DE3324943C2 - - Google Patents
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Description
Die Gewinnung von Wärme aus Energiequellen, die hinsichtlich ihrer Verfügbarkeit zeitlichen Schwankungen unterliegen, setzt den Einsatz von Speichern voraus. Durch diese ist es möglich, bestehende Zeitvorteile zwi schen Wärmebedarf und Wärmeangebot zu überbrücken oder aus zugliedern. Der erfindungsgemäße Hochleistungswärmespeicher ist vorzugs weise vorgesehen für Anlagen, die der Gewinnung und Nutzung von Umweltenergie (Erdwärme, Sonnenenergie, Geothermalenergie u. a.) als auch Abfallenergie (Abwasser, Abluft u. a.) dienen.The extraction of heat from energy sources with regard to their availability are subject to fluctuations in time, requires the use of memories. This makes it possible to save existing time savings between bridging or eliminating heat requirements and heat supply affiliate. The high-performance heat accumulator according to the invention is preferred wise intended for plants that are the extraction and use of environmental energy (geothermal, solar, geothermal u. a.) as well as waste energy (waste water, exhaust air, etc.).
Die Mehrheit praktisch realisierter Wärmespeicher arbeitet auf der Basis fühlbarer Wärme, die an Speichermaterialien wie Erdreich, Wasser, Steine, Eisenblöcke, Öl, Beton u. a. übertragen oder von diesen entnommen wird. Diese Speichersysteme besitzen eine Reihe wesentlicher Nach teile:The majority of practically implemented heat storage systems work on the basis of sensible warmth, that of storage materials such as soil, water, stones, iron blocks, oil, concrete, etc. a. transferred or taken from these. These storage systems have a number of significant after parts:
- - Das Laden oder Entladen des Speichermaterials ist mit einer Erhöhung oder Erniedrigung der Speichertemperatur verbunden, die eine stete - in der Praxis sehr nachteilige - Verringe rung der Wärmeübertragungsleistung beim Laden und Entladen nach sich ziehen.- The loading or unloading of the storage material is with a Increase or decrease in the storage temperature, the one - in practice very disadvantageous - reductions heat transfer capacity during loading and unloading entail.
- - Aufgrund der bei den Speichermaterialien allgemein vorha denen niedrigen spezifischen Wärmekapazitäten ist das Masse/ Leistungsverhältnis im Vergleich mit den nachfolgend be schriebenen Hochleistungswärmespeichern sehr ungünstig.- Because of the generally existing storage materials which low specific heat capacities is the mass / Performance ratio in comparison with the following be written high-performance heat storage very unfavorable.
- - Die Speicherung großer Wärmemengen ist an große Speicher volumina bzw. Speichermassen gebunden, die technisch häufig nur schwer realisierbar sind oder Kostenverhältnisse sehr nachteilig beeinflussen.- The storage of large amounts of heat is in large stores volumes or storage masses that are technically common are difficult to achieve or very expensive adversely affect.
- - Zur Reduzierung der Speichervolumina bzw. Speichermassen auf technisch beherrschbare Größenordnungen müssen große Tem peraturdifferenzen zwischen Lade- und Entladezustand zuge lassen und die dabei eintretende starke Verringerung der Lade- bzw. Entladeleistung während des Ladens bzw. Entladens in Kauf genommen werden.- To reduce the storage volumes or storage masses technically manageable orders of magnitude must be large tem temperature differences between charge and discharge status let and the resulting strong reduction in Charging or discharging power during loading or unloading to be accepted.
- - Die Wärme muß stets bei einem Temperaturniveau gespeichert werden, das oberhalb der Temperatur liegt, die für einen be stimmten Wärmeprozeß (z. B. Heizen) mindestens benötigt wird. Der Speicherprozeß arbeitet dadurch mit einer unnötigen Er zeugung und Vernichtung von Energie, die z. B. in Arbeitsma schinen viel sinnvoller eingesetzt werden könnte.- The heat must always be stored at a temperature level be, which is above the temperature for a be agreed heating process (e.g. heating) is at least needed. The storage process works with an unnecessary Er generation and destruction of energy that z. B. in Arbeitsma could be used much more sensibly.
