DE2744468A1 - Vorrichtung zum messen und gegebenenfalls regeln des ladungsgrades von latentwaermespeichern - Google Patents

Description

• Vorrichtung zum Messen und gegebenenfalls Regeln des Ladungs-
• grades von LatentwSrmesDeichern Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen und gegebenenfalls Regeln des Ladungsgrades von Latentwärmespeichern, die aus einem Speicherbehälter bestehen, der ein Speichermaterial enthält.
• Latentwärmespeicher zeichnen sich gegenüber Speichern fühlbarer Wärme dadurch aus, daß die thermische Energie bei einer konstanten, dem Jeweiligen Verwendungszweck optimal angepaB-ten Temperatur gespeichert werden kann. Dieser Vorteil schließt aber die Schwierigkeit ein, daß die Temperatur des Speichermaterials nicht zur Indikation des Ladungsgrades herangezogen werden kann.
• Da Wärmespeicher praktisch immer in einem System integriert sind (z. B. in einem Heizsystem mit Wärmepumpe, Sonnenkollektor oder Fernwärme als Energiequelle), wird zur Steuerung und Regelung des Systems eine Information Uber den Ladungsgrad des Speichers benötigt.
• Zur Speicherung latenter Wärme ist vor allem der Phasenübergang des Schmelzens und Erstarrens einer Substanz von Interesse, weil die Schmelzwärme vieler Stoffe relativ groß ist und die Änderung des Volumens, z. B. gegenüber dem Verdampfen, relativ gering ist. So schrumptt beim Erstarren das Volumen von z. B.
• einigen Salzhydraten um etwa 0,5 bis 10 %, wie aus der folgenden Tabelle hervorgeht: Volumenänderung #v von einigen Salzhydraten und Eutektika beim Phasenübergang Zusammensetzung Schmelzpunkt #v LiCLO # 3 H2O + 8,0 °C - 9,6 % KF # 4 H2O + 18,5 °C - 0,5 % Na2HPO4 . 12 H2O + 35,2 °C - 4,3 , CaCl2 6 H20 + 29,0 °C - 7,3 % NaF/H20 - 3,5 oc + 8,3 % MgS04/H20 - 3,9 oc + 5,3 X NH4HC03/H20 - 3,8 0C + 4,6 % Aus der DT-OS 18 09 088 ist ein Speicher zur Bevorratung von Wärme in fühlbarer Form (spezifische Wärme) bekannt. Als Wärmespeichermedium dient dabei eine Flüssigkeit, die gleichzeitig auch als zirkulierendes Wärmetransportmedium fungiert. Der Ladungsgrad dieses Speichers ist durch die Temperatur des Speichermediums bestimmt. Es werden darum Temperaturfühler zur Indikation des Ladungsgrades und zur Regelung der Aufheizung benutzt. Im Hinblick auf den bekannten Effekt der thermischen Ausdehnung von Flüssigkeiten wird in der Offenlegungsschrift zwar die Möglichkeit zur Beobachtung der Niveauänderung durch ein Schauglas in einem Ausdehnungsgefäß erwähnt. Der Effekt, der in diesem Falle ein zweites Maß für den Ladungsgrad ist, wird aber nicht zur Indikation und Regelung des Ladungsgrades herangezogen. Er wäre hierzu auch weniger geeignet, da die Volumenänderung relativ gering ist. Sie liegt in der Größenordnung von 1 10 3 pro Grad und ist nur etwa um den Faktor 4 bis 10 größer als die Ausdehnung der Speichergefäße, die also noch als Korrektur zu berücksichtigen wäre. Da, wie in der Offenlegungsschrift dargelegt wird, der Speicher fUhlbarer Wärme eine Temperaturschichtung hat, liefert die Indikation der Volumenänderung nur einen ungefähren Mittelwert des Ladungsgrades über dem ganzen Speicher. Die Wärmekapazität der Flüssigkeit ist nämlich temperaturabhängig; es sind folglich die Mengen und Temperaturverhältnisse innerhalb der Schichtungen von Einfluß auf den Ladungsgrad und die Gesamtausdehnung; beide sind aber nicht bekannt. Es wird also z. B.
