DD246158A1

DD246158A1 - Heat storage ELEMENT

Info

Publication number: DD246158A1
Application number: DD86287210A
Authority: DD
Inventors: Rainer Grosse; Hartmut Roth; Norbert Gans
Original assignee: Koethen Ing Hochschule
Priority date: 1986-02-21
Filing date: 1986-02-21
Publication date: 1987-05-27

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Waermespeicher-Element zur Aufnahme eines Latentspeichermediums. Diese Speicherelemente werden vorzugsweise in grosser Zahl in Schuettungen bzw. Matrixanordnungen fuer thermische Speicher oder regenerative Waermeuebertrager genutzt. Ziel der Erfindung ist es, Speicherelemente zu schaffen, die gegenueber bekannten Gestaltungsformen eine wesentlich hoehere spezifische Oberflaeche und geringere Zugriffszeit bei gleichzeitig hoher Packungsdichte besitzen und mit einer einfachen bekannten Technologie kostenguenstig und in grosser Stueckzahl hergestellt werden koennen. Diese Aufgabe wird dadurch geloest, indem fuer die Speicherelementgeometrie die Tetraedergrundform Verwendung findet, die durch zusaetzliche Mittel derart veraendert wird, dass die wirksame spezifische Oberflaeche deutlich steigt. Diese Mittel sind unterschiedlich gestaltete Einlagen aus einem gut waermeleitfaehigen Material, die im Inneren der Elemente angeordnet werden. Sie werden beim Herstellen und Verschliessen der Speicherelemente gleich dem Huellenmaterial behandelt und dadurch waermeleitend mit diesen verbunden und lagefixiert. Durch die Einlagen wird der Transport der thermischen Energie zwischen Speicherelementinnerem und -wandung entscheidend verbessert. Die Einlagen bestehen vorzugsweise aus einer Metallfolie.The invention relates to a heat storage element for receiving a latent storage medium. These memory elements are preferably used in large numbers in Schuettungen or matrix arrangements for thermal storage or regenerative heat transfer. The aim of the invention is to provide memory elements that have over known designs a significantly higher specific surface area and lower access time with high packing density and can be produced cost-effectively and in large numbers with a simple known technology. This object is achieved by using the tetrahedral basic form for the storage element geometry, which is modified by additional means such that the effective specific surface area increases significantly. These funds are differently shaped deposits of a good heat-conductive material, which are arranged inside the elements. They are treated in the manufacture and closing of the storage elements equal to the Huellenmaterial and thereby thermally conductively connected with these and fixed in position. The deposits significantly improve the transport of thermal energy between the interior of the storage element and the wall. The inserts are preferably made of a metal foil.

Description

Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Wärmespeicher-Element, bestehend aus einer allseitig geschlossenen Hülle, deren Innenraum eine Latentspeichermasse enthält. -The invention relates to a heat storage element, consisting of a shell closed on all sides, whose interior contains a latent storage mass. -

Die Erfindung kommt vorzugsweise in Anlagen zum Einsatz, wo zum Zwecke der Wärmespeicherung oder Wärmeübertragung thermische Energie gespeichert werden muß. Die Speicherfunktion erfüllt dabei ein Medium, dessen Phasenumwandlungsenthalpie vorzugsweise beim Phasenwechsel fest-flüssig genutzt wird. Das Wärmespeicher-Element wird entweder in großer Zahl in Schüttungen bzw. in Matrixanordnungen für thermische Speicher oder regenerative Wärmeübertrager genutzt oder kommt als Einzelelement zur Kühlung kurzzeitig thermisch belasteter Bauteile zum Einsatz.The invention is preferably used in plants where thermal energy must be stored for the purpose of heat storage or heat transfer. The storage function thereby fulfills a medium whose phase transformation enthalpy is preferably used solid-liquid during the phase change. The heat storage element is either used in large numbers in beds or in matrix arrangements for thermal storage or regenerative heat exchangers or comes as a single element for cooling briefly thermally loaded components used.

Neben weiteren Anwendungsgebieten können die erfindungsgemäßen Wärmespeicher-Elemente z. B. auch in Feststoffumlaufheizungen eingesetzt werden.In addition to other applications, the heat storage elements of the invention z. B. also be used in solid circulation heaters.

Bei entsprechender Medienwahl kann der Temperaturbereich des Phasenwechsels fest-flüssig erforderlichenfalls bei relativ niedrigen Temperaturen liegen, z. B. im Bereich von -20°C bis 0⁰C.With appropriate choice of media, the temperature range of the phase change solid-liquid, if necessary, can be at relatively low temperatures, for. Example in the range from -20 ° C to 0 ⁰ C.

