DE4020859A1 - Verfahren zur herstellung eines waermespeichers und waermespeicher zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmespeichers, insbesondere eines Latentwärme­ speichers für durch Motorabwärme gespeiste Kraftfahr­ zeugheizungen, mit einem Gehäuse, das einen Außenbe­ hälter und einen mit Abstand von diesem angeordneten Innenbehälter umfaßt, die zwischen sich einen Iso­ lierbereich einschließen, mit einem im Innenbehälter angeordneten Speicherkern, in dem mindestens eine Kammer für ein Speichermedium durch eine Trennwand von mindestens einem Strömungsweg für einen Wärme­ träger getrennt ist, und mit einer Zuflußleitung und einer Abflußleitung für den Wärmeträger, die mit dem Strömungsweg in Verbingung stehen und durch den Iso­ lierbereich nach außen geführt sind, wobei der Iso­ lierbereich nach der mechanischen Fertigstellung des Gehäuses zur Entgasung ausgeheizt und evakuiert wird, sowie einen Wärmespeicher zur Durchführung des Ver­ fahrens.

Bei Fahrzeugheizungen ist anzustreben, daß die Wärme über Nacht gespeichert werden kann, um beim Start des Fahrzeugs am Morgen über ausreichend gespeicherte Wärme zu verfügen, bis das Motorkühlwasser seine Betriebstemperatur erreicht hat. Unter Berücksichti­ gung der im Fahrzeugbau üblichen Forderungen nach geringem Gewicht und Bauvolumen kann die hierzu er­ forderliche Isoliergüte des Wärmespeichers nur durch doppelwandige Gehäuse erreicht werden, die den Spei­ cherkern allseitig umschließen und die in ihrer dop­ pelten Wandung ein isolierendes Vakuum aufweisen. Es kann sich dabei um ein Hochvakuum handeln, oder um eine Isolierung aus mikroporösen Stoffen, wie z. B. Pulvern oder Fasern, die zusätzlich evakuiert werden. Es werden deshalb Gehäuse mit einem Außenbehälter und einem Innenbehälter verwendet, wobei zwischen den beiden Behältern ein Isolierbereich vorgesehen ist, der von der Zuflußleitung und der Abflußleitung für den Wärmeträger durchquert wird, wodurch Wärmever­ luste durch Konvektion und Wärmeleitung des Wärmeträ­ gers, z. B. des Motorkühlwassers oder des Motorabgases verursacht werden können. Ein Wärmespeicher mit einer derartigen Isolierung ist beispielsweise aus der DE- OS 36 14 318 bekannt.

Die hohe Isoliergüte solcher Wärmespeicher beruht zum einen auf der Anwendung der Vakuumtechnik, die seit langem bekannt ist, und zum anderen auf der geschlos­ senen Bauweise des Isoliergefäßes aus Außen- und Innenbehälter, wodurch die Wärmeleitung durch Fest­ körper auf die Zu- und Abflußleitung und auf die Lagerung des Innenbehälters im Außenbehälter be­ schränkt wird. Die Wärmeleitung über die Zu- und Ab­ flußleitung kann durch deren Ausbildung mit kleinem Querschnitt und langen Wegen relativ gering gehalten werden.

Nach der mechanischen Fertigstellung eines solchen Speichergehäuses ist die gewünschte Isolierwirkung durch Evakuierung des Isolierbereichs innerhalb weni­ ger Minuten erreichbar. Diese Isolierwirkung ist jedoch nicht von Bestand, weil an den dem Isolierbe­ reich zugewandten Oberflächen des Außen- und des Innenbehälters, an den Oberflächen von gegebenenfalls im Isolierbereich befindlichen Strahlenschilden oder mirkroporösen Isolierstoffen, wie auch an den unver­ meidlichen Einbauteilen im Isolierbereich, nämlich den Zu- und Abflußleitungen und der Lagerung des Innenbehälters, Stoffe absorbiert sein können, die im Laufe der Zeit abdampfen, dadurch den Druck im Iso­ lierbereich erhöhen und somit die Isolierwirkung des Vakuums abbauen.

Aus diesem Grunde werden vakuumisolierte Gefäße nach der mechanischen Herstellung über längere Zeit ent­ gast, wobei der Isolierbereich ständig ausgepumpt wird. Um die Dauer der Entgasung beispielsweise auf 24 Stunden zu reduzieren, wird das Isoliergefäß bei der Entgasung auf eine erhöhte Temperatur gebracht, was als Ausheizung bezeichnet wird. Erfahrungsgemäß bewirkt hierbei eine Temperaturerhöhung von 10°C eine Halbierung der Entgasungszeit.

