DE3111888A1

DE3111888A1 - Latentwaermespeicher

Info

Publication number: DE3111888A1
Application number: DE19813111888
Authority: DE
Inventors: Lothar Dr. Sander; Bernd 3450 Holzminden Schuster
Original assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Current assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Priority date: 1981-03-26
Filing date: 1981-03-26
Publication date: 1982-10-28

Description

STIE35L ELTRON GmbH & Co. KG _ 2 . Holzminden/Weser ^J

17.3.1981

Akte

Latentwärmespeicher

Die Erfindung betrifft einen Latentwärmespeicher, der durch einen Solarkollektor beheizt ist und dessen Wärmeenergie auf einen Nutzheizkreis übertragen ist, mit einem Latentspeichermedium, dessen Phasenumwandlungstemperatur bei der gewünschten Vorlauftemperatur des Nutzkreisos

Ein derartiger Latentspeicher ist in der älteren Patentanmeldung P 30 40 370.4 beschrieben. Dort ist - wie üblich - ein Latentspeichermedium mit einer Phasenumwandlungstemperatur verwendet, die das Erreichen der gewünschten Vorlauftemperatur im Nutzkreis gestattet. Dabei nimmt im Zuge der Ladung des Speichermediums aus dem Solarkollektor zunächst die fühlbare Wärme des Speichermediums zu bis die Phasenumwandlungstemperatur erreicht ist. Infolge des Temperaturanstiegs während des Ladens des Speichermediums erhöht sich auch die Rücklauftemperatur

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des Ladekreises. Damit steigt die Eingangstemperatur des Solarkollektors. Bs erhöht sich dessen Mitteltemperatur. Damit ist eine Verminderung des Wirkungsgrades des Solarkollektors verbunden« Diese fällt besonders stark bei geringer Sonneneinstrahlung ins Gewicht.

In der DE-AS 28 57 314 sind zur Ladung bzw. Entladung eines einheitlichen Speichermediums zwei Wärmetauschermedien mit unterschiedlichen Verdampfungspunkten eingesetzt. Für eine Beheizung mittels eines Solarkollektors eignet sich dieser Wärmespeicher wenig, da für das Wärmetauschermedium des Ladekreises eine möglichst konstante Temperatur erwünscht ist. Eine solche ist bei einem Solarkollektor nicht gewährleistet.

In der DE-OS 25 52 698 ist ein Wärmespeicher beschrieben, bei dem Latentspeichermedium in geschlossene Hohlkörper eingefüllt ist. Umgeben sind die Hohlkörper von einer Speicherflüssigkeit. Die Phasenumvandlungstemperatur des Latentspeichermediums in den Hohlkörpern ist an die obere Grenze des Temperaturbereichs gelegt, in dem der Speicher arbeiten soll. Auch hier treten bei einer Beheizung mittels Solarkollektor die eingangs genannten Probleme auf.

In der DE-AS 18 12 7^9 ist eine Pestkörper-Speichermasse beschrieben, bei der zur Wärmespeicherung die Umkristallisation ausgenutzt wird. Dort auftretende Reaktionshemmeffekte sind durch eine Dotierung behoben.

Aufgabe der Erfindung ist es, «inen Latentwärmespeicher der eingange genannten Art vorzuschlagen, bei dem die Ausnutzung der angebotenen Wärmeenergie verbessert ist.

Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe bei einem Latentwärmespeicher der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß außer dem ersten Latentspeichermedium wenigstens ein zweites Latentspeichemiedium im Speicher vorgesehen ist und daß die Phasenumwandlung*temperaturen dee bzw. der weiteren Latentspeichermedien gestaffelt unter der Phasenumwandlungstemperatur dee ersten Latentspeichermediums liegen.

Mit zunehmender Beheizung des Speichers steigt dabei die Temperatur nicht kontinuierlich, sondern schrittweise an. Damit kann der Solarkollektor den Speicher laden, ohne daß dadurch die Rücklauftemperatur des Wärmeträgenaediums des Solarkreises ständig steigt. Die Rücklauftemperatur verharrt im Bereich der Phasenumwandlungstemperaturen bis die betreffenden Anteile des Gesamt-Latentspeichermediums aufgeschmolzen sind. Damit ist der Wirkungsgrad verbessert. Es lassen eich auch Solartemperaturen zur Wärmespeicherung ausnutzen, die nur wenig oberhalb der untersten Phasenumwandlung«temperatur liegen.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist unter Berücksichtigung der Anteile der verschiedenen Latentspeichermedien die Menge des Latentspeichermediums so bemessen, daß bei maximaler Sonneneinstrahlung im Speicher die oberste Phaeenumwandlungstemperatur nicht

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wesentlich überschritten wird. Damit ist gewährleistet, daß auch bei hohen Temperaturen des Sonnenkollektors die Wärmeenergie nicht über die oberste Phasenumwandlungstemperatur hinaus in fühlbare Wärme übergeht und der Wirkungsgrad des Solarkollektors ab einem gewissen unteren Wert nicht weiter sinkt.

