DE4036035A1 - Modularer latentwaermespeicher - Google Patents
Modularer latentwaermespeicherInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Latentwärmespeicher in spezieller
Modulbauweise.
Derartige Speicher für die Speicherung von Wärme oder Kälte sind
für die verschiedensten Anwendungsbereiche, z. B. im Haushalt, in
der Industrie, oder auch in Fernwärmeübergabestationen vorgese
hen, 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 Ef
fekt des Phasenübergangs einer Substanz vom festen in den flüssi
gen Zustand und umgekehrt zu Nutze, weil bei einem solchen Pha
senübergang innerhalb eines sehr kleinen Temperaturhubs ver
gleichsweise hohe Energiemengen aufgenommen und wieder freige
setzt werden.
Dem heutigen Stand der Technik entsprechende Latentwärmespeicher
bestehen aus einem äußeren Gehäuse (Kessel) mit einer thermischen
Isolierung, und dem eigentlichen Latentwärmespeichermittel. Ge
wöhnlich sind die Kessel aus Gründen der Festigkeit, hauptsäch
lich um ein Ausbeulen unter Druck zu vermeiden, als im wesentli
chen zylindrische Hohlkörper mit sogenannten Klöpperböden an den
Enden ausgebildet. Für die Einbringung des Latentwärmespeicher
mittels haben sich zur Zeit zwei wesentliche Gruppen von techni
schen Möglichkeiten herauskristallisiert. Davon ist die erste die
Direkteinbringung (Schüttung) des Latentwärmespeichermittels, und
die zweite die Einbringung von mit dem Latentwärmespeichermittel
befüllten Behältern in den Kessel. Es ist bekannt, daß derartige
Behälter in Plattenform die besten Voraussetzungen für die Schaf
fung großer Oberflächen und kurzer Fließwege des Wärmestroms in
nerhalb des eingefüllten Latentwärmespeichermittels zu diesen
Oberflächen bieten. Dadurch ist eine hohe Dynamik des Wärmeaus
tausches erzielbar.
Die bekannten Bauformen besitzen jedoch den Nachteil, daß sie in
einer Vielzahl unterschiedlicher Baugrößen zur Verfügung stehen
müssen, um jeweils dem individuellen Speicherbedarf zu entspre
chen. Diese unterschiedlichen Baugrößen führen zu kleinen Los
größen in der Fertigung und können schon deshalb nicht sehr eng
gestaffelt werden, um die Lagerhaltung nicht unnötig aufzublähen.
Auch ist ein einmal installierter Latentwärmespeicher nach diesem
Konzept nachträglich in seiner Speicherkapazität nicht mehr an
paßbar. Ein weiterer Nachteil besteht sowohl in der Größe als
auch in dem Gewicht derartiger Speicher, wodurch die Installation
vor allem bei ungünstigen Einbauverhältnissen erschwert ist.
Es bestand daher die Aufgabe zur Schaffung eines Latentwärmespei
chers, welcher in seiner Speicherkapazität sehr gut an den Be
darf, möglichst auch nachträglich, anpaßbar sein sollte, und
gleichzeitig bei der Fertigung hohe Losgrößen möglichst gleich
artiger Elemente und eine geringe Lagerhaltung erlauben sollte.
Ein weiterer Teil der Aufgabe bestand darin, den Latentwärmespei
cher auch unter den ungünstigsten Verhältnissen am Einbauort
(z. B. in einem Keller) installieren zu können.