Characteristic of the known technical solutions

Zur Speicherung thermischer Energie und für regenerative Wärmeübertrager werden Lösungen vorgeschlagen, die eine Nutzung der latenten Enthalpie beim Phasenübergang fest-flüssig beinhalten. Prinzipiell lassen sich hier hohe volumenbezogene Speicherkapazitäten erreichen.For the storage of thermal energy and for regenerative heat transfer solutions are proposed, which include a use of latent enthalpy in the phase transition solid-liquid. In principle, high volume-related storage capacities can be achieved here.

Einer befriedigenden praktischen Lösung stehen eine Reihe Schwierigkeiten entgegen.A satisfactory practical solution faces a number of difficulties.

Die geringe Wärme- und Temperaturleitfähigkeit der meisten Speichermedien erfordert geringe Mediendicken, besser eine hohe spezifische Oberfläche, wenn die Temperaturdifferenz zwischen Be- und Entladung und die Zugriffszeit gering gehalten werden sollen. Die Zugriffszeit verändert sich mit dem Quadrat der Schichtdicke. Ein Weg dazu kann die Dispergierung des Speichermediums in einem Wärmeträgerfluid sein (DD-PS 209902). Hier wird neben einer sehr großen Wärmeaustauschfläche der Vorteil erzielt, daß ein Wärmedurchgangswiderstand durch die Wandung einer Umhüllung entfällt, die Temperaturdifferenz bei Be- und Entladung des Speichers sehr gering sein muß. Dieses Verfahren läßt sich nur bei wenigen ausgewählten Stoffpaarungen einsetzen; die Anwendungsbreite ist sehr eingeschränkt.The low thermal and thermal conductivity of most storage media requires low media thickness, better a high specific surface, if the temperature difference between loading and unloading and access time should be kept low. The access time changes with the square of the layer thickness. One way to do this may be the dispersion of the storage medium in a heat transfer fluid (DD-PS 209902). Here, in addition to a very large heat exchange surface has the advantage that a heat transfer resistance through the wall of an enclosure deleted, the temperature difference in loading and unloading of the memory must be very low. This method can be used only for a few selected substance pairings; the scope of application is very limited.

Für den größten Teil der Einsatzfälle ist es erforderlich, das aufzuschmelzende Wärmespeichermedium durch Wandungen vom Wärmeträger zu trennen. Für diesen Fall läßt sich eine große spezifische Oberfläche des Latentspeichermediums durch das Einbringen von einer Vielzahl möglichst berippter Rohre in den Speicherbehälter realisieren. Diese Lösung ist sehr aufwendig, außerdem treten hier auf Grund der Volumenänderung bei der Phasenumwandlung große Festigkeitsprobleme bei Behälter und Einbauten auf. Vorgeschlagen wurden weiterhin Beimengungen von gut wärmeleitendem Material mit möglichst großer Oberfläche im Verhältnis zu ihrem Volumen vorzugsweise von Kupfer- oder Messingspänen (DE-OS 3127096). Hierbei steigt zwar die integrale Wärmeleitfähigkeit des Gemisches Latentspeichersalz-Metallspäne, jedoch der angestrebte Effekt des verbesserten Energietransportes zwischen Behälterinnerem und der Wandung wird nur in geringem Maße erreicht. Eine große Wärmeübertragungsfläche zwischen Speichermedium und Wärmeträgerfluid läßt sich ebenfalls erzielen, wenn das Speichermedium in relativ kleinvolumigen Behältern gekapselt wird. Eine Vielzahl dieser Behälter, d.h. Speicherelemente kann in einer Wirbel-oder Schüttschicht Verwendung finden. In DE-OS 303 53 86 wird ein Speicherelement beschrieben, das als starre Hohlkugel oder ein Vielflächner ausgeführt ist, deren Inneres teilweise oder vollständig mit Latentspeichermasse gefüllt ist. Das beschriebene Speicherelement hat den Nachteil, daß die Volumendehnung bzw. -kontraktion beim Schmelzen und Erstarren des Speichermediums zu sehr hohen Kräften auf die starre Wandung führt. Befindet sich teilweise Inertgas im Behälter, ist zwar die Möglichkeit der Volumenkompensation gegeben, der Gasspalt stellt jedoch einen zusätzlichen Wärmeleitwiderstand dar und behindert den Wärmedurchgang zwischen Speicherelement und Wärmeträger. Herstellung und Füllung der beschriebenen Speicherelemente sind nicht dargestellt. Es kann eingeschätzt werden,-daß dieser Prozeß kompliziert und schwer beherrschbar ist.For the majority of applications, it is necessary to separate the heat-storage medium to be melted by walls of the heat transfer medium. In this case, a large specific surface of the latent storage medium can be realized by introducing a plurality of possibly ribbed tubes into the storage container. This solution is very expensive, also occur here due to the volume change in the phase transformation on large strength problems in containers and internals. Suggestions were also admixtures of good heat conducting material with the largest possible surface in relation to their volume, preferably of copper or brass chips (DE-OS 3127096). Although this increases the integral thermal conductivity of the mixture latent storage salt metal chips, but the desired effect of improved energy transport between the container interior and the wall is achieved only to a small extent. A large heat transfer surface between storage medium and heat transfer fluid can also be achieved if the storage medium is encapsulated in relatively small-volume containers. A plurality of these containers, i. Storage elements can be used in a fluidized or packed bed. In DE-OS 303 53 86 a memory element is described, which is designed as a rigid hollow sphere or a Vielflächner, the interior of which is partially or completely filled with latent storage mass. The memory element described has the disadvantage that the volume expansion or contraction during melting and solidification of the storage medium leads to very high forces on the rigid wall. If partial inert gas is present in the container, the possibility of volume compensation is given, but the gas gap constitutes an additional heat-conducting resistor and impedes the heat transfer between the storage element and the heat carrier. Production and filling of the described memory elements are not shown. It can be estimated that this process is complicated and difficult to control.