Die verschiedenen Latentspeichermedien können entweder offen miteinander gemischt werden oder in geschlossene Hohlkörper, deren Volumen klein gegenüber dem Speichervolumen ist, eingeschlossen werden. Die verschiedene Latentspeichermedien enthaltenden Hohlkörper lassen sich dann gemischt oder geordnet in den Speicherbehälter füllen, in dem eine Wärmeträgerflüssigkeit vorgesehen ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. In der Zeichnung zeigen:

Figur 1 einen Latentspeicher in einer Solarkollektorheizungsanlage und

Figur 2 ein Ladediagramm eines Latentspeichers mit Latentspeichermedien.

In einem Ladekreis 1 liegt ein Solarkollektor 2, primärsei tig ein Wärmetauscher 3 und eine Pumpe 4. Ail den Wärmetauscher 3 ist sekundärseitig über ein Dreiwegeventil 5 einerseits ein Nutzheizkreis 6 und andererseits

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ein Latentwärmespeicher 7 angeschlossen. Im Nutzheizkreis 6 liegen Niedertemperaturheizkörper, beispielsweise eine Fußbodenheizung 8 und eine Umwälzpumpe 9.

Der Latentwärmespeicher 7 weist einen wärmeisolierten Behälter 10 auf, in dem eine Vielzahl von Hohlkörpern untergebracht sind. Ein Teil der Hohlkörper 11 ist mit einem Latentspeichermedium mit einer Schmelztemperatur von etwa 30°C gefüllt. Der Rest der Hohlkörper 11 ist mit einem Latentspeichermedium mit einer Schmelztemperatur von etwa ^5°C gefüllt. Die Hohlkörpermäntel können entweder elastisch oder starr sein und aus Metall oder Kunststoff bestehen.

Im übrigen ist der Behälter 10 mit dem Wärmeträgerraedium des Nutzheizkreises 6 gefüllt. Die Hohlkörperfüllung reicht bis oben in den Behälter 10. Oben im Speicherbehälter 10 ist ein elektrischer Zusatzheizkörper angeordnet.

Durch das Dreiwegeventil 5 ist es möglich, über den Wärmetauscher 3 nur den Nutzheizkreis 6, oder nur den Speicher 7 oder beides zu beheizen. Außerdem erlaubt das Dreiwegeventil 5 die Beheizung des Nutzkreises aus dem Speicher 7·

Wird über den Wärmetauscher 3 vom Solarkollektor 2 der entladene (vgl. Figur 2, a) - Speicher 7 beheizt, dann steigt die Temperatur im Speicher 7 zunächst bis zum Punkt b (vgl. Figur 2) an, an dem die Schmelztemperatur

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von 30°C des einen Latentspeichermedxums erreicht ist. Bei der weiteren Wärmezufuhr schmilzt das Latentspeichermedium mit der Schmelztemperatur von 30 C auf. Die Temperatur im Speicher 7 nimmt dabei im Idealfall nicht zu. Lediglich der Anteil des Latentspeichermediums mit der Schmelztemperatur von 45 C nimmt fühlbare Wärme auf. Dementsprechend findet auch kein Anstieg der Rücklauftempera tür des Wärmeträgermediums 12 statt, sodaß über den Wärmetauscher 3 die Rücklauftemperatur für den Solarkollektor 2 niedrig, bei 30⁰C, gehalten wird, bis das Latentspeichermedium mit der Schmelztemperatur von 30 C aufgeschmolzen ist (vgl. Figur 2, c). Danach führt dann eine weitere Wärmezufuhr zum steilen Anstieg der fühlbaren Wärme bis zum Punkt d in Figur 2, an dem die Schmelztemperatur des anderen Latentspeichermediums erreicht ist. Bei der weiteren Wärmezufuhr schmilzt das andere Latentspeichermedium auf, wodurch die Speichertemperatur im wesentlichen bei 45 C verharrt.