Möglichkeiten zur Abhilfe der genannten Mängel bieten Speicher, welche weniger auf der Basis fühlbarer Wärme, als auf der Basis latenter Wärme arbeiten. Diese sogenannten Latentwärmespeicher haben gegenüber o. g. Speichern folgende Vorteile:Storage facilities offer possibilities to remedy the deficiencies mentioned, which is less based on sensible warmth than on the basis work with latent heat. These so-called latent heat storage have compared to the above. Save the following benefits:
- - Beim Laden und Entladen bleibt die Speichertemperatur wäh rend des Schmelzens oder Erstarrens des Wärmespeichermediums nahezu konstant. Abweichungen treten nur dann auf, wenn nach Beendigung des Schmelz- und Erstarrungsprozesses durch fortgesetzte Wärmezu- bzw. Wärmeabfuhr fühlbare Wärme über tragen wird, in deren Folge die Speichertemperatur steigt oder fällt. - The storage temperature remains the same during loading and unloading rend the melting or solidification of the heat storage medium almost constant. Deviations only occur if after completion of the melting and solidification process continued heat supply or heat dissipation of sensible heat will wear, as a result of which the storage temperature rises or falls.
- - Die Wärmeübertragungsleistungen bleiben beim Laden und Ent laden nahezu konstant.- The heat transfer performance remains with charging and Ent charge almost constant.
- - Im Vergleich mit o. g. Speichern können Latentwärmespeicher in Abhängigkeit von der gewählten Speichersubstanz und der genutzten Temperaturdifferenz etwa 2-10mal mehr Wärme pro Volumen- oder Masseneinheit aufnehmen.- In comparison with the above Can store latent heat storage depending on the selected storage substance and the used temperature difference about 2-10 times more heat per Record volume or mass unit.
Die wesentlichen Nachteile, die Latentwärmespeicher aufweisen, sind folgende:The main disadvantages of latent heat storage are the following:
- - Geringe Wärmeübertragungsleistungen infolge der zumeist nie drigen Wärmeleitfähigkeit aller bekannten organischen und anorganischen Speichermaterialien und damit verbundene große Wärmeübertragungszeiten.- Low heat transfer rates due to the mostly never third thermal conductivity of all known organic and inorganic storage materials and related large Heat transfer times.
- - Die Neigung verschiedener - insbesondere anorganischer Sub stanzen - während des Prozesses der Wärmeabgabe zu unter kühlen und/oder sich zu entmischen (Stratifikation).- The tendency of various - especially inorganic sub punching - during the process of heat dissipation to under cool and / or segregate (stratification).
Zur Vermeidung dieser Nachteile sind verschiedene Lösungen be kannt, die zum Laden und Entladen eines Speichers ein Wärme transportmedium benutzen. Gemäß DE-AS 25 17 080 dient als Wärmetransportmedium Natrium, welches im Wechsel von Verdampfen und Kondensieren für den Wärmetransport in den Speicher hinein oder aus dem Speicher heraus sorgt und den Einsatz einer Umwälzpumpe erspart.There are various solutions to avoid these disadvantages knows the heat for loading and unloading a memory use the transport medium. According to DE-AS 25 17 080, sodium is used as the heat transport medium, which alternates between evaporation and condensation for the Heat transport into or out of the storage ensures and saves the use of a circulation pump.
Lösungen dieser Art haben den Nachteil, daß das Laden und das Entladen des Speichers zeitlich immer nur nacheinander erfol gen können und niemals gleichzeitig. Ursachen hierfür sind die Unterschiede zwischen den Temperaturen, die beim Laden und Entladen auftreten. Das Laden eines Speichers kann stets nur beim Vorliegen einer Wärmemenge höherer Temperatur erfolgen, wobei das Entladen zu einem System niederer Temperatur erfolgt. Folglich kann ein Speicher unter Verwendung eines Wärmetrans portmediums nicht gleichzeitig geladen und entladen werden.Solutions of this type have the disadvantage that the loading and the Unloading of the memory only takes place successively can and never at the same time. The reasons for this are Differences between temperatures when charging and Discharge occur. Loading a memory can only ever if there is a higher amount of heat, unloading to a low temperature system. Hence, a memory can be made using a heat transfer port media must not be loaded and unloaded at the same time.
In CH-PS 6 01 738 ist ferner ein Latentwärmespeicher beschrie ben, der einen mit Phasenwechselmaterial gefüllten Behälter und mindestens einen mit diesem Behälter über einen Wärmetau scher thermisch verbundenen, von einem gasförmigen oder flüssi gen Wärmetransportmittel durchströmten Raum enthält.In CH-PS 6 01 738 a latent heat storage is also described ben, the a container filled with phase change material and at least one with this container via a heat rope shear thermally connected, from a gaseous or liquid contains heat flow medium flowing through space.
Da sich die Aufgabe der Erfindung nur auf Konstruktionsprobleme (u. a. modulare Bauweise, Füllung mit Latentspeichermaterial, Integrierbarkeit des Speichers in Wärmekreisläufe) bezieht, besitzt auch diese Lösung die generellen Nachteile des Standes der Technik.Since the object of the invention only relates to construction problems (including modular construction, filling with latent storage material, Integrability of the storage in heat circuits) relates, this solution also has the general disadvantages of the stand of the technique.
