AT391555B - LATENT HEAT STORAGE WITH NON-CONSTRUCTIBLE MELTING SUBSTANCES - Google Patents
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Description
Nr. 391 555No. 391 555
Die Erfindung betrifft einen Latentwärmespeicher mit nicht zersetzend schmelzenden Stoffen mit einer aktiven und zu vermischenden Speicherfüllung in einem Speicherbehälter.The invention relates to a latent heat store with non-decomposing melting substances with an active and to be mixed storage filling in a storage container.
Latentwärmespeicher mit nicht zersetzend schmelzenden Stoffen stellen wirkungsvolle Systeme zur Entlastung oder Ergänzung konventioneller Energieerzeugersysteme und zum Ausgleich zeitlicher Schwankungen 5 zwischen Energieanfall und Energiebedarf dar. Der vorliegende Latentwärmespeicher soll deshalb vorzugsweise für die Anpassung von Wärmeverbrauchssystemen an die durch die Energiequellen diktierten Wärmenutzungsbedingungen, d. h. den zeitlichen Ausgleich zwischen Wärmeanfall und Wärmebedarf, sowie zur Akkumulation von Wärme vorgesehen werden.Latent heat storage with non-decomposing melting substances are effective systems for relieving or supplementing conventional energy generation systems and for compensating for temporal fluctuations 5 between energy consumption and energy demand. H. the temporal balance between heat generation and heat demand, as well as for the accumulation of heat are provided.
Konventionelle Wärmespeicher arbeiten vornehmlich auf der Basis fühlbarer bzw. sensibler Wärme. Da die 10 Wärmekapazität aller dafür verwendeten Speichermaterialien, wie Wasser, Öl, Steine, Gußeisen, Magnesit, Erdreich u. ä. nur gering ist, führt der Einsatz solcher Speichersysteme, insbesondere bei der Akkumulation großer Wärmemengen, zu übergroßen Speichervolumina und zu unökonomischen Aufwandsverhältnissen. Aus praktischer Sicht besitzen die konventionellen Speichersysteme folgende wesentliche Nachteile: - Das Laden oder Entladen des Speichers ist mit einer Erhöhung oder Erniedrigung der Speichertemperatur 15 verbunden, die ein stetes - in der Praxis sehr nachteiliges - Gleiten der Speichertemperatur und der Wärmeübertragungsleistungen beim Laden und Entladen des Speichers und einen erhöhten Aufwand an einzusetzender Regelungstechnik nach sicht zieht - Aufgrund der bei den Speichermaterialien allgemein vorhandenen niedrigen spezifischen Wärmekapazitäten ist das Masse/Leistungsverhältnis im Vergleich mit dem nachfolgend beschriebenen Latentwärmespeicher sehr 20 ungünstig. - Die Speicherung großer Wärmemengen ist an große Speichervolumina gebunden, die technisch häufig nicht oder nur aufwendig realisierbar sind (Bau von zusätzlichen Umhausungen) oder die Kostenverhältnisse sehr nachteilig beeinflussen. - Zur Reduzierung der Speichervolumina auf technisch beherrschbare Größenordnungen müssen große 25 Temperaturdifferenzen zwischen Lade- und Entladezustand zugelassen und die dabei notwendige Erhöhung derConventional heat storage systems work primarily on the basis of sensible or sensitive heat. Since the 10 heat capacity of all storage materials used for this, such as water, oil, stones, cast iron, magnesite, soil and the like. Ä. is only small, the use of such storage systems, especially in the accumulation of large amounts of heat, leads to oversized storage volumes and to uneconomical effort. From a practical point of view, the conventional storage systems have the following major disadvantages: - The loading or unloading of the storage is associated with an increase or decrease in the storage temperature 15, which is a constant - in practice very disadvantageous - sliding of the storage temperature and the heat transfer performance when loading and unloading the Storage and an increased amount of control technology to be used - due to the low specific heat capacities generally present in the storage materials, the mass / performance ratio is very unfavorable in comparison with the latent heat storage described below. - The storage of large amounts of heat is tied to large storage volumes that are often not technically feasible or can only be implemented with great effort (construction of additional housings) or have a very disadvantageous effect on the cost ratio. - To reduce the storage volume to technically manageable orders of magnitude, large 25 temperature differences between the charge and discharge status must be permitted and the necessary increase in the
