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DE102008011960A1 - Latentwärmespeicherzelle und Wärmespeichervorrichtung - Google Patents

Latentwärmespeicherzelle und Wärmespeichervorrichtung Download PDF

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DE102008011960A1
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Latentwärmespeicherzelle sowie eine Wärmespeichervorrichtung, welche eine derartige Latentwärmespeicherzelle aufweist. Die Latentwärmespeicherzelle enthält ein Gehäuse und ein innerhalb des Gehäuses angeordnetes, von einem Fluid durchströmbares Rohrsystem. Des Weiteren weist sie eine oder mehrere innerhalb des Gehäuses angeordnete Keramikplatten auf, die mit dem Rohrsystem direkt kontaktiert sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Latentwärmespeicherzelle sowie eine Wärmespeichervorrichtung, welche eine derartige Latentwärmespeicherzelle aufweist.
  • Aus der DE 10 2004 017 021 A1 ist bereits ein Latentwärmespeicher bekannt. Bei diesem handelt es sich um ein Bauelement, welches eine geschlossene Elementummantelung mit Ein- und Auslassmitteln für ein Strömungsmittel, ein Phasenwechselmaterial mit einer Phasenwechseltemperatur von 5°C bis 45°C und eine für das Strömungsmittel durchströmbare Matrix aufweist. Die Matrix besteht aus einem Bindemittel und einem Füllstoff. Als Phasenwechselmaterialien können Paraffin, Paraffingemische, Salzhydrate und deren Gemische, Alkohole sowie Salze und deren eutektische Mischungen verwendet werden.
  • Aus der DE 20 2005 015 393 U1 ist ein weiterer Latentwärmespeicher bekannt. Dieser weist Latentwärmespeichermaterial und einen Aufnahmekörper auf. Der Aufnahmekörper hat Wandungen, die an ihrer Innenseite in unmittelbarem Kontakt mit dem Latentwärmespeichermaterial stehen. Die Innenseite der Wandungen besteht aus einem Werkstoff oder hat eine Oberflächenbeschaffenheit, der bzw. die eine Anhaftung von verfestigtem Latentwärmespeichermaterial nicht oder nur in sehr geringem Ausmaß zulässt. Das Latentwärmespeichermaterial ist salzbasiert oder paraffinbasiert.
  • Aus der DE 20 2007 008 684 U1 ist eine Latentwärmezelle bekannt. Diese Latentwärmezelle besteht aus einem hitze beständigen Material, beispielsweise Kunststoff, Hartschaum oder Metall. Sie ist rund oder eckig ausgebildet. Sie weist einen Hohlraum auf, der Phasenwechselmaterial und einen Doppel-Gegenstrom-Wärmetauscher aufnimmt. Unten weist sie einen eingeschweißten Boden auf. Der obere Abschluss erfolgt durch einen Deckel, durch den die jeweiligen Anschlüsse des Wärmetauschers geführt werden. Der Wärmetauscher ist ein spezieller dreidimensionaler Wärmetauscher aus hocheffizienten, wärmeleitenden Materialien wie Kupfer, Aluminium, Graphit oder Karbon. Der Wärmetauscher dient dazu, das Phasenwechselmaterial von einem festen in einen flüssigen Zustand umzuwandeln und umgekehrt. Durch den Wärmetauscher fließen Wärmeträgerflüssigkeiten oder auch Gase, die zur Wärme- oder Kälteerzeugung dienen. Mehrere Latentwärmezellen können zu Latentspeicher beliebiger Größe verschaltet werden.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Latentwärmespeicherzelle und eine Wärmespeichervorrichtung anzugeben, deren Wärmespeicherung verbessert ist.