine Möglichkeit zur Entladung eines solchen Kältespeichers beschrieben, nämlich durch Überströmen von verdampftem Kältemittel aus einem Verdampfer in einen den Speicher umgebenden Behälter. Ein derartiger Entladungsvorgang ist jedoch nur im Hinblick auf einen Stop-And-Go- Betrieb sinnvoll; ein universaler Einsatz im Hinblick auf die vorstehend genannten Hauptanwendungen von Kältespei- ehern ist nicht möglich. In der genannten Veröffentlichung wird auch bereits vorgeschlagen, anstelle eines porösen Körpers aus Graphit einen solchen aus Metallschäum zu verwenden .
Insbesondere im Hinblick auf die gemäß dem Stand der Technik vorgesehene Graphitmatrix sind zahlreiche positive Eigenschaften zu verzeichnen. Graphit hat eine hohe Wasseraufnahmekapazität von ca. 5 , 7 kg H2O/kg Graphit. Weiterhin wird eine hohe Energiedichte von ca. 600 Wh/kg Graphit be- ziehungsweise 90 Wh/1 Graphit zur Verfügung gestellt. Die Wärmeleitfähigkeit von Graphit liegt im Bereich zwischen 5 und 30 W/mK. Die mechanische Stabilität ist für Anwendungen im Kraftfahrzeugbereich ausreichend, und die starre Graphitmatrix verhindert eine Ausdehnung des Speichers bei ei- ner Phasenumwandlung des Speichermediums.
Als nachteilig an einem Speicher mit einer Graphitmatrix ist allerdings zu verzeichnen, dass die Befüllung des Speichers mit dem Speichermedium aufwendig ist, da sie das An- wenden eines Befülldrucks erforderlich macht. Weitere Eigenschaften der Graphitmatrix sind verbesserungsfähig, wie beispielsweise die Wärmeleitfähigkeit und die mechanische Stabilität. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Speicher der gattungsgemäßen Art in der Weise weiterzubilden, dass dessen thermische Eigenschaften zumindest erhalten bleiben, wenn nicht verbessert werden und der in einfacher Weise mit einem Wärmespeichermedium befüllt werden kann. Außerdem soll eine Möglichkeit zur Entladung des Speichers geschaffen werden, die universal bei allen Anwendungen einsetzbar ist.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung baut auf dem gattungsgemäßen Speicher dadurch auf, dass in den porösen Körper ein zweiter zum Entladen des Speichers vorgesehener Wärmetauscher eingebettet ist, der mindestens ein Metallrohr umfasst, und dass der poröse Körper zumindest zum Teil aus Metallschaum besteht, wobei der Metallschaum aus im Wesentlichen demselben Metall besteht wie die Metallrohre. Der Speicher weist somit zwei Wärmetauscher auf, wobei der eine Wärmetauscher zum Laden des Speichers und der andere Wärmetauscher zum Entladen des Speichers vorgesehen ist. Der poröse Körper zur Aufnahme des Wärmespeichermediums besteht aus Aluminium, ebenso wie die Wärmetauscherrohre. Zunächst ist festzustellen, dass Metallschaum, beispielhaft werden hier und nachfolgend Werte für Aluminium angegeben, eine höhere Wärmeleitfähigkeit als Graphit hat, nämlich ca. 30 W/mK. Dies ist für die Dy- namik des Speichers von Vorteil. Bei gleichem Volumen ist die Aufnahmekapazität für das Wärmespeichermedium und insbesondere für Wasser erhöht, nämlich um mindestens 10 %. Hierdurch erhöht sich die Energiedichte beträchtlich, nämlich auf 618 Wh/kg Metallschaum beziehungsweise 100 Wh/1 Metallschaum. Ferner liegt eine Gewichtsreduzierung der Speichermatrix von rund 2 % vor. Ebenfalls