DE19621032A1 - Wärmespeicher, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem doppelwandigen Isolierbehälter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmespeicher, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem Speichergehäuse, das aus einem In­ nenbehälter mit unrundem Querschnitt und einem diesen mit Abstand umgebenden Außenbehälter und einer zwischen Innen- und Außenbehälter eingeschlossenen Wärmeisolierung, insbeson­ dere einer nicht tragfähigen Hochvakuumisolierung, besteht.

Für die Effizienz von Wärmespeichern ist es von besonderer Bedeutung, Wärmeverluste aus dem Inneren des Speichergehäuses so gering wie möglich zu halten. Bekannt sind Speicher mit einem das Speichermedium aufnehmenden Innenbehälter und einem diesen Innenbehälter mit Abstand umgebenden Außenbehälter, wobei der Bereich zwischen Innenbehälter und Außenbehälter als Isolierzone ausgebildet ist. Dabei ist es bekannt, in der Isolierzone ein Hockvakuum zu erzeugen und möglichst dauerhaft aufrechtzuerhalten. Dabei muß der Innenbehälter den in seinem Inneren herrschenden Druck aufnehmen, bei Ver­ wendung des Motorkühlmittels als Wärmeträger bei Kraftfahr­ zeugen z. B. ein Druck bis zu 5 bar, während der das Hochvaku­ um einschließende Außenbehälter dem Umgebungsdruck von 1 bar standhalten muß.

Es ist bereits bekannt, an Stelle des Hochvakuums zwischen Innen- und Außenbehälter eine mikroporöse Isolierung anzuord­ nen, die auch geeignet ist, den Innendruck des Innenbehälters besser aufnehmen zu können. Dabei wird die im Vergleich zur Hochvakuumisolierung geringere Isolierwirkung und ein größe­ rer Raumbedarf in Kauf genommen. Die vorliegende Erfindung ist von ganz besonderem Vorteil bei Wärmespeichern, die für optimale Wärmedämmung bei geringem Raumbedarf ausgelegt sind und deshalb die Hochvakuumisolierung zwischen Innen- und Au­ ßenbehälter einsetzen; sie ermöglicht aber auch dann eine besonders leichte und stabile Bauweise, wenn in der Isolier­ zone Vorkehrungen getroffen sind, um den Innendruck des In­ nenbehälters zumindest teilweise abzustützen.

Durch die Konstruktion des Wärmespeichergehäuses müssen die auftretenden Drücke sicher aufgenommen werden und es sollen, u. a. im Hinblick auf die oft beengte Einbausituation, wie sie beispielsweise im Motorraum eines Kraftfahrzeugs herrscht, Verformungen weitgehend unterdrückt werden. Dabei soll aber die Konstruktion aus Gewichts- und Kostengründen mit einem möglichst geringen Materialaufwand auskommen und es müssen Wärmebrücken zwischen Innen- und Außenbehälter auf ein Mini­ mum reduziert werden.

Für die Bewältigung der auftretenden Drücke ist am besten eine Behälterform geeignet, die einen kreiszylindrischen Man­ tel aufweist, der an beiden Enden durch Abschlußkappen ver­ schlossen ist. Im kreiszylindrischen Mantel können lediglich Normalkräfte auftreten, also Zug- und gegebenenfalls auch Druckkräfte, die technisch am einfachsten zu bewältigen sind. Normalkräfte, insbesondere Zugkräfte, haben den Vorteil, daß die Spannungen gleichmäßig über den Querschnitt verteilt sind und somit die bestmögliche Materialnutzung ermöglichen. Au­ ßerdem führen Zugkräfte zur Formstabilität. Ausknicken, wie bei Druckkräften, ist nicht möglich; ebenso wird das Ausbeu­ len bei Biegekräften verhindert.

Unter beengten Einbauverhältnissen, wie sie etwa im Motorraum eines Kraftfahrzeugs herrschen können, läßt sich diese opti­ male Behälterform nicht immer anwenden, vielmehr müssen Be­ hälter eingesetzt werden, deren Querschnitt von der Kreisform abweicht, z. B. Behälter mit annähernd rechteckigem Quer­ schnitt. Solche Behälter werden mit Seitenwänden ausgeführt, die meist eben sind oder jedenfalls stark von einem kreisför­ migen Querschnitt abweichen. Diese Querschnittsform führt zum Auftreten von Biegespannungen und der Neigung der Behäl­ ter, sich unter der Belastung zu verformen, insbesondere zu verwölben. Verformungen der Behälter sind aber aus verschie­ denen, nachstehend noch erwähnten Gründen höchst unerwünscht. Zur Aufnahme der Biegespannungen müssen die Behälterwände mit zusätzlichen Versteifungen versehen werden, die wertvollen Platz in Anspruch nehmen, außerdem führen diese Maßnahmen zu einer Erhöhung des Behältergewichts.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Wärmespeicher, ins­ besondere für Kraftfahrzeuge, der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß trotz von der Kreisform abweichender Querschnittsformen der Behälter mit möglichst geringem Mate­ rialaufwand und niedrigem Gewicht und Volumen, mit niedrigen Wärmeverlusten, kostengünstig sowie weitgehend verformungs­ frei ausgeführt werden können.