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Latentwärmespeicherzelle mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen bzw. durch eine Wärmespeichervorrichtung mit den im Anspruch 9 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass die in der erfindungsgemäßen Latentwärmespeicherzelle gebildete Wärme für einen längeren Zeitraum aufrechterhalten wird bzw. sich deutlich langsamer abbaut als die in bekannten Latentwärmespeicherzellen gebildete Wärme. Dieser Vorteil beruht in erster Linie darauf, dass innerhalb des Gehäuses der Latentwärmespeicherzelle in direktem Kontakt mit dem Rohrsystem der Zelle eine oder mehrere Keramikplatten vorgesehen sind. In der Aufheizphase der Latentwärmespeicherzelle erfolgt eine Übertragung der Wärme von dem im Rohrsystem transportierten Fluid auf die Keramikplatten. Dort wird die Wärme für einen deutlich längeren Zeitraum gespeichert als bei herkömmlichen Zellen, d. h. der Abbau der gespeicherten Wärme erfolgt deutlich langsamer als bei bekannten Zellen. Dies hat den Vorteil, dass an die Zelle angeschlossene Verbraucher, beispielsweise Heizkörper, über einen längeren Zeitraum mit Wärme versorgt werden können als dies bei bekannten Zellen der Fall ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform weist das Rohrsystem ein zinnenmäanderförmig verlaufendes Rohr mit mehreren parallel zueinander verlaufenden Rohrabschnitten auf. Diese Rohrabschnitte sind durch in den Keramikplatten vorgesehene Löcher hindurchgeführt. Aufgrund des direkten Kontaktes der Keramikplatten mit den Rohrabschnitten ist eine gute Wärmeübertragung gewährleistet. Des Weiteren bedarf es keiner gesonderten Befestigungsmittel für die Keramikplatten innerhalb des Gehäuses der Latentwärmespeicherzelle.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Rohrsystem zwei zinnenmäanderförmig verlaufende Rohre mit jeweils mehreren parallel zueinander verlaufenden Rohrabschnitten auf. Diese Rohrabschnitte sind durch in den Keramikplatten vorgesehene Löcher hindurchgeführt. Auch hier kann aufgrund des direkten Kontaktes der Keramikplatten mit den Rohrabschnitten eine gute Wärmeübertragung sichergestellt werden. Auch hier bedarf es keiner gesonderten Befestigungsmittel für die Keramikplatten innerhalb des Gehäuses der Latentwärmespeicherzelle.
  • Vorzugsweise weist das Gehäuse insgesamt vier Anschlüsse auf, wobei eines der Rohre durch einen ersten Einlass und einen ersten Auslass des Gehäuses und das andere Rohr durch einen zweiten Einlass und einen zweiten Auslass des Gehäuses hindurchgeführt ist. Dies erlaubt eine Bildung von zwei Kreisläufen, nämlich eines Aufheizkreislaufes und eines Wärmeentnahmekreislaufes. Im Aufheizkreislauf wird als Fluid vorzugsweise Öl, insbesondere Thermoöl, verwendet. Von diesem Öl erfolgt eine Übertragung der Wärme auf das Rohr und von diesem auf die Keramikplatten. Im Wärmeentnahmekreislauf wird als Fluid vorzugsweise Wasser verwendet. Dieses wird beispielsweise an Heizkörper oder einen weiteren Wärmespeicher weitergeleitet.
  • Vorzugsweise sind die Keramikplatten parallel zueinander und rechtwinklig zu den Rohrabschnitten angeordnet. Dies vereinfacht den Aufbau der Latentwärmespeicherzelle.
  • Des Weiteren sind die Rohrabschnitte der beiden Rohre bzw. der beiden Kreisläufe ineinander verschachtelt angeordnet. Dies verbessert die Wärmeübertragung innerhalb der Latentwärmespeicherzelle und damit die Wärmespeicherung der Latentwärmespeicherzelle.
  • Vorzugsweise weist das Gehäuse einen inneren Edelstahlmantel, einen äußeren Edelstahlmantel und eine zwischen diesen Edelstahlmänteln angeordnete Wärmedämmschicht auf. Dies verbessert zum einen die Stabilität der Latentwärmespeicherzelle und zum anderen auch deren Wärmespeicherung.
  • Weitere vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus deren nachfolgender Erläuterung anhand der Figuren. Es zeigt
  • 1 eine Skizze eines Ausführungsbeispiels für eine Latentwärmespeicherzelle gemäß der Erfindung,
  • 2 eine Skizze eines ersten Ausführungsbeispiels für eine Wärmespeichervorrichtung gemäß der Erfindung,
  • 3 eine Skizze eines zweiten Ausführungsbeispiels für eine Wärmespeichervorrichtung gemäß der Erfindung und
  • 4 eine Skizze eines dritten Ausführungsbeispiels für eine Wärmespeichervorrichtung gemäß der Erfindung.
