DE19502507A1 - Latentwärmespeicher - Google Patents

Description

Die Verwendung von Paraffin als Speichermedium in Latentwärmespeichern muß dessen großer Volumenänderung beim Phasenübergang fest-flüssig-fest Rechnung tragen.

Des weiteren muß die Fläche für den Wärmeübergang, zwischen dem Paraffin und einem Wärmeträger, in der Regel Wasser, möglichst groß sein, es ver­ bietet sich also schon aus wirtschaftlichen Gründen eine Konstruktion für den Paraffinbehälter bzw. Wärmetauscher, die ausreichend starr ist, um der Volumenkontraktion des Paraffins bei seiner Erstarrung nicht zu folgen.

Bei elastischen Konstruktionen stellt die große Anzahl der Lastwechsel, die für eine Lebensdauer v. 50 Jahren z. B. in der Haustechnik zu erwar­ ten ist, hohe Anforderungen an die Dauerfestigkeit, deren zuverlässige Erfüllung ebenfalls aufwendig ist.

Es wird deshalb vorgeschlagen, für den Paraffinbehälter, der gleichzeitig Wärmetauscher ist, die Form eines einseitig offenen Zylinders, bzw. einer nach unten geöffneten Glocke zu wählen, deren Oberfläche vollständig vom Wärmeträgermedium Wasser umgeben ist.

Diese offene Bauweise gestattet eine freie Volumenänderung des Paraffins, welches durch seinen statischen Auftrieb in einem solchen Zylinder fixiert wird, ohne daß dessen Wandungen wesentlichen Beanspruchungen unterworfen werden, sofern seine Länge und sein Durchmesser zueinander im richtigen Verhältnis stehen.

Bei der Erstarrung des flüssigen Paraffins muß sich vom offenen Ende des Zylinders ausgehend ein trichterförmiger Hohlraum im Paraffin bilden kön­ nen, um die Volumenkontraktion zu kompensieren.

Dies ist nur möglich, wenn der Durchmesser des Zylinders, im Verhältnis zu seiner Länge groß genug ist. Andernfalls wird das Paraffin in der sich bildenden Trichteröffnung zu schnell hart und verschließt diese, wodurch eine weitere Ausbildung des o.g. Hohlraums in der Paraffinfüllung ver­ hindert wird. Da diese natürlich trotzdem kontrahiert, werden die Wandun­ gen des Zylinders eingezogen.

Unter den Zeit- und Temperaturparametern, die bei Gebäudeheizungen auftre­ ten, durchgeführte Versuche haben ergeben, daß für den Durchmesser des Zy­ linders ein Maß v. ca. 50-65 mm, bei einer Länge v. 150-300 mm zur Erfül­ lung dieser Forderung vorteilhaft ist.

Getränke- und Aerosoldosen werden in diesen Dimensionen in großen Stück­ zahlen hergestellt, zudem werden ihre Wandstärken so dünn wie möglich aus­ gelegt. Dies kommt bei ihrer eigentlichen Verwendung den Kosten zugute, im hier vorgeschlagenen Anwendungsfall begünstigen diese geringen Wand­ stärken und das verwendete Material Aluminium den Wärmeübergang zwischen Speicher- und Wärmeträgermedium.

Des weiteren sind Getränkedosen stapelbar, d. h., sie haben miteinander korrespondierende Konturen an ihren oberen und unteren Stirnflächen.

Diese unterstützen auch ihre formschlüssige Anordnung in einem Warm­ wasserspeicher, für den hier vorgeschlagenen Verwendungszweck.

Neben der Verwendung fabrikneuer Geränkedosen können natürlich auch gebrauchte Getränkedosen auf diese Art wiederverwendet werden, die große Ausgießöffnung ermöglicht die Kontraktion des Paraffins, in der o.g. Weise.

Erklärung der Abbildungen

Abb. 1 zeigt einen wärmeisolierten Heizwasserkessel 1, welcher größ­ ten teils mit Paraffinbehältern 2, vorzugsweise sind diese Getränke- oder Aerosoldosen, gefüllt ist.

Durch die Zwischenräume zwischen den einzelnen Paraffinbehältern zirku­ liert das Heizwasser 3 der Gebäudeheizung.