Die Lösung besteht darin, daß zumindest beim Innenbehälter der Querschnitt des Behältermantels Kreisbogensegmente ent­ hält und daß an den Übergangsstellen zwischen diesen Kreisbo­ gensegmenten und den benachbarten Querschnittsabschnitten des Behältermantels dieser Behältermantel abgestützt ist, wobei vorzugsweise die Kreisbogensegmente nach der Behälteraußen­ seite gewölbt sind. Außerdem ist es vorteilhaft, wenn die Kreisbogensegmente des Behältermantelquerschnitts den glei­ chen Krümmungsradius aufweisen.

In den kreisbogenförmigen Segmenten können ausschließlich Normalspannungen, d. h. Zug oder Druck, auftreten. Im Bereich dieser Segmente herrschen somit hinsichtlich der Behälterfe­ stigkeit und Formstabilität die gleichen Bedingungen wie bei Behältern mit kreisförmigem Querschnitt. Die an den Über­ gangsstellen zwischen benachbarten Segmenten wirkenden, bei kreisförmigem Querschnitt nicht auftretenden Kräfte werden durch die dort vorgesehenen Abstützungen aufgenommen. Soweit in dieser Beschreibung und den Ansprüchen der Begriff Abstüt­ zung verwendet wird, ist damit je nach Belastungsfall eine Maßnahme zur Aufnahme von Druck- oder Zugkräften zu verste­ hen, die geeignet ist, einer Lageveränderung des abgestützten Bereichs entgegenzuwirken.

Es hängt einerseits von der Querschnittsform des Behälters und andererseits davon ab, ob der Behälter einen Innen- oder Außendruck ausgesetzt ist, welche Kräfte an den Übergangs­ stellen zwischen den Kreisbogensegmenten auftreten. Nähert man sich beispielsweise einer Rechteckform dadurch an, daß man jede Rechteckseite durch ein nach außen gewölbtes Kreis­ bogensegment bildet, sind an den Übergangsstellen bei Innen­ druck nach dem Behälterinneren gerichtete Kräfte abzustützen. Es genügt zur Abstützung, wenn der Behältermantel an den Übergangs stellen an einer im Behälterinneren angeordneten Abstützung anliegt. Setzt man dagegen eine sehr lange Recht­ eckseite aus mehreren solchen Kreisbogensegmenten zusammen, treten bei Innendruck an den Übergangsstellen zwischen diesen Segmenten nach außen gerichtete Kräfte auf, die innerhalb des Behälters von Zugankern aufgenommen werden können, die eine auf Zug belastbare Verbindung mit dem Behältermantel erfor­ dern.

Insbesondere in den Fällen, in denen der Innenbehälter des Wärmespeichers so gestaltet ist, daß von der Abstützung nur Druckkräfte aufgenommen werden müssen, besteht eine zweckmä­ ßige Ausbildung darin, daß die Übergangsstellen als Über­ gangsbogen ausgebildet sind. Nach einer vorteilhaften, weite­ re Ausgestaltung ist im Behältermantel ein zumindest an den Übergangs stellen am Behältermantel anliegender Stützkörper angeordnet, der vorzugsweise ein Hohlprofil ist.

Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung befindet sich zur Ab­ stützung der Übergangsstellen im Innenbehälter als Stützkör­ per ein Abschnitt eines dem Querschnitt des Innenbehälters angepaßten Extrusionsprofils. Dies ermöglicht eine sehr ko­ stengünstige Produktion der Abstützung.

Je nach Speicherart ist der Innenbehälter mit unterschiedli­ chen Einbauten versehen, beispielsweise mit Leiteinrichtungen für den im Speicher zu- und abströmenden Wärmeträger bzw. bei Latentwärmespeichern mit Unterteilungen in Strömungswege ei­ nerseits und Kammern oder Halterungen für das umzuwandelnde Speichermedium andererseits. Man kann deshalb gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform eine weitere Kosten­ senkung dadurch erreichen, daß die Übergangsstellen durch die dem Speicherzweck dienende Inneneinrichtung des Innenbehäl­ ters abgestützt sind. Dadurch läßt sich nicht nur ein zusätz­ licher Materialaufwand vermeiden, vielmehr kann auch die Zahl der zu montierenden Teile reduziert werden.

Nach einer ersten Variante kann dabei der Innenausbau des Innenbehälters einen eingeschobenen, seinem Querschnitt an­ gepaßten, die Übergangs stellen abstützenden Abschnitt eines Extrusionsprofils umfassen. Besonders vorteilhaft ist jedoch eine weitere Ausgestaltung, nach der der Mantel des Innenbe­ hälters zusammen mit der Inneneinrichtung des Innenbehälters einen Abschnitt eines einstückigen Extrusionsprofil bildet, so daß im wesentlichen zur Fertigstellung des Innenbehälters nur noch zwei Endkappen angebracht und die Leitungen für den Wärmeträger angeschlossen werden müssen. In diesem Fall kann der als Innenausbau dienende Teil des Extrusionsprofils an den Übergangsstellen sowohl Druck- als auch Zugkräfte aufneh­ men.

Die Extrusionsprofile können aus Kunststoff oder Leichtme­ tall, insbesondere Aluminium, gepreßt werden.