  • Die 1 zeigt eine Skizze eines Ausführungsbeispiels für eine Latentwärmespeicherzelle 1 gemäß der Erfindung. Diese Latentwärmespeicherzelle 1 weist ein Gehäuse 2 auf. Das Gehäuse 2 enthält einen inneren Edelstahlmantel 2a, einen äußeren Edelstahlmantel 2b, eine zwischen dem inneren und dem äußeren Edelstahlmantel angeordnete Wärmedämmschicht 2c, einen ersten Einlass 2d, einen ersten Auslass 2e, einen zweiten Einlass 2f und einen zweiten Auslass 2g.
  • Durch den ersten Einlass 2d und den ersten Auslass 2e ist ein Rohr 5 eines Rohrsystems 3 geführt Dieses Rohr 5 verläuft im Innenbereich des Gehäuses 2 zinnenmäanderförmig und weist mehrere parallel zueinander verlaufende Rohrabschnitte 5a, 5b, 5c, 5d auf.
  • Durch den zweiten Einlass 2f und den zweiten Auslass 2g ist ein Rohr 6 des Rohrsystems 3 geführt. Dieses Rohr 6 verläuft im Innenbereich des Gehäuses 2 ebenfalls zinnenmäanderförmig und weist mehrere parallel zueinander verlaufende Rohrabschnitte 6a, 6b, 6c, 6d auf. Die Rohrabschnitte 5a bis 5d und 6a bis 6d der beiden Rohre 5 und 6 sind ineinander verschachtelt angeordnet.
  • Die Rohre des Rohrsystems 3 sind auf Keramikfasermaterial 7 gelagert, welches in den Bodenbereich der Latentwärmespeicherzelle 1 eingebracht ist, um Beschädigungen des Rohrsystems zu vermeiden.
  • Des Weiteren sind innerhalb des Gehäuses 2 mehrere parallel zueinander angeordnete und voneinander beabstandete Keramikplatten 4 vorgesehen. Diese Keramikplatten 4 verlaufen rechtwinklig zu den Rohrabschnitten 5a bis 5d und 6a bis 6d der beiden Rohre 5 und 6 des Rohrsystems 3. Die Keramikplatten 4 weisen Löcher 4a auf, wobei durch jedes Loch 4a einer der Rohrabschnitte hindurchgeführt ist. Die Abmessungen der Löcher und der Rohrabschnitte sind derart gewählt, dass die Keramikplatten 4 jeweils direkt mit den Rohrabschnitten kontaktiert sind. Dies ermöglicht eine gute Wärmeübertragung von einem in den Rohrabschnitten transportierten Fluid auf die Keramikplatten und umgekehrt. Des Weiteren ist der Verlauf der Rohrabschnitte derart, dass die Keramikplatten 4 von den Rohren 5 und 6 gehalten werden, so dass keine zusätzliche Befestigung der Keramikplatten im Gehäuse 2 notwendig ist. Im Bereich zwischen den Keramikplatten kann sich weiteres wärmespeicherndes und wärmeübertragendes Material befinden.
  • Aufgrund des vorstehend beschriebenen Aufbaus der Latentwärmespeicherzelle 1 können zwei Fluidkreisläufe gebildet werden, die außerhalb der Latentwärmespeicherzelle 1 fortgesetzt und geschlossen werden. Der erste Fluidkreislauf ist ein Aufheizkreislauf. Ihm gehört das Rohr 5 an, innerhalb dessen vorzugsweise Öl, insbesondere Thermoöl, als Fluid transportiert wird. Der zweite Fluidkreislauf ist ein Wärmeentnahmekreislauf. Ihm gehört das Rohr 6 an, innerhalb dessen vorzugsweise Wasser als Fluid transportiert wird. Die Fluidkreisläufe sind Bestandteil einer Wärmespeichervorrichtung, welche nachfolgend anhand der 2 bis 4 näher erläutert wird.
