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PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Messung und Steuerung des Ladezustandes eines Latentwärmespeichers, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens im Temperaturbereich eines Phasenwechsels des Latentwärmespeichermediums (14) eine von dessen Volumen abhängige Grösse erfasst und zur Steuerung verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung der vom Volumen des Latentwärmespeichermediums (14) abhängigen Grösse dieses mit wenigstens einem davon abtrennbaren Medium (16, 150) in Kontakt gebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als vom Volumen des Latentwärmespeichermediums (14) abhängige Grösse das Niveau desselben verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als vom Volumen des Latentwärmespeichermediums (14) abhängige Grösse das Niveau des davon abtrennbaren Mediums (16) verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als vom Volumen des Latentwärmespeichermediums (14) abhängige Grösse der Druck wenigstens eines von diesem abtrennbaren Mediums (150) in einem geschlossenen System (146) vorgesehen ist.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als vom Volumen des Latentwärmespeichermediums (14) abhängige Grösse dessen elektrische Leitfähigkeit vorgesehen ist.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das abtrennbare Medium (16, 150) als Aufwirbelungsmedium für das Latentwärmespeichermedium (14) dient.
8. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das abtrennbare Medium (16) als Wärmeträger dient.
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen wenigstens zur Aufnahme des Latentwärmespeichermediums (14) vorgesehenen Behälter (12) und mindestens eine im Bereich des Latentwärmespeichermediums (14) und/oder im Bereich wenigstens eines mit diesem in Kontakt stehenden, davon abtrennbaren Mediums (16, 150) angeordneten Wärmeübertragungsfläche (30, 98, 108), sowie wenigstens einen Fühler (58, 59, 132, 152) für eine vom Volumen des Latentwärmespeichermediums (14) abhängige Grösse,
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Fühler (58, 59, 132, 152) mit einem Steuergerät (62) zur Beeinflussung des Ladezustandes des Latentwärmespeichers (10) verbunden ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der abtrennbaren Medien (16) über einen im Bereich des Latentwärmespeichermediums (14) angeordneten, eine Zufuhrleitung (22,90), eine Entnahmelei tung (18, 84) und ein Umwälzorgan (20, 88) aufweisenden, einen Teil des Behälters (12) umfassenden Zwangskreislauf geführt ist, wobei wenigstens ein Fühler (58, 59) dem abtrennbaren Medium (16, 150) zugeordnet ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ausser dem das Latentwärmespeichermedium (14) aufnehmenden Behälter (12) ein zusätzlicher, mit diesem kommunizierender Behälter (86, 124, 146) vorgesehen ist, wobei der Fühler (58, 59, 152) dem letztgenannten Behälter (86,
124, 146) zugeordnet ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Behälter (86, 146) im Zwangskreislauf enthalten ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwangskreislauf für das abtrennbare Medium (16) ein im Behälter (12) für das Latentwärmespeichermedium (14) angeordnetes Aufwirbelungsorgan (16,94) enthält.
15. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Behälter (86, 124, 146) eine Wärme übertragungsfläche aufweist.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung und Steuerung des Ladezustandes eines Latentwärmespeichers sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Zum Speichern von Wärme gelangen ausser herkömmlichen Speichern ohne Phasenwechsel des Speichermediums z.B. Wasser- oder Steinspeichern, auch vermehrt Speicher mit einem Phasenwechsel des Speichermediums, sogenannte Latentwärmespeicher, zur Anwendung. In solchen Latentwärmespeichern werden verschiedene Wärmespeichersubstanzen mit hohen latenten Schmelzwärmen verwendet. Diese Substanzen nehmen grosse Wärmemengen auf, z.B. Sonnenwärme, und schmelzen dabei. Entzieht man ihnen Wärme, gefriert das Material erneut und gibt dabei gespeicherte Wärme ab. Als Latentwärmespeichermedium kommen z.B. Wasser, Paraffin und insbesondere kristallwasserhaltige Natriumsalze in Frage. So übertrifft z.B. die Heizwärme-Speicher-Kapazität von kristallwasserhaltigem Natriumsulfat diejenige des gleichen Volumens Wasser um zirka das 7-fache.
Bei den herkömmlichen Speichern ohne Phasenwechsel lässt sich der Ladezustand des Speichers auf einfache Art anhand einer Temperaturmessung bestimmen und steuern. Anders verhält es sich jedoch mit Latentwärmespeichern. Bei diesen ist die Temperatur während des Phasenwechsels, z.B.
während des Schmelzvorganges, konstant. In diesem konstanten Bereich lässt sich somit die Temperatur zur Messung und Steuerung des Ladezustandes nicht verwenden.