Mit der in der DE-OS 2741829 beschriebenen Erfindung ist es möglich, die mit der Volumenänderung beim Phasenwechsel auftretenden Probleme zu lösen. Hier wird vorgeschlagen, eine Paraffinkugel mit einer Plastschicht zu ummanteln. Der Einsatzbereich dieser Erfindung wird durch die geringe Temperaturbeständigkeit des Hüllenmaterials begrenzt. Speicherbehälter, die ebenfalls eine Volumendehnung zulassen, sind in der DE-OS 2658720 beschrieben. Hier wird durch mehrere, im Behälterinneren liegende federnde Elemente, dafür gesorgt, daß die Behälterwandung immer Kontakt mit dem Speichermedium hat. Der deutliche Nachteil liegt in den hohen Aufwendungen für die Herstellung dieser Speicherbehälter. Gemeinsam ist allen vorgeschlagenen Lösungen, daß sie von der Kugelform als Grundform ausgehen. Es ist jedoch bekannt, daß weder die spezifische Oberfläche und die damit erreichbare Zugriffszeit, noch die erreichbare Packungsdichte für eine solche Gestaltung von kleinvolumigen Speicherelementen sprechen. ;With the invention described in DE-OS 2741829 it is possible to solve the problems associated with the change in volume during the phase change. Here it is proposed to coat a paraffin ball with a plastic layer. The field of application of this invention is limited by the low temperature resistance of the shell material. Storage tanks, which also allow volume expansion, are described in DE-OS 2658720. Here, by several, located inside the container resilient elements, ensured that the container wall always has contact with the storage medium. The significant disadvantage is the high cost of producing these storage tanks. Common to all proposed solutions that they assume the spherical shape as a basic form. However, it is known that neither the specific surface and the access time that can be achieved with it, nor the achievable packing density for such a design speak of small-volume memory elements. ;

Metallkugeln, in denen sich ein Latentspeichermedium befindet und die eine oberflächenvergrößernde Struktur besitzen, sind in der DE-OS 3102869 beschrieben. Vorgeschlagen wird hier das Anbringen von Rippen auf der Innen- oder Außenkante der Kugeln sowie das Einbringen durchgehender Bohrungen. Große Schwierigkeiten bei der Herstellung und die weiterhin geringe Packungsdichte sprechen gegen eine solche Gestaltung.Metal balls in which a latent storage medium is located and which have a surface-enlarging structure are described in DE-OS 3102869. Proposed here is the attachment of ribs on the inner or outer edge of the balls and the introduction of through holes. Great difficulties in the production and the still low packing density speak against such a design.

Wesentlich höhere spezifische Oberflächen und Packungsdichten lassen sich mit einer Behälterform erreichen, die in der DE-OS 3245027 beschrieben ist. Die Speicherbehälter sind als flache, längliche Streifen von dünnwandigen, verformbaren Hüllen aus einem Kunststoff oder Metall ausgebildet, in die ein Latentspeichermedium eingeschlossen ist. Eine Vielzahl von diesen Behältern wird so gestapelt, daß ein Durchtritt für das Wärmeträgermittel bleibt. Der Nachteil dieser Erfindung besteht darin, daß die große spezifische Oberfläche nur mit einem unverhältnismäßig hohen Aufwand an Hüllenmaterial erreicht werden kann bzw., daß die Speicherkapazität des Einzelbehälters nur klein ist.Much higher specific surface areas and packing densities can be achieved with a container mold described in DE-OS 3245027. The storage containers are formed as flat, elongated strips of thin-walled, deformable envelopes of a plastic or metal, in which a latent storage medium is enclosed. A plurality of these containers are stacked so that a passage for the heat transfer medium remains. The disadvantage of this invention is that the large specific surface can be achieved only with a disproportionate amount of shell material or that the storage capacity of the single container is small.

