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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Auslöseeinheit zur Initiierung der Kristallisation eines Mediums, insbesondere eines Latentwärmespeichermediums.
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Aus dem Stand der Technik gemäß der
DE 10 2009 012 318 A1 ist eine Latentwärmespeichereinheit aus mehreren Speicherbehältern bekannt, die sich insbesondere zur stationären Langzeitspeicherung und zur verbrauchsbezogenen Bereitstellung von Wärme eignen.
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Als Latentwärmespeichermedium können beispielsweise Salzschmelzen bzw. Salzhydrate etc. verwendet werden, die im aufgeschmolzenen Zustand die Wärme über lange Zeit in einer vorzugsweise unterkühlten Schmelze speichern können.
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Soll die Wärme abgegeben werden, ist es erforderlich, eine Auslöseeinheit bereitzustellen, die zuverlässig die Kristallisation des kristallisationsfähigen Mediums, d. h. des Latentwärmespeichermediums initiiert. Gleichzeitig ist anzustreben, dass sichergestellt wird, dass eine spontane ungewollte Auslösung der Kristallisation ausgeschlossen ist oder zumindest unwahrscheinlich ist und dass des Weiteren keine Passivierung der Auslöseeinheit erfolgt, dass also sichergestellt ist, dass die Kristallisation erfolgt, wenn dies beabsichtigt ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Auslöseeinheit bereitzustellen, mittels derer eine zuverlässig einsetzende Kristallisation erreicht werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch eine Auslöseeinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Danach ist vorgesehen, dass wenigstens ein Auslöseelement vorgesehen ist, dass den Kristallisationsvorgang initiiert und das mechanisch verformbar ist. Des Weiteren weist die erfindungsgemäße Auslöseeinheit wenigstens einen Aktivierungsmechanismus auf, mittels dessen das Auslöseelement zum Zwecke der Kristallisation mechanisch verformbar ist.
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Das Auslöseelement besteht vorzugsweise aus Metall oder weist Metall auf.
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Es kann beispielsweise als Plättchen ausgeführt sein, das derart ausgeführt ist, dass es bei entsprechender Betätigung durch den Aktivierungsmechanismus schlagartig von einer Form in eine andere Form übergeht. Derartige Plättchen sind beispielsweise von sogenannten Taschenwärmern bekannt. Sie sind von einer stabilen oder metastabilen Form in eine andere stabile oder metastabile Form verformbar.
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Durch ein solches „Klick-Plättchen” oder mehrerer derartiger Plättchen kann der Kristallisationsvorgang initiiert werden.
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In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Aktivierungsmechanismus und/oder das Auslöseelement derart ausgeführt sind, dass die mechanische Verformung plötzlich, d. h. schlagartig eintritt. Insbesondere auf diese Weise ist es möglich, eine Druckwelle bzw. eine Stoßwelle zu generieren, die die Kristallisation in Gang setzt und/oder unterstützt. Von der Erfindung ist jedoch auch der Fall umfaßt, Besonders bevorzugt ist es, wenn das Auslöseelement als Feder, insbesondere als Schraubenfeder, Kegelfeder oder Spiralfeder ausgeführt ist oder wenigstens eine Feder umfasst. Durch Bewegen dieser Feder mittels des Aktivierungsmechanismus wird besonders zuverlässig die Kristallisation des Mediums erreicht.
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Dabei ist der Aktivierungsmechanismus vorzugsweise derart ausgebildet, dass er die Feder derart verformt, dass sich der Abstand wenigstens zweier Windungen zueinander verändert. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass der Aktivierungsmechanismus die Feder auseinanderzieht oder auch zusammendrückt oder auch biegt, was jeweils alternativ oder kumulativ möglich ist und ebenfalls zur Folge hat, dass der Abstand wenigstens zweier Windungen der Feder zueinander geändert wird.
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Diese Verformung des Plättchens bzw. der Feder führt vorzugsweise zu einem Druckstoß bzw. einer Druckwelle, die die Keimbildung initiiert bzw. die Kristallisation auslöst. Zusätzlich dazu ist es denkbar, an dem Auslöseelement mikrokristalline Strukturen vorzusehen, die die Keimbildung initiieren bzw. fördern. Denkbar ist es, die Oberfläche des Auslöseelementes so zu gestalten, dass diese mikrokristallinen Strukturen sich daran gut ausbilden können, etwa dadurch, dass die Oberfläche eine Rauhigkeit aufweist und/oder Vertiefungen und/oder Erhebungen aufweist. Die mikrokristallinen Strukturen können nutzer- bzw. herstellerseitig vorgesehen sein oder sich im Laufe der Nutzung des Auslösemechanismus ausbilden.