Es ist weiterhin bekannt, daß ein Hauptverunreiniger von Vakuumgefäßen an den Wänden abgelagertes Wasser ist. Für die Entfernung des Wassers gibt es drei aus­ geprägte Temperaturstufen, nämlich ca. 120°C mit niedrigen Abdampfungsraten, 180°C mit sehr hohen Abdampfungsraten und ca. 360°C mit praktisch hun­ dertprozentiger Abdampfung.

Es ist ebenfalls bekannt, daß bei der Entgasung die Langzeitwirkung von der niedrigsten Temperatur ab­ hängt, die an den Oberflächen im Isolierbereich er­ zielt wird. Hieraus folgt, daß für eine bestimmte Langzeitwirkung alle dem Isolierraum zugewandten Oberflächen die Mindesttemperatur ereichen oder über­ schreiten müssen.

Für die großtechnische Anwendung im Kraftfahrzeugbau ist eine Langzeitwirkung des Vakuums erforderlich, die mindestens eine Ausheizung im Bereich der zweiten Stufen von 180°C erfordert. Die Betriebstemperatur für Wärmespeicher dieser Art liegt jedoch bei 90°C mit einer maximal geforderten Temperatur von 125°C. Die bei der Herstellung eines guten Vakuums erforder­ liche Ausheiztemperatur liegt also wesentlich höher als die später zu erwartende Betriebstemperatur. Daraus resultiert das Problem thermischer Beschädi­ gung des Wärmespeichers im Herstellungsverfahren, beispielsweise durch erhöhten Dampfdruck der verwen­ deten Speichermedien, durch Degradation von tragenden Teilen im Speicherkern, zum Beispiel Kunststoffen, durch Wärmedehnungen und dergleichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfah­ ren für die Herstellung von Wärmespeichern der ein­ gangs genannten Art so auszugestalten, daß ohne tem­ peraturbedingte Schäden in einer unter wirtschaftli­ chen Gesichtspunkten vertretbaren, wesentlich ver­ kürzten Zeitspanne eine hochwertige Isolierung ge­ schaffen werden kann, die insbesondere für die An­ wendung bei Kraftfahrzeugen ausreichend lange bestän­ dig ist. Außerdem soll ein Wärmespeicher so gestaltet werden, daß er bei seiner Fertigung die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens gestattet.

Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht darin, daß die Ausheizung mit einer wesentlich über der Be­ triebstemperatur des Wärmespeichers liegenden Tem­ peratur erfolgt und dabei die temperaturempfindlichen Komponenten des Speicherkerns vor temperaturbedingten Schäden geschützt sind.

Die Art des Schutzes für die temperaturempfindlichen Komponenten des Speicherkerns richtet sich nach der Art der möglichen Schädigung des Speicherkerns, die sich - wie oben erläutert - einerseits direkt auf­ grund der Wärmeempfindlichkeit der eingesetzten Mate­ rialien und/oder aufgrund von Materialbeanspruchungen durch Wärmedehnung der mechanischen Komponenten des Speicherkerns oder durch zu hohe Dampfdrücke im Spei­ chermedium ergeben können.

Eine zweckmäßige Ausführungsform der Erfindung be­ steht deshalb darin, daß zumindest während der Aus­ heizung der Speicherkern gegenüber dem Isolierbereich wärmeisoliert ist, wobei gemäß weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen ein Isolierraum zwischen dem Spei­ cherkern und dem Innenbehälter zumindest während der Ausheizung des Isolierbereichs entweder mit einem Gas geringer Wärmeleitfähigkeit gefüllt oder evakuiert ist.

Eine andere zweckmäßige Ausführungsform besteht darin, daß während der Ausheizung des Isolierbereichs der auf die Trennwände der das Speichermedium enthaltenden Kam­ mern einwirkende, überhöhte Dampfdruck des Speicherme­ diums abgestützt wird, wobei nach einer zweckmäßigen Ausgestaltung während der Ausheizung ein den überhöhten Dampfdruck des Speichermediums kompensierender statischer Druck in den Strömungswegen im Innenbehälter aufgebaut wird.

Nach einer anderen zweckmäßigen Weiterbildung wird während der Ausheizung der Innenbehälter mit einer Flüssigkeit befüllt, deren temperaturabhängiger Dampfdruckverlauf so gewählt ist, daß er den Dampf­ druck des Speichermediums während der Ausheizung kompensiert, wobei diese Flüssigkeit während der Ausheizung im Innenbehälter hermetisch abgeschlossen wird. Vorzugsweise wird dabei der Innenbehälter mit Ethylenglykol gefüllt.

