DD249326A1

DD249326A1 - DEVICE FOR PRESSURE RELIEF OF DYNAMIC LATENT WASTE MEMORY

Info

Publication number: DD249326A1
Application number: DD86290401A
Authority: DD
Inventors: Wolfgang Ahrens; Christine Eildermann; Klaus Fieback; Hans-Heinz Emons; Ruediger Naumann; Thomas Fanghaenel
Original assignee: Ba D Ddr Inst F Heizung Lueftu
Priority date: 1986-05-21
Filing date: 1986-05-21
Publication date: 1987-09-02

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Druckentlastung dynamischer Latentwaermespeicher und ist vorzugsweise fuer solche Latentwaermespeicher anzuwenden, die mit Waermetransportmitteln im Wechsel zwischen Verdampfen und Kondensieren in geschlossenen Behaeltern oder Zirkulationssystemen arbeiten. Ziel der Erfindung ist es, den Einsatz billiger korrosionsbestaendiger und weniger druckfeste Werkstoffe oder den materialsparenden Einsatz korrosionsbestaendiger teurerer Werkstoffe fuer die Fertigung von druckbelasteten Speicherbehaeltern zu ermoeglichen. Es ist die Aufgabe der Erfindung, die in geschlossenen dynamischen Latentwaermespeichern im Betriebszustand als auch bei aussergewoehnlichen Waerme- oder Kaelteeinwirkungen entstehenden Druckbelastungen abzubauen. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch erfuellt, indem der Speicherbehaelter mit einem elastischen oder dehnbaren Bereich versehen ist, der mit dem Dampf des im Inneren des Speicherbehaelters befindlichen Waermetransportmittels in Beruehrung steht, der Speicherbehaelter von einem geschlossenen und druckfesten Behaelter umhuellt und der Zwischenraum zwischen Speicherbehaelter und Huellbehaelter von einem druckuebertragenden Medium, wie einer Fluessigkeit, einem Gas, einem Dampf oder Kombinationen aus diesen ausgefuellt ist.The invention relates to a device for pressure relief dynamic latent heat storage and is preferably used for such latent heat storage, working with heat transfer agents in the alternation between evaporation and condensation in closed containers or circulation systems. The aim of the invention is to allow the use of cheaper corrosion-resistant and less pressure-resistant materials or the material-saving use of corrosion-resistant more expensive materials for the production of pressure-loaded storage containers. It is the object of the invention to reduce the pressure loads arising in closed dynamic latent heat storage tanks in the operating state as well as in the case of extraordinary heat or cold effects. According to the invention, the object is achieved by providing the storage container with an elastic or extensible region which is in contact with the vapor of the heat transfer medium inside the storage container, enclosing the storage container by a closed and pressure-resistant container, and the space between storage container and container from a pressure-transmitting medium, such as a liquid, a gas, a vapor, or combinations thereof.

Description

Title of the invention

"Vorrichtung zur Druckentlastung dynamischer Latentwärmespeicher""Device for relieving the pressure of dynamic latent heat storage"

Field of application of the invention

Dynamische Latentwärmespeicher, die mit Wärmetransportmitteln in direktem Kontakt mit dem Phasenwechselmaterial zum Wärmeein- und Wärmeaustrag in geschlossenen Speicherbehältern oder geschlossenen Kreisläufen arbeiten, unterliegen innerhalb und außerhalb des Arbeitstemperaturbereiches unerwünschten Druckbelastungen.Dynamic latent heat storage, which work with heat transfer means in direct contact with the phase change material for heat input and heat discharge in closed storage tanks or closed circuits, are subject to undesirable pressure loads inside and outside the working temperature range.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Druckentlasung dynamischer Latentwärmespeicher ist vorzugsweise für solche Latentwärmespeicher vorgesehen, die mit Wärmetransportmitteln im Wechsel zwischen Verdampfen und Kondensieren in vollständig geschlossenen Behältern oder Zirkulationssystemen betrieben werden.The inventive device for pressure release dynamic latent heat storage is preferably provided for such latent heat storage, which are operated with heat transfer agents in alternation between evaporation and condensation in fully closed containers or circulation systems.

Characteristic of the known technical solutions

Für Latentwärmespeicher ist eine Vielzahl technischer Lösungen mit unterschiedlichen Wirkprinzipien bekannt. Die mit Latentwärmespeichern, insbesondere mit den Phasenwechselmaterialien, bestehenden allgemeinen Probleme, wie schlechte Wärmeleitfähigkeit, Stratifikation, Entmischung, Unterkühlung,For latent heat storage a variety of technical solutions with different principles of action is known. With latent heat storage, especially with the phase change materials, existing general problems, such as poor thermal conductivity, stratification, segregation, hypothermia,

Korrosion u.a., wurden von diesen Lösungen mehr oder weniger umfassend geklärt und beseitigt.Corrosion and the like have been more or less comprehensively clarified and eliminated by these solutions.

Zu den Lösungen, die aufgrund ihres Wirkprinzips besonders viele dieser Probleme gleichzeitig beseitigen, gehören die Latentwärmespeichersysteme , die mit Wärmetransp.örtmittel - arbeiten, welche in direktem Kontakt mit dem Phasenwechselmaterial im Wechsel zwischen Verdampfen und Kondensieren den Wärmeeintrag in das Phasenwechselmaterial und den Wärmeaustrag aus dem Phasenwechselmaterial bewirken.Solutions that eliminate many of these problems at the same time because of their mode of action include the latent heat storage systems that use heat transfer means which, in direct contact with the phase change material in the alternation between evaporation and condensation, introduce the heat input into the phase change material and the heat output from the heat exchanger Cause phase change material.

Dazu gehören z.B. DE-OS 2826, DE-OS 3236 319, DD-PS 207758 und DE-PS 3324 9431.These include e.g. DE-OS 2826, DE-OS 3236 319, DD-PS 207758 and DE-PS 3324 9431.

