DE19745794A1 - Latentwärmespeicher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Latentwärmespeicher für Gebäudeheizungen, welcher dadurch charakterisiert ist, daß sich das Speichermedium in zylinderförmigen Einzelbehältern befindet, welche gebündelt in einem ebenfalls zylinderförmigen Speicherbehälter angeordnet sind und dort von einem Wärmeträger­ medium umspült werden.

Wie der Verfasser in der DE 195 02 507 näher ausführt, hat diese Anordnung den Vorteil, daß sich in den erfindungsgemäßen Einzelbehältern die Volumenänderungen des Speichermediums technisch gut beherrschen lassen. Zudem können Getränkedosen als Einzelbehälter verwendet werden, um so kostengünstig eine große Oberfläche für den Wärmeübergang zwischen Speichermedium und Wärmeträ­ ger zu schaffen.

Neben der Verwendung von Paraffin als Speichermedium, welches in den nach unten offenen Getränke­ dosen durch seinen statischen Auftrieb im Wärmeträger Wasser fixiert wird, ist es natürlich auch möglich, diese Anordnung sinngemäß auf den Kopf zu stellen, indem das Speichermedium spezifisch schwerer ist, als der Wärmeträger, und natürlich ebenfalls in diesem nicht löslich. Eine mögliche Stoffpaarung wäre hier­ für z. B. die wäßrige Lösung von Natriumacetat als Speichermedium, und ein Wärmeträgeröl, z. B. Transfor­ matorenöl oder ein biologisch abbaubares Pflanzenöl, welches die Getränkedosen umspült.

Nachteilig ist bei dieser Anordnung, neben der schwierigen Handhabung der Ölfüllung z. B. bei Reparatu­ ren am Speicher, deren geringere Wärmeleitfähigkeit, gegenüber Wasser.

Um den Wärmeträger Wasser auch für das Speichermedium Natriumacetat verwenden zu können, muß sich dieses in geschlossenen Behältern befinden.

Die Verwendung einer wäßrigen Lösung von Natriumacetat als Speichermedium erfordert, im Gegensatz zu Paraffin, auch die technische Beherrschung von Problemen, die sich durch die Kristallbildung in diesem Medium ergeben.

Es wird vorgeschlagen, der Bildung einer unterkühlten, bzw. einer übersättigten Lösung dadurch entge­ genzuwirken, daß in jeden Einzelbehälter für das Speichermedium ein sogen. Aktivator mit eingeschlos­ sen wird.

Dieser wird in der US Pat. Nr. 4,077,390 v. March, 7, 1978 näher beschrieben.

Im Unterschied zu der manuellen Betätigung des Aktivators wird hier jedoch vorgeschlagen, ihn als sogen. "Schnappscheibe", bestehend aus einem Bimetall auszubilden.

Diese Schnappscheibe kann so ausgelegt werden, daß die Kerbspannung, welche gem. dem o.g. Patent eine Kristallbildung im Speichermedium einleitet, ohne äußeren Einfluß, bei einer bestimmten, kon­ struktiv vorgegebenen Temperatur durch das Umschnappen des Bimetalls erzeugt wird.

Obwohl die Volumenänderung einer wäßrigen Lösung von Natriumacetat beim Phasenübergang kleiner ist, als die von Paraffin, muß ihr doch Rechnung getragen werden.

Als zweckmäßig haben sich hierfür Gaspuffer in den Behältern für das Speichermedium erwiesen.

Wenn so z. B. ein 0,5 ltr. Behälter mit ca. 450 ml. Natriumacetatlösung bei 60°C befüllt wird, schwindet die­ se, indem das Salz auskristallisiert auf ca. 400 ml. bei Zimmertemperatur. Wenn nun der Behälter bei Nor­ maldruck verschlossen wird, baut der Inhalt, bei erneuter Erwärmung und Schmelzen der Kristalle einen Innendruck von ca. 2 bar auf.

Getränkedosen als Behälter für das Speichermedium halten diesem Innendruck stand, zusätzlich kann auch der Speicherbehälter druckfest ausgelegt sein, wodurch sich im Wärmeträger ein Gegendruck auf­ bauen läßt, welcher den Innendruck der Behälter für das Speichermedium ganz oder teilweise kompen­ siert.

Neben Getränkedosen sind auch andere zylinderförmige Behälter für das Speichermedium möglich, so erlauben z. B. dünnwandige Rohre aus Edelstahl, oder einem anderen geeigneten Material, welche sich annähernd über die gesamte lichte Höhe des Speicherbehälters erstrecken, und deren Enden mit einge­ löteten, oder aufgeschweißten Kappen verschlossen sind, die Beherrschung eines inneren Überdrucks dieser Größenordnung ohne äußeren Gegendruck.