  • Die 2 zeigt eine Skizze eines ersten Ausführungsbeispiels für eine Wärmespeichervorrichtung gemäß der Erfindung. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die Wärmespeichervorrichtung eine Wärmequelle 8a auf, bei der es sich um einen Öl- oder einen Gasofen handelt. Dessen Rauchrohr wird über einen Wärmetauscher 10 zu einem Kamin geführt. Im Wärmetauscher 10 erfolgt eine Übertragung der Wärme des Abgasrauchstromes auf ein Fluid, welches in einem Rohr 5 eines ersten Flüssigkeitskreislaufs 11 transportiert wird. In diesem ersten Flüssigkeitskreislauf, bei dem es sich um einen Aufheizkreislauf der Wärmespeichervorrichtung handelt, wird als Fluid ein Öl, insbesondere ein Thermoöl, verwendet. Der erste Flüssigkeitskreislauf erstreckt sich über die Latentwärmespeicherzelle 1, innerhalb welcher das Rohr 5 zinnenmäanderförmig geführt ist, wie es anhand der 1 erläutert wurde, und den Wärmetauscher 10.
  • Die im Wärmetauscher 10 auf das Thermoöl übertragene Wärme wird in der Latentwärmespeicherzelle 1 aufgrund des direkten Kontaktes des Rohres 5 mit den Keramikplatten 4 auf die Keramikplatten übertragen. Diese werden aufgeheizt und speichern die Wärme dann, wenn vom Öl- oder Gasofen 3 nur noch wenig oder gar keine Wärme mehr bereitgestellt wird, noch über einen längeren Zeitraum.
  • Die in den Keramikplatten 4 gespeicherte Wärme kann in diesem Zeitraum an den Wärmeentnahmekreislauf 12 abgegeben werden. Dieser weist das innerhalb der Latentwärmespeicherzelle 1 zinnenmäanderförmig verlaufende Rohr 6 auf, innerhalb dessen als Fluid Wasser zu einem Wärmeverbraucher 13 transportiert wird
  • Die 3 zeigt eine Skizze eines zweiten Ausführungsbeispiels für eine Wärmespeichervorrichtung gemäß der Erfindung. Die in der 3 gezeigte Wärmespeichervorrichtung unterscheidet sich von der in der 2 gezeigten Wärmespeichervorrichtung dadurch, dass als Wärmequelle statt eines Gas- oder Ölofens ein Solarpanel 8b verwendet wird. Zum Aufheizkreislauf 11 gehören bei diesem Ausführungsbeispiel das Solarpanel 8b und das Rohr 5, welches innerhalb der Latentwärmespeicherzelle 1 zinnenmäanderförmig verläuft.
  • Die 4 zeigt eine Skizze eines dritten Ausführungsbeispiels für eine Wärmespeichervorrichtung gemäß der Erfindung. Die in der 4 gezeigte Wärmespeichervorrichtung unterscheidet sich von den in den 2 und 3 gezeigten Wärmespeichervorrichtungen dadurch, dass als Wärmequelle eine mit einer Steckdose 9 verbundene Elektroheizung 8c verwendet wird. Zum Aufheizkreislauf 11 gehören bei diesem Ausführungsbeispiel die Elektroheizung 8c und das Rohr 5, welches innerhalb der Latentwärmespeicherzelle 1 zinnenmäanderförmig verläuft.
  • Bei den in den 2, 3 und 4 gezeigten Ausführungsbeispielen sind in den Flüssigkeitskreisläufen des Weiteren auch Pumpen und Absperrventile vorgesehen, die jedoch aus Gründen besserer Übersichtlichkeit nicht dargestellt sind.
    • 1
    Latentwärmespeicherzelle
    2
    Gehäuse
    2a
    innerer Edelstahlmantel
    2b
    äußerer Edelstahlmantel
    2c
    Wärmedämmschicht
    2d
    erster Einlass
    2e
    erster Auslass
    2f
    zweiter Einlass
    2g
    zweiter Auslass
    3
    Rohrsystem
    4
    Keramikplatte
    4a
    Loch in der Keramikplatte
    5
    Rohr
    5a, ..., d
    Rohrabschnitte
    6
    Rohr
    6a, ..., d
    Rohrabschnitte
    7
    Keramikfasermaterial
    8a
    Wärmequelle, Ofen
    8b
    Wärmequelle, Solarpanel
    8c
    Wärmequelle, Elektroheizung
    9
    Steckdose
    10
    Wärmetauscher
    11
    erster Flüssigkeitskreislauf
    12
    zweiter Flüssigkeitskreislauf
    13
    Wärmeverbraucher
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 102004017021 A1 [0002]
    • - DE 202005015393 U1 [0003]
    • - DE 202007008684 U1 [0004]

Claims (21)

  1. Latentwärmespeicherzelle, welche ein Gehäuse (2) und ein innerhalb des Gehäuses angeordnetes, von einem Fluid durchströmbares Rohrsystem (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass sie des Weiteren eine oder mehrere innerhalb des Gehäuses (2) angeordnete Keramikplatten (4) aufweist, die mit dem Rohrsystem (3) direkt kontaktiert sind.