Werden Wärmespeicher mit Wärmeträgeraustausch betrieben, d. h. wird das im Speicher befindliche Wärmeträgervolumen bei Be­ darf gegen ein auf einem anderen Temperaturniveau befindli­ ches Wärmeträgervolumen ausgetauscht, so sind im Innenbehäl­ ter zweckmäßigerweise Leiteinrichtungen vorgesehen, welche zwischen der Zufluß- und der Abflußöffnung den Behälterinnen­ raum in einen relativ langen Strömungskanal mit entsprechend geringem Querschnitt umgestalten, um dadurch eine Vermischung des zuströmenden Wärmeträgers mit dem abströmenden Wärmeträ­ ger möglichst weitgehend zu unterdrücken. Diese Leiteinrich­ tungen müssen zur Unterbindung von Kurzschlußströmungen au­ ßerhalb konstruktiv vorgesehener Überströmbereiche gegenüber der Behälterinnenwandung abgedichtet sein. Es besteht des­ halb eine weitere vorteilhafte Ausführungsform bei einem als Leiteinrichtung dienenden, in den Innenbehälter eingeschobe­ nen Extrusionsprofil darin, daß dieses abdichtend an der Be­ hälterinnenwandung anliegt. Eine solche Konstruktion läßt sich nur zuverlässig realisieren, wenn - wie durch die Erfin­ dung sichergestellt - der Kontakt zwischen dem Extrusionspro­ fil und dem dieses Extrusionsprofil umschließenden Teil der Behälterwandung nicht durch Verformungen des Behälterquer­ schnitts unterbrochen werden kann.

Ein besonders einfacher Aufbau eines Innenbehälters der zu­ letzt beschriebenen Art besteht darin, daß einem mit einer Mehrzahl von zueinander parallel verlaufenden Längskanälen versehenen Extrusionsprofil mit dessen Stirnseiten verbind­ bare, z. B. einsteckbare, Endkappen zugeordnet sind, die mit Umlenk- und Überströmkanälen versehen sind, die geeignet sind, die Längskanäle zu einem kontinuierlichen Strömungska­ nal zu verbinden, wobei die Inneneinrichtung bestehend aus dem Extrusionsprofil mit den beiden Stirnkappen in einen In­ nenbehältermantel eingeschoben ist, der an seinen beiden Stirnseiten durch mit dem Innenbehältermantel dicht verbunde­ ne Endkappen abgeschlossen ist.

Alternativ können zur Bildung der Längskanäle in das Extru­ sionsprofil Leitbleche eingesetzt sein.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform besteht der Innenbe­ hältermantel mit den beiden ihn abschließenden Endkappen aus Edelstahl.

Bei einem Wärmespeicher, bei welchem die an den Übergangs­ stellen an die dort aufeinandertreffenden Kreisbogensegmente angelegten Tangenten auf der Behälteraußenseite einen Winkel größer als 180° einschließen, ist der Behältermantel zur Auf­ nahme von Druckkräften abgestützt. Ist dieser Winkel kleiner als 180°, sind die Übergangsstellen durch Zuganker abge­ stützt.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, daß der Behäl­ termantel zusammen mit den Übergangsstellen zugeordneten Druckstützen bzw. Zugankern als Extrusionsprofil gefertigt ist, wobei vorzugsweise auch den Innenraum des Innenbehälters in Strömungskanäle unterteilende Zwischenwände einstückig mit dem Extrusionsprofil ausgebildet sein können.

Das Extrusionsprofil und gegebenenfalls die diesem zugeord­ neten Stirnkappen bzw. Endkappen können aus Leichtmetall, vorzugsweise Aluminium, oder - soweit sie in den Innenbehäl­ ter eingeschoben sind - aus Kunststoff bestehen.

Die Verwendung von Leichtmetall-Gußteilen kann Probleme bei der Aufrechterhaltung des Vakuums in einem evakuierten Iso­ lierbereich verursachen, die auf eine nicht ausreichende Mate­ rialdichte zurückzuführen sind, weshalb es eine vorteilhafte Ausgestaltung darstellt, daß den Isolierbereich begrenzende Leichtmetall-Gußteile nach dem Gießen durch Schmieden ver­ dichtet sind.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Bauform mit Bildung des Behältermantels aus Kreisbogensegmenten stößt auf Schwierig­ keiten, wenn das Isoliergefäß besonders flach ausgebildet werden muß, weil dann zur Vermeidung größere Auswölbungen eine Mehrzahl von kurzen Kreisbogensegmenten mit jeweiliger Abstützung durch Zuganker beim Innenbehälter erforderlich würden. Um diese Schwierigkeit zu überwinden, besteht eine andere vorteilhafte Lösung darin, daß bei einem Wärmespeicher der eingangs genannten Art alternativ zur vorstehend be­ schriebenen Lösung der Mantel des Isoliergefäßes in Sandwich­ bauweise gestaltet ist, derart, daß der Außenbehälter und der Innenbehälter durch mit beiden verbundene, tragfähige Verbin­ dungselemente mit geringem Querschnitt und geringer Wärme­ leitfähigkeit zu einer biegesteifen Einheit verbunden sind. Es besteht aber auch die Möglichkeit, diese Lösung mit der erstgenannten Lösung zu kombinieren. Die Verbindungselemente können mit dem Innen- und/oder dem Außenbehälter fest verbun­ den sein. Vorzugsweise ist die Wärmeleitfähigkeit der Verbin­ dungselemente gleich oder größer 1 W/mK.

Vorteilhafterweise können die Verbindungselemente aus Edel­ stahl oder aus Kunststoff bestehen. Die Verbindung des Außen­ behälters, des Innenbehälters und der Verbindungselemente zu einem biegesteifen Isoliergefäß erfolgt vorzugsweise durch Kleben oder durch Hitzeeinwirkung.

