DE2720188B2

DE2720188B2 -

Info

Publication number: DE2720188B2
Application number: DE2720188A
Authority: DE
Inventors: Klaus Gawron; Faramarz Dipl.-Phys. Dr. Mahdjuri; Johann Dipl.-Chem. Dr. Schroeder
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1977-05-05
Filing date: 1977-05-05
Publication date: 1979-05-10
Also published as: DE2720188C3; DE2720188A1

Description

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Die Erfindung betrifft einen Wärmespeicher mit einem oder mehreren Behältern, die ein durch Übergang von der festen in die flüssige Phase wärmespeichernrks Material enthalten, das über einen oder mehrere Wärmeaustauscher oder wärmedurchlässige Behälterwände Wärme austauschen kann, wobei in jedem der Behälter außerdem ein Wärmetransportmedium vorhanden ist und wobei in jedem der Behälter zwischen dem wärmespeichernden Material und dem Wärmen ansportnnedium eine geschmeidige, bewegliche Trennwand vorhanden ist.

In Latentwärmespeichern, die im Bereich von 0 bis 100⁰C arbeiten, v/erden als wärmespeicherndes Material z. B. Salzhydrate verwendet, die sich u. a. durch hohe Schmelzwärme auszeichnen. Diese Salzhydrate schmelzen bei konstanter Temperatur und erfahren beim Übergang von der flüssigen in die feste Phase eine Volumenabnahme bzw. Dichtezunahme, die bis zu 10% erreichen kann.

Aus diesem Grunde ist es vorteilhaft, für solche Salzhydrate verformbare Kunststoffbehälter zu verwenden, die diese Volumenänderungen ohne Bruchgefahr für den Behälter wegen mechanischer Beanspruchung auffangen können (US-PS 38 84 295). Es ist zum Beispiel möglich, wärmespeichernde Materialien in flache Beutel aus Polyäthylen oder ähnlichen Folien zu verpacken (DE-OS 22 23 882).

Diese Folienbeutel müssen ihrerseits wieder mit einer Wärmeaustauschfläche, z. B. der Behälterwand, in Berührung stehen, an der z. B. Luft oder Wasser als Wärmetransportmedium vorbeigeführt wird. Der Wärmeübergang zwischen den Folienbeuteln und der Wärmeaustauschfläche ist jedoch vor allem von einem guten Kontakt zwischen diesen beiden Schichten abhängig. Für den Wärmeübergang ist besonders die Größe der Berührungsfläche bestimmend, die sich jedoch als Folge der Volumenänderung beim Schmelzen bzw. Erstarren deutlich ändern kann.

Bei den Untersuchungen, die zur Erfindung geführt haben, wurde festgestellt, daß z. B. im Falle von Na₂HPO4 · 12 H₂O als wärmespeicherndes Material beim Erstarren eine Volumenkontraktion von 3,4%

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60 auftritt, wodurch sich die Berührungsfläche von 100% auf 56,2% verringert.

Aus der DE-OS 25 17 080 ist ein Erhitzungssystem für die Wärmezufuhr an einen Wärmeverbraucher bekannt, bei dem in einem geschlossenen Raum ein oder mehrere geschlossene Behälter angeordnet sind, die ein mit Hilfe mindestens einer primären Wärmequelle erhitzbares wärmespeicherndes Material enthalten, das alsükundäre Wärmequelle seine Wärme über eine oder mehrere wärmeleitende Behälterwände mit einer im geschlossenen Raum befindlichen kleinen Menge Flüssigkeit austauschen kann, die ihrerseits durch einen Verdampfungskondensationskreisiauf Wärme von den Behälterv/änden auf den Wärmeverbraucher überträgt, wobei in jedem der Behälter gleichfalls eine kleine Menge verdampfbarer Flüssigkeit zum wenigstens ungefähren Angleichen des Druckes in den Behältern bei jeder auftretenden Temperatur an den Druck im geschlossenen, die Behälter aufnehmenden Raum vorhanden ist und wobei in jedem der Behälter zwischen dem wärmespeichernden Material und der verdampfbaren Flüssigkeit eine geschmeidige, bewegliche Trennwand vorhanden ist Diese Wand dient ausschließlich zur Vermeidung von Reaktionen zwischen Speichermedium und Flüssigkeit. Der DE-OS 25 17 080 ist nicht zu entnehmen, daß der Wärmeübergang von der geschmeidigen beweglichen Trennwand auf die wärmeleitenden Behälterwände als Folge der Volumenänderung beim Schmelzen bzw. Erstarren des wärmespeichernden Materials schwankt.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Wärmeübergang von der das wärmespeichernde Material abschließenden Trennwand auf die wärmeleitende Behälterwand während des Schmelzens und insbesondere auch während des Erstarrens des wärmespeichernden Materials konstant hoch zu halten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Wärmetransportmedium b'.i Betriebstemperatur flüssig ist, nicht verdampft und derart und in solchen Mengen in den Behältern angeordnet ist, daß es beim Erstarren des wärmespeichernden Materials den Raum zwischen der Trennwand und der Behälterwand vollkommen ausfüllt, und daß die Behälter einen Expansionsraum für das Wärmetransportmedium aufweisen.