Die beschriebene Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst,
daß ein Latentwärmespeicher in spezieller Modulbauweise vorge
schlagen wird. Danach besteht der erfindungsgemäße Latentwärme
speicher aus einzelnen dicht abgeschlossenen flachen Speichermo
dulen, welche mit dem Latentwärmespeichermittel befüllt sind, ei
ner außenliegenden thermischen Isolierung und Anschlüssen für den
Zu- und Ablauf des flüssigen Wärmetauschermittels, wobei die
Oberflächen der Speichermodule die Tauscherflächen für die Ein-
bzw. Auskopplung thermischer Energie zum bzw. vom Latentwärme
speichermittel bilden und die einzelnen Speichermodule an ihrer
Oberfläche so gestaltet und nach außen lateral zu ihrer Planebene
abgedichtet mit ihren Planflächen so zu einer Batterie aneinander
gereiht sind, daß dadurch zwischen ihnen ohne die Notwendigkeit
eines Tanks ein definierter Fließweg für das flüssige Wärmetau
schermittel gebildet ist. Die durch die einzelnen Speichermodule
gebildete Batterie ist an der jeweils endseitigen Planfläche des
ersten bzw. letzten Speichermoduls mit jeweils einer Stirnplatte
abgeschlossen. Die Anschlüsse für den Zu- bzw. Ablauf des flüssi
gen Wärmetauschermittels sind vorzugsweise in die Stirnplatten
integriert. Die gesamte Batterie aus Speichermodulen und Stirn
platten wird mittels axial wirkender Verbindungselemente zusam
mengehalten.
Mit der Erfindung werden neuartige Speichermodule zur Verfügung
gestellt, welche durch eine entsprechende Formgebung sowohl der
planflächigen Seiten als auch der Berandung beim Aneinanderreihen
der Speichermodule einen gegen ungewollten Austritt von flüssigem
Wärmetauschermittel abdichtbaren Strömungsweg über die Oberflä
che der Speichermodule bilden. Die Gehäuse der Speichermodule
sind umlaufend wahlweise entweder mit Dichtflächen und einlegba
ren Dichtungen, oder mit einem integrierten Dichtsystem, z. B. be
stehend aus Dichtflächen und angespritzten Dichtkanten, versehen.
Die planflächigen Seiten der Speichermodule sind vorzugsweise an
ihrer Oberfläche strukturiert (z. B. mit Noppen, Sicken, Fisch
grätmuster, oder dergleichen), um sowohl eine Beabstandung der
Planflächen der Speichermodule, als auch eine kontrollierte Ver
teilung der Strömung und deren Turbulenz sicherzustellen. Dabei
ist die effektive Höhe der einzelnen Speichermodule im Tauscher
flächenbereich einschließlich der Strukturierung der Oberfläche
nicht größer als die effektive Höhe der Berandung einschließlich
der Dichtung. In dem erfindungsgemäßen Speichermodul ist minde
stens ein axialer Durchbruch für den Durchtritt von flüssigem
Wärmetauschermittel vorhanden. Im Gegensatz zu den flexiblen als
Tauscherflächen arbeitenden planflächigen Seiten des Speichermo
duls ist die Berandung verstärkt ausgeführt. Die erfindungsgemäß
en Speichermodule sind sowohl in Metall als auch in Kunststoff
herstellbar. Nach weiterer Erfindung wird vorgeschlagen, bei ei
nem aus Kunststoff hergestellten Gehäuse des Speichermoduls auß
erhalb der umlaufenden Abdichtung einen thermisch isolierenden
Kragen direkt anzuspritzen, wobei dieser vorzugsweise mit einer
thermisch isolierenden Füllung z. B. aus Schaum versehen ist.
Damit ist nach der Erfindung ein modularer Latentwärmespeicher
verfügbar, welcher durch das Aneinanderreihen einzelner Speicher
module sehr feinstufig und nahezu unbegrenzt in seiner Kapazität
anpaßbar ist. Selbst eine nachträgliche Erweiterung der Speicher
kapazität ist durch Hinzufügen zusätzlicher Speichermodule pro
blemlos durchführbar. Die spezielle Konstruktion erübrigt den
üblicherweise benötigten Tank (Kessel). Auch ist die Durchströ
mung des Latentwärmespeichers wahlweise je nach Anordnung der
Durchbrüche in den einzelnen Speichermodulen in Reihen- oder Pa
rallelschaltung realisierbar. Durch die Aufgliederung in Spei
chermodule entstehen kleine Einheiten, welche vorzugsweise in
ihrem Maximalgewicht so ausgelegt sind, daß sie ohne weiteres
von einer einzelnen Person getragen werden können. Die flache
Form der Speichermodule erlaubt den problemlosen Transport auch
an schwer zugängliche Aufstellplätze (z. B. im Keller), wenn Eng
stellen z. B. im Treppenhaus oder durch enge Türen zu überwinden
sind. Durch sehr wenige Baugrößen der Speichermodule kann prak
tisch der gesamte Markt abgedeckt werden, wobei große Stückzahlen
eine preiswerte Herstellung erlauben.
