DE102007049385A1

DE102007049385A1 - Latent heat storage

Info

Publication number: DE102007049385A1
Application number: DE102007049385A
Authority: DE
Inventors: Christof Lagaly
Original assignee: REV RENEWABLE ENERGY VENTURES Inc
Current assignee: REV RENEWABLE ENERGY VENTURES Inc
Priority date: 2007-10-15
Filing date: 2007-10-15
Publication date: 2009-04-16
Also published as: WO2009049847A1

Abstract

Ein Latentwärmespeicher weist einen Behälter (10) zur Aufnahme eines Speichermediums (20) und eines Wärmetransportmediums (30) auf, das in einem Umwälzkreislauf geführt ist, der eine Pumpe (42) und eine im Bereich des Speichermediums (20) angeordnete Rohrleitung mit einem Vorlauf (52) und einem Rücklauf (49) zur Durchströmung mit dem Wärmetransportmedium (30) umfasst. Zumindest ein im Bereich eines Bodens (11) des Behälters (10) angeordneter Rohrleitungsabschnitt, der den Vorlauf (52) mit dem Rücklauf (49) verbindet, ist als doppelwandiges Koaxialrohr (45) ausgeführt.A latent heat storage device has a container (10) for receiving a storage medium (20) and a heat transport medium (30), which is guided in a recirculation circuit, a pump (42) and in the region of the storage medium (20) arranged piping with a flow (52) and a return (49) for flow through the heat transport medium (30). At least one in the region of a bottom (11) of the container (10) arranged pipe section connecting the flow (52) with the return (49) is designed as a double-walled coaxial tube (45).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Latentwärmespeicher mit einem Behälter zur Aufnahme eines Speichermediums und eines Wärmetransportmediums, das in einem Umwälzkreislauf geführt ist, der eine Pumpe und eine im Bereich des Speichermediums angeordnete Rohrleitung mit einem Vorlauf und einem Rücklauf zur Durchströmung mit dem Wärmetransportmedium umfasst.The The invention relates to a latent heat storage with a container for holding a storage medium and a Heat transport medium, which in a circulation which is a pump and one in the area of the storage medium arranged pipeline with a flow and a return to flow through the heat transport medium includes.

Ein Latentwärmespeicher funktioniert durch die Ausnutzung der Enthalpie reversibler thermodynamischer Zustandsänderungen des Speichermediums, wie z. B. des Phasenübergangs festflüssig (Schmelzen-Erstarren), oder reversibler chemischer Reaktionen, wie z. B. von auf Chemisorption beruhender Absorptions- und Desorptionsprozessen. Die Ausnutzung des Phasenübergangs fest-flüssig ist dabei das am häufigsten genutzte Prinzip. Beim Aufladen eines Latentwärmespeichers werden meist Salze oder Paraffine als Speichermedium aufgeschmolzen, die dabei relativ viel Wärmeenergie, nämlich Schmelzwärme, aufnehmen. Da der Vorgang des Schmelzens reversibel ist, gibt das Speichermedium die aufgenommene Wärmeenergie beim Erstarren wieder ab. Derartige Latentwärmespeicher sind beispielsweise geeignet, wechselhaft bzw. nicht dauernd anfallende Wärmeenergie über einen längeren Zeitraum zu speichern und sind beispielsweise in der DE 30 07 275 A1 beschrieben. Die EP 1 598 406 A1 offenbart Latentwärmespeichermaterialien.A latent heat storage works by exploiting the enthalpy of reversible thermodynamic changes in state of the storage medium, such. As the phase transition solid (melt solidification), or reversible chemical reactions such. B. chemisorption-based absorption and desorption processes. The utilization of the phase transition solid-liquid is the most frequently used principle. When charging a latent heat storage mostly salts or paraffins are melted as a storage medium, which absorb a relatively large amount of heat energy, namely heat of fusion. Since the process of melting is reversible, the storage medium releases the heat energy absorbed during solidification. Such latent heat storage, for example, are suitable to store changeable or not constantly accumulating heat energy over a longer period of time and are, for example, in the DE 30 07 275 A1 described. The EP 1 598 406 A1 discloses latent heat storage materials.

