DE2846988C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärme- bzw. Kältespeicher mit einem Behälter, der mit Wasser als Speichermedium gefüllt und mit Wärmeaustauschflächen versehen ist.

Eine Abwandlung der Erfindung betrifft einen Wärme- bzw. Kältespeicher mit einem Behälter, der mit einem eutektischen Gemisch aus Wasser und einem Salzhydrat als Speichermedium gefüllt und mit Wärmeaustauschflächen versehen ist, wobei das Speichermedium eine geringe Menge eines anderen Salzes enthält.

Zur Speicherung latenter Wärme wird die Enthalpieänderung ausgenutzt, die mit dem Phasenübergang eines Speichermediums von fest nach flüssig und umgekehrt verbunden ist. Mit dem Phasenübergang geht aber bei fast allen Speichermedien auch eine Volumenänderung einher, die zu erheblichen Schwierigkeiten führt, weil die Wärmeaustauscher- und Behälterwände dadurch mechanisch stark belastet werden und der thermische Kontakt gestört wird.

Bei den meisten Speichermedium, z. B. bei den Salzhydraten, nimmt das Volumen beim Übergang von der festen in die flüssige Phase zu. In diesem Falle kann das Problem dadurch gelöst werden, daß das Speichermedium in flachen Speicherbehältern mit gewellten, relativ dünnen Metall- oder Kunststoffwänden untergebracht wird. Solche plattenförmigen Speicherbehälter (Speicherplatten) können in sehr einfacher Weise zu beliebig großen Blöcken (Speicherblöcken) gestapelt werden. Der Wärmeaustausch kann sowohl durch einen inneren Wärmeaustauscher als auch über die Oberfläche der Speicherplatten erfolgen. Durch das Wellenprofil sind die Wände der Platten flexibel, haben aber gleichzeitig eine hohe mechanische Stabilität und einen minimalen Materialbedarf. Die Speicherplatten dürfen allerdings nur horizontal oder leicht geneigt gelagert werden, damit die Ausdehnung des Speichermediums sich gleichmäßig über die gesamte Platte verteilt.

Während diese Maßnahme für die meisten Speichermedien ausreicht, ergibt sich bei der Verwendung von Wasser oder eutektischen Mischungen von Wasser mit Salzhydraten eine weitere gravierende Schwierigkeit. Diese zu Kühlzwecken dienenden Speichermedien dehnen sich nämlich beim Verfestigen um mehrere Vol.-% aus, z. B. Wasser um 8%. Da gleichzeitig die Abkühlung und das Auskristallisieren des Speichermediums nie gleichmäßig über die ganze Speicherplatte erfolgt, findet das Verfestigen ungleichmäßig in lokalen Kristallisationsbereichen statt. Dadurch kommt es hin und wieder vor, daß Wasser, welches in solchen Kristallbereichen eingeschlossen wird, bei weiterer Verfestigung und Volumenzunahme durch kleine Risse oder Kanäle im Kristallgefüge örtlich mit sehr hohem Druck gegen die Plattenwand gedrückt wird und hier unter weiterer Volumenzunahme kristallisiert. Diese lokale Druck- und Volumenzunahme führt dann zu örtlichen Aufblähungen und schließlich zur Zerstörung der Plattenwände.

Ein Wärme- bzw. Kältespeicher der eingangs an zweiter Stelle genannten Art ist aus der US-PS 19 85 632 bekannt. Dabei ist die Menge des anderen Salzes derart bemessen, daß die Hauptmenge des Speichermediums (etwa 90%) in einem kleinen Bereich in der Nähe der eutektischen Temperatur erstarrt, während eine vollständige Erstarrung erst bei z. T. sehr viel niedrigerer Temperatur erfolgt.

Der kleine Bereich in der Nähe der eutektischen Temperatur, in dem die Hauptmenge des Speichermediums erstarrt, erstreckt sich nach der US-PS 19 85 632 auf bis zu 4 K. Eine derart lange Temperaturstrecke macht den Kältespeicher für viele Anwendungszwecke, z. B. für die Speiseeisherstellung, unbrauchbar.

Die Erfindung hat die Aufgabe, die Anwendung von relativ dünnen Behälterwänden auch bei Kältespeichern der beiden eingangs genannten Arten zu ermöglichen, d. h. Maßnahmen anzugeben, die eine lokale Druck- und Volumenzunahme des Speichermediums und damit eine lokale Aufblähung des Behälters verhindern, die aber zugleich den Schmelzpunkt des Speichermediums auf einer bestimmten Temperatur halten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Speichermedium eines Wärme- bzw. Kältespeichers der eingangs an erster Stelle genannten Art zusätzlich 1 bis 6 Vol.-% eines eutektischen Gemisches aus Wasser und einem Salzhydrat enthält, dessen Schmelzpunkt niedriger als der des reinen Speichermediums ist, und daß auf den Innenseiten der Seitenwände des Behälters ein Streifen aus einem elastischen Stoff angeordnet ist.