Die Erfindung soll im folgenden anhand der fünf Zeichnungsfiguren
näher erläutert werden. Fig. 1 zeigt eine geschnitten und unter
brochen gezeichnete Darstellung eines Ausführungsbeispiels des
erfindungsgemäßen modularen Latentwärmespeichers. In Fig. 2 ist
das Ausführungsbeispiel eines einzelnen Speichermoduls in Form
einer unvollständigen Skizze gezeigt, von welchem in Fig. 3 ein
Teilschnitt herausgezeichnet ist. In Fig. 4 ist mittels einer
ebenfalls vereinfachten Skizze ein weiteres Ausführungsbeispiel
eines Speichermoduls dargestellt, wovon in Fig. 5 ein Teilschnitt
gezeigt wird.
Die Zeichnungsfigur 1 zeigt das Schema eines Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen modularen Latentwärmespeichers in einer ge
schnitten und abgebrochen gezeichneten Darstellung. Es wurde für
das Beispiel eine Durchströmung in Reihenschaltung gewählt, wobei
die Fließrichtung durch eingezeichnete Pfeile angedeutet ist. In
der thermisch isolierenden und aus den vier Elementen (1, 2, 3, 4)
bestehenden Hülle ist eine Batterie aus fünf Speichermodulen (5,
6, 7, 8, 9) und den beiden Stirnplatten (10, 11) angeordnet. Die ein
zelnen Speichermodule sind mit dem Latentwärmespeichermittel (12)
befüllt. Die Batterie wird durch die axial wirkenden Zuganker
(13, 14) zusammengehalten. In die Stirnplatten ist der Zulauf (15)
und der Ablauf (16) integriert. Zwischen den einzelnen Speicher
modulen bzw. zwischen dem jeweils letzten Speichermodul und der
angrenzenden Stirnplatte ist jeweils eine Dichtung (17) einge
baut.
In Fig. 2 ist das Ausführungsbeispiel eines einzelnen Speicher
moduls von der Planseite gesehen anhand einer Skizze dargestellt.
Aus Gründen der Vereinfachung ist die Strukturierung der Oberflä
che (18) nur partiell durch Striche angedeutet. Wegen der besse
ren Übersichtlichkeit ist die Zeichnung nicht maßstäblich, son
dern im Randbereich in der Größe verzerrt angefertigt. Für das
Beispiel wurde eine Version mit einer nach dem Zusammenbau mäan
derförmigen Durchströmung der Batterie gewählt. Eine der beiden
möglichen Strömungsrichtungen des Wärmetauschermittels über die
Oberfläche des Speichermoduls ist durch den großen Pfeil (19)
verdeutlicht. Im Randbereich sind Vertiefungen (20A bis 20I)
eingeprägt, um eine Versteifung der Berandung (21) zu bewirken.
Zwei größere Vertiefungen (22, 23) an der linken Seite sind mit
Durchbrüchen (24, 25) versehen, welche den Durchtritt des flüssi
gen Wärmetauschermittels in die nächste Ebene der Batterie ge
statten. In die Berandung ist eine umlaufende Nut (26) für eine
einlegbare Dichtung eingedrückt. Die Berandung wird nach außen
durch einen tiefgezogenen Saum (27) begrenzt. In der Zeichnung
ist durch die mit Pfeilen ausgezogene Linie die Lage des Schnit
tes AI/AI eingetragen, welcher Gegenstand der Fig. 3 ist.