Nicht zur Aufnahme wärmespeichernden Materials, sondern für vielfältige Verpackungsaufgaben, vor allem für Lebensmittel wird ein Behälter in Tetraedergrundform genutzt. Verwendet man diese bekannte Behältergeometrie zur Kapselung von Latentspeichermaterial, ergeben sich folgende Vorteile:Not for receiving heat-storing material, but for a variety of packaging tasks, especially for food, a container in tetrahedral shape is used. If one uses this known container geometry for the encapsulation of latent storage material, the following advantages result:

— Herstellung und Füllung der Behälter erfolgen nach einer einfachen bekannten Technologie.- Manufacture and filling of the container carried out by a simple known technology.

— Eine Veränderung der Behältergeometrie ist in weiten Grenzen möglich. Durch Auswahl unterschiedlicher Rohrdurchmesser, Behälterlängen und Winkel zwischen den Ebenen, in denen die Behälterenden verschlossen werden — vorzugsweise 0° und 90°— und durch Kombinationen dieser Möglichkeiten kann die Behäitergestaltung dem verwendeten Speichermedium, der erforde'rlichen Zugriffszeit und dem geforderten freien Durchströmquerschnitt einer Schüttung oder Packung angepaßt werden.- A change in the container geometry is possible within wide limits. By selecting different pipe diameters, container lengths and angles between the planes in which the container ends are closed - preferably 0 ° and 90 ° - and combinations of these options, the Behäitergestaltung the storage medium used, the required access time and the required free flow area of a bed or pack.

Nachteilig ist die noch immer ungenügend große spezifische Oberfläche und die daraus resultierende hohe Zugriffszeit, die allerdings unter der des kugelförmigen Behälters liegt.A disadvantage is the still insufficiently large specific surface and the resulting high access time, which, however, is below that of the spherical container.

Wird der Phasenwechsel fest-flüssig zur Speicherung thermischer Energie genutzt, tritt bei Entladung das Problem der Unterkühlung der Schmelze auf; d. h., die Erstarrung läßt sich erst bei Temperaturen oft deutlich unter dem Schmelzpunkt auslösen. Das steht der Forderung nach geringer Temperaturdifferenz zwischen Be- und Entladung entgegen. Durch Zugabe von Kristallisationskeimen in Form von Fremdsalzen versucht man, diesen Effekt zu verhindern. Diese Keime neigen aber zur Sedimentation und verlieren so nach einer bestimmten Zyklenzahl ihre Wirksamkeit.If the phase change solid-liquid used for storing thermal energy, the problem of subcooling of the melt occurs during discharge; d. h., the solidification can be triggered only at temperatures often well below the melting point. This is contrary to the demand for low temperature difference between loading and unloading. By adding crystallization seeds in the form of foreign salts one tries to prevent this effect. However, these germs tend to sediment and lose their effectiveness after a certain number of cycles.

Object of the invention

Es ist das Ziel der Erfindung, kleinvolumige Wärmespeicher-Elemente zu schaffen, die gegenüber bekannten LösungenIt is the object of the invention to provide small volume heat storage elements over known solutions

— eine wesentlich geringere Zugriffszeit bei gleichzeitig hoher Packungsdichte besitzen,- have a much lower access time with a high packing density,

— mit einer einfachen bekannten Technologie kostengünstig und in großer Stückzahl hergestellt werden können und- Can be produced inexpensively and in large quantities with a simple known technology and

— für eine Vielzahl von Speichermedien, einen weiten Temperaturbereich sowie eine hohe Zahl von Be- und Entladezyklen geeignet sind.- are suitable for a variety of storage media, a wide temperature range and a large number of loading and unloading cycles.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, kleinvolumige Wärmespeicher-Elemente zu schaffen, welche die in der Zielstellung genannten Vorteile aufweisen, ohne jedoch fertigungstechnisch komplizierte und materialaufwendige Hüllenkonstruktionen zur Verbesserung des Wärmeüberganges zwischen Elementhülle und Speichermasse sowie zur Kompensation nachteiliger Auswirkungen thermisch bedingter Volumenänderungen der Speichermasse zu erfordern.The invention has for its object to provide small-volume heat storage elements having the advantages mentioned in the objective, but without manufacturing technically complicated and material-consuming shell structures to improve the heat transfer between the element shell and storage mass and to compensate for adverse effects thermally induced volume changes of the storage mass ,

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Wärmespeicher-Element aus einer allseitig geschlossenen Hüfte besteht, deren Innenraum eine Latentspeichermasse enthält und in dessen Innenraum mindestens eine vollständig oder überwiegend mit der Speichermasse in Kontakt befindliche Einlage aus gut wärmeleitfähigem Material angeordnet ist. Jede der Einlagen erstreckt sich als durchgehender, zusammenhängender Wärmeleiter im Innenraum zwischen mindestens zwei der Fügestellen der Elementhülle, die beim Herstellen der Hülle und/oder beim Verschließen der mit Speichermasse gefüllten Elementhülle entstehen. Die Einlage ist an den Fügestellen mittels einen guten Wärmeübergang zur Elementhülle sichernden Verbindungen dauerhaft lagefixiert.This object is achieved in that the heat storage element consists of an all-round hips, the interior of which contains a Latentspeichermasse and in the interior of which at least one completely or predominantly located with the storage mass in contact insert is arranged from good heat conductive material. Each of the inserts extends as a continuous, coherent heat conductor in the interior between at least two of the joints of the element shell, which arise during manufacture of the shell and / or closing the filled with storage mass element shell. The insert is permanently fixed in position at the joints by means of a good heat transfer to the element shell securing compounds.