ist zu erwähnen, dass die Fülltechnik verbessert ist. Während bei einer Speichermatrix aus Graphit verfahrenstechnischer Aufwand getrieben werden muss, indem das Speichermedium unter einer durch Evakuieren erzeugten Druckdifferenz eingebracht wird, reicht bei einer Metallschaummatrix ein bloßes Eintauchen in das Speichermedium aus. Ferner ist zu erwähnen, dass eine Metallschaummatrix noch stabiler ist als die bereits stabile Graphitmatrix. Im Hinblick auf die verwendeten Materialien ist zu erwähnen, dass aufgrund der Identität der Materialien für den Metallschaum und die Metallrohre praktisch kein Korrosionspotential vorliegt. Ein Restpotential lässt sich durch geeignete Behandlung der Metallschaumsmat- rix beseitigen. Abgesehen von der grundsätzlich höheren
Wärmeleitfähigkeit der Anordnung ist weiterhin zu erwähnen, dass die Wärmeleitfähigkeit zwischen den Metallrohren und der Metallschaummatrix zudem verbessert ist. Zum einen kann durch geeignete form- und/oder kraftschlüssige Verbindung zwischen den Metallrohren und der Metallschaummatrix eine gute Leitfähigkeit hergestellt werden, zum anderen entfallen Isolierfolien, die bei einem Graphitspeicher zwischen den Rohren und dem Graphit aus Korrosionsgründen vorzusehen sind, und damit deren wärmeisolierende Wirkung. Im Hinblick auf diese erforderlichen Isolierungen ist zu erwähnen, dass der Fortfall dieser Isolierungen auch den Fertigungsaufwand des Metallschaumspeichers im Vergleich zum Graphitspeicher verringert. Ein nicht zu unterschätzender Vorteil des Metallschaumspeichers gegenüber dem Graphitspeicher ist auch die bessere Recyclebarkeit , die insbesondere aus der einheitlichen Materialauswahl resultiert.
Die Erfindung ist in vorteilhafter Weise dadurch weitergebildet, dass die Metallrohre den Metallschaumkörper mäan- derförmig durchsetzen. Durch die mäanderförmige Führung der Metallrohre durch den Metallschaumkörper lässt sich eine große Gesamtfläche für die Wärmeübertragung zwischen den Metallrohren und der Metallschaummatrix zur Verfügung stel- len.
Nützlicherweise ist vorgesehen, dass die Wärmetauscher im Wesentlichen identisch aufgebaut sind. Es ist also möglich, zwei baugleiche oder nahezu baugleiche Wärmetauscher sowohl für den Belade- als auch den Entladevorgang vorzusehen, was den Fertigungsaufwand verringert.
Es kann vorgesehen sein, dass der Metallschaumkörper aus mehreren Metallschaumplatten besteht, wobei Rohrabschnitte der Wärmetauscher zwischen den Platten verlaufen. Zwischen zwei benachbarten Metallschaumplatten können somit die Rohre verlaufen, wobei in den Platten Aussparungen vorgesehen sein können, die der Außenkontur der Rohre angepasst sind. Derartige Ausnehmungen können in die Metallschaumplatten eingefräst oder bereits bei der Herstellung der Platten vorgesehen werden. Weiterhin ist es möglich, Halbrohre vor dem Zusammenfügen der Metallschaumplatten mit diesem zu verbinden, sei es durch Verkleben, Verpressen oder Verschweißen, so dass sich dann beim Zusammenfügen der Metall- platten die den jeweiligen Metallplatten anhaftenden Halbrohre zu einem vollständigen Rohr vereinigen. Die verschiedenen Metallschaumplatten können ebenfalls verklebt, verschweißt, verpresst oder durch sonstige geeignete Verfahren miteinander verbunden werden.
