DE3025402A1

DE3025402A1 - Speicher fuer waerme oder kaelte

Info

Publication number: DE3025402A1
Application number: DE19803025402
Authority: DE
Inventors: Cornelis Doomernik
Original assignee: DOOMERNIK BV
Current assignee: DOOMERNIK BV
Priority date: 1979-07-05
Filing date: 1980-07-04
Publication date: 1981-01-08
Also published as: DK291080A; SE442779B; AU6015180A; NL8003887A; GB2053434B; GB2053434A; NL7905277A; SE8004847L; AU538083B2; JPS5625664A; FR2461209A1; FR2461209B1; US4408654A; BE884164A; ZA803950B

Description

Doomernik B.V. 4. Juli 1980

5351 PJ Berghem (Niederlande) -. Meine Akte; d 7O-j,D2

Speicher für Wärme oder Kälte

Die Erfindung bezieht sich auf einen Speicher für Wärme oder Kälte. Die Erfindung betrifft insbesondere einen Speicher für Wärme oder Kälte von der Art, die einen Behälter aufweist, der zum.größten Teil mit einer Schicht aus einem Puffermaterial gefüllt ist, welches bei einer konstanten Temperatur schmilzt und mit einer beträchtlich kleineren oder schmaleren Schicht aus einer Wärmeübertragungsflüssigkeit, die einen tieferen Schmelzpunkt aufweist als das Puffermaterial und ein spezifisches Gewicht, welches entweder höher oder niedriger ist als das des festen und flüssigen Puffermaterials, wobei die Übertragungsflüssigkeit faktisch mit dem Puffermaterial nicht mischbar ist. Der Behälter weist eine Leitung auf, über die Wärmeübertragungsflüssigkeit aus der kleineren Schicht zu Vorrichtungen außerhalb des Speichers abgegeben wird und eine Speiseleitung, um die Wärmeübertragungsflüssigkeit zu einem Verteiler in der Schicht des Puffermaterials zurückzuführen, wobei dann bewirkt wird, daß die Übertragungsflüssigkeit in direkten Kontakt mit dem Puffermaterial aufwärts oder abwärts strömt.

Eine Vorrichtung dieser Art wird in der US-PS 2 996 894 beschrieben. In dieser Patentschrift wird vorgeschlagen, einen derartigen Speicher als Kältespeicher für eine Wärme-

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pumpe zu verwenden. Das verwendete Puffermaterial ist beispielsweise Wasser oder ein eutektisches Gemisch, wie beispielsweise eine eutektische Salzlösung, und die Wärmeübertragungsflüssigkeit ist ein Öl. Nachdem dieses Öl außerhalb des Speichers, beispielsweise in der Wärmepumpe gekühlt ist, wird es dem Bodenabschnitt des Speichers zugeführt, wo es versprüht wird. Die gebildeten Tröpfchen steigen nach oben, bis sie die ölschicht erreichen, die auf dem Puffermaterial schwimmt, und auf ihrem Weg findet ein Wärmeaustausch mit dem Puffermaterial statt, welches dadurch teilweise gefroren wird. In dieser Patentschrift wird ausgeführt, daß das feste Puffermaterial sich in der Nähe oder neben der Grenzfläche der Schichten sammelt und daß dieses Verfahren fortgesetzt werden kann, bis sich ein dicker Schlamm aus festem und flüssigem Puffermaterial gebildet hat.

Die gespeicherte Kälte kann dann dadurch wiedergewonnen werden, daß das Öl außerhalb des Speichers über den Schmelzpunkt des Puffermaterials erhitzt wird und der Umlauf oder die Umwälzung fortgesetzt wird. Infolge des Wärmeaustausches schmilzt das Puffermaterial graduell, während das öl gekühlt wird.

Die FR-PS 1 3 60 83 3 beschreibt einen Wärmespeicher, in dem der Austausch zwischen dem Puffermaterial und der Übertragungsflüssigkeit in der Weise stattfindet, daß die Übertragungsflüssigkeit auf dem Puffermaterial zum Schwimmen gebracht wird und dort heftig mit einem Rührer umgerührt wird oder dadurch heftig in Bewegung versetzt wird, daß die Übertragungsflüssigkeit tangential in die obere Schicht eingeführt wird. Das bevorzugte Pxaffermaterial ist gemäß dieser französischen Patentschrift eingeschmolzenes Salz.

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Wenn das feste Salz schwerer als seine Schmelze ist, kann ein Wärmeaustausch auf diese Weise lediglich in flachen Behältern durchgeführt werden, weil in allen Fällen eine cjroße Energiemenge zum Rühren erforderlich ist.

Die DE-OS 2 508 447 beschreibt verschiedene Ausführungsformen von Speichern, unter denen sich eine befindet, bei der ein geschmolzenes Puffermaterial vom Boden eines Behälters zur Oberseite gepumpt wird, v/o dieses Material mit einer umlaufenden Übertragungsflüssigkeit oder einem umlaufenden Übertragungsgas in Kontakt gebracht wird.

Die DE-AS 1 015 019 und die niederländische Patentanmeldung 76 01499 beschreiben Kältespeicher, in denen die Übertragungsflüssigkeit oder deren Dampf durch Metallrohre hindurchgeleitet wird, die im Puffermaterial liegen, wobei diese Rohre als Wärmeaustauscher dienen. In der niederländischen Patentanmeldung wird zusätzlich vorgeschlagen, eine Pumpe während des Schmelzens des festen Puffermaterials zu verwenden, um geschmolzenes Puffermaterial durch den Spalt zwischen den Röhren und dem festen Puffermaterial umlaufen zu lassen. Wegen des hohen Preises der Röhrenanordnung macht ein derartiger Speicher eine hohe Kapitalinvestition erforderlich.

Untersuchungen eines Speichers, wie er in der US-PS 2 996 894 beschrieben wird und bei dem als Puffermaterial Wasser oder eine eutektische Salzlösung verwendet wird und als Wärmeübertragungsflüssigkeit ein Leichtöl, wobei die Übertragungsflüssigkeit in einem Wärmeaustauscher außerhalb des eigentlichen Sammlers gekühlt wird, haben gezeigt, daß

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es nicht möglich ist, einen derartigen Speicher regulär zu betreiben.

Wenn die .umlaufende Übertragungsflüssigkeit in die flüssige Phase gesprüht wird, werden zunächst zahlreiche kleine Tröpfchen ausgebildet, die nicht koalescierend, jedoch in der flüssigen Phase schwimmend verbleiben. Als Folge davon wird da« Volumen der wässrigen Phase ganz erheblich vergrößert und erreicht manchmal den Auslaß für die Übertragungsflüssigkeit. Flüssiges Puffermaterial tritt dann in den Wärmeaustauscher ein, wo es verfestigt, so daß der Wärmeaustauscher bald verstopft wird.

Wenn die Sprüheinrichtung durch einen anderen Verteiler ersetzt wird, der keine feinen Tröpfchen bildet, so zeigt sich, daß die Tröpfchen schnell zur Grenzfläche der wässrigen Phase und der ölphase aufsteigen und ein Kristallschlamm wird an der Grenzfläche gebildet. Auch jetzt zeigt sich, daß der Wärmeaustauscher mit festem Puffermaterial nach einer gewissen Zeit verstopft wird, was einen weiteren Betrieb ausschließt.