Aufgabe der Erfindung ist es, den Ladezustand eines Latentwärmespeichers auch während eines Phasenwechsels zuverlässig zu messen und zu steuern.
Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, dass während eines Phasenwechsels und konstanter Temperatur das Gesamtvolumen des Latentwärmespeichermediums einer im wesentlichen kontinuierlichen Ver änderung unterworfen ist.
Das Verfahren, durch welches die Aufgabe gelöst wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens im Temperaturbereich eines Phasenwechsels des Latentwärmespeichermediums eine von dessen Volumen abhängige Grösse erfasst und zur Steuerung verwendet wird. Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist gekennzeichnet durch einen wenigstens zur Aufnahme des Latentwärmespeichermediums vorgesehenen Behälter und mindestens eine im Bereich des Latentwärmespeichermediums und/oder im Bereich wenigstens eines mit diesem in Kontakt stehenden, davon abtrennbaren Mediums angeordneten Wärmeübertragungsfläche, sowie wenigstens einen Fühler für eine vom Volumen des Latentwärmespeichermediums abhängige Grösse.
Nach einer besonders vorteilhaften Ausführung der Erfindung kann zur Erfassung der vom Volumen des Latentwärmespeichermediums abhängigen Grösse dieses mit wenigstens einem davon abtrennbaren Medium in Kontakt gebracht werden. Hierdurch lässt sich die vom Volumen des Latentwärmespeichermediums abhängige Grösse zuverlässig auch ausserhalb des Latentwärmespeichermediums oder ausserhalb des dieses aufnehmenden Behälters bestimmen.
Als vom Volumen des Latentwärmespeichermediums abhängige Grösse kann das Niveau desselben verwendet werden. Diese Ausführung gestattet eine besonders einfache Messung und Steuerung, wenn das Latentwärmespeichermedium ausserhalb des Phasenwechsels weitgehend homogen ist, z.B.
im Falle von Paraffin.
Als vom Volumen des Latentwärmespeichermediums ab
hängige Grösse kann zu dem das Niveau des davon abtrennbaren Mediums verwendet werden. Dies hat den Vorteil, dass sich die vom Volumen abhängige Grösse zuverlässig bestimmen lässt, auch wenn das Latentwärmespeichermedium in nicht homogener Form, z.B. in Griess- oder Flockenform, vorliegt. Als vom Volumen des Latentwärmespeichermediums abhängige Grösse kann weiter der Druck wenigstens eines von diesem abtrennbaren Mediums in einem geschlossenen System vorgesehen sein. Dies ist besonders bei solchen Latentwärmespeichermedien vorteilhaft, welche beim Phasenwechsel nur eine geringfügige Volumenausdehnung aufweisen. Als vom Volumen des Latentwärmespeichermediums abhängige Grösse kann auch dessen elektrische Leitfähigkeit vorgesehen sein. Hierdurch lässt sich die vom Volumen abhängige Grösse insbesondere bei in Ionenform vorliegenden Latentwärmespeichermedien, z.B.
Salzhydraten, auf einfache Art genau bestimmen.
Das abtrennbare Medium kann als Aufwirbelungsmedium für das Latentwärmespeichermedium dienen. Hierdurch lässt sich auf einfache Art eine Verbesserung der Wärmezufuhr bzw. Abfuhr in Bezug auf das Latentwärmespeichermedium erreichen.
Das abtrennbare Medium kann auch als Wärmeträger dienen. Hierdurch lässt sich auf einfache Art der Ladezustand des Latentwärmespeichermediums unabhängig von dessen Aggregatzustand beeinflussen.
Die nähere Erläuterung der Erfindung erfolgt anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit nachstehender Zeichnung. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung des Verfahrens und der Vorrichtung unter Verwendung eines vom Latentwärmespeichermedium abtrennbaren Mediums, wobei das Niveau des letzteren Mediums im gleichen Behälter wie das Latentwärmespeichermedium erfasst wird,
Fig. 2 eine Abwandlung der Ausführung nach Fig. 1, wobei das Niveau des letzteren Mediums in einem mit dem ersten Behälter kommunizierenden Behälter erfasst wird,
Fig. 3 eine schematische Darstellung des Verfahrens und der Vorrichtung mit zwei verschiedenen Arten der Erfassung der vom Volumen des Latentwärmespeichermediums abhängigen Grösse direkt in dem genannten Medium ohne Verwendung eines davon abtrennbaren Mediums und
Fig. 4 eine Abwandlung der Ausführung nach Fig.
1, wobei als vom Volumen des Latentwärmespeichermediums abhängige Grösse der Druck eines von diesem abtrennbaren Mediums in einem geschlossenen System vorgesehen ist.