Dadurch wird erreicht, daß ein großer Teil der thermischen Energie, die vom oder zum Speichermedium transportiert werden soll, von der Einlage zwischen Behälterinnerem und Behälterwandung geleitet wird, von wo An- und Abtransport mittels eines Wärmeträgers erfolgt. Der Energietransport erfolgt also nicht ausschließlich durch das schlecht wärmeleitende Speichermedium. Diese erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe hat folgenden Vorteil: Durch das Einbringen der Einlage in das Wärmespeicher-Element erhöht sich dessen wirksame spezifische Oberfläche gegenüber dem Speichermedium auf ein Mehrfaches, — bei einer Einlage auf etwa das Doppelte, bei zwei Einlagen auf etwa das Dreifache usw. — so daß die Zugriffszeit zum Speicherelement, d. h. die maximale Be- und Entladezeit deutlich gesenkt werden kann.This ensures that a large part of the thermal energy to be transported from or to the storage medium is passed from the insert between the container interior and the container wall, from where arrival and removal takes place by means of a heat carrier. The energy transport is thus not exclusively by the poor heat-conducting storage medium. This solution according to the invention has the following advantage: By introducing the insert into the heat storage element, its effective specific surface area with respect to the storage medium increases to a multiple, - in a deposit to about twice, with two deposits to about three times, etc. So that the access time to the storage element, i. H. the maximum loading and unloading time can be significantly reduced.

In einer speziellen Ausführungsform der Erfindung besteht die Elementhülle aus schlauch- bzw. rohrförmigen! Material oder aus zu derartigem Halbzeug gefügtem bahnförmigem Material, wobei die den Verschluß des mit Speichermasse gefüllten Elementes bewirkenden stirnseitigen Fügestellen der Elementhülle einen Winkel zwischen 0° und 90°, vorzugsweise 90°, bilden. Diese Wahl der Geometrie der Speicherelementhülle ermöglicht eine einfache Fertigung der Wärmespeicher-Elemente. Gleichzeitig kann Größe und Form dem verwendeten Speichermedium und der Einsatzaufgabe angepaßt werden.In a special embodiment of the invention, the element shell consists of tubular or tubular! Material or from such a semifinished product joined web-like material, wherein the closure of the element filled with storage mass causing frontal joints of the element shell form an angle between 0 ° and 90 °, preferably 90 °. This choice of geometry of the storage element shell allows for easy manufacture of the heat storage elements. At the same time size and shape can be adapted to the storage medium used and the mission task.

Eine andere Ausführungsform der Erfindung ist dadurch bestimmt, daß die Verbindung zwischen Einlage und Elementhülle aus einer zugleich zum Zwecke der Herstellung und/oder des Verschließens der Elementhülle erzeugten Falz-, Klebe-, Lot- oder Schweißverbindung oder einer Kombination derselben besteht.Another embodiment of the invention is characterized in that the connection between the insert and the element casing consists of a seaming, gluing, soldering or welding connection produced at the same time for the purpose of producing and / or closing the element casing, or a combination thereof.

Dadurch werden die Vorteile erzielt, daß die Einlage dauerhaft lagefixiert wird, ohne daß zusätzliche Mittel benötigt werden und daß vor allem ein großflächiger Kontakt zwischen Einlage und Elementhülle besteht und erst dadurch die Verbesserung des Transportes thermischer Energie vom und zum Speichermedium sicher erreicht wird.As a result, the advantages are achieved that the insert is permanently fixed in position, without additional funds are needed and that especially a large-area contact between the insert and the element shell and only then the improvement of the transport of thermal energy from and to the storage medium is achieved safely.