In diesen Lösungen werden Speicherbehälter verwendet, die gegenüber der Umgebung vollständig abgedichtet sind. Aufgrund der Abdichtung ist die Wärmeübertragung während des Wärmeein- und Wärmeaustrages durckabhängig.In these solutions storage containers are used, which are completely sealed from the environment. Due to the seal, the heat transfer during the heat input and heat output is durckabhängig.

Durch die gezielte Auswahl eines geeigneten Wärmetransportmittels ist es möglich, den Speicherinnendruck im Bereich der für den Speicher charakteristischen Wärmeein— und Wärmeaustrags— temperaturen in der Nähe des Umgebungsdruckes, insbesondere des Luftdruckes, zuhalten.Through the targeted selection of a suitable heat transfer medium, it is possible to maintain the internal storage pressure in the region of the heat input and heat discharge temperatures characteristic of the storage in the vicinity of the ambient pressure, in particular the air pressure.

Bei davon abweichenden Temperaturen kann der entstehende Innendruck stark vom Umgebungsdruck abweichen und dadurch Pestigkeits— bzw. Sicherheitsprobleme für den Speicherbehälter hervorrufen.. Dieser Fall tritt dann ein, wenn dem Speichermaterial nach dem Aufschmelzen weiter Wärme zugeführt wird, oder nach dem Erstarren weiter Wärme entzogen wird, um die dem Speichermaterial ohne Phasenwechsel zu- oder abführbare sensible Überhitzungs- oder Unterkühlungswärme technisch zu nutzen. Darüber hinaus stellt sich eine besondere Gefahr ein, wenn sich der Speicher nicht im Betriebszustand befindet und beispielsweise durch Kälteeinwirkung im Winter oder durch Sonneneinstrahlung im Sommer auf Temperaturen abgekühlt oder aufgewärmt wird, die außerhalb der charakteristischen Arbeitstemperaturen liegen (z.B. während des Speichertransportes).In the case of deviating temperatures, the resulting internal pressure can deviate greatly from the ambient pressure and thus cause pestiness or safety problems for the storage container. This case occurs when heat is still supplied to the storage material after melting, or heat is removed after solidification to technically utilize the sensible overheat or subcooling heat that can be added or removed to the storage material without phase change. In addition, there is a particular risk when the storage is not in the operating condition and is cooled or warmed up, for example, by cold weather in the winter or sunlight in the summer to temperatures outside the characteristic working temperatures (for example, during storage transport).

Im Falle starker Abkühlung stellt sich ein hoher Unterdruck und im Falle starker Erwärmung ein hoher Überdruck ein. Darüber hinaus kann auch dann ein Überdruck entstehen, wenn eine ungewollte Überhitzung des Speichers durch eine unvorhergeseheneIn case of strong cooling, a high negative pressure and in case of strong heating a high overpressure occurs. In addition, an overpressure may occur even if an accidental overheating of the memory due to an unforeseen

Situation, wie z.B. einen Wärmestau oder den Ausfall von Regelungstechnik u.a. eintritt.Situation, such as a heat accumulation or the failure of control technology u.a. entry.

In allen Fällen be steht die Gefahr der Zerstörung des Speicherbehälters. Dieser Gefahr läßt sich in einfacher Weise dadurch begegnen, indem die Speicherbehälter als Druckgefäße ausgebildet werden, deren Festigkeit auch ungewollte Druckbelastungen zuläßt.In all cases be the risk of destruction of the storage container. This danger can be counteracted in a simple manner by the storage containers are designed as pressure vessels whose strength also allows unwanted pressure loads.

Die Speicherbehälter werden dabei vorwiegend aus Stahlblech gefertigt, dessen Stärke für einen angenommenen außergewöhnlichen Speicherinnendruck bemessen ist. Dabei besteht ein wesentlicher Nachteil:The storage tanks are mainly made of sheet steel, the strength of which is dimensioned for an assumed exceptional internal reservoir pressure. There is a significant disadvantage:

Die Mehrheit aller als Phasenwechselmaterial in Präge kommenden Stoffe sind anorganische Stoffe, die im Kontakt mit unlegiertem Stahlblech zur Korrosion führen.The majority of substances that are embossed as phase change material are inorganic substances that cause corrosion when in contact with unalloyed steel.

Die einzigen Stahlsorten, welche als Material für Speicherbehälter verwendet werden können, sind höher legierte Stähle, wie z.B. Cr-Ni-St ahle". "HSuf grünet d~er nt-i-k -Aiesem Material verbundenen hohen Kosten besteht demgegenüber ein vornehmliches Interesse, anstelle legierter Stähle billigere korrosionsfeste nichtmetallische Werkstoffe zu verwenden. Von Bedeutung sind dabei druckfeste Glas und Plaste. Der Einsatz dieser Werkstoffe ist möglich, löst aber nur das Korrosionsproblem. Die Druckfestigkeit beider Materialien reicht nicht aus, den praktisch möglichen Druckbelastungen standzuhalten. In verschiedenen Lösungen, wie z.B. DEPS 3001 725, DE-OS 3023 494, DE-OS 2517 921, DE-OS 3005 450 und DE-OS 2551 379 werden deshalb Verfahren zum Druckabbau beschrieben, welche auf der Basis gasgefüllter Hohlräume im Speicherinneren arbeiten. Bei diesen Lösungen besteht das Ziel primär in der Kompensation der durch die Wärmeausdehnung des Speichermaterials hervorgerufenen Volumenvergrößerungen, sekundär bieten diese Lösungen aber auch einen Schutz gegen Überdruck, wenn das Volumen des gasgefüllten Hohlraumes, wie in DE-OS 2517 921 oder DE-PS 3001 725 durch Ausbildung in Form eines Balges oder die Verwendung elastischen Materials vergrößert oder verkleinert werden kann. Unter der Bedingung der Volumenveränderung bleibt der Speicherinnendruck konstant, so daß auch auf dünnwandiges Stahlblech, Glas- oderThe only types of steel that can be used as the material for storage containers are higher alloyed steels, such as e.g. Cr-Ni Cylinder "HSF Greening the nt-i-k" In contrast to the high costs associated with this material, there is a particular interest in using cheaper corrosion-resistant non-metallic materials instead of alloyed steels. Of importance are flameproof glass and plastics. The use of these materials is possible, but solves only the corrosion problem. The compressive strength of both materials is not sufficient to withstand the practically possible pressure loads. In various solutions, such as DEPS 3001 725, DE-OS 3023 494, DE-OS 2517 921, DE-OS 3005 450 and DE-OS 2551 379 therefore describe processes for depressurization which operate on the basis of gas-filled cavities in the interior of the reservoir. In these solutions, the goal is primarily in the compensation of the volume expansion caused by the thermal expansion of the storage material, but secondarily, these solutions also provide protection against overpressure when the volume of the gas-filled cavity, as in DE-OS 2517 921 or DE-PS 3001 725 can be increased or decreased by training in the form of a bellows or the use of elastic material. Under the condition of the change in volume, the internal reservoir pressure remains constant, so that even on thin-walled sheet steel, glass or