Ein Latentwärmespeicher 10 (Fig. 1) weist einen auf nicht dargestellte Art isolierten Behälter 12 auf, welcher teils mit einem Latentwärmespeichermedium 14, z.B. einem Natriumsalzhydrat, und teils mit einem flüssigen, davon abtrennbaren Medium 16, z.B. Paraffinöl, gefüllt ist. Der obere, das Medium 16 enthaltende Bereich des Behälters 12 ist über eine Entnahmeleitung 18, eine Pumpe 20 mit variablem Fördervolumen und eine bis zum unteren Teil des Behälters 12 geführte Zufuhrleitung 22, welche austrittsseitig ein Rückschlagventil 24 aufweist, mit einem im unteren Bereich des Behälters 12 angebrachten und sich im wesentlichen über den Querschnitt des Behälters erstreckenden, siebartigen oder lochbodenartigen, als Aufwirbelungsorgan dienenden Dispergierelement 26 verbunden, dessen Durchtrittsöffnungen mit 28 bezeichnet sind.
Eine im Behälter 12 angeordnete, als Rohrschlange ausgebildete Wärmeübertragungsfläche 30 ist über Leitungen 32, 34 und Dreiwegventile 36, 38 in einen Heiz- oder Kühlkreislauf einschaltbar, dessen Zu- bzw. Abfuhrleitungen mit 40 bzw. 42 bezeichnet sind und der eine Pumpe 44 mit variablem Fördervolumen und angegebener Förderrichtung aufweist.
Weiter ist über die Dreiwegventile 36, 38 und Leitungen 46, 48 eine durch einen z.B. in einem Ölbad 51 angeordneten elektrischen Heizkörper 50 beheizbare Rohrschlange 52 einschaltbar. Zur Niveaumessung des Mediums 16 dient ein im oberen Teil des Behälters 12 angeordneter, zwei Grenzschalter 54, 56 aufweisender Niveaufühler 58, welcher über eine Signalleitung 60 mit einem Steuergerät 62 verbunden ist. Dieses ist über Signalleitungen 64,66 mit der Pumpe 20 bzw. mit dem elektrischen Heizkörper 50 verbunden. Von der Signalleitung 66 führen Zweigleitungen 68, 70, 72 zum Dreiwegventil 38, zur Pumpe 44 und zum Dreiwegventil 36.
Für ein Betriebsbeispiel der beschriebenen Vorrichtung wird angenommen, dass die Dreiwegventile 36, 38 so betätigt worden sind, dass die Wärmeübertragungsfläche 30, die Leitungen 34, 46, die Wärmeübertragungsfläche 52 sowie die Leitungen 48,32 einen geschlossenen Kreislauf bilden und dass der elektrische Heizkörper 50 eingeschaltet ist und z.B.
mit verbilligtem Nachtstrom betrieben wird. Das im genannten Kreislauf zirkulierende Wärmeträgermedium 74 erhitzt das Latentwärmespeichermedium 14, wobei dessen Volumen sich vergrössert und die Oberfläche des Mediums 16 steigt.
Wenn diese den Grenzschalter 54 erreicht, ist der Speicher maximal aufgeladen. Das Steuergerät 62 schaltet nun den Heizkörper 50 aus und schaltet durch Betätigung der Dreiwegventile 36, 38 die zum Verbraucherkreislauf gehörenden Leitungen 40,42 bzw. die Pumpe 44 ein. Gemäss den Pfeilen 76,78 kann nun z.B. Wasser eines Heizungssystems durch die Rohrschlange 30 strömen. Der Speicher kühlt sich dabei ab, wobei das Niveau des Latentwärmespeichermediums 14 und somit des Mediums 16 sinkt. Zwecks Verbesserung der Wärmeübertragung zwischen der Rohrschlange 30 und dem Latentwärmespeichermedium 14 wird gleichzeitig die Pumpe 20 eingeschaltet.
Das gemäss den Pfeilen 80, 82 über die Leitungen 18,22, über das Rückschlagventil 24 und die Durchtritts öffnungen 28 durch das Latentwärmespeichermedium 14 strömende Medium 16 verhindert dabei auch ein Gefrieren des Latentwärmespeichermediums bzw. eine Krustenbildung an der Oberfläche der Rohrschlange 30. Dabei kann die Fördergeschwindigkeit und somit der Energieverbrauch der Pumpe 20 anfänglich relativ niedrig sein und bei sinkender Speichertemperatur bzw. steigender Inkrustationsneigung allmählich erhöht werden. Wenn die Oberfläche des Mediums 16 den unteren Grenzschalter 56 erreicht, ist der Speicher entladen. Das Steuergerät 62 schaltet nun den Kreislauf 18, 20, 22,24,26 aus und den Kreislauf 48, 52,46 sowie den Heizkörper 50 wieder ein und der Aufladevorgang kann sich wiederholen.
