DE2131243A1 - Waermespeicher mit fliessbarem Waermetraeger - Google Patents

Waermespeicher mit fliessbarem Waermetraeger

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DE2131243A1
DE2131243A1 DE19712131243 DE2131243A DE2131243A1 DE 2131243 A1 DE2131243 A1 DE 2131243A1 DE 19712131243 DE19712131243 DE 19712131243 DE 2131243 A DE2131243 A DE 2131243A DE 2131243 A1 DE2131243 A1 DE 2131243A1
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Germany
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heat
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heat transfer
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flowable
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Application number
DE19712131243
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Inventor
Nikolaus Laing
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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24HFLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H7/00Storage heaters, i.e. heaters in which the energy is stored as heat in masses for subsequent release
    • F24H7/02Storage heaters, i.e. heaters in which the energy is stored as heat in masses for subsequent release the released heat being conveyed to a transfer fluid
    • F24H7/04Storage heaters, i.e. heaters in which the energy is stored as heat in masses for subsequent release the released heat being conveyed to a transfer fluid with forced circulation of the transfer fluid
    • F24H7/0408Storage heaters, i.e. heaters in which the energy is stored as heat in masses for subsequent release the released heat being conveyed to a transfer fluid with forced circulation of the transfer fluid using electrical energy supply
    • F24H7/0433Storage heaters, i.e. heaters in which the energy is stored as heat in masses for subsequent release the released heat being conveyed to a transfer fluid with forced circulation of the transfer fluid using electrical energy supply the transfer medium being water

