DE20311612U1

DE20311612U1 - Latent heat storage module for solar energy system, comprises open ended tube filled with heat storage medium

Info

Publication number: DE20311612U1
Application number: DE20311612U
Authority: DE
Original assignee: Klotsche Michael E M
Current assignee: Klotsche Michael E M
Priority date: 2003-07-28
Filing date: 2003-07-28
Publication date: 2004-04-08
Anticipated expiration: 2013-07-29

Abstract

The module (4) comprises a vertical tube with two open ends, filled with a heat storage medium, e.g. paraffin, and heat is stored via the transition of this medium from the solid to the liquid state.

Description

Stand der TechnikState of technology

Heute übliche Latentwärmespeicher im Bereich der thermischen Solarenergienutzung bestehen aus Behältern, in denen sich ein Wärmespeichermedium wie z.B. Paraffin befindet. Im Innenraum dieser Behälter befinden sich Wärmetauscher, die mit dem Wärmespeichermedium in Kontakt stehen. Durch diese Wärmetauscher findet der Wärmetransport in das Wärmespeichermedium und aus dem Wärmespeichermedium statt. Als Beispiel für einen derartigen Wärmespeicher sei hier der „PowerTank" der Firma PowerTank GmbH in 96515 Sonneberg genannt.Today's latent heat storage in the field of thermal solar energy use consist of containers in which is a heat storage medium such as. Paraffin located. Located inside these containers heat exchanger, the one with the heat storage medium stay in contact. Through this heat exchanger finds the heat transfer into the heat storage medium and from the heat storage medium instead of. As an example of such a heat storage here is the "PowerTank" from the company PowerTank GmbH in 96515 Sonneberg.

Eine weitere Bauweise eines Latentwärmespeichers ist in der Patentschrift mit der Nummer DE 195 02 507 A1 beschrieben. Dieser Latentwärmespeicher besteht aus zylindrischen Behältern mit einem definierten Durchmesser-Längen-Verhältnis. Diese Zylindrischen Behälter sind am oberen Ende verschlossen, am Unteren Ende offen, mit Paraffin gefüllt und befinden sich in einem Wasserbad. Das untere Ende der zylindrischen Behälter ist offen, um die Volumenänderung des Paraffins beim Schmelzvorgang durch den Eintritt von Wasser in die Behälter durch deren Öffnung zu kompensieren. Durch die Temperaturdifferenz zwischen Wasserbad und dem Paraffin in den zylindrischen Behältern wird Wärmeenergie durch Wärmeleitung durch die Behälterwand in das Paraffin eingetragen oder abgezogen, was zur Phasenumwandlung des Paraffins führt. Paraffin hat eine geringere Dichte als das Wasserbad, wodurch es nicht aus der Öffnung am unteren Ende der zylindrischen Behälter austreten kann.Another design of a latent heat store is in the patent number DE 195 02 507 A1 described. This latent heat storage consists of cylindrical containers with a defined diameter-length ratio. These cylindrical containers are closed at the upper end, open at the lower end, filled with paraffin and are in a water bath. The lower end of the cylindrical container is open to compensate for the change in volume of the paraffin during the melting process by the entry of water into the container through its opening. Due to the temperature difference between the water bath and the paraffin in the cylindrical containers, thermal energy is introduced or drawn off into the paraffin by heat conduction through the container wall, which leads to a phase change in the paraffin. Paraffin has a lower density than the water bath, which prevents it from escaping from the opening at the bottom of the cylindrical container.

Die Behälter, die in der Patentschrift DE 195 02 507 beschrieben sind verursachen bei der Installation einen hohen Montageaufwand. Der Durchmesser der einzelnen Behälter darf nicht zu groß sein, da mit zunehmendem Durchmesser deren Oberflächen-Volumen-Verhältnis sinkt, was sich wiederum ungünstig auf die Ladezeit der Latentwärmespeicher auswirkt. Um die Schrumpfung des Paraffins im Inneren der Behälter auszugleichen, darf eine gewisse Länge der Behälter nicht überschritten werden. Das führt zu einer großen Zahl von Behältern. Des weiteren sammeln sich im Wasser gelöste Gase am oberen Ende der einzelnen Behälter, weil sie durch das geschlossene obere Ende nicht entweichen können.The containers mentioned in the patent DE 195 02 507 described require a lot of installation work during installation. The diameter of the individual containers must not be too large, since their surface-to-volume ratio decreases with increasing diameter, which in turn has an unfavorable effect on the loading time of the latent heat storage. In order to compensate for the shrinkage of the paraffin inside the container, a certain length of the container must not be exceeded. This leads to a large number of containers. Furthermore, gases dissolved in the water collect at the upper end of the individual containers because they cannot escape through the closed upper end.