Beim Betrieb eines Latentwärmespeichers ergibt sich das Problem, dass sich die Salze oder das Paraffin bei der Abgabe der gespeicherten Wärmeenergie verfestigen und ab einer bestimmten Temperatur als Feststoff vorliegen, so dass ein zum Be- und Entladen des Speichermediums mit Wärmeenergie dienendes Wärmetransportmedium in Form einer Flüssigkeit das Speichermedium nicht mehr durchströmen kann. Um bei einem verfestigten Speichermedium die Aufnahme von Wärmeenergie innerhalb eines verhältnismäßig kurzen Zeitraums zu ermöglichen, ist es bekannt, eine Zusatzheizung vorzusehen.At the Operation of a latent heat storage device, the problem arises that the salts or paraffin stored in the delivery of Solidify heat energy and above a certain temperature exist as a solid, so that one for loading and unloading of the storage medium heat-transfer medium serving as heat energy in the form of a liquid, the storage medium no longer can flow through. To get at a solidified storage medium the absorption of heat energy within a relatively short term, it is known, an auxiliary heating provided.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Latentwärmespeicher der eingangs genannten Art zu schaffen, der bei einem einfachen Aufbau ein relativ schnelles Schmelzen eines verfestigten Speichermediums sicherstellt.Of the Invention is based on the object, a latent heat storage to create the type mentioned, in a simple Setup a relatively fast melting of a solidified storage medium ensures.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass zumindest ein im Bereich eines Bodens des Behälters angeordneter Rohrleitungsabschnitt, der den Vorlauf mit dem Rücklauf verbindet, als doppelwandiges Koaxialrohr ausgeführt ist.According to the invention solved the task by having at least one in the field a bottom of the container arranged pipe section, the connects the flow with the return, as a double-walled Coaxial tube is executed.

Aufgrund dieser Maßnahmen wird das Wärmetransportmedium durch den von dem Speichermedium umgebenen Rohrleitungsabschnitt gepumpt, wodurch auch ein erstarrtes Speichermedium relativ schnell erwärmt und damit verflüssigt wird. Der Wärmeaustauschkreislauf kann nach dem Erstarren des Speichermediums demnach mit hoher Effizienz in Betrieb genommen werden und es wird gegenüber einer Zusatzheizung ein hohes Maß an Energie eingespart, da gegenüber der Heizleistung lediglich eine ver hältnismäßig geringe Pumpleistung aufgewendet werden muss. Das Koaxialrohr gewährleistet in jedem Fall, also auch bei einem erstarrten Speichermedium, einen Durchfluss des Wärmetransportmediums, das das an das Innenrohr angrenzende Speichermedium erwärmt. Durch die Anordnung des Koaxialrohr in Bodennähe des Behälters ist ein Totvolumen im Behälter mit unaufgeschmolzenem Speichermedium verhindert und der gesamte Behälter mit dem Speichermedium wird mit dem Wärmetransportmedium, beginnend am Boden des Behälters, durchströmt.by virtue of These measures will be the heat transport medium through the pipe section surrounded by the storage medium pumped, which also makes a frozen storage medium relatively fast is heated and liquefied with it. The heat exchange cycle can after the solidification of the storage medium therefore with high efficiency be put into operation and it will be opposite one Extra heating saved a great deal of energy because opposite the heating power only a ver relatively low pumping power must be spent. The coaxial tube ensures in any case, even with a frozen storage medium, one Flow of the heat transfer medium, which to the inner tube heated adjacent storage medium. By the arrangement of the coaxial tube near the bottom of the container a dead volume in the container with unmelted storage medium prevents and the entire container with the storage medium is using the heat transport medium, starting at the bottom of the Container flows through.

In Ausgestaltung ist der Vorlauf zumindest im Bereich des Speichermediums als doppelwandiges Koaxialrohr ausgebildet. Somit ist auch durch das Innenrohr des Koaxialrohrs des Vorlaufs der Durchfluss des Wärmetransportmediums zur Erwärmung des an das Innenrohr angrenzenden Speichermediums ermöglicht.In Design is the flow at least in the area of the storage medium designed as a double-walled coaxial tube. Thus, also by the inner tube of the coaxial tube of the flow, the flow of the heat transfer medium for heating the storage medium adjacent to the inner tube allows.

Um ein Durchströmen des Speichermediums mit dem Wärmeträgermedium sicherzustellen, umfasst das Koaxialrohr im Bereich des Bodens ein Innenrohr und ein mit radialen Öffnungen versehenes Außenrohr. Zweckmäßigerweise sind die Öffnungen des Außenrohrs als Bohrungen ausgebildet und damit kostengünstig herstellbar sowie in ihrer Anzahl und Ausrichtung für einen optimalen Austritt des Wärmetauschermediums angeordnet. Bevorzugt sind die Öffnungen im Außenrohr dem Boden des Behälters gegenüberliegend angeordnet. In die nach unten zum Boden ausgerichteten Öffnungen tritt verhältnismäßig wenig Speichermedium ein, da hier der Druck geringer als an der nach oben gerichteten Seite des Außenrohrs ist.Around a flow through the storage medium with the heat transfer medium ensure the coaxial tube includes in the area of the bottom Inner tube and an outer tube provided with radial openings. Conveniently, the openings of the Outer tube designed as holes and thus cost producible as well as in number and alignment for one optimal exit of the heat exchanger medium arranged. Preferably, the openings in the outer tube are the Bottom of the container arranged opposite. In the down to the floor aligned openings occurs relatively little storage medium one, because here the pressure is lower than at the upward Side of the outer tube is.

