DE9005049U1

DE9005049U1 - Latent heat storage

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Publication number: DE9005049U1
Application number: DE9005049U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-05-04
Filing date: 1990-05-04
Publication date: 1991-08-29
Anticipated expiration: 2000-05-05

Description

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Gerd HörmansdörferGerd Hörmansdörfer

Kastanieneck 6 AChestnut Corner 6 A

3167 BURGDORF-BEINHORN 28.04.19903167 BURGDORF-BEINHORN 28.04.1990

LatentwärmespeicherLatent heat storage

Die Erfindung betrifft einen Latentwärmespeicher für die Speicherung thermischer Energie mit speziellen Behältern für das Latentwärmespeichermittel .The invention relates to a latent heat storage device for storing thermal energy with special containers for the latent heat storage medium.

Derartige Speicher für die Speicherung von Wärme oder Kälte sind für die verschiedensten Anwendungsbereiche, z.B. im Haushalt, in der Industrie, in Fernwärmeübergabestationen, oder auch im Kraftfahrzeug vorgesehen, um thermische Zyklen in Heiz- oder Kühlsystemen zu glätten, bzw. thermische Energie in Zeiten des Energieüberangebots zu speichern und in Zeiten des Energiedefizits zeitlich versetzt zur Verfügung zu stellen. Dazu macht man sich den physikalischen Effekt des Phasenübergangs einer Substanz vom festen in den flüssigen Zustand und umgekehrt zu Nutze, weil bei einem solchen Phasenübergang innerhalb eines sehr kleinen Temperaturhubs vergleichsweise hohe Energiemengen aufgenommen und wieder freigesetzt werden.Such storage systems for storing heat or cold are intended for a wide range of applications, e.g. in the home, in industry, in district heating transfer stations, or even in motor vehicles, in order to smooth out thermal cycles in heating or cooling systems, or to store thermal energy in times of excess energy supply and to make it available at a later time in times of energy deficit. To do this, the physical effect of the phase transition of a substance from the solid to the liquid state and vice versa is used, because during such a phase transition, relatively high amounts of energy are absorbed and released again within a very small temperature difference.

Latentwärmespeicher bestehen zumindest aus einem äußeren Gehäuse (Kessel) mit einer thermischen Isolierung, und dem eigentlichen Latentwärmespeichermittel. Gewöhnlich sind die Kessel aus Gründen der Festigkeit, hauptsächlich um ein Ausbeulen unter Druck zu vermeiden, als im wesentlichen zylindrische Hohlkörper mit sogenannten Klöpperböden an den Enden ausgebildet. Für die Einbringung des Latentwärmespeichermittels haben sich zur Zeit zwei wesentliche Gruppen von technischen Möglichkeiten herauskristallisiert. Davon ist die erste die Direkteinbringung (Schüttung) des Latentwärmespeichermittels, und die zweite die Einbringung von mit dem Latentwärmespeichermittel befüllten Behältern.Latent heat storage systems consist of at least an outer casing (boiler) with thermal insulation and the actual latent heat storage medium. For reasons of strength, mainly to avoid bulging under pressure, the boilers are usually designed as essentially cylindrical hollow bodies with so-called dished ends. Two main groups of technical options have currently emerged for the introduction of the latent heat storage medium. The first of these is the direct introduction (filling) of the latent heat storage medium and the second is the introduction of containers filled with the latent heat storage medium.

Auf die Einzelheiten direkt befüllter Latentwärmespeicher soll hier nicht weiter eingegangen werden, weil der Gegenstand der Erfindung zur zweiten Gruppe gehört. In dieser zweiten Gruppe wird das Latentwärmespeichermittel zunächst in einzelne Behälter gefüllt, und diese Behälter in den Kessel eingebracht. Dabei muß sichergestellt sein, daß zwischen den einzelnen Behältern Zwischenräume verbleiben, durch welche das flüssige Wärmetauschermedium hindurchströmen kann, um über die Oberfläche der Behälter thermische Energie an das Latentwärmespeichermittel abzugeben oder von diesem aufzunehmen. Es wurden bereits zahlreiche Geometrien der einzelnen Behälter vorgeschlagen und realisiert, welche im wesentlichen den drei Untergruppen Kugel-, Rohr- oderThe details of directly filled latent heat storage devices will not be discussed here, because the subject matter of the invention belongs to the second group. In this second group, the latent heat storage medium is first filled into individual containers and these containers are placed in the boiler. It must be ensured that gaps remain between the individual containers through which the liquid heat exchange medium can flow in order to release thermal energy to the latent heat storage medium via the surface of the container or to absorb it from it. Numerous geometries of the individual containers have already been proposed and implemented, which essentially belong to the three subgroups of spherical, tubular or

Plattengeometrie zuzurechnen sind.plate geometry.