Ladetemperatur über die erforderliche Vorlauftemperatur des Wärmeverbrauchssystems sowie die Vernichtung der energetischen Qualität der Wärmequelle (Exergiegehalt) in Kauf genommen werden. - Bei der Verwendung von Wasser, als dem am häufigsten genutzten Speicheimaterial, wird die Speicherung großer Energiemengen besonders dann problematisch, wenn die für die technische Nutzung erforderliche 30 Speichertemperatur an der oberen Temperaturgrenze des Wassers (drucklos bei ca. 90 °C), wie z. B. für Heizungsanlagen 90/70 °C, liegt. Eine Erhöhung der Speicherfähigkeit durch Erhöhung der Wassertemperatur ist drucklos nicht möglich und führt zu einem erheblichen technischen und apparativen Mehraufwand, der die ohnehin nachteiligen Kostenverhältnisse noch zusätzlich verschlechtert.Charging temperature above the required flow temperature of the heat consumption system and the destruction of the energetic quality of the heat source (exergy content) are accepted. - When using water as the most frequently used storage material, the storage of large amounts of energy becomes particularly problematic when the storage temperature required for technical use is at the upper temperature limit of the water (pressureless at approx. 90 ° C), e.g. . B. for heating systems 90/70 ° C. An increase in the storage capacity by increasing the water temperature is not possible without pressure and leads to considerable additional technical and apparatus expenditure, which further worsens the already disadvantageous cost relationships.
Eine Möglichkeit zur Überwindung dieser Nachteile bieten Speicher, die weniger auf der Basis fühlbarer 35 Wärmen, sondern mehr auf der Basis latenter Wärmen, wie Schmelz- und Erstarrungswärmen, Verdampfungs- undOne way of overcoming these disadvantages is offered by storage facilities that are based less on sensible heat, but more on the basis of latent heat, such as heat of fusion and solidification, evaporation and
Kondensationswärmen, Reaktionswärmen, Hydratisationswärmen, Lösungswärmen, Kristallisationswärmen u. ä. arbeiten.Heat of condensation, heat of reaction, heat of hydration, heat of solution, heat of crystallization and. work.
Speicher dieser Art werden in da- Literatur als 'Latentwärmespeicher" bezeichnetStores of this type are referred to in the literature as' latent heat stores " designated
Diese Speicher haben gegenüber konventionellen Speichern folgende Vorteile: 40 - Beim Laden und Entladen bleibt die Speichertemperatur während der Wärmeaufnahme oder Wärmeabgabe in einem engen Bereich konstant - Die Wärmeübertragungsleistungen bleiben - in Abhängigkeit von der jeweiligen tecnnischen Lösung -ebenfalls in einem engen Bereich konstant - Im Vergleich mit konventionellen Speichern ist das Wärmeaufnahmevermögen je nach verwendetem 45 Speichermaterial und je nach der Breite des Gesamttemperaturbereiches, innerhalb welchem sich die Wärmeaufnahme und Wärmeabgabe vollzieht zwischen 2 und 40 mal größer.These storage tanks have the following advantages over conventional storage tanks: 40 - During loading and unloading, the storage temperature remains constant over a narrow range during heat absorption or heat dissipation - The heat transfer capacities remain constant - depending on the respective technical solution - also in a narrow range - in comparison With conventional storage tanks, the heat absorption capacity is between 2 and 40 times greater, depending on the 45 storage material used and the width of the total temperature range within which the heat absorption and heat dissipation takes place.
Die augenscheinlichsten Verbesserungen stellen insbesondere solche Latentwärmespeicher dar, die auf der Grundlage von Schmelz- und Erstarrungswärmen arbeiten. Für solche Speicher gibt es eine Reihe von Lösungen, welche im wesentlichen die mit schmelzbaren 50 Materialien einhergehenden und bekannten wärmephysikalischen und physikalisch-chemischen Probleme beseitigen.The most obvious improvements are in particular those latent heat stores that work on the basis of melting and solidification heat. There are a number of solutions for such memories which essentially eliminate the thermal and physical and physico-chemical problems associated with fusible materials.