Fig. 3 zeigt eine Schnittzeichnung durch den Randbereich eines
Stapels aus Speichermodulen gemäß Fig. 2, wobei die einzelnen
Speichermodule jeweils um 180° verdreht aneinandergereiht wurden,
um die in diesem Fall gewünschte mäanderförmige Durchströmung der
Batterie mit dem flüssigen Wärmetauschermittel nach dem Prinzip
der Reihenschaltung zu realisieren. Das mittlere Speichermodul
entspricht dem in Fig. 2 mit AI/AI bezeichneten Schnitt. Das Ge
häuse des Speichermoduls aus dünnwandigem Material besteht aus
den zwei Halbschalen (28, 29). Die Strukturierung (18) der Ober
fläche ist durch den wellenförmigen Schnitt angedeutet. In der
gegenüber der Oberfläche zurückspringenden Vertiefung (22) ist
ein Durchbruch (24) angebracht. In die Berandung (21) ist die Nut
(26) eingeprägt, in welche eine Dichtung (30) eingelegt ist. Die
Speichermodule werden außen von dem tiefgezogenen Saum (27) be
grenzt. Aufgrund des Abstandes zwischen den Oberflächen der je
weils benachbarten Speichermodule ist ein Fließweg (31; 32) für
das flüssige Wärmetauschermittel gebildet. Eine der möglichen
Fließrichtungen ist durch die eingezeichneten Pfeile angedeutet.
In Fig. 4 wird ein gegenüber der Fig. 2 abgewandeltes Ausfüh
rungsbeispiel des erfindungsgemäßen Speichermoduls gezeigt. Auch
hier wurde die Darstellung stark vereinfacht und deshalb Details
nur partiell angedeutet. Es sind in der Oberfläche sowohl zwei
tiefgezogene Einprägungen (33, 34) als auch zwei runde Durchlässe
(35, 36) angebracht. Die Aufkantung der Berandung (37) ist aus der
Zeichnung nicht ohne weiteres zu ersehen. Die Lage des Schnittes
AI/AII ist eingetragen.
In Fig. 5 ist ein Schnitt durch einen aus Speichermodulen gemäß
der Fig. 4 gebildeten Stapel dargestellt. Auch für die gezeigte
Variante wurde eine mänderförmige Durchströmung der gesamten Bat
terie gewählt und durch in Planebene um jeweils 180° verdrehte
Anordnung der einzelnen Speichermodule realisiert. Das Gehäuse
der jeweiligen Speichermodule aus dünnwandigem Material ist aus
den beiden Halbschalen (38, 39) hergestellt, welche außen eine
Aufkantung (40, 41) besitzen und dort dicht verbunden sind. Durch
eine angepaßte Formgebung mit den Rillen (42, 43) ist ein Raum für
eine einlegbare Dichtung (44) gebildet. Der Durchlaß (35) ist
mittels eines eingesetzten Rohrstücks (45) verwirklicht. Eine der
möglichen Fließrichtungen ist durch kleine Pfeile eingetragen.
Claims (12)
1. Modularer Latentwärmespeicher für die Speicherung thermischer
Energie, bestehend aus einzelnen dicht abgeschlossenen flachen
Speichermodulen, welche mit dem Latentwärmespeichermittel be
füllt sind, einer außenliegenden thermischen Isolierung und An
schlüssen für den Zu- und Ablauf des flüssigen Wärmetauschermit
tels, wobei die Oberflächen der Speichermodule die Tauscherflä
chen für die Ein- bzw. Auskopplung thermischer Energie zum bzw.
vom Latentwärmespeichermittel bilden, dadurch gekennzeichnet,
daß die einzelnen Speichermodule an ihrer Oberfläche so gestaltet
und nach außen lateral zu ihrer Planebene abgedichtet mit ihren
Planflächen so zu einer Batterie aneinander gereiht sind, daß da
durch zwischen ihnen ohne die Notwendigkeit eines Tanks ein defi
nierter Fließweg für das flüssige Wärmetauschermittel gebildet
ist.