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 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wärmespei­ chers,

Fig. 2 einen perspektivischen, schematischen Querschnitt durch einen Wärmespeicher der in Fig. 1 gezeigten Art,

Fig. 3 einen schematischen Querschnitt durch eine erste Variante des Wärmespeichers ohne Darstellung des Innenausbaus des Innenbehälters,

Fig. 4 einen schematischen Querschnitt ähnlich Fig. 3 durch eine andere Variante des Wärmespeichers,

Fig. 5 einen schematischen Querschnitt ähnlich Fig. 3 bei einer alternativen Ausbildung eines erfindungsgemä­ ßen Wärmespeichers,

Fig. 6 einen schematischen Querschnitt ähnlich Fig. 5 bei einer weiteren Variante des Wärmespeichers,

Fig. 7 einen weiteren schematischen Querschnitt durch ei­ nen erfindungsgemäßen Wärmespeicher in Anpassung an ein begrenztes Raumangebot,

Fig. 8 zwei Varianten der Leitblechanordnung im Innenbe­ hälter,

Fig. 9 einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform ei­ nes Isoliergefäßes in Sandwichbauweise und

Fig. 10 eine andere Ausführungsform in Sandwichbauweise.

In Fig. 1 ist ein insgesamt mit 10 bezeichneter Wärmespeicher gezeigt, der doppelwandig ausgebildet ist und den zu spei­ chernden Wärmeträger in einem Innenbehälter 12 aufnehmen kann. Zu diesem Zweck ist der Innenbehälter mit zwei Lei­ tungen 14 verbunden, nämlich einer Zuflußleitung und einer Abflußleitung. Diese Leitungen liegen in der Betrachtungs­ richtung der Fig. 1 deckungsgleich hintereinander, weshalb in Fig. 1 nur die Abflußleitung zu sehen ist, während die Zu­ flußleitung von ihr verdeckt wird. Zum besseren Verständnis ist die Strömungsrichtung des Wärmeträgers beim Be- und Ent­ laden des Wärmespeichers 10 durch Pfeile angezeigt, wobei im Bereich der Anschlüsse der Leitungen 14 an den Innenbehälter 12 die Pfeile sowohl die Zuflußrichtung als auch die Abfluß­ richtung erkennen lassen.

Um eine Vermischung des einströmenden Wärmeträgers und des dadurch verdrängten, ausströmenden Wärmeträgers und den auf­ grund der Temperaturdifferenz zwischen Zufluß und Abfluß da­ durch bedingten Wärmeverlust möglichst gering zu halten, wird durch einen insgesamt mit 16 bezeichneten Innenausbau des Innenbehälters 12 in diesem ein relativ langer Strömungsweg mit entsprechend geringen Strömungsquerschnitt gestaltet, so daß die warme und die kalte Wärmeträgermenge nur im Bereich dieses geringen Querschnitts miteinander in Kontakt gelangen und dadurch der Wärmeverlust sehr stark begrenzt wird.

Um Wärmeverluste über die Wandung des Innenbehälters zu un­ terdrücken, ist der Innenbehälter mit Abstand im Inneren ei­ nes Außenbehälters 18 angeordnet, so daß zwischen beiden Be­ hältern 12 und 18 eine Isolierzone 20 besteht, in der ein Vakuum, vorzugsweise ein Hochvakuum besteht und in der ein Isoliermaterial angeordnet sein kann, das gegebenenfalls auch eine stützende Funktion zwischen Innen- und Außenbehälter übernehmen kann.

Der Außenbehälter 18 besteht aus einem Behältermantel 22 und zwei Endkappen 24 und 26. Gleichermaßen weist auch der Innen­ behälter 12 einen Behältermantel 28 und zwei Endkappen 30 und 32 auf.

Um Wärmebrücken weitgehend zu vermeiden, kann der Innenbehäl­ ter 12 über einen relativ geringen Querschnitt aufweisende Verbindungsmittel im Außenbehälter 18 positionsgenau gehalten werden, beispielsweise über Stützelemente 34 zwischen den Endkappen 24 und 30 und eine filigrane Aufhängung 36 zwischen den Endkappen 26 und 32, wobei eine Druckfeder 38 den Innen­ behälter 12 in Richtung auf die Endkappe 24 belastet.

Der Innenausbau 16 des Innenbehälters 12 steht bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel aus einem als Stützkör­ per 40 dienenden Extrusionsprofil, mit dessen beiden Stirn­ seiten zwei jeweils den Endkappen 30 und 32 benachbart ange­ ordnete Stirnkappen 42 bzw. 44 verbunden sind. Der Stützkör­ per 40 wird von mit Abstand voneinander und zueinander par­ allel angeordneten Leitblechen 46 durchzogen, denen an den Stirnkappen 42 und 44 Stützrippen derart zugeordnet sind, daß jeweils das eine Ende eines Leitblechs 46 mit einer als strö­ mungsleitende Fortsetzung des Leitblechs dienende, undurch­ brochene Stützrippe 48 in Eingriff steht oder auf andere Wei­ se strömungsdicht verbunden ist, während das andere Ende des Leitblechs 46 jeweils von einer Stützrippe 50 in Position gehalten wird, die für den in Fig. 1 durch Pfeile angezeigten Strömungsübergang von der einen Seite des Leitblechs zur an­ deren Seite durchbrochen ist. An den Stirnkappen 42 und 44 folgen abwechselnd Stützrippen 48 und Stützrippen 50 aufein­ ander, so daß beim Austausch des im Speicher befindlichen Wärmeträgers dieser auf den beiden Seiten eines Leitblechs 46 in aufeinanderfolgenden Abschnitten eines einzigen, langen Strömungskanals in entgegengesetzter Richtung fließt.

