DE2552698B2

DE2552698B2 -

Info

Publication number: DE2552698B2
Application number: DE2552698A
Authority: DE
Inventors: Lothar 2807 Achim-Bierden Schilf
Original assignee: Erno Raumfahrttechnik 2800 Bremen GmbH
Current assignee: Erno Raumfahrttechnik 2800 Bremen GmbH
Priority date: 1975-11-25
Filing date: 1975-11-25
Publication date: 1980-04-17
Also published as: DE2552698A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmespeicher mit großer Speicherkapazität, der insbesondere zur Speicherung von Sonnenenergie oder Abwärme bei technischen Prozessen geeignet ist.

Die Bemühungen zur Sicherung der Energieversorgung befassen sich in letzter Zeit besonders mit der 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 gespeichert werden kann. Das ist aber deswegen wichtig, weil z. B. die Sonnenenergie in besonders großem Ausmaße in Zeiten zur Verfügung steht, wenn diese Energie gerade nicht gebraucht wird.

Es sind deswegen schon verschiedene Speicher vorgeschlagen worden, die sich in drei Gruppen einteilen lassen.

1. Reine Flüssigkeitsspeicher, in denen die spezifische Wärme der Flüssigkeiten zur Speicherung ausgcnutzt wird.

2. Reine Festkörperspeichcr, in denen die spezifische Wärme des Festkörpermatenals zur Speicherung ausgenutzt wird.

3. Latentwärmespeicher, in denen die Schmelzwärme von Materialien, dir· in dem gcv inschten Temperaturbereich einen Phascnwechs·! vollziehen, insbesondere einen Wechsel von dem festen in den

flüssigen Zustand, für den Speiciierzweck 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 vcn 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. Ventilato ren, Wärmepumpen usw. an ein Transportmedium

abgegeben werden kann.

Bei den Latentwärmespeichem 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 beim Obergang in die feste Phase verschlechtern. In diesem Zustand verhalten sie sich wie die Festkörperspeicher und weisen dementsprechend deren Nachteile auf. Ein besonderer Vorteil der Latentwärmespeicher ist andererseits in ihrer großen Speicherkapazität zu sehen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Wärmespeicher anzugeben, der die große Speicherkapazität des Latentwärmespeichers mit den günstigen Eigenschaften des Flüssigkeitsspeichers bezüglich des Wärmetransportes verbindet

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe mit einem Wärmespeicher mit einem wärmeisolierten Speicherbehälter, der mit einem Leitungssystem für ein Wärmetransportmedium ausgerüstet ist und ein Phasenwechselmaterial enthält, zu lösen, der daJurch gekennzeichnet ist, daß der Speicherbehälter mit einer Schüttung aus einer Vielzahl von das Phasenwechselmaterial enthaltenden Hohlkörpern und einer Speicherflüssigkeit angefüllt ist

Das Volumenverhältnis der Hohlkörper zu der Speicherfiüssigkeit 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. Brsonders günstig ist es, wenn das spezifische Gewicht der Hohlkörper mit dem in ihnen enthaltenen Phasenwechselmaterial etwa dem spezifischen Gewicht der Speicherfiüssigkeit entspricht. Das Leitungsssystem 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 des Phasenwechsclmaterials bis zu 100% über der Kapazität eines reinen Flüssigkeitsspeichers 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 Wärmeentnahme die f'nergie zunächst der Speicherfiüssigkeit des Speichers entzogen wird, die ihrerseits mit der dem Latentspeicher eigenen großen Zcitkon stante aus der Energie des Phasenwcchselmaterials

wieder aufgeheizt wird. Dabei kommt dem Speicher die große Wärmemenge, die in Form der Schmelzwärme in dem Phasenwechselmaterial enthalten ist, zugute. Nach dem Absinken der Temperatur des Gesamtsystems unter die Schmelztemperatur des Phasenwechselmaterials arbeitet der Speicher ähnlich einem kombinierten Festkörper-ZFIüssigkeitswärmespeicher.

Als Phasenwechselmaterial kommen insbesondere Kohlenwasserstoff- oder Salzgemische infrage.

In den Zeichnungen ist ein Beispiel für einen Wärmespeicher nach der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch einen derartigen Wärmespeicher und die

Fig. 2 und 3 Ausführungsformen für die Hohlkörper, die zur Füllung des Speichers verwendet werden können.

Der Speicherbehälter 11, der eine Wärmeisolation 12 aufweist, 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 einem Phasenwechselmaterial 22 bzw. 32 gefüllt, das so ausgewählt ist, daß seine Schmelztemperatur möglichst an der oberen Grenze des Temperaturbereichs liegt, in dem der Speicher arbeiten soll. Falls erforderlich, wegen der Ausdehnungseigenschaften der verwendeten Materialien, können die Hohlkörper nur so weit mit dem Phasenwechselmaterial 22 bzw. 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. Die 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 werden können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Wärmespeicher mit einem wärmeisolierten Speicherbehälter, der mit einem Leitungssystem für ein Wärmetransportmedium ausgerüstet ist und ein Phasenwechselmaterial enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherbehälter (11) mit einer Schüttung aus einer Vielzahl von das Phasenwechselmaterial (22, 32) enthaltenden Hohlkörpern (13) und einer Speicherfiüssigkeit angefüllt ist.

2. Wärmespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumenverhältnis der Hohlkörper (13) zur Speicherflüssigkeit etwa 1 :1 ist.

3. Wärmespeicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkörper (13) Kugeln sintr-

4. Wärmespeicher nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkörper (13) linsenförmig ausgebildet sind.

5. Wärmespeicher nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkörper (13) aus einem elastischen Material gefertigt sind.

6. Wärmespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet, daß das spezifische Gewicht der Hohlkörper (13) mit dem in ihnen enthaltenen Phasenwechselmaterial (22, 32) etwa dem spezifischen Gewicht der Speicherflüssigkeit entspricht

7. Wärmespeicher nach einem der Ansprüche I bis

6, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitungssystem (14) aus wärmebeständigen, flexiblen Schläuchen besteht.