Hierzu gehören DE-OS 26 48 678, DD-PS 154 125, DE-OS 1928 694, DE-OS 25 23 234, DE-OS 25 17 920 und DE-OS 25 17 921, die Verbesserungen hinsichtlich der stofflichen Aufbereitung der Speichermaterialien, der Unterbindung von Unterkühlungen, Stratifikationen u. ä. erbracht haben. 55 Noch nicht gelöst ist folgendes Problem:These include DE-OS 26 48 678, DD-PS 154 125, DE-OS 1928 694, DE-OS 25 23 234, DE-OS 25 17 920 and DE-OS 25 17 921, the improvements with regard to the material processing of the storage materials , the prevention of hypothermia, stratification u. have rendered. 55 The following problem has not yet been solved:
Die Neigung verschiedener nicht zersetzend schmelzender, z. B. kongruent und eutektisch schmelzender Materialien, zu Verwachsungen der bei der Erstarrung entstehenden Kristalle zu großvolumigen Agglomeraten, welche sowohl beim Wärmeein- als auch beim Wärmeaustrag zu stark verringerten Wärmeübertragungsleistungen sowie zur Verkrustung, Undurchlässigkeit für die Schmelze, zu thermischen Spannungen und überhöhten 60 Drücken im Speicherinneren fuhren. -2-The tendency of various non-decomposing melting, e.g. B. congruent and eutectic melting materials, to adhesions of the crystals formed during solidification to large-volume agglomerates, which reduce both the heat input and the heat output to greatly reduced heat transfer rates as well as incrustation, impermeability to the melt, thermal stresses and excessive pressures in the Inside the store. -2-
Nr. 391 555No. 391 555
Darüber hinaus ist aus der Literatur bekannt, daß durch Zugabe von Fluor enthaltenden oberflächenaktiven Stoffen die Größe der bei der Erstarrung von inkongruent schmelzendem Glaubersalz (Na2SC>4.10 H20) entstehenden Kristalle vermindert werden kann. Ein entsprechendes Patent liegt mit US 4267 879 vor. Konkrete Lösungen für die Verringerung der Kristallgröße von nicht zersetzend (z. B. kongruent) schmelzenden Latentspeichermaterialien sind dagegen nicht bekannt. Die Übertragung auf kongruent schmelzende Materialien, wie z. B. Na2S . 5 H20 haben zu keinem Erfolg geführt.In addition, it is known from the literature that the addition of fluorine-containing surface-active substances can reduce the size of the crystals formed during the solidification of incongruent melting Glauber's salt (Na2SC> 4.10 H20). A corresponding patent is available with US 4267 879. Concrete solutions for reducing the crystal size of non-decomposing (e.g. congruent) melting latent storage materials, however, are not known. The transfer to congruently melting materials, such as. B. Na2S. 5 H20 have not led to any success.
Es ist das Ziel der Erfindung, einen Latentwärmespeicher mit nicht zersetzend schmelzenden Stoffen zu entwickeln, bei welchem ohne Anwendung mechanischer Mittel die Entstehung großvolumiger Agglomerate, Verkrustungen und Undurchlässigkeiten verhindert und gleichzeitig große Wärmeein- und Wärmeaustragsleistungen ermöglicht werden.It is the aim of the invention to develop a latent heat storage with non-decomposing melting materials, in which the formation of large-volume agglomerates, incrustations and impermeability is prevented without the use of mechanical means and at the same time large heat input and heat output capacities are made possible.