Anstelle des elektrischen Heizkörpers 50 kann selbstverständlich auch eine Wärmepumpe oder ein Ölbrenner verwendet werden.
Im Vorrichtungsbeispiel nach Fig. 2 ist der obere Bereich des Behälters 12 über eine Entnahmeleitung 84, einen damit kommunizierenden, eine Ausgleichsleitung 85 aufweisenden Behälter 86 und eine mit einer Umwälzpumpe 88 versehene Zufuhrleitung 90 mit dem unteren Teil des Behälters 12 verbunden, welcher einen elektrischen Heizkörper 92 und einen als Aufwirbelungsorgan dienenden Dispergierboden 94 mit Durchtrittsöffnungen 96 aufweist. Ein Niveaufühler 59 befindet sich in diesem Falle am Behälter 86 und weist zusätzlich eine dritten Grenzschalter 55 auf. Im unteren Teil des Behälters 12 ist ferner eine Rohrschlange 98 angeordnet, welche über Zu- und Abfuhrleitungen 100, 102, sowie eine Umwälzpumpe 104 z.B. mit einem Wärmepumpenkreislauf in Verbindung steht, dessen Arbeitsmedium mit 106 bezeichnet ist.
Im oberen Teil des Behälters 12 ist eine Rohrschlange 108 angeordnet, welche über Zu- und Abfuhrleitungen 110, 112 mit einem Verbraucherkreislauf verbunden ist, dessen Wärmeträgermedium mit 114 bezeichnet ist. Das Steuergerät 62 ist über Signalleitungen 116, 118 mit der Pumpe 104 bzw. dem Heizkörper 92 verbunden. Eine Zweigsignalleitung 120 verbindet die Pumpe 88 mit der Signalleitung 118.
Beim Betrieb bewirkt die Pumpe 88, dass die Oberfläche 122 des Mediums 16 im Behälter 86 tiefer liegt als im Behälter 12, welcher im wesentlichen vollständig gefüllt ist. Der Volumenunterschied des Latentswärmespeichermediums je nach Ladezustand bewirkt ein entsprechendes Steigen oder Sinken der Oberfläche 122. Für ein Betriebsbeispiel wird angenommen, dass sich der Speicher in entladenem Zustand befindet, wobei das Latentwärmespeichermedium 14 eine mehr oder weniger kompakte, zusammenbackende Masse bildet. Falls der Speicher mittels des Wärmepumpenkreislaufes 100, 106, 102, 104 aufgeladen werden soll, so werden die Pumpen 88, 104 und der Heizkörper 92 in Betrieb gesetzt, wobei der Heizkörper ein Verstopfen der Durchtrittsöffnungen 94 verhindert und eine rasche Zirkulation des Mediums 16, und somit ein rasches Anfahren des Speichers ermöglicht.
Während dieses Anfahrstadiums steigt die Oberfläche 122 bis zum Grenzschalter 55. Über diesen erhält das Steuergerät 62 einen Impuls, welcher den Heizkörper 92 abstellt und z.B. die Fördergeschwindigkeit der Pumpe 104 erhöht. Der Speicher wird somit nun auf Vollast gefahren. Selbstverständlich kann auch die Förderleistung der Pumpe 88 entsprechend verändert werden und der Behälter 86 auch z.B. im Behälter 12 enthalten sein.
Die Vorrichtung nach Fig. 3 unterscheidet sich von der zuletzt beschriebenen dadurch, dass ein mit dem Behälter 12 kommunizierender Behälter 124 oben auf dem Behälter 12 angeordnet ist und dass kein vom Latentwärmespeichermedium 14 abtrennbares Medium 16 verwendet wird. Die Oberfläche 126 des Latentwärmespeichermediums 14 sowie der Ni veaufühler 58 befinden sich im Behälter 124. Im Behälter 12 ist zusätzlich ein Elektroden 128, 130 aufweisendes Leitfähigkeitsmessgerät 132 angeordnet, welches über eine Signalleitung 134 mit dem Steuergerät 62 verbunden ist. Dieses ist weiter über eine Signalleitung 136 mit der Pumpe 44 verbunden.
Die Leitungen 100, 102 sind mit der Rohrschlange 138 eines
Sonnenkollektors 140 verbunden. In diesem ist ein Temperaturfühler 142 angeordnet, welcher mittels einer Signalleitung
144 mit dem Steuergerät verbunden ist.
