DE2929238A1

DE2929238A1 - Waermespeicher

Info

Publication number: DE2929238A1
Application number: DE19792929238
Authority: DE
Inventors: Armand Bracht
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-07-21
Filing date: 1979-07-19
Publication date: 1980-06-26
Also published as: FR2431662A1; US4291756A; IT1124135B; IT7912682A0; FR2431662B1

Description

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Armand BRACHT

31, rue du Rhin, KINGERSHEIM (Haut-Rhin, Frankreich)

Wärme speicher

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Gewinnung von Wärmeenergie jeglicher Herkunft und insbesondere auf die Speicherung einer solchen Energieform, und hat einen Wärmespeicher zum Gegenstand.

Zur Zeit sind verschiedene Wärmegewinnungseinrichtungen, die insbesondere die Sonnenenergie und aus der Luft oder aus anderen fliessenden Medien erzeugte Energie nutzbar machen sollen, bekannt. Diese Einrichtungen bestehen im allgemeinen aus Energieeinfangsgeräten und aus Umwandlungs- oder Wiedernutzbarmachungsgeräten.

Wegen ungelöster Schwierigkeiten in bezug auf die Aufnahmefähigkeit etwaiger Behälter und deren Isolierung ist jedoch die Speicherung solcher Energieformen problematisch. Diese Behälter bestehen im allgemeinen aus, durch eingefangene

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Wärme geheizte Wasserbehälter, denen nach Bedarf die aufgenommene Wärmeenergie wieder entzogen wird. In einer weiteren bekannten Form besteht ein Wärmespeicher aus einer Anordnung hitzebeständiger Steine, die die Wärme aufnehmen und sie unter der Wirkung sich bewegender Luft oder dergleichen wieder abgeben.

Solche Speicher müssen allerdings recht gross sein, um eine gute Wärmeaufnahmefähigkeit zu erreichen, weil die spezifische Wärmeaufnahme gering ist, so dass ihre Installation wirtschaftlich bleibt.

Im übrigen gewährleisten die bekannten Wärmespeicher keine bequeme Verwendung wie z.B. den Transport ohne Energieverlust von einer Wärmeentstehungsstelle zur Stelle der Nutzbar- · machung.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu beseitigen.

Zu diesem Zweck hat die Erfindung einen Wärmespeicher zum Gegenstand, der dadurch gekennzeichnet ist, dass er im wesentlichen aus einem wärmespeichernden Behälter, der eine wärmespeichernde Masse enthält, aus einer Wärmeenergiezubringungseinrichtung, aus einer Entnahmeeinrichtung für die gespeicherte Energie und aus einer Pumpe zur Umwälzung der wärmespeichernden Masse besteht.

Gemäss einem Merkmal der Erfindung besteht die wärmespeichernde Masse aus Paraffin.

Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Pumpe zur Umwälzung der wärmespeichernden Masse samt Antriebsmotor sowie die Umlaufpumpe der Entnahmeeinrichtung für die gespeicherte Wärme und ggf. die Umlaufpumpe der Wärme zubringunga-

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einrichtung unmittelbar in der wärmespeichernden Masse angeordnet.

Bei Anwendung einer Wärmepumpe ist eine Variante des Erfindungsgegenstandes dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter, dessen Antriebsmotor und der Kondensator innerhalb der wärmespeichernden Kasse angeordnet sind.

Gemäss einer weiteren Variante des Erfindungsgegenstandes weist der Wärmespeicher einen unabhängigen Wärmeenergiekollektor wie z.B. einen Sonnenkollektor oder eine Einrichtung zur Gewinnung der Abwärme aus Verbrennungsmotorabgas auf, wobei die Wiederentnähme der Energie aus dem Speicher durch unmittelbare Abstrahlung durch die Öffnung des Speichers oder durch einen Lüftungs- oder Luftkreislauf, oder dergleichen erfolgt.

Gemäss einem noch weiteren Merkmal der Erfindung weisen die Rohrschlangen der Wärmeenergieaubringungseinrichtung und der Wärmeentnahmeeinrichtung den gleichen Durchmesser und eine gemeinsame geometrische Achse auf, so dass ihre Windungen, ohne sich zu berühren, in abwechselnder Folge übereinanderliegen.

