DE2949209C2

DE2949209C2 - Feststoff-Wärmespeichermittel und seine Verwendung

Info

Publication number: DE2949209C2
Application number: DE2949209A
Authority: DE
Inventors: Johannes Marie van Rotterdam Heel
Original assignee: STICHTING BOUWCENTRUM 3014 ROTTERDAM NL
Current assignee: STICHTING BOUWCENTRUM 3014 ROTTERDAM NL
Priority date: 1978-12-22
Filing date: 1979-12-04
Publication date: 1982-12-30
Also published as: NL169640B; NL7812510A; NL169640C; FR2444919A1; DE2949209A1; GB2037977A; BE880786A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Feststoff-Wärme-Speichermittel und die Verwendung eines Feststoff-Wärmespeichermittels im Umwälzbetrieb.

Vorrichtungen zum Speichern von Wärme und die darin angewendeten Wärmespeichermedien sind allgemein bekannt. Solche Vorrichtungen werden z. B. zusammen mit Kollektoren zum Auffangen von Wärme aus Sonnenstrahlung angewendet. Die Medien zum Speichern von Wärme, die im allgemeinen angewendet werden, kann man einteilen in feste Medien und nicht-feste Medien. Aus Gründen der Betriebssicherheit werden meistens feste Medien bevorzugt. Bei Anwendung eines nicht-festen Mediums besteht ja die Gefahr, daß Leckagen in der Vorrichtung auftreten, mit allen damit verbundenen unerwünschten Folgen. Bei einem festen Medium besteht eine solche Gefahr nicht. Als festes Medium zum Speichern von Wärme hat Beton sich schon in großem Umfang durchgesetzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Feststoff-Wärmespeichermittel zu schaffen, das, ebenso wie bereits bekannte Mittel, gute Wärmespeichereigenschäften hat, aber wirtschaftlicher als die bekannten Mittel, z. B. Beton, verarbeitet und benutzt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Feststoff-Wärmespeichermittel gegebenenfalls neben Sand aus einem gleichmäßigen Gemisch aus Kies und Aluminiumschnitzeln, Aluminiumkörnern und/oder Aluminiumpulver besieht. Mit gleichmäßigem Gemisch wird hier ein Gemisch gemeint, das durchweg ein nahezu gleiches Verhältnis zwischen dem Volumenprozentsatz Kies und dem Volumenprozentsatz Aluminiumteilchen zeigt, während es möglichst wenig Hohlräume zwischen den Bestandteilen aufweist. Unter Kies soll dabei ein Gemisch von Kieselsteinchen und Rollstetnchen mit möglicherweise verschiedenen relativen Abmessungen verstanden werden. Eine Untergrenze für diese Abmessungen wird gemäß der Erfindung nicht festgesetzt, so daß auch grober Sand unter Kies verstanden werden darf. Mit Aluminiumteilchen werden Aluminiumkörner, Aluminiumschnitzel oder Aluminiumpulver, gegebenenfalls miteinander vermischt, ge- &5 meint.

Eine bevorzugte Ausführungsform des Feststoff-Wärmespeichermittels gemäß der Erfindung besteht

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5n aus 60 bis 70 Vol.-% Kies und 40 bis 30 Vol.-% Aluminiumteilchen. Vorzugsweise hat weiterhin der Kies Abmessungen von 1 bis 3 cm und die Abmessungen der Aluminiumteilchen sind nicht größer als 5 mm. Das ideale Verhältnis zwischen der Menge Kies und der Menge Aluminium ist in dem erfindungsgemftßen Feststoff-Wärmespeichermittel derart, daß alle Hohlräume zwischen den Kiesteilchen nahezu völlig von den Aluminiumteilchen ausgefüllt werden.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Feststoff-Wärmespeichermittels gegenüber nicht-festen Mitteln ist, daß es eine fast unbeschränkte Lebensdauer hat, keinen Korrosionserscheinungen unterliegt und diese auch in der Vorrichtung, in der es angewendet wird, nicht bewirkt Auch ist keine Wartung der Vorrichtung, in der es angewendet wird, erforderlich. Der Vorteil des erfindungsgemäßen Feststoff-Wärmespeichermittels gegenüber einem testen Medium, wie Beton, ist ferner, daß es sich leichter verarbeiten läßt Gegenwärtig sind die Kosten des erfindungsgemäßen Feststoff-Wärmespeichermittels und des Betons bei gleichem Volumen in etwa vergleichbar. Die Wärmekapazität des erfindungsgemäßen Feststoff-Wärmespeichermittels ist etwas geringer als die des Betons und liegt in der Größenordnung von 1675 bis 1758 kJ/mVC gegenüber von etwa 2198 kJ/mVC. Dagegen hat das erfindungsgemäße Feststoff-Wärmespeichermittel eine beträchtlich größere Wärmeleitfähigkeit als der Beton. Dadurch ist es möglich, bei Anwendung des erfindungsgemäßen Feststoff-Wärmespeichermittels Vorrichtungen mit einem kleineren Volumen als bei Anwendung von Beton vorzusehen, ohne daß dadurch die Wirkung der Vorrichtung merklich beeinträchtigt wird. Eine kleinere Vorrichtung beansprucht weniger Raum und ist also wirtschaftlicher.

