DE3020983C2 - Latentwärmespeichermittel - Google Patents

Description

besteht, wobei sich alle Prozentangaben auf das System Natriumhydroxid/Wasser beziehen.

Z Latentwärmespeichermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es 60—65 Gew.-% is Natriumhydroxid und 35—40 Gew.-°/o Wasser enthält.

3. Latentwärmespeichermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es 69—80Gew.-% Natriumhydroxid und 20—31 Gew.-% Wasser enthält.

Die Erfindung betrifft ein Latentwärmespeichermittel mit Phasenübergang fest/flüssig und umgekehrt auf der Basis Natriumhydroxid/Wasser.

Latentwärmespeichermittel, bei denen die Schmelzenthalpie eines Stoffes ausgenutzt wird, sind bereits bekannt, z. B. aus Energy Research, Vol. 1, S. 351—363 (1977) sowie Ash-ae Journal, September 1974, S. 38-44. Das Speichermittel Natriumhydroxid-Monohydrat (69Gew.-% Ndtriumhydtoxid) .^t aus der CH-PS 3 63 130 bekannt Ferner ist ein Latentwärmespeichermittel auf der Basis von Natrk .nhydroxid/Wasser bekannt, das einen NaOH-Gehalt von 64—74 Gew.-% aufweist (DE-OS 28 45 865).

Speichermittel der vorgenannten Art müssen die folgenden Anforderungen erfüllen können:

40

45

50

1. Die Energiedichte muß erheblich über der von Wasserspeichern liegen:

2. Die Speichertemperatur soll weitgehend konstant sein, d. h. die Temperaturdifferenz zwischen Lade-und Entladevorgang muß möglichst gering sein;

3. Die physikalischen Eigenschaften des Speichermittels sollen keine besonderen Anforderungen an die Behälterkonstruktion stellen;

4. Lade- und Entladevorgang müssen beliebig oft wiederholbar sein.

Eine Auswahl von Speichermitteln allein aufgrund von thermodynamischen Daten führt nicht ohne weiteres /um Erfolg, weil in der Regel eine starke Unterkühlung der Schmelze auftritt, bevor die Kristallisation einsetzi.

Diese Erscheinung ist jedoch bei Speichermitteln der hier angesprochenen Art nicht wünschenswert, weil sie die Effizienz der Energiespeicherung mindert. Mittel zur Verhinderung bzw. zumindest zur Verminderung der Unterkühlung sind bereits bekannt. Am wirksamsten ist der Zusatz von Stoffen, die ähnliche Gittereigenschaften wie das kristallisierte Speichefmittel aufweisen, in diesem aber unlöslich sind Und darüber hinaus einen höheren Schmelzpunkt als das Mittel aufweisen. Hierzu ist allerdings zu bemerken, daß keineswegs jeder Stoff, der die vorstehend genannten Merkmale in bezug auf ein betrachtetes Speichermittel erfüllt, auch geeignet ist, bei diesem die Unterkühlung zu verhindern. Deshalb ist es auch nicht möglich, rechnerisch auf der Basis von thermodynamischen und kristallographischen Tabellenwerken geeignete Kombinationen auszuwählen.

Die Erfindung ist auf ein Wärmespeichermittel der eingangs genannten Art gerichtet, das die obengenannten Anforderungen insbesondere hinsichtlich der Unterdrückung der Unterkühlungserscheinunren erfüllt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Latentwärmespeichermittel auf der Basis Natriumhydroxid/Wasser gelöst, das aus

n) 60—80 Gew.-% Natriumhydroxid,
b) 20—40 Gevv.-% Wasser

c) 0,1 -2.0 Gew.-°/o Tellurdioxid besteht,

wobei sich alle Prozentangaben auf das System Natriumhydroxid/Wasser beziehen.

Das Wärmespeichermedium der Erfindung ist für einen Temperaturbereich geeignet, wie er im Vorlauf von Zentralheizungsanlagen (etwa 60—70° C) üblich ist. Im Bereich von 60—80Gew.-% Natriumhydroxid tritt im wesentlichen das Natriumhydroxid-Monohydrat in fester Phase auf; dieses weist die relativ hohe Phasenumwandlungsenthalpie von etwa 480 kj/l auf. Ein weiterer Vorttit dieses System ist die Tatsache, daß beim Phasenübergang nur eine sehr geringe Dichteänderung eintritt, so daß Zerstörungen des Speicherbehälters durch Volumenzunahme nicht zu befürchten sind.

Das System Natriumhydroxid-Monohydrat weist unterhalb bis einschließlich der stöchiometrischen Zusammensetzung noch starke Neigung zur Unterkühlung auf. Sie beträgt zwischen 60 und 69 Gew.-% NaOH durchschnittlich 15°C. maximal 2ä°C Die Unterkühlung läßt sich durch den erfindungsgemußen Zusatz von Tellurdioxid stark zurückdrängen. Tellurdioxidzusätze in einer Menge von 0.1 —0.5. insbesondere 0,1 Gew.-°/o. bezogen auf das System Natriumhydroxid/Wasser sind bereits wirksam.