Es kann ebenfalls vorgesehen sein, dass der Metallschaumkörper aus mehreren Metallschaumplatten besteht, wobei Rohrabschnitte der Wärmetauscher in die Platten eingebettet sind. In diesem Fall werden Metallschaumplatten mit daran angeordneten Rohren vorgefertigt. Um dann einen großvolumi- gen Körper mit einem mäanderförtnigen Verlauf der Wärmetauscherrohre durch diesen Körper zu erzeugen, werden solche Platten übereinander gebracht, und die bereits in den Plat- ten angeordneten Rohre werden dann außerhalb der Platten in geeigneter Weise miteinander verbunden.
Ebenfalls ist es möglich, dass der Metallschaumkörper als Block ausgebildet ist. Wenn der Metallschaumkörper von vornherein als Block ausgebildet ist, müssen Öffnungen in diesem vorgesehen sein oder in diesen eingebracht werden, um in diese Öffnungen dann die Rohre einzuführen.
Die Erfindung ist in vorteilhafter Weise dadurch weiterge- bildet, dass jeder Wärmetauscher mehrere Metallrohre aufweist, wobei die ersten Endbereiche der Metallrohre des ersten Wärmetauschers in ein gemeinsames Zuführrohr und die zweiten Endbereiche der Metallrohre des ersten Wärmetauschers in ein gemeinsames Abführrohr münden und die ersten Endbereiche der Metallrohre des zweiten Wärmetauschers in ein gemeinsames Zuführrohr und die zweiten Endbereiche der Metallrohre des zweiten Wärmetauschers in ein gemeinsames Abführrohr münden. Die Abführ- und Zuführrohre können somit in bequemer Weise mit den jeweiligen Leitungen von Kühl-, Kälte- oder Heizkreisen verbunden werden.
In diesem Zusammenhang ist nützlicherweise vorgesehen, dass das Zuführrohr des ersten Wärmetauschers Zuführöffnungen aufweist, die bezüglich der Einmündungen der ersten Endbe- reiche des ersten Wärmetauschers gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Der erste Wärmetauscher dient bei einem Kältespeicher zur Einbringung von Kälte aus einem Kompressions- kreis, wobei das Kältemittel unter Druck eingebracht wird. Um eine möglichst gleichmäßige Aufteilung des Kältemittels auf die Wärmetauscherrohre zu gewährleisten, ist es nützlich, die gleichmäßige Verteilung der Zuführöffnungen vorzusehen.. Beispielsweise kann vorgesehen sein, in unmittelbarer Nachbarschaft eines jeden Wärmetauschermetallrohres eine solche Zuführöffnung anzuordnen.
Weiterhin ist es nützlich, dass an die Zuführöffnungen des Zuführrohrs des ersten Wärmetauschers Einzelzulaufleitungen angeschlossen sind, die in eine gemeinsame Zulaufleitung münden .
In diesem Zusammenhang ist dann von Vorteil, dass die Einzelzulaufleitungen im Wesentlichen denselben Durchmesser und dieselbe Länge aufweisen. Diese gleiche Länge der Zu- laufleitungen ist ebenfalls im Hinblick auf die gleichmäßige Verteilung des Wärmeträgermediums auf die einzelnen Wärmeträgerrohre von Vorteil.
Der erfindungsgemäße Speicher ist in vorteilhafter Weise so ausgebildet, dass das Zuführrohr des ersten Wärmetauschers im Betrieb des Speichers höher angeordnet ist als das Abführrohr des ersten Wärmetauschers. Diese Anordnung ist insbesondere bei einer Einbindung des Wärmetauschers in einem Kompressionskältekreis von Vorteil, um so zu verhin- dern, dass sich in dem Kältekreis vorhandenes Öl in den Wärmetauscher verlagert beziehungsweise dort sammelt und auf diese Weise den Wirkungsgrad des Speichers herabsetzt.
Andererseits ist nützlicherweise vorgesehen, dass das Zu- führrohr des zweiten Wärmetauschers im Betrieb des Speichers niedriger angeordnet ist als das Abführrohr des zweiten Wärmetauschers. Das Kühlmittel zur Entnahme der Wärme oder Kälte, also beispielsweise Sole, von unten nach oben durch den Speicher zu transportieren ist nützlich, da so die Ausbildung von Luftblasen im Wärmetauscher verhindert werden.