ProblemlösungTroubleshooting

Die im Schutzanspruch 1. und 2. genannte Erfindung löst das Problem üblicher Latentwärmespeicher. Mit der Erfindung wird die Bauweise von Latentwärmespeichern, erheblich vereinfacht und eine Verdrängung von Paraffin durch Gase, die aus dem Wärmeträger ausfallen, wird ausgeschlossen. Zudem sind keine Wärmetauscher in jedem einzelnen Latentwärmespeichermodul nötig. Dadurch werden der Montage- und Materialaufwand erheblich verringert.The invention mentioned in the protection claims 1 and 2 solve that Problem more common Latent heat storage. With the invention, the construction of latent heat storage is significantly simplified and a repression Paraffin from gases that precipitate from the heat transfer medium is excluded. moreover are not heat exchangers in every single latent heat storage module necessary. As a result, the assembly and material costs are significantly reduced.

Das Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in Zeichnung 1. und 2. erläutert.The embodiment of the invention is explained in drawings 1. and 2.

Zeichnung 1: Aufbau des LatentwärmespeichersDrawing 1: Structure of the latent heat storage

Zeichnung 2: Beispiel für den Einbau des Latentwärmespeichers in einen Warmwasserspeicher.Drawing 2: Example of installation of the latent heat storage into a hot water tank.

Zeichnung 1drawing 1

Der Latentwärmespeicher besteht aus einem Rohr (3) dass zu einem Teil aus dem Wärmeträgermedium (2) herausragt, dessen Länge größer als die Höhe h sein muss. Die Höhe h ist die Höhendifferenz zwischen den Oberflächen von Wärmeträgermedium und Wärmespeichermedium. Sie ist abhängig von dem Dichteverhältnis von Wärmespeichermedium (1) und Wärmeträgermedium sowie von der Höhe der gesamten Flüssigkeitssäule des Wärmespeichermediums. Wärmeträgermedium und Wärmespeichermedium dürfen nicht ineinander löslich sein. Liegt die Temperatur von Wärmeträger – und Wärmespeichermedium unterhalb der Schmelztemperatur des Wärmespeichermediums, so ist das Wärmespeichermedium fest. Ist die Temperatur des Wärmeträgermediums größer als die des Wärmespeichermediums, so findet ein Wärmetransport vom Wärmeträgermedium durch die Wand des Latentwärmespeichermoduls in das Wärmespeichermedium statt. Der Teil des Wärmespeichermediums, der über die Oberfläche des Wärmeträgermediums herausragt, wird durch konvektiven Wärmetransport der feuchten Luft erwärmt, die sich über dem Wärmeträgermedium befindet. Erreicht das Wärmespeichermedium seinen Schmelzpunkt, so geht es vom festen- in den flüssigen Aggregatzustand über. Ist das Wärmespeichermedium flüssig, so stellt sich ein hydrostatisches Gleichgewicht zwischen dem Wärmeträgermedium und dem Wärmespeichermedium ein.The latent heat storage consists of a tube ( 3 ) that partly from the heat transfer medium ( 2 ) protrudes, the length of which must be greater than the height h. The height h is the height difference between the surfaces of the heat transfer medium and the heat storage medium. It depends on the density ratio of the heat storage medium ( 1 ) and heat transfer medium and the height of the entire liquid column of the heat storage medium. The heat transfer medium and heat storage medium must not be soluble in each other. If the temperature of the heat transfer medium and heat storage medium is below the melting temperature of the heat storage medium, the heat storage medium is fixed. If the temperature of the heat transfer medium is higher than that of the heat storage medium, heat is transported from the heat transfer medium through the wall of the latent heat storage module into the heat storage medium. The part of the heat storage medium that protrudes above the surface of the heat transfer medium is heated by convective heat transport of the moist air that is located above the heat transfer medium. When the heat storage medium reaches its melting point, it changes from the solid to the liquid state. If the heat storage medium is liquid, a hydrostatic equilibrium is established between the heat transfer medium and the heat storage medium.