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Somit besteht ein weiterer Vorteil beim Einsatz einer Feder oder auch des genannten Plättchens darin, dass in der Oberfläche des Materials des Plättchens oder der Feder bei deren Verformung gegebenenfalls Mikrorisse oder dergleichen auftreten können, die ihrerseits ebenfalls als Kristallisationskeime dienen und damit die Kristallisation bzw. deren zuverlässige Einleitung fördern. Vorzugsweise wird somit als Material für den Auslösemechanismus ein Material gewählt, dass bei seiner mechanischen Verformung solche Mikrorisse ausbildet.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Aktivierungsmechanismus wenigstens eine Antriebseinheit und wenigstens ein Verbindungselement, insbesondere wenigstens ein Gestänge oder dergleichen aufweist, das die Antriebseinheit mit dem Auslöseelement verbindet. Wird die Antriebseinheit beispielsweise manuell oder maschinell bzw. automatisiert aktiviert, kann diese über das genannte Verbindungselement, wie beispielsweise eine Zugstange oder dergleichen das Auslöseelement verformen. Im Falle einer Feder ist es beispielsweise denkbar, dass die Feder mittels der Antriebseinheit und dem Verbindungselement auseinandergezogen wird oder gebogen wird, wodurch die Kristallisation initiiert wird.
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Das Verbindungselement kann als eigenes, separates Bauteil ausgeführt sein oder fester oder integraler Bestandteil der Antriebseinheit.
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Die Antriebseinheit, wie als Zugeinheit oder als Druckeinheit ausgeführt sein kann, d. h. auf die Feder oder das sonstige Auslöseelement eine Zug- oder Druckkraft aufbringt, kann beispielsweise elektromechanisch arbeiten, d. h. durch einen Elektromagneten die gewünschte Bewegung des Verbindungselementes bzw. des Gestänges hervorrufen. Auch andere Antriebsmittel, wie pneumatische, hydraulische, elektrische oder auch piezoelektrische Antriebseinheiten bzw. Zugelemente sind denkbar und von der Erfindung mitumfasst.
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Das Verbindungselement kann beispielsweise eine Zugstange bzw. ein Zuggestänge umfassen. Ebenso ist es denkbar, das Verbindungselement als Druckstange bzw. Druckgestänge auszuführen, beispielsweise um eine Feder auseinanderzuziehen, zusammenzudrücken, zu biegen oder das Plättchen oder ein sonstiges Auslöseelement in der gewünschten Weise zu verformen.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Auslöseeinheit wenigstens ein vorzugsweise kanal- oder rohrförmiges Element aufweist, in dem sich das Auslöseelement teilweise oder vollständig befindet, wobei das Element eine oder mehrere Öffnungen aufweist, die den Innenraum des Elementes mit dem das Element umgebenden Außenraum verbinden. Dieses Element kann im Querschnitt kreisförmig, oval, eckig oder dergleichen ausgebildet sein. Es dient in erster Linie dazu, dem Gesamtsystem die mechanische Stabilität zu verleihen und das Auslöseelement in dem Kristallisationsmedium zu halten.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das rohrförmige Element bzw. das Auslöseelement in das kristallisationsfähige Medium hineinragt, und zwar vorzugsweise soweit, dass auch bei unterschiedlichen Füllständen des kristallisationsfähigen oder kristallisierten Mediums in dem Speicherbehältnis der Wärmespeichereinheit sichergestellt ist, dass das Auslöseelement teilweise oder vollständig von dem fraglichen Medium umgeben ist.
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Die vorliegende Erfindung betrifft des Weiteren eine Wärmespeichereinheit mit wenigstens einem Behältnis, das zur Aufnahme wenigstens eines kristallisationsfähigen oder kristallisierten Mediums, d. h. eines Latentwärmespeichers geeignet ist oder ein solches Medium enthält, wobei die Wärmespeichereinheit mit wenigstens einer Auslöseeinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgeführt ist oder in Verbindung steht.