Latentwärmespeicher mit Behältern in Kugelform für das Latentwärmespeichermittel haben verschiedene Nachteile. Diese bestehen zunächst darin, daß eine Kugel bekanntlich die kleinste Oberfläche aller Körper besitzt, wodurch bei gegebenem Volumen eine relativ kleine Oberfläche für den Wärmetausch zur Verfügung steht. Dem kann man durch eine Vielzahl sehr kleiner Kugeln begegnen, was jedoch aufgrund der hohen Zahl der Kugeln und der für jede Kugel erforderlichen separaten Befüllung mit dem Latentwärmespeichermittel und anschließenden Versiegelung zu hohen Kosten führt. Nachteilig ist ferner der verhältnismäßig schlechte Füllgrad des Kessels, welcher in der Regel nur etwa 65% erreicht, ferner die Länge der Wegstrecke vom Kugelmittelpunkt zur Oberfläche, welche dem Wärmestrom hinderlich ist, sowie die bei der Kugelgeometrie vorhandene Luftblase im Behälter, welche erforderlich ist, um eine Oberdehnung der Wandung bei Volumenänderungen des Latentwärmespeichermittels zu vermeiden.Latent heat storage systems with spherical containers for the latent heat storage medium have various disadvantages. These are first of all that a sphere is known to have the smallest surface area of all bodies, which means that for a given volume a relatively small surface area is available for heat exchange. This can be counteracted by using a large number of very small spheres, but this leads to high costs due to the large number of spheres and the separate filling of each sphere with the latent heat storage medium and subsequent sealing. Another disadvantage is the relatively poor filling level of the vessel, which usually only reaches around 65%, the length of the path from the center of the sphere to the surface, which hinders the heat flow, and the air bubble in the container that is present in the spherical geometry, which is necessary to avoid excessive expansion of the wall when the volume of the latent heat storage medium changes.

Behälter in Rohrform weisen im Prinzip die gleichen Nachteile auf wie solche in Kugelform, obwohl hier Verbesserungen durch Abflachen der Rohrform erzielbar sind.Tubular containers have in principle the same disadvantages as spherical containers, although improvements can be achieved by flattening the tubular shape.

Behälter in Plattenform bieten die besten Voraussetzungen für die Schaffung großer Oberflächen und kurzer Fließwege des Wärmestroms innerhalb des eingefüllten Latentwärmespeichermittels zu diesen Oberflächen. Dadurch ist eine hohe Dynamik des Wärmeaustausches erzielbar.Plate-shaped containers offer the best conditions for creating large surfaces and short flow paths of the heat flow within the latent heat storage medium to these surfaces. This enables a high level of heat exchange dynamics to be achieved.

Ein Latentwärmespeicher mit Behältern in einer derartigen Plattenform ist aus einer Presseinformation des Volkswagenwerkes bekannt. Er ist für die Vorwärmung des Kraftfahrzeugs vorgesehen. In der gezeigten Ausführung haben die Behälter eine flache rechteckige Form und sind achsenparallel in das Gehäuse eingebaut. Dadurch ist es erforderlich, eine Reihe verschieden großer Behälter zu verwenden, weil aufgrund des runden Gehäusequerschnitts das zur Verfügung stehende Einbaumaß von der Mitte nach außen hin um den Faktor Sinus zu Cosinus abnimmt. Um eine Durchströmung der zwischen den Behältern gebildeten Zwischenräume in Längsrichtung zu verwirklichen, muß zwischen den Behältern Platz für eine Zuführungsleitung geschaffen werden, wodurch eine zusätzliche Variation der Behältergroße erforderlich ist. Diese verschieden großen Behälter erschweren die Montage und verteuern die Herstellung und Lagerhaltung. Besonders für größere Latentwärmespeicher, wie sie z.B. im Bereich der Gebäudeheizung Verwendung finden, ist eine derartige Ausführung nicht akzeptabel.A latent heat storage device with containers in such a plate shape is known from a press release from the Volkswagen factory. It is intended for preheating the vehicle. In the design shown, the containers have a flat rectangular shape and are installed in the housing parallel to the axis. This means that a series of containers of different sizes must be used because, due to the round cross-section of the housing, the available installation dimensions decrease from the center outwards by a factor of sine to cosine. In order to achieve a flow through the spaces formed between the containers in the longitudinal direction, space must be created between the containers for a supply line, which requires an additional variation in the container size. These containers of different sizes make assembly more difficult and make production and storage more expensive. This type of design is not acceptable, especially for larger latent heat storage devices, such as those used in building heating.

Es bestand daher die Aufgabe zur Schaffung eines Latentwärmespeichers mit einem hohen Füllgrad und möglichst günstigen Wärmeübertragungseigenschaften, welcher zu außerordentlich niedrigen Kosten herstellbar sein sollte.The task was therefore to create a latent heat storage device with a high filling level and the best possible heat transfer properties, which could be manufactured at extremely low costs.

Die beschriebene Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß ein Latentwärmespeicher mit speziellen scheibenförmigen Behältern vorgeschlagen wird. Danach besteht der Kessel des Latent-The described object is achieved according to the invention by proposing a latent heat storage device with special disc-shaped containers. The boiler of the latent heat storage device consists of