Latentwärmespeicher mit nicht zersetzend schmelzenden Stoffen, wie z. B. kongruent und eutektisch schmelzenden Stoffen, neigen dazu, bei der Erstarrung Kristalle zu bilden, die sich zu großvolumigen Agglomeraten zusammenschließen. Diese bilden die Ursache für geringe Wärmeein- und -austragsleistungen sowie thermische Spannungen im Speicherinneren. Zur Unterbindung dieser Nachteile wird erfindungsgemäß bei dem eingangs erwähnten Latentwärmespeicher vorgeschlagen, daß die aktive Speicherfüllung mindestens drei Stoffsysteme, vorzugsweise vier Stoffsysteme enthält, wobei - das erste Stoffsystem aus einem oder mehreren Wärmespeicherstoffen besteht, welche eutektisch oder kongruent schmelzen, beim Schmelzen keine Zersetzungserscheinungen aufweisen, eine homogene Schmelze bilden und deren Anteil am Gesamtvolumen der aktiven Speicherfüllung 50 bis 95 Vol.% beträgt, - das zweite Stoffsystem aus einem Wärmetransportmittel besteht, welches das erste Stoffsystem nicht zu lösen vermag, dessen Dichte größer ist als die Dichte der schmelzflüssigen Phase des ersten Stoffsystems, dessen Dampfdruck wesentlich größer ist als der Dampfdruck des ersten Stoffsystems, dessen Anteil am Gesamtvolumen der aktiven Speicherfüllung 3 - 50 Vol.% beträgt, - das dritte Stoffsystem aus einem oder mehreren oberflächenaktiven Stoffen besteht und deren Anteil am Gesamtvolumen der aktiven Speicherfüllung 0,01 - 5 Vol.% beträgt und - das vierte Stoffsystem aus einem oder mehreren Keimbildnem besteht, deren Anteil am Gesamtvolumen der aktiven Speicherfüllung 0-20 Vol.% beträgt, wobei der Anteil = 0 ist, falls das Stoffsystem nicht unterkühlt.Latent heat storage with non-decomposing melting materials, such as. B. congruent and eutectic melting substances, tend to form on solidification crystals that combine to form large-volume agglomerates. These are the cause of low heat input and output as well as thermal tensions inside the storage tank. To avoid these disadvantages, it is proposed according to the invention in the latent heat storage device mentioned at the outset that the active storage filling contains at least three material systems, preferably four material systems, the first material system consisting of one or more heat storage materials which melt eutectically or congruently, show no decomposition phenomena when melting, form a homogeneous melt and its share in the total volume of the active storage filling is 50 to 95% by volume, - the second material system consists of a heat transport medium which is unable to solve the first material system, the density of which is greater than the density of the molten phase of the first Substance system whose vapor pressure is significantly greater than the vapor pressure of the first substance system, whose share in the total volume of the active storage filling is 3 - 50 vol.%, - The third substance system consists of one or more surface-active substances nd whose share in the total volume of the active storage filling is 0.01 - 5% by volume and - the fourth material system consists of one or more nucleating agents, whose share in the total volume of the active storage filling is 0-20% by volume, the share = 0 , if the fabric system is not hypothermic.
Der erfindungsgemäße Latentwärmespeicher soll in seiner aktiven Speicherfüllung mit Bezug auf eine Zeichnung (Fig. 1) näher vorgestellt werden:The latent heat store according to the invention is to be presented in more detail in its active storage fill with reference to a drawing (FIG. 1):
Stoffsystem (I): Mg(NOß)2.6 H20 und MgCl2.6 H20 als eutektisches Gemisch mit 70 Vol% Chlorbrommethan CH2ClBr mit 28 Vol% Cordesin W mit 1 Vol% Aktivkohle mit 1 Vol%Substance system (I): Mg (NOß) 2.6 H20 and MgCl2.6 H20 as eutectic mixture with 70 vol% chlorobromomethane CH2ClBr with 28 vol% Cordesin W with 1 vol% activated carbon with 1 vol%
Stoffsystem (Π): Stoffsystem (ΙΠ): Stoffsystem (IV):Substance system (Π): Substance system (ΙΠ): Substance system (IV):
Die 4 Stoffsysteme sind eingefüllt in einen dichten und wärmeisolierten Behälter (1), in Form einer Mischung als aktive Speicherfüllung (2).The 4 material systems are filled in a sealed and thermally insulated container (1), in the form of a mixture as an active storage filling (2).