Die Erfindung ist in vorteilhafter Weise dadurch weiterge- bildet, dass Metallrohre der Wärmetauscher als Flachrohre ausgebildet sind. Derartige Flachrohre stellen eine große Oberfläche für den Übertritt von Wärme zwischen der Außenseite des Rohrs und der Metallschaummatrix zur Verfügung. Allerdings sind auch Rundrohre oder Rohren mit einem sons- tigen beliebigen Querschnitt im Rahmen der Erfindung nützlich einsetzbar. Das Innere der Rohre kann mit Trennrippen ausgestattet sein, so dass mehrere einzelne Strömungswege durch ein Rohr verlaufen. Diese Trennrippen erhöhen die O- berfläche zum Übergang von Wärme zwischen dem Wärmeträger- medium und dem Rohr.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der Speicher zum Zwecke der Kältespeicherung mit einem Speichermedium, wie Wasser, Pa- raffin oder einem Gemisch von Salzhydraten gefüllt ist.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der Speicher zum Zwecke der Wärmespeicherung mit Salzhydrat oder Paraffin gefüllt ist.
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft erläutert .
Es zeigt:
Figur 1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Speichers . Der Speicher 10 besteht aus einem im Wesentlichen quaderförmigen Metallschaumkörper 12. In diesem Metallschaumkörper 12 sind Wärmetauscher 14, 22 angeordnet. Der Wärmetauscher 14 weist Flach-Metallrohre 16, 18, 20 auf, und der Wärmetauscher 22 weist die ebenfalls als Flachrohre ausgebildeten Metallrohre 24, 26, 28 auf. Der hier beispielhaft gezeigt Metallschaumkörper 12 besteht aus mehreren übereinander angeordneten Metallschaumplatten 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 44. Zwischen jeweils zwei benachbarten Platten lie- gen Abschnitte der Metallrohre 16, 18, 20, 24, 26, 28 der beiden Wärmetauscher 14, 22. Um einen kompakten Aufbau zu gewährleisten, sind die Platten in den Bereichen, in denen die Flachrohre an den Platten anliegen, an die Außenkonturen der Rohre angepasst. In Bezug auf das Herstellungsver- fahren des Speichers kann dies bedeuten, dass an den Platten jeweils die oberen und die unteren Halbschalen der Flachrohre vor dem Zusammenbau des Metallschaumkörpers angebracht sind, so dass sich ein vollständiges Rohr erst beim Zusammenbau bildet. Die Verbindung der zwischen den Platten liegenden Rohrabschnitte außerhalb des Metall- schaumkörpers kann in diesem Fall auch bereits vor dem Zusammenfügen der Platten vorbereitet sein. Ebenfalls kann vorgesehen sein, die mäanderförmigen Wärmetauscher fertig in ihre endgültige Form zu bringen und nachher den Spei- cheraufbau durch die Metallschaumplatten zu vervollständigen.
Gemäß weiteren, nicht dargestellten Ausführungsformen der Erfindung ist vorgesehen, die Rohre sogleich in Metall- schaumplatten zu integrieren. Nach dem Zusammenfügen der einzelnen Metallschaumplatten müssen die Rohre dann nur noch außerhalb der Metallschaumplatten zusammengefügt werden. Der resultierende Aufbau ist dann ähnlich, wie in Figur 1 dargstellt. Gleiches gilt auch für einen solchen Auf- bau, bei dem von vornherein ein Metallschaumblock verwendet wird, und die Rohre in Durchgangsöffnungen des Metallschaumblocks eingefügt werden.
