DE10303498A1

DE10303498A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Kühlung des Wärmematerials eines Latentwärmespeichers

Info

Publication number: DE10303498A1
Application number: DE10303498A
Authority: DE
Inventors: Kai Oertel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-01-30
Filing date: 2003-01-30
Publication date: 2004-08-12

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur lokalen Kühlung des Wärmematerials eines Latentwärmespeichers zur Sicherung der Kristallisation vorgestellt. Die Vorrichtung besteht aus einem Peltierelement, das von einem Temperaturfühler gesteuert wird. Beim Überschreiten einer ersten vorgegebenen Temperatur kühlt das Peltierelement das Wärmematerial in seiner Umgebung ab. Wird eine zweite vorgegebene Temperatur überschritten, so wird die weitere Wärmezufuhr unterbrochen.

Description

Die Erfindung betrifft allgemein Latentwärmespeicher. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Kühlung des Wärmematerials eines Latentwärmespeichers nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 5.
Stand der Technik
Latentwärmespeicher können reversibel durch Schmelzen eines Speichermediums Wärme aufnehmen. Die so gespeicherte Wärme kann dann sowohl zu Kühl- als auch zu Heizzwecken bereit gestellt werden.
Ein bekannter Vorzug der Latentwärmespeicher gegenüber Speichern, die durch Temperaturerhöhung fühlbare Wärme aufnehmen, wie z.B. Wasser-, Stein- oder Erdspeicher, besteht darin, dass die Wärme bei konstanter, dem Verwendungszweck optimal angepasster Temperatur aufgenommen bzw. abgegeben wird. Außerdem besitzen Latentwärmespeicher im Allgemeinen bei einem vorgegebenen, engen Temperaturbereich zwischen Be- und Entladung eine höhere Speicherkapazität pro Volumen- und Gewichtseinheit.
Salzhydrate, z.B. Natriumacetattrihydrat, weisen jedoch oft eine geringe Neigung zur Keimbildung auf und haben eine kleine Kristallisationsgeschwindigkeit, wodurch Unterkühlung auftritt, d.h., beim Abkühlen unter den Schmelzpunkt erfolgt keine Verfestigung des Speichermediums und damit auch keine Abgabe der Schmelzenthalpie. Die Konsequenz daraus ist, dass ein solches Latentspeichermedium selbst bei viel niedrigerer Temperatur als dem Schmelzpunkt nicht oder nur so langsam kristallisiert, dass die Schmelzwärme nicht genutzt werden kann.
Für die Kristallisation ist daher beim Abkühlen aus dem geschmolzenen Zustand ein Kristallisationskeim notwendig. Diese Kristallisationskeime lösen sich nicht in der Speichermasse, erhöhen aber durch ihre Struktur und Oberflächenbeschaffenheit stark die Keimbildungszahl. Dem Latentwärmematerial wird also in der Regel ein Keimbildner zugegeben, der die Kristallisation beim Unterschreiten der Kristallisationstemperatur auslöst. Diese Keimbildner können jedoch bei Überschreiten einer bestimmten Temperatur durch Schmelzen oder Zersetzen deaktiviert werden.
Alternativ kann durch eine Kühlrippe, auch "Cold Finger" genannt, ein Bereich im Latentwärmematerial kontinuierlich so kalt gehalten werden, dass das Material nie aufschmilzt und somit beständig ein Kristallisationskeim erhalten bleibt.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass nur dann Wärme aus dem Speicher mit Latentwärmematerial abgeführt wird, wenn dies für die Gewährleistung der Kristallisationsfähigkeit notwendig ist.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass auf die Zugabe eines Keimbildners verzichtet werden kann.
Weiterhin ist vorteilhaft, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung mit dem Speicher-Lade-Management kombinierbar ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Figur zeigt schematisch eine Detailansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung.
Ausführungsbeispiele
Ziel der Erfindung ist es, die Kristallisationsfähigkeit im Latentwärmematerial kontinuierlich zu gewährleisten und gleichzeitig den Wärmeverlust möglichst gering zu halten.