Eine besondere Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß die Einlagen glatt oder perforiert sind und/oder großflächige oder räumlich isolierte Profilierungen aufweisen. Diese Profilierungen können als Ausklinkungen ausgebildet sein und erst während des Füll- und/oder Verschlußvorganges des Elementes ihre Endlage einnehmen. Durch die zusätzliche Perforierung und/oder Strukturierung wird der Vorteil erzielt, daß durch die dadurch erreichte Erhöhung der spezifischen Oberfläche der Einlagen das Problem der Unterkühlung des geschmolzenen Latentspeichermaterials bei der Entladung des Wärmespeicher-Elementes weitgehend unterdrückt werden kann. Gleichzeitig sinkt bei Verwendung von profilierten oder strukturierten Einlagen der maximale Abstand zwischen Speichermaterial und gut wärmeleitfähigem Material, so daß die Zugriffszeit sinkt. Eine weitere Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß die Einlagen aus einem oder mehreren metallischen Folienstreifen, Drahtgeweben und/oder Drähten oder einer Kombination dieser Materialien bestehen. Wird als Folienmaterial z. B. unlegierter Stahl verwendet und ist das Latentspeichermedium ein wasserfreies anorganisches Salz, z. B. Natriumnitrat, so ist das Verhältnis der Wärmeleitfähigkeiten X_St/X_NaNo₃ = 80 und das der Temperaturleitfähigkeiten a_St/aNaNo₃ = 60. Aus diesen Relationen läßt sich ableiten, daß bereits Foliendicken um 0,1 mm ausreichen, um die Zugriffszeit deutlich zu verbessern. Ein entscheidender Vorteil liegt also darin, daß die Verbesserung der Zugriffszeit durch den Einsatz von nur wenig Material erreicht wird. Will man dagegen die Zugriffszeit über den Weg der geringeren Speicherelementabmessungen erreichen, muß pro Volumeneinheit Speichermedium eine wesentlich größere Menge Hüllenmaterial eingesetzt werden, das wegen mechanischer und thermischer Beanspruchung von größerer Dicke und Qualität als das nur thermisch beanspruchte Folienmaterial sein muß.A particular embodiment of the invention is that the inserts are smooth or perforated and / or have large-area or spatially isolated profiles. These profiles can be designed as notches and occupy their final position only during the filling and / or closing process of the element. The additional perforation and / or structuring provides the advantage that the problem of overcooling of the molten latent storage material during the discharge of the heat storage element can be largely suppressed by the increase in the specific surface area of the deposits achieved thereby. At the same time decreases when using profiled or structured deposits, the maximum distance between memory material and good heat conductive material, so that the access time decreases. Another embodiment of the invention is that the inserts consist of one or more metallic foil strips, wire meshes and / or wires or a combination of these materials. Is used as a film material z. As unalloyed steel used and the latent storage medium is an anhydrous inorganic salt, eg. As sodium nitrate, the ratio of the thermal conductivities X _St / X _NaN o ₃ = 80 and that of the temperature conductivities a _S t / aNaNo ₃ = 60. From these relations it can be deduced that already film thicknesses of 0.1 mm are sufficient to significantly improve access time. A decisive advantage lies in the fact that the improvement of the access time is achieved by the use of only a small amount of material. If, on the other hand, one wishes to achieve the access time by way of the smaller storage element dimensions, a much larger amount of casing material must be used per unit volume of storage medium which, due to mechanical and thermal stress, must be of greater thickness and quality than the only thermally stressed film material.

Als ein weiterer Vorteil der beschriebenen Erfindung erweist sich, daß eine eventuelle Entstehung von Gasspalten zwischen Elementhülle und Speichertum infolge thermisch bedingter Volumenänderungen des Speichermediums und die damit verschlechterte Wärmeübertragung an diesen Stellen nicht zu einer deutlichen Minderung der Zugriffszeit des Speicherelements führen kann.As a further advantage of the described invention proves that a possible formation of gas gaps between the element shell and storage due to thermally induced volume changes of the storage medium and the deteriorated heat transfer at these locations can not lead to a significant reduction in the access time of the memory element.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Folienstreifen oder Drahtgewebe eine erst beim Herstellungsproze der Elemente erzeugte Form, z. B. eine schraubenförmige Verdrillung, aufweisen.In a further embodiment of the invention it is provided that the foil strips or wire mesh a first generated during the manufacturing process of the elements form, for. B. a helical twist having.

Die in der Erfindung beschriebenen Wärmespeicher-Elemente kommen als Einzelelement oder in einer großen Zahl in einer Wirbelschicht, in einer statischen Schicht als Schüttung odor in einer bestimmten Matrix zum Einsatz.The heat storage elements described in the invention come as a single element or in large numbers in a fluidized bed, in a static layer as a bed odor in a specific matrix used.

embodiment

Die Erfindung soll nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In der dazugehörigen Zeichnung zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to two embodiments. In the accompanying drawing show:

Fig. 1: eine Schnittdarstellung eines Wärmespeicher-Elementes mit eingelegtem Folienstreifen gemäß der Erfindung, dessen Enden, die in einer Ebene liegen, durch zweimaliges Falzen der zusammengepreßten Rohrenden verschlossen worden sind sowieFig. 1: a sectional view of a heat storage element with inserted film strip according to the invention, the ends of which lie in one plane, have been closed by twice folding the compressed pipe ends and

Fig. 2: zwei erfindungsgemäße Wärmespeicher-Elemente unterschiedlicher Länge, deren Enden gegeneinander um 90° verdreht sind.Fig. 2: two heat storage elements of different lengths according to the invention, whose ends are rotated against each other by 90 °.