Selbst wenn die konstruktive Lösung gemäß Fig. 1 in CH-PS 6 01 738 benutzt werden würde, um einen Lade- (Stutzen 10 und 12) bzw. einen Entladekreis (Stutzen 14 und 16) gleichzeitig an den Speicher anzuschließen, kämen kein gleichzeitiges Laden und Entladen zustande. Der Speicher könnte z. B. erst gar nicht geladen werden, da Lade- und Entladekreis thermisch über ihre Trennwände und über Teile des Wärmerohrs 18 kurzgeschlossen sind.Even if the constructive solution according to FIG. 1 in CH-PS 6 01 738 were used to connect a charging (nozzle 10 and 12) or an unloading circuit (nozzle 14 and 16) to the memory at the same time, there would be no simultaneous charging and unloading. The memory could e.g. B. are not even charged, since the charging and discharging circuit are thermally short-circuited via their partitions and parts of the heat pipe 18 .
In der Mehrheit der technischen Anwendungsgefälle ist aber die gleichzeitige Lade- und Entlademöglichkeit des Speichers bzw. die Verhinderung einer unkontrollierten Entladung erforderlich.However, in the majority of the technical application differences simultaneous loading and unloading of the storage or prevention of uncontrolled discharge is required.
Die Lösung gemäß DD-WP 1 47 405 zeigt eine Möglichkeit, wie das unkontrollierte Entladen verhindert und ein gleichzeitiges Laden und Entladen des Speichers ermöglicht werden. Die letztgenannte Speicherform besitzt wie auch die vorher be schriebenen Lösungen einen generellen Nachteil, der auch in DE-OS 28 37 091 besonders hervorgehoben wird.The solution according to DD-WP 1 47 405 shows a possibility like that prevents uncontrolled unloading and a simultaneous Load and unload the memory. The latter form of storage, like the one before, has written solutions a general disadvantage, which also in DE-OS 28 37 091 is particularly highlighted.
Wegen der nach oben begrenzten Größe der Wärmetauschoberflächen für den Wärmeübergang vom Lademedium in den Speicher bzw. vom Speicher in den Wärmeverbraucher ist für jeden Wärmeaustausch eine erhebliche Zeitspanne erforderlich. Dies ist dadurch bedingt, daß der Wärmeübergang nur durch Wärme leitung erfolgt.Because of the limited size of the heat exchange surfaces for the heat transfer from the charging medium to the storage or from Storage in the heat consumer is for every heat exchange a significant amount of time is required. This is due to the fact that the heat transfer only through heat line is done.
Besonders erschwert ist der Wärmeübergang vom Lademedium in das Speichermedium bei Latentwärmespeichern, wenn nach einem vorausgegangenen Entladevorgang das Phasenwechselmaterial in den festen Aggregatzustand übergegangen ist. The heat transfer from the charging medium in is particularly difficult the storage medium for latent heat storage, if after a previous discharge process the phase change material in the solid state has passed.
Zur weiteren Vermeidung o. g. Nachteile sind aus der Fach- und Patentliteratur verschiedene konstruktive Lösungen bekannt. Beispielsweise werden Konstruktionen vorgeschlagen, bei welchen durch Vergrößerung der Wärmeübertragungsflächen oder Einfügen von Metallteilchen in Stützsubstanzen, die den Speicherraum füllen, die Wärmeleitung an Metallteile gebunden und die Wärmeleitung damit beschleunigt wird (DE-OS 19 28 694).To further avoid the above. Disadvantages are from the technical and Patent literature known various constructive solutions. For example, constructions are proposed in which by increasing the heat transfer area or inserting it of metal particles in support substances that make up the storage space fill, the heat conduction bound to metal parts and the Heat conduction is thus accelerated (DE-OS 19 28 694).
Die Wärmeübertragungsleistung in die Speichersubstanz hinein oder aus dieser heraus wird damit verbessert und die Übertra gungsleistungen werden erhöht; jedoch führen diese Lösungen zu einer erheblichen Verschlechterung des Masse/Leistungsverhält nisses und zu erhöhtem Materialaufwand.The heat transfer performance into the storage substance or out of this it is improved and the transference benefits are increased; however, these solutions lead to a significant deterioration in the mass / performance ratio nisses and too much material.
Zur Vermeidung der Unterkühlung werden Impfkristalle (Keim bildner) vorgeschlagen, die neben der sterischen (geometri schen) Ähnlichkeit mit den Kristallen des Speicherstoffes einen Schmelzpunkt aufweisen, der oberhalb der maximalen Be triebstemperatur des Speichers liegt (DE-OS 19 28 694, DE-OS 26 48 678).In order to avoid hypothermia, seed crystals (germ artist) suggested that in addition to the steric (geometri similarity to the crystals of the storage material have a melting point above the maximum Be operating temperature of the memory is (DE-OS 19 28 694, DE-OS 26 48 678).