Vorzugsweise ist, abhängig vom Aggregatzustand des umgebenden Speichermediums, im Wesentlichen das Innenrohr oder das Au ßenrohr des Koaxialrohrs mit dem Wärmetransportmedium durchströmt, wobei bei Durchströmung des Außenrohrs das Wärmetransportmedium durch die Öffnungen des Außenrohrs in das umgebende Speichermedium austritt. Liegt das Speichermedium in teilaufgeschmolzenem oder flüssigem Zustand vor, steht das Wärmetransportmedium in Kontakt mit dem Speichermedium, das unmittelbar Wärmeenergie aufnimmt bzw. an das Wärmetransportmedium abgibt. Befindet sich das Speichermedium in festem Zustand, wird zwar eine direkte Durchströmung des Speichermediums mit dem Wärmetransportmedium auch aufgrund einer Verstopfung der Öffnungen im Außenrohr bzw. des Ringspaltes zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr verhindert, da aber ein Durchströmen des Innenrohrs nicht davon behindert wird, kann jedoch trotzdem noch ein gewisser Wärmeaustausch erzielt werden, so dass infolge Wärmeleitung zum Außenrohr ein Aufschmelzen des Speichermediums zunächst im Ringspalt und anschließend in unmittelbarer Nähe des Koaxialrohrs ermöglicht wird, wodurch der Wärmeaustauschkreislauf beginnend im Bereich des Vorlaufs zügig in Gang kommt. Da das Aufschmelzen des Speichermediums in größerem Maße im Bereich des Vorlaufs und des Rücklaufs in der Kotaktzone des Wärmeträgermediums und des Speichermediums erfolgt, kann hier an der Außenseite des Koaxialrohrs des Vorlaufs bzw. des Rücklaufs, kurz nach dem Beginn des Aufschmelzvorgangs das Wärmeträgermedium in das Speichermedium eindringen, um das Aufschmelzen bzw. durchsetzen des Speichermediums mit dem Wärmeträgermedium zu beschleunigen.Preferably, depending on the state of matter of the surrounding storage medium, essentially the inner tube or the outer tube of the coaxial tube flows through the heat transport medium, the heat transport medium escaping through the openings of the outer tube into the surrounding storage medium when the outer tube flows through. If the storage medium is present in partially melted or liquid state, the heat transport medium is in contact with the storage medium, which absorbs heat energy directly or releases it to the heat transport medium. If the storage medium is firmly closed stood, although a direct flow through the storage medium with the heat transport medium is also prevented due to clogging of the openings in the outer tube or the annular gap between the inner tube and the outer tube, but since a flow through the inner tube is not hindered, but still some heat exchange be achieved, so that as a result of heat conduction to the outer tube, a melting of the storage medium is initially made possible in the annular gap and then in the immediate vicinity of the coaxial, whereby the heat exchange cycle, starting quickly in the region of the lead quickly. Since the melting of the storage medium takes place to a greater extent in the region of the flow and the return in the contact zone of the heat transfer medium and the storage medium, can here on the outside of the coaxial tube of the flow or the return, shortly after the start of the melting process, the heat transfer medium into the storage medium penetrate, in order to accelerate the melting or enforce the storage medium with the heat transfer medium.

Zweckmäßigerweise ist die Durchströmung des Innenrohrs oder des Außenrohrs mittels eines in den Umwälzkreislauf eingesetzten Reglers, insbesondere Druckreglers, steuerbar. Steigt beispielsweise der Druck im Außenrohr an, da durch die Erstarrung des Speichermediums der Ringspalt zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr bzw. die Öffnungen im Außenrohr verstopft ist, öffnet sich der Druckregler zumindest teilweise, wodurch ein Kreislauf durch das Innenrohr freigegeben wird. Sinkt der Druck im Außenrohr wieder, da zumindest ein Teil des Wärmetransportmediums wieder durch den Ringspalt und die Öffnungen in das teilaufgeschmolzene Speichermedium strömt, wird der Kreislauf aufgrund des schließenden Druckreglers durch das Innenrohr wieder unterbrochen und die komplette Strömung erfolgt durch den Ringspalt. Damit stellt sich, je nach dem Aggregatzustand des Speichermediums, ein für den Wärmeaustausch optimaler Umwälzkreislauf ein. Alternativ zu einer druckabhängigen Regelung ist selbstverständlich auch beispielsweise eine temperaturgesteuerte Regelung für den Fachmann ausführbar.Conveniently, is the flow through the inner tube or the outer tube by means of a regulator inserted in the recirculation circuit, in particular pressure regulator, controllable. Increase, for example, the Pressure in the outer tube, because by the solidification of the storage medium the annular gap between the inner tube and the outer tube or the openings in the outer tube is clogged, opens the pressure regulator at least partially, creating a cycle through the inner tube is released. If the pressure in the outer tube drops again, because at least part of the heat transport medium again through the annular gap and the openings in the teilaufgeschmolzene Storage medium flows, the circulation is due to the closing pressure regulator interrupted by the inner tube again and the complete flow takes place through the annular gap. This adjusts, depending on the state of aggregation of the storage medium optimal circulation for the heat exchange one. As an alternative to a pressure-dependent control is natural also, for example, a temperature-controlled control for the skilled person executable.

