DE2648699A1 - Waermespeicher - Google Patents

Waermespeicher

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DE2648699A1
DE2648699A1 DE19762648699 DE2648699A DE2648699A1 DE 2648699 A1 DE2648699 A1 DE 2648699A1 DE 19762648699 DE19762648699 DE 19762648699 DE 2648699 A DE2648699 A DE 2648699A DE 2648699 A1 DE2648699 A1 DE 2648699A1
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Reinhard Sasse
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D20/02Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat
    • F28D20/021Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat the latent heat storage material and the heat-exchanging means being enclosed in one container
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K5/00Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
    • C09K5/02Materials undergoing a change of physical state when used
    • C09K5/06Materials undergoing a change of physical state when used the change of state being from liquid to solid or vice versa
    • C09K5/063Materials absorbing or liberating heat during crystallisation; Heat storage materials
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Description

  • WRMESPEICIIER
  • Die Erfindung betrifft einen Wärmespeicher, bestehend aus einem mit einem wärmespeichernden Stoff gefüllten Behälter, für Heizungsanlagen, wie solchen, die Wärme aus der Atmosphäre, aus Abwärme od. dgl. gewinnen.
  • Heizungsanlagen, bei denen die Wärme nicht im gleichen Zeitpunkt, in dem sie benötigt wird, auch erzeugt wird, benötigen einen Wärmespeicher, in dem die Wärme zu Zeiten, in denen sie anfällt, wie Sonnenenergie, Abwärme od. dgl., gespeichert und bei Bedarf entnommen wird.
  • Es sind Wärmespeicher für Zentralheizungen mit einer bei Erwärmung ihren Aggregatzustand ändernden Behälterfüllung aus einem Salz, beispielsweise Natriumhydroxyd, bekannt (DT-OS 23 35 653). Dieser bekannte Wärmespeicher arbeitet bei einer Temperatur von 4500 C und hohem Druck. Außerdem handelt es sich bei Natriumhydroxyd um einen Stoff, der mit anderen Stoffen, beispielsweise Wasser, stark exotherm reagiert, so daß eine absolut sichere Vorsorge dafÜr getroffen werden muß, daß keine Lecks od. dgl. auftreten. Dies führt aber bei der Realisierung einer Heizungsanlage mit dem bekannten Speicher zu einem technischen und wirtschaftlichen Aufwand, der für den normalen Heizungsbau, beispielsweise in Ein-oder Mehrfamilienhäuser nicht wettbewerbsfähig ist.
  • Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe hesteht deshalb darin, einen Wärmespeicher anzugeben, der bei Temperaturen unter 1000 C drucklos arbeitet und bei dem es keiner besonderen Sicherheitsmaßnahmen bedarf.
  • Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Behälter einen Stoff enthält, der bei Temperaturen unter 1000 C latent eine möglichst große Zirmemense pro Gewichtseinheit speichern kann.
  • Gemäß der weiteren Erfindung sollen als wärmespeichernde Stoffe vorzugsweise salzartige Lösungen, Alkohol-Wasser-Gemische oder Metallsalze verwendet werden.
  • Diese Stoffe sind in der Mehrzahl nicht feuerqefährlich, nicht ätzend, nicht toxisch, können bei Temneraturen unter 1000 C drucklos große Wärmemengen speichern und sind teilweise in großen Mengen preiswert erhältlich, so daß mit ihnen Wärmespeicher mit geringem Aufwand und preiswert erstellt werden könnten.
  • Bevorzugte Beispiele der Stoffe, die Eür den erfindungsgemäßen Wärmespeicher geeignet sind, sind in den Ansprüchen 3 bis 7 enthalten.