Eine Untersuchung der Gründe hierfür zeigte die folgenden Ergebnisse:

Wenn ein öltröpfchen, der eine Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes des Puffermaterials aufweist, im Puffermaterial gebildet wird, so nimmt dieser Tropfen Wärme vom Puffermaterial auf und gleichzeitig wird dadurch eine geringe Menge des Puffermaterials verfestigt und schließt den Tropfen in Form einer dünnen festen Haut ein. Diese Haut ist nicht immer vollständig geschlossen. Die hohlen, dünnwandigen Kügelchen aus festem Puffermaterial, die mit

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Übertragungsflüssigkeit gefüllt sind, steigen in dem Puffermaterial nach oben und' erreichen eine bestimmte Maximalgeschwindigkeit. Wenn sie die Grenzfläche zwischen dem Puffermaterial und dem Öl erreichen, halten sie zu der Zeit die gleiche Geschwindigkeit bei und steigen demzufolge in der ölschicht ziemlich weit nach oben. Durch ihr leichteres Scheingewicht sinken sie lediglich langsam zur Grenzfläche zurück, und zwar umso langsamer, als sie durch den aufsteigenden ölstroia verzögert werden. Wenn diese Kügelchen, die in dem Öl schwimmen und zusätzlich hierzu festes Puffermaterial, welches oft in flüssigem Puffermaterial enthalten ist, zusammen mit dem Öl dem Wärmeaustauscher zugeführt werden, der außerhalb des Speichers angeordnet ist, werden diese weiter gekühlt und ein Teil der Kügelchen setzt sich ab und verstopft gegebenenfalls den Wärmeaustauscher.

Es hat sich gezeigt, daß die Verwendung eines Filters, eines Siebes oder eines Gitters unter Zurückhaltung dieser Kügelchen nicht von Nutzen ist. Das einzige Ergebnis besteht darin, daß der Filter, das Sieb oder das Gitter durch festes Puffermaterial verstopft werden, welches die Neigung hat, fest am Sieb od. dgl. zu haften. Es hat sich ferner gezeigt, daß diese Effekte auch dann weiterhin auftreten, nachdem ein Kristallschlamm an der Grenzfläche zwischen dem Puffermaterial und dem öl ausgebildet wurde. Es wird zwar ein Teil der Kügelchen aufgebrochen, wenn diese durch die Grenzschicht hindurchgehen, so daß diese nicht in die ölschicht eintreten, jedoch ein anderer Teil tritt durch den Schlamm unbeschädigt hindurch und steigt in das Öl auf. Dies erfolgt auch dann, wenn das Puffermaterial faktisch vollständig gefroren ist.

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Über diese Schwierigkeiten wird in der US-Patentschrift und in den anderen Entgegenhaltungen vollständig geschwiegen.

Durch die Erfindung wird ein Speicher der eingangs beschriebenen Art geschaffen, der dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Koalescierein- oder -vorrichtung oder mehrere vorgesehen sind, um feste und flüssige Teilchen des Puffermaterials zurückzuhalten, wobei die Koalesciereinrichtung oder -vorrichtung oder die Koalesciereinrichtungen oder -vorrichtungen zwischen dem Puffermaterial und dem Auslaß für die Wärmeübertragungsflüssigkeit vorgesehen ist oder sind.

Koalescierein- oder -vorrichtungen sind an sich bekannt und sie werden verwendet, um feine Flüssigkeitströpfchen aus Gasen oder anderen Flüssigkeiten aufzufangen, in denen diese Tröpfchen schwimmen. Eine Koalescierein- oder -vorrichtung besteht aus einer Matte, die aus einer sehr grossen Anzahl von feinen Fäden oder Drähten gewirkt ist, wobei diese Fäden oder Drähte eine Dicke haben, die viel größer sein kann als die Tröpfchen, die gefangen werden sollen, und diese gewirkten Fäden oder Drähte sind zu einem räumlichen Netzwerk vereinigt. Der freie Oberflächenquerschnitt in einer Koalescierein- oder -vorrichtung beträgt üblicherweise 95 bis 99 % der scheinbaren Oberfläche. Das Material der Fäden oder Drähte ist für den Betrieb nicht kritisch, und in der Praxis wird ein Material verwendet, welches unter Betriebsbedingungen inert ist. Falls gewünscht, können die Drähte oder Fäden gewellt sein.

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Es hat sich gezeigt, daß eine Koaleseierein- oder -vorrichtung in der Lage ist, die genannten Kügelchen aufzufangen, ohne daß diese Einrichtung verstopft wird. Das gemeinsame Volumen der gefangenen Kügelchen ist oft grosser als das Volumen der Koalesciervorrichtung selbst. Vermutlich zerschlagen die Kügelchen an den Fäden oder Drähten der Koalesciereinrichtung derart, daß das feste Puffermaterial· allein hinter oder in der Koalesciereinrichtung verbleibt.

Da das Öl, welches nunmehr zudem Wärmeaustauscher gelangt, der außerhalb des Speichers angeordnet ist, frei von Puffermaterial ist, kann das Gefrieren des Puffermaterials im Speicher ohne Störungen durchgeführt werden. Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß das Puffermaterial· bis zu 99 % gefroren werden kann, wobei trotzdem der Öistrom in Form von Tröpfchen durch die poröse Masse des Puffermaterials ohne Störung aufsteigen kann, wobei an der Grenzfläche Tröpfchen, die von festem Puffermaterial umgeben sind, auch noch aufsteigen. Demzufoige gefriert das Puffermaterial· nicht zu einem festen Block sondern zu einer porösen, nicht zusammenbackenden Masse, welche zahlreiche kleine Kanäle aufweist, durch die das Öl aufsteigen kann.

Da die Anzahl der aufsteigenden Tröpfchen in jedem Augenbiick sehr groß ist, wird eine sehr große Oberfiäche für den Wärmeaustausch zwischen dem Öl· und dem Puffermaterial erhalten. Wegen dieser sehr großen Oberfläche kann der Wärmeaustausch verhältnismäßig vollständig durchgeführt werden, und zwar auch bei geringen Temperaturdifferenzen.

Wenn das Puffermaterial voMständig oder teiiweise gefroren ist, kann die gespeicherte Käite wieder abgezogen werden

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oder Wärme kann wieder in diesem gespeichert werden, in den man nun Öl zuführt, welches eine Temperatur hat, die gerade oberhalb des Schmelzpunktes des Puffermaterials liegt, anstatt daß man Öl zuführt, welches unter diesem Schmelzpunkt gekühlt ist. Die Öltropfen führen wieder einen Wärmeaustausch durch, so daß das feste Puffermaterial geschmolzen wird und das Öl auf den Schmelzpunkt herabgekühlt wird. Sowohl während des Gefrierens des Puffermaterials als auch während des Schmelzens desselben verbleibt die Temperatur des abgegebenen Öls praktisch auf der des Schmelzpunktes des Puffermaterials, wobei in beiden Fällen die Temperatur des zugeführten Öls lediglich von der des Schmelzpunktes, beispielsweise um 2 C verschieden sein muß, während eine große Wärmemenge pro Zeiteinheit zugeführt oder abgegeben werden kann.