wärmespeichers aus einem im wesentlichen zylindrischen Gehäuse mit kreisförmigem Querschnitt, welches die mit dem Latentwärmespeichermittel befüllten Behälter in spezieller Scheibenform enthält, wobei der Kessel von einem flüssigen Wärmetauschermedium (z.B. Wasser) durchströmbar ist, um den Oberflächen der Behälter thermische Energie zuzuführen, bzw. von diesen abzuführen. Dabei sind die einzelnen Behälter innerhalb des Kessels so angeordnet, daß ihre Scheibenflächen im wesentlichen parallel zur Ebene eines radialen Kesselschnitts liegen. Die Außendurchmesser der Behälter entsprechen im wesentlichen dem Innendurchmesser des Kessels. Die Behälter sind so aufeinander gestapelt, bzw. aneinander gereiht, daß zwischen ihren Scheibenflächen jeweils Abstände in Form schmaler Spalte als Strömungswege für das Wärmetauschermedium gebildet sind. Erfindungsgemäß werden diese Abstände wahlweise mittels durchströmbarer Abstandshalter, wie z.B. Maschendraht oder Streckmetall, oder entsprechend in die Behälteroberflächen integrierte Erhebungen verwirklicht. Nach weiterer Erfindung sind die Oberflächen der Behälter so strukturiert, z.B. mit Noppen, Rillen, Sicken, oder dergleichen, daß in dem jeweils zwischen zwei Behältern gebildeten Strömungsweg eine turbulente Strömung des Wärmetauschermediums erzwungen wird.heat storage device consisting of an essentially cylindrical housing with a circular cross-section, which contains the containers filled with the latent heat storage medium in a special disc shape, wherein a liquid heat exchange medium (e.g. water) can flow through the boiler in order to supply thermal energy to the surfaces of the containers or to remove it from them. The individual containers are arranged within the boiler in such a way that their disc surfaces are essentially parallel to the plane of a radial boiler section. The outer diameters of the containers correspond essentially to the inner diameter of the boiler. The containers are stacked on top of one another or lined up in such a way that spaces in the form of narrow gaps are formed between their disc surfaces as flow paths for the heat exchange medium. According to the invention, these distances are optionally realized by means of flow-through spacers, such as wire mesh or expanded metal, or corresponding elevations integrated into the container surfaces. According to a further invention, the surfaces of the containers are structured in such a way, e.g. with knobs, grooves, beads or the like, that a turbulent flow of the heat exchange medium is forced in the flow path formed between two containers.

Die Behälter sind mechanisch so ausgelegt, daß ihre Scheibenflächen membranartig bewegbar sind, um so elastisch auf etwaige Volumenänderungen des Latentwärmespeichermittels zu reagieren. Dadurch sind die Behälter zu 100% befüllbar, wodurch sowohl eine totale Volumenausnutzung als auch eine vollständige thermische Ankopplung ohne störende Luftblase gegeben ist. Eine Volumenveränderung des Latentwärmespeichermittels führt daher zu einer Dikkenänderung des Behälters. Diese Dickenveränderung wird erfindungsgemäß entweder dadurch beherrscht, daß die einzelnen Behälter schwimmend im Kessel gelagert sind, sodaß sich entsprechend eine völlig unschädliche Zu- oder Abnahme der gesamten Stapelhöhe ergibt, oder durch Einbringen einer definierten Menge des Latentwärmespeichermittels in die Behälter, wobei diese Menge so mit dem Volumen des jeweiligen Behälters abgestimmt ist, daß im Zustand der größten Volumenausdehnung des Latentwärmespeichermittels die jeweiligen Scheibenflächen der Behälter parallel zueinander liegen, bzw. im Zustand der größten Volumenkontraktion des Latentwärmespeichermittels leicht konkav durchgebogen sind.The containers are mechanically designed in such a way that their disk surfaces can move like a membrane in order to react elastically to any changes in the volume of the latent heat storage medium. This means that the containers can be filled to 100%, which means that both total volume utilization and complete thermal coupling without any disruptive air bubbles are ensured. A change in the volume of the latent heat storage medium therefore leads to a change in the thickness of the container. According to the invention, this change in thickness is controlled either by the individual containers being stored floating in the boiler, so that a completely harmless increase or decrease in the total stack height results, or by introducing a defined amount of the latent heat storage medium into the containers, whereby this amount is coordinated with the volume of the respective container so that in the state of the greatest volume expansion of the latent heat storage medium, the respective disk surfaces of the containers lie parallel to one another, or are slightly concavely bent in the state of the greatest volume contraction of the latent heat storage medium.

In der Praxis wird eine Behälterdicke von wenigen Millimetern bis zu wenigen Zentimetern günstig sein, je nach Größe des Latentwärmespeichers und der angestebten dynamischen Eigenschaften. Wird der Latentwärmespeicher stehend aufgestellt, so daß die einzelnen Behälter horizontal zu liegen kommen, so ist in Verbindung mit einer relativ dünnen Behälterdimensionierung sogar die Rekristallisation inkongruent oder peritektisch schmelzender Latentwärmespeichermittel gut zu beherrschen.In practice, a container thickness of a few millimeters to a few centimeters will be advantageous, depending on the size of the latent heat storage device and the desired dynamic properties. If the latent heat storage device is set up vertically so that the individual containers lie horizontally, then in conjunction with a relatively thin container dimension, even the recrystallization of incongruently or peritectically melting latent heat storage media can be easily controlled.

Mit der Erfindung wird weiter vorgeschlagen, die Behälter wahlweise aus Blech zu fertigen oder aus einem mehrschichtigen Kunststoff blaszuformen. Die mehrschichtige, mindestens jedoch zweischichtige Wandung aus Kunststoff ist so aufgebaut, daß die äußere Schicht resistent ist gegen das Wärmeträgermedium, z.B. heißesThe invention further proposes that the containers be made either from sheet metal or blow-molded from a multi-layer plastic. The multi-layer, but at least two-layer, plastic wall is constructed in such a way that the outer layer is resistant to the heat transfer medium, e.g. hot

Wasser, und die innere gegen das Latentwärmespeichermittel. Eine oder beide der Schichten, bzw. eine dritte oder weitere dazwischen liegende Schichten erfüllen die Aufgabe einer Diffusionssperre gegen Wasser und/oder Kohlendioxid. water, and the inner one against the latent heat storage medium. One or both of the layers, or a third or further layers in between, fulfill the function of a diffusion barrier against water and/or carbon dioxide.