Eine solche drucklose Konstruktion hat den Vorteil, daß auch für den Speicherbehälter handelsübliche Packmittel verwendet werden können.

Der Behälter für den Latentwärmespeicher soll ja auch preiswert herstellbar, mechanisch ausreichend druckfest und möglichst leicht transportierbar sein, um seinen Einbau in eine, u. U. bereits bestehende Gebäudeheizung wirtschaftlich sinnvoll, sowie praktisch durchführbar zu machen.

Die Verwendung von Spannring-Deckelfässern aus Stahlblech, wie sie in der DIN 6644 als Packmittel beschrieben sind, hat sich unter diesen Gesichtspunkten besonders bewährt.

Erklärung der Abbildungen

Die Abb. 1 zeigt, wie ein,oder mehrere miteinander verbundene handelsübliche und als Packmittel in großen Mengen hergestellte Deckelbehälter aus Stahlblech 11 für die Konstruktion des Latentwärme­ speichers verwendet werden.

Sie sind mit koaxialen Zuleitungen 16 bzw. Durchführungen 15 für den Wärmeträger untereinander, sowie mit der Heizanlage verbunden.

Durch die Zuleitung 12 wird der Wärmeträger Wasser in den oberen Bereich 18 des Deckelbehälters geführt und durchströmt dann die Zwischenräume zwischen den Paraffinbehältern 13.

Diese Anordnung hat den Vorteil, daß kein flüssiges Paraffin durch den Rücklauf 14 in die Gebäudehei­ zung gelangen kann. Vielmehr wird dieses unter der Prallplatte 17 aus dem Wärmeträger abgeschieden und bildet auf diesem eine Sperrschicht 28.

Die Sperrschicht 28 verhindert das Ausdampfen des Wärmeträgers durch die Atmungsleitung 19.

Die Volumenänderung des Paraffins bewirkt ein Ansteigen, bzw. Absinken der Oberfläche des Wärmeträ­ gers im Speicherbereich 18. Sie ist proportional zur Menge des geschmolzenen, bzw. festen Paraffins und kann somit herangezogen werden, um den Ladezustand des Speichers anzuzeigen.

Ebenso ist es möglich, durch einen Schwimmer 20 einen Schalter zu betätigen, welcher die Energiezu­ fuhr unterbricht und den Entladezyklus einleitet, sobald die gesamte Menge des Paraffins geschmolzen, die Oberfläche des Wärmeträgers also an ihrem höchsten Punkt ist.

Da die Abgabeleistung des Speichers mit dessen zunehmender Entladung kontinuierlich absinkt, der Grund dafür ist die zunehmende Dämmwirkung der festen Paraffinschicht in den Paraffinbehältern, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die Entladung an einem Punkt abzubrechen, unter welchem der Wärmebe­ darf des Gebäudes nicht mehr alleine aus dem Speicher befriedigt werden kann.

Mit einem Meßwertgeber, der analog zur Funktion des Gebers z. B. einer KFZ-Tankanzeige wirkt, kann der Ladezustand des Speichers in eine Steuerung der Gebäudeheizung eingegeben werden, welche z. B. über einen Außentemperaturfühler den Leistungsbedarf ermittelt und, sobald dieser über der Abgabelei­ stung des Speichers liegt, den Brenner der Heizanlage in Gang setzt.

Für die Isolierung 30 des Speicherbehälters haben sich handelsübliche Glas- oder Mineralfasermatten bewährt.

Sie werden mit einem Überzug aus metallisierter Kunststoffolie, bzw. einer Alu-Kunststoff Verbundfolie versehen. Dieser Überzug erleichtert zum einen die Handhabung der Fasermatten, zum andern bewirkt die verspiegelte Oberfläche eine zusätzliche Wärmedämmung.

Zweckmäßigerweise umgibt eine zusätzliche Hülle aus Blech oder Kunststoffplatten die Isolierschicht und schützt sie vor Beschädigung.

Die Abb. 2 zeigt einen Querschnitt durch den Speicherbehälter.

Wenn der Umfang des Berührungskreises der Paraffinbehälter ein ganzzahliges Vielfaches von Maß ∅A ist, fixieren sich die Paraffinbehälter gegenseitig an der Wandung des Speicherbehälters. Es gilt: ∅A < ∅ Paraffinbehälter, diese drängen sich gegenseitig radial nach außen.

Die Abb. 3 zeigt zwei Deckelfässer, welche mit der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung in axialer Rich­ tung zu einem druckfesten Behälter verspannt werden.

Ein weiterer Vorteil der hier beschriebenen Ausführungen des Latentwärmespeichers ist, daß der vorste­ hend für die paraffingefüllten Getränkedosen beschriebene Entlüftungsvorgang entfallen kann.