Dieser gute Wärmeübergang wird vom Beginn des Gefrierens so lange aufrechterhalten, bis mehr als 99 % des Puffermaterials gefroren ist. Lediglich in diesem Moment beginnt die Temperatur des abgegebenen Öls sich merklich vom Schmelzpunkt zu unterscheiden. Auf gleiche Weise verbleibt während des Schmelzens die Temperatur des abgegebenen Öls kontinuierlich im wesentlichen gleich diesem Schmelzpunkt, und diese Temperatur beginnt lediglich dann merkbar zu differieren, nachdem mehr als 99 % des Puffermaterials sich wieder im flüssigen Zustand befindet. In diesem Augenblick wird ein plötzlicher Temperaturanstieg des abgegebenen Öls beobachtet. Während des Schmelzens der Puffermaterialschicht wird die Übertragsungsflüssigkeit bis dicht über den Schmelzpunkt des Puffermaterials abgekühlt. Es wurde jedoch gefunden, daß die Übertragungsflüssigkeit dann noch warm genug ist, um das feste Puffermaterial zu schmelzen, welches in der Koalesciervorrichtung vorhanden ist, so daß

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dieses Material dann wieder In flüssiger Form zur Puffermaterialschicht nach unten strömt. Das Ergebnis ist, daß während der-Auflade^Entladezyklen die Koalescxervorrichtung automatisch gereinigt wird. ....

In Speichern für Wärme oder Kälte ist es von großer Bedeutung, daß die Kälte oder Wärme vom Speicher bei praktisch der gleichen Temperatur wieder entnommen werden kann, bei der die Kälte oder Wärme zugeführt wurde, weil sonst thermodynamische Verluste als Ergebnis eines Abbaus oder einer Zersetzung in Kauf genommen werden müssen. Bei dem erfindungsgemäßen Speicher wird dieses Ideal sehr nahe erreicht, und zwar durch die große Wärmeaustauschoberfläche.

Das Puffermaterial, welches bei konstanter Temperatur schmilzt, wird derart ausgewählt, daß dessen Schmelzpunkt so dicht wie möglich mit der Temperatur zusammenfällt, bei welcher die Wärme oder die Kälte verfügbar ist. Als Folge davon können die Wärme oder die Kälte im Speicher bei der gleichen Temperatur gespeichert werden, und wenn die Wärme oder die Kälte oder ein Teil davon zu einem späteren Zeitpunkt wieder erforderlich sind, können die Wärme oder die Kälte vom Speicher bei im wesentlichen der gleichen Temperatur abgezogen werden.

Beispiele von Materialien, die bei einer konstanten Temperatur schmelzen, sind einzelne oder ausgezeichnete Substanzen, von denen Wasser ein am meisten verwendetes Beispiel ist. Jedoch andere einzelne oder ausgezeichnete Substanzen können verwendet werden. . - /

Wenn sich die Speichertemperatur von O C unterscheidet, dann kann sehr oft in Betracht gezogen werden/ ob es mög-

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lieh ist, ein Gemisch von Wasser und einem oder mehreren Salzen zu verwenden, welches bei einer konstanten Temperatur schmilzt. Derartige Gemisch werden eutektische Gemische genannt. Beispiele von eutektischen Gemischen mit den zugehörigen eutektischen Temperaturen sind die folgenden wässrigen Lösungen:

MgSO₄.	7	H₂O
KC1
NH₄CI
NaC 1
NaBr
MgCI2.	6H	2°
CaCI₂-	6H	2°

Konzentration	,6	- 5,2
64	,0	-10,7
24	,7	-15,8
22		-21 ,2
30		-28
67		-33,6
84		-55
143

Beispiele von eutektischen Gemischen, die über O⁰C
schmelzen, sind:

Na₃PO₄.12H₂O 66

NaOH.H₂O 64

NaC₂H₃O₂.3H₂O 58

Na₃S₂O₃.5H₂O 48

Ca(NO₃J₂.4H₂O 47

FeCI₃.6H₂O 36

Na₃CO₃.12H₂O 36

Na₃CO₃.10H₂O . 34

Na₂SO₄.10H₂O 32

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Für höhere Temperaturen kann man häufig Gemische von Salzen verwenden, die eine eutektische Zusammensetzung haben und den gewünschten Schmelzpunkt. In allen Fällen ist es vorteilhaft, wenn das verwendete Puffermaterial eine große latente Schmelzwärme aufweist und ein nicht zu niedriges spezifisches Gewicht, und zwar wegen der großen Wärme- oder Kältemenge, die in einem gegebenen Volumen gespeichert werden kann.

Die Übertragungsflüssigkeit muß bei der Betriebstemperatur flüssig sein und sollte vorzugsweise bei allen Temperaturen flüssig sein, die praktisch während des Betriebes des Speichers auftreten. Bei einem Wärmespeicher, bei dem diese Temperaturen oberhalb der Zimmertemperatur liegen, sollte die Übertragungsflüssigkeit vorzugsweise bei Zimmertemperatur flüssig bleiben, da es sonst schwierig ist, den Speicher in Betrieb zu setzen. Ferner sollte die Übertragungsflüssigkeit einen ausreichend niedrigen Dampfdruck aufweisen, um Verluste durch Verdampfung zu vermeiden, und um eine Feuersgefahr bei allen Betriebstemperaturen, die auftreten können, auszuschalten.

In den meisten Fällen kann eine geeignete Erdölfraktion gefunden werden, welche die Bedingungen erfüllt und relativ zum Puffermaterial inert ist. Andere inerte Flüssigkeiten sind im Prinzip ebenfalls verwendbar.

In den meisten Fällen wird eine Übertragungsflüssigkeit ausgewählt, die ein spezifisches Gewicht hat., welches kleiner ist als das des festen und des flüssigen Puffermaterials. Es ist jedoch auch möglich, eine Übertragungsflüssigkeit zu verwenden, die schwerer ist als das feste und das flüssige Puffermaterial. In allen Fällen muß jedoch die

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Übertragungsflüssigkeit ausreichend dünnflüssig sein, damit sie leicht bei der Betriebstemperatur gepumpt werden kann und damit sie ebenfalls leicht durch die Koalesciervor- oder -einrichtung strömen kann.

Ausführungsbeispiele sollen in der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung erläutert werden.

In diesen Beispielen wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen erläutert, bei denen Wärme bei Tempe-. raturen unterhalb der Zimmertemperatur gespeichert wird. Es ist klar, daß in analoger Weise die Erfindung verwendet werden kann, um Wärme bei erhöhter Temperatur zu speichern, wobei die Art des Puffermaterials und. der Übertragungsflüssigkeit an die gewünschte Speichertemperatur angepaßt werden.

Wenn eine Übertragungsflüssigkeit verwendet wird, die schwerer als das Puffermaterial ist, müssen die Zuführungs- und Abführungsleitungen und die Verteilungseinrichtungen an die neue Situation angepaßt werden. Dies ist jedoch für einen Durchschnittsfachmann eine Selbstverständlichkeit.

Ganz allgemein gesagt, haben das feste Puffermaterial und das flüssige Puffermaterial unterschiedliche spezifische Gewichte, so daß sie während des Gefrierens und während des Tauens das Volumen des Puffermaterials ändern. Derartige Volumenänderungen müssen bei der Auslegung des Speichers in Betracht gezogen werden, um zu verhindern, daß die Grenzfläche des Puffermaterials und der Übertragungsflüssigkeit den Pegel des Auslasses für die übertragungs-.