Für den Betrieb der beschriebenen Vorrichtung wird an genommen, dass diese mit verschiedenen Latentwärmespeichermedien 14 betrieben werden soll, in einem ersten Fall z.B.
abwechselnd mit Paraffin (nicht elektrisch leitfähig) und ei nem Natriumsalzhydrat (elektrisch leitfähig). Es wird ange nommen, dass im Steuergerät 62 vom Temperaturfühler 142 eine Temperatur gemeldet wird, welche einen Betrieb des La tentwärmespeichers gestattet. Bei Verwendung von Paraffin als Latentwärmespeichermedium schaltet das Steuergerät 62 den Heizkörper 92 sowie die Pumpe 104 ein. Somit findet ein
Aufschmelzen des Latentwärmespeichermediums statt, welches eine Niveaumessung im Behälter 124 gestattet. Wenn der Speicher aufgeladen ist, d.h. wenn sich die Oberfläche 126 auf dem Niveau des Grenzschalters 54 befindet, wird die Pumpe 104 ausgeschaltet.
Wird andererseits als Latentwärmespeichermedium ein Natriumsalzhydrat verwendet, so kann statt der Niveaumessung eine Messung der elektrischen Leitfähigkeit mittels des Leitfähigkeitsmessgerätes 132 vorgenommen werden. Die Elektroden 128, 130 können dabei vorteilhaft etwa in der Mitte des Behälters 12 angeordnet sein. Bei der Volumenänderung des Latentwärmespeichermediums verändern sich die Ionendichte und die Ionenmobilität, womit sich die elektrische Leitfähigkeit entsprechend verändert. Bei der Leitfähigkeitsmessung ist weiter eine Aufwirbelung des Latentwärmespeichermediums zweckmässig.
Die Vorrichtung gemäss Fig. 4 stellt eine Abwandlung der Vorrichtungen gemäss Fig. 1 und 3 dar. Im Unterschied zur Vorrichtung nach Fig. 3 dient der mit dem Behälter 12 kommunizierende Behälter 146 zur Aufnahme des Mediums 16 nach Fig. 1. In diesem Falle wird jedoch nicht das Niveau der Oberfläche 148 gemessen, sondern der Druck des in diesem Falle als zweites abtrennbares Medium dienenden Luftvolumens 150 zwischen der Oberfläche 148 und der oberen Behälterwand. Hierzu ist ein Druckfühler 152 mit einer in das Luftvolumen 150 hineinragenden Sonde 153 am Behälter 146 angeordnet und über eine Signalleitung 154 mit dem Steuergerät 62 verbunden. Der elektrische Heizkörper 92 ist in diesem Falle im oberen Teil des Behälters 12 in das Medium 16 hineinragend angeordnet und über die Signalleitung 156 mit dem Steuergerät 62 verbunden.
Die Betriebsweise der zuletzt beschriebenen Vorrichtung ist im wesentlichen wie anhand Fig. 1 und 3 bereits beschrieben, mit dem Unterschied, dass ein entsprechendes Signal des Temperaturfühlers 142 eine Einschaltung des elektrischen Heizkörpers 92 und der Umwälzpumpe 20 sowie der Pumpe 104 bewirkt. Die Zirkulation des vorgewärmten Mediums 16 durch das Latentwärmespeichermedium bzw. die Aufwirbelung desselben ermöglichen ein rasches Anfahren des Speichers. Nach einer gewissen Anfahrperiode werden der Heizkörper 92 und die Pumpe 20 ausgeschaltet, während die Pumpe 104 weiterläuft.
Beim Aufladen des Speichers steigt die Oberfläche 148 des Mediums 16 im Behälter 146, bis bei einem vorbestimmten Druck durch ein entsprechendes Signal des Druckfühlers 152 die Pumpe 44 des Verbraucherkreislaufes 110, 108, 112 eingeschaltet wird bzw. die Pumpe 104 ausgeschaltet wird. Bei der Entladung des Speichers kann die Pumpe 20 wieder eingeschaltet werden um zu verhindern, dass das Latentwärmespeichermedium an der Wärmeübertragungsfläche 108 gefriert und Inkrustationen bildet.
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PATENT CLAIMS
1. A method for measuring and controlling the state of charge of a latent heat storage device, characterized in that at least in the temperature range of a phase change of the latent heat storage medium (14) a size dependent on its volume is detected and used for control.
2. The method according to claim 1, characterized in that for detecting the size dependent on the volume of the latent heat storage medium (14) this is brought into contact with at least one separable medium (16, 150).
3. The method according to claim 1, characterized in that the level thereof is used as the size dependent on the volume of the latent heat storage medium (14).
4. The method according to claim 2, characterized in that the level of the medium (16) separable therefrom is used as the size dependent on the volume of the latent heat storage medium (14).
5. The method according to claim 1, characterized in that as a size dependent on the volume of the latent heat storage medium (14), the pressure of at least one medium separable therefrom (150) is provided in a closed system (146).