Um ein Verflüssigen des nach einer Wärmeentladung erstarrten Speichermediums zu beschleunigen, bestehen das Innenrohr und das Außenrohr des Koaxialrohrs aus einem gut wärmeleitfähigem Material, insbesondere Kupfer.Around a liquefaction of the after a heat discharge To accelerate solidified storage medium, consist of the inner tube and the outer tube of the coaxial tube made of a good thermally conductive material, especially copper.

Um die Wärmeleitung zwischen Innen- und Außenrohr zu verbessern, weist das Koaxialrohr zwischen Innenrohr und Außenrohr wärmeleitfähige Elemente auf. Dies kann beispielsweise durch Stege aus Kupfer oder eine Füllung aus Kupferwolle verwirklicht werden.Around the heat conduction between inner and outer tube to improve, has the coaxial tube between inner tube and outer tube thermally conductive elements on. This can be, for example through bars of copper or a filling of copper wool be realized.

Nach einer Weiterbildung ist das Koaxialrohr mäander- oder spiralförmig über dem Boden des Behälters geführt. In alternativer oder zusätzlicher Ausgestaltung sind mehrere Koaxial rohre innerhalb des Speichermediums parallel geschaltet angeordnet. Bei größeren Latentwärmespeichern kann damit eine homogene Be- bzw. Entladung mit Wärmeenergie erzielt werden.To In a further development, the coaxial tube is meandering or spiraling over led to the bottom of the container. In alternative or additional design are several coaxial tubes arranged in parallel within the storage medium. at larger latent heat storage can thus achieved a homogeneous loading or unloading with heat energy become.

In weiterer Ausgestaltung weist der Umwälzkreislauf im Vorlauf einen endseitig in das Wärmetransportmedium ragenden Ansaugstutzen aufweist, der mit der Pumpe verbunden ist, an die ein mit dem Außenrohr des bodenseitigen Koaxialrohrs verbundenes Fallrohr angeschlossen ist, wobei das Fallrohr mit dem Regler gekoppelt ist, von dem eine mit dem Innenrohr des Koaxialrohrs gekoppelte Kurzschlussleitung abgeht, und das Innenrohr mit einem zu dem Wärmetransportmedium führenden Rücklauf verbunden ist. Zweckmäßigerweise ist das Außenrohr des Koaxialrohrs im Vorlauf als unmittelbar mit der Pumpe verbundenes Fallrohr und das Innenrohr als dem Regler nachgeschaltete Kurzschlussleitung ausgebildet.In Another embodiment, the circulation circuit in the flow an end projecting into the heat transport medium intake has, which is connected to the pump, to the one with the outer tube connected to the bottom coaxial tube connected downpipe is, wherein the downpipe is coupled to the controller, of which a Shorted cable coupled to the inner tube of the coaxial tube go, and the inner tube with a to the heat transport medium leading return. Conveniently, is the outer tube of the coaxial tube in the flow as immediate down pipe connected to the pump and the inner pipe as the regulator downstream short-circuit line formed.

Als besonders geeignetes Speichermedium hat sich Salz, z. B. Natriumacetat-Trihydrat, oder ein wachsähnliches Material, z. B. Paraffin, erwiesen. Diese Materialien sind ungefährlich und können ohne Probleme gehandhabt werden.When particularly suitable storage medium has salt, z. For example, sodium acetate trihydrate, or a wax-like material, e.g. As paraffin proved. These Materials are safe and can be used without problems be handled.

Bei Verwendung eines Salzes als Speichermedium hat sich im Hinblick auf die sehr geringe Löslichkeit von geschmolzenem Salz Öl als ideales Wärmetransportmedium erwiesen. Das Öl kann daher direkt in Kontakt mit dem aufgeschmolzenen Speichermedium treten. Zudem bietet Öl den Vorteil, dass dieses nur einen sehr geringen Dampfdruck bei Erwärmung aufbaut und auch bei höheren Temperaturen (z. B. über 100°C) ohne besondere sicherheitstechnische Maßnahmen, wie beispielsweise spezielle Druckbehälter mit Sicherheitsventilen, genutzt werden.at Use of a salt as a storage medium has to be considered on the very low solubility of molten salt oil proved to be an ideal heat transport medium. The oil can therefore be directly in contact with the molten storage medium to step. In addition, oil has the advantage that this only one builds up very low vapor pressure when heated and also at higher temperatures (eg above 100 ° C) without special safety measures, such as special pressure vessels with safety valves, used become.