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flüssigkeit erreichen kann. Deshalb muß ein Volumen für die Übertragungsflüssigkeit reserviert werden, welches etwa 15 bis 20 % des Volumens des Puffermaterials beträgt, wobei im oberen Abschnitt ein ausreichend leerer Raum zur Verfügung stehen muß, um ein überfließen zu verhindern. Dieses Problem ist insbesondere klar, wenn das Puffermaterial Wasser ist, weil das gebildete Eis 11 % mehr Raum einnimmt als das Wasser, aus dem das Eis gebildet ist. Bei eutektischen Gemischen ist dieser Unterschied im allgemeinen kleiner.

Weiterhin muß der Pegel des Puffermaterials daran gehindert werden, so weit zu steigen, daß er die Koalescierein- oder -vorrichtung erreicht.

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Fig. 1 zeigt die Verwendung eines Kältespeichers, der in einem Kühlsystem für ein gekühltes Lagerhaus angeordnet ist, in dem tagsüber Fleisch von frisch geschlachtetem Schlachtvieh dauernd in die gekühlten Kammern eingebracht wird.

Zum Kühlen dieses Fleisches und zur Kompensation der Wärmeverluste durch das Öffnen der Eingänge muß eine große Kältemenge während des Tages zugeführt werden. Über Nacht bleiben die Eingänge geschlossen, und wenn das vorhandene Fleisch einmal vollständig gekühlt ist, ist es lediglich erforderlich, eine geringe Kältemenge ferner zuzuführen, um die kleinen Verluste auszugleichen. Ohne den Speicher wäre eine große Kompressorkapazität für die Anlage erforderlich, um die große Kältemenge, die über Tag erforderlich ist, zuzuführen. Jedoch ist diese Kompressorkapazität üher Nacht nicht erforderlich, so daß der Kompressor seine volle Leistung für so eine kurze Zeit, wie etwa 8 Stunden pro Tag, erbringt.

Durch die Verwendung eines Speichers mit ausreichender Kapazität und durch die Anwendung einer Speichertemperatur, die etwa gleich der des Kühlmittels ist, welches im Lagerhaus zirkuliert, ist es möglich, den Speicher über Nacht zu gefrieren und die Kälte vom Speicher tagsüber zur Verwendung im Lagerhaus abzuziehen. In diesem Fall führen die Kompressoren einen Teil der erforderlichen Kälte zu, und der Speicher führt den Rest zu. Es reicht dann eine Kompressorkapazität aus, die so niedrig ist wie etwa ein Drittel der Kapazität, die ohne Speicher erforderlich wäre.

Es ist auch möglich, den Kompressor tagsüber überhaupt nicht zu verwenden. Dies macht lediglich die Auswahl eines grösseren Speichers erforderlich.

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Fig. 1 zeigt einen Kompressor 1 für ein Kältemittel, wie beispielsweise Ammoniak,Kühler 3 für das komprimierte Amoniak und ein Trenngefäß 2, in welchem das verflüssigte Amoniak von dem in der Gasphase verbliebenen getrennt wird. Das gasförmige Amoniak wird zum Kompressor 1 über die dargestellten Leitungen zurückgeführt. Aus dem Trenngefäß 2 wird flüssiges Ammoniak über einen Schieber 6 zu den Gefrierzellen 7 geführt, in denen das Ammoniak verdampft wird, wobei es Kälte abgibt, und wird dann zum Trenngefäß 2 und weiterhin zum Kompressor zurückgeführt.

Wenn der Kompressor eine größere Kapazität hat als die, die erforderlich ist, um alle benötigte Kälte zuzuführen, nimmt die Menge des flüssigen Ammoniaks im Trenngefäß 2 zu, und der Druck wird vermindert. Ein Druckfühler schaltet dann den Speicher auf Gefrieren um.

Der in Fig. 1 dargestellte Speicher weist einen Behälter auf, der mit einer nicht dargestellten Schicht aus Isolationsmaterial ausgerüstet ist. In dem Behälter befindet sich eine Schicht aus Puffermaterial 15, wobei es sich in diesem Fall um eine eutektische Salzlösung handelt. Auf der Oberseite dieses Puffermaterials befindet sich eine Schicht 16 aus einer Erdölfraktion, wie beispielsweise Kerosen. Der Behälter 14 ist an der Oberseite durch eine Platte 21 verschlossen, die eine große runde exzentrische Öffnung aufweist, um diese öffnung herum ist ein Ring 22 angeordnet, der eine Reihe von im gleichförmigen Abstand voneinander angeordnete Öffnungen 23 aufweist, wobei ein Ringkanal zwischen dem Ring und der Wand des Behälters offen bleibt.

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Fig. 2 zeigt die Platte in Draufsicht. Der Zweck des Ringes 22 ist es, die Übertragungsflüssigkeit trotz eines veränderlichen Flüssigkeitspegels ohne Turbulenz abzugeben oder ausströmen zu lassen. In der Öffnung innerhalb des Ringes ist eine Koalesciereinrichtung 17 montiert, welche diese Öffnung vollständig schließt.

Oberhalb der Platte 21 ist ein Rohr 24 montiert, welches den eigentlichen Speicher mit einem an sich bekannten Wärmeaustauscher 18 verbindet, in dem die Übertragungsflüssigkeit oder Wärme oder Kälte dem Kühlmittel, in diesem Fall Ammoniak, übertragen kann. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist dieser Wärmeaustauscher ein Dünnschichtverdampfer bzw. Fallfilmverdampfer, in welchem die Übertragungsflüssigkeit entlang der äußeren Wandung eines Satzes von senkrechten Rohren strömt und dann durch die Leitung 25 und die Pumpe 19 zum Speicher zurückgelangt. Der Kopf des Wärmeaustauschers 18 ist in Fig. 3 dargestellt. Von einer Sprühdüse oder einem Zerstäuber 26 wird flüssiges Ammoniak gegen eine sphärische Platte gesprüht, und das Ammoniak fällt dann auf eine Verteilerplatte 27, die kleine Öffnungen oder Bohrungen aufweist. Auf dieser Verteilerplatte bleibt eine Schicht der Flüssigkeit stehen, so daß ein regulärer Strom von flüssigem Ammoniak von der Öffnungen oder Bohrungen auf die Rohrplatte 29 fällt und dann als gleichförmiger Film längs der Innenwand der Rohre 30 nach unten strömt. Wie bereits dargelegt, befindet sich die äußere Wand der Rohre in Kontakt mit der Übertragungsflüssigkeit. Die Übertragungsflüssigkeit, wird auf diese Weise gekühlt und transportiert die Kälte zum Speicher.

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Wenn die Gefrierphase eingeschaltet ist, wird ein Magnetschieber 12 geschlossen, und die Magnetschieber 13 und 11 werden geöffnet und die Pumpe 19 wird in Betrieb genommen. Vom Trenngefäß 2 strömt nun flüssiges Ammoniak zum Behälter 20, und demzufolge steigt der Pegel an. Sobald dieser Pegel hoch genug ist, schaltet der Pegelmesser 9 die Pumpe 8 ein und flüssiges Ammoniak wird über den Schieber 11 zum Zerstäuber 26 geleitet. Das Ammoniak wird verdampft, und die Übertragungsflüssigkeit transportiert Kälte zum Speicher. Das verdampfte Ammoniak kehrt zum Behälter zurück und tritt durch eine Leitung in den Trennbehälter 2 aus.