6. The method according to claim 1, characterized in that the electrical conductivity is provided as a size dependent on the volume of the latent heat storage medium (14).
7. The method according to claim 1, characterized in that the separable medium (16, 150) serves as a fluidizing medium for the latent heat storage medium (14).
8. The method according to claim 2, characterized in that the separable medium (16) serves as a heat transfer medium.
9. The device for carrying out the method according to claim 1, characterized by a container (12) provided at least for receiving the latent heat storage medium (14) and at least one in the region of the latent heat storage medium (14) and / or in the region of at least one in contact therewith, medium (16, 150) separable therefrom arranged heat transfer surface (30, 98, 108), and at least one sensor (58, 59, 132, 152) for a size dependent on the volume of the latent heat storage medium (14),
10. The device according to claim 9, characterized in that the sensor (58, 59, 132, 152) is connected to a control device (62) for influencing the state of charge of the latent heat store (10).
11. The device according to claim 9, characterized in that at least one of the separable media (16) via a arranged in the region of the latent heat storage medium (14), a feed line (22,90), a removal line (18, 84) and a circulating element ( 20, 88), which comprises part of the container (12) and is guided, at least one sensor (58, 59) being assigned to the separable medium (16, 150).
12. The apparatus according to claim 9, characterized in that in addition to the latent heat storage medium (14) receiving container (12), an additional, communicating with this container (86, 124, 146) is provided, the sensor (58, 59, 152) the latter container (86,
124, 146) is assigned.
13. The apparatus according to claim 11 and 12, characterized in that the additional container (86, 146) is contained in the forced circuit.
14. The apparatus according to claim 11, characterized in that the forced circuit for the separable medium (16) contains a swirling member (16,94) arranged in the container (12) for the latent heat storage medium (14).
15. The apparatus according to claim 12, characterized in that the additional container (86, 124, 146) has a heat transfer surface.
The invention relates to a method for measuring and controlling the state of charge of a latent heat store and to an apparatus for carrying out the method.
In addition to conventional storage without phase change of the storage medium, heat is stored e.g. Water or stone storage, also increasingly storage with a phase change of the storage medium, so-called latent heat storage, for use. Various heat storage substances with high latent heat of fusion are used in such latent heat stores. These substances absorb large amounts of heat, e.g. Solar heat, and melt it. If you remove heat from them, the material freezes again and thereby releases stored heat. As latent heat storage medium, e.g. Water, paraffin and especially sodium salts containing water of crystallization. For example, the heat storage capacity of sodium sulfate containing water of crystallization is about 7 times that of the same volume of water.
With conventional accumulators without phase change, the state of charge of the accumulator can be easily determined and controlled using a temperature measurement. However, the situation is different with latent heat storage. In these, the temperature during the phase change, e.g.
during the melting process, constant. In this constant range, the temperature cannot be used to measure and control the state of charge.
The object of the invention is to reliably measure and control the state of charge of a latent heat store even during a phase change.
To achieve this object, the invention is based on the knowledge that the total volume of the latent heat storage medium is subjected to an essentially continuous change during a phase change and constant temperature.
The method by which the object is achieved is characterized in that, at least in the temperature range of a phase change of the latent heat storage medium, a variable which is dependent on its volume is recorded and used for control. The device for carrying out the method is characterized by a container provided at least for holding the latent heat storage medium and at least one heat transfer surface arranged in the region of the latent heat storage medium and / or in the region of at least one medium which is in contact with it and can be separated therefrom, and at least one sensor for a heat exchanger Volume of the latent heat storage medium dependent on size.
According to a particularly advantageous embodiment of the invention, in order to determine the size dependent on the volume of the latent heat storage medium, the latter can be brought into contact with at least one medium that can be separated therefrom. As a result, the size dependent on the volume of the latent heat storage medium can also be reliably determined outside of the latent heat storage medium or outside of the container receiving it.
The level of the same can be used as the size dependent on the volume of the latent heat storage medium. This version allows particularly simple measurement and control if the latent heat storage medium is largely homogeneous outside of the phase change, e.g.
in the case of paraffin.
As from the volume of the latent heat storage medium
depending on the size of the medium that can be separated from it. This has the advantage that the size dependent on the volume can be reliably determined, even if the latent heat storage medium is in a non-homogeneous form, e.g. in semolina or flake form. As a size dependent on the volume of the latent heat storage medium, the pressure of at least one medium that can be separated from it can also be provided in a closed system. This is particularly advantageous in the case of latent heat storage media which have only a slight volume expansion during the phase change. The electrical conductivity of the latent heat storage medium can also be provided as a size. This allows the size-dependent size, in particular in the case of latent heat storage media in ion form, e.g.
