DE2643895A1

DE2643895A1 - Solar collector based on Glauber's salt contg. borax - thickened with amorphous silica, preventing storage capacity loss through sedimentation

Info

Publication number: DE2643895A1
Application number: DE19762643895
Authority: DE
Inventors: Georg Grubmueller; Christa Pritsching
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-09-29
Filing date: 1976-09-29
Publication date: 1978-03-30

Abstract

Solar collector system uses Glauber salt, Na2SO4.10H2O, as latent heat store, with the addn. of borax as crystallisation nucleating agent and a thickener. The Glauber salt contains 2-7, (3-4)% amorphous SiO2 with a particle size is not >20 nm. as thickener and 20% excess water. This thickener prevents sedimentation into a lower layer of dense anhydride, a middle layer of Glauber salt and an upper layer of satd. soln., which reduces the storage capacity of the Glauber salt. Its action depends on the formation of a hydrophilic gel when the Glauber salt melts. Unlike conventional thickeners, it does not undergo ageing, since the excess water forms a protective sheath. At a particle size of is not >12 nm., the excess water content of 8-10, esp. 9% and at is not >7 nm., 3-5 (4)% is pref.

Description

SonnenkollektorsystemSolar collector system

Die Erfindung bezieht sich auf ein Sonnenkollektorsystem mit Glaubersalz Na2SO4.10 H20 als Latent-Wärmespeicher, das einen Zusatz von Borax als Kristallisationskernbildungsmittel sowie ein Eindickmittel enthält.The invention relates to a solar collector system with Glauber's salt Na2SO4.10 H20 as latent heat storage, which contains an addition of borax as a nucleating agent as well as a thickener.

Unter der Bezeichnung Sonnenkollektoren sind Einrichtungen bekannt, die Sonnenstraßlen absorbieren, in Wärme umwandeln und mit Hilfe eines Energieträgers transportieren. Als Absorber dient im allgemeinen ein metallischer Wärmeaustauscher, der die absorbierte Strahlungswärme auf den Energieträger, beispielsweise Wasser oder Luft, überträgt, der die aufgenommene Wärme einem Wärmespeicher zuführt. Als Wärmespeicher kann Wasser verwendet werden, das in einem wärmeisolierten Behälter beispielsweise im Keller eines Hauses aufbewahrt wird und auf den die absorbierte Energie in einem Umlaufsystem übertragen wird. Zur Speicherung von Wärmeenergie, welche beispielsweise für die Warmwasserversorgung eines Hauses ausreichen soll, werden aber verhältnismäßig große Wassermengen benötigt.Facilities are known under the name of solar collectors absorb the sun rays, convert them into heat and with the help of an energy carrier transport. A metallic heat exchanger is generally used as the absorber, which transfers the absorbed radiant heat to the energy carrier, for example water or air, which supplies the absorbed heat to a heat store. as Heat storage can be used water that is in a thermally insulated container for example, is kept in the basement of a house and on which the absorbed Energy is transferred in a circulation system. For storing thermal energy, which should be sufficient for the hot water supply of a house, for example, but relatively large amounts of water are required.

Man hat deshalb schon Salzhydrate, beispielsweise Natriumhydrophosphat Na2HPO4.12 H20, für Solarspeicheranlagen verwendet.So you already have salt hydrates, for example sodium hydrophosphate Na2HPO4.12 H20, used for solar storage systems.