Plastmaterial zurückgegriffen v/erden kann. Die Konstanz des Speicherinnendruckes ist aber nachteilig. In Bezug auf das in geschlossenen Latentspeicherbehältern vorliegende Punktionsprinzip ist diese wirkungshemmend bzw. wirkungsunterbindend. Die zum Wärmeein- und Wärmeaustrag genutzten Siede- und Kondensationsprozesse des Wärmetransportmittels laufen nur dann ab, wenn im Speicherinneren verschiedene Dampfdrücke realisiert werden können. Die Verwendung gasgefüllter Hohlräume zum Druckabbau stellt damit zwar eine Methode zum Abbau von Überdrücken dar, bringt aber das Speicherprinzip zum erliegen. Lediglich durch die geometrische Form der Speicherbehälter lassen sich in Bezug auf die Druckfestigkeit nach gewisse Verbesserungen erreichen, wie z.B. durch die Verwendung von Kugelformen. Gemäß DE-OS 1941 062, DE-OS 2343 525, DE-OS 2552 698,DE-OS 2744 618 bestehen die Speicher aus einer Vielzahl kleiner Kugeln aus Plastwerkstoffen, welche mit Latentspeichermaterial gefüllt sind. Das Ziel dieser Lösungen besteht dabei vorrangig in dTe"r "~ Überwindung der genannten, mit dem Phasenwechselmaterial einhergehenden Probleme, wie schlechte'Wärmeleitfähigkeit, Stratifikation und Entmischung, die durch Verwendung von kleinen Kugeln zum Teil überwunden werden können. Da die Kugeln in der Regel von einer Flüssigkeit umgeben sind, durch welche über die Kugeloberflächen der Wärmeein- und Wärmeaustrag an das Speichermaterial erfolgt, bietet die Kugelform einen verbesserten Schutz gegen Druckbelastungen sowohl von innen als auch von außen. Nachteilig an diesen Lösungen ist, daß ein genereller Schutz gegen hohe Über- und Unterdrücke damit ebenfalls nicht gegeben ist, wenn Glas oder Plaste als Werkstoffe verwendet werden. Selbst wenn, wie in DE-OS 2552 698 .elastische Plastwerkstoffe zum Einsatz kommen, ist der Schutz mit einem Verlust der Funktionstüchtigkeit der Speicher verbunden. Auch hier ist wesentlich, daß infolge der Volumenvergrößerung und der damit verbundenen Druckkonstanz in den Kugeln, eine unter Sieden und Kondensieren des Wärmetransportmittels ,vorgenommene Wärmeübertragung zusammenbricht und damit wichtige Verfahrensvorteile verlorengehen. Bei Verwendung von Stahl als Material für die Kugeln ist wiederum legiertes Material und eine entsprechende Wandstärke vorzusehen, so daß das Druckproblem nach wie vor nicht kosten-Plastic material can be used. The constancy of the internal memory pressure is disadvantageous. With regard to the puncture principle present in closed latent storage containers, this is effective inhibiting effect. The boiling and condensation processes of the heat transport medium used for the heat input and heat discharge only proceed if different vapor pressures can be realized in the interior of the reservoir. Although the use of gas-filled cavities for depressurization thus represents a method for reducing excess pressures, but brings the storage principle to succumbing. Only the geometrical shape of the reservoirs allows certain improvements to be made in terms of compressive strength, e.g. through the use of spherical shapes. According to DE-OS 1941 062, DE-OS 2343 525, DE-OS 2552 698, DE-OS 2744 618, the memory of a plurality of small balls made of plastic materials, which are filled with latent storage material. The aim of these solutions is primarily in dTe "r" ~ overcome the above, associated with the phase change material problems, such as bad'Wärmeleitfähigkeit, stratification and segregation, which can be overcome by using small balls in part. Since the balls are usually surrounded by a liquid, through which takes place on the spherical surfaces of the heat input and heat discharge to the storage material, the spherical shape provides improved protection against pressure loads from both inside and outside. A disadvantage of these solutions is that a general protection against high pressures and pressures is thus also not given when glass or plastic are used as materials. Even if, as in DE-OS 2552 698.elastic plastic materials are used, the protection is associated with a loss of the functionality of the memory. Again, it is essential that due to the increase in volume and the associated pressure constancy in the balls, a boiling and condensing of the heat transfer agent, made heat transfer breaks down and thus lost important process advantages. When using steel as a material for the balls again alloy material and a corresponding wall thickness is provided, so that the printing problem is still not cost-

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günstig gelöst ist.is conveniently solved.

