DD207758A1

DD207758A1 - Thermischer speicher

Info

Publication number: DD207758A1
Application number: DD81234228A
Authority: DD
Inventors: Wolfgang Ahrens; Thomas Noack; Peter Funke; Barbara Binder
Original assignee: Bauakad D Ddr Inst F Heizung L
Priority date: 1981-10-20
Filing date: 1981-10-20
Publication date: 1984-03-14
Also published as: DD207758B1

Abstract

Der erfindungsgemaesse Speicher ist einsetzbar auf dem Gebiet der Waermetechnik, insbesondere bei technischen Prozessen, bei denen kontinuierlich oder diskontinuierlich Abwaerme ansteht. Der erfindungsgemaesse Latentspeicher ist gleichzeitig be- und entladbar, kann nicht unkontrolliert entladen werden und besitzt auf Grund eines besseren Waermetransports innerhalb des Speichers einen hohen Gesamtwirkungsgrad. Die Verbesserung des Waermetransports innerhalb des Speichers wird erfindungsgemaess durch den Einsatz von z.B. Alkohol und Paraffin als Speicherstoffmenge.

Description

Thermischer. Speicher ^; - , : ^:^^^: -

Anwendungsgebiet- der Erfind ting

Die Gewinnung yon Wärme aus Energiequellen, die hinsichtlich, ihres Temperatuxniveaus und ihrer Verfügbarkeit zeitlichen Schwankungen unterliegen, macht den Einsatz-von Speichern erforderlich.

Dadurch besteht die Möglichkeit, den Zeitunterschied, zv/ischen Wärmebedarf und Wärmeangebot und. die. o.a· Schwankungen zu überbrücken bzw. auszugleichen* , Der erfindungsgemäße thermische Speicher ist vorzugsweise vorgesehen für Anlagen, die der Gewinnung und Nutzung d.er in der Umwelt vorhandenen Energien, wie Erdwärme, Abwärme industrieller. Prozesse oder Sonnenenergie dienen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

In den gegenwärtig bekannten technischen Lösungen für die Nutzbarmachung von in d.er Umwelt vorhandenen Energien sind Speicher vorgesehen, die nach den verschiedenster. Prinzipien arbeiten«

In diesem Zusammenhang sind u.a. Kurz- oder Langzei.tspeicher, Pest-, Plüssigkeits- oder Latentwärmespeicher, Verdrängungsspeicher, Vor- oder Hachwärmespeicher bekannt., lieben den Vorteilen, die diese Speicher gemeinhin aufweisen, besitzen sie den Nachteil, daß sie sich beim Auftreten zeitlicher Schwankungen innerhalb des Teinperaturniveaus der Wärmequelle unkontrolliert entladen können. Dies ist immer· dann d.er Fall, 7/enn die Temperatur d.er Energiequelle unter die jeweils vorhandene Temperatur des Speicnermediuns sinkt. Diese Erscheinung läßt sich gegenwärtig nur durch den Einsatz entsprechender Regelungstechnik verhindern.

Des 'weiteren sind verschiedene Lösungen bekannt, die zum Laden und Entladen eines Speichers ein Wärmetransportmedium benutzen.

Gemäß DE-AS 2.517.080 dient als Wärme transpcrtmediu-i Natrium, welches im Wechsel von Verdampfen und Kondensieren für den Wärmetransport in den Speicher hinein oder aus dem Speicher heraus sorgt und den Einsatz einer Umwälzpumpe er-. spart* . .. _:

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Lösungen dieser Art haben den Nachteil, daß das- Laden und das Entladen des Speichers zeitlich immer nur nacheinander erfolgen kann und. niemals gleichzeitig. Ursachen dafür sind

~ die Unterschiede zwischen den Temperaturen, die beim Laden und. Entladen auftreten». Das Laden eines Speichers kann stets nur beim Vorliegen einer Wärmemenge höherer Temperatur erfolgen, wobei das Entladen.-zu einem System niederer Temperatur -erfolgt· Folglich kann ein Speicher unter Verwendung eines Wärmetransportmediums nicht gleichzeitig geladen und

'.entladen werden. · ' , . , ...

In CH-PS 601.738 ist ferner ein Latentwärmespeicher beschrieben, der einen mit Phasenwechselmaterial gefüllter Behälter und mindestens einen mit diesem Behälter über einen Wärmetauscher thermisch verbundenen, von einem gasförmigen oder flüssigen 7/ärme transportmittel durchströmten Raum, enthält.