Nach weiterer Erfindung werden für die Durchströmung des Latentwärmespeichers und seiner Behälter zwei verschiedene Versionen angeboten. Dabei sind in der ersten Version die Oberflächen der Behälter innerhalb des Strömungsweges des Wärmetauschermediums in Reihe, in der zweiten Version in Serie geschaltet.According to a further invention, two different versions are offered for the flow through the latent heat storage unit and its containers. In the first version, the surfaces of the containers are connected in series within the flow path of the heat exchange medium, in the second version they are connected in series.

Die Reihenschaltung mit einem mäanderförmig durch den Behälterstapel führenden Strömungsweg wird erfindungsgemäß dadurch realisiert, daß der Umfang der Behälter gegenüber der inneren Wandung des Kessels in einem Teilsegment von mindestens 180°, vorzugsweise mindestens 220°, gegen Durchtritt des Wärmetauschermediums abgedichtet ist, und/oder die Behälter an ihrem Umfang in einem Teilsegment, welches kleiner ist als 180°, vorzugsweise kleiner als 140°, außen entweder axial durchbrochen sind oder vorzugsweise von der Kreisform nach innen so abweichen, daß in diesem Teilsegment gegenüber der Wandung des Kessels ein Durchlaß für das Wärmetauschermedium gebildet ist, wobei der Durchlaß der abgedichteten Seite gegenüberliegt. Gleichzeitig sind die einzelnen Behälter mit dem jeweils an ihnen gebildeten Durchlaß, bzw. ihrem gegenüber der Wandung des Gehäuses abgedichteten Bereich in dem Gehäuse wechselweise um 180° derart verdreht aufeinander gestapelt, bzw. aneinander gereiht, daß so ein mäanderförmiger Strömungsweg für das flüssige Wärmetauschermedium gebildet ist.The series connection with a meandering flow path through the container stack is realized according to the invention in that the circumference of the containers is sealed against the passage of the heat exchange medium in a partial segment of at least 180°, preferably at least 220°, relative to the inner wall of the boiler, and/or the containers are either axially perforated on the outside at their circumference in a partial segment which is smaller than 180°, preferably smaller than 140°, or preferably deviate from the circular shape inwards in such a way that a passage for the heat exchange medium is formed in this partial segment opposite the wall of the boiler, the passage being opposite the sealed side. At the same time, the individual containers with the passage formed on them or their area sealed against the wall of the housing are alternately stacked on top of one another in the housing, rotated by 180°, or lined up in a row, so that a meandering flow path is formed for the liquid heat exchange medium.

Die Serienschaltung mit mehreren parallel durch den Behälterstapel führenden Strömungswegen wird nach der Erfindung dadurch realisiert, daß der Umfang der Behälter gegenüber der Wandung des Kessels in zwei einander gegenüber liegenden Teilsegmenten von mindestens 40°, vorzugsweise mindestens 80°, gegen Durchtritt des flüssigen Wärmetauschermediums abgedichtet ist, und/oder die Behälter an ihrem Umfang in zwei einander gegenüber liegenden Teilsegmenten, welche jeweils kleiner sind als 140°, vorzugsweise kleiner als 100°, entweder axial durchbrochen sind, oder vorzugsweise von der Kreisform nach innen so abweichen, daß in diesen Teilsegmenten gegenüber der inneren Wandung des Kessels jeweils ein Durchlaß für das Wärmetauschermedium gebildet ist, wobei die Durchlässe gegenüber den abgedichteten Bereichen um 90° verdreht angeordnet sind. Die einzelnen Behälter sind mit den jeweils zwei an ihnen gebildeten Durchlässen, bzw. abgedichteten Segmenten im wesentlichen deckungsgleich aufeinander gestapelt, bzw. aneinander gereiht, so daß für das Wärmetauschermedium zwei durchlaufende und parallel zur Gehäuseachse liegende Kanäle geschaffen sind. Die von diesen beiden Kanälen abzweigenden und die beiden Kanäle gleichzeitig parallel verbindenden Strömungswege sind durch die zwischen den Behältern vorhandenen Abstände gebildet. Vorzugsweise ist innerhalb des Kessels am oder vor dem ersten und am oder nach dem letzten der aufeinander gestapelten bzw. aneinander gereihten Behälter jeweils eine im wesentlichen halbseitig wirkende Strömungsblende bzw. Strömungssperre um 180° versetzt eingebaut, um eine Durchströmung in der sogenannten "Tichelmann-Schaltung"The series connection with several parallel flow paths through the container stack is realized according to the invention in that the circumference of the container is sealed against the passage of the liquid heat exchange medium in two opposing partial segments of at least 40°, preferably at least 80°, from the wall of the boiler, and/or the containers are either axially perforated on their circumference in two opposing partial segments, each of which is smaller than 140°, preferably smaller than 100°, or preferably deviate from the circular shape inwards in such a way that a passage for the heat exchange medium is formed in each of these partial segments opposite the inner wall of the boiler, the passages being arranged rotated by 90° from the sealed areas. The individual containers are stacked on top of one another with the two passages or sealed segments formed on them, or lined up in a row, so that two continuous channels are created for the heat exchange medium, parallel to the housing axis. The flow paths branching off from these two channels and simultaneously connecting the two channels in parallel are formed by the distances between the containers. Preferably, a flow orifice or flow barrier that essentially acts on one side is installed within the boiler on or before the first and on or after the last of the stacked or lined up containers, offset by 180°, in order to ensure flow in the so-called "Tichelmann circuit".