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Bei dem kristallisationsfähigen Medium kann es sich beispielsweise um eine Salzschmelze bzw. um ein Salzhydrat oder dergleichen handeln. Das kristallisationsfähige Medium dient als Latentwärmespeicher, der bei der Kristallisation Wärme abgibt und beim Schmelzvorgang Wärme aufnimmt.
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Von der Erfindung ist sowohl der Fall umfaßt, dass nur die latente Wärme des Mediums genutzt wird als auch der, dass alternativ oder zusätzlich die sensible Wärme, d. h. die Wärme, die ohne einen Phasenwechsel abgeführt oder zugeführt werden kann, genutzt wird. Dies gilt für die Zufuhr von Wärme und/oder für die Abfuhr von Wärme aus dem Medium.
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Vorzugsweise liegt das Medium in Form einer unterkühlten Schmelze vor, die bei Bedarf durch den Auslösemechanismus teilweise oder vollständig kristallisiert.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Auslöseeinheit derart angeordnet ist, dass das Auslöseelement teilweise oder vollständig von dem kristallisationsfähigen Medium umgeben ist. Entsprechendes gilt für das genannte kanal- oder rohrförmige Element, das vorzugsweise ebenfalls derart angeordnet ist, dass es bzw. das Auslöseelement teilweise oder vollständig in dem Medium befindet.
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Dabei ist bevorzugt, dass das Element bzw. das Auslöseelement soweit in das Medium hineinragen, dass auch bei Pegelschwankungen des Mediums stets gewährleistet ist, dass die Auslöseeinheit zumindest teilweise in das kristallisationsfähige Medium hineinragt, so dass bei Bedarf zuverlässig die Kristallisation eingeleitet werden kann.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Wärmespeichereinheit wenigstens einen Wärmetauscher aufweist oder mit einem Wärmetauscher in Verbindung steht, mittels dessen Wärme in das kristallisationsfähige Medium bzw. in das kristallisierte Medium eintragbar ist. Dieser Wärmetauscher dient dementsprechend dazu, nach der erfolgten Kristallisation Wärme in die Wärmespeichereinheit bzw. in das darin befindliche Medium einzutragen, so dass dieses wieder aufgeschmolzen wird.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Wärmespeichereinheit bzw. der Wärmetauscher mit wenigstens einer Energiequelle, insbesondere mit einer Solaranlage oder mit einem Brenner, beispielsweise zur Verbrennung von Holz, Holzpellets, Öl oder Gas in Verbindung steht.
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Die vorliegende Erfindung betrifft des Weiteren ein Wärmespeichersystem mit wenigstens einer Wärmespeichereinheit nach einem der Ansprüche 10 bis 15, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das System des Weiteren wenigstens eine Wärmequelle, insbesondere wenigstens eine Solaranlage oder wenigstens einen Brenner oder wenigstens eine sonstige Wärmequelle umfasst, die mit der Wärmespeichereinheit derart in Verbindung steht, dass die in der Wärmequelle erzeugte Wärme dem in der Wärmespeichereinheit befindlichen Medium vorzugsweise über den genannten Wärmetauscher zuführbar ist.
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Die Erfindung betrifft schließlich ein Gebäude oder eine mobile Einheit, die einen Wohnwagen, Kfz und dergleichen mit wenigstens einem Wärmespeichersystem nach Anspruch 16.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Die einzige Figur zeigt eine Prinzipskizze einer Auslöseeinheit gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Mit dem Bezugszeichen 10 ist eine Antriebseinheit gekennzeichnet, die beispielsweise elektromagnetisch, pneumatisch, hydraulisch, piezoelektrisch, elektrisch etc. arbeiten kann. Diese Antriebseinheit 10 ist in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel als Zugeinheit ausgeführt, die auf eine Zugstange bzw. auf ein Zuggestänge 20 bei Bedarf, d. h. wenn die Kristallisation erfolgen soll, eine Zugkraft ausübt, die in dem hier dargestellten Beispiel nach oben gerichtet ist. Ebenso ist es denkbar, die Antriebseinheit so auszubilden, dass auf die Stange 20 eine nach unten gerichtete Kraft ausgeübt wird, d. h die Stange als Druckstange bzw. Druckgestänge ausgeführt ist, für die die folgenden Ausführungen entsprechend gelten.