Die Gesamtmenge der Latentspeichermedien und deren-Mengenverhältnis ist so gewählt, daß bei maximaler Sonneneinstrahlung auch das gesamte Latentspeichermedium mit der Schmelztemperatur von 45 C'aufgeschmolzen ist (Figur 2, e). Es ist damit die Maximaltemperatur des Speichers 7 auf etwa 45 C begrenzt. Damit ist auch sichergestellt, daß der Wirkungsgrad des Solarkollektors 2 nicht den Wert unterschreitet, den er unter Voraussetzung einer Rücklauftemperatur von etwa 45 C hat.

Ersichtlich erfolgt auch eine wirkungsvoll© Wärmespeicherung, venn die Vorlauftemperatur des Solarkollektors niedrig ist, beispielsweise bei 44 °c liegt. Bei dieser Temperatur wird zwar nicht daa Latentspeichermedium mit der Schmelztemperatur von 45°C, jedoch immerhin das LatentspeiehermedittK mit der Schmelztemperatur von 30°C aufgeschmolzen. Die in diesem Fall gespeicherte Wärmeenergie 1st damit wesentlich größer als dann, wenn nur Latentspeiehermedium mit der Schmelztemperatur von 45 C vorläge.

Zur Entladung des Speicher« 7 auf den Nutzheizkreis 6 wird das Dreiwegeventil 5 entsprechend umgeschaltet. Zunächst steht .' für die Nutzwasser entnähme das Volumen des Warmeträgermediums 12 zur Verfügung. Rücklaufendes kaltes Wasser des Hutzheizkreises 6 wird dann bei geladenem Speicher 7 an den Hohlkörpern 11 erwärmt und steht

alt einer Misehtemperatur zwischen 30°C und ^5⁰C zur Verfügung. Gegenüber einem reinen Wasserspeicher läßt sich durch di· beschriebene Speicheranordnung das Speichervolumen um etwa 50^4 verringern.

Die Erfindung läßt sieh auch bei HeisBungsanlagen mit anderer Schaltung einsetzen. Beispielsweise kann eine Schaltung vorgesehen sein, bei der entweder das Wärmeträgermedium des Ladekreises 1 oder des Nutzheizkreises offen durch den Speicher 7 geführt ist und für den jeweils anderen Kreis im Speicher 7 ein Wärmetauscher angeordnet ist. Es können auch für beide Kreise 1 und 6 im Speicher 7 Wärmetauscher vorgesehen sein. Es ist auch möglich, das Dreiwegeventil 5 und den Speicher 7 im Ladekreis 1 vorzusehen· _ g -

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Claims

17.3.1981 Patentansprüche

Latentwärmespeicher, der durch einen Solarkollektor eheizt ist und dessen Wärmeenergie auf einen Nutzheizkreis übertragen ist, mit einem Latentspeichermedium, dessen Phasenumwandlung^temperatur bei der gewünschten Vorlauf temperatur des Nutzheiakreises liegt, dadurch gekennzeichnet, daß außer dem ersten Latentspeichermedium wenigstens ein zweites Latentspeichermedium im Speicher (7) vorgesehen ist und daß die Phasenumwandlungstemperaturen des bzw. der weiteren Latentspeichermedien gestaffelt unter der Phasenumwandlungtemperatur des ersten Latentspeichermediums liegen.

2. Latentwärmespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites Latentspeichermedium eingesetzt ist, dessen Phasenumwandlungstemperatur bei 30°C bis ^0⁰C liegt, und daß die Phasenumwandlungtemperatür des ersten Latentspeichermediums bei k$ C bis 55 C liegt.

3· Latentwärmespeicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß unter Berücksichtigung der Anteile der verschiedenen Latentspeichermedien die Gesamtmenge des Latentspeichermediums so bemessen ist, daß bei maximaler Sonneneinstrahlung im Speicher (7) die oberste Phasenumvandlungstemperatur nicht wesentlich überschritten wird.

k. Latentwärmespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Latentspei-

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cherinedien in einer Vielzahl von Hohlkörpern. (11) verteilt sind, die im Speicher (7) liegen.

5. Latentwärmespeicher nach Anspruch h_t dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkörper (ii) im Wärmeträgermedium (12) des Nutzheizkreises (6) oder des Ladekreises (i) liegen.