Die Erfindung beruht demnach auf dem Gedanken, die mangelnde Berührung zwischen der das wärmespeichernde Material abschließenden Trennwand und der wärmeleitenden Behälterwand durch ein flüssiges Wärmetransportmittel auszugleichen, das die Hohlräume zwischen Trennwand und Behälterwand ausfüllt, die durch ein Erstarren des wärmespeichernden Materials entstehen.

Abgesehen davon, daß das Wärmetransportmedium im gesamten Betriebstemperaturbereich des Wärmespeichers flüssig sein muß, ist es zweckmäßig, wenn das Wärmetransportmedium noch folgende Eigenschaften aufweist:

Geringer Dampfdruck im Betriebstemperaturbereich des Wärmespeichers
Gute Wärmeleitfähigkeit
Nicht korrosiv gegen die Behältermaterialien
Möglichst häufig vorkommend und billig.

Beispiele für derartige Medien sind Wasser, wäßrige Salzlösungen oder organische Flüssigkeiten.

Die Menge an Wärmetransportmedium muß im Gegensatz zu der Wärmetransportflüssigkeit gemäß

DE-OS 25 17 080 so bemessen sein, daß sie die im Zustand der größten Dichte, d.h. im festen Zustand, entstandenen Zwischenräume vollkommen ausfüllt. Der Expansionsraum dient dazu, das Wärmetransportmedium vor dem Schmelzen und während des Schmelzens des wärmespeichernden Materials aufzunehmen.

Das durch geschmeidige, bewegliche Trennwände eingeschlossene, wärmespeichernde Material kann auch in mehrere kleinere, in sich geschlossene Einheiten unterteilt werden. Zur mechanischen Stabilisierung kann das in Trennwände eingeschlossene Speichermaterial mit offenporigen, flexiblen Gerüststoffen, wie z. B. Kunststoffschäumen oder Metallwolle, durchsetzt sein. Dadurch wird außerdem eine Phasentrennung durch Sedimentation (Stratifikatinn) des wärmespeichernden Materials verhindert

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen Wärmespeicher mit geschmolzenem wärmespeicherndem Material,

Fig.2 den gleichen Wärmespeicher mit erstarrtem wärmespeicherndem Material und

F i g. 3 den Rückgang der Berührungsfläche zwischen der Trennwand und der Behälterwand (der Wärmeaustauschfläche).

In den Fig. 1 und 2 ist eine als Wärmeaustauscher ausgebildete Behälterwand mit 1 bezeichnet im Behälter befindet sich ein Kunststoffgefäß 2, das mit wärmespeicherndem Material gefüllt ist, das bei F i g. 1 flüssig, bei Fig.2 fest ist Der feste Zustand des wärmespeichernden Materials ist in F i g. 2 mit kurzen, dicken Strichen 3 angedeutet Außerdem enthält das Kunststoffgefäß porösen Schaumstoffe

Der Stand des flüssigen Wärmetransportmediums 5 in den F i g. 1 und 2 zeigt die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Wärmespeichers: In F i g. 2 ist der Flüssigkeitsspiegel 6 gegenüber dem in F i g. 1 abgesunken, weil das Wärmetransportmedium 5 in F i g. 2 die während des Erstarrens des wärmespeicheniden Materials entstandenen Räume 7 zwischen der Behälterwand 1 und der Wand des Kunststoffgefäßes 2 ausfüllt

In F i g. 3 ist ein Ausschnitt aus der Berührungsfläche zwischen der Trennwand und der Behälterwand, wobei das wärmtspeichernde Material (wie in Fig. 1) flüssig ist, weit schraffiert und mit Ffl bezel". iinet Eine kleinere Berührungsfläche FKRisr[eng schraffiert) entsteht, wenn das wärmespeichernde Material (wie in Fig.2) fest wird.

Der Rückgang der Berührungsfläche und damii des Wärmeübergangs wird durch die Erfindung ausgeglichen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Wärmespeicher mit einem oder mehreren Behältern, die ein durch Übergang von der festen in die flüssige Phase wärmespeicherndes Material enthalten, das über einen oder mehrere Wärmeaustauscher oder wärmedurchlässige Behälterwände Wärme austauschen kann, wobei in jedem der Behälter außerdem ein Wärmetransportmedium vorhanden ist und wobei in jedem der Behälter zwischen dem wärmespeichernden Material und dem Wärmetransportmedium eine geschmeidige, bewegliche Trennwand vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmetransportmedium (5) bei Betriebstemperatur flüssig ist, nicht verdampft und derart und in solchen Mengen in den Behältern angeordnet ist, daß es beim Erstarren des wärmespeicherndc.i Materials (3) den Raum zwischen der Trennwand und der Behälterwand vollkommen ausfüllt, und daß die Behälter einen Expansionsraum für das Wärmetransportmedium aufweisen.

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