  • Ausführungsbeispiele für eine Heizungsanlage oder Teile derselben mit dem neuen Wärmespeicher verdeutlichen die Figuren 1 bis 11. Es zeigen: Fig.1 einen Wärmespeicher mit Speicherkreis, der Wärme aus Sonnenenergie gewinnt, Fig.2 einen Wärmespeicher mit Speicherkreis wie in Fig.1, dem jedoch wahlweise eine Wärme pumpe zugeschaltet werden kann, Fig.3 einen Wärmespeicher mit Speicherkreis, der Wärme aus Abwärme mit niedrigem Temperaturniveau od. dgl. gewinnt, Fig.4 einen Wärmespeicher mit Speicherkreis, der Wärme aus Abwärme mit höherem Temperaturniveau gewinnt, Fig.5 einen Wärmespeicher mit Speicherkreis, der Wärme aus Außenluft mit niedriger Temperatur gewinnt, Fig.6 einen Wärmespeicher mit Speicherkreis, der Wärme aus Außenluft mit höherer Temperatur gewinnt, Fig.7 einen Wärmespeicher mit Fntnahmekreis bei Speichertemperaturen unterhalb der Gebrauchstemperatur, Fig.8 einen Wärmespeicher mit Entnahmekreis bei Speichertemperaturen im Bereich der Gebrauchstemperaturen, Fig.9 schematisch in Seitenansicht und Draufsicht und einen Wärme speicher für Speichertemperaturen Fig.10 von + 5°C bis 100°C, und Fig.11 schematisch in Seitenansicht und Draufsicht einen Wärmespeicher fiir Speichertemperaturen von -200C bis 50C.
  • Der neue Wärmespeicher kann je nach Bedarf, insbesondere auch zwecks Anpassung an die vorhandenen Wärmequellen, durch Wahl eines entsprechenden Wärmespeichernden Stoffes eine bestimmte Speichertemperatur aufweisen. Wenn als wärmespeichernder Stoff Natriumsulfat (Na2 sn4 10 H2o) verwendet wird, dessen Umwandlungstemperatur bei 32,380 C liegt (Beginn der Lösung des Salzes im eigenen, vorher gebundenen Kristallwasser), können 51,23 kcal/kg gespeichert werden.
  • Andere geeignete wärmespeichernde Stoffe weisen folgende Werte auf: Stoff Umwandlungs- 0 Speicherfähigkeit temperatur F/°C #H kcal/kg Mg C1 6H2O 117 40,36 Mg(N03)2 9H2O 90 38,26 Mn(NO3)2 . 6H2O 25,8 33,5 Na2S204 5H2O 48,5 22,56 (Natriumthiosulfat) Cd(N03)2 2 4H2O 59,5 25,28 Al K(S04)2 121120 91 14,12 (Aluminium-Kalium-Sulfat) Äthylenglykol -12,6 44,98 Glyzerin -18,0 47,85 Li N03 3H2O 29,9 70,81 Wasser bzw. salzartige Lösungen in Wasser 0° bis -200C ca. 79 Weitere für die Latenwärmespeicherung aeelgnete Stoffe sind: Stoffe Umwandlungstemp.
  • F/°C Al(NO3)3 . 9H2O 73 AlNH4(SO4)2 . 12H2O 95 AlNa(SO4)2 . 12H2O 61 (Aluminium-Natrium-Sulfat) CaBr2 . 6H2O 38,2 CaCl2 . 6H2O 30,2 Ca(NO3)2 . 3H2O 51,1 Stoffe Umwandlunastemp.
  • (Aluminium-Ammonium-Sulfat) F/°C Ca (NO3)2 41120 39,7/42,6 CdSO4 . 8/3H2O 41,5 CoCl2 . 6H2O 56,0 Co(NO3)2 . 6H2O 57,0 CoSO4 . 7H2O 98 FeCl3 . 6H2O 37 Fe (NO3)2 61120 60,5 Fe(NO3)2 . 9H2O 50,1 Fe(SO4) . 7H2O 64,0 Na B4 07 10H2O 75 (Borax) Na2 CO3 101120 (Soda) 32 Na2CO3 . 7H2O 35,37 NaC3H3O2 . 3H2O 58 (Natriumacetat) In Fig.1 ist schematisch eine Möglichkeit aufgezeigt, in welcher Weise Wärme aus einer zur Verfügung stehenden Wärmequelle mit ausreichend hoher Temperatur im Wärmespeicher gespeichert werden kann. Als Wärmesammler dient der Sonnenkollektor 1, der über einen Rohrkeislauf 5 mit dem imWärmespeicher 3 befindlichen Wärmetauscher 4 verbunden ist, wobei in den Rohrkreislauf 5 die Umwälzpumpe 2 eingeschaltet ist.
  • Auf diese Weise kann Sonnenenersie iiher den Rohrkeislauf 5 (das darin vorhandene Wasser ist durch Frostschutzmittel.
  • bis -20 C flüssig) in dem Wärmespeicher 3 gespeichert werden.
  • In Fig.2 ist zusätzlich zu der in Fig.1 gezeisten Onordnung ein Wärmepumpenkreislauf voraesehen. In den Röhrkreislauf 5 ist das Dreiwegemischventil eingeschaltct, mit dem der Wärmetauscher 8 wahlweise in den Rohrkeislauf eingeschaltet werden kann. Der Sekundärkreis des Nlärmetauschers 8 enthält einen Pohrkreislauf mit Kältemittel, den Kompressor 6 und den Wärmetauscher 4b. Auf diese Weise kann Sonnenenergie auch bei niedrigem Temperaturniveau des Wasserkreislaufs im Wärmespeicher gespeichert werden, nämlich dadurch, daß die Wärmepumpe den Fnergieinhalt des Wasserkreislaufs auf das Temperaturniveau des Wärmespeichers hringt.