  2. Latentwärmespeicherzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrsystem (3) ein zinnenmäanderförmig verlaufendes Rohr (5) mit mehreren parallel zueinander verlaufenden Rohrabschnitten (5a, ..., 5d) aufweist, die Keramikplatten (4) mit Löchern (4a) versehen sind und die Rohrabschnitte durch die Löcher hindurchgeführt sind.
  3. Latentwärmespeicherzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrsystem (3) zwei zinnenmäanderförmig verlaufende Rohre (5, 6) mit jeweils mehreren parallel zueinander verlaufenden Rohrabschnitten (5a, ..., 5d; 6a, ..., 6d) aufweist, die Keramikplatten (4) mit Löchern (4a) versehen sind und die Rohrabschnitte durch die Löcher hindurchgeführt sind.
  4. Latentwärmespeicherzelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eines der zinnenmäanderförmig verlaufenden Rohre (5) durch einen ersten Einlass (2d) des Gehäuses (2) und einen ersten Auslass (2e) des Gehäuses (2) und das andere zinnenmäanderförmig verlaufende Rohr (6) durch einen zweiten Einlass (2f) des Gehäuses und einen zweiten Auslass (2g) des Gehäuses (2) hindurchgeführt sind.
  5. Latentwärmespeicherzelle nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrabschnitte der beiden Rohre ineinander verschachtelt angeordnet sind.
  6. Latentwärmespeicherzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramikplatten (4) parallel zueinander angeordnet sind.
  7. Latentwärmespeicherzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramikplatten (4) rechtwinklig zu den parallel zueinander verlaufenden Rohrabschnitten (5a, ..., 5d; 6a, ..., 6d) angeordnet sind.
  8. Latentwärmespeicherzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) eine innere Edelstahlschicht (2a), eine äußere Edelstahlschicht (2b) und eine zwischen der inneren und der äußeren Edelstahlschicht angeordnete Wärmedämmschicht (2c) aufweist.
  9. Wärmespeichervorrichtung, welche eine Latentwärmespeicherzelle nach einem der Ansprüche 1–8 aufweist.
  10. Wärmespeichervorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie des Weiteren eine Wärmequelle (8a, 8b, 8c) aufweist.
  11. Wärmespeichervorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmequelle einen Gas- oder Ölofen (8a) aufweist.
  12. Wärmespeichervorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmequelle ein Solarpanel (8b) aufweist.
  13. Wärmespeichervorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmequelle eine Elektroheizung (8c) aufweist.
  14. Wärmespeichervorrichtung nach einem der Ansprüche 10–13, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen zwischen der Wärmequelle (8a) und der Latentwärmespeicherzelle (1) angeordneten Wärmetauscher (10) aufweist.
  15. Wärmespeichervorrichtung nach einem der Ansprüche 9–14, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen ersten Flüssigkeitskreislauf (11) aufweist, zu welchem das erste Rohr (5) des in der Latentwärmespeicherzelle (1) angeordneten Rohrsystems gehört, und dass sie einen zweiten Flüssigkeitskreislauf (12) aufweist, zu welchem das zweite Rohr (6) des in der Latentwärmespeicherzelle (1) angeordneten Rohrsystems gehört.
  16. Wärmespeichervorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Flüssigkeitskreislauf (11) ein Aufheizkreislauf und der zweite Flüssigkeitskreislauf ein Wärmeentnahmekreislauf (12) ist.
  17. Wärmespeichervorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Flüssigkeitskreislauf (11) ein Ölkreislauf ist.
  18. Wärmespeichervorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Flüssigkeitskreislauf (11) ein Thermoölkreislauf ist.
  19. Wärmespeichervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 16–18, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Flüssigkeitskreislauf (12) ein Wasserkreislauf ist.
  20. Wärmespeichervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 16–19, dadurch gekennzeichnet, dass dem zweiten Flüssigkeitskreislauf (12) des Weiteren ein Wärmeverbraucher (13) angehört.
  21. Wärmespeichervorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeverbraucher (13) einen oder mehrer Heizkörper aufweist.
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