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zu erzielen. Besonders vorteilhaft ist der vorgeschlagene Einbau mindestens eines Rohres in einen der beiden Kanäle, um z.B. das Wärmetauschermedium am Ende des einen Kanals zu entnehmen und am Anfang des anderen Kanals zuzuführen, weil so die Anschlußstutzen an der gleichen Seite des Kessels liegen und gleichzeitig ein Fließschema nach "Tichelmann" gebildet ist. Bei vertikaler Aufstellung des Kessels ist nach der Erfindung vorgesehen, die Anschlußstutzen unten anzubringen und über das mindestens eine zusätzlich eingebaute Rohr das erwärmte und zum Verbraucher fliessende Wärmetauschermedium aus dem oberen Bereich des Kessels wegzuführen, um so die zwar geringe, aber trotzdem vorhandene Temperaturschichtung auszunutzen und eine Konvektion des Wärmetauschermediums im Stillstand möglichst zu unterbinden. Zu diesem Zweck ist das Rohr zusätzlich thermisch isoliert, z.B. mit einem Kunststoffmantel, bzw. gänzlich z.B. aus Kunststoff hergestellt.to achieve this. The proposed installation of at least one pipe in one of the two channels is particularly advantageous, for example to remove the heat exchange medium at the end of one channel and to supply it at the beginning of the other channel, because in this way the connection pieces are on the same side of the boiler and at the same time a flow diagram according to "Tichelmann" is formed. If the boiler is installed vertically, the invention provides for the connection pieces to be attached at the bottom and for the heated heat exchange medium flowing to the consumer to be led away from the upper area of the boiler via the at least one additionally installed pipe, in order to exploit the slight but nevertheless existing temperature stratification and to prevent convection of the heat exchange medium when the boiler is at a standstill as far as possible. For this purpose, the pipe is additionally thermally insulated, e.g. with a plastic jacket, or made entirely of plastic, for example.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, den je nach Ausführungsform jeweils einzigen, bzw. die beiden an den Behältern aufgrund des von der Kreisform nach innen abweichenden Randes gebildeten Durchlässe in ihrem mittleren Bereich größer und an ihren beiden Seiten schmaler zu gestalten, z.B. in Form einer Sichel oder eines Kreisabschnitts, um dem durchströmenden Wärmetauschermedium an den Seiten einen größeren Strömungswiderstand entgegenzusetzen als in der Mitte. Durch diese Maßnahme wird eine stärkere Strömungsbeaufschlagung der Behältermitte erreicht, wodurch eine insgesamt gleichmäßigere Wärmeabgabe vom Behälter an das Wärmetauschermedium erfolgt.In a further embodiment of the invention, it is proposed that the single or two passages formed on the containers, depending on the design, due to the edge deviating inwards from the circular shape, be made larger in their middle area and narrower on both sides, e.g. in the form of a sickle or a circular section, in order to provide the heat exchange medium flowing through with a greater flow resistance on the sides than in the middle. This measure achieves a stronger flow impact on the center of the container, which results in a more even heat transfer from the container to the heat exchange medium.

Eine weitere Ausgestaltung betrifft die Anbringung der Befüllstutzen für die Befüllung der Behälter mit dem Latentwärmespeichermedium. Es wird vorgeschlagen, den jeweiligen Befüllstutzen im Bereich der einen, bzw. einer der beiden am Behälterrand vorhandenen Ausnehmungen vorzugsweise mittig und radial nach außen zeigend so anzubringen und in seiner Länge abzustimmen, daß seine Stirnseite im wesentlichen mit dem ansonsten vom Behälter gebildeten Kreisdurchmesser übereinfällt. Auf diese Weise übernimmt der Befüllstutzen gleichzeitig die Funktion eines radialen Abstandshalters und unterstützt die Verhinderung lateraler Bewegungen des Behälters gegenüber der inneren Kesselwand.A further embodiment concerns the attachment of the filling nozzles for filling the containers with the latent heat storage medium. It is proposed that the respective filling nozzles be attached in the area of one or one of the two recesses on the container edge, preferably centrally and pointing radially outwards, and that their length be adjusted so that their front side essentially coincides with the diameter of the circle otherwise formed by the container. In this way, the filling nozzle simultaneously takes on the function of a radial spacer and helps prevent lateral movements of the container relative to the inner boiler wall.

Für die mäanderformig durchströmte Version des Latentwärmespeichers wird für die Anbringung des Befüllstutzens zusätzlich eine Variante angeboten, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß der Befüllstutzen an der der Ausnehmung gegenüberliegenden Seite des Behälters axial liegend angebracht ist, wobei seine überstehende Länge nicht größer ist als die Summe aus der Dicke des Behälters und dem zweifachen Abstand zwischen den Behältern, und sein Durchmesser nicht größer ist als die Breite des mittels der Ausnehmung gebildeten Durchlasses. Mit dieser technischen Lösung wird die Stapelfähigkeit der Behälter sichergestellt.For the meandering flow version of the latent heat storage device, an additional variant is offered for attaching the filling nozzle, which is characterized in that the filling nozzle is attached axially on the side of the container opposite the recess, with its protruding length not being greater than the sum of the thickness of the container and twice the distance between the containers, and its diameter not being greater than the width of the passage formed by the recess. This technical solution ensures that the containers can be stacked.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den verschiedenen Unteransprüchen zu entnehmen.Further embodiments of the invention can be found in the various subclaims.