Noch eine andere zweckmäßige Ausgestaltung besteht darin, daß während der Ausheizung ein Kühlmedium durch den Strömungsweg geleitet wird, wobei das Kühl­ medium beispielsweise eine Mischung aus Ethylenglykol und Wasser sein kann.

Bei einem Wärmespeicher mit einem Isolierspalt, der sich zwischen einer Mantelfläche, die den Speicher­ kern zwischen zwei Stirnflächen umgibt, in denen der durch den Speicherkern führende Strömungsweg ein­ bzw. ausmündet, und dem Innenbehälter befindet, be­ steht eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung darin, daß der Durchfluß des Kühlmediums durch den Isolier­ spalt zwischen den beiden Stirnflächen blockiert wird, wodurch das am Durchfluß gehinderte Strömungs­ mittel sich erwärmt und eine unerwünschte Abkühlung des Innenbehälters während des Ausheizens verhindert.

Eine andere, sehr vorteilhafte Ausführungsform be­ steht bei einem Wärmespeicher mit einem Isolierspalt, der sich zwischen einer Mantelfläche, die den Spei­ cherkern zwischen zwei Stirnflächen umgibt, in denen der durch den Speicherkern führende Strömungsweg ein­ bzw. ausmündet, und dem Innenbehälter befindet, da­ rin, daß zu Beginn der Ausheizung das Kühlmedium in den Bereich der Betriebstemperatur des Wärmespeichers aufgeheizt und dann während der Ausheizung in diesem Temperaturbereich gehalten wird. Dadurch wird die ge­ wünschte Ausheiztemperatur schneller erreicht und während der Ausheizung eine zu starke Abkühlung des Innenbehälters verhindert.

Die Evakuierung des Isolierbereichs stellt eine kostenintensive Maßnahme dar, weshalb es erwünscht ist, die Dauer dieses Vorgangs so weit wie möglich zu beschränken. Eine vorteilhafte weitere Ausgestaltung besteht deshalb darin, daß der Speicherkern zunächst mit einem als Wärmeträger dienenden Strömungsmedium auf die für den Speicherkern maximal zulässige Tempe­ ratur vorgeheizt und dann bis zur Beendigung des Ausheizvorgangs auf diesem Temperaturniveau gehalten wird.

Dabei dient das Strömungsmedium bis zum Erreichen des gewünschten Temperaturniveaus als Heizmedium und danach, bis zur Beendigung des Ausheizvorgangs bei einer die maximal zulässige Temperatur des Speicher­ kerns überschreitenden Ausheiztemperatur als Kühlme­ dium.

Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung ist es dabei, daß die Evakuierung des Isolierbereichs mit zeitli­ cher Verzögerung gegenüber der Vorheizung des Spei­ cherkerns beginnt, wobei es besonders vorteilhaft ist, wenn nach einer weiteren bevorzugten Ausfüh­ rungsform der Speicher mit vorgeheiztem Speicherkern einer Ausheizstation zugeführt und dort der Isolier­ bereich ausgeheizt und evakuiert wird.

Zur Durchführung des Verfahrens ist ein Wärmespeicher mit einem Gehäuse, das einen Außenbehälter und einen mit Abstand von diesem angeordneten Innenbehälter umfaßt, die zwischen sich einen Isolierbereich ein­ schließen, mit einem im Innenbehälter angeordneten Speicherkern, in dem mindestens eine Kammer für ein Speichermedium durch eine Trennwand von mindestenes einem Strömungsweg für einen Wärmeträger getrennt ist, und mit einer Zuflußleitung und einer Abfluß­ leitung für den Wärmeträger, die mit dem Strömungsweg in Verbindung stehen und durch den Isolierbereich nach außen geführt sind, derart ausgestaltet, daß der Speicherkern mit Abstand von der Innenwandung des Innenbehälters gelagert ist und der Raum zwischen dem Innenbehälter und dem Speicherkern mit dem Strömungs­ weg in Verbindung steht. Dadurch besteht die Möglich­ keit, während des Ausheizens den Raum zwischen dem Innenbehälter und dem Speicherkern über die nach außen führende, beim Betrieb des Wärmetauschers den Strömungsweg im Speicherkern mit dem Wärmeträger versorgende Leitungsverbindung mit einem wärmeisolie­ renden Gas zu beschicken oder diesen Raum zu evakuie­ ren. Es kann aber auch während des Ausheizens, bei­ spielsweise unter Verwendung des wärmeisolierenden Gases, in den Strömungswegen ein statischer Druck aufgebaut werden, der den beim Ausheizen auftreten­ den, erhöhten Dampfdruck des Speichermediums kompen­ siert. Schließlich besteht auch die Möglichkeit, während des Ausheizens über die Leitungsverbindung den Strömungsweg mit einer Flüssigkeit, wie etwa Ethylenglykol, zu befüllen, deren temperaturabhängi­ ger Dampfdruckverlauf so gewählt ist, daß er den Dampfdruck des Speichermediums während der Ausheizung kompensiert.