Das Rohr des Latentwärmespeichermoduls muss so weit über die Flüssigkeitsoberfläche des Wärmeträgermediums hinausragen, dass das Wärmespeichermedium nicht am oberen Ende des Latentwärmespeichermoduls überläuft. Ist das Wärmespeicher medium flüssig, so steigen Gasblasen, die sich unterhalb des Wärmespeichermediums gesammelt haben durch den Innenraum des Latentwärmespeichermoduls auf. Kondensiertes Wärmeträgermedium dass sich auf dem Wärmespeichermedium im oberen Ende des Latentwärmespeichers befindet, kann durch das flüssige Wärmespeichermedium nach unten sinken. Um dem Wärmespeichermedium seine Wärme zu entziehen, wird die Temperatur des Wärmeträgermediums unter die Temperatur des Wärmespeichermediums gesenkt. Dadurch entsteht ein Wärmestrom aus dem Wärmespeichermedium in das Wärmeträgermedium. Sinkt die Temperatur des Wärmespeichermediums unter seine Schmelztemperatur, so beginnt es an der Wand des Latentwärmespeichermoduls zu erstarren. Dabei verringert das Wärmespeichermedium sein Volumen. Diese Volumenänderung des Wärmespeichermediums wird durch einströmendes Wärmeträgermedium am unteren Ende des Latentwärmespeichermoduls und durch einströmende Luft am oberen Ende des Latentwärmespeichermoduls ausgeglichen.The tube of the latent heat storage module must protrude so far beyond the liquid surface of the heat transfer medium that the heat storage medium does not overflow at the upper end of the latent heat storage module. If the heat storage medium is liquid, gas bubbles that have collected below the heat storage medium rise through the interior of the latent heat storage module. Condensed heat transfer medium that is located on the heat storage medium in the upper end of the latent heat storage medium can sink downward through the liquid heat storage medium. In order to extract its heat from the heat storage medium, the temperature of the heat transfer medium is lowered below the temperature of the heat storage medium. This creates a heat flow from the heat storage medium into the heat transfer medium. If the temperature of the heat storage medium drops below its melting temperature, it begins on the wall of the latent heat solidify memory module. The heat storage medium reduces its volume. This change in volume of the heat storage medium is compensated for by the inflowing heat transfer medium at the lower end of the latent heat storage module and by inflowing air at the upper end of the latent heat storage module.

Zeichnung 2drawing 2

Das Latentwärmespeichermodul (4) kann in einem isolierten Warmwasserspeicher (1) eingebaut werden. Es können auch mehrere Latentwärmespeichermodule in den isolierten Warmwasserspeicher installiert werden. Die Latentwärmespeichermodule sind vom Wärmeträgermedium (5) umgeben und ragen über die Oberfläche des Wärmeträgermediums hinaus. Das Wärmeträgermedium wird durch einen Wärmetauscher im Solarkollektorkreislauf (3) erwärmt und überträgt die Wärme auf das Latentwärmespeichermodul. Auf diese Weise werden die Latentwärmespeichermodule aufgeladen. Das Brauchwasser wird durch das Wärmeträgermedium in einem Wärmetauscher (2) erwärmt. Die dafür benötigte Energie wird von den Latentwärmespeichermodulen durch das Wärmeträgermedium und den Wärmetauscher (2) auf das Brauchwasser übertragen.The latent heat storage module ( 4 ) can be stored in an insulated hot water tank ( 1 ) to be built in. Several latent heat storage modules can also be installed in the insulated hot water storage tank. The latent heat storage modules are from the heat transfer medium ( 5 ) surround and protrude beyond the surface of the heat transfer medium. The heat transfer medium is through a heat exchanger in the solar collector circuit ( 3 ) heats and transfers the heat to the latent heat storage module. In this way, the latent heat storage modules are charged. The process water is fed through the heat transfer medium in a heat exchanger ( 2 ) warmed. The energy required for this is provided by the latent heat storage modules through the heat transfer medium and the heat exchanger ( 2 ) transferred to the domestic water.

Claims

Latent heat storage module consists of a vertically arranged open at both ends Pipe partially with a heat storage medium filled is and the heat through the transition of the Heat storage medium from solid to liquid Physical state saves.

Part of the latent heat storage module is located yourself in a bath from a liquid Heat transfer medium. Heat transfer medium and the heat storage medium are in the liquid State in hydrostatic equilibrium, so that the heat storage medium cannot escape from the pipe.