Dazu wird erfindungsgemäß ein von einem Temperaturfühler gesteuertes Peltierelement zur Erzeugung eines "Cold Fingers" eingesetzt. Im Gegensatz zu einer herkömmlichen Kühlrippe wird vom Peltierelement nur dann Wärme aus dem Speicher mit Latentwärmematerial abgeführt, wenn dies für die Gewährleistung der Kristallisationsfähigkeit notwendig ist.
Der Temperaturfühler kann gleichzeitig als Sicherheitsschalter eingesetzt werden, um eine Erwärmung über eine Temperatur kurz unterhalb des Schmelzpunkts, die vom Peltierelement nicht mehr kompensiert werden kann, abzufangen. Diese Temperatur ist u.a. abhängig von der Art des Peltierelements und der Geometrie des Speichers.
Wie in der Figur gezeigt, wird an einer geeigneten Stelle in der Wand 10 des Latentwärmespeichers 11 ein Peltierelement 12 und diesem benachbart ein Temperaturfühler 13 platziert. Der kalte Speicher 11 wird auf die Temperatur T₁ über der Schmelztemperatur T_s des Latentwärmematerials 14 erwärmt, d.h., es gilt T₁ > T_s. Das Peltierelement 12 wird durch Anlegen einer Spannung aktiviert, sobald die am Temperaturfühler 13 gemessene Temperatur T₂ einen durch die Sicherheit des Systems bestimmten Grenzwert T_g1, der noch unterhalb der Schmelztemperatur T_s liegt, übersteigt. Das Peltierelement 12 kühlt das Latentwärmematerial in seiner Nähe durch Abfuhr der Wärmemenge Q ab. Durch die Kühlung bleibt die Temperatur T₂ des Latentwärmematerials unterhalb der Schmelztemperatur T_s, so dass hier die Kristallisationskeime 15 für die Kristallisation während der Abkühlung des gesamten Wärmespeichers bestehen bleiben.
Steigt die Temperatur T₂ trotz der Kühlung durch das Peltierelement 12 über einen Grenzwert T_g2, der noch unterhalb der Schmelztemperatur T_s liegt, d.h., d.h., es gilt T_g1 < T_g2 < T_s, so wird die weitere Wärmezufuhr im Latentwärmespeicher zur Gewährleistung der Kristallisationsfähigkeit bspw. durch Ausschalten der Pumpe unterbrochen, bis der Grenzwert T_g2 am Temperaturfühler 13 wieder unterschritten wird. Es liegt hier also eine "Sicherheitsschalterfunktion" vor, die von einer Elektronik 16, die zum einen eine Stromquelle zum Betrieb des Peltierelements 12, und zum anderen eine entsprechende Schaltlogik enthält, gesteuert wird.
Fällt die Temperatur T₂ unter den unteren Grenzwert T_g1, so kann das Peltierlement über die Elektronik 16 wieder abgeschaltet werden. Diese regelt auch eine automatische Wiedereinschaltung des Elements, wenn T₂ > T_g1.
Die Verwendung eines Keimbildners ist bei der vorliegenden Erfindung nicht zwingend erforderlich. Bei Verwendung eines Keimbildners kann als Grenztemperatur anstelle der Kristallisationstemperatur die höhere Zerfallstemperatur des Keimbildners gewählt werden. Ohne Verwendung eines Keimbildners entspricht die Grenztemperatur der Schmelztemperatur.

Claims

Vorrichtung zur Kühlung des Wärmematerials (14) eines Latentwärmespeichers (11), dadurch gekennzeichnet, dass ein Peltierelement (12) vorgesehen ist, das von einem Temperaturfühler (13) gesteuert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Peltierelement (12) in der Außenwand des Latentwärmespeichers (11) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung des Peltierelements (11) über eine Elektronik (16) erfolgt.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Wärmematerial zusätzlich ein Keimbildner zusetzbar ist.
Verfahren zum Kühlen des Wärmematerials eines Latentwärmespeichers (11), dadurch gekennzeichnet, dass ein Peltierelement (12) über einen Temperaturfühler (13) gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Peltierelement (12) bei Überschreiten einer ersten vorgegebenen Temperatur das Wärmematerial in seiner Umgebung abkühlt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überschreiten einer zweiten vorgegebenen Temperatur die weitere Wärmezufuhr in den Speicher unterbrochen wird.