Vorzugsweise ist der Speicherkern über Stützelemente aus wärmeisolierendem und im Bereich der Ausheiztem­ peratur temperaturbeständigem Material am Innenbehäl­ ter abgestützt.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung mün­ den die Zu- und die Abflußleitung in den Innenbehäl­ ter, in dem an von einander abgewandten Seiten des Speicherkerns, an denen die den Speicherkern durch­ ziehenden Strömungswege ausmünden, jeweils zwischen dem Innenbehälter und dem Speicherkern ein Sammelraum für den Wärmeträger freigehalten ist.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung besteht bei Wärmespeichern, in deren Speicherkern die Kammer für das Speichermedium in eine Anzahl von durch den Strömungsweg für den Wärmeträger voneinander getrenn­ te, von dünnen Trennwänden umschlossene und einen flachen Querschnitt aufweisende Teilkammern aufge­ teilt ist, deren lange Querschnittsseiten einander zugewandt sind, darin, daß der Abstand dieser flachen Querschnittsseiten benachbarter Teilkammern derart bemessen ist, daß sich diese Querschnittsseiten unter dem Einfluß des den Querschnitt der Teilkammern ver­ größernden Dampfdrucks beim Ausheizen aneinander abstützen, bevor die Dehnung der Wände der Teilkam­ mern eine Sicherheitsgrenze überschreitet.

Eine weitere zweckmäßige Ausführungsform besteht bei einem Wärmespeicher, in dessen Speicherkern die Kam­ mer für das Speichermedium in eine Anzahl von Teil­ kammern und der Strömungsweg in eine Anzahl von sich zwischen diesen Teilkammern erstreckende Kanäle unterteilt ist, wobei die Kanäle und die Teilkammern durch dünne Trennwände voneinander getrennt sind, darin, daß die Trennwände durch Abstandshalter untereinander verbunden sind, wodurch durch erhöhten Dampfdruck und/oder Wärmedehnung verursachte Kräfte abgestützt werden können. Nach einer zweckmäßigen Ausgestaltung sind die Abstandshalter zugfest mit den Trennwänden verbunden und können dadurch auch einen erhöhten Dampfdruck in dem Raum abstützen, in dem die Abstandshalter angeordnet sind.

Insbesondere dann, wenn beim Ausheizen der Strö­ mungsweg für den Wärmeträger von einem Kühlmedium durchflossen wird, besteht eine andere vorteilhafte Ausgestaltung darin, daß daß die Abstandshalter in den Kanälen für den Wärmeträger angeordnet sind. Durch die Wärmeaufnahme des Kühlmittels steigt dessen Dampfdruck, so daß auch der Dampfdruck des Kühl­ mittels die dünnen Trennwände zwischen den Kanälen und den Teilkammern für das Speichermedium gefährden kann. Die unter dem Einfluß des Dampfdrucks im Kühl­ mittel auf die Trennwände einwirkenden Kräfte werden als Zugkräfte von den Abtandshaltern aufgenommen.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, daß der Speicherkern von einem Kernmantel umschlossen ist, der am Innenbehälter abgestützt ist.

Nach einer weiteren zweckmäßigen Ausführungsform weist der Kernmantel zwischen zwei Stirnseiten, an denen dem Strömungsweg zugehörige Kanäle ausmünden, eine Mantelfläche auf, die unter Bildung eines Iso­ lierspalts der Mantelfläche des Innenbehälters ge­ genüberliegt, wobei dieser Isolierspalt zur dauerhaften Isolierung mit einem mikroporösen Isoliermaterial angefüllt sein kann. Vorzugsweise steht der Isolierspalt aber zumindest mit einem der Sammelräume in Verbindung, um einem der Kühlung des Speicherkerns dienenden Kühlmittel den Zufluß oder Durchfluß zu gestatten. Steht der Isolierspalt nur mit einem der Sammelräume in Verbindung, kommt das Kühlmittel im Isolierspält zum Stillstand und erwärmt sich, wodurch in der bereits beschriebenen Weise die Abkühlung des Innenbehälters verhindert wird.