2. Modularer Latentwärmespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die aus den einzelnen Speichermodulen gebildete
Batterie an der jeweils endseitigen Planfläche des ersten bzw.
letzten Speichermoduls mit jeweils einer Stirnplatte abgeschlos
sen ist.
3. Modularer Latentwärmespeicher nach Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Anschlüsse für den Zu- bzw. Ablauf des flüssi
gen Wärmetauschermittels in die Stirnplatten integriert sind.
4. Modularer Latentwärmespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis
3, dadurch gekennzeichnet, daß die Batterie aus Speichermodulen,
bzw. die Batterie aus Speichermodulen und Stirnplatten mittels
axial wirkender Verbindungselemente zusammengehalten wird.
5. Modularer Latentwärmespeicher nach einem oder mehreren der An
sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Speichermodule gemäß
einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 12 verwendet sind.
6. Speichermodul für einen modularen Latentwärmespeicher, beste
hend aus einem abgedichteten flachen Gehäuse z. B. aus Metall oder
Kunststoff mit einer Befüllung mit einem Latentwärmespeichermit
tei, wobei im wesentlichen die Planflächen des Speichermoduls als
Tauscherflächen für die Ein- bzw. Auskopplung thermischer Energie
zum bzw. vom Latentwärmespeichermittel dienen, dadurch gekenn
zeichnet, daß durch eine entsprechende Formgebung sowohl der
planflächigen Seiten als auch der Berandung beim Aneinanderreihen
der Speichermodule ein gegen ungewollten Austritt von flüssigem
Wärmetauschermittel abdichtbarer Strömungsweg über die Oberfläche
der Speichermodule gebildet wird.
7. Speichermodul nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das
Gehäuse umlaufend wahlweise entweder mit Dichtflächen und einer
einlegbaren Dichtung, oder mit einem integrierten Dichtsystem, z. B.
bestehend aus Dichtfläche und angespritzer Dichtkante, verse
hen ist.
8. Speichermodul nach einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch ge
kennzeichnet, daß die planflächigen Seiten mit einer Strukturie
rung der Oberfläche (z. B. Noppen, Sicken, Fischgrätmuster, oder
dergleichen) versehen sind, um sowohl eine Beabstandung der Plan
flächen der Speichermodule, als auch eine kontrollierte Vertei
lung der Strömung und deren Turbulenz sicherzustellen.
9. Speichermodul nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch ge
kennzeichnet, daß die effektive Höhe des Speichermoduls im Tau
scherflächenbereich einschließlich der Strukturierung der Ober
fläche nicht größer ist als die effektive Höhe der Berandung
einschließlich der Dichtung.
10. Speichermodul nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein axialer Durchbruch
für den Durchtritt von flüssigem Wärmetauschermittel vorhanden
ist.
11. Speichermodul nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis
10, dadurch gekennzeichnet, daß die Berandung im Gegensatz zu den
flexiblen als Tauscherflächen arbeitenden planflächigen Seiten
mechanisch verstärkt ausgeführt ist.
12. Speichermodul nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis
11, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse aus einem Kunststoff
hergestellt ist und außerhalb der umlaufenden Abdichtung ein
thermisch isolierender Kragen, vorzugsweise mit einer thermisch
isolierenden Füllung (z. B. Ausschäumung), direkt angespritzt ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4036035A DE4036035A1 (de) | 1990-11-13 | 1990-11-13 | Modularer latentwaermespeicher |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4036035A DE4036035A1 (de) | 1990-11-13 | 1990-11-13 | Modularer latentwaermespeicher |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4036035A1 true DE4036035A1 (de) | 1992-05-14 |
Family
ID=6418140
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE4036035A Withdrawn DE4036035A1 (de) | 1990-11-13 | 1990-11-13 | Modularer latentwaermespeicher |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4036035A1 (de) |
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1990
- 1990-11-13 DE DE4036035A patent/DE4036035A1/de not_active Withdrawn
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