Das Brauchwasser 4 wird in einem Gegenstromwärmetauscher 5 erhitzt. Die Gegenströmung wird durch das abgekühlte Heizwasser erzeugt, welches in einem zylindrischen Kamin 6 nach unten sinkt. Dieser Schwerkraftum­ lauf 7 Heizwassers kann ggf. durch eine Flügelradpumpe 8 unterstützt werden.

Abb. 2 zeigt einen Schnitt A-A′ durch den Heizwasserkessel 1, dessen Querschnitt von den Paraffinbehältern 2 weitestgehend ausgefüllt wird. Im zylindrischen Kamin 6 findet sich der Wärmetauscher 5 für das Brauch­ wasser.

Abb. 3 zeigt Schnitte durch die Paraffinbehälter 2, im linken Bild ist die Paraffinfüllung aufgeschmolzen, im rechten Bild ist sie erstarrt. Durch die Volumenkontraktion beim Erstarren bildet sich in der Paraffin­ füllung 9 in trichterförmiger Hohlraum 10, wodurch die Verformung des Paraffinbehälters vermieden wird.

Am günstigsten für diesen Vorgang hat sich ein Verhältnis v. Durchmesser zu Höhe h v. 1 : 3 bis 1 : 6 erwiesen.

Um die Luftfüllung des Hohlraums 10 zu beseitigen, wird der Heizwasser­ kessel 1 nach seiner Befüllung mit den Paraffinbehältern evakuiert, be­ vor das Heizwasser eingefüllt wird. Andernfalls würde die in den Hohl­ räumen 10 befindliche Luft ihr Volumen in Paraffin aus den Paraffinbe­ hältern verdrängen, sobald sich das Paraffin verflüssigt und dabei aus­ dehnt.

Um die Volumenkontraktion des Paraffins zu kompensieren, muß ein ausrei­ chend großes Ausdehnungsgefäß in den Heizwasserkreislauf eingebaut werden.

Claims (6)

1. Latentwärmespeicher, vorzugsweise mit Paraffin als Speichermedium, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Speichermedium in zylinderförmigen, an einer Stirnfläche unverschlossenen Behältern, vorzugsweise Getränke- oder Aerosoldosen befindet, welche mit ihren Öffnungen nach unten weisend in einem Behälter für das Wärmeträgermedium, vorzugsweise Wasser, ange­ ordnet sind und dort von diesem umströmt werden.

2. Latentwärmespeicher n. Anspr. 1, dad. gekennz., daß die zylinderför­ migen Behälter für das Speichermedium ein Verhältnis ihres Durchmessers zu ihrer Länge von ca. 1 : 3 bis 1 : 6 aufweisen.

3. Latentwärmespeicher n. vorst. Anspr., dad. gekennz., daß die Stirnflächen der zylinderförmigen Behälter für das Speichermedium korrespondierende Konturen aufweisen, welche ihre formschlüssige Aneinanderreihung gestatten, ohne daß dabei jedoch die Öffnung des jeweils oberen Behälters durch die Oberseite des jeweils darunter angeordneten Behälters für das Wärmeträger­ medium verschlossen wird.

4. Latentwärmespeicher n. vorst. Anspr., dad. gekennz., daß im Behälter für das Wärmeträgermedium Führungen, oder Halterungen für die Behälter für das Speichermedium, bzw. für deren formschlüssig zusammengefügten Reihen vorge­ sehen sind.

5. Latentwärmespeicher n. vorst. Anspr., dad. gekennz., daß ein zylind­ risches Rohr vorgesehen ist, welches sich vertikal über einen Großteil des Innenraums des Behälters für das Wärmeträgermedium erstreckt und in dessen oberen Bereich ein Wärmetauscher für den Austrag von Wärme aus dem Wärmeträgermedium angeordnet ist. Für den Eintrag von Wärme würde der Wär­ metauscher im unteren Bereich des Rohrs angeordnet werden, um so jeweils einen Kamineffekt, also eine Unterstützung der Schwerkraftzirkulation des Wärmeträgermediums durch das Rohr zu erreichen.

6. Latentwärmespeicher n. vorst. Anspr., dad. gekennz., daß der Behälter für das Wärmträgermedium luftleer gepumpt wird, bevor in ihn das Wärme­ trägermedium eingefüllt wird.