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Durch die Antriebseinheit 10 ist die Stange 20 nach oben und nach unten bewegbar, wie dies durch den Doppelpfeil angedeutet ist.
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Wie dies aus der Figur weiter hervorgeht, befindet sich die Zugstange bzw. das Zuggestänge 20 in einem Aufnahmerohr 30 und ist darin längsbeweglich verschiebbar bzw. bewegbar aufgenommen.
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Die Zugstange bzw. das Zuggestänge 20 steht seinerseits mit einem Auslöseelement 40 in Verbindung, bei dem es sich beispielsweise um eine Druckfeder, eine Zugfeder, ein Klickelement oder dergleichen handeln kann.
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Denkbar ist es, das Auslöseelement 40 als Schraubenfeder auszuführen, die derart ausgeführt ist, dass deren Windungen im Ruhezustand, d. h. wenn keine Kristallisation gewünscht ist, aneinanderliegen.
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Wie dies weiter aus der Figur hervorgeht, befinden sich im unteren Bereich des Aufnahmerohrs 30 beispielsweise als Längsschlitze oder auf sonstige Weise ausgebildete Öffnungen 32. Im übrigen ist das Aufnahmerohr 30 unten offen.
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Im Betriebszustand ragt das Aufnahmerohr 30 soweit in die nicht dargestellte Salzschmelze bzw. in das zu kristallisierende bzw. kristallisierte Medium hinein, dass dieses durch die Öffnungen 32 in den Innenraum des Aufnahmerohrs 30 eindringen kann. Es umgibt das Auslöseelement 40 dabei teilweise oder vollständig, so dass sichergestellt ist, dass bei Betätigung des Auslöseelementes über die Antriebseinheit 10 und das Verbindungselement 20 tatsächlich ein Kristallisationsvorgang initiiert wird.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Auslöseelement 40 so ausgeführt ist, dass ein geformtes Material so bewegt wird, dass eine Stoßwelle einerseits freigesetzt wird und gegebenenfalls mikrokristalline Strukturen oder auch Mikrorisse oder beides, die eine Keimbildung fördern oder initiieren, freigelegt werden.
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Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, dass im Falle des Einsatzes einer Feder als Auslöseelement 40 die Aktivierung bzw. die Auslösung so erfolgt, dass der Abstand der Windungen der Feder zueinander bei der Aktivierung des Auslöseelementes geändert wird.
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In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ist es somit beispielsweise denkbar, dass die Feder mittels des Gestänges 20 auseinandergezogen wird, das also der Abstand der Windungen voneinander sich vergrößert. So ist es möglich, dass die Windungen der Feder im Ruhezustand aneinanderliegen und dass die Feder bei der Betätigung durch das Aktivierungselement, d. h. durch die Antriebseinheit 10 und das Gestänge 20 auseinandergezogen oder gebogen wird.
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Ebenso wäre es denkbar, als Auslöseelement eine Feder zu verwenden, die im Ruhezustand, d. h. wenn keine Kristallisation gewünscht ist, in einem ersten Zustand vorliegt, in dem die Windungen der Feder nicht aneinanderliegen und die zum Zwecke der Auslösung zusammengedrückt wird, gegebenenfalls soweit, dass die Windungen der Feder aneinander liegen.
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Die Bewegung der Feder oder auch eines Plättchens oder eines sonstigen Auslöseelementes hat den Vorteil, dass unter Umständen Mikrorisse oder Mikrostrukturen in der Oberfläche entstehen, die den Kristallisationsvorgang fördern oder auslösen.
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Im montierten Zustand befindet sich die in der Figur dargestellte Auslöseeinheit an oder in einem (nicht dargestellten) Speicherbehältnis, das ein Latentwärmespeichermedium enthält, das zu kristallisieren ist bzw. bereits im kristallisierten Zustand vorliegt.
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Dabei ist es denkbar, dass das Aufnahmerohr 30 durch eine Ausnehmung im Speicherbehältnis für das Latentwärmespeichermedium hindurchragt, so dass es teilweise außerhalb und teilweise innerhalb des Behälters vorliegt. Vorzugsweise befindet sich die Antriebseinheit 10 außerhalb des Behälters, so dass sie einerseits gut bedienbar ist und andererseits nicht den in dem Behälter herrschenden Bedingungen ausgesetzt ist.