Weitere Merkmale, Vorteile und Eigenschaften der Erfindung sind der nun folgenden Beschreibung einiger bevorzugter Ausführung sbeispiele anhand der schematischen Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen :

Figur 1 einen Schnitt durch einen erfindungsgemässen Wärmespeicher,

Figur 2 einen Schnitt durch eine Variante des Erfindungsgegenstandes,

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Figur 3 eine teilweise Ansicht von oben des bevorzugten Ausführungsbeispiels nach Figur 2, und

Figur 4 einen Schnitt durch eine weitere Variante des Erfindungsgegenstandes.

G-emäss der Erfindung und insbesondere gemäss der beispielsweisen Figur 1 der beiliegenden Zeichnungen besteht der erfindungsgemässe Wärmespeicher im wesentlichen aus einem energiespeichernden Behälter 1, der eine wärmespeichernde Masse 2 enthält, aus einer Wärmeenergiezubringungseinrichtung 3, aus einer Energieentnahmeeinrichtung 4 und aus einer Pumpe 5 zur Umwälzung der speichernden Masse.

Der Behälter 1 ist mit wärmeisolierenden bzw. -dämmenden Wänden versehen und die in ihm enthaltene Speichermasse 2 besteht vorzugsweise aus bei der Umgebungstemperatur festem, bei etwa 47^gC schmelzendem Paraffin.

Die Wärmeenergiezubringungseinrichtung 3 sowie die Einrichtung 4 zur Entnahme der gespeicherten Wärmeenergie sind als Rohrschlangen ausgebildet, die z.B. mit einem Sonnenkollektor 6 bzw. einem Heizungskreislauf 7 verbunden sind.

Die Pumpe 5 sowie deren Antriebsmotor sind unmittelbar in der als Motorkühlflüssigkeit dienenden und so die Motorabwärme speichernden Masse 2 angeordnet. Diese Anordnung des Motors unmittelbar in der Masse 2 wird durch die elektrisch isolierende Eigenschaft des Paraffins ermöglicht»

Auf ähnliche Weise sind die Umlaufpumpen 8 und 9 der Einrichtung 3 bzw. der Einrichtung 4 zur Wärmeentnahme ebenfalls unmittelbar im Behälter 1 angeordnet, so dass ihre Abwärme gleichfalls durch die Masse 2 aufgenommen wird.

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In Anbetracht der Anordnung der Pumpe 5 in der Masse 2 lässt sich ihr Antriebsmotor zur Drehzahländerung mit einer anderen als ihrer Nennspannung ohne Risiken für den Motor verbinden.

Die Figur 2 zeigt eine Variante der Speicherausführung gemäss Figur 1, bei der die Wärmezubringungseinrichtung 3 als Wärmepumpe ausgebildet ist. Dabei sind der Verdichter 10 samt Antriebsmotor 11 und der Kondensator 12 in der Masse innerhalb des Behälters 1 angeordnet, während der Verdampfer 13 sich ausserhalb des Behälters 1 befindet. Die anderen Elemente des Wärmespeichers entsprechen denjenigen der Figur 1 und sind mit denselben Bezugszeichen versehen.

Die Arbeitsweise eines erfindungsgemässen Speichers wird nun anhand der Figur 1 erläutert.

Der Sonnenkollektor 6, innerhalb dessen ein Medium wie z.B. Wasser oder ein Gas sich in Umlauf befindet, nimmt die Wärmeenergie der Sonneneinstrahlung unter Erwärmung des Mediums auf, das durch die Pumpe 8 zum Umlaufen durch die Rohrschlange der Wärmezubringungseinrichtung 3 gebracht wird, so dass die Rohrschlange das sie umgebende Paraffin bzw. die Paraffinmasse 2 bei einer Temperatur von 47⁹C zum Schmelzen bringt. Um für eine bessere Abkühlung der Rohrschlange der Einrichtung 3 und deshalb für eine bessere Abgabe der Wärme an die schmelzflüssige Masse 2 zu sorgen, wird sodann die Pumpe 5 zur Umwälzung der Masse 2 in Betrieb gesetzt, die ein Rühren der Masse 2 bewirkt, die zunächst die Neigung hat, die noch nicht schmelzflüssig gewordene Masse insbesondere an den Wänden des Behälters zum Schmelzen zu bringen und danach für eine Vergleichmässigung der Temperatur der Masse 2 innerhalb des Behälters 1 zu sorgen. Wegen dieses ununterbrochenen Rührens der Masse 2 findet eine Umlaufbewegung entlang der Rohrschlange 3 statt, wobei die Auf-