Ferner ist Natriumsulfat-Dekahydrat Na2SO4.10 H20, mit Zusätzen, beispielsweise Borax, als Wärmespeicher verwendet. In den bekannten Anlagen wird dieses sogenannte Glaubersalz mit den Zusätzen in einem Röhrensystem angeordnet, das vom Energieträger des Sonnenkollektors umströmt wird. Als Energieträger dient im allgemeinen Wasser, das mit Zusätzen versehen ist, die ein Gefrieren bei tiefen Temperaturen verhindern. Die aufgenommene Energie bringt das Glaubersalz in den Röhren zum Schmelzen. Da das Glaubersalz eine wesentlich größere Dichte hat als Wasser, haben Wärmespeicher mit solchen Salzhydraten ein entsprechend kleineres Volumen.Furthermore, sodium sulfate decahydrate is Na2SO4.10 H20, with additives, for example Borax, used as a heat store. In the known systems this is so-called Glauber's salt with the additives arranged in a pipe system, which is flowed around by the energy carrier of the solar collector. Serves as an energy source generally water with additives that prevent freezing at deep Prevent temperatures. The absorbed energy brings the Glauber's salt into the Tubes for melting. Because the Glauber's salt has a much greater density than Water, heat stores with such salt hydrates have a correspondingly smaller one Volume.

Die Schmelze des Glaubersalzes ist aler zeitweilig inkongruent, d.h. während des Schmelzens löst sich nicht alles Na2SO4-Salz in seinem Kristallwasser, sondern es verbleibt noch etwas wasserfreies Anhydrid ungelöst in der gesättigten Krirstallwasserlösung. Da das wasserfreie Anhydrid eine Dichte von 2,66 g/cm3, die gesättigte Lösung aber eine Dichte von nur 1,)3 g/cm3 besitzt, sinken die Anhydrid-Kristalle zu Boden. Kühlt die Schmelze wieder ab, so kristallisieren die gelösten Na2SO4-Moleküle unter Aufnahme von Kristallwasser wieder aus. Die schweren Kristalle am Boden des Behälters nehmen dagegen nur verfügbare Wassermoleküle aus ihrer unmittelbaren Umgebung auf. Infolgedessen geht nur die oberste Schicht der Na2SO4-Kristalle am Boden in das Dekahydrat über, wElrend der Rest als Anhydrid zurückbleibt. Es entstehen in dem Glaubersalz des Speichers somit 3 Schichten, nämlich das Anhydrid Na2SO4, das am Boden ve eibt. Darüber bilden sich die Na2SO4.10 H20-Kristalle und al oberste Schicht erhält man eine gesättigte Lösung von Glaubersalz Na2S04*10 H20. Das Wasser dieser gesättigten Lösung ist das übriggebliebene Kristallwasser der Anhydrid-Kristalle der untersten Schicht. Es ist bekannt, daß durch diese. Schichtenbildung die Speicherkapazität des Glaubersalzes herabgesetzt wird (Lorsch: CONSERVATION AND BETTER UTILIZATION OF ELECTRIC POWER BY MEANS OF THERMAL ENERGY STORAGE AND SOLAR HEATING, FINAL SUMMARY REPORT, University of Pennsylvania, July 31, 1973, Seiten 6-28 bis 6-38).The melt of the Glauber's salt is at times incongruent, i.e. During the melting process, not all of the Na2SO4 salt dissolves in its crystal water, rather, some anhydride still remains undissolved in the saturated one Crystal water solution. Since the anhydride has a density of 2.66 g / cm3, the saturated solution but has a density of only 1.3 g / cm3, the anhydride crystals sink to the ground. When the melt cools down again, the dissolved Na2SO4 molecules crystallize taking up water of crystallization again. The heavy crystals at the bottom of the Containers, on the other hand, only take available water molecules from their immediate surroundings on. As a result, only the top layer of Na2SO4 crystals at the bottom goes in the decahydrate over while the remainder remains as anhydride. It arise in 3 layers of the Glauber's salt of the reservoir, namely the anhydride Na2SO4, the on the ground. Above this, the Na2SO4.10 H20 crystals and al top form Layer you get a saturated solution of Glauber's salt Na2S04 * 10 H20. The water of this saturated solution is the remaining water of crystallization of the anhydride crystals the bottom layer. It is known that through this. Layering the storage capacity of Glauber's salt is reduced (Lorsch: CONSERVATION AND BETTER UTILIZATION OF ELECTRIC POWER BY MEANS OF THERMAL ENERGY STORAGE AND SOLAR HEATING, FINAL SUMMARY REPORT, University of Pennsylvania, July 31, 1973, pages 6-28 through 6-38).

