DE2854880A1

DE2854880A1 - Verfahren zur speicherung von waerme

Info

Publication number: DE2854880A1
Application number: DE19782854880
Authority: DE
Inventors: Michel Perrut; Michel Ronc; Patrick Valentin
Original assignee: Elf Union
Current assignee: Elf Antar France
Priority date: 1977-12-19
Filing date: 1978-12-19
Publication date: 1979-06-21
Also published as: FR2412046B1; GB2011607A; GB2011607B; FR2412046A1; CA1104333A

Description

ELF UNION

12 Rue Jean Nicot

75007 Paris (Prankreich)

Verfahren zur Speicherung von Wärme

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Speicherung von Wärme als latente Wärme, wobei das Verfahren darin besteht, dass die von einem heissen Fluid stammende Wärme durch ein warmeisoliertes Speicherelement geleitet wird. Das Speicherelement enthält eine Substanz, die unter dem Einfluss einer über ein Spülfluid erfolgenden Wärmezufuhr oder -rückgewinnung schmelzen oder sich verfestigen kann.

Üblich ist die Speicherung von durch verschiedene Energiequellen erzeugter Wärme einerseits in Form von fühlbarer Wärme eines Fluids, im allgemeinen Wasser, oder eines Feststoffs, z. B. von Kies, andererseits in Form von latenter Wärme der Phasenänderung eines geeigneten Körpers beim angewendeten Temperaturniveau.

Die erstere Speicherart benötigt Vorrichtungen von grossem Volumen, wobei der Wärmeinhalt der verwendeten Substanzen

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bei etwa 0,5 cal g~ ( W liegt, wobei derjenige von

—Λ ο — Λ Wasser den aussergewöhnlichen Wert von 1 cal g ( G) liegt. Ausserdem ist das Rückgewinnungs-Temperaturniveau der gespeicherten Wärme weitaus geringer als dasjenige der Zufuhr von Wärme durch die Energiequelle. Im Fall von Feststoffen, wie Kies, verringert andererseits ein grosser Widerstand gegen den Wärmeübergang zwischen dem wärmemitführenden Fluid und der Warmespeieherndeη Umgebung auch noch das Interesse am Verfahren.

Die Speicherung in Form von latenter Schmelzwärme ermöglicht dagegen eine weitaus grössere Speicherung von Wärme je Speichervolumeneinheit und eine Verminderung des Abfalls des Temperaturniveaus zwischen der gespeicherten und der rückgewonnenen Wärme. Die Speicherung in Form von latenter Schmelzwärme wurde für einen sehr ausgedehnten Temperaturbereich eingehend untersucht unter Verwendung von sehr verschiedenartigen Substanzen, hauptsächlich von schmelzbaren Salzen, Paraffinen, Polymeren und Metall-Legierungen.

Jedoch beruht eine Grundschwierigkeit von Speichervorrichtungen für Wärme in Form von latenter Wärme in ihrer Inbetriebsetzung: Wenn zum Beispiel ein von einer Schlange durchlaufener Behälter verwendet wird, durch dessen Schlange das wärmemitführende Fluid zirkuliert und der mit einer Substanz gefüllt ist, die bei einer Temperatur schmelzen oder sich verfestigen kann, die sich mit der Zufuhr und dem Bedarf an Wärme verträgt, wird der Wärme strom zu den Wänden der Schlange sehr gering sein, und zwar insbesondere in der der Wärmerückgewinnung entsprechenden Verfestigungsphase, wobei der Wärmeübergang nur durch Leitung durch eine zunehmende Feststoffdicke stattfindet. Selbst in der der Wärmespeicherung entsprechenden Schmelzphase findet der Wärmeübergang nur durch natürliche Leitung und Konvektion statt, die auf Grund der im allgemeinen hohen Viskosität der Substanzen, insbesondere der Substanzen mit pastenförmigem Schmelzen,

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in Nähe ihres Verfestigungspunkts gering sind.

Zur Beseitigung dieser Nachteile und. zur maximalen -Erhöhung des Wärme stroms zwischen der wärme speichernden Umgebung und dem wärmemitführenden Fluid muss die Wärmetauschfläche erhöht und die Dicke der speichernden Umgebung vermindert werden.

Es wurden bereits verschiedene Lösungen vorgeschlagen. Eine der üblichsten besteht im Einkapseln der schmelzbaren Substanz in Form einer körnigen Umgebung.: Kugeln oder im allgemeinen Sphäroide. Jedoch stellt zumindest die Verwendung von Kapseln mit sehr geringem Durchmesser ein Problem der Mikroeinkapseiung und der Beschränkung auf geringe Temperaturen,da die diese Einkapselung lediglich ermöglichenden Substanzen im allgemeinen Polymere sind,weshalb diese Lösung von geringem Interesse ist.

Beim Verfahren nach der Erfindung wird die schmelzbare Substanz auf einem mikroporösen, fein unterteilten, pulver-, körnchen- oder stäbchenförmigen Träger absorbiert. Auf diese Weise entsteht ein Kornbett,·.inmitten, dessen das flüssige oder gasförmige, wärmemitführende Fluid zirkuliert.

Die wärmespeichernde Umgebung ist somit extrem unterteilt. Daraus ergibt sich eine sehr grosse Berührungsfläche und Körner mit einem maximalen Durchmesser von nur 1 oder 2 mm, wobei die Feststoffdicke, in der die Wärmeleitung stattfindet, sehr gering ist. Daraus ergibt sich ein sehr hoher gesamter Warmeübertragungskoeffizient, der einen grossen Wärmeübergang zwischen dem wärmemitführenden Fluid und der porösen Umgebung ermöglicht, in der die Verfestigung oder das Schmelzen der die wärmespeichernden Substanz stattfindet. Andererseits kann in Anbetracht der Grösse der verwendeten Körner die Strömung des wärmemitführenden Fluids im Kornbett sehr nahe einer kolbenartigen Strömung sein, weshalb die Durchführung von Speicher- und Entnahmezyklen erleichtert wird, und zwar bei einem erhöhten Wirkungsgrad und einem

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minimalen Wärmeniveauverlust.