In Figur 1 ist weiterhin erkennbar, dass die Rohre 16, 18, 20 des Wärmetauschers 14 an ihrem einen Ende mit einem gemeinsamen Zuführrohr 46 verbunden sind. Am anderen Ende sind die Rohre 16, 18, 20 mit einem gemeinsamen Abführrohr 48 verbunden, wobei diese anderen Endbereiche der Rohre in der Figur 1 durch das Abführrohr 48 verdeckt sind. Gleichermaßen sind die Rohre 24, 26, 28 des zweiten Wärmetauschers 22 mit einem gemeinsamen Zuführrohr 50 verbunden. Die anderen Endbereiche der Rohre 24, 26, 28 des zweiten Wärmetauschers 22 sind mit einem Abführrohr 52 verbunden, wobei diese Endbereiche wiederum in der Figur 1 nicht erkennbar sind, da sie durch den Metallschaumkörper 12 verdeckt sind. Das Zuführrohr 46 des ersten Wärmetauschers ist mit mehreren Zuführöffnungen 54, 56, 58 ausgestattet, die jeweils in unmittelbarer Nachbarschaft eines der Rohre 16, 18, 20 liegen. An diesen Zuführöffnungen 54, 56, 58 sind
Einzelzulaufleitungen 60, 62, 64 angeschlossen, die in eine gemeinsame Zulaufleitung 66 münden. Die Einzelzulaufleitungen weisen im Wesentlichen dieselbe Länge auf. Zur Beladung des dargestellten Speichers 10 mit Kälte wird nun über die Zulaufleitung 66 Kältemittel aus einem Kompressionskreis zugeleitet. Dieses Kältemittel verteilt sich aufgrund der gleichen Längen der Einzelzulaufleitungen 60, 62, 64 und der regelmäßigen Anordnung der Zuführöffnungen 54, 56, 58 gleichmäßig auf den ersten Wärmetauscher 14, und es kann nach dem mäanderförmigen Durchtritt durch den mit einem
Wärmespeichermedium gefüllten Metallschaumkörper 12 über ■ das Abführrohr 48 in den Kältekreis zurückgeführt werden. Zum Entladen des Speichers 10 wird über das Zuführrohr 50 ein Kühlmittel zugeführt, beispielsweise ein Salzhydrat. Dieses durchströmt ebenfalls mäanderförmig den Metallschaumkörper 12, um dann über die Abführleitung 52 entnommen zu werden und dem zu kühlenden Bereich, beispielsweise dem Fahrzeuginnenraum, zugeführt zu werden. Wird der Spei- eher als Heizwärmespeicher verwendet, so erfolgt bei der Beladung des ersten Wärmespeichers 14 eine Zuführung eines erhitzten Wärmeträgers. Die Entnahme der Wärme erfolgt mittels Durchströmen des zweiten Wärmetauschers durch ein zweites Wärmeträgermedium.
Die vorliegende Erfindung wurde am Beispiel eines im Wesentlichen quaderförmigen Speichers beschrieben. Die Erfindung ist hierauf nicht beschränkt. Andere Formen, beispielsweise eine zylinderförmige Metallschaummatrix mit darin angeordneten Wärmetauscherrohren, liegen ebenfalls im Rahmen der vorliegenden Erfindung.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
Bezugszeichenliste
10 Speicher 12 Metallschaumkörper
14 erster Wärmetauscher
16 Flach-Metallrohr
18 Flach-Metallrohr
20 Flach-Metallrohr 22 zweiter Wärmetauscher
24 Flach-Metallrohr
26 Flach-Metallrohr
28 Flach-Metallrohr
30 Metallschaumplatte 32 Metallschaumplatte
34 Metallschaumplatte
36 Metallschaumplatte
38 Metallschaumplatte
40 Metallschaumplatte 42 Metallschaumplatte
44 Metallschaumplatte
46 gemeinsames Zurührrohr
48 gemeinsames Abführrohr
50 gemeinsames Zuführrohr 52 gemeinsames Abführrohr
54 Zuführöffnung
56 Zuführöffnung
58 Zuführöffnung
60 Einzelzulaufleitung 62 Einzelzulaufleitung
64 Einzelzulaufleitung
66 gemeinsame Zulaufleitung

Claims

ANSPRÜCHE
1. Speicher (10) für Kälte oder Wärme mit einem porösen Körper (12) zur Aufnahme eines Speichermediums und einem in den porösen Körper eingebetteten, mindestens ein Metallrohr (16, 18, 20) umfassenden ersten Wärmetauscher (14), der von einem Wärmeträgermedium zum Beladen des Speichers mit Kälte oder Wärme durchströmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in den porösen Körper (12) ein zweiter zum Entladen des Speichers vorgesehener Wärmetauscher (22) eingebettet ist, der mindestens ein Metallrohr (24, 26, 28) umfasst, und dass der poröse Körper zumindest zum Teil aus Metallschaum besteht, wobei der Metallschaum aus im Wesentlichen demselben Metall besteht wie die Metallrohre (16, 18, 20, 24, 26, 28) .
2. Speicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallrohre (16, 18, 20, 24, 26, 28) den Metallschaumkörper (12) mäanderförmig durchsetzen.
3. Speicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscher (14, 22) im Wesentlichen iden- tisch aufgebaut sind.
4. Speicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallschaumkörper (12) aus mehreren Metallschaumplatten (30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 44) besteht, wobei Rohrabschnitte der Wärmetauscher (14, 22) zwischen den Platten verlaufen.
5. Speicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallschaumkörper aus meh- reren Metallschaumplatten besteht, wobei Rohrabschnitte der Wärmetauscher in die Platten eingebettet sind.
6. Speicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass der Metallschaumkörper als Block ausgebildet ist.
7. Speicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Wärmetauscher (14, 22) mehrere Metallrohre (16, 18, 20, 24, 26, 28) aufweist, wobei die ersten Endbereiche der Metallrohre (16, 18, 20) des ersten Wärmetauschers (14) in ein gemeinsames Zuführrohr (46) und die zweiten Endbereiche der Metallrohre des ersten Wärmetauschers in ein gemeinsames Abführrohr (48) münden und die ersten Endbereiche der Metallrohre (24, 26, 28) des zweiten Wärmetauschers (22) in ein gemeinsames Zuführrohr (50) und die zweiten Endbereiche der Metallrohre des zweiten Wärmetauschers in ein gemeinsames Abführrohr (52) münden.
8. Speicher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Zuführrohr (46) des ersten Wärmetauschers Zuführöffnungen (54, 56, 58) aufweist, die bezüglich der Einmündungen der ersten Endbereiche des ersten Wärmetauschers (14) gleichmäßig verteilt angeordnet sind.
9. Speicher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass an die Zuführöffnungen (54, 56, 58) des Zuführrohrs (46) des ersten Wärmetauschers (14) Einzelzulaufleitungen (60, 62, 64) angeschlossen sind, die in eine gemeinsame Zulauf- leitung (66) münden.
10. Speicher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelzulaufleitungen (60, 62, 64) im Wesentlichen denselben Durchmesser und dieselbe Länge aufweisen.
11. Speicher nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Zuführrohr (46) des ersten Wärmetauschers (14) im Betrieb des Speichers höher angeordnet ist als das Abführrohr (48) des ersten Wärmetauschers.
12. Speicher nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Zuführrohr (50) des zweiten Wärmetauschers (22) im Betrieb des Speichers niedriger angeordnet ist als das Abführrohr (52) des zweiten Wärmetauschers.
13. Speicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Metallrohre (16, 18, 20, 24, 26, 28) der Wärmetauscher (14, 22) als Flachrohre ausgebildet sind.
14. Speicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicher (10) zum Zwecke der Kältespeicherung mit einem Speichermedium, wie Wasser, Paraffin oder einem Gemisch von Salzhydraten gefüllt ist.
15. Speicher nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicher (10) zum Zwecke der Wärmespeicherung mit Salzhydrat oder Paraffin gefüllt ist.
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