Das erfindungsgemäße Medium besteht, wie vorstehend angegeben, im wesentlichen aus Kies und Aluminium. Erwünschtenfalls können andere Materialien in nicht allzu großen Mengen beigemischt werden. So könnte man auf Grund von Kostenpreisberechnungen entscheiden, eine geringe Menge der Aluminiumteilchen durch ein billigeres Material, z. B. feinen Sand zu ersetzen. Selbstverständlich kann man nicht beliebig viel Sand statt Aluminium beimischen, weil sonst die Eigenschaften des erfindungsgemäßen Feststoff-Wärmespeichermittels dadurch ungünstig beeinflußt werden. In Wirklichkeit ändert man durch den Ersatz eines Teiles des Aluminiums durch Sand das Kies-Aluminium-Verhältnis, weil, wie schon erwähnt, der Sand als unter den Begriff Kies fallend betrachtet werden kann.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung, in der das erfindungsgemäße Feststoff-Wärmespeichermittel Verwendung finden kann, näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 den Schnitt durch die Masse des erfindungsgemäßen Feststoff-Wärmespeichermittels,

Fig.2 einen Schnitt einer Ausführungsform einer Wärmespeichervorrichtung, in der das erfindungsgemäße Medium angewendet wird, und

F i g. 3 einen Schnitt gemäß der Linie III-1II durch die Vorrichtung gemäß F i g. 2.

In Fig. 1 ist ein Schnitt durch die Masse des erfindungsgemäßen Wämiespeichermediums wiedergegeben. Wie ersichtlich besteht das Feststoff-Wärmespeichermittel aus Kiesbiocken 1, während die Räume zwischen den Kiesbrocken 1 mit Aluminiumschnitzeln 2 ausgefüllt sind. Die Abmessungen der Kiesbrocken 1

betragen vorzugsweise 1 bis 3 cm, obwohl größere Teile auch angewendet werden können und kleinere Teile, wie bis zum Sand, nicht ausgeschlossen werden. Die Aluminiumschnitzel 2 umfassen sowohl Körner wie Pulver. Auch ist es möglich, Aluminiumschnitzel, falls gewünscht, vermischt mit Körnern oder Pulver anzuwenden. Bei Schnitzeln kann man beispielsweise an Streifen mit Abmessungen von 5 bis 15 mm Länge, 2 mm Breite und einer Dicke von 0,1 bis 0,2 mm denken. Maximale Abmessungen der Aluminiumkörner von 5 mm haben sich als sehr geeignet erwiesen. Erwünschtenfalls können andere Materialien beigemischt werden. So kann es auf Grund von Kostenpreiserwägungen empfehlenswert sein, dem Aluminium eine Menge Sand beizumischen. Das Speichermedium ist im Wesen gleichmäßig. Damit ist gemeint, daß das Verhältnis zwischen dem Volumenprozentsatz Kies und dem Volumenprozentsatz Aluminium in dem Feststoff-Wärmespeichermittel nahezu gleich ist, während das Aluminium die Räume zwischen den Kieneilen fast völlig ausfüllt, so daß möglichst wenig, die Wärmespeicherkapazität und die Wärmeleitfähigkeit in ungünstigem Sinne beeinflussende, mit Luft gefüllte Räume in dem Feststoff-Wärmespeichermittel vorhanden sind.

In den Fig. 2 und 3 ist eine Vorrichtung zur Wärmespeicherung wiedergegeben, die mit dem erfindungsgemäßen Feststoff-Wärmespeichermittel versehen ist. Die Vorrichtung umfaßt ein Gehäuse 3 mit rechteckigem Querschnitt. Die Form des Querschnitts ist nicht wesentlich. Diese kann z. B. auch kreisförmig oder oval sein. Ein rechteckiger Querschnitt ist jedoch sehr geeignet bei Anwendung der Vorrichtung -als integrale Speichereinheit, wie in der NL-OS 77 02 356 beschrieben wird. Das Gehäuse 3 ist auf einer isolierten Bodenplatte 4 angeordnet und mit einem Deckel 5 versehen. Durch die Mitte des Gehäuses 3 läuft ein durch den Deckel 5 hindurch geführtes Zentralrohr 6. Durch das Rohr 6 wird im Betrieb ein Wärmetransportmedium, z. B. Luft, zugeführt. Das Rohr 6 kann dazu in geeigneter Weise an eine Vorrichtung zum Liefern von Wärme an das Transportmedium, z. B. an einen Kollektor zum Auffangen von Wärme aus Sonnenstrahlung, angeschlossen werden.