Der poröse Träger wird in Abhängigkeit vom seiner Absorptionsfähigkeit für die schmelzbare Substanz und der Stabilität dieser Absorption in Anxvesenheit des wärme mit führenden Fluids gewählt. Es wird insbesondere Sorge dafür getragen, dass ein poröser Träger gewählt wird, dessen Benetzbarkeit durch die schmelzbare Substanz grosser als die Benetzbarkeit durch das wärmemitführende Fluid ist, wenn dieses Fluid eine Flüssigkeit ist, damit eine schädliche Bewegung ( selbst wenn diese allmählich erfolgt) der schmelzbaren Substanz in den Poren der porösen Umgebung und die Mitnahme der Substanz durch das Fluid vermieden wird.

Die Körnung wird gewählt durch Optimierung verschiedener Kriterien, die verbunden sind mit dem Druckabfall, dem Wärmestrom und der Form sowie den Kosten des Speichers.

Die Speicherung erfolgt durch Zirkulation des wärraemitführenden Fluis durch das poröse Bett in Richtung (1) der Figur. Die Rückgewinnung erfolgt durch Zirkulation des wärmemitführenden Fluids entweder in Richtung (1): unmittelbare Abbaurichtung, oder in Richtung (2): umgekehrte Abbaurichtung.

Die Figure zeigt einen wärmeisolierten Speicherbehälter 3, ein Kornbett 4, Gitter 3 oder Halte- und Verteilungsplatten.

Besondere Aufmerksamkeit wird der Erzielung einer guten Verteilung des wärmemitführenden Fluid im Kornbett gewidmet, damit bevorzugte Wege vermieden werden. Dies erfolgt gemäss den Regeln der Technik, wie sie beim Ingenieruwesen üblich sind.

Das Interesse an einer derartigen Speicherung besteht folglich darin, dass in Verbindung mit einem hohen Wärme strom die gesamte Speicherkapazität ohne grosse Temperaturänderung zur Verfügung stehtgg g Q ₂ 5 / 0 9 3 8

Beispiel

Die schmelzbare Substanz ist Paraffin, dessen Schmelzpunkt in der Nähe von 50° G liegt. Sie wird so gewählt, dass sie mit der Speicherung von Sonnenenergie vereinbar ist, die gesammelt wird zur-Hausheizung, Heisswassererhitzung oder Heisslufterhitzung, wofür die Speicherprobleme besonders schwer zu lösen sind.

Die poröse Umgebung ist von der Art der Aktivkohle oder von Koks in Form von Körnern oder Stäbchen. Eine vollständige Füllung der Poren mit.Paraffin erfolgt leicht durch Eintauchen des Feststoffs in Paraffin bei 150° G und vorzugsweise unter Vakuum. Man erhält dann eine Absorption von 0,9 g Paraffin je g Aktivkohle.

Die Speicherkapazität in Form von latenter Wärme erreicht somit etwa 15kWh/ra . Verwendet man eine merkliche Temperaturdifferenz zwischen der Speicherung und dem Abbau, so muss dort die fühlbare Wärme der Anordnung poröse Umgebung-Paraffin-wärmemitführenden Fluid hinzugefügt werden, die 0,75 kWh/nr je °C Abweichung erreicht, wenn das wärmemitführende Fluid Wasser ist, und 0,25 kWh/or je⁰ C Abweichung erreicht, wenn das wärmemitführende Fluid Luft ist.

Diese Speicherart kann ebenfalls verwendet werden, bei einer weitaus höheren Temperatur mit ein poröses Material tränkenden geschmolzenen Salzen oder bei sehr niedriger Temperatur zur Speicherung von Wärme (Frigorien).

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Leerseite

Claims

Ansprüche

Verfahren zur Speicherung von Wärme in Form von latenter Schmelz- oder Verfestigungswärme,

wobei das Verfahren darin besteht, dass ein wärme mit führen de s Fluid durch ein wärtneisoliertes Speicherelement geleitet wird, das eine Substanz enthält, deren Schmelzpunkt den Liefer- und Verbrauchstemperaturen der Wärme entspricht,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Substanz auf einem ein Kornbett bildenden mikroporösen Träger aufgenommen wird, innerhalb dessen das Fluid zirkuliert.
2. Verfahren nach Anspruch 1

dadurch gekennzeichnet,

dass der fein.unterteilte Träger durch Körner oder Stäbchen mit einem Durchmesser von unter 2' mm gebildet wird.
3· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

dass der Träger gewählt wird aus der Gruppe folgender Materialien:' Aktivkohle, Koks usw.

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ORIGINAL INSPECTED
4-. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass die Substanz gewählt wird aus der Gruppe folgender Materialien: Peraffin, schmelzbare Mineralsalze, Metallhydride, Gemische, Metallegierungen und Polymere.
5· Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,

dass der Träger durch Eintauchen in die Substanz getränkt wird, die bei einer Temperatur und einem Unterdruck so geschmolzen ist, dass alle Poren des Trägers gefüllt werden.
6. Verfanren nach Anspruch 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid eine Flüssigkeit ist, wobei die Benetzbarkeit von Träger-Substanz grosser als die Benetzbarkeit von Träger-Fluid ist zur Vermeidung von Bewegungen der Substanz durch den getränkten Träger hindurch.

7· Verfahren nach Anspruch 1 bis 5> dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid Luft ist.

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