Mit der Erfindung wird somit ein Latentwärmespeicher mit insge-The invention thus provides a latent heat storage device with a total

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samt nahezu optimalen Eigenschaften zur Verfügung gestellt. Der effektive Befüllgrad des Gesamtsystems mit dem Latentwärmespeichermittel ist sehr hoch, so daß eine sehr hohe Speicherkapazität realisiert ist. Die für den Wärmetausch zur Verfügung stehende Oberfläche ist sehr groß, wodurch eine sehr hohe dynamische Speicherleistung erzielbar ist. Die einzelnen Behälter für das Latentwärmespeichermittel sind formgleich, so daß sie in größeren Stückzahlen zu reduzierten Kosten herstellbar sind.with almost optimal properties. The effective filling level of the entire system with the latent heat storage medium is very high, so that a very high storage capacity is achieved. The surface available for heat exchange is very large, which means that a very high dynamic storage capacity can be achieved. The individual containers for the latent heat storage medium are of the same shape, so that they can be manufactured in larger quantities at reduced costs.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand der vier schematischen Zeichnungsfiguren näher erläutert werden. Dabei ist zu berücksichtigen, daß die dargestellten Dimensionen lediglich aus Gründen der Übersichtlichkeit gewählt wurden, also nicht unbedingt einer praktischen Ausführung entsprechen. Figur 1 zeigt ein radiales Schnittbild durch einen erfindungsgemäßen Latentwärmespeicher, welcher ein mäanderförmiges Strömungsschema besitzt. Der gleiche Latentwärmespeicher ist in Figur 2 als abgebrochener Axialschnitt gezeigt. In Figur 3 ist ein radiales Schnittbild durch einen erfindungsgemäßen Latentwärmespeicher gezeigt, welcher für eine Durchströmung in Serienschaltung ausgelegt ist. Dieser Latentwärmespeicher wird in Figur 4 in einem vollständigen axialen Schnittbild gezeigt.The invention will be explained in more detail below using the four schematic drawings. It should be noted that the dimensions shown were chosen purely for reasons of clarity and therefore do not necessarily correspond to a practical design. Figure 1 shows a radial sectional view through a latent heat accumulator according to the invention, which has a meandering flow pattern. The same latent heat accumulator is shown in Figure 2 as a broken-off axial section. Figure 3 shows a radial sectional view through a latent heat accumulator according to the invention, which is designed for flow in series. This latent heat accumulator is shown in Figure 4 in a complete axial sectional view.

Der in Figur 1 dargestellte Radialschnitt zeigt einen Kessel (1) mit kreisförmigem Querschnitt, welcher mit einer thermischen Isolation (2) ummantelt ist. Es ist ein Behälter (3) für das Latentwärmespeichermittel eingelegt, welcher an seinem Rand in einem Teilsegment mittels einer Dichtung (4) gegenüber der Wand des Kessels abgedichtet ist. Der Behälter ist an der dem abgedichteten Teilsegment gegenüberliegenden Seite von seiner Kreisform nach innen abweichend gestaltet, so daß zwischen seinem Rand und der Wand des Kessels ein Durchlaß (5) für das flüssige Wärmetauschermedium gebildet ist. Der Befüllstutzen (6) ist radial nach außen zeigend so angeordnet, daß er als lateraler Abstandshalter wirkt.The radial section shown in Figure 1 shows a boiler (1) with a circular cross-section, which is covered with thermal insulation (2). A container (3) for the latent heat storage medium is inserted, which is sealed at its edge in a sub-segment by means of a seal (4) against the wall of the boiler. The container is designed to deviate from its circular shape inwards on the side opposite the sealed sub-segment, so that a passage (5) for the liquid heat exchange medium is formed between its edge and the wall of the boiler. The filling nozzle (6) is arranged pointing radially outwards so that it acts as a lateral spacer.

Figur 2 zeigt den gleichen Latentwärmespeicher in einer oben und unten abgebrochenen Darstellung als Axialschnitt. In den Kessel (1) sind drei Behälter (3) für das Latentwärmespeichermittel (7) eingezeichnet, wobei aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit sowohl jeweils der Befüllstutzen (6), als auch die nach der Erfindung vorhandenen Mittel zur Abstandshaltung zwischen den Behältern weggelassen wurden. Die Behälter sind jeweils um 180° gegeneinander verdreht eingestapelt, um einen mäanderformigen Strömungsweg für das flüssige Wärmetauschermedium zu bewirken.Figure 2 shows the same latent heat storage device in an axial section, broken off at the top and bottom. Three containers (3) for the latent heat storage medium (7) are shown in the boiler (1), whereby for the sake of clarity, both the filling nozzle (6) and the means for maintaining a distance between the containers provided according to the invention have been omitted. The containers are each stacked rotated by 180° relative to one another in order to create a meandering flow path for the liquid heat exchange medium.

In Figur 3 ist der Radialschnitt durch einen Latentwärmespeicher dargestellt, welcher eine Serienschaltung der Strömungswege für das flüssige Wärmetauschermedium besitzt. In den Kessel (8) mit der thermischen Isolierung (9) ist ein Behälter (10) für das Latentwärmespeichermittel eingelegt, welcher an seinem Rand in zwei einander gegenüberliegenden Teilsegmenten gegen die Wand des Kessels jeweils mittels einer Dichtung (11,12) abgedichtet ist. Die Randung des Behälters ist an zwei einander gegenüberliegenden Teilsegmenten ausgenommen, um so zwischen der Randung des Behäl-Figure 3 shows a radial section through a latent heat storage device, which has a series connection of the flow paths for the liquid heat exchange medium. A container (10) for the latent heat storage medium is inserted into the boiler (8) with the thermal insulation (9), which is sealed at its edge in two opposing partial segments against the wall of the boiler by means of a seal (11, 12). The edge of the container is recessed in two opposing partial segments in order to create a space between the edge of the container.