Nach einer Weiterbildung ist in das Speichermedium ein mit einem Wärmetauscherkreislauf gekoppelter Wärmetauscher eingesetzt. Der Wärmetauscherkreislauf kann beispielsweise mit Wasser betrieben werden, während als Wärmeträgermedium in dem Behälter Öl verwendet wird. Beim Entladen des Latentwärmespeichers wird kaltes Wasser durch den Wärmetauscher gepumpt, das die gespeicherte latente Wärme des Speichermediums aufnimmt, was dazu führt, dass in der Kontaktzone des Speichermediums mit dem Wärmetauscher das Speichermedium zu einer isolierenden Schicht erstarrt. Dem Entstehen der isolierenden Schicht wirkt jedoch die Durchströmung des Speichermediums mit dem Wärmeträgermedium entgegen.To a development is in the storage medium with a heat exchanger circuit coupled heat exchanger used. The heat exchanger circuit For example, it can be operated with water while as a heat transfer medium in the container oil is used. When unloading the latent heat storage cold water is pumped through the heat exchanger, the absorbs the stored latent heat of the storage medium, which causes that in the contact zone of the storage medium with the heat exchanger the storage medium to an insulating Layer solidifies. However, the formation of the insulating layer acts the flow through the storage medium with the heat transfer medium opposite.

Der Latentwärmespeicher dient insbesondere zur Speicherung von Wärmeenergie aus einer gekühlten Solarenergieanlage zur Erzeugung von elektrischer Spannung. Damit kann sehr effektiv Wärmeenergie ohne Verzögerung aus Sonnenkollektoren gespeichert und an Brauchwasseranlagen bzw. Heizkörper zur Raumheizung abgegeben werden. Selbstverständlich ist der Einsatz des Latentwärmespeichers nicht auf Photovoltaikanlagen beschränkt. Vielmehr kann ein Einsatz auch im Zusammenhang mit thermischen Solaranlagen oder anderen Einrichtungen, z. B. zu kühlende Industrieanlagen, erfolgen, denen zu speichernde Wärme entzogen werden soll.Of the Latent heat storage is used in particular for storage of heat energy from a refrigerated solar energy system for generating electrical voltage. This can be very effective Heat energy stored without delay from solar panels and to service water systems or radiators for space heating be delivered. Of course, the use of the Latent heat storage is not limited to photovoltaic systems. Rather, a use can also be related to thermal solar systems or other facilities, e.g. B. industrial equipment to be cooled, take place, which should be withdrawn heat to be stored.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar sind. Der Rahmen der Erfindung ist nur durch die Ansprüche definiert.It It is understood that the above and below to be explained features not only in the specified Combination, but also usable in other combinations. The scope of the invention is defined only by the claims.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand mehrerer Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:The Invention will be described below with reference to several embodiments with reference to the accompanying drawings in more detail explained. It shows:

1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Latentwärmespeichers mit einem flüssigen Speichermedium, 1 a schematic representation of a latent heat storage according to the invention with a liquid storage medium,

2 den Latentwärmespeicher nach 1 mit dem erstarrtem Speichermedium, 2 the latent heat storage after 1 with the solidified storage medium,

3 den Latentwärmespeicher nach 1 in erster alternativer Ausgestaltung und 3 the latent heat storage after 1 in the first alternative embodiment and

4 den Latentwärmespeicher nach 1 in weiterer alternativer Ausgestaltung. 4 the latent heat storage after 1 in a further alternative embodiment.

Der Latentwärmespeicher 1 umfasst einen Behälter 10 mit einem Speichermedium 20 in Form eines Salzes, nämlich Natriumacetat-Trihydrat, das durch Wärmezufuhr bzw. Wärmeabfuhr seinen Aggregatzustand von fest nach flüssig bzw. von flüssig nach fest reversibel ändert und aufgrund dieser Änderung seines Aggregatzustandes Wärmeenergie speichert bzw. abgibt. Das Speichermedium 20 ist in dem Behälter 10 mit einem Wärmetransportmedium 30 in Form eines Öls derart überdeckt, dass der Füllstand 31 des Wärmetransportmediums 30 deutlich über dem Füllstand 21 des Speichermediums 20 liegt.The latent heat storage 1 includes a container 10 with a storage medium 20 in the form of a salt, namely sodium acetate trihydrate, which changes its state of aggregation from solid to liquid or from liquid to solid by heat supply or heat removal and stores or releases heat energy due to this change in its state of aggregation. The storage medium 20 is in the container 10 with a heat transport medium 30 in the form of an oil so covered that the level 31 the heat transport medium 30 well above the level 21 of the storage medium 20 lies.