Die gekühlte Übertragungsflüssigkeit wird nun durch die Leitung 25 und die Pumpe 19 zum Speicher geführt, wo sie von einem Tauchrohr unter einem konischen Verteiler im Bodenabschnitt des Behälters 14 geführt wird. Der Verteiler, wie er bei der Erfindung verwendet wird, ist eine perforierte Platte, vorzugsweise aus Metall, wie beispielsweise Stahl, und weist eine Vielzahl kleiner öffnungen auf, durch die die Übertragungsflüssigkeit in das Puffermaterial· verteilt wird. Der in Fig. 1 dargestellte Verteiler weist eine große Anzahl von Öffnungen oder Bohrungen auf, die nicht dargestellt sind und die einen Durchmesser von 0,6 mm haben, wobei die Gesamtquerschnittsfläche der Öffnungen etwa 14 % der konischen Oberfläcge beträgt. Dabei stellt sich heraus, daß ziemlich große Tropfen des Öls durch das eutektische Gemisch nach oben steigen (Durchmesser 3 bis 4 mm).

Durch die sehr große Anzahl dieser Trop-en ist die Wärme-

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austauschoberfläche sehr groß (3OO bis 500 M /M Puffermaterial) . Auf diese Weise wird eine sehr gute Verteilung der Übertragungsflüssigkeit erhalten, während lediglich eine sehr geringe Pumpenenergie erforderlich ist. Diese

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Pumpenenergie würde schließlich dazu dienen, die Flüssigkeiten zu erhitzen und dies würde den Wirkungsgrad eines Kältespeichers vermindern. (Im Fall eines Wärmespeichers ist dies weniger nachteilig).

Im Verdampfer 18 wird die Übertragungsflüssigkeit auf eine Temperatur unterhalb der eutektischen Temperatur abgekühlt, und wenn die Flüssigkeit in Form von Tröpfchen im Behälter 14 aufwärts steigt, wird eine Haut aus Feststoffpuffermaterial um jeden Tropfen herum gebildet. Der Hauptteil dieses Feststoffmaterials sammelt sich in der Umgebung der Grenzfläche zwischen den Schichten 15 und 16, wobei ein Teil jedoch an der Koalescierein- oder -vorrichtung 17 hängt. Es wurde gefunden, daß sich kein Feststoffmaterial oberhalb der Koalesciereinrichtung 17 befindet.

Es hat sich herausgestellt, daß die Temperatur der Übertragungsflüssigkeit praktisch gleich der eutektischen Temperatur ist.

Die Temperaturdifferenz ist im allgemeinen geringer als 0,2 C, und es hat sich herausgestellt, daß diese Temperaturdifferenz aufrechterhalten wird, bis im wesentlichen das gesamte Puffermaterial oberhalb des Verteilers 31 festgeworden ist. Danach steigt die Temperaturdifferenz schnell, und es wurde gefunden, daß dieser Anstieg als Signal zur Beendigung des Gefrierens sehr geeignet ist.

Wenn die Gefrierzellen 7 mehr Kälte verbrauchen als die Kompressoren 1 liefern können, steigt der Druck im Trenngefäß 2 an. Dies kann als Signal verwendet werden, um den Speicher anzuzapfen oder aufzutauen. Dies kann selbstverständlich auch begonnen werden, wenn der Speicher lediglich teilweise gefroren ist.

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Zum Anzapfen oder Abtauen werden die Magnetschieber 11 und 13 geschlossen und die Pumpe 19 wird wieder in Betrieb genommen. Die Übertragungsflüssigkeit erreicht nun den Wärmeaustauscher 18 bei einer Temperatur, die im wesentlichen gleich der eutektischen Temperatur ist, d. h. diese Temperatur ist etwas niedriger als der Siedepunkt des Ammoniak im Trenngefäß 2 und im Behälter 20, der damit verbunden ist. Als Folge davon wird Ammoniak an der Innenseite der Bank von Rohren im Austauscher 18 kondensiert und strömt abwärts, während gleichzeitig gasförmiges Ammoniak vom Behälter 20 aus nach oben strömt und ebenfalls kondensiert wird. Die Übertragungsflüssigkeit wird dadurch erwärmt und zum Speicher 14 zurückgepumpt, wo sie die aufgenommene Wärme an das Puffermaterial abgibt, wodurch dieses schmilzt. Während dieses Verfahrensschrittes wird die Übertragungsflüssigkeit wieder bis kurz über den eutektischen Schmelzpunkt abgekühlt und strömt durch die Koalesciereinrichtung zurück zum Wärmeaustauscher 18. In der Koalesciereinrichtung gibt die Übertragungsflüssigkeit eine gewisse weitere Wärmemenge an das feste Puffermaterial ab, welches in der Koalesciereinrichtung vorhanden sein kann, wodurch dieses schmilzt und nach unten strömt. Demzufolge wird die Koalesciereinrichtung automatisch gereinigt.

Das verflüssigte Ammoniak sammelt sich im Behälter 20 und wird gesteuert durch den Pegelregler 10 periodisch über den Magnetschieber zum Behälter 2 gepumpt, wo es zur Kühlung der Zellen 7 zur Verfügung steht.

Die Temperaturdiefferenz zwischen der Übertragungsflüssigkeit, die durch das Rohr 24 abgegeben wird, und der eutektischen Temperatur verbleibt im Grunde genommen konstant und beträgt weniger als 0,2 C. Diese Temperaturdifferenz

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steigt plötzlich ganz i.oträchtlich an, sobald das gesamte feste Puffermaterial geschmolzen ist. Dieser Anstieg der Temperaturdifferenz kann als Signal verwendet werden, um das Abtauen oder Anzapfen zu beenden.

Obwohl die Fig. 1 bis 3 ein Ausführungsbeispiel zeigen, bei dem während des Abtauens die Übertragungsflüssigkeit zuerst ihre Kälte an das Kühlmittel abgibt, wie beispielsweise an Ammoniak, ist es selbstverständlich auch möglich, die Übertragungsflüssigkeit selbst zu den Zellen 7 zu pumpen und dort als Kühlmittel zu verwenden.

Ein großer Vorteil eines derartigen Speichers liegt darin, daß eine kleine Temperaturdifferenz zwischen der Übertragungsflüssigkeit und dem Puffermaterial ausreicht, um einen im Grunde genommen vollständigen Wärmeaustausch zu erhalten. Damit dieser Vorteil nicht verlorengeht, ist es im hohen Maße wünschenswert, daß die anderen Wärmeaustauscher, die beim Verfahren verwendet werden, auch den bestmöglichen Wärmeaustausch bei kleinen Temperaturdifferenzen ergeben.

Zu diesem Zweck wird der an sich bekannte Dünnschichtverdampfer bei dem im Vorstehenden beschriebenen Beispiel verwendet, der in dieser Hinsicht sehr vorteilhaft ist. Andere Austauscher mit vergleichbaren Eigenschaften können selbstverständlich genau so gut verwendet werden.

Fig. 1 zeigt die Anwendung des erfindungsgemäßen Speichers als Eispuffer.