Diese Impfkristalle verbleiben damit im festen Zustand auch dann, wenn der Speicherstoff schmilzt. Da sie eine andere Dichte als der Speicherstoff haben, wan dern sie aufgrund der Schwerkraft in der Schmelze entweder nach oben oder in den meisten Fällen nach unten.These seed crystals therefore remain in the solid state when the storage material melts. Since they have a different density than the storage material, wan they either melt due to gravity up or in most cases down.
Der Speicherstoff mit Impfkristallen entmischt sich also mehr und mehr, so daß die für eine gleichmäßige Erstarrung notwen dig statistische Verteilung der Impfkristalle im Speicher stoff verloren geht. Zur Verhinderung dieses Prozesses werden Gerüste zur Aufnahme und Verteilung der Impfkristalle vorge schlagen, die gleichzeitig zur Aufnahme der für die Verbesse rung der Wärmeleitung einsetzbaren Metallteilchen verwendet werden können (DE-OS 19 28 694). The storage substance with seed crystals therefore separates more and more, so that they are necessary for uniform solidification dig statistical distribution of the seed crystals in the memory fabric is lost. To prevent this process Scaffolds for receiving and distributing the seed crystals beat that at the same time to include the for the better Partition used for heat conduction used metal particles can be (DE-OS 19 28 694).
Allerdings führt auch diese Lösung zu einem ungünstigen Masse/ Leistungsverhältnis. Zudem ist bekannt, daß die als Gerüst verwendeten Materialien wie Holz oder Zellulose nach kurzer Zeit durch Fäulnis zerstört werden. Darüber hinaus lösen diese Vorschläge nicht das Problem der Stratifikation.However, this solution also leads to an unfavorable mass / Performance ratio. It is also known that as a scaffold used materials such as wood or cellulose after a short time Time will be destroyed by rotting. They also solve this Proposals do not address the problem of stratification.
Zur Vermeidung der mit der Stratifikation einhergehenden und irreversiblen Prozesse, wie allmähliches Absinken der Wärmekapazität oder Wärmestau im Speicher, wird die mecha niche Umwälzung des Speichermaterials in allen möglichen Formen, wie Rühren, Schütteln, Umwälzen, Pumpen, Versprühen usw. (DE-OS 25 43 686) als Lösung angesehen.To avoid the stratification and irreversible processes, such as gradual decline the heat capacity or heat accumulation in the storage, the mecha niche circulation of the storage material in all possible Forms such as stirring, shaking, circulating, pumping, spraying etc. (DE-OS 25 43 686) viewed as a solution.
Nachteilig ist dabei, daß hierfür neben dem Speicher Antriebs systeme als auch Antriebsenergie benötigt werden, die die Kosten für die Herstellung, Betrieb und Wartung des Speichers beträchtlich erhöhen.The disadvantage here is that in addition to the memory drive systems as well as drive energy are needed, which the Cost of manufacturing, operating and maintaining the store increase considerably.
Die Ausschließung dieser Nachteile und eine wesentliche Ver besserung der Speichertechnik ergibt sich, wenn zum Laden und Entladen des Latentwärmespeichers ein zusätzliches Wärmetrans portmedium eingesetzt wird. Möglichkeiten der technischen Lö sung dieses Problems sind in DE-AS 25 17 080 oder CH-PS 6 01 738 beschrieben. Den gesamten Vorteilen steht hier der Nachteil des erhöhten Materialeinsatzes gegenüber. Darüber hinaus lassen diese Lösungen kein gleichzeitiges Laden und Entladen zu oder aber ein unkontrolliertes Entladen des Speichers.The exclusion of these disadvantages and an essential ver Storage technology improves when loading and Unloading the latent heat storage an additional heat transfer port medium is used. Possibilities of technical Lö Solution to this problem are in DE-AS 25 17 080 or CH-PS 6 01 738 described. The overall advantages here are the disadvantage of compared to increased use of materials. Beyond that these solutions do not charge and unload at the same time but an uncontrolled unloading of the memory.