Wie z. B. aus den Fig. 2 bis 7 zu ersehen ist, weist der In­ nenbehälter 12 in Abhängigkeit von der den räumlichen Ver­ hältnissen am Einbauort angepaßten Querschnittsform des Außenbehälters 18 eine unrunde Querschnittsform auf, wobei ent­ sprechend dieser Querschnittform der Behältermantel 28 zumin­ dest teilweise von Kreisbogensegmenten, in Fig. 2 z. B. von den Kreisbogensegmenten 52a, 52b, 52c und 52d, begrenzt wird. An den Übergangsstellen 54a, 54b, 54c und 54d zwischen diesen Kreisbogensegmenten liegt der Behältermantel 28 dichtend am Stützkörper 40 an und wird durch diesen abgestützt. Dadurch entstehen zwischen dem Behältermantel 28 und dem Stützkörper 40 die in Fig. 1 zu den Leitblechen 46 parallel verlaufenden Kanäle 56 und 58, die im Bereich der Stirnkappe 42 über durchbrochene Stützrippen 50 mit dem jeweils benachbarten Kanal innerhalb des Stützkörpers 46 in Verbindung stehen. Im Bereich der gegenüberliegenden Stirnkappe 44 ist die als Ab­ flußleitung dienende Leitung 14 bis in den oberen Kanal 56 geführt. Die nicht sichtbare Zuflußleitung endet in einer zwischen der Endkappe 32 des Innenbehälters 12 und der Stirn­ kappe 44 ausgebildeten Kammer 60. Die Stirnkappe 44 ist zur Verbindung der Kammer 60 mit dem unteren Kanal 56 mit einer Durchbrechung 62 versehen.

Die Fig. 2 zeigt den im Innenbehälter 12 angeordneten Stütz­ körper 40 in einem schematischen Querschnitt, wobei die Strö­ mungskanäle voneinander trennenden Leitbleche 46 und eine der Versteifung dienende, den Stützkörper 40 mittig und normal zu den Leitblechen 46 durchquerende Wand 64 ohne weitere Einzel­ heiten eher schematisch dargestellt sind.

In der Praxis bestehen verschiedene Ausführungsmöglichkeiten für eine derartige Konstruktion. Der Stützkörper 40 kann gegebenenfalls zusammen mit der Wand 64 als Extrusionsprofil, vorzugsweise aus Leichtmetall, hergestellt werden. Dabei können zur Abstützung der Leitbleche 46 und zur Abdichtung der Kanäle voneinander an den Innenflächen des Stützkörpers 40 und gegebenenfalls an der Wand 64 in Extrusionsrichtung verlaufende, geschlitzte Rippen 66 angeformt sein, wie sie in der linken Hälfte der Fig. 8 zu sehen sind. Die Leitbleche 46 werden dabei zur Montage in die Schlitze 68 der Rippen 66 eingeschoben. Es können aber auch die Leitbleche 46 an den in Strömungsrichtung verlaufenden Längskanten mit federnden Ab­ kantungen 70 versehen sein, die dichtend am Stützkörper 40 anliegen, wobei der Stützkörper 40 mit der Positionierung der Leitbleche 46 dienenden Profilierungen versehen sein kann.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Leitbleche 46 einstückig mit dem Stützkörper 40 als Bestandteil des Extru­ sionsprofils herzustellen.

Die Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch einen Wärmespeicher 10 mit Außenbehälter 18, Innenbehälter 12 und Stützkörper 40, wobei zur Vereinfachung der vollständige Innenausbau 16 nicht dargestellt ist. Bei dieser Darstellung ist erkennbar, daß im Querschnitt der Mantel 22 des Außenbehälters 18 und der Mantel 28 des Innenbehälters ringsum den gleichen Abstand voneinander einhalten und daß bei Ausbildung eines Hochvaku­ ums in der Isolierzone 20 zur Wärmeisolierung des Innenbehäl­ ters 12 nur ein geringer Abstand zwischen dem Mantel 22 des Außenbehälters 18 und dem Mantel 28 des Innenbehälters 12 er­ forderlich ist, was bei beengten Einbauverhältnissen von gro­ ßem Vorteil ist. Es ist aber auch klar erkennbar, daß zur Aufrechterhaltung der Wärmeisolation keine Verformungen der einander eng benachbarten Behältermäntel 22 und 28 zugelassen werden können.

In dieser Fig. 3 sind die Krümmungsradien der vier Kreisbo­ gensegmente 52a-52d gleich groß und es ist die Ausgestal­ tung der Übergangsstellen 54a-54 d zwischen den Kreisbogen­ segmenten als übergangsbogen deutlich dargestellt. Bei der gezeigten, einem flachen Rechteck mit einem wesentlichen Län­ genunterschied zwischen den langen und kurzen Parallelseiten angenäherten Querschnittsform des Wärmespeichers 10 ist ein verhältnismäßig großer Krümmungsradius der den langen Seiten zugeordneten Kreisbogensegmente 52a und 52c günstig, weil er einerseits die flache Querschnittsform fördert und anderer­ seits die Abstand zwischen dem Stützkörper 40 und der Innen­ seite des Kreisbogensegments 52a bzw. 52c ausreicht, den er­ forderlichen Strömungsquerschnitt der Kanäle 56 und 58 zu schaffen. Es ist deshalb zweckmäßig, die in Fig. 3 nicht ge­ zeigten Leitbleche 46 parallel zu den langen Querschnitts­ seiten 52a und 52c zugewandten Flächen des Stützkörpers an­ zuordnen. An den kurzen Seiten wird ein vergleichbarer Quer­ schnitt nicht benötigt, weshalb hier der Mantel 28 des Innen­ behälters 12 mit den Kreisbogensegmenten 52b und 52d auf de­ ren Krümmung angepaßten Seitenflächen des Stützkörpers 40 aufliegt.

