EP2699866A2 - Latentwärmespeichereinrichtung und betriebsverfahren für eine latentwärmespeichereinrichtung - Google Patents

Latentwärmespeichereinrichtung und betriebsverfahren für eine latentwärmespeichereinrichtung

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EP2699866A2
EP2699866A2 EP12714623.1A EP12714623A EP2699866A2 EP 2699866 A2 EP2699866 A2 EP 2699866A2 EP 12714623 A EP12714623 A EP 12714623A EP 2699866 A2 EP2699866 A2 EP 2699866A2
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EP
European Patent Office
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latent heat
heat storage
transfer fluid
heat
heat transfer
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Withdrawn
Application number
EP12714623.1A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Marcus Franz
Dirk Reimer
Thomas GRÜNBERGER
Sören GÖTZ
Peter PÖLLMANN
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SGL Carbon SE
Original Assignee
SGL Carbon SE
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Publication date
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Publication of EP2699866A2 publication Critical patent/EP2699866A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D20/02—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat
    • F28D20/028—Control arrangements therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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    • F28D20/02—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat
    • F28D20/021—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat the latent heat storage material and the heat-exchanging means being enclosed in one container
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/14—Thermal energy storage

Definitions

  • the present invention relates to a latent heat storage device and a method of operating a latent heat storage device.
  • the heat storage principle is based on the conversion of supplied amount of heat or thermal energy in energy reversible structural and / or material changes of a heat storage medium.
  • the invention is based on the object, a latent heat storage arrangement and an operating method for a latent heat storage arrangement to indicate, in which in a particularly simple and trouble-free way and
  • a latent heat storage device comprising at least one latent heat storage device and a heat transfer fluid system for transferring heat and / or to the at least one latent heat storage device to and from an external system or environment, the heat transfer fluid system closed circuit and with respect to the external system or the environment materially separated, completed and decoupled, but control and / or thermally designed is coupled or coupled coupled.
  • a key idea of the present invention is to form the envisaged heat transfer fluid system as a closed circuit and close to the external system or environment in which soft heat is received or discharged, thus serving as a heat source or heat sink physically separate the heat transfer fluid system and decoupled, but probably dam it with control and / or thermally coupled coupled or coupled.
  • the heat transfer fluid system may preferably comprise a single heat transfer fluid for charging and discharging the amount of heat of the at least one latent heat storage device and operated therewith.
  • the heat transfer fluid system is formed with a single heat transfer fluid circuit for charging and discharging amount of heat of the at least one latent heat storage device.
  • a further simplification therefore results if only a single heat transfer fluid circuit is provided, in particular in combination with a single heat transfer fluid.
  • the only heat transfer fluid circuit may have multiple strands, which, however, need not necessarily be decoupled materially; This may be on the one hand to a charging strand or a plurality of charging strands in the provision of a plurality of latent heat storage devices, on the other hand, according to a discharge strand or a plurality of Entladestrnature.
  • the heat transfer fluid system may include a charging circuit and a discharge circuit for charging and discharging heat amount of the at least one latent heat storage device.
  • a respective charging circuit and a respective discharge circuit can be materially and / or fluidically coupled with each other and / or formed entangled.
  • the charging circuit and / or the discharge circuit one or more heat exchangers or heat exchangers can be provided and coupled or coupled to the external system or the environment.
  • a plurality, in particular of two, latent heat storage devices can be provided.
  • latent heat storage devices In the case of a plurality of latent heat storage devices, these can be operated in total or in groups in parallel and / or alternately / sequentially or can be operated.
  • latent heat storage devices or latent heat storage can, for. For example, during maintenance work, uninterrupted operation can be guaranteed or chem while operating with a single latent heat storage device each other latent heat storage device is maintained, repaired or replaced.