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nähme ihrer Abwärme verbessert wird. Weiterhin wird durch das Rühren der blasse 2 die Beheizung der Rohrschlange der Wärmeentnahmeeinrichtung 4 ebenfalls optimiert. Darüber hinaus dient das die Masse 2 bildende Paraffin als Schmiermittel für die Motoren 8 und 9 und für den Motor der Pumpe 5 sowie gleichzeitig zur Aufnahme ihrer Funktionsabwärme. Auf diese V/eise wird der Wirkungsgrad dieser Motoren dadurch verbessert, dass ihre Verlustwärme durch die Masse 2 völlig aufgenommen bzw. zurückgewonnen wird.

Die Wirkungsweise des erfindungsgemässen Speichers mit einer Wärmepumpe kommt der schon weiter oben beschriebenen gleich, wobei die Wärmezubringung durch den Kondensator 12 erfolgt und wobei darüber hinaus die Masse als Kühlflüssigkeit für den Verdichter 10 und die Motoren 9 und 11 dient.

Die Figur 3 stellt eine bevorzugte Variante des in Figur 2 dargestellten Speichers dar, bei der die Rohrschlangen der Einrichtungen 3 und 4 denselben'Durchmesser und die gleiche geometrische Achse aufweisen, wobei ihre Windungen ohne sich zu berühren in abwechselnder Folge übereinanderliegen, als ob sie "ineinandergeschraubt" wären. Bei dieser Ausftihrungaform der Erfindung sind die Rohrschlangen um den Verdichter 10 unter Bildung eines Zwischenraumes 14 angeordnet und sind sie von einem Lenkblech 15, das KUhlflügel 16 trägt, umgeben. Dabei ist die Pumpe 5 vorzugsweise in den unteren Teil der Rohrschlangen zwischen dem Verdichter 10 und dem Blech 15 angeordnet, um einen Teil der wärmespeichernden Masse in den zwischen dem ebenfalls mit einem dem Blech 15 entsprechenden Blech 17 ausgestatteten Verdichter 10 und dem Lenkblech liegenden Raum und durch die Windungen der Rohrschlangen zu befördern. Dank dieser Anordnung erreicht man eine bessere Übertragung der Wärme zwischen der Wärmezubringungs- und der Wärmeentnahmeeinrichtung unter G-ewährleistung eines ständigen Rührens der Masse 2 sowie eine Zurückgewinnung der Verlust-

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wärme der verschiedenen Motoren. Eine solche Ausführung Ια,ν^; sich ebenfalls mit einem Sonnenkollektor oder dergleichen verwirklichen.

Die Figur 4 zeigt eine weitere Ausführungsvariante der Erfindung, bei der der .'/armespeicher als fahrbare Einheit mit einem Behälter 18 ausgebildet ist. Innerhalb des Behälters ist eine Rohrschlange 19 angeordnet, die mit einem den Deckel des Behälters 18 bildenden Sonnenkollektor 20 verbunden ist. In diesem Fall fliesst das Heizmedium im Kreislauf in der Rohrschlange 19 und dem Sonnenkollektor 20 durch Wasserumlaufheizungseffekt, so dass die innerhalb des Behälters 18 gehaltene Hasse 2* erwärmt wird. liach einer bestimmten Auf hei:-; zeit von z.3. einigen Stunden Sonneneinstrahlung oder nach einem ganzen Tag in der Sonne kann der Behälter in einen su beheizenden Raum befördert v/erden, wo die Wärme wieder dadurch entnommen wird, deiss der Sonnenkollektor 20 zurückgeschwenkt bzw. der Deckel 18 geöffnet wird, damit die Wärme direkt durch Strahlung abgegeben wird. Es ist ebenfalls möglich, den Speicher mit einer nicht gezeigten Wärmeentnahmeeinrichtung auszustatten, die z.B. die Form einer, mit einer beliebigen V/ärreträgerquelle, oder mit einem Eeizungskreislauf, oder dgl. verbundenen, Rohrschlange aufweist. Schliesslich kann der Speicher der Figur 4 ebenfalls mit einem Luftkreislauf versehen sein, der nach Öffnung seiner Einlass- und Auslassöffnungen mit einem Lüfter oder dergleichen verbunden werden kann. Weiterhin kann dieser Speicher noch mit einer Pumpe zur Umwälzung der wärme speichernden I^asse versehen sein, die durch eine Batterie oder dergleichen angetrieben wird.