Die Fig. 4 zeigt eine Variante, bei welcher der Mantel 28 des Innenbehälters 12 zusammen mit dem Stützkörper 40 einstückig als Extrusionsprofil 41 hergestellt ist. Da auch bei dieser Konstruktion die Übergangsstellen zwischen den Kreisbogenseg­ menten 52a-52d durch den Stützkörper 40 abgestützt sind, bleibt die vorteilhafte Wirkung erhalten.

Vorzugsweise weisen alle einen Behältermantel 28 bildenden Kreisbogensegmente 52a-52d den gleichen Krümmungsradius auf. Dies kann bei Behälterseitenflächen mit relativ geringer Breite dazu führen, daß der Abstand zwischen dem Behälterman­ tel 28 und dem Stützkörper 40 so gering wird, daß es - wie in der rechten Hälfte der Fig. 4 gezeigt - ohne spürbaren Nach­ teil möglich ist, die beiden einander benachbarten Flächen von Behältermantel 28 und Stützkörper 40 zu einem einzigen, verstärkten Profilabschnitt zusammenzufassen.

Wenn dagegen eine relativ große Breite eines Querschnittsab­ schnitts zu einer Pfeilhöhe des diese Breite überspannenden Kreissegments führt, die in dem zur Verfügung stehenden Ein­ bauraum nicht unterzubringen ist, kann diese Breite durch zwei oder mehr Kreissegmente 52e, 52f und 52g überbrückt wer­ den, wie dies in den Fig. 5 und 6 gezeigt ist. Dabei sind die Schmalseite des Behältermantels 28 bildenden Kreissegmen­ te 52e und 52g bis in die breite Seite des Behältermantels 28 fortgeführt, wobei der zwischen ihnen verbleibende Abstand je nach seiner Breite durch ein eingefügtes Kreissegment 52f bzw. 52f′ mit gleichem Krümmungsradius - wie in Fig. 5 - oder gegebenenfalls auch durch mehrere solche Kreissegmente ge­ schlossen wird.

Eine Variante zur Anpassung an eine vorgegebene Einbausitua­ tion zeigt die Fig. 6, bei welcher zwei jeweils einen Bogen von mehr als 180° überspannende Kreissegmente 52e und 52g einen unterschiedlichen Krümmungsradius aufweisen.

Während bei den in den Fig. 2 bis 4 gezeigten Querschnitts­ formen an den Übergangsstellen zwischen den Kreissegmenten 52a bis 52d Druckkräfte vom Stützkörper aufgenommen werden müssen, treten an den Übergangsstellen 54e, 54f, 54g und 54h zwischen den Kreissegmenten 52e bis 52g in den Fig. 5 und 6 Zugkräfte auf, die durch Zuganker 80a, 80b, 80c und 80d auf­ genommen werden, die deshalb mit den Kreissegmenten 52e-52g bzw. dem Behältermantel 28 in einer zur Übertragung von Zug­ kräften geeigneten Weise verbunden, vorzugsweise jedoch in einem Stück mit dem Stützkörper als Bestandteil eines Extru­ sionsprofils hergestellt sind.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 bezeichnet eine strich­ punktierte Linie 78 den Umriß des für den Einbau des Wärme­ speichers zur Verfügung stehenden Querschnitts, dem der Man­ tel 22 des Außenbehälters 18 angepaßt ist. Der Mantel 28 des Innenbehälters 12 setzt sich in einer dem vorgegebenen Quer­ schnitt möglichst günstig angepaßte Weise aus Kreisbogenseg­ menten 52h, 52i, 52j und 52k zusammen, wobei die bei dieser Ausführungsform an den Übergangsstellen 54e und 54f auftre­ tenden Zugkräfte durch einen Zuganker 80e aufgenommen werden. Die an den Übergangsstellen 54j und 54k auftretenden, ein­ wärts gerichteten Druckkräfte werden durch über dem Zuganker 80e als gemeinsamer Basis jeweils nach Art eines Dreigelenk­ rahmens angeordnete Druckstäbe 80f, 80g, 80h und 80i aufge­ nommen.

Die Fig. 9 zeigt einen der Fig. 3 ähnlichen Querschnitt durch den Isolierbehälter eines Wärmespeichers, wobei übereinstim­ mende Teile mit den bereits in Fig. 3 benutzten Bezugszahlen gekennzeichnet sind. Der Behältermantel des Außenbehälters ist mit 22, der Behältermantel des Innenbehälters mit 28 be­ zeichnet. Abweichend von der Konstruktion in Fig. 3 wird die Isolierzone 20 zwischen den beiden Behältermänteln 22 und 28 von im Querschnitt wellenförmigen, dünnwandigen Verbindungs­ elementen 90 durchquert, wobei diese Verbindungselemente im Bereich der Scheitelpunkte mit dem äußeren Behältermantel 22 und dem inneren Behältermantel 28 fest verbunden sind. Die Verbindungselemente 90 bestehen aus einem Material mit gerin­ ger Wärmeleitfähigkeit, wie Edelstahl oder Kunststoff, so daß Wärmeverluste im Bereich der Isolierzone gering gehalten wer­ den können. Die Verbindung zwischen den Verbindungselementen 90 und dem äußeren Behältermantel 22 bzw. dem inneren Behäl­ termantel 28 kann materialabhängig z. B. durch Kleben, Schweißen oder Löten erfolgen, so daß diese miteinander ver­ bundenen Teile eine biegesteife Konstruktion bilden und Ab­ stützungen im Inneren des Behältermantels 28 des Innenbehä­ ters nicht mehr erforderlich sind.