Determine salt hydrates precisely in a simple way.
The separable medium can serve as a fluidizing medium for the latent heat storage medium. In this way, an improvement in the heat supply or removal in relation to the latent heat storage medium can be achieved in a simple manner.
The separable medium can also serve as a heat transfer medium. In this way, the state of charge of the latent heat storage medium can be influenced in a simple manner, regardless of its state of aggregation.
The invention is explained in more detail using exemplary embodiments in conjunction with the drawing below. Show it:
1 shows a schematic representation of the method and the device using a medium which can be separated from the latent heat storage medium, the level of the latter medium being recorded in the same container as the latent heat storage medium,
2 shows a modification of the embodiment according to FIG. 1, the level of the latter medium being detected in a container communicating with the first container,
Fig. 3 is a schematic representation of the method and the device with two different types of detection of the size dependent on the volume of the latent heat storage medium directly in the medium mentioned without using a separable medium and
4 shows a modification of the embodiment according to FIG.
1, the pressure of a medium which can be separated from it being provided in a closed system as the variable dependent on the volume of the latent heat storage medium.
A latent heat storage device 10 (FIG. 1) has a container 12 which is insulated in a manner not shown and which is partly equipped with a latent heat storage medium 14, e.g. a sodium salt hydrate, and partly with a liquid, separable medium 16, e.g. Paraffin oil, is filled. The upper area of the container 12 containing the medium 16 is via a removal line 18, a pump 20 with variable delivery volume and a feed line 22 which leads to the lower part of the container 12 and has a check valve 24 on the outlet side, with one in the lower area of the container 12 attached and essentially extending over the cross section of the container, sieve-like or perforated bottom-like, serving as a swirling-up dispersing element 26, the passage openings of which are designated by 28.
A arranged in the container 12, formed as a coil coil heat transfer surface 30 can be switched via lines 32, 34 and three-way valves 36, 38 in a heating or cooling circuit, the supply and discharge lines are designated 40 and 42 and the one pump 44 with variable Funding volume and specified funding direction.
Furthermore, via the three-way valves 36, 38 and lines 46, 48, one through a e.g. in an oil bath 51 arranged electric radiator 50 heatable coil 52 can be switched on. A level sensor 58, which is arranged in the upper part of the container 12 and has two limit switches 54, 56 and is connected to a control device 62 via a signal line 60, is used for level measurement of the medium 16. This is connected to the pump 20 or to the electric heater 50 via signal lines 64, 66. Branch lines 68, 70, 72 lead from the signal line 66 to the three-way valve 38, to the pump 44 and to the three-way valve 36.
For an operating example of the described device, it is assumed that the three-way valves 36, 38 have been actuated in such a way that the heat transfer surface 30, the lines 34, 46, the heat transfer surface 52 and the lines 48, 32 form a closed circuit and that the electric radiator 50 is switched on and eg
is operated with cheaper night electricity. The heat transfer medium 74 circulating in the circuit mentioned heats the latent heat storage medium 14, the volume of which increases and the surface of the medium 16 increases.
When this reaches the limit switch 54, the memory is charged to the maximum. The control unit 62 now switches off the radiator 50 and, by actuating the three-way valves 36, 38, switches on the lines 40, 42 or the pump 44 belonging to the consumer circuit. According to arrows 76.78, e.g. Flow water from a heating system through the coil 30. The memory cools down, the level of the latent heat storage medium 14 and thus of the medium 16 falling. In order to improve the heat transfer between the coil 30 and the latent heat storage medium 14, the pump 20 is switched on at the same time.
The medium 16 flowing through the lines 18, 22 via the lines 18, 22, via the check valve 24 and the passage openings 28 through the latent heat storage medium 14 also prevents the latent heat storage medium from freezing or crusting on the surface of the coil 30 the conveying speed and thus the energy consumption of the pump 20 are initially relatively low and are gradually increased as the storage temperature or the tendency to incrustation decrease. When the surface of the medium 16 reaches the lower limit switch 56, the memory is discharged. The control unit 62 now switches the circuit 18, 20, 22, 24, 26 off and the circuit 48, 52, 46 and the radiator 50 on again and the charging process can be repeated.
Instead of the electric heater 50, a heat pump or an oil burner can of course also be used.
In the device example according to FIG. 2, the upper region of the container 12 is connected to the lower part of the container 12 via an extraction line 84, a container 86 communicating therewith and having a compensating line 85, and a supply line 90 provided with a circulation pump 88, which is an electric heating element 92 and a dispersing plate 94 serving as a fluidizing element and having through openings 96. In this case, a level sensor 59 is located on the container 86 and additionally has a third limit switch 55. In the lower part of the container 12 there is also a pipe coil 98 which is connected via supply and discharge lines 100, 102 and a circulating pump 104 e.g. is connected to a heat pump circuit, the working medium is designated 106.