Gemäß einer ersten vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung enthält das Wärmespeichermedium der Erfindung 60—65 Gew.-% Natriumhydroxid und 35 — 40 Gew.-% Wasser. Die untere Grenze des Natriumhydroxidgehalts wird durch den Umstand bedingt, daß die Speicherkapazität des S>stems unterhalb einer Konzentration von 60 Gew.-% Natriumhydroxid stark absinkt. Andererseits löst sich Tellurdioxid bei Natriumhydroxidkonzentrationen von mehr als 65 Gew.-% langsam auf.

Gemäß einer /weiten vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung enthält das Wärmespeichermittel 69-80 Gew.-% Natriumhydroxid und 20-31 Gew-% Wasser. Es wurde nämlich überraschenderweise gefunden, daß die bei über 65 Gew.-% einsetzende Auflösung des Tellurdioxids auch bei Wärmespeichermitteln mit einem Natriumhydröxidgehalt von 69—80 Gew,-°/o Vorteile bietet* In diesem Konzentrationsbereich weist das den Keimbildner in gelöster Form enthaltende System nur während der ersten Zyklen starke Unterkühlungsefscheinungen auf; später gehen diese Erscheinungen auf maximal 3°C zurück, Ist nun erfindungsgemäß von Anfang an Tellurdioxid in

praktisch ungelöster Form anwesend, wird die Unterkühlung zunächst praktisch auf Null zurückgedrängt und steigt nach Auflösung des Tellurdioxids auf höchstens 3°C an.

Die Obergrenze von 80 Gew.-°/o Natriumhydroxid für die Wärmespeichermittel der Erfindung ergibt sich daraus, daß bei höheren Natriumhydroxidkonzentrationen nicht mehr die gesamte feste Phase gelöst wird. Auch ist generell eine starke Abweichung der Zusammensetzung von Schmelze und Festkörper nicht vorteilhaft. Zudem sprechen wirtschaftliche Gesichtspunkte gegen einen noch höheren Natriumhydroxidanleil. Aus den vorstehend genannten Gründen hat sich ein oberer Natriumhydroxid-Gehalt von 74 Gew.-% als besonders vorteilhaft erwiesen. Oberhalb von 70 Gew.-% Natriumhydroxid ist der Rückgang der Unterkühlungserscheinungen nach den ersten Zyklen besonders stark ausgeprägt, so daß ein Bereich von 70—74Gew.-°/o Natriumhydroxid und 26—30 Gew.-°/o Wasser besonders bevorzugt ist.

Weitere Vorteile des Wärmespeichermittels der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, wobei auf die Zeichnung Bezug genommen wird. Die Zeichnung zeigt ein Wärmespeicheraggregat in schematischer Darstellung.

Das Warmespeicheraggregat 1 ist an seinem einen Ende mit einer Rohrleitung 2 an eine Wärmequelle bzw. den Rücklauf eines Zentralheizungssys'ems und ati seinem anderen Ende mit einer Rohrleitung 3 an das Zentralheizungssystem angeschlossen. Der Speicher enthält eine Vielzahl von kugelförmigen Behältern 4, die z. B. in einer kubisch dichtesten Kugelpackung angeordnet sind. Die Raumerfüllung beträgt hip^rb..i unabh^-gig vom Kugelradius 74%. Die Behälter 4 enthalten das Wärmespeichermedium der Erfindung.

Durch den Speicher 1 wird eine Wärmeträgerflüssigkeit gepumpt. Bei Verwendung von Wasser als Trägerflüssigkeit wird ein direkter Anschluß an das Zentralheizungssystem möglich.

Der Einschluß des Wärmespeichermittels der Erfindung in die Behälter 4 hat eine Reihe von Vorteilen:

1. Die Wärmeaustauscherfläche läßt sich durch die Form der Behälter bestimmen, z. B. bei Kugeln durch den Radius.

2. Bei der Verwendung von Tellurdi<^xid als Keimbildner wird eine Stratifikation verhindert

3. Die Korrosionswirkung des Systems Natriumhydroxid/Wasser bleibt auf das Behältermaterial 4 beschränkt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Latentwärmespeichermitte! mit Phasenübergang fest/flüssig und umgekehrt auf der Basis Natriumhydroxid/Wasser, dadurch gekenn- ί zeichnet, daß es aus

a) 60 bis 80 Gew.-°/o Natriumhydroxid,

b) 20 bis 40 Gew.-% Wasser,

c) 0,1 bis 2,0 Gew.-% Tellurdioxid to