In Figur 1 wird eine erfindungsgemäße Variante des Wärmespeicher-Elementes dargestellt, bei der die Elementwandung 1, bestehend aus einem dünnwandigen metallischem Rohr, das Latentspeichermedium 2 umschließt. In das Wärmespeicher-Element ist ein Folienstreifen 3, vorzugsweise aus dem Wandwerkstoff eingelegt. Das Ende 4a des Speicherelementes ist lediglich zusammengepreßt. Diese Darstellung zeigt die erste Phase beim Verschließen des Elementes. Das Ende 4b wurde durch zweimaliges Falzen dicht verschlossen. Der Folienstreifen 3 wird gemeinsam mit der Wandung 1 gefalzt.1 shows a variant of the heat storage element according to the invention is shown, in which the element wall 1, consisting of a thin-walled metallic tube, the latent storage medium 2 encloses. In the heat storage element, a film strip 3, preferably inserted from the wall material. The end 4a of the storage element is merely compressed. This illustration shows the first phase when closing the element. The end 4b was sealed tightly by folding twice. The film strip 3 is folded together with the wall 1.

Das Speichermedium 2 besteht in Abhängigkeit von der Einsatztemperatur z. B. aus einem Metall bzw. einer Metallegierung, aus wasserfreien anorganischen Salzen und deren Gemische, einem Salzhydrat oder aus einem organischen Medium₄wie z. B. Paraffin. Das Material der Wandung 1 bzw. des Rohrhalbzeuges wird nach den Eigenschaften des Speichermediums 2 und des Wärmeträgers für die Be-und Entladung ausgewählt. Für den Folienstreifen 3 wird vorzugsweise der gleiche Werkstoff wie für die Wandung gewählt, wenn dieses Material metallisch ist, um zusätzliche korrosive Beanspruchung zu vermeTdeTT. Figur 2 zeigt erfindungsgemäße Wärmespeicher-Elemente, bei denen die Ebenen, in denen das Verschließen der Enden erfolgt, zueinander um 90° verdreht sind. Das Speicherelement in Darstellung a), ein nichtreguläres Tetraeder, bei dem das Verhältnis der Länge I zur Kantenlänge a l/a = 3 beträgt, wurde untersucht. Der Durchmesser des Rohrhalbzeuges betrug d = 0,024m und als Speichermedium wurde ein Gemisch aus Alkalinitraten undThe storage medium 2 is a function of the operating temperature z. B. from a metal or a metal alloy, from anhydrous inorganic salts and mixtures thereof, a salt hydrate or from an organic medium ₄ such. Paraffin. The material of the wall 1 and the pipe semi-finished product is selected according to the properties of the storage medium 2 and the heat carrier for loading and unloading. For the film strip 3, the same material as for the wall is preferably selected, if this material is metallic in order to avoid additional corrosive stress. FIG. 2 shows heat storage elements according to the invention, in which the planes in which the closing of the ends takes place are mutually rotated by 90 °. The memory element in representation a), a non-regular tetrahedron in which the ratio of the length I to the edge length al / a = 3, was investigated. The diameter of the tube semi-finished product was d = 0.024m and as a storage medium was a mixture of alkali nitrates and

-nitriten verwendet. Die stirnseitigen Enden des Speicherelementes wurden durch zweifaches Falzen geschlossen. Tabelle 1 zeigt im Vergleich die auf die Kugelform bezogenen Werte der Packungsdichte S, der wirksamen spezifischen Oberfläche des Einzelelements A_sp und die der Packung sowie die maximale Entfernung x_max eines Punktes im Speichermedium zum Hüllen-oder Folienstreifenmaterial und die Zugriffszeit zum Speicherelement für eine Kugel, ein reguläres Tetraeder, wie es Darstellung b) in Figur 2 zeigt, und das untersuchte nichtreguläre Tetraeder ohne und mit Folienstreifen. Der Durchmesser d der Kugel bzw. des Elementhalbzeuges wurde mit d = 0,024m gewählt.-nitrites used. The front ends of the storage element were closed by double folding. Table 1 shows, in comparison, the ball-shaped values of the packing density S, the effective specific surface area of the single element A _sp and the packing and the maximum distance x _ma x of a dot in the storage medium to the casing or film strip material and the access time to the storage element for one Sphere, a regular tetrahedron, as shown in illustration b) in FIG. 2, and the investigated non-regular tetrahedron with and without foil strips. The diameter d of the ball or element semifinished product was chosen to be d = 0.024 m.