Um den letztgenannten Mängeln des Standes der Technik abzuhel fen, ist ein Latentspeichersystem gemäß DD-WP 1 47 405 vorge schlagen worden. Allerdings haftet dieser Lösung der Nachteil an, daß der Speicher problemlos nur mit Speicherstoffen, die keine Stratifikation und Unterkühlung aufweisen, betrieben wer den kann und z. B. nur mit organischen Stoffen die benötigten wärmetechnischen Parameter liefert. Zu den erfolgreich einge setzten organischen Materialien gehört z. B. Paraffin in Verbin dung mit Äthanol als Wärmetransportmedium. Diese Stoffe sind jedoch grundsätzlich in bezug auf andere bekannte Latentspei chermaterialien und Wärmetransportmedium sehr teuer und verur sachen hohe Anlagenkosten. Darüber hinaus sind z. B. Paraffine - als Erdölprodukte - in großen Mengen teilweise nicht verfügbar.To remedy the latter shortcomings of the prior art fen, a latent storage system according to DD-WP 1 47 405 is provided been hit. However, this solution has the disadvantage assume that the store can only be used with storage materials that who have no stratification and hypothermia can and z. B. only with organic substances provides thermal parameters. To the successfully turned on set organic materials belongs e.g. B. paraffin in verbin with ethanol as the heat transfer medium. These substances are however, generally with respect to other known latent foods materials and heat transfer medium very expensive and polluted cause high system costs. In addition, e.g. B. Paraffins - as petroleum products - partly not available in large quantities.
Aus dem bekannten Stand der Technik ergibt sich als Ziel der Erfindung, einen Latentwärmespeicher zu entwickeln, der geringe Lade- und Entladezeiten aufweist, gleichzeitig be- und entlad bar ist, nicht unkontrolliert entladen werden kann und eine hohe Wärmekapazität besitzt, wobei die Herstellungs- und Be triebskosten gegenüber bekannten Speichersystemen wesentlich verringert werden sollen.From the known prior art emerges as the goal of Invention to develop a latent heat storage, the low Has loading and unloading times, loading and unloading at the same time cash, cannot be uncontrolled discharged and a has a high heat capacity, the manufacturing and loading drive costs compared to known storage systems significantly should be reduced.
Aus dem Ziel der Erfindung leitet sich die Aufgabe ab, bereits bekannte Wärmespeicher, z. B. den Speicher gemäß DD-WP 1 47 405, durch konstruktive Maßnahmen so zu verändern, daß neben gleich zeitiger Lad- und Entladbarkeit sowie der Unmöglichkeit der unkontrollierten Entladung ein höherer Wirksamkeitsgrad des Spei chers, insbesondere durch schnelleren Wärmetransport im Spei cher, erzielt wird. Gleichzeitig ergibt sich die Aufgabe, ein aktives Speichermedium zu entwicklen, durch das an sich be kannte, jedoch inkongruent schmelzende und zur Stratifikation (Entmischung) neigende Latentspeichermaterialien vorteilhaft einsetzbar sind.The task is derived from the aim of the invention known heat storage, for. B. the memory according to DD-WP 1 47 405, to change by constructive measures so that in addition to the same timely loading and unloading and the impossibility of uncontrolled discharge a higher degree of effectiveness of the Spei chers, especially through faster heat transfer in the food cher, is achieved. At the same time, the task arises to develop an active storage medium through which be known, but incongruent melting and for stratification (Demixing) tending latent storage materials advantageous can be used.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß im Speicherraum des thermischen Speichers ein Gemisch von vier Stoffsystemen eingefüllt ist.According to the invention this object is achieved in that Storage space of the thermal store is a mixture of four System is filled.
Diese nachstehend beschriebenen vier Stoffsysteme werden er findungsgemäß vermischt und bilden die aktive Speicherfüllung des Hochleistungswärmespeichers.These four substance systems described below will be mixed according to the invention and form the active storage filling of high-performance heat storage.
Bestehend aus einem oder mehreren Stoffen, die auf Grund ihrer Schmelzwärme (oder Umwandlungswärme) und ihrer spezifischen Wärmekapazität Wärmespeicherverhalten aufweisen und die Stoffe beim Schmelzen oder Erstarren Phasen unterschiedlicher Zusam mensetzung und Dichte bilden, wodurch sich Schichtungen (Stra tifikationseffekt) aufbauen und sich das Stoffsystem nicht mehr im Phasengleichgewicht befindet.Consisting of one or more substances based on their Heat of fusion (or heat of transformation) and its specific Have heat storage behavior and the substances phases of different coalescence when melting or solidifying Formation and density form, whereby stratifications (Stra tification effect) and the substance system no longer is in phase equilibrium.
Der Anteil des Stoffsystems I am Gesamtvolumen der aktiven Speicherfüllung des Hochleistungswärmespeichers beträgt er findungsgemäß 50-95 Volumenprozent. Als Stoff sind z. B. Glaubersalz (Na₂SO₄ · 10 · H₂O) oder Fixiersalz einsetzbar.The share of substance system I in the total volume of active It is the storage capacity of the high-performance heat storage according to the invention 50-95 percent by volume. As a substance z. B. Glauber's salt (Na₂SO₄ · 10 · H₂O) or fixing salt can be used.