Ein anderer Weg zur Lösung der Problematik liegt mit DE-AS 2517 080 vor. Zum Abbau der auf die Wandung des Speicherbehälters durch Druck wirkenden Kräfte wird der Speicherbehälter, der als vollständig geschlossener Behälter ausgeführt ist, von einem weiteren geschlossenen Behälter vollkommen umhüllt und im Speicherbehälter als auch im Zwischenraum (zwischen Speicherbehälter und Hüllbehälter) eine gewisse Menge ein und desselben Wärmetransportmittels und dessen Dampf eingebracht. Unter Wärmeeinwirkung auf das Gesamtsystem bilden sich im Speicherbehälter als auch im Zwischenraum die Dampfdrücke des Wärmetransportmittels aus, welche an der Innen- und Außenwand des Speicherbehälters entgegenwirken, so daß sich die Druckkräfte an der Innen- und Außenfläche des Speicherbehälters kompensieren. Aufgrund dieses Effektes kann die Wandstärke des Speicherbehälter^ vermindert werden, da der Druck des Wärmetransportmittels nur noch auf den Hüllbehälter wirkt und von diesem au.fgenommen wird. Da der Hüllbehälter lediglich mit dem Wärmetransportmittel in Kontakt steht, welches keine (oder zumindest beherrschbare) Korrosionsprobleme hervorruft, kann der Hüllbehälter aus billigerem Material gefertigt werden. Nachteilig ist allerdings dabei, daß an der Innen- und Außenwand des Speicherbehälters nur dann eine Druck- bzw. Kräftekompensation eintritt, wenn auf beiden Seiten der Behälterwand Temperaturgleichheit herrscht.Another way to solve the problem is with DE-AS 2517 080 before. To reduce the pressure acting on the wall of the storage container forces the storage container, which is designed as a completely closed container completely enveloped by another closed container and in the storage container as well as in the space (between storage tank and shell) a certain amount one and the same Heat transport medium and its vapor introduced. Under the effect of heat on the overall system, the vapor pressures of the heat transport medium form in the storage container and in the intermediate space, which counteract on the inner and outer walls of the storage container, so that the pressure forces on the inner and outer surfaces of the storage container compensate each other. Due to this effect, the wall thickness of the storage container can be reduced ^, since the pressure of the heat transfer agent acts only on the envelope and is au.fgenommen of this. Since the enveloping container is only in contact with the heat transporting agent, which causes no (or at least manageable) corrosion problems, the enveloping container can be made of cheaper material. The disadvantage, however, is that on the inner and outer walls of the storage tank only a pressure or force compensation occurs when there is temperature equality on both sides of the container wall.

Da in DE-AS 2517 080 das Wärmetransportmittel, welches sich im Zwischenraum befindet, gleichzeitig zum indirekten Wärmeeintrag und Wärmeaustrag in oder aus dem Speicherbehälter verwendet wird und eine Wärmeübertragung in den Speicherbehälter nur bei Temperaturen oberhalb der Schmelztemperatur und der Wärmeaustrag aus dem Speicherbehälter nur bei Temperaturen unterhalb der Erstarrungstemperatur des Phasenwechselmaterials erfolgen kann, müssen die Temperaturen im Speicherbehälterinneren und im Zwischenraum in jeder Phase des Betriebszustandes voneinander abweichen.Since in DE-AS 2517 080 the heat transport medium, which is located in the intermediate space, is used for indirect heat input and heat discharge in or out of the storage tank and a heat transfer into the storage tank only at temperatures above the melting temperature and the heat from the storage tank only at temperatures below the solidification temperature of the phase change material, the temperatures in the storage container interior and in the intermediate space in each phase of the operating state must differ from each other.

In gleicher Weise müssen durch die Temperaturunterschiede auch die Drücke voneinander abweichen. Das bedeutet, daß die Drücke nur dann gleich sind, wenn sich die Temperaturen im Gesamtsystem (bspw. bei Betriebsstillstand) auf eine gemeinsame Temperatur ausgeglichen haben. Der eigentliche Betriebszustand ist aber stets durch Druckungleichheit gekennzeichnet. Es ist lediglich eine gewisse Annäherung der Drücke erreicht, wenn der Wärmeeinoder -austrag bei geringen Temperaturdifferenzen abläuft. Diese ziehen aber nach sich, daß die Wärmeübertragungsleistungen gering sind, so daß neue Probleme in Bezug auf die technische Anwendbarkeit des Systems auftreten und darüber hinaus die Wandstärke des Speicherbehälters nicht vollständig minimiert werden kann. Das Druckproblem ist demzufolge nur bei geringen Temperaturdifferenzen oder Temperaturgleichheit zwischen Phasenwechselmaterial und Wärmetransportmittel kostengünstig gelöst. Im Falle größerer Temperaturdifferenzen, die besonders bei größeren Wärmeübertragungsleistungen oder in Havariesituationen auftreten, bleibt die Druckproblematik des Speicherbehälters weiter ungelöst.In the same way, the pressures must differ from each other due to the temperature differences. This means that the pressures are only the same if the temperatures in the overall system (for example, during a shutdown) have equalized to a common temperature. The actual operating state is always characterized by pressure inequality. It is only achieved a certain approximation of the pressures when the heat input or output expires at low temperature differences. However, these entail that the heat transfer rates are low, so that new problems with respect to the technical applicability of the system occur and, moreover, the wall thickness of the storage container can not be completely minimized. The printing problem is therefore solved cost only at low temperature differences or temperature equality between phase change material and heat transfer medium. In the case of larger temperature differences, which occur especially in larger heat transfer performance or in emergency situations, the pressure issue of the storage container remains unresolved.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist es, den Einsatz billiger korrosionsfester und weniger druckfester Werkstoffe oder den materialsparenden' Einsatz korrosionsfester teuerer Werkstoffe für die Fertigung von druckbelasteten Speicherbehältern zu ermöglichen.The aim of the invention is to allow the use of cheaper corrosion-resistant and less pressure-resistant materials or the material-saving 'use of corrosion-resistant expensive materials for the production of pressure-loaded storage containers.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die in geschlossenen dynamischen Latentwärme speichern unter Wärmeeinwirkung entstehenden Druckbelastungen abzubauen.The invention has for its object to reduce the store in closed dynamic latent heat generated under heat pressure loads.