In Brauereien, bei Herstellern von alkoholfreien Getränken, in Milchwirtschaftsbetrieben u. dgl., ist es oft erforderlich, schnell eine gegebene Flüssigkeitsmenge, die bei einer

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höheren Temperatur hergestellt wurde, auf eine niedrigere Temperatur, beispielsweise 5°C, abzukühlen. Um die Notwendigkeit auszuschalten, eine große Kompressorkapazität einzubauen, wird in derartigen gewerblichen Betrieben üblicherweise ein Eispuffer verwendet, der aus einem mit Wasser gefüllten Behälter besteht und mit einer großen Anzahl von Rohren ausgerüstet ist, in denen Ammoniak verdampft werden kann. Dadurch wird eine Eisschicht auf der Außenwand der Rohre ausgebildet, und auf diese Weise kann eLne große Kältemenge gespeichert werden. Wenn es gewünscht ist, die Kälte zu verwenden, wird ein Wasserstrom durch den Eispuffer und durch die Räume oder Gefäße, die gekühlt werden sollen, in Umlauf gesetzt. Die Räume oder Gefäße oder Behälter werden dann gekühlt und im Eispuffer wird eine entsprechende Eismenge geschmolzen.

Derartige Eispuffer sind jedoch erst hinsichtlich der Kosten aufwendig und erfordern eine große Menge Kältemittel als Füllung. Ferner wird die Kälte nicht schnell genug aufgenommen oder abgegeben, und dies macht zusätzliche Einrichtungen erforderlich, wie beispielsweise Rührer im Eispuffer.

Fig. 4 zeigt einen Speicher, der ähnlich wie der aufgebaut ist, der in Fig. 1 dargestellt ist.

Der Hauptunterschied gegenüber dem in Fig. 1 dargestellten Speicher besteht darin, daß im vorliegenden Fall Wasser als Puffermaterial, anstatt eines eutektischen Gemisches, verwendet wird. ·

Analog zu der Darstellung in Fig. 1 wird ein Kältemittel, üblicherweise Ammoniak, von einem Kompressor 41 komprimiert, in einem Kühler 42 verflüssigt, in einem Ventil 43 expandiert und dann in einem Wärmeaustauscher 44 verwendet,

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um eine Übertragungsflüssigkeit zu kühlen, beispielsweise eine Erdölfraktion, auf dicht unter 0 C, beispielsweise auf -2 C. Diese Übertragungsflüssigkeit wird mittels einer Pumpe 45 zum Verteiler geführt und steigt als Tropfen durch das Wasser im Speicher aufwärts, welches dadurch teilweise gefroren wird. Die Übertragungsflüssigkeit erwärmt sich wieder auf O C und wird wieder umgepumpt und auf diese Weise wird tatsächlich die gesamte Wassermenge, die im Speicher oberhalb des Verteilers vorhanden ist, gefroren, und zwar zuerst zu einer Aufschlämmung aus Eiskristallen und dann zu einer porösen halbfesten Masse.

Ein zweiter Unterschied gegenüber dem in Fig. 1 dargestellten Speicher besteht darin, daß der Verteiler nicht direkt im Boden des Speichers angeordnet ist, sondern etwas höher, so daß immer eine gewisse Menge an flüssigem Wasser unter dem Verteiler vorhanden ist, welches unmittelbar gepumpt werden kann.

Aus dieser untersten Stellung kann Wasser durch die Pumpe 52 zu dem zu kühlenden Material oder einem Verbraucher gepumpt werden, der schematisch durch die Zickzacklinie 51 dargestellt ist. Um irgendwelche Tröpfchen der Übertragungsflüssigkeit, die mitgeführt werden können, zurückzuhalten, ist eine besondere Koalesciereinrichtung 50 stromauf der Pumpe vorgesehen. Die Menge der Übertragungsflüssigkeit, die dort gesammelt wird, kann durch eine senkrechte Leitung zur Oberseite des Speichers aufsteigen.

Vom Verbraucher 51 wird das erwärmte Wasser in den Speicher zurückgeführt, um wiederum gefroren zu werden. Zu diesem Zweck wird das Wasser in die Schicht der übertragungsflüs-

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sigkeit gesprüht, nachdem diese ihre Kälte an die Hauptmasse des Puffermaterials abgegeben hat. Demzufolge wird die Übertragungsflüssigkeit beträchtlich über O C erwärmt," so daß jegliche Eismenge, die in der Koalesciereinrichtung zurückbleibt, aus dem Kontakt mit der Übertragungsflüssigkeit herausschmilzt, dadurch erwärmt wird und abwärts strömt. Das erwärmte Wasser kann ebenfalls an eine Stelle oberhalb der Koalesciereinrichtung zurückgeführt werden, so daß die Säuberung der Koalesciereinrichtung schneller durchgeführt werden kann. Diese Verfahrensstufe ist jedoch nicht bevorzugt. Wenn das erwärmte Wasser in die Übertragungsflüssigkeit gesprüht ist, sinkt dieses nach unten und gelangt in Kontakt mit dem Eis, welches an der Grenzfläche von Wasser und Übertragungsflüssigkeit schwimmt. Dadurch wird das Eis geschmolzen und das Wasser wieder auf 0 C abgekühlt.

Erfindungsgemäß erzeugt ein gegebenes Speichervolumen eine viel größere Speicherkapazität als ein üblicher Eispuffer, da keine großen Volumina erforderlich sind, die durch Rohre eingenommen werden, oder die für den Umlauf von Wasser und zum Umrühren freigehalten werden müssen. Die Aufnahmegeschwindigkeit und die Abgabegeschwindigkeit ist ebenfalls beträchtlich höher, da die Tropfen der Übertragungsflüssigkeit eine viel größere Oberfläche haben als dies durch Rohre erreicht werden kann, wobei es nicht erforderlich ist, daß die Kälte oder Wärme durch dicke Eisschichten hindurchgehen muß. Schließlich werden die hohen Kosten, die durch den Aufbau der Röhrensätze bewirkt werden, eingespart. Die bisher bekannten Eispuffer wurden als rechteckige, und damit teure Behälter, gebaut.

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Wenn Wasser als Puffermaterial verwendet wird, ist die Eismenge, die durch die Koalesciereinrichtung gesammelt wird, wesentlich größer als in dem Fall, in dem eine eutektische Lösung verwendet wird. Der Grund hierfür ist nicht vollständig klar.

Aus Sicherheitsgründen kann eine zweite Koalesciereinrichtung unter- oder oberhalb der ersten vorgesehen werden. Dies verhindert mit Bestimmtheit, daß Eis im Wärmeaustauscher 44 abgelagert wird.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform wird angenommen, daß die gespeicherte Kälte in Form von Wasser abgegeben werden soll, welches eine Temperatur von etwa 0 C hat. Es ist jedoch auch möglich, die Kälte vom Eisspeicher in Form einer Suspension von Eiskristallen im Wasser abzugeben. In diesem Fall ist eine Koalesciereinrichtung im Abzugskanal für diese Suspension nicht vorhanden. Eine derartige Suspension bleibt bis zu einer Konzentration von 60 bis 70 % Eiskristallen pumpbar. In diesem Fall können die Eiskristalle an der Stelle der Gegenstände oder der Räume, die gekühlt werden sollen, schmelzen, wodurch eine tiefere Temperatur erzielt werden kann und ein höherer Wirkungsgrad der Ausnützung der gespeicherten Kälte.

