DE3407086C2

DE3407086C2 - Latentwärmespeichermittel

Info

Publication number: DE3407086C2
Application number: DE3407086A
Authority: DE
Inventors: Louis Lancaster Pa. Goldfarb; Clyde Melvin Landisville Pa. Sweigart
Original assignee: Armstrong World Industries Inc
Current assignee: Armstrong World Industries Inc
Priority date: 1983-03-03
Filing date: 1984-02-27
Publication date: 1987-03-05
Also published as: GB2136012B; SE8401169D0; JPS59168085A; CA1200684A; DE3407086A1; CH660020A5; NL8400646A; GB8405507D0; SE8401169L; US4447347A; GB2136012A

Abstract

Wärmespeicherungssystem, enthaltend Calciumchloridhexahydrat als Speichermedium und einen Kristallkeimbildner, der ein Gemisch aus Dolomit und Calciumhydroxid darstellt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Latentwärmespeichermittel auf der Basis von Calciumchloridhexahydrat (CaCl&sub2; · 6 H&sub2;O).
Da die Energiekosten ständig steigen, möchte man die Speicherung von Energie, z. B. von Sonnenenergie, elektrischer, und/oder industriell nicht verwertbarer Offpeak-Energie verbessern. Geeignete Wärme speichernde Stoffe sind daher gefragt.
Aufgrund seiner hohen Wärmekapazität und seines günstigen Schmelzpunktes (ca. 29°C) ist Calciumchloridhexahydrat ein überaus geeignetes Material für die Wärmespeicherung, wenn man es z. B. in Verbindung mit Wärmepumpen, Sonnenkollektoren, Fernheizungs- und Wärmegewinnungsanlagen verwendet.
Dieses Wärmespeicherungsmaterial hat jedoch auch die Eigenschaft, bei Abkühlung eine Unterkühlung bis auf eine Temperatur weit unterhalb des Schmelzpunktes (ca. 20°C) zu erfahren. In diesem Falle ist es nicht möglich, beim Schmelzpunkt die gespeicherte latente Wärme wieder zu entziehen. Ohne wirksame kristallkeimbildende Zusätze bleibt die Calciumchloridhexahydratsalzschmelze auch weit unterhalb ihres Gefrierpunkts natürlich in flüssigem Zustand.
Aus der DE-AS 25 50 106 und der EP-A 00 11 357 sind Wärmespeichermittel auf der Basis von Calciumchloridhexahydrat mit verschiedenen Keimbildnern, unter anderem mit bis zu 20% Strontiumchloridhexahydrat als Kristallisationshilfe, bekannt.
Es ist bekannt, daß die Unterkühlung des Calciumchloridhexahydrats durch Zusatz von Kristallkeimbildnern wie aktives Aluminiumoxid, Molekularsiebe, Silicagel, Glimmerpulver, Kaolin und/oder Kieselgur (Chemical Abstracts 84 (1976) 108 449 b) verhindert werden kann. Diese Kristallkeimbildner haben jedoch den Nachteil, daß die Kristallkeimbildung nicht zuverlässig ist und erst nach mehreren Minuten bis Stunden bei Unterkühlungstemperaturen im Bereiche von mehreren Celsiusgraden erfolgt.
Die bekannten Kristallkeimbildner besitzen jedoch einen derzeit schwerwiegenden Nachteil, da sie selbst in geringen Mengen als toxisch anzusehen sind und bei Schäden am System die Umwelt verschmutzen. Der Einsatz dieser bekannten Keimbildner schafft Probleme sogar bei der Herstellung der bekannten Wärmespeichermittel, da das Einatmen oder überhaupt In-Berührung-Kommen selbst mit diesen Salzpulvern zu gesundheitlichen Schädigungen des Bedienungspersonals führt, und zwar in relativ geringen Prozentgehalten.
Aufgabe der Erfindung war es, ein Latentwärmespeichermittel zur Verfügung zu stellen, das keine Gesundheits- und Umweltprobleme weder in der Herstellung noch in der Anwendung schafft.
Diese Aufgabe wurde wie aus den vorstehenden Ansprüchen ersichtlich gelöst.
Es wurde nun gefunden, daß der spezifische Kristallkeimbildner insofern vorteilhaft ist, als er nur geringe Toxizität aufweist und ferner die vollständige und rasche Kristallisation des Calciumchloridhexahydrats begünstigt und damit ein überraschend wirksames Latentwärmespeicherungsmittel ergibt. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Latentwärmespeicherungsmittels besteht darin, daß es auch noch nach wiederholtem Schmelzen und Wiedereinfrieren wirksam ist.
Der erfindungsgemäß verwendete Kristallkeimbildner enthält vorzugsweise 0,2 bis 2,0 Gewichtsteile, insbesondere 0,5 bis 1,5 Gewichtsteile Dolomit pro Gewichtsteil Calciumhydroxid.
Der Kristallkeimbildner liegt in einer Menge von 0,4 bis 4,0 Gew.-%, insbesondere von 1,0 bis 3,0 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Latentwärmespeicherungsmittels, vor.
Die besten Ergebnisse werden mit 2 Gew.-% eines Kristallkeimbildners erzielt, der annähernd die gleichen Gewichtsteile Calciumhydroxid und Dolomit enthält.