Besonders vorteilhaft ist die Anwendung dieser Sandwichbau­ weise dann, wenn aufgrund beengter Platzverhältnisse ein ex­ trem flachbauender Wärmespeicher erforderlich ist, bei wel­ chem bereits die Auswölbung des Behältermantels störend wirkt, so daß zur Reduzierung der Auswölbung eine Mehrzahl von kreissegmentförmigen Elementen nebeneinander angeordnet werden müßte, was eine entsprechende Anzahl innerer Abstüt­ zungen zur Folge hätte. Die Fig. 10 zeigt das Beispiel eines Isoliergefäßes, das sich für extremen Flachbau eignet und ohne Auswölbungen auskommt, weil die auch dort angewandte Sandwichbauweise mit zwischen äußerem Behältermantel 22 und innerem Behältermantel 28 angeordneten Verbindungselementen 90 ausreichend biegesteif ausgeführt werden kann, um insbe­ sondere den Behälterinnendruck ohne Formänderung des Wärme­ speichers aufnehmen zu können.

Claims (30)

1. Wärmespeicher (10), insbesondere für Kraftfahr­ zeuge, mit einem Speichergehäuse, das aus einem Innenbehälter (12) mit unrundem Querschnitt und einem diesen mit Abstand umgebenden Außenbehälter (18) und einer zwischen Innen- und Außenbehälter eingeschlossenen Wärmeisolierung (20), insbe­ sondere einer nicht tragfähigen Hochvakuumisolierung besteht, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest beim Innenbehälter (12) der Querschnitt des Behältermantels (28) Kreisbogensegmente (52a-52d; 52e-52g; 52e, 52g; 52h-52k) enthält und daß an den Übergangsstellen (54a-54d; 54e-54h; 54e, 54f; 54e, 54f, 54j, 54k) zwischen diesen Kreisbogensegmenten und den benachbarten Querschnittsabschnitten des Behältermantels (28) dieser Behältermantel abgestützt ist.

2. Wärmespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kreisbogensegmente (52a-52d; 52e-52g; 52e, 52f; 54e, 54f, 54j, 54k) nach der Behälteraußenseite ge­ wölbt sind.

3. Wärmespeicher nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreisbogensegmente (52a-52d; 52e-52g; 54e, 54f, 54j, 54k) des Behältermantelquer­ schnitts den gleichen Krümmungsradius aufweisen.

4. Wärmespeicher nach einem der Ansprüche 2 oder 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergangsstellen (54a-54d) als Übergangsbogen ausgebildet sind.

5. Wärmespeicher nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Behältermantel (28) ein zumindest an den Übergangsstellen (54a-54d) am Behäl­ termantel (28) anliegender Stützkörper (40) angeordnet ist.

6. Wärmespeicher nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Stützkörper (40) ein Hohlprofil ist.

7. Wärmespeicher nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich zur Abstützung der Über­ gangsstellen (54a-54d) im Innenbehälter (12) als Stützkör­ per (40) ein Abschnitt eines dem Querschnitt des Innenbehäl­ ters (12) angepaßten Extrusionsprofils befindet.

8. Wärmespeicher nach Anspruch 5 mit einer dem Speicherzweck dienenden Inneneinrichtung (16) des Innenbehäl­ ters, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergangsstellen (54a-54d) durch diese Inneneinrichtung (16) abgestützt sind.

9. Wärmespeicher, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem Speichergehäuse, das aus einem Innenbehälter (12) und einem Außenbehälter (18) und einer zwischen diesen einge­ schlossenen Vakuumisolierung (20) besteht, und bei dem der Innenbehälter (12) eine dem Speicherzweck dienende Innenein­ richtung (16) umschließt, insbesondere nach Anspruch 8, da­ durch gekennzeichnet, daß die Inneneinrichtung (16) des In­ nenbehälters (12) einen seinem Querschnitt angepaßten, einge­ schobenen, die Übergangsstellen (54a-54b) abstützenden Ab­ schnitt (40) eines Extrusionsprofils umfaßt.

10. Wärmespeicher, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem Speichergehäuse, das aus einem Innenbehälter (12) und einem Außenbehälter (18) und einer zwischen diesen einge­ schlossenen Vakuumisolierung (20) besteht, und bei dem der Innenbehälter (12) eine dem Speicherzweck dienende Innenein­ richtung (16) umschließt, insbesondere nach Anspruch 8, da­ durch gekennzeichnet, daß der Mantel (28) des Innenbehälters (12) zusammen mit der Inneneinrichtung (16) des Innenbehäl­ ters einen Abschnitt (41) eines einstückigen Extrusionspro­ fils bildet und daß der Innenbehälter durch zwei mit dem Man­ tel verbindbare Endkappen (30, 32) schließbar ist.

11. Wärmespeicher für Wärmeträgeraustausch nach An­ spruch 9 mit mindestens einem als Leiteinrichtung dienenden, in den Innenbehälter (12) eingeschobenen Extrusionsprofil (40), dadurch gekennzeichnet, daß das Extrusionsprofil (40) abdichtend an der Behälterinnenwandung anliegt.