Eine Kühlung mit einer Suspension von Eiskristallen in einer mit Wasser nicht mischbaren Flüssigkeit, wie beispielsweise Toluol, ist aus der US-PS 3 869 870 bekannt. Die US-PS 3 247 678 beschreibt ein Verfahren zur Kühlung mit einer Suspension von Eiskristallen in Salzlösung oder Sole. Bis heute ist jedoch kein zuverlässiges Verfahren bekannt, um in einer einfachen, zuverlässigen und reproduzierbaren Weise eine pumpfähige konzentrierte Suspension von Eiskristallen

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im Wasser herzustellen, ohne daß diese Kristalle die Neigung haben, zu größeren Aggregaten zusammenzuwachsen.

Erfindungsgemäß ist dies jedoch ohne jegliche Probleme möglich.

Es hat sich gezeigt, daß es in einem Speicher, wie er in Fig. 4 gezeigt ist, möglich ist, eutektische Salzlösung als Puffermaterial· zu verwenden und dann diese Salzlösung oder eine Suspension von festem Eutektikum in der Salzlösung an die Stelle zu pumpen, an der Wärme abgegeben werden soll. In diesem Fall sollte selbstverständlich die Koalesciereinrichtung 50 fortgelassen werden.

Die Fig. 5 und 6 zeigen Schnittansichten von zwei Ausführung sbeispielen eines erfindungsgemäßen Kältespeichers, der Kaltwasser abgibt, wobei das Wasser, nachdem es erwärmt wurde, wieder in den Speicher zurückgeführt wird. In diesen beiden Figuren sind so weit wie möglich entsprechende Teile durch die gleichen Bezugsziffern wie in den vorhergehenden Figuren gekennzeichnet.

Eine Wärmeübertragungsflüssigkeit, die außerhalb des Speichers in einer Kältemaschine auf unter O⁰C, beispielsweise -2 C, abgekühlt wurde, wird durch einen Stutzen 50 zugeführt und durch Verteiler 54, die eine perforierte Metallplatte aufweisen, in Tröpfchen unterteilt. Diese Tröpfchen haben beispielsweise eine Größe von 2 bis 4 mm. Diese Übertragung sflüssigkeit nimmt Wärme von dem Wasser 48 auf, welches in dem Speicher vorhanden ist' und welches dadurch abgekühlt wird und schließlich gefroren wird, um eine Aufschlämmung von feinen Eiskristallen zu bilden. Die aufsteigenden Tröpfchen sammlen sich oberhalb der Grenzfläche

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zwischen dem Wasser 48 und der Schicht 47 aus Übertragungsflüssigkeit, wobei alle Eiskristalle, die mitgenommen werden, durch die Koalesciereinrichtung 17 zurückgehalten werden. Von 24 wird die Übertragungsflüssigkeit in die nicht dargestellte Kältemaschine zurückgeführt.

Wenn es gewünscht ist, kaltes Wasser aus dem Speicher abzuziehen, so wird dieses über den Stutzen 50 abgegeben. Bei der Darstellung in Fig. 5 mündet dieser Stutzen in einen Ringkanal, der innerhalb des Speichers in der Nähe des Bodens vorgesehen ist. Die Oberseite des Ringkanals wird durch einen ringförmigen Koalescierstreifen 59 gebildet. Bei der Darstellung in Fig. 6 mündet der Stutzen unterhalb einer quadratischen oder rechteckigen Koalescierplatte 59, die in einem Rohr sitzt, welches die Platte dicht umgibt. In beiden Fällen muß das Wasser, das durch 50 abgegeben wird, zuerst durch diese Koalesciereinrichtung strömen. Irgendwelche Tropfen der Übertragungsflüssigkeit, die mitgezogen würden, werden auf diese Weise zurückgehalten. Diese Tröpfchen strömen zusammen und treten wegen der Differenz des spezifischen Gewichtes aus der Koalesciereinrichtung aus. Das abgegebene kalte Wasser kann kalt außerhalb des Speichers verwendet werden, wo es erwärmt wird. Dieses erwärmte Wasser wird dann wieder in die Schicht der Wärmeaustauschflüssigkeit durch den Verteiler 53 gesprüht und die geformten Tröpfchen fallen nach unten und gelangen in die Wasserschicht 48, die an der Oberseite eine Aufschlämmung von Eiskristallen aufweist. Diese Kristalle werden geschmolzen, wodurch das Wasser wiederum gekühlt wird, und dieser Umlauf kann fortgesetzt werden, bis das gesamte Eis geschmolzen ist, und die Temperatur des Wassers, das bei 50 abgegeben wird, sich über 0 C erhöht hat.

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Während des Abzugs von Wärme kann die Zuführung von Kälte durch die Wärmeaustauschflüssigkeit ohne jegliche Schwierigkeit fortgesetzt werden.

Da, wenn Wasser gefroren ist, das Volumen des gebildeten Eises größer ist als das des kalten Wassers, wird während des Gefrierens des Speichers die Grenzfläche zwischen der Wasserschicht 48 und der Schicht der übertragungsflüssigkeit nach oben verschoben, und dies könnte die Gefahr eines Überströmens mit sich bringen. Um dieses zu verhindern, ist bei den in den Fig. 5 und 6 dargestellten Ausführungsformen eine einfache Kompensationseinrichtung vorgesehen.

Bei der Darstellung in Fig. 5 ist die Kompensationsvorrichtung ein senkrechtes Rohr 56, welches in der Mitte innerhalb des zylindrischen Speichers angeordnet ist, und an der Oberseite luftdicht mit dem Deckel des Speichers verbunden ist. Das untere Ende dieses Rohres ist mit einer öffnung 64 oder mit mehreren Öffnungen 64 verbunden. Mit dem Deckel des Speichers ist eine Zuführungseinrichtung 57 für Druckgas verbunden, wie beispielsweise unter Druck stehender Stickstoff oder Druckluft. Diese Leitung ist mit magnetisch gesteuerten Einlaß- und Auslaßschiebern ausgerüstet. Falls gewünscht, kann ein Druckmeßgerät oder ein Druckfühler eingebaut sein. Es ist ferner ein Fühler 58 im Speicher vorgesehen, der ein Signal abgibt, sobald der Pegel der Wärmeaustauschflüssigkeit über oder unter einen vorgewählten Schwellenwert ansteigt oder abfällt. Luft wird dann durch die Leitung 57 zugeführt oder abgezogen, und zwar durch eine an sich bekannte automatisch arbeitende, nicht dargestellte Hilfseinrichtung, so daß der Wasserpegel innerhalb des Rohres 56 steigt oder fällt und der Pegel bei 58 in entsprechender Weise fallt oder steigt. Da ferner die Pegeldifferenz zwischen dem Innenraum und dem Außenraum des

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Rohres von dieser Menge abhängt, die im gefrorenen Zustand vorliegt, ist der Druck in dem Rohr einmal für diese Menge des gefrorenen Wassers,und nach einer entsprechenden Eichung kann demzufolge diese Menge leicht abgelesen oder ermittelt werden, und zwar an der Oberseite des Speichers oder an irgendeiner anderen ausgewählten Stelle, wenn an sich bekannte Fernmeßgeräte verwendet werden.

