DE19500105A1 - Latentwärmespeicher - Google Patents

Description

Das zentrale Problem eines Latentwärmespeichers liegt darin, daß die Oberflächen seines Wärmetauschers mit einer festen Schicht aus dem La­ tenzmedium überzogen werden, sobald dieses seine Phasenübergangswärme abgibt.

Entsprechend sinkt die Leistung des Wärmetauschers sofort nach Beginn der Wärmeentnahme stark ab, da die in Frage kommenden Latenzmedien, z. B. Paraffine, sehr schlechte Wärmeleiter sind.

Neben technisch sehr aufwendigen Vorrichtungen zur Entfernung des festen Latenzmediums von den Oberflächen des Wärmetauschers, kann dieses Problem nur durch die Verwendung sehr großer Wärmeübergangsflächen gelöst werden.

Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, große Wärmetauscherflächen für Latentwärmespeicher mit geringem wirtschaftlichem Aufwand herstellbar zu machen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Latenzmedium selbst diese Wärmetauscherfläche ausbildet, z. B. indem flüssiges Paraffin in Wasser, dessen Temperatur unterhalb der Erstarrungstemperatur des Pa­ raffins liegt, eingeleitet wird.

Bei einer geeigneten Art der Einleitung, z. B., indem das Paraffin durch einen Düsenkopf mit zahlreichen Austrittsöffnungen ausgestoßen wird, bil­ det sich so eine große Anzahl von Paraffinkugeln, deren Gesamtoberfläche von ihrer Anzahl und ihrem Durchmesser bestimmt wird.

Es ist somit also möglich, eine gegebene Menge des Latenzmediums mit einer beliebig großen Grenzfläche gegenüber dem umgebenden Wasser zu versehen, deren Bildung in ihrem zeitlichen Verlauf dem Leistungsbedarf der Wärme­ entnahme angepaßt werden kann. Durch eine Änderung des Durchmessers der Paraffinkugeln und der über der Zeit ausgestoßenen Menge des Paraffins kann diese Anpassung an den Leistungsbedarf, anders als bei festen Wärme­ tauschern, in weiten Grenzen erfolgen.

Erst nachdem die Gesamtmenge des Paraffins zu Kugeln umgeformt wurde, sinkt die Leistung der Wärmeabgabe kontinuierlich, indem die Kugeln von außen nach innen erstarren.

Aus den vorgenannten Gründen ist es aber möglich, einen Durchmesser für die Kugeln zu wählen, welcher für das Paraffin eine Gesamtoberfläche er­ gibt, die den Leistungsanforderungen bis zum Abschluß des Phasenübergangs genügt.

Umgekehrt ist es möglich, sehr schnell Wärme in das Latenzmedium einzu­ leiten, indem die Temperatur des Wassers über den Schmelzpunkt des Pa­ raffins erhöht wird und die Paraffinkugeln aufschmilzt.

Abb. 1 zeigt einen wärmeisolierten Behälter 0, welcher etwa je zur Hälfte mit dem Speichermedium Paraffin 1, und dem Trägermedium Wasser 2 gefüllt ist.

Die Pumpe 3 befördert das flüssige Paraffin 1 durch die wärmeisolierte Zuleitung 3a zum Ausströmer 4, durch dessen Bohrungen es in das Wasser ausgestoßen wird.

Wenn dessen Temperatur unter dem Erstarrungspunkt des Paraffins liegt, bilden sich, unter Wärmeabgabe an das Wasser, kleine Paraffinkugeln 9, welche zum Trennsieb 16, welches unterhalb des Trennspiegels 15, im Wasser angeordnet ist, aufsteigen.

Das Gewicht des Trennsiebes ist so bemessen, daß es von seiner unter­ sten, in der Abbildung dargestellten Lage erst dann, durch den Auftrieb der Paraffinkugeln, nach oben getragen wird, wenn der Trennspiegel 15, der das Paraffin vom Wasser trennt, bis zum Ventilschwimmer 5 angestie­ gen ist.