Anhand der nun folgenden Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele der Erfindung wird diese näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch einen Latentwärmespeicher für Kraftfahrzeughei­ zungen, der zur Durchführung des erfindungs­ gemäßen Verfahrens geeignet ist, und

Fig. 2 einen Querschnitt durch diesen Wärmespei­ cher nach einer ersten Ausführungsform,

Fig. 3 einen ebensolchen Querschnitt bei einer anderen Ausführungsform und

Fig. 4 eine Detaildarstellung zu Fig. 2.

Der gezeigte Wärmespeicher besitzt ein insgesamt mit 10 gekennzeichnetes Gehäuse, bestehend aus einem Außenbehälter 12 und einem mit allseitigem Abstand vom Außenbehälter 12 darin angeordneten Innenbehälter 14, wobei zur Vereinfachung der Darstellung Lage­ rungselemente für die Abstützung des Innenbehälters 14 im Außenbehälter 12 zur Bildung eines Isolierge­ fäßes nicht gezeigt sind. Im Innenbehälter 14 ist ein Speicherkern 16 angeordnet, in dem der Speicherbe­ reich 18 für das wärmespeichernde Medium von einer Anzahl zueinander parallel verlaufender Kanäle 20 für einen Wärmeträger durchzogen wird, wobei die Anord­ nung so getroffen ist, daß die Kanäle 20 an zwei voneinander abgewandten Stirnseiten 22 bzw. 24 des von einem Kernmantel 26 umschlossen Speicherkern 16 austreten und dort jeweils in Sammelräume 28 bzw. 30 für den Wärmeträger münden.

Die Fig. 2 und 3 zeigen zwei unterschiedliche Ausfüh­ rungsformen des vom Kernmantel 26 umschlossenen Spei­ cherkerns 16.

Bei der Variante nach Fig. 2 umschließt der Kernman­ tel 26 eine Gruppe von flachen, parallel zueinander und zur Bildung der Kanäle 20 mit Abstand voneinander angeordneten, mit dem wärmespeichernden Medium ge­ füllten Teilkammern 18a.

Die Teilkammern 18a werden von dünnwandigen, nahezu drucklos verformbaren Trennwänden 38 gegenüber den Kanälen 20 abgegrenzt, wobei in den Kanälen 20 nur einmal angedeutete, mit 40 bezeichnete und in Fig. 4 deutlich dargestellte Abstandshalter angeordnet sind, die mit den Trennwänden 38 und am Rande des Speicher­ kerns 16 mit dem Kernmantel 26 fest verbunden sind. Neben der nachfolgend noch erläuterten Verbesserung der mechanischen Festigkeit dienen die Abstandshalter 40 noch dem Zweck, beim Durchfluß eines Mediums durch den Strömungsweg eine Turbulenz zu erzeugen.

Die Teilkammern 18a besitzen einen flachen Quer­ schnitt, etwa in Form flachgedrückter Rechtecke oder Ovale, wobei die langen Seiten der Querschnitte be­ nachbarter Teilkammern 18a einander gegenüberliegen.

Die Ausführungsform nach Fig. 3 unterscheidet sich von der Ausführungsform nach Fig. 2 dadurch, daß eine einheitliche Kammer 18b für das wärmespeichernde Medium vorgesehen ist, die vom Kernmantel 26 um­ schlossen wird. In dem vom Speichermedium ausgefüll­ ten Innenraum der Kammer 18 sind die Kanäle 20 durch membranartige, schlauchförmige, durch nicht darge­ stellte Abstandshalter bzw. Stützelemente in flacher Querschnittsform mit Abstand voneinander angeordnete Wandungen 21 abgegrenzt.

Der durch die Sammelräume 28 und 30 und die Kanäle 20 gebildete Strömungsweg für den Wärmeträger im Spei­ cherkern 16 ist mit einer Zuflußleitung 32 und einer Rückflußleitung 34 verbunden, die in den Innenbehäl­ ter 14 münden, und zwar entweder die Zuflußleitung 32 in den einen und die Rückflußleitung 34 in den ande­ ren Sammelraum 28 bzw. 30, wie dies gezeigt ist, oder beide Leitungen in einen der beiden Sammelräume, der dann in eine Zufluß- und eine Rückflußkammer unter­ teilt ist und wobei dann der andere Sammelraum als Umlenkkammer für den Wärmeträger dient.

Zwischen den beiden Stirnseiten 22 und 24 weist der Kernmantel 26 eine Mantelfläche 35 auf, die mit ge­ ringem Abstand parallel zur gegenüberliegenden Man­ telfläche 37 des Innenbehälters 14 verläuft, so daß zwischen beiden Mantelflächen 35 und 37 ein Isolier­ spalt 39 gebildet wird, der das wärmespeichernde Medium im Speicherkern 16 vor einer Überhitzung beim Ausheizen schützt.