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Der Durchbruch im Behälter zur Aufnahme des Aufnahmerohrs 30 kann abgedichtet sein, so dass die im Behälter herrschenden Bedingungen erhalten bleiben. Dies gilt beispielsweise für Druck und Temperatur, die im Behälter in vorteilhafter Weise eingestellt werden können, sofern dies für die Kristallisation geeignet bzw. gewünscht ist.
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Somit kann im Inneren des Aufnahmerohres 30 ein Mittel vorliegen, das verhindert, dass etwa ein Überdruck im Behälter sich bis zu der Antriebseinheit 10 hin erstreckt. Auch kann in dem Aufnahmerohr 30 eine Wärmedämmung dahingehend angeordnet sein, dass die Temperatur im Speicherbehältnis sich nicht auf die Antriebseinheit 10 überträgt.
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Wie ausgeführt, kann als Auslöseelement 40 vorzugsweise ein sogenanntes Klick-Plättchen oder auch eine Feder eingesetzt werden. Die Auslösung erfolgt vorzugsweise dadurch, dass eine Feder gezogen oder gebogen wird. Denkbar ist es auch, eine Druckfeder zu spannen und zu entlasten, um den gewünschten Kristallisationseffekt zu erzielen.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass ein Zugelement über ein Gestänge ein geeignetes und geformtes Material so bewegt, dass eine Stoßwelle einerseits freigesetzt wird und mikrokristalline Strukturen, die eine Keimbildung initiieren, freigelegt werden.
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Die Auslöseeinheit, die in der Figur dargestellt ist, ist wie ausgeführt Bestandteil eines Speicherbehältnisses oder mit einem Speicherbehältnis zur Aufnahme des kristallisationsfähigen Mediums verbunden. Denkbar ist es, nicht nur eines, sondern mehrere dieser Speicherbehältnisses zu verwenden, wie dies in der
DE 10 2009 012 318 A1 offenbar ist. Auf diese Druckschrift wird hiermit Bezug genommen und deren Offenbarungsgehalt vollumfänglich auch zum Gegenstand der vorliegenden Patentanmeldung gemacht.
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So ist es beispielsweise möglich, dass die Wärmespeichereinheit aus einem Hybrid-Röhren-Wärmetauscher besteht bzw. diesen umfasst und/oder zwei unabhängige und getrennte Kreisläufe, vorzugsweise Hydraulikkreisläufe umfasst.
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So ist es möglich, über einen dieser Kreisläufe der Wärmespeichereinheit bzw. dem darin befindlichen Medium Wärme zuzuführen und über den anderen Kreislauf ist es möglich, Wärme, die in der Wärmespeichereinheit durch Kristallisation erzeugt wird oder als sensible Wärme vorliegt, abzuführen und beispielsweise zur Beheizung eines Gebäudes oder zur Beheizung von Wasser, insbesondere Brauchwasser bereitzustellen.
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Vorzugsweise ist das Behältnis der Wärmespeichereinheit über ein geschlossenes System mit einem Salzhydrat oder mit einem sonstigen geeigneten Latentwärmespeichermedium gefüllt.
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Das Aufschmelzen des Salzhydrates erfolgt vorzugsweise über einen Solarwärmetauscher bzw. über eine Solaranlage, die auf dem Dach eines Wohngebäudes oder eines gewerblichen Gebäudes oder auch an sonstiger Stelle angeordnet sein kann.
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Die dort erzeugte Wärme kann genutzt werden, um das kristallisierte Medium zu schmelzen oder um sensible Wärme in das Medium einzutragen. Dazu sind entsprechende Verbindungsleitungen vorgesehen, mittels derer die durch die Solaranlage erzeugte Wärme wenigstens teilweise an das Medium überführt werden kann.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das kristallisationsfähige Medium bzw. das Salzhydrat in einer unterkühlten Schmelze vorliegt, beispielsweise bei unter 30°C.
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Vorzugsweise kann die Wärmemenge beliebig lange gespeichert werden.
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So ist es beispielsweise denkbar, dass die solare Wärmeenergie im Sommerhalbjahr gespeichert und im Winterhalbjahr abgerufen wird. Der erfindungsgemäße, vorzugsweise elektromechanische Auslösemechanismus wird eingesetzt, um zuverlässig und zum gewünschten Zeitpunkt die Wärme durch Kristallisation bereitzustellen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009012318 A1 [0002, 0050]