  • Fig.3 zeigt eine Anordnung, mit der Wärmeenergie aus auf niedrigem Temperaturniveau befindlichen' Grund-, Fluß-oder Abwasser, aus dem Erdreich oder sonstigen Wärmequellen entnommen und gespeichert werden kann. Das die Wärmeenergie enthaltende Wasser wird mit der Umwälzpumpe 2 durch den Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 9 genumpt, durch die Wärmepumpe auf ein höheres Temperaturniveau aebracht und im Wärmespeicher 3 gespeichert.
  • Fig. 4 zeigt eine im Wesentlichen mit der aus Fig.3 ersichtlichen identischen Anordnung. Die Wärmequelle, aus der die zu speichernde Wärmeenerqie gewonnen wird, soll sich auf einem höheren Temperaturniveau befinden als der Wärmespeicher. Daher kann die Wärme direkt über einen Wasserkreislauf in den Wärmespeicher eingespeichert werden.
  • Fig.5 zeigt eine der in Fig.3 gezeigten Anordnung .Ihnliche Anordnung, bei der lediglich der Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 9 durch den Luft-Kältemittel-Warmetauscher 10 ersetzt wird. In diesem wird aus der Umgebungsluft, die sich auf einem niedrigeren Temperaturniveau als der Wärmespeicher befindet, Wärmeenergie entnommen durch die Wärmepumpe auf ein höheres Temperaturniveau gebracht und im Wärmespeicher gespeichert.
  • Bei der aus Fig.6 ersichtlichen Anordnung ist in Abänderung derjenigen in Fig.5 der Luft-Wasser-ärmetauscher 11 vorgesehen.
  • Diese Anordnung kann dann verwendet werden, wenn sich die Außenluft, die als Wärmequelle verwendet wird, auf einem höheren Temperaturniveau befindet, als der Wärmespeicher.
  • Die von dem Luft-Wasser-PJärmetauscher 11 aus der Luft entnommene Wärme kann durch den Wasserkeislauf dem Wärmespeicher direkt zugeführt werden.
  • Die Fig.7 und 8 zeigen die mögliche Ausgestaltung der Wärmeentnahme aus dem Wärmespeicher 3. Fig.7 zeigt die Wärmeentnahme-Anordnung, wenn sich der Wärmespeicher auf einem niedrigeren Temperaturniveau befindet als der benötigten Ge-brauchstemperatur, z.B. einer Zentralheizung.
  • Die mittels des Wärmetauschers 4 aus dem Wärmespeicher 3 entnommene Wärmeenergie wird durch die Wärmepumpe auf ein höheres Temperaturniveau gebracht und in dem Wasser-Kältemittel-Wärmetauscher 9 an den Gebrauchsrohrkreislauf, z.B. eine Heizungsanlage abgegeben.
  • Bei der aus Fig.8 ersichtlichen Anordnung bedarf es keiner Wärmepumpe, weil sich der Wärmespeicher 3 auf dem gleichen oder einem höheren Temperaturniveau befinden soll als der Gebrauchstemperatur. Die Wärme kann daher unmittelbar mittels des Wärmetauschers 4 aus deln Wärmespeicher entnommen werden.
  • Bei allen anhand der Fig.1 bis 6 beschriebenen Anordnunnen können auch Zusatzheizungen für die Lieferunq von Wärme in den Wärmespeicher vorgesehen werden. Außerdem sind auch mehrere, verschiedene gleichzeitig auf den gleichen Wärmespeicher arbeitende Anordnungen möglich.
  • In den Fig.9 und 10 sind mögliche Busführungsformen des Wärmespeichers gezeigt. Er besteht aus einem hermetisch geschlossenen, drucklosen allseitig wdrmeisolierten Behälter 12 aus nicht korrodierendem Werkstoff, wie Runststoff oder nicht korrodierendem Stahl. In diesem sind in mehreren Ebenen übereinander, beispielsweise spiralförmig die Wärmetauscherrohre 13 anqeordnet, deren äußere Oberfläche glatt oder gerippt ausgebildet sein kann. Zur aleichmäßigen Verteilung des wärmespeichernden Stoffes im Behälter kann entweder eine aus Ansaugstutzen 14, Pumpe 15, Verteilerrohr 16 und Düsenrohren 17 bestehend Anordnung, (Fig.9) oder ein Magnetrührer 18 voroesehen sein. Diese bewirken eine Aufwirbeluna des festen Bodensatzes und damit eine bessere Wärmeübertragung an die Wärmetauscherrohre (erzwungene Konvektion) und eine gleichmäßige Rekristallisation durch Verteilung der Imnfkristalle (Bodensatz).
  • Fig. 11 zeigt die mögliche Ausffihrungsform eines Wärme speichers für eine Speichertemperatur zwischen -200C und + 50C. In diesem Fall muß in dem Behälter 12 ein nicht mit dem wärmespeichernden Stoff gefülltes Volumen vorhanden sein, damit Raum für dessen Ausdehnung vorhandeln ist.
  • L e e r s e i t e