Die Abb. 4 zeigt einen Behälter 42 für das Speichermedium 41 mit dem Gaspuffer 40.

Die Abb. 5. zeigt einen Querschnitt durch den Speicherbehälter 11.

Wenn der Durchmesser der Behälter für das Speichermedium zum Innenumfang des Speicherbehälters in einem ganzzahligen Verhältnis steht, kann der Querschnitt des Speicherbehälters mit der größtmöglichen Anzahl dieser Behälter gefüllt werden. Unabhängig von den jeweiligen Durchmessern nimmt die Anzahl der Behälter für das Speichermedium von der äußeren zur nächstinneren Reihe um jeweils 6 Stück ab, dar­ aus folgt auch die Anzahl der Behälter in der innersten Reihe.

Diese muß mindestens 4 betragen, wenn im Zentrum des Speicherbehälters die Zuleitung für den Wär­ meträger nach oben geführt werden soll.

Claims (10)

1. Latentwärmespeicher, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Speichermedium in zylinderförmigen Einzelbehältern befindet, welche koaxial und ringförmig in einem ebenfalls zylindrischen Speicherbehälter angeordnet sind.

2. Latentwärmespeicher nach vorst. Anspr., dad. gekennz., daß sich das Speichermedium zusammen mit einem Gaspuffer, für die Kompensation der Volumenänderung beim Phasenübergang, in verschlossenen, zylinderförmigen Einzelbehältern befindet, welche koaxial und ringförmig in einem ebenfalls zylindrischen Speicherbehälter angeordnet sind.

3. Latentwärmespeicher nach vorst. Anspr., dad. gekennz., daß die Einzelbehälter für das Speichermedium den Querschnitt des Speicherbehälters bei gegebenen Durchmessern in größtmöglicher Anzahl ausfüllen, indem ihr Durchmesser an ihren Kontaktpunkten untereinander ein ganzzahliger Bruchteil eines durch diese Kontaktpunkte verlaufenden Berührungskreises ist, in den sie durch den Innenumfang des Speicherbehälters gezwungen werden. Unabhängig von den Durchmessern gilt, daß die Anzahl der Behälter für das Speichermedium um je sechs für die jeweils nächstinnere Reihe im Querschnitt des Speicherbehälters abnimmt.

4. Latentwärmespeicher nach vorst. Anspr., dad. gekennz., daß ein oder mehrere Deckelbehälter aus Stahl, wie sie in der DIN 6644 als Packmittel beschrieben sind, den Speicherbehälter bilden.

5. Latentwärmespeicher n. vorst. Anspr. dad. gekennz., daß der/die Deckelbehälter ganz oder teilweise mit den Einzelbehältern gefüllt sind und daß sich in ihrem oberen Bereich ein Ausdehnungsraum für die Volumenänderung des Paraffins befindet, in welchem die Oberfläche des Wärmeträgers eine Sperrschicht aus Paraffin trägt.

6. Latentwärmespeicher n. vorst. Anspr., dad. gekennz., daß zwei oder mehrere der erfindungsge­ mäßen Deckelfässer untereinander mit konzentrisch und mittig in den Böden bzw. Deckeln ange­ ordneten Rohrleitungen für das Wärmeträgermedium verbunden sind.

7. Latentwärmespeicher n. vorst. Anspr., dad. gekennz., daß eine Vorrichtung vorgesehen ist, welche die Volumenänderung des Speichermediums auf eine Anzeige für den Ladezustand des Speichers, oder/ und auf die Regelung der Gebäudeheizung überträgt.

8. Latentwärmespeicher n. vorst. Anspr., dad. gekennz., daß eine Wärmeisolierung um den Speicher­ behälter vorgesehen ist, welche aus Glas- oder Mineralfasermatten besteht, die sich in Umhüllungen aus metallisierter Kunststoffolie oder aus Alufolie befinden.

9. Latentwärmespeicher n. vorst. Anspr., dad. gekennz., daß der Innendurchmesser des Behälters so gewählt wird, daß die Paraffinbehälter sich untereinander an der Innenfläche des Behälters verklemmen. Der Umfang des Berührkreises der Paraffinbehälter ist dann ein ganzzahliges Vielfaches des Durchmessers des Paraffinbehälters an seinen Schnittstellen mit dem Berührkreis.

10. Latentwärmespeicher n. vorst. Anspr., dad. gekennz., daß Spannvorrichtungen vorgesehen sind, mit denen die Stirnseiten eines oder mehrerer Deckelbehälter radial versteift und gegen den Innendruck, der im Behälter durch den Wärmeträger aufgebaut wird, in Richtung der Behälter-Längsachse verspannt werden. Zusätzlich können auch Spannreifen zur Entlastung der zylindrischen Behälterfläche vorgesehen werden.