Aus Untersuchungen ist bekannt, d aß die Temperatur und der Dampfdruck des in geschlossenen Latent speichern befindlichen Wärmestransportmittels im wesentlichen nur von der Temperatur des Phasenwechselmaterials im Speicher.abhängt. Diese Abhängigkeit liegt auch dann vor, wenn im Speicherinnern lokale Wärme-From studies it is known that the temperature and the vapor pressure of the heat transfer medium stored in closed latent essentially depend only on the temperature of the phase change material in the reservoir. This dependence is also present when local heat

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Übertragungsflächen vorliegen, deren Temperaturen sich wesentlich von der Temperatur des Phasenwechselmaterials unterscheiden .Transition surfaces are present whose temperatures differ significantly from the temperature of the phase change material.

Da der Dampfdruck des Wärmetransportmittels im Interesse der Funktionstüchtigkeit des Speicherverfahrens nicht beseitigt, sondern lediglich vom Speicherbehälter auf ein anderes System übertragen werden kann, ist es naheliegend, ein druckaufnehmendes System zu verwenden, wie z.B. in Form eines anderen übergeordneten umhüllenden Druckbehälters. Wichtig ist dabei, daß die Druckübertragung vollständig erfolgt, so daß am Speicherbehälter selbst keine Druckbelastungen auftreten. Durch die Kenntnis, daß der Dampfdruck des Wärmetransportmittels im wesentlichen nur von der Temperatur des Phasenwechselmaterials bestimmt wird, ist zu erreichen, daß zur.Druckübertragung ausschließlich Wärmetransportmittel verwendet wird, welches mit dem Phasenwechselmaterial direkt in Kontakt steht und gleichzeitig zum Wärmeein- und Wärrneausbrag verwendet wird.Since the vapor pressure of the heat transport medium can not be eliminated in the interest of the functioning of the storage process, but can only be transferred from the storage vessel to another system, it is obvious to use a pressure-receiving system, such as e.g. in the form of another parent enveloping pressure vessel. It is important that the pressure transfer is complete, so that no pressure loads occur on the storage container itself. By knowing that the vapor pressure of the heat transport medium is determined essentially only by the temperature of the phase change material, it is to be achieved that only heat transfer medium is used for the pressure transfer, which is in direct contact with the phase change material and at the same time used for heat input and heat Ausbrag ,

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, indem der Speicherbehälter, welcher das Phasenwechselmaterial, das Wärmetransportmittel und dessen Da,mpf und die Zuschlagstoffe enthält, mit einem elastischen oder dehnbaren Bereich versehen ist, welcher mit dem Dampf des Wärmetransportmittels in Berührung steht,der Speicherbehälter von einem druckfesten Behälter umhüllt ist und der Zwischenraum zwischen Speicherbehälter und Hüllbehälter vollständig von einer Flüssigkeit oder einem Gas oder einem Dampf oder aus Mischungen einer Flüssigkeit mit einemAccording to the invention, this object is achieved in that the storage container, which contains the phase change material, the heat transfer medium and its Da, mpf and the aggregates is provided with an elastic or stretchable region, which is in contact with the vapor of the heat transfer medium, the storage container of a completely enclosed by a liquid or a gas or a vapor or mixtures of a liquid with a pressure-tight container and the space between the storage container and the envelope

- Gas und/oder einem Dampf ausgefüllt ist. Unter dem Einfluß von- Gas and / or a vapor is filled. Under the influence of

Wärmeeintrag oder Wärmeaustrag nimmt das/Wärmetransportmittel unabhängig von der Temperatur des Wärmeein- oder Wärmeaustrages stets nur die jeweilige Temperatur des Phasenwechselmaterials an und erzeugt den dazu gehörigen Dampfdruck als Innendruck des Speicherbehälters. Dieser Dampfdruck überträgt sich über den elastischen oder dehnbaren Bereich des Speicherbehälters auf die im Zwischenraum befindliche Substanz und von dieser sowohl auf die äußere Oberfläche des Speicherbehälters als auch auf die innere Oberfläche des Hüllbehälters.Heat input or heat discharge takes the / heat transfer agent regardless of the temperature of the heat input or heat output always only the respective temperature of the phase change material and generates the associated vapor pressure as the internal pressure of the storage container. This vapor pressure is transmitted via the elastic or stretchable region of the storage container to the substance located in the intermediate space and from this to the outer surface of the storage container as well as to the inner surface of the Hüllbehälters.

An der inneren und äußeren Oberfläche des Speicherbehälters heben sich damit in jedem Betriebszustand des Speichers - unabhängig von den zur Wärmeübertragung erforderlichen Temperaturdifferenzen - die Drücke auf.On the inner and outer surfaces of the storage container, the pressures thus cancel out in any operating state of the store, independently of the temperature differences required for heat transfer.

Lediglich der Hüllbehälter ist mit Druck belastet. Dieser Zustand tritt auch dann ein, wenn ungewollte Situationen, wie Überhitzungen, Wärmestau oder Wärmeentzug durch Kälteeinwirkung auftreten. Gleichzeitig tritt keine Beeinträchtigung des Speicherverfahrens auf.Only the envelope container is loaded with pressure. This condition also occurs when unwanted situations, such as overheating, heat accumulation or heat extraction due to cold. At the same time, there is no impairment of the storage method.