• durch das Volumen nicht angezeigt, welchen tatsächlichen Ladungsgrad die oberen, wärmeren Schichten haben, die Ja eigentlich entladen, d. h. genutzt werden.
• Aufgabe der Erfindung ist es, den Ladungsgrad von Latentwärmespeichern auf einfache Weise zu messen und gegebenenfalls zu regeln.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Speicherbehälter zusätzlich zum Speichermaterial eine FlUssigkeit enthält, die über den gesamten Betriebstemperaturbereich des Speichers flüssig bleibt und einen Dampfdruck <- 1 bar hat, und daß der Speicherbehälter Einrichtungen zur Messung des Flüssigkeitsniveaus aufweist, die gegebenenfalls mit Einrichtungen zum Regeln der Wärmezu- und -ableitung zum Wärmespeicher verbunden sind.
• Gegenstand der Erfindung ist es also, die zuvor erwähnte relativ kleine Volumenänderung beim Phasenübergang auszunutzen, um eine integrale Indikation über den Wärmeinhalt und damit den Ladungsgrad eines Speichers zu erhalten und zur Steuerung und Regelung heranzuziehen.
• Es ist hierzu erforderlich, daß zu dem Speichermaterial noch eine Flüssigkeit in den Speicherbehälter gegeben wird, die über den gesamten Temperaturbereich, in dem der Speicher betrieben wird, flüssig bleibt und einen Dampfdruck <= 1 bar hat, so daß sie dem schrumpfenden Speichermaterial überall folgt und alle im Behälter entstehenden Hohlräume ohne Gaseinschlüsse ausfüllt. Beispiele für derartige Flüssigkeiten sind Siliconöle und Paraffinöle.
• Vorzugsweise weist die zusätzliche Flüssigkeit kein Reaktions-und Lösungsvermögen in bezug auf das Speichermaterial auf. Es ist aber auch möglich, zusätzliche Flüssigkeiten zu verwenden, die mit dem Speichermaterial reagieren oder dieses lösen, wie z. B. Salzhydrate als Speichermaterial und Wasser als zusätzliche Flüssigkeit. In diesem Falle wird das Speichermaterial, wie es in der Patentanmeldung P 27 20 188.3 vorgeschlagen worden ist, durch geschmeidige bewegliche Trennwände (z. B.
• Kunststoffolien) eingeschlossen und von der umgebenden Kontaktflüssigkeit getrennt. Da die Flüssigkeit gleichzeitig im Sinne der genannten Patentanmeldung als thermisches Kontaktmedium fungieren kann, sollte sie außerdem auch eine möglichst gute Wärmeleitfähigkeit besitzen.
• Zweckmäßigerweise hat die zusätzliche Flüssigkeit ein niedrigeres spezifisches Gewicht als das Speichermaterial und befindet sich das Flüssigkeitsniveau in einem verengten oberen Teil des Speicherbehälters.
• Die Niveauänderung der Kontaktflüssigkeit ist proportional der Menge geschmolzenen Speichermaterials und ist damit auch ein direktes, integrales Maß für den Inhalt an latenter Wärme (Schmelzwärme) im Speicher.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen Fig. 1 eine Vorrichtung, bei der die Niveauänderung durch einen Schwimmer angezeigt wird, und Fig. 2 eine Vorrichtung, bei der die elektrische Leitfähigkeit der Flüssigkeit zur Füllstandsmessung ausgenutzt wird.
• In den Figuren sind der Speicherbehälter bzw. die Behälterwände mit 1 und das Speichermaterial mit 2 bezeichnet. Gemäß Fig.