Da sich die Aufgabe der Erfindung nur auf Konstruktionsprobleme, (u.a. modulare Bauweise, Füllung mit'Latentspeichermaterial, Integrierbarkeit des Speichers in .Wärmekreisläufe) bezieht, besitzt auch diese Lösung die generellen. Nachteile des Standes der Technik«

Selbst wenn die konstruktive Lösung gemäß Fig. -T in CH-PS 601.738 benutzt werden würde, um einen Lade- (Stutzen 10 und 12) bzw. einen Ent'lad.ekreis (Stutzen I4 und 16) gleichzeitig an den Speicher anzuschließen, käme kein -. gleichzeitiges Laden und Entladen zustande. . .

Der Speicher könnte,z.B.- erst gar nicht geladen werden, da Lade- und Entladekreis thermisch über ihre Trennwände und über Teile des Wärmerohrs 18 kurzgeschlossen sind. . .

, In der Mehrheit der technischen Anwend'ungsfälle ist aber die gleichzeitige.Lade- und Entlademöglichkeit des Speichers bzw. die.Verhinderung einer unkontrollierten Entladung erforderlich. '' '.

Die Lösung gemäß DD-WP 147.405 zeigt'eine Möglichkeit, wie das unkontrollierte. Entladen verhindert und ein gleichzeitiges Laden, und. Entladen des Speichers ermöglicht wird·.

23422 8 O

Die letztgenannte Speieherform besitzt wie auch die vorher

beschriebenen Lösungen einen generellen Nachteil, ,der auch in DT-OS 2.837.091 besonders hervorgehoben wird.

Wegen der nach oben begrenzten Größe der Wärmetausehoberflächen für den Wärmeübergang vom Lademedium in den Speicher bzw. vom Speicher in den ?/ärmever brau eher ist für ^jeden Wärmeaustausch eine erhebliche Zeitspanne erforderlich.· Dies ist dadurch bedingt, daß der Wärmeübergang nur durch Wärmeleitung erfolgt. .

Besonders erschwert ist der Wärmeübergang vom Lademed.iuin in das Speichermedium bei Latentwärmespeichern, wenn nach einem vorausgegangenen Entladevorgang das Phasenwechselmaterial in den festen Aggregatzustand übergegangen ist.

Ziel der Erfindung ' ,

Das Ziel der Erfindung besteht darin, den Mängeln des Stan-d.es der Technik abzuhelfen und deshalb einen thermischen Speicher zu entwickeln, der neben den Möglichkeiten des gleichzeitigen Ladens und. Entlad.ens ohne die Möglichkeit des unkontrollierten Entladens eine höhere;Entladeleistung aufweist.

Darlegung des Wesens der; Erfindung .

Aus dem Ziel der.Erfindung leitet sich daher die Aufgabe ab,, bereits bekannte Wärmespeicher, z.B. ä.en Latentwärmespeicher gemäß-'DB-WP.147.405» durch konstruktive Maßnahmen so . ' zu verändern,'daß neben gleichzeitiger Lad- und, Entladbarkeit sowie der Unmöglichkeit der unkontrollierten Entladung ein höherer Wirkungsgrad., insbesondere durch schnelleren Wärmetransport im Speicher erzielt wird.

Erfindungsgemäß wird.diese Aufgabe dadurch gelöst, daß im Speicherraum 1 eines thermischen Speichers ein Gemenge von mindestens zwei Stoffen verschiedener Kategorie eingefüllt ist. . . · . / · .-.. Die eine Stoffkategorie (Stoffart 1) besitzt einen Schmelzpunkt,, der bei Arbeitsdruck des Speichers im Bereich der Ar--

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beitstemperatur des Speichers liegt. Dadurch ist bei Phasenwechsel fest/flüssig eines Stoffes der Stoffart 1 eine latente Wärmeenergie ein- bzw. auäspeicherbar. Der Siedepunkt dieser Stoffe liegt,außerhalb der Betriebstemperaturen des Speichers.

Die andere St©ffkategorie (Stoffart 2) besitzt dagegen einen Siedepunkt, der im Bereich der Betriebstemperatur des Speichers liegt und einem Schmelzpunkt, der außerhalb'des Betriebstemperaturbereichs des Speichers liegt. Dieser Stoff dient innerhalb des'Systems.des thermischen Speichers'als Wärmetransportmedium. .

Srfind.ungsgemäß befindet sich gegenüber d.er Lösung gemäß DD-WP 147.405 das Speichermedium (Stoffart 1) nicht.eingekapselt in einer Trennwand. . , , " Eine Scheidewand 7 teilt den erfindungsgemäßen Speicher in awei Abschnitte (iadekammer 4 und Speicherraum 1). Oberhalb der Scheidewand 7 befindet sich das oben beschriebene Stoffgemenge; in einem verbleibenden Freiraum 2 ist ein Wärmeübertrager 3 (Wärmeverbraucher-System) angeordnet.