Unter diesen Bedingungen kann der Speicherbehälter sehr dünnwandig und damit material- und kostensparend ausgeführt sein. Diese Druckübertragung kann in analoger Weise auch dann erreicht werden, wenn anstelle eines einzelnen Speicherbehälters mehrere kleine Speichermodule, welche dasselbe Phasenwechselmaterial, dasselbe Wärmetransportmittel und dessen Dampf und die Zuschlagstoffe enthalten, verwendet werden. Unter der Voraussetzung, daß diese von einem gemeinsamen druckfesten Behälter umhüllt werden, zwischen den Modulen eine der zuvor aufgezählten Substanzen zur Druckübertragung vorhanden ist und wenigstens einer der einzelnen Module einen mit den Dampf des Wärmetransportmittels in Verbindung stehenden elastischen oder dehnbaren Bereich enthält, erfolgt an den inneren und äußeren Oberflächen der Module eine Druckkompensation. Die Wärmeübertragung erfolgt in diesem Falle über die Oberflächen der einzelnen Module, wobei der Wärmeeintrag über denjenigen Bereich der Oberfläche erfolgt, der vom Phasenwechselmaterial, dem flüssigen Wärmetransportmittel und den Zuschlägen bedeckt ist und der Wärmeaustrag nur über den Bereich, v/elcher mit dem Dampf des Wärmetransportmittels in Berührung steht.Under these conditions, the storage container can be made very thin-walled and thus save material and costs. This pressure transfer can be achieved in an analogous manner even if, instead of a single storage container, a plurality of small storage modules containing the same phase change material, the same heat transfer medium and its vapor and the additives are used. Provided that these are enveloped by a common pressure-resistant container, between the modules one of the previously enumerated substances for pressure transmission is present and at least one of the individual modules containing an associated with the steam of the heat transport means elastic or stretchable region is carried out on the inner and outer surfaces of the modules a pressure compensation. The heat transfer takes place in this case over the surfaces of the individual modules, the heat input over that area of the surface, which is covered by the phase change material, the liquid heat transfer medium and the aggregates and the heat transfer only over the area, v / elcher with the vapor of Heat transport means in contact.

Unter dieser Bedingung wird die Substanz zwischen den einzelnen Modulen und dem umhüllenden Behälter nicht nur zur Druckübertragung, sondern gleichzeitig zur Wärmeübertragung verwendet. Um zu erreichen, daß diese Substanz mengenmäßig nur gering ist, z.B. aus Kostengründen, wenn im Falle von Flüssigkeiten Gefrier-Schutzmittel hinzugefügt werden müssen, kann der Zwischenraum z.T. auch "Füllkörper enthalten.Under this condition, the substance between the individual modules and the enveloping container is used not only for pressure transmission, but at the same time for heat transfer. In order to achieve that this substance is small in quantity, e.g. for reasons of cost, if in the case of liquids freeze protection must be added, the space may z.T. also contain "packing.

embodiments

Die Erfindung wird an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to two embodiments. In the accompanying drawings show:

Fig. 1 Schnittdarstellung eines Latentwärmespeichers -mit einem einzelnen SpeicherbehälterFig. 1 sectional view of a latent heat storage -mit a single storage tank

Fig. 2 Schnittdarstellung eines Latentwärmespeichers mit mehreren SpeicherbehälternFig. 2 sectional view of a latent heat storage with multiple storage tanks

Las in Fig. 1 dargestellte Ausfuhrungsbeispiel besteht aus einem geschlossenen Speicherbehälter 1, welcher von einem Hüllbehälter 2 vollständig umschlossen ist. Der Speicherbehälter 1 enthält (im teilgeladenen Zustand dargestellt) flüssiges Phasen-The exemplary embodiment illustrated in FIG. 1 consists of a closed storage container 1, which is completely enclosed by a wrapping container 2. The storage container 1 contains (shown partially charged state) liquid phase

wechselmaterial 3 und festes Phasenmaterial 4, Wärmetransportmittel 5, den Dampf des Wärmetransportmittels 6, sowie in Fig.1 nicht dargestellte Zuschläge. Im Bereich des den Dampf des Wärmetransportmittels 6 enthaltenden Hohlraumes ist im Speicherbehälter .1 ein dehnbarer Bereich in Form eines Balges 7 angeordnet. Im Zwischenraum zwischen Speicherbehälter 1 und dem Hüllbehälter 2 befindet sich eine Flüssigkeit 8.change material 3 and solid phase material 4, heat transport means 5, the steam of the heat transfer medium 6, and not shown in Figure 1 surcharges. In the region of the cavity containing the vapor of the heat transporting means 6, an expandable region in the form of a bellows 7 is arranged in the storage vessel 1. In the space between the storage container 1 and the envelope 2 is a liquid. 8

Zum Wärmeeintrag in den Speicherbehälter 1 ist ein unterer Wärmeübertrager 9 und zum Wärmeaustra,g ein oberer Wärmeübertrager 10, der allein vom Dampf des Wärmetransportmittels 5 umgeben ist,im Inneren des Speicherbehälters 1 angeordnet. Wärmeeintrag und Wärmeaustrag erfolgen in an sich bekannter Weise in Form von Kreisprozessen zwischen Sieden und Kondensieren des Wärmetransportmittels 5. Der Druckausgleich am Speicherbehälter 1 erfolgt dabei in folgender Weise.For heat input into the storage container 1, a lower heat exchanger 9 and the Wärmeaustra, g is an upper heat exchanger 10, which is surrounded solely by the steam of the heat transfer medium 5, arranged in the interior of the storage container 1. Heat input and heat removal occur in a conventional manner in the form of cycles between boiling and condensation of the heat transfer medium 5. The pressure equalization on the storage tank 1 takes place in the following manner.

Bei einem Wärmeeintrag über den unteren Wärmeübertrager 9 stellt sich im Speicherinnern ein von der Temperatur des Speichermaterials bestimmter Dampfdruck des Wärmetransportmittels 5 ein. Da der vom Dampf des Wärmetransportmittels 6 erfüllte Hohlraum des Speicherbehälters 1 einen dehnbaren Bereich in Form des Balges 7 besitzt, wird dieser Dampfdruck auf die Flüssigkeit 8When heat is introduced via the lower heat exchanger 9, a vapor pressure of the heat transporting means 5 determined by the temperature of the storage material sets in the interior of the reservoir. Since the cavity of the storage container 1 filled with steam from the heat transporting means 6 has a stretchable region in the form of the bellows 7, this vapor pressure is applied to the liquid 8