Nicht dargestellt sind Wärmetauscherkreisläufe, d. h. Zu- und Abläufe für das Wärmetransportmedium 30, die zur Energiezufuhr aus einer Beheizungsanlage, z. B. einen Heizkessel und/ oder einer Solarkollektoranlage, oder zur Wärmeentnahme, z. B. zum Beladen eines Brauchwasserspeichers, dienen.Not shown are heat exchanger circuits, ie inflows and outflows for the heat transport medium 30 for energy supply from a heating system, eg. As a boiler and / or a solar collector system, or for heat extraction, for. B. for loading a water heater, serve.

Der Latentwärmespeicher 1 ist mit einem Umwälzkreislauf für das Wärmetransportmedium 30 versehen, der in einem Vorlauf 52 eine Pumpe 42 und gemäß den 1 bis 3 einen als Koaxialrohr 45 ausgeführten Rohrleitungsabschnitt umfasst, der sich entlang einer Seitenwand 12 sowie über einen Boden 11 des Behälters 10 erstreckt. Das Koaxialrohr 45 weist ein Innenrohr 48 sowie ein Außenrohr 46 auf, das im Bereich des Bodens 11 mit Öffnungen 47 versehen ist. Ein oberes Ende des Koaxialrohrs 45 des Vorlaufs 52 befindet sich oberhalb des Speichermediums 20. Das Wärmetransportmedium 30 wird durch einen in das Wärmetransportmedium 30 hineinragenden Ansaugstutzens 41, dessen freies Ende sich oberhalb des Füllstands 21 des Speichermediums 20 befindet, durch die Pumpe 42 angesaugt und durch ein Fallrohr 40 geleitet, das in das vom Speichermedium 20 umgebene Außenrohr 46 mündet.The latent heat storage 1 is with a circulation circuit for the heat transport medium 30 provided in a forerun 52 a pump 42 and according to the 1 to 3 one as a coaxial tube 45 executed piping section which extends along a side wall 12 as well as over a floor 11 of the container 10 extends. The coaxial tube 45 has an inner tube 48 as well as an outer tube 46 in the area of the ground 11 with openings 47 is provided. An upper end of the coaxial tube 45 of the lead 52 is located above the storage medium 20 , The heat transport medium 30 is through a in the heat transport medium 30 protruding intake 41 whose free end is above the level 21 of the storage medium 20 is through the pump 42 sucked in and through a downpipe 40 directed into the from the storage medium 20 surrounded outer tube 46 empties.

In dem Betriebsmodus gemäß 1 ist das Speichermedium 20 zumindest teilweise mit Wärmeenergie aufgeladen und daher verflüssigt bzw. nicht fest. Das Wärmetransportmedium 30 durchströmt das Fallrohr 40 sowie das Außenrohr 46 und tritt durch die in Richtung des Bodens 11 des Behälters 10 weisenden Öffnungen 47 in dem unmittelbar benachbart zum Boden 11 angeordneten Außenrohr 46 in das Speichermedium 20 ein, in dem es sich verteilt und Wärme abgebend nach oben steigt, um sich über dem Speichermedium 20 zu sammeln.In the operating mode according to 1 is the storage medium 20 at least partially charged with heat energy and therefore liquefied or not solid. The heat transport medium 30 flows through the downpipe 40 as well as the outer tube 46 and enters through the direction of the ground 11 of the container 10 pointing openings 47 in the immediately adjacent to the ground 11 arranged outer tube 46 in the storage medium 20 one in which it spreads and releases heat rising up to above the storage medium 20 to collect.

Hat das als Speichermedium 20 dienende Salz soviel Wärmeenergie abgegeben, dass es erstarrt ist, kann das Wärmetransport medium 30 weder durch den Ringspalt 51 zwischen dem Außenrohr 48 und dem Innenrohr 48 des Koaxialrohrs 45 noch durch die Öffnungen 47 des Außenrohrs 46 austreten, wodurch der Druck im Fallrohr 40 ansteigt und aufgrund des abnehmenden Eintrags von Wärme in das Speichermedium 20 dasselbe weiter verfestigt.Has that as a storage medium 20 serving salt so much heat energy released that it is solidified, the heat transport medium 30 neither through the annular gap 51 between the outer tube 48 and the inner tube 48 of the coaxial tube 45 still through the openings 47 of the outer tube 46 leak, reducing the pressure in the downpipe 40 increases and due to the decreasing input of heat into the storage medium 20 the same further solidified.

