DE2552698A1 - Waermespeicher - Google Patents

Description

• Wärmespeicher
• Die Erfindung betrifft einen Wärmespeicher mit großer Speicherkapazität, der insbesondere zur Speicherung von Sonnenenergie oder Abwärme bei technischen Prozessen geeignet ist.
• Dic Bemühungen zur Sicherung der Energieversorgung befassen sich in letzter Zeit besonders mit d3r Erfassung der in praktisch unbegrenzten Ausmaßen zur Verfügung stehenden Sonnenenergie bzw der Abwärme bei technischen Prozessen, wie z.B. die Abwärme von Atomreaktoren. Die Schwierigkeiten bei Nutzung dieser Energie liegen vor allen Dingen darin, daß die Wärmeenergie nur schlecht gespeiw chert werden kann. Das ist aber deswegwn wichtig, weil z.B. die Sonnenenergie in besonders großem Ausmaße in Zeiten zur Verfügung steht, wenn diese Energie gerade nicht gebrauc)it wird.
• Es sind deswegen schon verschiedene Speicher vorgeschlagen worden, die sich in drei Gruppn einteilen lassen.
• 1-. Reine Flüssigkeitsspeicher, in denen die spezifische Tlärma der Flüssigkeiten zur Speicherung aus genutzt wird.
• 2. Reine Festkörperspeicher, in denen die speGsifische Wärme des Festkörpermaterials zur Speicherung ausgenutzt wird.
• 3. Latentwärmespeicher, in denen die Schmelzwärme von Materialien, die in dem gewünschten Temperaturbereich einen Phasenwechsel vollziehen, insbesondere einen Wechsel von dem festen in den flüssigen Zustand, für den Speicherzweck ausgenutzt wird.
• Alle drei Speichertypen weisen jedoch größere Mängel auf. So benötigen z.B. die Flüssigkeitsspeicher ein sehr großes Volumen, wie das Beispiel eines Wassertanks mit einem Inhalt von 42 m3 für die Wärmeversorgung eines Hauses zeigt, wobei dieser Speicher die erforderliche Wärme nur für eine Zeitdauer von etwa sieben Tagen zu speichern in der Lage ist.
• Die Festkörperspeicher haben den Nachteil, daß die in ihnen gespeicherte Wärme nur unter Einsatz aufwendiger technischer Systeme, wie z.B. Ventilatoren, Wärmepumpen usw. an ein Transportmedium abgegeben werden kann.
• Bei den Latentwärmespeichern bestehen ebenfalls erhebliche Transportprobleme, die noch dadurch verstärkt werden, daß bei Wärmeentnahme aus dem Speicher die Schichten, die in Kontakt mit dem Leitungssystem stehen, in dem sich das Transportmedium befindet, sich sehr schnell in ihrem Wärmeleitverhalten bcim Übergang in die feste Phase verschlechtern. in diesem Zustand verhalten sie sich wie die Feste körperspeicher und weisen dementsprechend deren NachteJ>e auf. Ein besonderer Vorteil der Latentwärmespeicher ist andererseits in ihrer großen Speicherkapazität zu sehen.
• Aufgabe der Erfindung ist es, einen Wärme speicher anzugeben, der die große Speicherkapazität des Latentllärmespeichers mit den günstigen Eigenschaften des Flüssigkeitsspeichers bezüglich des Wärmetransportes verbindet.
• Erfinoungsgemäß ist diese Aufgabe mit einem Wärnespeicher zu lösen, der dadurch gekennzeichnet ist, daß ein vorzugsweise gut isolierter Speicherbehälter, der niit einem Leitungssystem für ein Wärmetransport medium ausgerüstet ist, mit einer Schüttung aus einer Vielzahl von Bohlkörpern, die ein Phasenwechselmaterial enthalten, und einer Speicherflüssigkeit angefüllt ist.
• Das Volumenverhältnis der Hohlkörper zu der Speicherflüssigkeit sollte etwa bei 1 : 1 liegen. Die Hohlkörper, die das Phasenwechselmaterial enthalten, können kugel- und/oder linsenförmig ausgebildet sein. Es ist natürlich auch möglich, zylindrische Körper mit entsprechenden Querschnitten für das Phasenwechselmaterial zu verwenden. Es ist zweckmäßig, die Hohlkörper aus einem elastischen Material zu fertigen Besonders günstig ist es, wenn das spezifische Gewicht der Hohlkörper mit dem in ihnen enthaltenen Phasenwechselmaterial etwa dem spezifischen Gewicht der Speicherflüssigkeit entspricht. Das Leitungssystem in dem Speicherbehälter kann aus wärmebeständigen, flexiblen Schläuchen bestehen, die sich den Zwischenräumen zwischen den Hohlkörpern gut anpassen.
• Die Speicherkapazität eines derartigen Wärmespeichers liegt je nach Betriebsbedingungen und bei geeigneter Auswahl das Phasenwechselmaterials bis zu 100% über der Kapazität eines reinen Flüssisgkeitsspeichers mit gleichem Volumen, wobei die Abführung der Wärme aus dem Speicher an den Verwendungsort genauso leicht möglich ist wie bei einem reinen Flüssigkeitsspeicher. Das liegt daran, daß bei der Wärmeentanhme die Energie zunächst der Speicherflüssigkeit des Speichers entzogen wird, dic ihrerseits mit der dem Latentspeicher eigenen großen Zeitkonstante aus der Energie des Phasenwechselmaterials wieder aufge heizt wird. Dabei kommt dem Speicher die große Wärmemenge, die in Forn der Schmalzwärme in dem Phasenwechselmaterial enthalten ist, zugute Nach dem Absinken der Temperatur des Gesamtsystems unter die Schmelztemperatur des Phasenwechselmaterials arbeitet der Speicher ähnlich einem kombinatierten Festkörper-/Füssigkeitswärmespeicher.
• Als Phasenwechselmaterial kommen insbesondere ICohlenwasserstoff oder Salzgemische infrage.
• In den beigefügten Zeichnungen ist ein Beispiel für einen Wärmespeicher nach der Erfindung dargestellt, und zwar zeigen: Figur 1 einen Schnitt durch einen derartigen Wärmespeicher und die Figuren 2 und 3 Ausführungsformen für die Hohlkörper, die zur Füllung des Speichers verwendet werden können.
• Der Speicherbehälter 11, der eine Wärmeisolation 12 aufueist, ist mit einer Vielzahl von kugelförmigen Hohlkörpern 13 angefüllt, zwischen denen ein Leitungssystem 14 für ein Wärmetransportmedium verlegt ist Die verbleibenden Hohlräume des Speicherbehälters 11 sind mit einer (nicht besonders dargestellten) Speicherflüssigkeit aufgefüllt. Die Hohlkörper 13 weisen eine aus vorzugsweise elastischem Material gefertigte Wandung 21 bzw. 31 auf und sind mit einen Phasenwechselmaterial 22 bzw. 32 gefüllt, das so ausgewählt ist, daß seine Schmelztenperatur möglichst an der oberen Grenze des Temperaturbereichs liegt, in dem der Speicher arbeiten soll. Falls erforderlich9 wegen der Ausdehnungseigenschaften der verwendeten Materialien, können die Hohlkörper nur so weit mit dem Phasenwechselmaterial 22 bzu. 32 gefüllt sein, daß ein Gaspuffer 23 bzw. 33 in den Hohlkörpern verbleibt.
• Die Wirtschaftlichkeit des Speichers nach der Erfindung ergibt sich aus der Tatsache, daß er lediglich aus einem isolierten Tank und aus einer großen Menge eines einzelnen Grundelements besteht, das bei Großserienproduktion sehr billig hergestellt werden kann Dic Anforderungen an die verwendeten Materialien sind gering und die Materialpreise außerordentlich niedrig. Außer den Einbaukosten des Tanks fallen nur einfache Montagearbeiten an, die von relativ ungeübten Kräften durchgeführt erden können.
• - Patentansprüche - L e e r s e i t e