Die Werte der Packungsdichte S als Maß für die speicherbare Energie pro Gesamtvolumen spricht für die Tetraedergrundform. Der Vergleich des Kriteriums spezifische Oberfläche der Packung als ein Maß für die Wärmeübertragungsfläche zum An- und Abtransport der thermischen Energie zum und vom Speicherelement spricht für das reguläre Tetraeder. Da aber der größte Teil des Wärmedurchgangswiderstandes nicht beim Wärmeübergang außen, sondern bei der Wärmeleitung im Speichermedium auftritt, wird die maximale Entfernung x_max zwischen Speichermedium und gut wärmeleitendem Material zur bestimmenden Größe für die Zugriffszeit τ. Bei der erfindungsgemäßen Variante beträgt ihr Wert ein Viertel der Kugelform und fast die Hälfte derThe values of the packing density S as a measure of the storable energy per total volume speak for the tetrahedral basic form. The comparison of the criterion specific surface of the packing as a measure of the heat transfer area for the supply and removal of the thermal energy to and from the storage element speaks for the regular tetrahedron. Since, however, the major part of the heat transfer resistance occurs not in the heat transfer on the outside, but in the heat conduction in the storage medium, the maximum distance x _max between the storage medium and good heat-conducting material is the determining variable for the access time τ. In the variant according to the invention, their value is one quarter of the spherical shape and almost half of the

Zugriffszeit des regulären Tetraeders. ·Access time of the regular tetrahedron. ·

Zieht man als Vergleichskriterium noch den spezifischen Aufwand an Hüllenwerkstoff heran, der mit dem reziproken Werk der spezifischen Elementoberfläche im Zusammenhang steht und berücksichtigt man, daß z. B. beim Verschließen durch Falzen eine zusätzliche Halbzeuglänge von etwa 2 a benötigt wird, erweist sich die vorgeschlagene erfindungsgemäße Speicherelementgestaltung in Form eines nichtregulären Tetraeders mit eingelegtem Folienstreifen als vorteilhaft.If, as a comparison criterion, the specific expense of sheath material is taken into account, which is related to the reciprocal work of the specific surface of the element, and it is taken into consideration that, for example, B. when closing by folding an additional semifinished product length of about 2 a is needed, the proposed inventive memory element design proves to be advantageous in the form of a non-regular tetrahedron with inserted film strip.

Tabelle 1: Vergleich unterschiedlicher Speicherelementgeometrien bei d = 0,024 m bezogen auf die KugelformTable 1: Comparison of different storage element geometries at d = 0.024 m with respect to the spherical shape

Geometrie des SpeicherelementesGeometry of the memory element

Packungsdichtepacking density

VsehälterVsehälter

ο _.ο _.

V₁ V ₁

gesamttotal

spez. Ober- spez. Oberfläche des Elementes fläche der Packung . A . S-A_SD spec. Upper spec. Surface of the element surface of the packing. A. SA _SD

max. Entfernung Zu-Speichermedium- griffs-Hülle (Folie) zeitMax. Removal to storage media handle cover (foil) time

KugelBullet 11 11 11 11 11 regu la res Tetraeder a = l=f-dregu la res tetrahedron a = l = f-d 1,71.7 1,61.6 2,52.5 0,60.6 0,40.4 nichtreg. Tetraeder 3a = l=—-d — ohne Folienstreifennichtreg. Tetrahedron 3a = l = - d - without foil strip 1,51.5 11 1,41.4 11 11 — mit einem Folienstreifen- with a foil strip 1,51.5 11 1,41.4 0,50.5 0,250.25

Claims

Invention claim:

1. heat storage element, consisting of a cover closed on all sides, the interior of which contains a Latentspeichermasse, characterized in that

- In the interior at least one completely or predominantly with storage mass (2) located in contact insert (3) is arranged from gutwärmeleitfähigem material and

- Each of the inserts (3) extending as a continuous, coherent Wärmeleiter in the interior between at least two of those joints (edges) (4a, 4b) of the element shell (1), which arise during manufacture of the element shell and / or closing the storage mass filled element shell , And are permanently fixed in position at these joints by means of a good heat transfer to the element shell securing compounds.

2. Heat storage element according to item 1, characterized in that the element cover consists of tubular or tubular material or joined to such material web-like material, wherein the closure of the element filled with storage mass causing frontal joints of the element cover an angle between 0 ° and 90 °, preferably 90 °, form.

3. heat storage element according to item 1 or 2, characterized in that the connection between the insert and the element cover from a simultaneously produced for the purpose of manufacturing and / or wear of the element cover seam, adhesive, solder or welded connection or a combination thereof consists.

4. Heat storage element according to one of the preceding points, characterized in that the deposits are smooth or perforated and / or have large or spatially isolated profiles.

5. Heat storage element according to item 4, characterized in that the e.g. formed as notches profilings occupy their final position only during the filling and / or closing operation of the element.

6. Heat storage element according to one of the preceding points, characterized in that the inserts consist of one or more metallic foil strips, wire mesh and / or wires or a combination of these materials.

7. heat storage element according to item 6, characterized in that the film strip or wire mesh a first generated during the manufacturing process of the element form, for. B. a helical twist having.

8. Heat storage element according to one of the preceding points, characterized in that it comes as a single element or in large numbers in a fluidized bed, in a static layer as a bed or in a specific matrix used.