Der bewegbare Speicher kann ebenfalls noch als Apparat zur Speicherung der Abgaswärme eines Verbrennungsmotors ausgebildet sein, wobei die Wärmezubringungsrohrschlange dann durch eine Abgasrohrleitung ersetzt wird.

Gemäss einem weiteren nicht abgebildeten Ausführungsbeispiel

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der Erfindung ist es ebenfalls noch möglich, den Verdichter einer Wärmepumpe mit einem Verbrennungsmotor anzutreiben, dessen Kühlung durch die wärmespeichernde Masse bewirkt wird. Bei dieser Konstruktion wird die Energieleistung des Motors merklich verbessert, denn die Verlustwärme wird vollständig durch die wärmespeichernde Masse aufgenommen.

Dank der Erfindung lassen sich Wärmespeicher kleiner Baugrösse verwirklichen, die durch eine hohe Wärmeleistung gekennzeichnet sind, in Anbetracht dessen, dass die Verlustwärme der zugehörigen Aggregate zur Gänse wiedergewonnen wird.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die beschriebenen und in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsformen beschränkt. Insbesondere in bezug auf die Konstruktion der verschiedenen Teile sind vielmehr Abwandlungen möglich, ohne dadurch den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

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L e e r s e i t e

Claims

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';. Wärmespeicher, dadurch ge kennzeichnet, dass er im wesentlichen aus einem wärrr.espeichernden Behälter (1, 18), der eine wärmespeichernde Masse (2, 2¹) enthält und der wärmeisolierende Wände aufweist, aus einer Wärmeenergiezubringimgceinrichtung (3), aus einer lintnahrneeinrichtung (4) für die gespeicherte Energie und aus einer Pumpe (5) zur Umwälzung der wärmespeiehernden Kasse (2, 2»), besteht.
2. Wärmespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wärmespeichernde Masse (2) aus Paraffin besteht.
3. Wärmespeicher nach Anspruch ί-2, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (5) zur Umwälzung der wärmespeichernden Masse (2) samt Antriebsmotor sowie die Umlaufpumpe (9) der Entnahmeeinrichtung (4) für die gespeicherte Wärme und ggf. die Umlaufpumpe (8) der Wärmeζübringungseinrichtung (3) unmittelbar in der -wärmespeichernden Masse (2) angeordnet sind.
4. Wärmespeicher nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmesubringungseinrichtung (3) und die Wärmeentnahmeeinrichtung (4) jeweils die Form von Rohrschlangen aufweiten, die innerhalb der Kasse (2) angeordnet sind.
5. Wärmespeicher nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass bei Benutzung einer Wärmepumpe der Verdichter, dessen Antriebsmotor (11) und der Kondensator (12) innerhalb der wärmespeichernden i-lasse (2) angeordnet sind (Figur 2).
6. Wärmespeicher nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrschlangen der V/ärmezubringungseinriehtung (3) und der Wärmeentnahmeeinrichtung (4) den gleichen Durchmesser und eine gemeinsame geometrische Achse aufweisen, so dass ihre Windungen, ohne sich zu berühren, in abwechselnder Folge übereinanderliegen.

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7. Wärmespeicher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Windungen der Rohrschlangen zwischen zwei Lenkblechen (15, 17) angeordnet sind, wobei die Umwälzpumpe (5) für die wärmespeichernde Hasse innerhalb der Rohrschlangen angeordnet ist, um einen Teil der wärmespeichernden Masse in den zwischen den Lenkblechen liegenden Raum zu befördern.
8. Wärmespeicher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter durch einen Verbrennungsmotor angetrieben wird, dessen Kühlung durch die wärme speichernde Masse gewährleistet wird.
9. Wärmespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der aus einer beweglichen Einheit besteht, die eine selbständige ünergieeinfangeinrichtung, wie z.B. einen Sonnenkollektor (20), eine Einrichtung zur Gewinnung der Abwärme der Abgase eines Verbrennungsmotors, oder dergleichen aufweist, wobei die gespeicherte Wärme durch einen Luftkreislauf oder auf andere Weise wieder entnommen werden kann.

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