A pipe coil 108 is arranged in the upper part of the container 12 and is connected to a consumer circuit via supply and discharge lines 110, 112, the heat transfer medium of which is designated 114. The control unit 62 is connected to the pump 104 or the heating element 92 via signal lines 116, 118. A branch signal line 120 connects the pump 88 to the signal line 118.
In operation, the pump 88 causes the surface 122 of the medium 16 to be lower in the container 86 than in the container 12, which is essentially completely filled. The difference in volume of the latent heat storage medium depending on the state of charge causes the surface 122 to rise or fall accordingly. For an operating example, it is assumed that the memory is in the discharged state, the latent heat storage medium 14 forming a more or less compact, caking mass. If the storage is to be charged by means of the heat pump circuit 100, 106, 102, 104, the pumps 88, 104 and the heating element 92 are put into operation, the heating element preventing the through openings 94 from becoming blocked and the medium 16, and thus enables a quick start of the memory.
During this start-up stage, the surface 122 rises to the limit switch 55. Via this, the control unit 62 receives a pulse which switches off the heating element 92 and e.g. the delivery speed of the pump 104 increases. The memory is now run at full load. Of course, the delivery capacity of the pump 88 can also be changed accordingly and the container 86 also e.g. be contained in the container 12.
The device according to FIG. 3 differs from the last described one in that a container 124 communicating with the container 12 is arranged on top of the container 12 and that no medium 16 that can be separated from the latent heat storage medium 14 is used. The surface 126 of the latent heat storage medium 14 and the nickel sensor 58 are located in the container 124. In the container 12 there is also an electrode 128, 130 having a conductivity measuring device 132, which is connected to the control unit 62 via a signal line 134. This is further connected to the pump 44 via a signal line 136.
The lines 100, 102 are one with the coil 138
Solar panel 140 connected. In this a temperature sensor 142 is arranged, which by means of a signal line
144 is connected to the control unit.
For the operation of the device described, it is assumed that it is to be operated with different latent heat storage media 14, in a first case e.g.
alternating with paraffin (not electrically conductive) and a sodium salt hydrate (electrically conductive). It is assumed that a temperature is reported in the control unit 62 by the temperature sensor 142, which temperature permits operation of the latent heat accumulator. When using paraffin as the latent heat storage medium, the control unit 62 switches on the heating element 92 and the pump 104. Thus, one finds
Melting of the latent heat storage medium instead, which allows a level measurement in the container 124. When the memory is charged, i.e. when surface 126 is at the level of limit switch 54, pump 104 is turned off.
If, on the other hand, a sodium salt hydrate is used as the latent heat storage medium, the electrical conductivity can be measured by means of the conductivity measuring device 132 instead of the level measurement. The electrodes 128, 130 can advantageously be arranged approximately in the middle of the container 12. When the volume of the latent heat storage medium changes, the ion density and the ion mobility change, with which the electrical conductivity changes accordingly. In the case of conductivity measurement, it is also expedient to whirl up the latent heat storage medium.
The device according to FIG. 4 represents a modification of the devices according to FIGS. 1 and 3. In contrast to the device according to FIG. 3, the container 146 communicating with the container 12 serves to hold the medium 16 according to FIG. 1. In this case, however, it was not the level of the surface 148 that was measured, but rather the pressure of the air volume 150, in this case serving as the second separable medium, between the surface 148 and the upper container wall. For this purpose, a pressure sensor 152 is arranged on the container 146 with a probe 153 projecting into the air volume 150 and is connected to the control unit 62 via a signal line 154. The electric heater 92 is in this case arranged in the upper part of the container 12 projecting into the medium 16 and connected to the control unit 62 via the signal line 156.
The operation of the last-described device is essentially as already described with reference to FIGS. 1 and 3, with the difference that a corresponding signal from the temperature sensor 142 causes the electric heater 92 and the circulation pump 20 and the pump 104 to be switched on. The circulation of the preheated medium 16 through the latent heat storage medium or the whirling up thereof enable the storage device to be started up quickly. After a certain start-up period, the heating element 92 and the pump 20 are switched off while the pump 104 continues to run.
When the memory is being charged, the surface 148 of the medium 16 in the container 146 rises until the pump 44 of the consumer circuit 110, 108, 112 is switched on or the pump 104 is switched off at a predetermined pressure by a corresponding signal from the pressure sensor 152. When the storage is discharged, the pump 20 can be switched on again in order to prevent the latent heat storage medium from freezing on the heat transfer surface 108 and forming incrustations.