Bestehend aus einem aus einer oder mehreren Komponenten zu sammengesetzten flüssigen Wärmetransportmedium, in dem das Stoffsystem I nicht oder nur bedingt lösbar ist. Dabei erfül len die Dichte des Stoffsystems II (ρ II) und die Dichte der schmelzflüssigen Phase des Stoffsystems I (p I) erfindungs gemäß folgende BedingungConsisting of a liquid heat transfer medium composed of one or more components, in which the material system I is not or only partially soluble. The density of material system II ( ρ II ) and the density of the molten phase of material system I ( p I ) according to the invention meet the following condition
ρ I < ρ II < 0,8 · ρ I , ρ I < ρ II <0.8 · ρ I ,
wobei der Dampfdruck des Stoffsystems I (P D I) und der Dampf druck des Stoffsystems II (P D II) erfindungsgemäß der Bedin gungwherein the vapor pressure of the substance system I ( P DI ) and the vapor pressure of the substance system II ( P D II ) according to the condi tion
P D II « P D II P D II « P D II
genügen.are enough.
Der Anteil des Stoffsystems II am Gsamtvolumen der aktiven Speicherfüllung des Hochleistungswärmespeichers beträgt er findungsgemäß bis zu 50 Volumenprozent.The share of substance system II in the total volume of active It is the storage capacity of the high-performance heat storage according to the invention up to 50 percent by volume.
Als Wärmetransportmedium ist z. B. Äthylbromid, Dibrommethan oder ähnliches verwendbar. As a heat transfer medium z. B. ethyl bromide, dibromomethane or similar usable.
Bestehend aus einem Sammler, der ein oder mehrere feste oder flüssige Stoffe mit polar-unpolarem Aufbau (Tenside) oder un polare Stoffe enthält.Consisting of a collector who has one or more fixed or liquid substances with polar-non-polar structure (surfactants) or un contains polar substances.
Der Anteil des Stoffsystems III am Gesamtvolumen der aktiven Speicherfüllung des Hochleistungswärmespeichers beträgt er findungsgemäß 0-5 Volumenprozent. Das Stoffsystem III hat die Aufgabe, die durch Phasentrennung des Stoffsystems I entstandenen Phasen zusammenführen und die Grenzflächenspannungen zwischen den Stoffsystemen I und II zu reduzieren.The share of substance system III in the total volume of active It is the storage capacity of the high-performance heat storage according to the invention 0-5 volume percent. The substance system III has the task of phase separation of the material system I bring together the resulting phases and the interfacial tensions between the material systems I and II to reduce.
Für den Fall, daß das Stoffsystem I nur wenig oder gar nicht inkongruent schmilzt, ist der Einsatz des Stoffsystems III für die aktive Speicherfüllung nicht erforderlich.In the event that the substance system I little or no melts incongruent, is the use of material system III not required for active memory fill.
Erfindungsgemäß ist als Stoffsystem III Alkylsulfat (Pilan tin V) eingesetzt worden.According to the invention, alkyl sulfate (pilan tin V) have been used.
Bestehend aus einem oder mehreren Keimbildnern, die aufgrund ihrer Gitterstruktur den Keimbildungsvorgang bei der Kristalli sation des Stoffsystems I einleiten.Consisting of one or more nucleating agents due to their lattice structure the nucleation process in crystalli initiate sation of the substance system I.
Erfindungsgemäß beträgt der Anteil des Stoffsystems IV am Gesamtvolumen der aktiven Speicherfüllung des Hochleistungs wärmespeichers 0-20 Volumenprozent.According to the invention, the proportion of material system IV is Total volume of active storage filling of high performance heat storage 0-20 percent by volume.
Falls das Stoffsystem I beim Erstarren nicht unterkühlt, ent fällt der Anteil des Stoffsystems IV an der aktiven Speicher füllung des Hochleistungswärmespeichers. Als Keimbildner ist z. B. Borax geeignet.If the substance system I does not overcool during solidification, ent falls the share of substance system IV in the active storage filling the high-performance heat accumulator. As a nucleating agent, for. B. Borax suitable.
Erfindungsgemäß befindet sich gegenüber der Lösung gemäß DD-WP 1 47 405 das Speichermedium (Gemisch der vier Stoffsysteme) nicht eingekapselt in einer Trennwand. Eine Scheidewand 7 teilt den erfindungsgemäßen Speicher in zwei Abschnitte (Ladekammer 4 und Speicherraum 1). Oberhalb der Scheidewand 7 befindet sich das oben beschriebene Stoffgemisch; in einem verbleibenden Freiraum 2 ist ein Wärme übertrager 3 (Wärmeverbraucher-System) angeordnet.According to the invention, compared to the solution according to DD-WP 1 47 405, the storage medium (mixture of the four material systems) is not encapsulated in a partition. A partition 7 divides the storage according to the invention into two sections (loading chamber 4 and storage space 1 ). Above the partition 7 is the mixture of substances described above; in a remaining free space 2 , a heat exchanger 3 (heat consumer system) is arranged.