Bei der Variante nach Fig. 2 muß der Kernmantel 26 und damit auch die Mantelfläche 35 nicht geschlossen sein, so daß der Isoliespalt 39 einen Teil des Strö­ mungsweges für den Wärmeträger bildet.

Bei einer geschlossenen Ausführung des Kernmantels 26, wie sie bei der Variante des Speicherkerns 16, nach Fig. 3 erforderlich ist, aber auch bei der Variante nach Fig. 2 verwendet werden kann, kann der Isolierspalt 39 geschlossen sein. Er kann aber auch nach den Sammelräumen 28 und 30 hin geöffnet sein und so ebenfalls einen Teil des Strömungsweges für den Wärmeträger bilden. Der Isolierspalt 39 kann aber auch mit einem mikroporösen Material gefüllt sein, um eine dauerhafte Isolierung zwischen dem Innenbehälter 14 und dem Speicherkern 16 zu bilden.

Zwischen dem Außenbehälter 12 und dem Innenbehälter 14 befindet sich ein Isolierbereich 36, der ein Vakuum enthält oder mit mikroporösen Stoffen gefüllt und zusätzlich evakuiert ist. Dieser Isolierbereich 36 wird von der Zuflußleitung 32 und der Rückfluß­ leitung 34 durchquert, die außerhalb des Außenbehäl­ ters 12 enden.

Zwischen dem Kernmantel 26 und dem Innenbehälter 14 sind Stütz- oder Lagerungselemente 42 aus ausreichend wärmebeständigem und vorzugsweise thermisch isolie­ rendem Material angeordnet.

Nach der vollständigen Montage des vorstehend be­ schriebenen Wärmespeichers wird zur dauerhaften Wär­ meisolierung des Speicherkerns 16 die oben bereits erläuterte Ausheizung und Evakuierung des Isolierbe­ reichs 36 durchgeführt, wozu der komplette Wärmespei­ cher beispielsweise für die vorgesehene Ausheizzeit in einen Ofen eingebracht wird.

Zum Schutz des Speicherkerns 16 kann beispielsweise der Strömungsweg und damit auch der dann einen Iso­ lierraum bildende Raum zwischen der Innenseite des Innenbehälters 14 und der Außenseite des Kernmantels 26 mit einem wärmeisolierenden Gas oder mit einer Flüssigkeit, wie etwa Ethylenglykol, gefüllt werden, deren temperaturabhängiger Dampfdruckverlauf den Dampfdruck im Speichermedium während der Ausheizung kompensiert. Es kann aber auch im Strömungsweg ein wärmeisolierendes Vakuum erzeugt werden, wobei gege­ benenfalls die Zuflußleitung 32 und die Rückfluß­ leitung 34 hermetisch abgeschlossen werden müssen.

Werden die Teilkammern 18 durch einen erhöhten Dampf­ druck des Speichermediums verformt, können sich ein­ ander benachbarte Trennwände 38 aneinander abstützen.

Es kann aber auch ein Kühlmedium, wie etwa ein Ge­ misch aus Wasser und Ethylenglykol, durch den Strö­ mungsweg zirkulieren, um den Isolierraum auf einer Temperatur zu halten, welche die Betriebstemperatur nicht überschreitet. Dabei ist es möglich, das Kühl­ medium vor Beginn der Ausheizung und Evakuierung beispielsweise auf diese gewünschte Temperatur von 120°C zu erwärmen, so daß in der Anfangsphase der Ausheizung der Innenbehälter 14 und damit die inneren Begrenzung des Isolierbereichs 36 auch von innen her beheizt wird und dadurch schneller die Ausheiztempe­ ratur erreicht. Wenn nachfolgend das Kühlmedium durch die abzuführende Wärme auf dieser Temperatur von bei­ spielsweise 120°C gehalten wird, wird der Speicher­ kern vor einer schädlichen Hitzeeinwirkung geschützt. Allerdings weist das erwähnte Kühlmedium bei Tempe­ ratur von 120°C einen Dampfdruck von 2 bar auf, dem die Trennwände 38 allein nicht widerstehen könnten. Die dabei auf die Trennwände 38 einwirkenden Kräfte werden deshalb als Zugkräfte von den Abstandshaltern 40 aufgenommen.