Beispiele

Die Beispiele werden wie folgt durchgeführt:
Proben aus annähernd 80 cm³ CaCl&sub2; · 6 H&sub2;O und dem konkreten Kristallkeimbildner werden in luftdicht verschlossene Behälter gegeben. Die Gemische werden dann im Heißwasserbad bei 55°C geschmolzen und während der angegebenen Zeitdauer bei ±0,1°C in geschmolzenem Zustand gehalten. Die Feststellung des Auftretens von Kristalliten erfolgt visuell. Die Induktionsdauer, definiert als die Zeitdifferenz zwischen Eintauchen in das kalte Bad bis zum ersten Auftreten von Kristalliten, wird bei jeder Umkristallisation festgehalten. Im allgemeinen bedeuten kürzere Induktionszeiten wirksamere Kristallkeimbildner.

Beispiel 1

In diesem Beispiel wird ein Kristallkeimbildner verwendet, der aus 1 Gew.-% Dolomit und 1 Gew.-% Calciumhydroxid besteht und nach dem oben beschriebenen Verfahren verwendet wird. Nach jeder Umkristallisation werden das Speichersalz (Calciumchloridhexahydrat) und der Kristallkeimbildner in den nachfolgenden Versuchen erneut verwendet.
Bei Verwendung des oben angegebenen Kristallkeimbildners beträgt die durchschnittliche Induktionsdauer während 100 aufeinanderfolgender Versuche 5,7 Minuten.

Vergleichsbeispiel 1

Dieses Vergleichsbeispiel wird nach den Methoden durchgeführt, die mit den oben beschriebenen identisch sind, nur daß als Kristallkeimbildner allein 1 Gew.-% Calciumhydroxid verwendet wird. Nach 100 aufeinanderfolgenden Versuchen beträgt die durchschnittliche Induktionsdauer 32 Minuten.

Vergleichsbeispiele 2 bis 6

Diese Vergleichsbeispiele werden nach Methoden durchgeführt, die den oben beschriebenen ähnlich sind, nur das der Kristallkeimbildner in den einzelnen Vergleichsbeispielen verschieden ist.
Verwendet werden die nachfolgenden Kristallkeimbildner: &udf53;np80&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;ta:6:18&udf54;&udf53;tz,5&udf54; &udf53;tw,4&udf54;&udf53;sg8&udf54;\Vergleichs-&udf50;beispiel Nr.\ Kristallkeimbildner&udf53;tz5,10&udf54; &udf53;tw,4&udf54;&udf53;sg9&udf54;\3\ 2¤Gew.-% Calciumhydroxid&udf53;tz&udf54; \4\ 2¤Gew.-% Dolomit&udf53;tz&udf54; \5\ 0,2¤Gew.-% Dolomit&udf53;tz&udf54; &udf53;te&udf54;&udf53;vu10&udf54;
Es wurde gefunden, daß man bei 2 Gew.-% Calciumhydroxid als Kristallkeimbildner schlechtere Ergebnisse erzielt als bei Verwendung von 1 Gew.-% Calciumhydroxid wie im Vergleichsbeispiel 1.
Die Vergleichsbeispiele (Nr. 4 und 5), in denen Dolomit verwendet wird, zeigen vor allem nur geringe oder überhaupt keine Tendenz zur Auskristallisation während über 200 Stunden.
Das Beispiel und die Vergleichsbeispiele zeigen überraschenderweise, daß ein Kristallkeimbildner, der ein Gemisch aus Calciumhydroxid und Dolomit enthält, weit wirksamer ist als Kristallkeimbildner, die jeweils nur einen der beiden Stoffe enthalten.

Claims

1. Latentwärmespeichermittel auf der Basis von Calciumchloridhexahydrat, dadurch gekennzeichnet, daß es als Kristallkeimbildner Dolomit und Calciumhydroxid enthält.

2. Latentwärmespeichermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kristallkeimbildner in einer Menge von 0,4 Gew.-% bis 4,0 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Latentwärmespeichermittels, anwesend ist.

3. Latentwärmespeichermittel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kristallkeimbildner in einer Menge von 1,0 Gew.-% bis 3,0 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Latentwärmespeichermittels, vorliegt.

4. Latentwärmespeichermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Dolomit zu Calciumhydroxid im Kristallkeimbildner 0,2 bis 2,0 Gew.-Teile Dolomit pro Gewichtsteil Calciumhydroxid beträgt.

5. Latentwärmespeichermittel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es als Kristallkeimbildner ein Gemisch aus 1,0 Gew.-% Dolomit und 1 Gew.-% Calciumhydroxid, bezogen auf das Gesamtgewicht des Latentwärmespeichermittels, enthält.