Befindet sich der Speicher im geladenen Zustand, so ist der Freiraum 2 völlig mit Dampf des flüssigen Wärmetransportmediums ausgefüllt.If the memory is in the charged state, the free space 2 is completely filled with steam from the liquid heat transfer medium.
Wird über den Wärmeübertrager 3 dem Speicher Wärme entzogen, kondensiert an der äußeren Oberfläche des Wärmeübertragers 3 das dampfförmige Wärmetransportmedium. Durch den sich dadurch ergebenden Anteil des Dampfdruckes im Speicherraum wird der Rest des flüssigen Wärmetransportmediums überhitzt und beginnt zu verdampfen. Die für die Verdampfung notwendige Wärmeenergie wird dem Spei chermedium (Stoffsystem I) entzogen. Das Speichermedium (Stoffsystem I) gibt seine latente Wärme an das siedende Transportmedium ab und erstarrt.If the heat storage via the heat exchanger 3 deprived of the heat exchanger 3 condensing the vaporous heat transport medium to the outer surface. The resulting portion of the vapor pressure in the storage space causes the rest of the liquid heat transfer medium to overheat and begin to evaporate. The heat energy required for evaporation is withdrawn from the storage medium (material system I). The storage medium (material system I) releases its latent heat to the boiling transport medium and solidifies.
Durch den direkten Kontakt zwischen Speicherstoff und Trans portmedium sowie durch die Rührwirkung der aufsteigenden Dampf blasen liegen die Wärmeübergangskoeffizienten besonders hoch. Der bei der Erstarrung der Latentspeichermasse entstehende poröse Körper bietet sowohl beim Laden als auch beim Entladen eine große Wärmeübergangsfläche, die ebenfalls zur Erhöhung des an der Grenzfläche zwischen Speicherstoff und Wärmetrans portmedium übertragenen Wärmestromes beiträgt. Die Einrichtung zum Laden des Speichers entspricht der aus DD-WP 1 47 405 bekannten Lösung. In einer getrennten Ladekammer 4 befindet sich Naßdampf eines weiteren Wärmetransportmediums 6. In der flüssigen Phase dieses Mediums ist ein Wärmeübertrager 5 (Wärmespendersystem) angeordnet. Der darüber befindliche Dampf steht in direktem Kontakt mit einer vorzugsweise durch ober flächenvergrößernde Maßnahmen gekennzeichneten Scheidewand 7. Das Einspeichern erfolgt in der Ladekammer 4 auf bekanntem Wege nach dem Prinzip des Wärmerohres. Auf der dem Speicher zugewandten Seite der Scheidewand 7 erfolgt der Transport der Wärme zum Speichermedium wieder mittels Verdampfungs- und Kon densationsprozessen des Wärmetransportmediums mit den oben genannten Vorteilen.Due to the direct contact between the storage medium and the transport medium and the stirring effect of the rising steam bubbles, the heat transfer coefficients are particularly high. The porous body formed during the solidification of the latent storage mass offers both a large heat transfer surface during charging and discharging, which likewise contributes to increasing the heat flow transferred to the interface between the storage medium and the heat transfer medium. The device for loading the memory corresponds to the solution known from DD-WP 1 47 405. In a separate loading chamber 4, wet steam is a further heat transport medium. 6 A heat exchanger 5 (heat dispenser system) is arranged in the liquid phase of this medium. The steam above is in direct contact with a partition 7, which is preferably characterized by surface-enlarging measures. The storage takes place in the loading chamber 4 in a known manner according to the principle of the heat pipe. On the side of the partition 7 facing the memory, the heat is transported to the storage medium again by means of evaporation and condensation processes of the heat transport medium with the advantages mentioned above.
Der erfindungsgemäße Hochleistungswärmespeicher soll in seinem Leistungsvermögen an nachstehendem Beispiel vorgestellt werden:The high-performance heat accumulator according to the invention is intended in its Capabilities are presented using the following example:
Die Speicherfüllung besteht aus:The memory fill consists of:
Vom Stoffsystem I wurden 50 kg Glaubersalz zum Einsatz gebracht.50 kg Glauber's salt was used by the substance system I.