Befindet sich der Speicher im geladenen Zustand., so ist der Freiraum 2 völlig mit Dampf d.es' flüssigen Wärme tr anspor tmediums. (Stoffart 2') ausgefüllt..¹

Wird über den Y/ärmeübertrager 3 dem Speicher Wärme entzogen, kondensiert an der äußeren Oberfläche des Wärmeübertragers das dampfförmige Wärmetransportmedium. Durch;den sich dadurch ergebenden Abfall d.es Dampfdruckes im Speicherraum wird, der Rest des flüssigen Wärmetransportmediums überhitzt und beginnt zu verdampfen*

Die für die Verdampfung notwendige Wärmeenergie wird dem Speichermed.ium (Stoffart 1). entzogen/ Das Speichermedium gibt seine latente Wärme an das siedende Transportmedium ab und erstarrt. ^:

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Durch d.en direkten Kontakt zwischen Speicherstoff ..(Stoff-' art 1) und Tranaportmedium (Stoffart 2) sowie durch ,die Rührwirkung der aufsteigenden Dampfblasen liegen die Wärmeübergangskoeffizienten besonders hoch. Der bei der Erstarrung der Latentspeichermasse 1 entstehende poröse Körper bietet sowohl beim Laden als auch beim Entladen eine große Wärmeübertragungsfläche, die ebenfalls zur Erhöhung des an der Grenzfläche zwischen Speicherstoff und Wärmetransportmedium übertragenen Wärmestromes -beiträgt. Die Einrichtung zum "Laden des- Speichers entspricht der aus DD-W? 147.405 bekannten Lösung. In einer getrennten Ladekammer 4 befindet sich Naßdampf eines weiteren Wärmetransportmediums 6 (gleich oder ungleich der Stoffart 2). In der flüssigen Phase dieses Mediums ist ein Wärmeübertrager 5 (Wärmespendersystem) angeordnet. Der' darüber befindliche Dampf steht in direktem Kontakt mit einer vorzugsweise durch 0berflächenvergrößernde Maßnahmen gekennzeichneten Scheidewand. 7· Das Einspeichern erfolgt in der Lad.ekammer 4 auf bekanntem Wege nach dem Prinzip des, Wärmerohres· Auf der dem Speicher zugewandten Seite der Scheidewand. 7 erfolgt der Transport der Wärme zum Speichermedium wieder mittels Yerdampfungs- und Kondensationsprozessen des 'Wärmetransportmediums mit den oben genannten Vorteilen. , ' '..

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Ausführungsbeispiel

Der erfindungsgemäße thermische Speicher ist als Längsschnitt in Fig· 1 dargestellt. ,

Das Gemenge' aus Stoffart 1 und Stoff.art 2 im Speicherraum 1 wurde erfindungsgemäß aus Paraffinen und Alkoholen hergestellt,

Ausgezeichnete Ergebnisse ,in bezug auf Speicherung und Wärmetransport in dem Speicher und aus'dem Speicher heraus werden dadurch erzielt, daß als Stfcffart 1 anoxydierte Paraffine mit 'einer Kettenlänge CL^, bis 0,,-g und als Stoff art 2 Alkohole der Kettenlänge C^ bis C^ eingesetzt -wurden. . . '

Als Wärmetränsportmedium des Laderaumes können bekannte Kältemittel H 11, H 12 oder auch ein Stoff der Stoffart 2 eingesetzt werden. . .

Claims

Z3U22B' O -τ- ' . Erfindungsanspruch . ,

1. Thermischer Speicher, u. a. bestehend aus einer Ladekammer 'und einem Speicherraum, die durch eine oberflächenvergrößerte Scheidewand getrennt 'sind, wobei in der Ladekammer ein vollständig von einem flüssigen Wärmetransportmedium bedeckter Wärmeübertrager angeordnet ist, gekennzeichnet dadurch, daß die dem Speicherraum (1) zugewandte Seite der Scheidewand (7) durch ein Gemenge von mindestens zwei Stofi fen verschiedener Kategorie vollständig bedeckt ist, wobei die eine Stoffkategorie (Stoffart 1) einen Schmelzpunkt besitzt, der bei Arbeitsdruck des thermischen Speichers ein Bereich der Arbeitstemperatür des Speichers liegt und deren Siedepunkt außerhalb der Arbeitstemperatür des Speichers liegt und die andere Stoffkategorie (Stoffart 2) bei Arbeitsdruck des thermischen Speichers einen Siedepunkt bzw. Schmelzpunkt besitzt, der innerhalb bzw.. außerhalb des Bereichs der Arbeitstemperatur des Speichers liegt.

2, Thermischer Speicher gemäß Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch, daß die Stoffart 1 ein anosydiertes Paraffin der Kettenlänge Q^₁. bis C^o und die Stoffart 2 ein Alkohol der Kettenlänge C^ bis G^ ist* .

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