Um das feste Speichermedium 20 wieder in den flüssigen Zustand zu überführen, in dem es Wärme speichern kann, geht gemäß 2 von dem Fallrohr 40 eine T-Verzweigung 43 ab, in die ein als Druckregler 44 ausgebildeter Regler eingesetzt ist, der sich ab einem bestimmten Druck im Fallrohr 40 öffnet, wonach das Wärmetransportmedium 30 durch eine Kurzschlussleitung 50 in das Innenrohr 48 des Koaxialrohrs 45 gelangt. Das Innenrohr 48 ist an einen Rücklauf 49 angeschlossen, um das Wärmetransportmedium 30 über dem Füllstand 21 des Speichermediums 20 in den Behälter zu leiten.To the solid storage medium 20 to convert back into the liquid state in which it can store heat goes according to 2 from the downpipe 40 a T-junction 43 off, in the one as a pressure regulator 44 trained regulator is inserted, which starts at a certain pressure in the downpipe 40 opens, after which the heat transport medium 30 through a short-circuit line 50 in the inner tube 48 of the coaxial tube 45 arrives. The inner tube 48 is on a return 49 connected to the heat transport medium 30 above the level 21 of the storage medium 20 to lead into the container.

Aufgrund dieser Ausgestaltung durchströmt das Wärmetransportmedium 30 zunächst das Innenrohr 48 des Koaxialrohrs 45, so dass durch Wärmeleitung das Speichermedium 20 in der nächsten Umgebung, d. h. in dem Ringspalt 51 des Koaxialrohrs 45 aufgeschmolzen wird. Anschließend wird das Speichermedium 20 unmittelbar um das Außenrohr 46 verflüssigt und gleichzeitig gelangt das Wärmetransportmedium 30 sowohl von oben entlang des Vorlaufs 52 und des Rücklaufs 49 als auch durch die Öffnungen 47 in der Nähe des Bodens 11 in das Speichermedium 20. Um einen schnellen Übergang von dem festen in den flüssigen Aggregatzustand zu bewerkstelligen, sind das Innenrohr 48 und das Außenrohr 46 aus einem gut wärmeleitenden Material gefertigt. Besonders geeignet sind Metallrohre, beispielsweise Kupferrohre, die miteinander verbunden sind. Mit der Verflüssigung des Speichermediums 20 geht ein Druckabfall in dem Außenrohr 46 und ein damit verbundenes Schließen des Durchgangs durch den Druckregler 42 einher. Anschließend strömt das Wärmetransportmedium 30 wieder überwiegend durch das Außenrohr 46 und dessen radiale Öffnungen 47, wodurch die Beladung des Speichermediums 20 mit Wärmeenergie mit einer hohen Effizienz ermöglicht ist.Due to this configuration, the heat transport medium flows through 30 first the inner tube 48 of the coaxial tube 45 , so that by heat conduction the storage medium 20 in the next environment, ie in the annular gap 51 of the coaxial tube 45 is melted. Subsequently, the storage medium 20 immediately around the outer tube 46 liquefies and at the same time passes the heat transport medium 30 both from the top along the lead 52 and the return 49 as well as through the openings 47 near the ground 11 in the storage medium 20 , To accomplish a quick transition from the solid to the liquid state, the inner tube is 48 and the outer tube 46 made of a highly thermally conductive material. Particularly suitable are metal pipes, such as copper pipes, which are interconnected. With the liquefaction of the storage medium 20 there is a pressure drop in the outer tube 46 and an associated closing of the passage through the pressure regulator 42 associated. Subsequently, the heat transport medium flows 30 again mainly through the outer tube 46 and its radial openings 47 , thereby reducing the loading of the storage medium 20 with heat energy with a high efficiency is possible.

Nach 3 ist in das Speichermedium 20 ein mit einem Wärmetauscherkreislauf 60 gekoppelter Wärmetauscher 61 eingesetzt. Der Wärmetauscherkreislauf 60 kann mit Wasser betrieben werden, um beispielsweise eine Brauchwassererwärmung durchzuführen. Das durch das Speichermedium 20 strömende Wärmetransportmedium 30 wirkt der Bildung einer isolierenden Schicht durch erstarrendes Speichermedium 20 an der Oberfläche des Wärmetauschers 61 bei einem Entzug latenter Wärme entgegen.To 3 is in the storage medium 20 one with a heat exchanger circuit 60 coupled heat exchanger 61 used. The heat exchanger circuit 60 can be operated with water, for example, to carry out a domestic water heating. That through the storage medium 20 flowing heat transport medium 30 acts to form an insulating layer by solidifying storage medium 20 on the surface of the heat exchanger 61 in case of withdrawal of latent heat.