Im unteren Teil des Gehäuses 3 mündet das Rohr 6 in einen Umkehrraum oder eine Verteilerkammer 7. Das über das Rohr 6 zugeführte Transportmedium kehrt in der Kammer 7 seine Strömungsrichtung um, wie durch die Pfeile angegeben, und strömt sodann über Leitungen 8 aufwärts zur Simmelkammer 9. Die Leitungen 8 liegen gegenüber dem Zentralrohr 6 auswärts, wie aus Fig. 3 ersichtlich. Aus der Sammelkammer 9 kann das Feststoff-Wärmespeichermittel über ein oder mehrere Rohre 10 abgeführt werden. Erwünschtenfalls können mehr Sammelkammern 9 vorgesehen werden, die sich in Abstand übereinander befinden. E^;ne derartige Konstruktion ist bereits in der NL-OS 77 02 35G in Figur 2 offenbart worden, und empfiehlt sich immer dann, wenn die Rohre unmittelbar in die zu beheizenden Räume einmünden.

In dom Gehäuse 3 und um die Rohre 6, 8 und 10 und die Sammelkammern 7 und 9 ist das erfindungsgemäße Speichermedium 11, bestehend aus einem gleichmäßigen Gemisch aus Kies und Aluminiumteilchen, angeordnet.

Die Herstellung einer Vorrichtung des an Hand der Fig. 2 und 3 beschriebenen Typs kann in geeigneter Weise wie folgt stattfinden: An der Stelle, an der die Vorrichtung gewünscht ist. wird das Gehäuse, das aus einem geeigneten Metall oder aus Holz bestehen kann, aufgestellt. Das Gehäuse kann dabei direkt auf der Bodenplatte angeordnet werden, aber statt einer Bodenplatte kann auch zunächst ein mit kleinen Öffnungen versehener Rost angewendet werden. Wenn die endgültige Bodenplatte schon vor der Montage angeordnet wird, müssen unten in dem Gehäuse vorläufige oder bleibende Öffnungen, vorzugsweise mit einem feinen Drahtgeflecht abgedeckt, zum Abführen von Wasser vorgesehen werden, und zwar aus den Gründen, die im Nachstehenden erläutert werden.

In dem Gehäuse werden die erforderlichen Sammelkammern, Rohre und Leitungen aufgestellt und, gegebenenfalls mittels geeigneter Stützen, an ihrer endgültigen Stelle gehalten. Sodann wird an der

i» Oberseite Kies in das Gehäuse um die darin aufgestellten Teile herum eingeschüttet. Wenn die Vorrichtung bis zum oberen Rand des Gehäuses mit Kies gefüllt worden ist, wird ein Gemisch aus Wasser und Aluminiumteilchen über den Kies geschüttet. Die Aluminiumteilchen aus diesem Gemisch füllen alle Hohlräume zwischen den Kiesteilchen aus, während das Wasser an der Unterseite durch den Rost oder durch die obengenannten vorläufigen öffnungen aus der Vorrichtung abfließt. Damit wird gewährleistet, daß die

■"> Aluminiumteilchen alle Hohlräume zwischen den Kiesteilen ausfüllen und daß eine möglichst gleichmäßige Masse gebildet wird. Es können beim Einbringen der Aluminiumteilchen Schwingstäbe oder ähnliche Organe zum guten Zusammenpressen des sich bildenden

Ί5 Gemisches angewendet werden. Wird die Packdichte größer, so werden auch die Wärmespeichereigenschalten und die Wärmeleitfähigkeit des erfindungsgemäßen Feststoff-Wärmespeichermittels besser sein.
Nachdem das Gehäuse in obiger Weise mit dem

^5I) erfindungsgemäßen Feststoff-Wärmespeichermittel gefüllt worden ist, kann der Deckel angebracht werden. Wenn anfänglich ein Rost als Bodenplatte angewendet wurde, soll diese Roste danach durch eine feste Bodenplatte ersetzt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Feststoff-Wärmespeichermittel, dadurch gekennzeichnet, daß es, gegebenenfalls neben Sand, aus einem gleichmäßigen Gemisch aus Kies und Aluminiumschnitzeln, Aluminiumkörnern und/ oder Aluminiumpulver besteht.

2. Feststoff-Wärmespeichermittel nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß es aus 60 bis 70 Vol.-% Kies und 40 bis 32 Vol.-% Aluminiumteil- ,o chen besteht.

3. Feststoff-Wärmespeichermittel nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kies Abmessungen von 1 bis 3 cm hat und daß die Abmessungen der Aluminiumteilchen nicht größer ^ als 5 mm sind.

4. Verwendung des Feststof-Wärniespeiehermittels nach den Ansprüchen 1 bis 3 in einem im Umwälzbetrieb mit einem Wärmetransportmittel arbeitenden Wärmespeicher.