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ters und der Wand des Kessels jeweils einen Durchlass (13,14) für das flüssige Wärmetauschermedium zu bilden. Dabei sind die ausgenommenen Teilsegmente gegenüber den abgedichteten Teilsegmenten um 90° verdreht angeordnet. In dem einen Durchlaß (13) ist ein Rohr (15) verlegt, in dem anderen Durchlaß (14) ist der Befüllstutzen (16) radial nach außen zeigend angebracht.ter and the wall of the boiler to form a passage (13, 14) for the liquid heat exchange medium. The recessed sub-segments are rotated by 90° compared to the sealed sub-segments. A pipe (15) is laid in one passage (13), and the filling nozzle (16) is attached in the other passage (14) pointing radially outwards.

Figur 4 zeigt den vorstehend beschriebenen Latentwärmespeicher in vertikaler Aufstellung in einem vereinfachten Axialschnitt, wobei sowohl die Mittel zur Abstandshaltung zwischen den Behältern als auch die jeweiligen Befüllstutzen der Behälter aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen wurden. Ferner wurden statt der üblicherweise vier vorhandenen lediglich zwei Anschlußstutzen eingezeichnet, wie sie z.B. bei Latentwärmespeichern für das Kraftfahrzeug ausreichend sind. Die gestaltgleichen Behälter (10,10 A, 10 B, usw.) sind innerhalb des Kessels (8) deckungsgleich mit Abständen übereinander gestapelt, wodurch zwei Kanäle (17,18) geschaffen sind, welche über die zwischen den Behältern gebildeten Spalten miteinander in Verbindung stehen. Zwischen dem untersten, bzw. obersten Behälter und der Wand des Kessels ist jeweils eine Strömungsblende (19,20) eingebaut, um einen Kurzschluß der Strömung zu unterbinden. Je nach Erfordernis kann es vorteilhafter sein, anstelle der Strömungsblende eine vollständige Strömungssperre einzubauen, wobei vorteilhaft z.B. die untere fest und die obere schwimmend eingebaut ist, und die untere Strömungssperre gleichzeitig als Sockel zum Auflegen der Behälter dient. Die AnAnschlüsse (21,22) des Latentwärmespeichers sind nach unten ververlegt, um sowohl Wärmeverluste durch Störstellen des thermisch isolierenden Mantels, als auch Konvektionsverluste zu minimieren. Der Anschluß (21) für die Abfuhr des erwärmten Wärmetauschermediums zum Verbraucher ist nach oben mittels eines Rohres (15) verlängert, um eine Durchströmung des gesamten Systems gemäß einer "Tichelmann-Schaltung" zu verwirklichen. Das Rohr ist aufgebrochen eingezeichnet, um die vorgeschlagene Strömungsrichtung (25) des Wärmetauschermediums zeigen zu können. Das entsprechende Fließschema durch das gesamte Systems ist mittels kleiner Pfeile eingetragen. Zusätzlich sind zwei Füße (23,24) für die vertikale Aufstellung des Latentwärmespeichers schematisch dargestellt.Figure 4 shows the latent heat storage unit described above in a vertical arrangement in a simplified axial section, whereby both the means for maintaining the distance between the containers and the respective filling nozzles of the containers have been omitted for reasons of clarity. Furthermore, instead of the four that are usually present, only two connection nozzles have been drawn in, as are sufficient for latent heat storage units for motor vehicles, for example. The containers (10, 10 A, 10 B, etc.) of the same shape are stacked on top of one another within the tank (8) so that they are congruent with one another and spaced apart, creating two channels (17, 18) that are connected to one another via the gaps formed between the containers. A flow baffle (19, 20) is installed between the lowest or uppermost container and the wall of the tank in order to prevent a short circuit in the flow. Depending on the requirements, it may be more advantageous to install a complete flow barrier instead of the flow screen, whereby it is advantageous, for example, for the lower one to be installed fixed and the upper one to be installed floating, and the lower flow barrier also serves as a base for the containers to be placed on. The connections (21, 22) of the latent heat storage unit are laid downwards in order to minimize heat losses due to defects in the thermally insulating jacket as well as convection losses. The connection (21) for the discharge of the heated heat exchange medium to the consumer is extended upwards by means of a pipe (15) in order to achieve a flow through the entire system according to a "Tichelmann circuit". The pipe is shown broken open in order to be able to show the proposed flow direction (25) of the heat exchange medium. The corresponding flow diagram through the entire system is shown using small arrows. In addition, two feet (23,24) for the vertical installation of the latent heat storage unit are shown schematically.

Claims

ghl824 Gerd Hörmansdörfer Kastanieneck 6 A 3167 BURGDORF-BEINHORN 06.07.1990 Latent heat storage claims

1. Latent heat storage device for storing thermal energy, comprising a substantially cylindrical boiler with a circular cross-section, which contains containers in plate form filled with a latent heat storage medium, wherein a heat exchange medium can flow through the boiler in order to supply thermal energy to the surfaces of the containers or to remove thermal energy from them, characterized in that the containers have a substantially disc shape.

2. Latent heat storage device according to claim 1, characterized in that the containers are arranged within the boiler such that their disc surfaces lie substantially parallel to the plane of a radial boiler section.

3. Latent heat storage device according to claim 1 or 2, characterized in that the outer diameter of the container corresponds substantially to the inner diameter of the boiler.