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übertragen, welche ihrerseits den Druck auf die äußere Oberfläche des Speicherbehälters 1 und die innere Oberfläche des Hüllbehälters 2 überträgt. An der Innen- und Außenfläche des Speicherbehälters 1 stellt sich damit Druckgleichheit ein. Der eigentliche Systemdruck wird vom Hüllbehälter 2 aufgenommen. Diese Druckübertragung erfolgt vollständig und bei jeder Temperatur des Wärmeeintrages, auch dann, wenn das Phasenwechselmaterial vollständig geschmolzen und überhitzt ist oder in Havariesituationen sehr hohe Wärmeeintragstemperaturen auftreten. Die mit d er Flüssigkeit 8 gleichzeitig auftretenden Volumenänderungen werden durch den Balg 7 mit kompensiert. Im Falle eines Wärmeaustrages über den oberen Wärmeübertrager 10 stellt sich ebenfalls im Speicherinneren der zur Temperatur des Speichermaterials gehörige Dampfdruck des Wärmetransportmittels 5 ein, wobei im Speicherinneren wahrend des Wärmeaustrages generell ein niedrigerer Druck herrscht, als während des Wärmeintrages. Infolge des geringeren Druckes vollzieht der Balg 7 eine Volumenverringerung, die solange erfolgt, bis der Druck der Flüssigkeit 8 gleich dem Dampfdruck im Speicherinneren ist. Auch in diesem Falle werden gleichzeitig auftretende Volumenänderungen der Flüssigkeit 8 durch den Balg 7 kompensiert und die Drücke am Speicherbehälter 1 in jeder Betriebsphase aufgehoben. Je nach der Temperatur— Druck-Abhängigkeit des verwendeten Wärmetransportmittels 5 können sich im Speicherinneren bei beiden Vorgängen Dampdrücke einstellen, die im Über- oder Unterdruckbereich liegen.transferred, which in turn transmits the pressure on the outer surface of the storage container 1 and the inner surface of the Hüllbehälters 2. On the inner and outer surface of the storage container 1 thus adjusts the pressure equality. The actual system pressure is absorbed by the envelope 2. This pressure transfer is complete and at any temperature of the heat input, even if the phase change material is completely melted and overheated or occur in emergency situations very high heat input temperatures. The volume changes occurring simultaneously with the liquid 8 are compensated by the bellows 7. In the case of a heat discharge via the upper heat exchanger 10 is also in the memory interior of the temperature of the storage material associated vapor pressure of the heat transfer agent 5, wherein in the memory inside the heat discharge generally a lower pressure prevails, as during the heat input. Due to the lower pressure of the bellows 7 performs a reduction in volume, which takes place until the pressure of the liquid 8 is equal to the vapor pressure in the storage interior. Also in this case, simultaneously occurring volume changes of the liquid 8 are compensated by the bellows 7 and lifted the pressures on the storage tank 1 in each phase of operation. Depending on the temperature-pressure dependence of the heat transfer medium 5 used, vapor pressures which are in the overpressure or underpressure range can occur in the interior of the reservoir during both operations.

Von diesen Drücken abhängig, kann es je nach der verwendeten Flüssigkeit 8 und deren Temperatur- Druck-Abhängigkeit zur teilweisen Verdampfung dieser Flüssigkeit kommen.Dependent on these pressures, depending on the liquid 8 used and its temperature-pressure dependence, partial evaporation of this liquid may occur.

Im Zwischenraum zwischen Speicherbehälter 1 und dem Hüllbehälter 2 bildet sich dabei ein Dampfpolster, welches bei höheren Drücken wieder verschwinden kann. Dieses Dampfpolster stellt keinen Kachteil dar und übt keinen mindernden Einfluß auf den Druckausgleich am Speicherbehälter aus. Es ist nur eine Frage der Einstellung eines thermodynamischen Gleichgewichtes infolge der Druckübertragungen. Unter diesen Bedingungen kann der SpeicherbehälterIn the space between the storage container 1 and the envelope 2, a vapor cushion is formed, which can disappear at higher pressures again. This steam cushion is no Kachteil and exerts no diminishing influence on the pressure balance on the storage tank. It is only a question of setting a thermodynamic equilibrium due to pressure transfers. In these conditions, the storage tank

sehr dünnwandig, praktisch auch aus Folienmaterial hergestellt sein. Der Zwischenraum zwischen dem Speicherbehälter 1 und dem Hüllbehälter 2 läßt sich sehr klein ausführen, es genügen wenige Millimeter Abstand zwischen beiden Behältern. Neben einer Flüssigkeit kann der Zwischenraum auch von einem Gas oder vom Dampf der Flüssigkeit ausgefüllt sein, wobei von Vorteil ist, wenn der Flüssigkeitsanteil so hoch ansteht, daß das Phasenwechselmaterial 3 zusammen mit dem Wärmetransportmittel 5 und allen Zuschlagen denselben Füllstand hat, wie der Flüssigkeitsanteil im Zwischenraum, damit der statische Druck beider Stoffe kompensiert wird. Letztlich ist es auch möglich, nur ein Gas zur Druckübertragung zu verwenden. Der statische Druck des Speicherinhaltes ist dann entweder vom Speicherbehälter 1 selbst aufzunehmen oder kann insbesondere bei Verwendung von sehr dünnem Behältermaterial — durch Berührung des Speicherbehälters 1 mit dem Hüllbehälter 2 auf den Hüllbehälter 2 übertragen werden.very thin-walled, practically also be made of film material. The space between the storage container 1 and the envelope 2 can be made very small, it is sufficient a few millimeters distance between the two containers. In addition to a liquid, the gap may also be filled by a gas or the vapor of the liquid, it being advantageous if the liquid content is so high that the phase change material 3 together with the heat transfer medium 5 and all aggregates has the same level as the liquid content in Interspace, so that the static pressure of both substances is compensated. Ultimately, it is also possible to use only one gas for pressure transmission. The static pressure of the storage contents is then either taken up by the storage container 1 itself or, in particular when using very thin container material - can be transferred to the envelope container 2 by touching the storage container 1 with the envelope container 2.

Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel besteht aus mehre- ' ren Latentwärmespeichern, die als geschlossene Module 11 ausgeführt sind und ebenso wie der Speicherbehälter 1 in Fig. 1 mit flüssigem Phasenwechselmaterial 3 und festem Phasenwechselmaterial, Wär'metransportmittel 5, Dampf des Wärmetransportmittel 6, sowie nicht dargestellten Zuschlägen gefüllt sind. Die Module sind von einem Behälter 12 umhüllt, welcher mit zv/ei Zirkulationssystemen 13 und 14 verbunden ist, die ein geschlossenes System bilden. Dieses System ist mit einer Zirkulationsflüssigkeit 15 gefüllt, welche einmal zum Wärmeeintrag und Wärmeaustrag in die Module verwendet wird, zum anderen auch als Flüssigkeit zur Druckübertragung.The exemplary embodiment illustrated in FIG. 2 consists of a plurality of latent heat accumulators embodied as closed modules 11 and, like the storage container 1 in FIG. 1, with liquid phase change material 3 and solid phase change material, heat transfer medium 5, steam of the heat transport medium 6, as well as surcharges not shown are filled. The modules are enveloped by a container 12 which is connected to zv / ei circulation systems 13 and 14, which form a closed system. This system is filled with a circulation liquid 15, which is used once for heat input and heat dissipation in the modules, on the other hand as a liquid for pressure transmission.

Um zu erreichen, daß an den Modulen 11 ein Druckausgleich stattfindet, ist einer der Module 11 im Bereich des Dampfes des Wärmetransp.ortmittels 6 .mit einer elastischen Wand 16 versehen, welche in analoger Weise wie im vorigen Ausführungsbeispiel in Abhängigkeit vom Innendruck des Moduls eine Volumenänderung erfährt,.über welche eine Druckübertragung mittels der Zirkulationsflüssigkeit 15 an die Oberflächen sämtlicher Module 11 erfolgt. Der Wärmeeintrag und Wärmeaustrag erfolgt in diesem BeispielIn order to achieve that pressure equalization takes place on the modules 11, one of the modules 11 is provided with an elastic wall 16 in the region of the vapor of the heat transfer means 6, which in an analogous manner as in the previous embodiment, depending on the internal pressure of the module Volume change learns., Via which a pressure transfer by means of the circulation liquid 15 to the surfaces of all modules 11 takes place. The heat input and heat dissipation takes place in this example

über die Oberflächen der Module 11, welche in diesem Falle die Punktion der Wärmeübertrager übernehmen. Dabei e rfolgt der Wärmeeintrag über den Bereich der Oberfläche, der vom Phasenwechselmaterial 3,4-, dem flüssigen Wärmetransportimittel 5 und den Zuschlagen bedeckt ist und der Wärmeaustrag nur über den Bereich, welcher mit dem Dampf des Wärmetransprtmittels 6 in Berührung steht. Anstelle des einen Moduls 11 können auch mehrere mit einem elastischen Bereich versehen sein.over the surfaces of the modules 11, which take over the puncture of the heat exchanger in this case. In this case, the heat input takes place over the area of the surface which is covered by the phase change material 3,4-, the liquid heat transfer agent 5 and the slugs and the heat discharge only over the area which is in contact with the vapor of the Wärmetransprtmittels 6. Instead of one module 11, several can also be provided with an elastic region.

Als Füllmaterialien können für Speicherbehälter 1 (Pig. 1) bzw. die Module 11 (Pig. 2) folgende , St offe vorliegen:The following materials may be present as filling materials for storage containers 1 (Pig. 1) or modules 11 (Pig. 2):

Na SO, . 10 H_p0 als PhasenwechselmaterialWell, 10 H _p 0 as a phase change material

Äthylbromid als Wärmetransportmittel und die ZuschlägeEthyl bromide as a heat transfer agent and the surcharges

Alkylsulfat als oberflächenaktiver StoffAlkyl sulfate as a surfactant

Borax als KeimbildnerBorax as a nucleating agent

Als Flüssigkeit 8 bzw. als Kreislaufflüssigkeit 15 können Wasser oder Öl verwendet werden.As liquid 8 or as circulating liquid 15, water or oil can be used.

Um zu erreichen, daß die in den Systemen verwendete Flüssigkeit 8 bzw. Kreislaufflüssigkeit 15 mengenmäßig nur . gering ist oder gezielt bestimmte statische Druckverhältnisse oder Speicherkapazitäten bzw. Speicherdichten bestehen, kann die Flüssigkeit 8 bzw. Kreislaufflussigkeit 15 durch Füllkörper verringert werden.In order to achieve that the liquid used in the systems 8 or circulating fluid 15 in terms of quantity only. is low or specific specific static pressure conditions or storage capacities or storage densities exist, the liquid 8 or circulatory fluid 15 can be reduced by packing.

Claims

Claims .

Ί. Device for pressure release dynamic latent heat storage, which work with heat transfer agents in alternation between evaporation and condensation in direct contact with the phase change material and its additives in closed storage containers, which have elastic or stretchable areas in the container wall and are enclosed by a pressure-resistant envelope, characterized in that the elastic or stretchable portion of the wall of the storage container (1) is in contact with the vapor of the heat transporting means (6), the space between the storage container (1) and the envelope container (2) of one or more liquids and one or more gases and / or filled by one or more vapors.

2. Device according to item 1, characterized in that in the space between the storage container (1.) And the enveloping container (2) packing are included.

3. Device according to item 1 and 2, characterized in that the enveloping container (12) with circulation systems (13) and (14 ·) forms a closed pressure-resistant heat transfer system.

4. Device according to item 1 to 3, characterized in that one, several or all modules have a with the steam of the heat transport means (6) in contact with stretchable or elastic region in the module wall.

5. Device according to item 1 to 4, characterized in that within the circulation systems (13) and (14) one or more gases or a vapor or more vapors or a vapor and its condensate or more vapors and their condensates or Combinations of liquids, gases and vapors are used.

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6. Device according to item 1 to 5, characterized in that in the container (12) and / or in the circulation systems (13) and (14) packing are included.

7. Device according to item I.bis 6, characterized in that the heat discharge from the modules over that wall region of the modules takes place, which is in contact with the vapor of the heat transfer medium and the Wärmeeintrag.über the remaining wall region of the modules.

SeltenRare