Innerhalb des Behälters (1) ist ein Wärmeübertrager (3) so angeordnet, daß er von der Speicherfüllung (2) vollkommen bedeckt ist. Ein weiterer Wärmeübertrager (4) ist so angeordnet, daß er nur vom Dampf des Stoffsystems (Π) in einem Hohlraum (5) umgeben ist.A heat exchanger (3) is arranged inside the container (1) in such a way that it is completely covered by the storage filling (2). Another heat exchanger (4) is arranged so that it is only surrounded by the vapor of the material system (Π) in a cavity (5).
Die Wärmezufuhr «folgt über den von der Speicherfüllung (2) umschlossenen Wärmeübertrager (3), der Wärmeentzug über den vom Wärmetransportmitteldampf umgebenen Wärmeübertrager (4). Wärmezufuhr und Wärmeentzug laufen unter dreifachem Phasenwechsel ab.The heat supply follows via the heat exchanger (3) enclosed by the storage filling (2), and the heat is removed via the heat exchanger (4) surrounded by the heat transfer medium vapor. Heat supply and heat withdrawal take place with a triple phase change.
Bei einer Wärmezufuhr oberhalb der Schmelztemperatur wird das Stoffsystem (II) verdampf. Beim Zusammentreffen mit noch nicht geschmolzenem Material des Stoffsystems (I) wird dieses kondensiert und das Stoffsystem (I) geschmolzen. Die vom Stoffsystem (II) abgegebene Kondensationswärme wird vom Stoffsystem (I) als Schmelzwärme aufgenommen.If heat is supplied above the melting temperature, the material system (II) evaporates. When meeting material that has not yet melted, the material system (I) is condensed and the material system (I) is melted. The heat of condensation given off by the material system (II) is absorbed by the material system (I) as heat of fusion.
Beim Wärmeentzug unterhalb der Schmelztemperatur wird wiederum Material des Stoffsystems (II) verdampft, in diesem Falle bei einem niedrigeren Druck als bei der Wärmezufuhr. Die dazu erforderliche Verdampfungswärme wird dem Speichermaterial (Stoffsystem (I)) entzogen, welches dabei erstarrtWhen heat is removed below the melting temperature, material of the material system (II) is again evaporated, in this case at a lower pressure than when the heat is supplied. The heat of vaporization required for this is extracted from the storage material (material system (I)), which then solidifies
Der Dampf des Stoffsystems (II) wird am Wärmeübertrager (4) kondensiert und die frei werdende Kondensationswärme vom Wärmeübertrager (4) aufgenommen.The vapor of the material system (II) is condensed on the heat exchanger (4) and the heat of condensation released is absorbed by the heat exchanger (4).
Die Wärmeübertragung läuft in beiden Fällen unter intensiver Blasenbildung mit starker Durchmischung der Speichelfüllung ab, wodurch sich eine über das gesamte Speichermaterial gleichmäßig verteilte Wärmeaufnahme bzw. Wärmeabgabe ausbildet Dieser an sich bekannter Prozeß läuft bei nicht zersetzend schmelzenden Stoffen bei Abwesenheit des Stoffsystems (III) unter Bildung großvolumiger Agglomerate, Verwachsungen und Verkrustungen ab.The heat transfer takes place in both cases with intense blistering with strong mixing of the saliva filling, which forms a heat absorption or heat emission which is uniformly distributed over the entire storage material.This process, known per se, runs with formation in the case of non-decomposing melting substances in the absence of the material system (III) large-volume agglomerates, adhesions and incrustations.
Durch Zugabe des Stoffsystems (III) werden diese vermieden. Es entstehen je nach Intensität der Blasenbildung und Menge des Stoffsystems (III) kleinvolumige Kristalle, die eine lockere und durchlässige Schüttung im Speicherinneren bilden. -3-These are avoided by adding the substance system (III). Depending on the intensity of the bubble formation and the amount of the material system (III), small-volume crystals are formed, which form a loose and permeable bed inside the storage tank. -3-
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ELJ | Ceased due to non-payment of the annual fee | ||
| REN | Ceased due to non-payment of the annual fee |