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, diese Schichtenbildung beim Schmelzen des Glaubersalzes in einem Wärmespeicher eines Sonnenkollektorsystems wenigstens weitgehend auszuschließen. Es ist nun bereits bekannt, dem Glaubersalz Eindickmittel zuzusetzen, um eine vollständige Kristallisation beim Erstarren des Glaubersalzes zu erhalten. Die bekannten Eindickmittel zeigen jedoch Alterungserscheinungen.The invention is now based on the object of this layer formation when melting the Glauber's salt in a heat store a solar collector system at least largely to be excluded. It is already known, the Glauber's salt Add thickener to ensure complete crystallization when the To get Glauber's salt. The known thickeners, however, show signs of aging.

Es ist bekannt, daß durch eine Wasserhülle, die sich um die einzelnen Teilchen bildet, die Agglomerisation verhindert werden kann, d.h. es wird verhindert, daß sie sich zu gröberen Partikeln vereinigen. Die Erfindung besteht deshalb in einem Zusatz von 2 - 7 % amporpher Kieselsäure SiO2 als Eindickmittel mit einer Teilchengröbe von höchstens 20 nm und mit weniger als 20 % Wasserüberschuß. Vorzugsweise geeignet ist ein Gehalt an Kieselsäure von 2 1/2 - 6 % und insbesondere 3 - 4 96. Diese amorphe Kieselsäure wirkt, wenn das Glaubersalz schmilzt und verhindert dann die Sedimentation, indem es durch Anlagerung von freigesetztem Kristallwasser hydrophile Gele bildet. Beim Erstarren wird das Kristallwasser wieder chemisch gebunden.It is known that a layer of water that surrounds the individual Forms particles which agglomeration can be prevented, i.e. it is prevented that they combine to form coarser particles. The invention therefore consists in an addition of 2 - 7% amorphous silica SiO2 as a thickener with a Particle size of at most 20 nm and with less than 20% excess water. Preferably A silica content of 2 1/2 - 6% and in particular 3 - 4 96% is suitable. This amorphous silica works when the Glauber's salt melts and then prevents it sedimentation by becoming hydrophilic due to the accumulation of released crystal water Forms gels. When the crystal water solidifies, it is chemically bound again.

Durch den Wasserüberschuß bleibt eine schützende Wasserhülle um das Gel erhalten, die eine Teilchenvergrößerung und damit Alterung verhindert.Due to the excess of water, a protective layer of water remains around the Get gel that prevents particle enlargement and thus aging.

Mit einer Teilchengröße von 12 nm wird zweckmäßig ein Wasserüberschuß von etwa 8 - 10 % gewählt. Besonders günstig ist bei dieser Teilchengröße ein Wasserüberschuß von 9 %. Mit einer Teilchengröße von 7 nm beträgt der Wasserüberschuß nur etwa 3 - 5 96, insbesondere etwa 4 96.With a particle size of 12 nm, an excess of water is expedient chosen from about 8 - 10%. With this particle size, an excess of water is particularly favorable of 9%. With a particle size of 7 nm, the excess water is only about 3 - 5 96, especially around 4 96.

4 Patentansprüche4 claims

Claims

Claims 91.Jsunkollektorsystem with Glauber's salt Na2SO4IO H20 as latent heat storage, which contains an addition of borax as a nucleating agent and contains a thickener, characterized in that the Glauber's salt as Thickener 2 - 7% amorphous silica (silicon dioxide Silo2) with a particle size of not more than 20 nm and a water excess of less than 20%.

2. Solar collector system according to claim 1, characterized in that that the silica content of the Glauber's salt is 2 1/2 - 6%, preferably about 3 - 4%.

3. Solar collector system according to claim 1 or 2, characterized in that that with a particle size of at most 12 nm, the water excess is 8-10, in particular about 9%.

4. Solar collector system according to claim 1, characterized in that that with a particle size of at most 7 nm, the water excess is 3 - 5%, in particular about 4%.