Bei dem horizontalen Speicher, der in Fig. 6 dargestellt ist, weist die Kompensationseinrichtung einen etwas anderen Aufbau auf. Dieser Speicher hat einen horizontalen Zylinder, der unter leichter Neigung auf Beinen 66 steht, und der an seinem höheren Ende mit einem Dom ausgerüstet ist, der unter anderen Einrichtungen die Koalesciereinrichtung aufnimmt.

Am unteren Ende ist der Speicher mit einer Trennwand 63 ausgerüstet, die luftdicht mit dem Umfang des Zylinders verbunden ist,und eine oder mehrere Öffnungen 64 sind neben der unteren Kante vorgesehen. Auf diese Weise wird eine Kompensationskammer am unteren Ende gebildet, die die gleiche Funktion hat und in der gleichen Weise verwendet wird, wie der Raum innerhalb des Rohres 56 bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform.

In den Fig. 5 und 6 sind zusätzlich mehrere Überwachungsfenster 60 dargestellt, die während der Entwicklung verwendet werden. Bei einem Produktionsmittel sind derartige Fenster nicht erforderlich. Fig. 6 zeigt ferner ein Pegelstandsglas 61 zur überwachung des Flüssigkeitspegels im Speicher während des Füllens und des Nachfüllens.

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Wenn der Speicher vollkommen abgetaut ist, sollte die Kompensationskammer ein Gasvolumen enthalten, welches wenigstens gleich der Volumenzunahme ist, die auftritt, wenn die vorhandene Wassermenge vollständig gefroren ist. Dann ist es .möglich, daß der Flüssigkeitspegel bei 58 für alle Zeiten aufrechterhalten wird. So lange der Sammler etv/a die richtigen Mengen an Wasser und Übertragungsflüssigkeit enthält, und wenn eine automatische Steuerung der Gaszuführung und der Gasabfuhr über die Leitung 57 verwendet wird, kann diese Gasmenge automatisch zugeführt werden, wenn der Speicher eingeschaltet ist.

Wenn das Wasser außerhalb des Speichers umläuft, besteht immer die Möglichkeit, daß ein Teil des Wassers durch Leckagen u. dgl. verlorengeht. Es ist deshalb ferner wünschenswert, einen Fühler 62 im Speicher an der Grenzfläche zwischen der Wasserschicht und der Schicht der !'Wärmeübertragung sflüssigkeit vorzusehen. Mittels eines derartigen Fühlers kann festgestellt werden, entweder, daß der Speicher voll gefroren ist oder voll abgetaut ist, oder daß der Pegel die erforderliche Höhe hat, und, falls erforderlich, kann Wasser nachgefüllt werden. In diesem Fall kann, falls erforderlich, der Fühler mit einer automatisch einrichtenden Vorrichtung verbunden sein, welche entweder ein geeignetes Signal abgibt, oder unabhängig korrigierende Maßnahmen einleitet.

Die in den Fig. 5 und 6 dargestellte Vorrichtung kann in völlig analoger Weise verwendet werden, wenn anstelle von Wasser ein eutektisches Gemisch verwendet wird und die flüssige Phase außerhalb des Speichers umläuft.

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Wenn es gewünscht ist, ein Gemisch aus der flüssigen Phase und der festen Phase umzuwälzen, um damit eine größere Anzahl von Kälteeinheiten pro Volumeneinheit zu transportieren, wird bei einer Vorrichtung dieser Art natürlich die Suspension dicht unter der Grenzfläche der wässrigen Phase 46 und der Schicht der Wärmeübertragungsflüssigkeit 47 abgezogen, da dies die Stelle ist, wo sich die feste Phase sammelt. In diesem Fall wird die erwärmte flüssige Phase zum Boden des Speichers zurückgeführt. In einem derartigen Fall wird in der Umwälzleitung keine Koalesciereinrichtung eingebaut, und es wird vorzugsweise zeitweise das Pumpen der gekühlten Wärmeaustauschflüssigkeit unterbrochen.

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Claims

Dipi.-Fhysüter WJ LLY LORENZ Patentanwalt 3025402 Hubertusstraße 831A Willy Lorenz, Postfach 1320, D-8035 Gaining D-8035 Gautine er München (089) 8506036* '+ BREVET Telex 5 21707 lore d Telekopiercr X Doomernik B.V. 4. Juli 1980 5351 PJ Berghem (Niederlande) Meine Akte: d 7O-j,DE Patentansprüche

1. Speicher für Wärme oder Kälte mit einem Behälter, dessen größerer Teil mit einer Schicht aus einem Puffermaterial gefüllt ist, welches bei einer konstanten Temperatur schmilzt und einer beträchtlich kleineren Schicht aus einer Wärmeübertragungsflüssigkeit, die einen tieferen Schmelzpunkt hat als das Paffermaterial und ein spezifisches Gewicht, welches entweder tiefer ist als sowohl das des festen Puffermaterials und das des flüssigen Puffermaterials oder höher als diese beiden, wobei die Übertragungsflüssigkeit faktisch mit dem Puffermaterial nicht mischbar ist, der Behälter eine Leitung auf v/eist, um Wärmeübertragungsflüssigkeit aus dieser Schicht an Einrichtungen außerhalb des Speichers abzugeben und eine Speiseleitung, um Wärmeübertragungsflüssigkeit in einen Verteiler in der Schicht des Puffermaterials zurückzuführen und dann zu bewirken, daß die Übertragungsflüssigkeit im direkten Kontakt mit dem Puffermaterial aufwärts oder abwärts strömt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Koalesciereinrichtung oder mehrere Koalesciereinrichtungen zwischen dem Puffermaterial und dem Auslaß für die Wärmeübertragungsflüssigkeit vorgesehen ist oder sind, um feste und flüssige Teilchen des Puffermaterials zurückzuhalten.

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2. Speicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speiseleitung für die übertragungsflüssigkeit mit einem Verteiler verbunden ist, der eine Platte aufweist, die eine große Anzahl von Öffnungen aufweist und daß die Öffnungen einen Durchmesser von 0,4 bis 1,0 mm haben.

3. Speicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteiler eine perforierte konische Platte ist.

4. Speicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Auslaßleitung für das flüssige Puffermaterial in der Nähe des Bodens vorgesehen ist und eine Speiseleitung für das erwärmte flüssige Puffermaterial an der Oberseite des Behälters.

5. Speicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Auslaßleitung für eine Suspension aus festem Puffermaterial in flüssigem Puffermaterial in der oberen Hälfte des Behälters vorgesehen ist und eine Zuführungsleitung für flüssiges Puffermaterial neben dem unteren Ende des Behälters.

6. Speicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kompensationskammer vorgesehen ist, daß der untere Abschnitt dieser Kompensationskammer sich in offener Verbindung mit dem Raum für das Puffermaterial im Behälter befindet, daß das obere Ende der Kompensationskammer Einrichtungen aufweist, mit denen Gas in die Kompensationskammer in gesteuerter Weise eingeführt werden kann, wenn der Pegel der Flüssigkeit im Speicher niedriger ist als eine vorbestimmte Grenze und Mittel, mit denen

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Gas aus der Kompensatxonskammer in einer gesteuerten Weise abgeführt werden'kann, wenn der Pegel der Flüssigkeit im Speicher oberhalb einer vorbestimmten Grenze liegt.

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