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Description

  • Wärmespeicher mit fließbarem Wärmeträger Die Erfindung bezieht sich auf ein Speichergerät, in welchem Speichermassen, die Kristallisationswärme aufzunehmen vermögen, mit Wärmetauschern für fließbare Wärmeträger in wärmeleitender Verbindung stehen. Solche Wärmespeicher können beispielsweise als Blockspeicher für Zentralheizungsanlagen Verwendung finden, bei denen ein Zeitintervall zwischen der Energieeinspeisung und dem Wärmeentzug liegt.
  • In der Praxis herrschen Blockspeicher vor, bei denen ein Speichermaterial hoch aufgeheizt wird und nur fühlbare Wärme speichert. Da der Wärmeinhalt dem Produkt aus Speichermassengewicht mal der obertemperatur proportional ist, bildet die Temperatur ein unmittelbares Ma3 für die jeweils noch gespeicherte Energie.
  • Es sind auch Blockspeicher vorgeschlagen worden, bei denen die Speicherung der Wärme nicht in Forin fühlbarer, sondern zumindest zum größten Tei] in Borm latenter Enelagie erfolgt.
  • Der jeweilige Ladezustand derartiger Speicher kann über die Temperatur nicht ermittelt werden, da bei der Kristallisationstemperatur definitionlsgemäß sowohl geschmolzene als auch kilstallisierte Speichermasse bestehen kann. Da das Bedürfnis besteht, den Speicher auch nach teilweiser Entladung wieder aufzufüllen, müssen komplizierte Steuergeräte, mit denen die Dichteänderung der Speichermasse gemessen wird, als Laderegler herangezogen werden. Auch ist die Wärmeabgabe bei der Entladung sehr ungleicliinäßig, denn am Anfang der Entladung befinden sich alle vom Wärmeträger durchströmten Wärmetauschelemente, z. B.
  • Rohrschlangen mit flüssig geladener Speichermasse, in wärmeleitendem Kontakt, wtihrend nach und nach immer mehr Wärme tauschoberfläche von ausgefrorenen Schichten der Speichermasse bedeckt wird, die aufgrund ihres Wärmewiderstandes einen Temperatursprung zwischen der flüssigen Speichermasse und dem Wärmeträger verl sachen. Auch entwickeln erstarrte Speichermassen beim Wiederaufschmelzen sehr hohe Drücke, durch welche die Wärmetauscher, die in der Regel aus dünnwandigem Rohr gebildet werden, Verformungen erleiden.
  • Die Erfindung vermeidet die Nachteile dieser Systeme, indem sie die Speichermasse In mehrere unabhängige Speicherkörper unterteilt, denen jeweils ein als Wärmequelle und Wärmesenke dienender Wärmetauscher zugeordnet ist. Die Wärmetauscher der Erfindung sind als Platten aufgebaut und schließen zwischen sich Wärmespeicherkörper beliebiger Abmessungen, jedoch definierter Stärke ein. Als Speichermasse sieht die Erfindung Substanzen vor, die Eristallisationswarme beim Phasenübergang von einer Festphase in eine solche höherer Enthropie aufnehmen können, oder schmelzbare Speichermassen, bevorzugt solche, die ein Gerüst enthalten, welches der schmelzbaren Hasse auch oberhalb der Schmelztemperatur Feststoffcharakter verleiht, so daß unabhängig von der geodätischen Höhenerstreckung des Gerätes keine hydrostatischen Drücke aufgebaut werden. Die Dicke der Speicherkörper wird durch die Wärmeleitfähigkeit der Speichermasse und der verfügbaren Lade- bzw. Entladegeschwindigkeit bestimmt und so gewählt, daß bei Einspeisung der Wärme von beiden Sciten die Phasenumwandlung sich auch in der PlittelschichL innerhalb der vorgegebenen Zeit vollzieht. Zur Wärmeeinspeisung dienen aus Metall ausgebildete Wärmetauschplatten, die mit der Wärmequelle, z. B. elektrischen Widerstandsheizelementen, oder den Heizrohren eines lieißölkreislaufs in wärmeleitendem Kontakt stehen. Ebenso stehen diese Platten mit einem zweiten Kanalsystem, welches einen fließbaren Wcbrmeträger aufnimmt und zur Entladung des Speichers dient, iii ic;irmt leitender Verbindung. Durch geeignete Einrichtungen ist dieser Wärmeträgerkreislauf so geschaltet, daß gleichzeitig jeweils immer nur eine einzelne Platte zum Wärmetausch herangezogen wird. Dies kann dadurch erfolgen, daß ein verdampfender Wärmeträger,z. B. Wasser in das Kanalsystem der ersten Platte eingefüllt wird. Erst nachdem die gesamte latente Energie der mit dieser Platte in Wärmekontakt stehenden Speichermasse entzogen wurde, wird kein Dampf mehr gebildet, so daß sich das innere Kanalsystem mit Wasser füllt.
  • Sobald das' Wasser den höchsten Punkt der Kanäle in der Platte erreicht hat, erfolgt ein Überströmen in die nächste Platte, so daß diese und darauf erst die nächste völlig entladen wird.
  • Für die Iladeregelung genügt nunmehr ein Temperaturfühler an jeder Platte. Die Temperatur der entladenen Platte liegt unterhalb der Siedetemperatur des Wassers beim jeweils herrschenden Druck, die der nicht entladenen Platte oberhalb der Kristallisationstemperatur der Speichermasse. Die Entladung erfolgt bei dem erfindungsgemäßen Speicher kaskadenförmig. Da die Speicherplatten selbst auch einen gewissen Wärmewiderstand besitzen, beginnt mali mit der Entladung von den beiden parallel zu den Platten verlaufenden Enden des Blockspeichers. Die Entladung schreitet zur Mitte hin fort und die mittleren Speicherplatten werden nur in den seltensten Fällen, in denen die gesamte Speicherkapazität benötigt wird, entladen.
  • Speicher nach der Erfindung lassen sich wie Gliederheizkessel durch hneinandernippeln identischer Elemente an Ort und Stelle montieren. Sollen flüssige Wärmespeicher,beispielsweise das Zirkulationswasser einer Zentralheizung oder Sanitärwasser erhitzt werden, so sieht die Erfindung bevorzugt ein ober-,alb der Speicherplatten liegendes Kondensatgefäß vor, in welchem z. B. eine vom Heizungswasser durchflossene Rohrschlange angeordnet ist. Das Kondensat des Speicherwärmeträgers sammelt sich in dem Gefäß und karin ventilgesteuert unter Schwerkraft einfluß wieder in die Warmet.luscilI)latten zurück laufen. Der vom Ventil durcbgelassene Massenstrom ist dem Wärmestrom proportional, der durch diesen Massenstrom der Speichermasse entzogen wird.
  • Die erfindungsgemäße Unterteilung in unabhängige, automatisch nacheinander sich entladende Elemente ist nicht auf plattenformige Einheiten beschränkt.
  • Die Erfindung soll anhand von Figuren beschrieben werden.
  • Figur 1 zeigt einen erfindungsgemaßen Blockspeicher im Querschnitt.
  • Figur 2 zeigt den gleichen Blockspeicher längs der Querschnittlinien 11/11 in Figur 1.
  • Figur 3 zeigt eine Speicherplatte gem. Figur 4, Schnittlinie IV/IV im Schnitt.
  • Figur 4 zeigt eine Ansicht der Speicherplatte gemäß Figur 3.
  • Figur 1 zeigt einen Längs- und Figur2 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Blockspeicher. Innerhalb einer starkwandigen Isolation 1 sind die Speicherplatten 2, 2' und 2" angeordnet. Im oberen Bereich befindet sich ein Eondensatorgefäß 3, dessen oberer Bereich über eine Dampfleitung 4 und dessen unterer Bereich über eine Flüssigkeitsleitung 5 mit dem Inneren der Speicherplatten 2 kommuniziert. Durch Öffnen des Ventils 6 dringt Kondensat 9 in die erste Speicherplatte ein und erzeugt im Inneren des Kanalsystems Dampf, welcher durch die Leitung 4 in das Kondensatorgefäß 3 eintritt.
  • Eine Rohrschlange 7 wird vom aufzuheizenden Wärmeträger, z. B.
  • Wasser einer Zentralheizungsanlage durchströmt und bewirkt die Kondensation des dampfförmigen Wärmeträgers. Dieses IXndensat 9 läuft wieder in das System zurück.
  • Wenn das Kanalsystem der Speicherplatte 2 bis zur Verbindungsleitung 8 gefüllt ist, läuft Kondensat von der ersten Platte in die zweite Platte 2', um erst dann, wenn diese ganz gefüllt und damit völlig geladen ist, in die nächste Platte überzutreten.
  • Figur 3 zeigt eine erfindungsgemäße Speicherplatte im Schnitt.
  • Die Speichermasse 70 befindet sich in prismatischen Behältern 31. Eine Wandung 32 dieser Speicnerbehälter bildet zusammen mit einem darau-f unlösbar verbundenen Blech 33 nach außen weisende Kanäle 34, denen die Wärme durch die Leitfähigkeit des Bleches zugeführt wird. Diese Kanäle ragen in Sicken 35 der benachbarten Wärmetauschplatten hinein. In Einbuchtungen 36 befinden sich elektrische Heizelemente 37, die zur Aufladung der Speichermasse 30 dienen.
  • Figur 4 zeigt eine Ansicht der Speicherplatte gemäß Figur 3.
  • Alle Kanäle 33 kommunizieren mit der Verbindungsleitung 8.
  • Nur über diese Verbindungsleitung 8 kommunizieren benachbarte Platten miteinander. Die elektrische Heizung 37 besteht aus gestreckten oder gebogenen Keramik-Röhren 38 und 38' und verläuft mäanderförmig durch die Einbuchtungen 36.
  • Zur Aufladeregelung hat jede Speicherplatte einen nicht gezeigten Temperaturschalter, dessen Abschalttemperatur oberhalb der Speicherkristallisationstemperatur und dessen Wiedereinschalttemperatur unterhalb der Verdampfungstemperatur des flüssigen Wärmeträgere liegt.
  • Im Anfang der Wiederaufladung wird das oberhalb der Kanäle 33 der entladenen Platte befindliche Kondensat, dessen Gewicht durch Kleinhaltung der Kanalquerschnitte nur sehr gering ist, verdampft. Bei sehr großen Anlagen kann das Kondensat auch durch eine nicht gezeigte Pumpe wieder in den Kondensatbehälter geleitet werden.