• 1 ist das Speichermaterial in Kunststoffolie verpackt; zwischen den einzelnen Speichermaterialpaketen 2 sind Wärmeaustauscher 3 angeordnet. Die Kontaktflüssigkeit, die im Falle der Fig. 2 elektrisch leitend ist, ist mit 4 bezeichnet.
• Die Meß- und Regelvorrichtung gemäß der Erfindung befindet sich bei beiden Figuren in einem verengten oberen Teil 5 des Speicherbehälters 1. Darin sind das obere bzw. das untere Niveau der Kontaktflüssigkeit mit 6 bzw. 7 bezeichnet.
• Wie aus Fig. 1 ersichtlich, kann die Niveauänderung durch einen Schwimmer 8 angezeigt und direkt auch zur Schaltung eines Steuer- und Regelvorganges, z. B. zum Schließen oder Öffnen eines Ventiles in einem mit Flüssigkeitskreislauf betriebenen Wärmetransportsystem benutzt werden. Hierzu dienen eine Skala 9 und elektrische Schalter 10 A und 10 B zur Steuerung (mit Zeiger zur Skala 9). Die Niveauänderung kann aber auch indirekt, z. B. mit Potentiometer oder kapazitivem Wegaufnehmer, indiziert werden. Anstatt durch Schwimmer kann die Indikation und Regelung auch über gebräuchliche Druckschalter erfolgen. Durch Einfärben der Flüssigkeit kann mit einer Lichtschleuse gearbeitet werden.
• Ablauf der Regelvorgänge: Ist der Speicher voll aufgeladen, so bricht der Kontakt beim Schalter 10 A ab und der Aufladevorgang wird somit unterbrochen. Ist der Speicher entleert (z, B. auf 5 %), so wird der Schalter 10 B geschlossen und damit das Signal für die Aufladung gegeben. Bei dazwischenliegenden Stellungen des Schwimmers 8 befindet sich der Speicher in normaler Be- bzw. Entladung.
• Besitzt die Flüssigkeit, wie bei der Vorrichtung nach Fig. 2, eine elektrische Leitfähigkeit, z. B. durch Auflösung von Salz in Wasser, so kann auch durch die veränderliche Eintauchtiefe einer Tauchelektrode 11, z. B. eines Metallstabes, und die damit verbundene Änderung des elektrischen Widerstandes eine kontinuierliche Indikation des Beladungsgrades und eine Systemsteuerung erfolgen. Die Gegenelektrode 12 zur Tauchelektrode ist zweckmäßigerweise an der Behälterwand angebracht. Beide Elektroden sind über eine Stromquelle mit einem Widerstands-Meßgerät 13 mit elektronischer Steuerung verbunden.
• Leerseite

Claims (4)

1. Patentansprüche 1. Vorrichtung zum Messen und gegebenenfalls Regeln des Ladungsgrades von Latentwärmespeichern, die aus einem Speicherbehälter bestehen, der ein Speichermaterial enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherbehälter (1) zusätzlich zum Speichermaterial (2) eine Flüssigkeit (4) enthält, die über den gesamten Betriebstemperaturbereich des Speichers flüssig bleibt und einen Dampfdruck c 1 bar hat, und daß der Speicherbehälter Einrichtungen zur Messung des Flüssigkeitsniveaus aufweist, die gegebenenfalls mit Einrichtungen zum Regeln der Wärmezu- und -ableitung zum Wärmespeicher verbunden sind.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Flüssigkeit (4) kein Reaktions- und Lösungsvermögen in bezug auf das Speichermaterial (2) aufweist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Flüssigkeit (4) durch geschmeidige bewegliche Trennwände vom Speichermaterial (2) getrennt ist.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Flüssigkeit (4) ein niedrigeres spezifisches Gewicht als das Speichermaterial (2) hat und daß sich das Flüssigkeitsniveau (6,7) in einem verengten oberen Teil (5) des Speicherbehälters (1) befindet.