Eine nicht gezeigte Variante besteht darin, daß der Isolierspalt 39 von einem der Sammelräume 28 oder 30 getrennt wird, wodurch eine Strömung durch den Iso­ lierspalt 39 unterbunden wird, während das Kühlmedium über die Kanäle 20 den Speicherkern durchströmen und auf der gewünschten, niedrigen Temperatur halten kann. Das im Isolierspalt 39 stillstehende Kühlmedium kann sich dagegen erwärmen und so eine unerwünschte Abkühlung des Innenbehälters 14 verhindern.

Eine besonders wirtschaftliche Herstellung des Wärme­ speichers wird erreicht, wenn man den Speicherkern z. B. an einer Vorheizstation auf seine maximal zuläs­ sige Temperatur vorheizt und den Wärmespeicher dann einer Ausheizstation zuführt, wo der Isolierbereich auf die Ausheiztemperatur gebracht und evakuiert wird.

Claims (27)

1. Verfahren zur Herstellung eines Wärmespei­ chers, insbesondere eines Latentwärmespeichers für durch Motorabwärme gespeiste Kraftfahrzeugheizungen, mit einem Gehäuse, das einen Außenbehälter und einen mit Abstand von diesem angeordneten Innenbehälter umfaßt, die zwischen sich einen Isolierbereich ein­ schließen, mit einem im Innenbehälter angeordneten Speicherkern, in dem mindestens eine Kammer für ein Speichermedium durch eine Trennwand von mindestens einem Strömungsweg für einen Wärmeträger getrennt ist, und mit einer Zuflußleitung und einer Abfluß­ leitung für den Wärmeträger, die mit dem Strömungsweg in Verbindung stehen und durch den Isolierbereich nach außen geführt sind, wobei der Isolierbereich nach der mechanischen Fertigstellung des Gehäuses zur Entgasung ausgeheizt und evakuiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausheizung mit einer wesent­ lich über der Betriebstemperatur des Wärmespeichers liegenden Temperatur erfolgt und dabei die Komponen­ ten des Speicherkerns vor temperaturbedingten Schäden geschützt sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest wäh­ rend der Ausheizung der Speicherkern gegenüber dem Isolierbereich wärmeisoliert ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Isolierraum zwischen dem Speicher­ kern und dem Innenbehälter zumindest während der Aus­ heizung des Isolierhereichs mit einem Gas geringer Wärmeleitfähigkeit gefüllt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Isolierraum zwischen dem Speicherkern und dem Innenbehälter zumindest während der Ausheizung des Isolierbereichs evakuiert ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß während der Ausheizung des Isolierbereichs der überhöhte, auf die Trennwände der das Speichermedium enthaltenden Kammern einwirkende Dampfdruck des Speichermediums abgestützt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet , daß während der Ausheizung ein den über­ höhten Dampfdruck des Speichermediums kompensierender statischer Druck in den Strömungswegen im Innenbehäl­ ter aufgebaut wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß während der Ausheizung der Innenbehäl­ ter mit einer Flüssigkeit befüllt wird, deren tempe­ raturabhängiger Dampfdruckverlauf so gewählt ist, daß er den Dampfdruck des Speichermediums während der Ausheizung kompensiert und daß diese Flüssigkeit während der Ausheizung im Innenbehälter hermetisch abgeschlossen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Innenbehälter während der Ausheizung mit Ethylenglykol gefüllt wird.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß während der Ausheizung ein Kühlmedium durch den Strömungsweg geleitet wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9 bei einem Wärmespei­ cher mit einem Isolierspalt, der sich zwischen einer Mantelfläche, die den Speicherkern zwischen zwei Stirn­ flächen umgibt, in denen der durch den Speicherkern führende Strömungsweg ein- bzw. ausmündet, und dem Innenbehälter befindet, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchfluß des Kühlmediums durch den Isolierspalt zwischen den beiden Stirnflächen blockiert wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9 bei einem Wärmespei­ cher mit einem Isolierspalt, der sich zwischen einer Mantelfläche, die den Speicherkern zwischen zwei Stirn­ flächen umgibt, in denen der durch den Speicherkern führende Strömungsweg ein- bzw. ausmündet, und dem Innenbehälter befindet, dadurch gekennzeichnet, daß zu Beginn der Ausheizung das Kühlmedium in den Be­ reich der Betriebstemperatur des Wärmespeichers auf­ geheizt und dann während der Ausheizung in diesem Temperaturbereich gehalten wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherkern zunächst mit einem als Wärmeträger dienenden Strö­ mungsmedium auf die für den Speicherkern maximal zulässige Temperatur vorgeheizt und dann bis zur Beendigung des Ausheizvorgangs auf diesem Tempera­ turniveau gehalten wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Evakuierung des Isolierbereichs mit zeitlicher Verzögerung gegenüber der Vorheizung des Speicherkerns beginnt.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Speicher mit vorgeheiztem Speicher­ kern einer Ausheizstation zugeführt und dort der Isolierbereich ausgeheizt und evakuiert wird.