Bei der eingangs erwähnten Abwandlung der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Speichermedium das andere Salz in Form eines Zusatzes von 1 bis 6 Vol.-% eines zweiten eutektischen Gemisches aus Wasser und Salzhydrat enthält, dessen Schmelzpunkt niedriger als der des reinen Speichermediums ist, und daß auf den Innenseiten der Seitenwände des Behälters ein Streifen aus einem elastischen Stoff angeordnet ist.

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

Fig. 1 ein Wärmespeichergefäß perspektivisch, teilweise aufgebrochen und

Fig. 2 und 3 Details des Wärmespeichergefäßes nach Fig. 1 im Schnitt.

Fig. 1 zeigt ein flaches, mit einem Wärmeaustauschrohr 1 versehenes Wärmespeichergefäß, d. h. eine Speicherplatte, die mit Wasser oder einer eutektischen Mischung von Wasser mit Salzhydrat als Speichermedium 2 (Fig. 2 und 3) gefüllt ist und in der sich zur Stabilisierung der Kristallisation zusätzlich 1 bis 6 Vol.-% einer eutektischen Mischung von Wasser und Salzhydrat mit niedrigerem Schmelzpunkt befinden. Während das Medium sich ohne diesen Zusatz ungleichmäßig verfestigt, kristallisiert es mit Zusatz sehr gleichmäßig aus, und die Speicherplatte nimmt auch gleichmäßig über die ganze Fläche im Volumen zu. Örtliche Aufblähungen werden nicht mehr beobachtet.

Zur Anfertigung der Speicherplatte werden Kunststoff- oder Metallfolien mit Stärken von 0,05 bis 0,5 mm verwendet. Die gewellten Wände 3 der Speicherplatte (Fig. 2) sind flexibel und folgen darum der beim Phasenübergang auftretenden Volumenänderung des Speichermediums 2, wodurch eine hohe Stabilität und gleichzeitig ein guter thermischer Kontakt zwischen Speichermedium 2 und Speicherwandung 3 aufrechterhalten werden.

Die Speicherplatte hat zwei relativ starre Seitenwände 4 (Fig. 3), damit sie auch in Längsrichtung selbsttragend ist und mehrere Speicherplatten leicht zu größeren Speicherblöcken gestapelt werden können. Diese Wände können allerdings wegen ihrer geringen Flexibilität bei vielmaligem Verfestigen des Speichermediums langsam nach außen gedrückt werden. Obwohl selbst nach vielen Speicherzyklen keine kritische Ausbeulung, sondern nur eine leichte, gleichmäßige Wölbung zu beobachten ist, wird dieser nachteilige Effekt dadurch ganz vermieden, daß ein Streifen 5 aus Gummi oder einem anderen elastischen Stoff auf die Innenseite der Seitenwände geklebt oder geheftet wird (Fig. 3). Die Ausdehnung des sich verfestigenden Speichermediums wird dadurch aufgefangen.

Beispiele für Speichermedien, die zu Kühlzwecken sehr gut geeignet sind, und zugehörige, wirksame Zusätze von eutektischen Mischungen mit niedrigerem Schmelzpunkt sind in der folgenden Tabelle aufgeführt.

Claims (2)

1. Wärme- bzw. Kältespeicher mit einem Behälter, der mit Wasser als Speichermedium gefüllt und mit Wärmeaustauschflächen versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Speichermedium (2) zusätzlich 1 bis 6 Vol.-% eines eutektischen Gemisches aus Wasser und einem Salzhydrat enthält, dessen Schmelzpunkt niedriger als der des reinen Speichermediums ist, und daß auf den Innenseiten der Seitenwände (4) des Behälters ein Streifen (5) aus einem elastischen Stoff angeordnet ist.

2. Wärme- bzw. Kältespeicher mit einem Behälter, der mit einem eutektischen Gemisch aus Wasser und einem Salzhydrat als Speichermedium gefüllt und mit Wärmeaustauschflächen versehen ist, wobei das Speichermedium eine geringe Menge eines anderen Salzes enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Speichermedium (2) das andere Salz in Form eines Zusatzes von 1 bis 6 Vol.-% eines zweiten eutektischen Gemisches aus Wasser und Salzhydrat enthält, dessen Schmelzpunkt niedriger als der des reinen Speichermediums ist, und daß auf den Innenseiten der Seitenwände (4) des Behälters ein Streifen (5) aus einem elastischen Stoff angeordnet ist.