Gemäß 4 Ist die Kurzschlussleitung 50 parallel zu dem Fallrohr 40 ausgerichtet bis zu dem in der Nähe des Bodens 11 angeordneten Koaxialrohr 45 geführt. Um bei einem verfestigten Speichermedium 20 ein schnelles Aufschmelzen sicherzustellen, steht die Kurzschlussleitung 50 mit dem Fallrohr 40 in thermischem Kontakt. Die thermische Verbindung kann durch leitfähige Verbindungen oder eine unmittelbar benachbarte Anordnung realisiert sein.According to 4 Is the short circuit line 50 parallel to the downpipe 40 aligned to near the bottom 11 arranged coaxial tube 45 guided. To get at a solidified storage medium 20 to ensure a rapid melting, is the short circuit line 50 with the downpipe 40 in thermal contact. The thermal connection can be realized by conductive connections or an immediately adjacent arrangement.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- DE 3007275 A1 [0002]
EP 1598406 A1 [0002]

Claims

Latent heat storage with a container ( 10 ) for receiving a storage medium ( 20 ) and a heat transfer medium ( 30 ), which is guided in a circulation circuit, which is a pump ( 42 ) and one in the area of the storage medium ( 20 ) arranged piping with a flow ( 52 ) and a return ( 49 ) to flow through with the heat transport medium ( 30 ), characterized in that at least one in the region of a floor ( 11 ) of the container ( 10 ) arranged piping section, the flow ( 52 ) with the return ( 49 ), as a double-walled coaxial tube ( 45 ) is executed.

Latent heat store according to claim 1, characterized in that the flow ( 52 ) at least in the area of the storage medium ( 20 ) as a double-walled coaxial tube ( 45 ) is trained.

Latent heat store according to claim 1, characterized in that the coaxial tube ( 45 ) in the area of the soil ( 11 ) an inner tube ( 48 ) and one with radial openings ( 47 ) provided outer tube ( 46 ).

Latent heat store according to claim 3, characterized in that the openings ( 47 ) of the outer tube ( 46 ) are formed as bores.

Latent heat store according to claim 3 or 4, characterized in that the openings ( 47 ) in the outer tube ( 46 ) the floor ( 11 ) of the container ( 10 ) are arranged opposite one another.

Latent heat store according to one of claims 1 to 3, characterized in that, depending on the state of aggregation of the surrounding storage medium ( 20 ), essentially the inner tube ( 48 ) or the outer tube ( 46 ) of the coaxial tube ( 45 ) with the heat transport medium ( 30 ) is flowed through, wherein when flowing through the outer tube ( 46 ) the heat transport medium ( 30 ) through the openings ( 47 ) of the outer tube ( 46 ) in the area of the soil ( 11 ) into the surrounding storage medium ( 20 ) exit.

Latent heat store according to one of claims 1 to 4, characterized in that the flow through the inner tube ( 48 ) or the outer tube ( 46 ) by means of a regulator used in the circulation, in particular pressure regulator ( 44 ), is controllable.

Latent heat store according to one of claims 1 to 7, characterized in that the inner tube ( 48 ) and the outer tube ( 46 ) of the coaxial tube ( 45 ) consist of a good thermally conductive material, in particular copper.

Latent heat store according to one of claims 1 to 8, characterized in that the coaxial tube ( 45 ) between inner tube ( 48 ) and outer tube ( 46 ) has thermally conductive elements.

Latent heat store according to one of claims 1 to 9, characterized in that the coaxial tube ( 45 ) meandering or spiraling above the ground ( 51 ) of the container ( 10 ) is guided.

Latent heat store according to one of claims 2 to 9, characterized in that a plurality of coaxial tubes ( 45 ) within the storage medium ( 20 ) are arranged in parallel.

Latent heat store according to one of claims 1 to 11, characterized in that the circulation circuit in the flow ( 52 ) one end in the heat transport medium ( 30 ) projecting intake ( 41 ) connected to the pump ( 42 ) is connected to the one with the outer tube ( 46 ) of the bottom-side coaxial tube ( 45 ) connected down pipe ( 40 ), wherein the downpipe ( 40 ) with the controller ( 44 ) is coupled, one of which with the inner tube ( 48 ) of the coaxial tube ( 45 ) coupled short-circuit line ( 50 ), and the inner tube ( 48 ) with a to the heat transport medium ( 30 ) leading return ( 49 ) connected is.

Latent heat store according to one of claims 2 to 12, characterized in that the outer tube ( 46 ) of the coaxial tube in the flow as directly to the pump ( 42 ) connected down pipe ( 40 ) and the inner tube ( 48 ) as the controller ( 44 ) downstream short-circuit line ( 50 ) is trained.

Latent heat store according to one of claims 1 to 12, characterized in that the storage medium ( 20 ) consists of a salt or a wax-like material.

Latent heat store according to one of claims 1 to 13, characterized in that the heat transport medium ( 30 ) is an oil.

Latent heat store according to one of claims 1 to 15, characterized in that in the storage medium ( 20 ) with a heat exchanger circuit ( 60 ) coupled heat exchanger ( 61 ) is used.

Use of latent heat storage after one of claims 1 to 14 for the storage of heat energy from a cooled solar energy plant for the production of electrical voltage.