Die Schließfeder 18 des Ventils ist so ausgelegt, daß ihre Rückstell­ kraft das Trennsieb stets unterhalb des Trennspiegels hält.

Das Dehnstoffventil 8 regelt die Menge des ausgestoßenen Paraffins, in Abhängigkeit von der Temperatur des umgebenden Wassers.

Die Einströmleitung 6 für den Wärmeträger Wasser mündet in ein Verteiler­ rohr, die Ausströmleitung 7 für das Wasser ist am tiefsten Punkt des Be­ hälters angeordnet.

Abb. 2 zeigt einen Schnitt A-A′ durch den Ausströmer 4. Dieser besteht aus einer oberen Düsenplatte 10 mit Düsenbohrungen 12, und einer un­ teren Platte, in welche die Verteilerkanäle 11 angeordnet sind. Durch diese wird das flüssige Paraffin zu den Düsenbohrungen geleitet.

Abb. 3 zeigt das Einströmrohr für das Wasser, Det. Z /Abb. 1. Das Trennsieb 16 hebt die Ventilkugel 5 von der Rohrmündung 14 ab, sobald der Trennspiegel 15 diese überstiegen hat.

Die Rückholfeder 18 muß so ausgelegt sein, daß sie zum einen das Trenn­ sieb gegen den Auftrieb der Paraffinkugeln 9 stets im Bereich der Wasser­ füllung 2 hält; zum anderen muß sie das Aufsteigen des Trennsiebes bis zur Behälteroberseite gestatten.

Claims (7)

1. Latentwärmespeicher, dadurch gekennzeichnet, daß ein Speichermedium, dessen Phasenübergangswärme zur Aufnahme und Abgabe von Wärme dient, direkt mit einem Trägermedium in Kontakt gebracht wird und an den da­ durch entstehenden Kontaktflächen seine Wärme an das Trägermedium ab­ gibt, oder von diesem Wärme aufnimmt.

2. Latentwärmespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Speichermedium ein Paraffin ist, und daß das Trägermedium Wasser ist.

3. Latentwärmespeicher nach vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß in einem druckfesten Behälter, welcher etwa zur Hälfte mit dem Speichermedium Paraffin gefüllt ist, und welcher von dem Trägermedium Wasser durch­ strömt wird, eine Pumpvorrichtung angeordnet ist, welche das flüssige Paraffin aus dem oberen Bereich des Behälters in dessen unteren Bereich, und dort durch einen Ausströmer in das Wasser einleitet.

4. Latentwärmespeicher nach vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstöm­ öffnungen für das Wasser, die sich im Bereich der flüssigen Paraffin­ füllung befinden, mit Schwimmerventilen versehen sind, die das Einströmen des Wassers in das flüssige Paraffin verhindern, indem der Auftrieb der Schwimmer so gewählt wird, daß sie die Ventile nur im Wasser, nicht aber im flüssigen Paraffin öffnen.

5. Latentwärmespeicher nach vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpvor­ richtung und die Leitungen für das flüssige Paraffin, sowie der Ausströmer für das Paraffin beheizbar sind, z. B. durch eine elektrische Widerstands­ heizung.

6. Latentwärmespeicher nach vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine geeignete Vorrichtung, z. B. durch ein Dehnstoffventil, oder durch eine thermostatische Regelung der Leistung der Pumpvorrichtung für das Paraf­ fin, seine in das Wasser eingeleitete Menge über der Zeit verändert wer­ den kann.

7. Latentwärmespeicher nach vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß ein Trenn­ sieb im Behälter vorgesehen ist, welches verhindert, daß durch den Auf­ trieb der Paraffinkugeln im Wasser diese über den Trennspiegel der beiden Medien nach oben, in das flüssige Paraffin gehoben werden können. Das Trennsieb kann im Behälter fest, oder aber so angeordnet sein, daß es mit dem Trennspiegel steigen und fallen kann, z. B. indem es durch den Auftrieb der Paraffinkugeln gehoben wird, und bei deren Abschmelzen, durch Wärmezufuhr, wieder absinkt.