Der Hochleistungswärmespeicher besitzt eine Wärmekapazität von 0-3,5 kWh, wobei zwischen Auf- und Entladen eine Tempera turdifferenz von Δ t = 10°C auftritt.The high-performance heat accumulator has a heat capacity of 0-3.5 kWh, whereby a temperature difference of Δ t = 10 ° C occurs between charging and discharging.
Diese Wärmekapazität ist fünfmal so groß wie die Wärmekapazität eines Wasserspeichers gleichen Volumens. This heat capacity is five times the heat capacity a water storage tank of the same volume.
Der erfindungsgemäße Latentwärmespeicher soll anhand der nachste henden 13 Varianten zu 3 verschiedenen Speicherfüllungen vorge stellt werden:The latent heat store according to the invention is intended to be based on the next one 13 variants for 3 different storage fillings are:
Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen
1 Speicherraum
2 Freiraum
3 Wärmeübertrager (Wärmeverbraucher-System)
4 Ladekammer
5 Wärmeübertrager (Wärmespendersystem)
6 Wärmetransportmedium
7 ScheidewandList of the reference numerals used
1 storage room
2 free space
3 heat exchangers (heat consumer system)
4 loading chamber
5 heat exchangers (heat dispenser system)
6 heat transfer medium
7 partition
Claims (2)
- - das Stoffsystem I aus einem oder mehreren wärmespeichernden Stoffen besteht, die beim Schmelzen und Erstarren Phasen unterschiedlicher Dichte und Zusammensetzung bilden, wobei Stratifikationserscheinungen auftreten, und deren Anteil am Gesamtvolumen der aktiven Speicherfüllung 50-95 Vol.-% be trägt,
- - das Stoffsystem II aus einem ggf. mehrkomponentigen als Flüssigkeit oder als Dampf vorliegenden Wärmetransportmittel besteht, welches im Stoffsystem I nicht lösbar ist und dessen Anteil am Gesamtvolume der aktiven Speicherfül lung bis zu 50 Vol.-% beträgt - für die Dichten ρ I, ρ II in flüssigem Zustand bzw. für die Dampfdrücke P D I, P D II der Stoffsysteme I und II, die Bedingungen ρ I ρ II und P D I « P D IIgelten
- - das Stoffsystem III aus einem oder mehreren flüssigen oder festen grenzflächenaktiven Stoffen als Sammler besteht, und dessen Anteil am Gesamtvolumen der aktiven Speicherfüllung 0-5 Vol.-% be trägt,
- - das Stoffsystem IV aus einem oder mehreren Keimbildnern be steht und dessen Anteil am Gesamtvolumen der aktiven Speicher füllung 0-20 Vol.-% beträgt, wobei der Anteil =0 ist, wenn das Stoffsystem I nicht unterkühlt.
- the substance system I consists of one or more heat-storing substances which form phases of different density and composition during melting and solidification, with stratification phenomena and whose share in the total volume of the active storage filling is 50-95% by volume,
- - The material system II consists of a possibly multi-component heat transport medium as a liquid or a vapor, which is not soluble in the material system I and whose share in the total volume of the active storage filling is up to 50 vol .-% - for the densities ρ I , ρ II in the liquid state or for the vapor pressures P DI , P D II of the substance systems I and II, the conditions ρ I ρ II and P DI « P D II apply
- - the substance system III consists of one or more liquid or solid surface-active substances as collectors, and its share in the total volume of the active storage filling is 0-5% by volume,
- - The substance system IV consists of one or more nucleating agents and its share in the total volume of the active storage filling is 0-20% by volume, the proportion = 0 if the substance system I is not hypothermic.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DD82243619A DD225857A3 (en) | 1982-09-30 | 1982-09-30 | HOCHLEISTUNGSWAERMESPEICHER |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE3324943A1 DE3324943A1 (en) | 1984-04-05 |
| DE3324943C2 true DE3324943C2 (en) | 1990-11-22 |
Family
ID=5541484
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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| HU (1) | HU188494B (en) |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3521548A1 (en) * | 1984-08-09 | 1986-02-20 | Bauakademie Der Deutschen Demokratischen Republik, Ddr 1125 Berlin | Latent heat store having non-decomposing melting substances |
| DE4122436A1 (en) * | 1991-07-06 | 1993-01-07 | Behr Gmbh & Co | Latent heat accumulator in automotive cooling system - uses two or more storage media contained in different vessels for transferring heat depending on engine temp. |
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Families Citing this family (2)
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-
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- 1983-09-29 SE SE8305318A patent/SE461469B/en not_active IP Right Cessation
- 1983-09-29 HU HU833385A patent/HU188494B/en not_active IP Right Cessation
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Also Published As
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| DD225857A3 (en) | 1985-08-07 |
| HU188494B (en) | 1986-04-28 |
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| DE3324943A1 (en) | 1984-04-05 |
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