Claims (5)

Patentansprüche
1. Wärmespeichergerät mit fließbarem Wärmeträger, bestehend aus einem Behälter für Speichermasse, der mit Speichermasse gefüllt ist, die Wärmeenergie im wesentlichen in Form von Kristallisationsenergie abzugeben in der Lage ist, WärmetauschflächenJdie mit einer Aufheizeinrichtung, z. B. einem elektrischen Heizwiderstand oder einem von einem heißen weiteren Wärmeträger durchströmten Rohr und der Speichermasse in gut wärmeleitender Verbindung stehen und Eanälen, die vom ersten fließbaren Wärmeträger zum Zwecke der Entladung durchströmt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät aus mehreren gleichartigen Elementen besteht, die neben und/oder übereinander angeordnet sind und deren Kanalsysteme miteinander kommunizieren und in Reihe geschaltet sind, so daß der fließbare Wärmeträger erst nach vollständiger Füllung eines ersten Elementes in ein weiteres eintritt.
2. Wärmespeichergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Siedetemperatur des fließbaren Wärmeträgers unterhalb der Kristallisationstemperatur liegt.
3. Wärmespeichergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine wärmeverteilende, mit der Speichermasse in wärmeleitender Verbindung stehende, Metallfläche sowohl mit dem Heizelement als auch mit den den flüssigen Wärmeträger aufnehmerden Kanälen in gut wärmeleitendem Kontakt steht.
4. Wärmespeichergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der Speicherelemente ein Vorratsgefäß für fließbare Wärmeträger angeordnet ist, welches über ein Ventil mit den Kanälen im Speicherkörper kommuniziert.
5. Als Blockspeicher aufgebautes Wärmespeichergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß plattenförmig ausgebildete Speicherelemente nebeneinander angeordnet sind, deren Kanalsysteme am höchsten Punkt miteinander kommunizieren und daß der flüssige Wärmeträger nur in einer oder einer Gruppe von Platten eingeleitet wird und damit erst in die nächste Platte übergeht, wenn das ganalsystem der ersten Platte gefüllt ist.
L e e r s e i t e
DE19712131243 1971-06-24 1971-06-24 Waermespeicher mit fliessbarem Waermetraeger Pending DE2131243A1 (de)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2730406A1 (de) * 1976-07-09 1978-01-12 Laing Vorrichtungen und verfahren zur erhoehung der transportleistung von fernwaermenetzen
DE4036035A1 (de) * 1990-11-13 1992-05-14 Gerd Hoermansdoerfer Modularer latentwaermespeicher
EP1371910A2 (de) 2002-06-12 2003-12-17 MSR-Service für HKS-Anlagen Öl- und Gasbrenner GmbH Hausanschlussstation für Fernwärme

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2730406A1 (de) * 1976-07-09 1978-01-12 Laing Vorrichtungen und verfahren zur erhoehung der transportleistung von fernwaermenetzen
DE4036035A1 (de) * 1990-11-13 1992-05-14 Gerd Hoermansdoerfer Modularer latentwaermespeicher
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