Claims (7)

  1. Ansprüche 0 Wärmespeicher, bestehend aus einem mit einem wärmespeichernden Stoff gefüllten Behälter, für eizungsanlagen, wie solchen, die Wärme aus der Atmosphäre, aus Abwärme od. dgl. gewinnen, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter einen Stoff enthält, der bei Temperaturen unter 1000 C latent eine möglichst große Wärmemenge pro Gewichtseinheit speichern kann.
  2. 2. Wärmespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als wärmespeichernde Stoffe salzartige Lösunqen in Wasser, Alkohol-Wasser-Gemische oder Metallsalze verwendet werden.
  3. 3. Wärmespeicher nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der wärmespeichernde Stoff ein Nitrat des Aluminiums, Kalziums, Kadmiums, Kobalts, Eisens, Lithiums, Magnesiums oder Mangans ist.
  4. 4. Wärmespeicher nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der wärmespeichernde Stoff ein Sulfat des Kadmiums, Kobalts, Eisens oder Natriums ist.
  5. 5. Wärmespeicher nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der wärmespeichernde Stoff ein Chlorid des Kaliums, Kobalts, Eisens oder Mangans ist.
  6. 6. Wärmespeicher nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der wärmespeichernde Stoff Aluminium-Ammonium-Sulfat, Aluminium-Natrium-Sulfat oder Aluminium-Kalium-Sulfat ist.
  7. 7. Wärmespeicher nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der wärmespeichernde Stoff Borax, Soda, Natriumacetat oder Natriumthiosulfat ist.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2911880A1 (de) * 1979-03-26 1980-10-02 Streuber Sulo Eisenwerk F Waermespeicher
EP0019235A1 (de) * 1979-05-11 1980-11-26 Vereinigte Metallwerke Ranshofen-Berndorf AG Langzeitwärmespeicher mit Aggregatzustandsumwandlung
FR2504658A1 (fr) * 1981-04-22 1982-10-29 Thermal Energy Storage Inc Appareil pour emmagasiner de l'energie et permettre une utilisation ulterieure de cette energie sous forme de chaleur

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DE2911880A1 (de) * 1979-03-26 1980-10-02 Streuber Sulo Eisenwerk F Waermespeicher
EP0019235A1 (de) * 1979-05-11 1980-11-26 Vereinigte Metallwerke Ranshofen-Berndorf AG Langzeitwärmespeicher mit Aggregatzustandsumwandlung
FR2504658A1 (fr) * 1981-04-22 1982-10-29 Thermal Energy Storage Inc Appareil pour emmagasiner de l'energie et permettre une utilisation ulterieure de cette energie sous forme de chaleur

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