Claims (7)

1. a a t e n t a n s p r ü o h c 1. Wärmespeicher mit großer Speicherkapazität, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daB ein vorzugsweise gut isolieter Speicherbehälter (11), der mit einem Leitungssystem (14) für ein Wärmetransportmedium ausgerüstet ist, mit einer Schüttung aus einer Vielzahl von Hohlkörpern (13), die ein Phasenweckselmaterial (22, 23) enthalten, und einer Speicherflüssigkeit angefüllt ist.
2. 2. Wärmespeicher nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t, daß das Volumenverhältnis der Hohlkörper (13) zur Speicherflüssigkeit etwa 1:1 ist.
3. 3. Wärmespeicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c n -n e t, daß die Hohlkörper (13) Kugeln (21) sind.
4. 4. Wärme speicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t, daß das Hohlkörper (13) linsenförmig (31) ausgebildet sind.
5. 5. Wärmespeicher nach Anspruch 3 oder 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß das Hohlkörper (13) aus einem elastischen Material gefertigt sind,
6. 6. Wärmespeicher nach mindestens einer der Ansprüche 3 bis 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß d.s spezifische Gewicht der Hohlkörper (13) mit dem in ihnen enthaltenen Phasewechselmaterial (22, 32) etwa dem spezifischen Gewicht der Speicherflüssigkeit entspricht.
7. 7. Wärmespeicher nach mindestens einen der Ansprüche 1 bis 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß das Leitungssystem (14) aus Wärmebeständigen, flexiben Schläuchen besteht.