4. Latent heat storage device according to claim 3, characterized in that the circumference of the container is sealed against the wall of the boiler in a partial segment of at least 180°, preferably at least 220°, against passage of the heat exchange medium.

5. Latent heat storage device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the containers are either axially perforated on the outside or preferably deviate from the circular shape inwards in a partial segment which is smaller than 180°, preferably smaller than 140°, on their circumference in such a way that a passage for the heat exchange medium is formed in this partial segment opposite the wall of the boiler.

6. Latent heat storage device according to claims 4 and 5, characterized in that the sealed partial segment of the individual containers is offset by 180° in the circular direction with respect to the perforated or recessed partial segment.

7. Latent heat storage device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the filling nozzle for filling the container with the latent heat storage medium is mounted axially on the side opposite the passage,

whereby its projecting length is not greater than the sum of the thickness of the container and twice the distance between the containers, or its diameter is not greater than the width of the passage.

8. Latent heat storage device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the individual containers with the passage formed in each case in the housing are alternately stacked or lined up one on top of the other rotated by 180° in such a way that a meandering flow path is formed for the heat exchange medium.

9. Latent heat storage device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the circumference of the container is sealed against the wall of the boiler in two mutually opposite partial segments of at least 40°, preferably at least 80°, against passage of the heat exchange medium.

10. Latent heat storage device according to one of claims 1 to 3 or 9, characterized in that the containers are either axially perforated on their circumference in two mutually opposite partial segments, each of which is smaller than 140°, preferably smaller than 100°, or preferably deviate inwards from the circular shape in such a way that a passage for the heat exchange medium is formed in each of these partial segments opposite the wall of the boiler.

11. Latent heat storage device according to claims 9 and 10, characterized in that the two sealed sub-segments on the individual containers are offset by 90° from the two perforated or recessed sub-segments.

12. Latent heat storage device according to one or more of claims 1 to 3 or 9 to 11, characterized in that the individual containers with the two passages formed on them are stacked or lined up one on top of the other in a substantially congruent manner, so that two continuous channels lying parallel to the boiler axis with branches to the gaps formed between the containers due to their spacing are present for the heat exchange medium.

13. Latent heat storage device according to claim 12, characterized in that within the boiler, in front of the first and after the last of the containers stacked on top of one another or arranged in a row, a flow baffle or flow barrier which essentially acts on one side or the other is installed in such a way that a transverse flow through the flow paths formed between the containers is forced.

14. Latent heat storage device according to claims 12 and/or 13, characterized in that the inflow of the heat exchange medium is placed at the beginning of one of the two continuous channels and the outflow at the end of the other channel in order to realize a flow through the entire system according to a "Tichelmann circuit".

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15. Latent heat storage device according to one or more of claims 9 to 14, characterized in that at least one pipe is laid in one of the continuous channels for the purpose of supplying or removing the heat exchange medium, preferably in order to realize a so-called "Tichelmann circuit".

16. Latent heat storage device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the one or the two passages formed on the containers due to the edge deviating inwards from the circular shape are larger in their central region and narrower on both sides, and have, for example, the shape of a sickle or a circular section in order to oppose a greater flow resistance to the heat exchange medium flowing through at the sides than in the middle.

17. Latent heat storage device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the filling nozzle for filling the container with the latent heat storage medium is mounted in the region of one or both of the passages, preferably centrally and pointing radially outwards, and is adjusted in length in such a way that its front side rests against the inner wall of the housing in the installed state and thus simultaneously serves as a radial spacer.

18. Latent heat storage device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the distance between the individual containers is achieved by means of a raised edge of the containers.

19. Latent heat storage device according to one or more of the preceding claims, characterized in that spacers through which the heat exchange medium can flow, e.g. wire mesh or expanded metal, are inserted between the containers.

20. Latent heat storage device according to one or more of the preceding claims, characterized in that structures, e.g. in the form of knobs, beads, grooves or the like, are incorporated in the disc surfaces of the containers in such a way that a predetermined distance is thereby established between the individual containers and a turbulent flow of the heat exchange medium between the containers is brought about.

21. Latent heat storage device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the containers are completely filled with the latent heat storage medium without inclusions of a gas (eg air).

22. Latent heat storage device according to claim 21, characterized in that the individual containers are filled with such a quantity of the latent heat storage medium that the respective disc surfaces of the containers lie parallel to one another in the state of the greatest volume expansion of the latent heat storage medium, or are concavely deformed in the state of the greatest volume contraction.

23. Latent heat storage according to one or more of the above

Claims, characterized in that the containers for the latent heat storage medium are mounted floatingly within the boiler in the axial direction of the boiler.

24. Latent heat storage device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the individual containers are secured against twisting.

25. Latent heat storage device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the container stack is subjected to a spring force at least on one side in the axial direction, preferably from above when the vessel is in a vertical position.
is.

26. Latent heat storage device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the boiler is encased in thermal insulation, preferably with so-called vacuum super insulation.

27. Latent heat storage device according to one or more of the preceding claims, characterized in that it is connected to the cooling water circuit of a motor vehicle.

28. Latent heat storage device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the individual containers for the latent heat storage medium are made of sheet metal.

29. Latent heat storage device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the individual containers for the latent heat storage medium are blow-molded from plastic in multiple layers, at least the outer layer being resistant to hot water.

30. Latent heat storage device according to claim 29, characterized in that at least the
inner layer is resistant to the latent heat storage medium to be filled.

31. Latent heat storage device according to claims 29 and/or 30, characterized in that at least one layer of the container wall
acts as a diffusion barrier against water and/or carbon dioxide.