12. Wärmespeicher nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß einem mit einer Mehrzahl von zueinander paral­ lel verlaufenden Längskanälen versehenen Extrusionsprofil (40) mit dessen Stirnseiten verbindbare Endkappen (42, 44) zugeordnet sind, die mit Umlenk- und/oder Überströmkanälen versehen sind, die geeignet sind, die Längskanäle zu einem kontinuierlichen Strömungskanal zu verbinden, wobei die In­ neneinrichtung (16) bestehend aus dem Extrusionsprofil (40) mit den beiden Stirnkappen (42, 44) in einen Innenbehälter­ mantel (28) eingeschoben ist, der an seinen beiden Enden durch mit dem Innenbehältermantel (28) dicht verbundene End­ kappen (30, 32) abgeschlossen ist.

13. Wärmespeicher nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Bildung der Längskanäle in das Extrusions­ profil Leitbleche (46) eingesetzt sind.

14. Wärmespeicher nach Anspruch 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Extrusionsprofil an seiner Innenfläche mit in Extrusionsrichtung verlaufenden, in Längsrichtung ge­ schlitzten Rippen (66) versehen ist und in deren Schlitze (68) die Leitbleche (46) eingeschoben sind.

15. Wärmespeicher nach Anspruch 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Leitbleche (46) zur Abdichtung mit ihren in Strömungsrichtung verlaufenden Längskanten (70) elastisch an der Innenfläche des Extrusionsprofils anliegen.

16. Wärmespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenbehälterman­ tel (28) mit zwei ihn abschließenden Endkappen (30, 32) aus Edelstahl besteht.

17. Wärmespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 16, bei welchem die an den Übergangsstellen (54a-54d) an die dort aufeinandertreffenden Kreisbogensegmente (52a-52d) angelegten Tangenten auf der Behälteraußenseite einen Winkel größer als 180° einschließen, dadurch gekennzeichnet, daß an den Übergangsstellen (54a-54d; 54j, 54k) der Behältermantel (28) zur Aufnahme von Druckkräften abgestützt ist.

18. Wärmespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem die an den Übergangsstellen (54a-54d; 54e, 54f, 54g, 54h; 54e, 54f) an die dort aufeinandertreffenden Kreis­ bogensegmente (52a-52d;52e, 52f, 52f′, 52g; 52e, 52g; 52h, 52i, 52j, 52k) angelegten Tangenten auf der Behälteraußensei­ te einen Winkel kleiner als 180° einschließen, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Übergangsstellen (54e-54g; 54e, 54f) durch Zuganker (80a-80d; 80e) abgestützt sind.

19. Wärmespeicher nach Anspruch 18, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Behältermantel (28) zusammen mit den Über­ gangsstellen zugeordneten Druckstützen bzw. Zugankern als Extrusionsprofil gefertigt ist.

20. Wärmespeicher nach Anspruch 19, dadurch gekenn­ zeichnet, daß den Innenraum des Innenbehälters (12) in Strö­ mungskanäle unterteilende Zwischenwände (46) einstückig mit dem Extrusionsprofil ausgebildet sind.

21. Wärmespeicher nach einem der Ansprüche 7 bis 17, 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Extrusions­ profil (40) und gegebenenfalls die diesem zugeordneten Stirn­ kappen (42, 44) aus Kunststoff bestehen.

22. Wärmespeicher nach einem der Ansprüche 7 bis 17, 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Extrusions­ profil (40, 41) und gegebenenfalls die diesem zugeordneten Endkappen aus Leichtmetall, insbesondere Aluminium bestehen.

23. Wärmespeicher (10), insbesondere für Kraftfahr­ zeuge, mit einem Isoliergefäß, das aus einem Innenbehälter (12) mit unrundem Querschnitt und einem diesen mit Abstand umgebenden Außenbehälter (18) und einer zwischen Innen- und Außenbehälter eingeschlossenen Wärmeisolierung (20), insbe­ sondere einer nicht tragfähigen Hochvakuumisolierung besteht, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Mantel des Isoliergefäßes in Sandwich­ bauweise gestaltet ist, derart, daß der Außenbehälter und der Innenbehälter durch mit beiden verbundene, tragfähige Verbin­ dungselemente mit geringem Querschnitt und, bewogen auf die Tragfähigkeit, geringer Wärmeleitfähigkeit zu einer biege­ steifen Einheit verbunden sind.

24. Wärmespeicher nach Anspruch 23, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verbindungselemente mit Innen- und/oder Außenbehälter fest verbunden sind.

25. Wärmespeicher nach einem der Ansprüche 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeleitfähigkeit der Verbindungselemente gleich oder größer 1 W/mK ist.

26. Wärmespeicher nach Anspruch 25, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verbindungselemente aus Edelstahl bestehen.

27. Wärmespeicher nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungselemente aus Kunststoff bestehen.

28. Wärmespeicher nach einem der Ansprüche 23 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente des Isolierge­ fäßes durch Kleben miteinander verbunden sind.

29. Wärmespeicher nach einem der Ansprüche 23 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente des Isoliergefä­ ßes durch Hitzeeinwirkung miteinander verbunden sind.

30. Wärmespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche unter Verwendung von Leichtmetall-Gußteilen und einem evakuierten Isolierbereich, dadurch gekennzeichnet, daß die den Isolierbereich begrenzenden Leichtmetall-Gußteile nach dem Gießen durch Schmieden verdichtet sind.