15. Wärmespeicher zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Gehäuse (10), das einen Außenbehälter (12) und einen mit Abstand von diesem angeordneten Innenbehälter (14) umfaßt, die zwischen sich einen Isolierbereich (36) einschließen, mit einem im Innenbehälter (14) angeordneten Speicherkern (16), in dem mindestens eine Kammer (18) für ein Speichermedium durch eine Trennwand (38) von minde­ stens einem Strömungsweg (20) für einen Wärmeträger getrennt ist, und mit einer Zuflußleitung (32) und einer Abflußleitung (34) für den Wärmeträger, die mit dem Strömungsweg (20) in Verbindung stehen und durch den Isolierbereich (36) nach außen geführt sind dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherkern (16) mit Abstand von der Innenwandung des Innenbehälter (14) gelagert ist.

16. Wärmespeicher nach Anspruch 15, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Raum zwischen dem Innenbehälter (14) und dem Speicherkern (16) als abgeschlossener Isolierraum ausgebildet ist.

17. Wärmespeicher nach Anspruch 15, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Raum zwischen dem Innenbehälter (14) und dem Speicherkern (16) mit dem Strömungsweg (20) in Verbindung steht.

18. Wärmespeicher nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherkern (16) uber Stützelemente (42) aus wärmeisolierendem und im Bereich der Ausheiztemperatur temperaturbeständigem Material am Innenbehälter (14) abgestützt ist.

19. Wärmespeicher nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Zu- und die Ab­ flußleitung (32, 34) in den Innenbehälter (14) mün­ den, in dem an voneinander abgewandten Stirnseiten des Speicherkerns (16), an denen die den Speicherkern (16) durchziehenden Strömungswege (20) ausmünden, jeweils zwischen dem Innenbehälter (14) und dem Spei­ cherkern (16) ein Sammelraum (28, 30) für den Wärme­ träger freigehalten ist.

20. Wärmespeicher in dessen Speicherkern (16) die Kammer für das Speichermedium in eine Anzahl von durch den Strömungsweg für den Wärmeträger voneinan­ der getrennte, von dünnen Trennwänden (38) umschlos­ sene und einen flachen Querschnitt aufweisende Teil­ kammern (18) aufgeteilt ist, deren lange Quer­ schnittsseiten einander zugewandt sind, nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand dieser flachen Querschnittsseiten benach­ barter Teilkammern (18) derart bemessen ist, daß sich diese Querschnittsseiten unter dem Einfluß des den Querschnitt der Teilkammern (18) vergrößernden Dampfdrucks beim Ausheizen aneinander abstützen, bevor die Dehnung der Wände (38) der Teilkammern (18) eine Sicherheitsgrenze überschreitet.

21. Wärmespeicher, in dessen Speicherkern (16) die Kammer für das Speichermedium in eine Anzahl von Teilkammern (18) und der Strömungsweg in eine Anzahl von sich zwischen diesen Teilkammern (18) erstrecken­ de Kanäle (20) unterteilt ist, wobei die Kanäle (20) und die Teilkammern (18) durch dünne Trennwände (38) voneinander getrennt sind, nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwände (38) durch Abstandshalter (40) untereinander ver­ bunden sind.

22. Wärmespeicher nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter (40) zugfest mit den Trennwänden (38) verbunden sind.

23. Wärmespeicher nach einem der Ansprüche 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter (40) in den Kanälen (20) für den Wärmeträger angeord­ net sind.

24. Wärmespeicher nach einem der Ansprüche 15 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherkern (16) von einem Kernmantel (26) umschlossen ist, der am Innenbehälter (14) abgestützt ist.

25. Wärmespeicher nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Kernmantel (26) zwischen zwei Stirnseiten (22, 24), an denen dem Strömungsweg zugehörige Kanäle (20) ausmünden, eine Mantelfläche (35) aufweist, die unter Bildung eines Isolierspalts (39) der Mantelfläche (37) des Innenbehälters (14) gegenüberliegt.

26. Wärmespeicher nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierspalt (39) mit einem mikroporösen Isoliermaterial angefüllt ist.

27. Wärmespeicher nach den Ansprüchen 19 und 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierspalt (39) zumindest mit einem der Sammelräume (28, 30) in Ver­ bindung steht.