  • a respective latent heat storage device may be formed with one or more phase change materials. Basically, all latent heat storage materials are conceivable that allow a temporary recording and controlled and / or controlled release of thermal energy or heat.
  • PCM-HX systems or heat exchangers or heat exchangers may be provided with the same, but especially with different phase change materials, for.
  • phase change materials for.
  • PCM salts and / or other PCM materials possibly with alternative PCM salts and / or other PCM materials. This results, in particular, in the possibility of absorbing and / or releasing heat at different temperature levels, so that according to the invention the range of applications and uses is widened.
  • an operating method for a latent heat storage device formed in accordance with the present invention, wherein a respective heat transfer fluid system for transferring heat to and from a latent heat storage device to or from an external system Environment as a closed circuit and with respect to the external system or the environment materially separated, completed and decoupled, but control and / or thermally coupled coupled operated.
  • a respective heat transfer fluid system for transferring heat to and from a latent heat storage device to or from an external system Environment as a closed circuit and with respect to the external system or the environment materially separated, completed and decoupled, but control and / or thermally coupled coupled operated.
  • a single heat transfer fluid system can be used, in particular with a single heat transfer fluid.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a first embodiment of the latent heat storage device according to the invention using a single latent heat storage device.
  • Fig. 2 is a schematic representation of another embodiment of the latent heat storage device according to the invention, in which, however, a plurality of latent heat storage devices is used. DETAILED DESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS
  • the respective latent heat storage 1 0 must be designed as a pressure vessel, because this is associated with a considerable interpretation and testing.
  • a change of the heat storage medium for loading and unloading is dispensed with.
  • As a PCM memory is operated with only a single heat transfer medium or heat transfer medium. This heat transfer medium is z. B. in pipes 43, 44 passed through a tube bundle heat exchanger.
  • a PHE is used for the separation of heat transfer medium PCM.
  • the operation runs by the heat transfer medium in a circuit through the memory, namely the latent heat storage device, is passed.
  • the memory z. B. not with water, but with so-called PCM graphite modules loaded.
  • this embodiment of the latent heat storage arrangement 100 consists of a single latent heat storage device 10 or a single latent heat storage device 10, which is provided with a corresponding heat storage material 1 3 is filled and is measured by a heat exchange line 14.
  • a heat transfer fluid system 50 which thermally interacts with and externally dissipates or releases thermal energy or heat to an external system 80 or environment 80.
  • the heat transfer fluid system 50 includes charge lines 43 and discharge lines 44, which may also be referred to as supply lines 43 and discharge lines 44, a corresponding heat transfer fluid system 50 for transferring thermal energy or heat. lead quantity and is connected to the latent heat storage 10 and its heat transfer line 14.
  • the heat transfer fluid system 50 thus forms, in accordance with the invention, a heat transfer fluid circuit 40 which is closed off from the external system 80 and the environment 80 via the supply lines 43 and the discharge lines 44.
  • a first heat exchanger 21 and a second heat exchanger 22 are provided as heat exchangers 20 of the inventive latent heat storage arrangement 100 and with the heat transfer fluid circuit 40 and its supply lines 43 and discharge lines 44, wherein the first heat exchanger 21 a heat source 81 of the environment 80 operated and the second heat exchanger 22, the heat exchange with the heat sink 82 of the environment 80 realized.
  • temperature measuring devices 47 or temperature sensors 47 are formed whose measured values via appropriate measuring and control and / or control lines 48 to a central control and / or regulation 49 to be processed and evaluated there.
  • valves 45 which are arranged in the feed lines 43 and the discharge lines 44 and serve to configure the feed lines 43 and discharge lines 44 and their interconnection such that a respective unloading process is provided via the measuring and control and / or regulating lines 48 or loading process is feasible connected.
  • a pump 46 is connected to the central control and / or regulating device 49 via a further measuring and control and / or regulating line 48.
  • two latent heat storage devices 1 0, namely a first latent heat storage device 1 1 and a second latent heat storage device 12 are provided in fluidic parallel connection to each other.
  • the second latent heat storage device 12 is also formed with corresponding temperature sensors 47 in the region of the connections of the supply lines 43 and discharge lines 44 to the heat exchange line 14.
  • an additional valve 45 is provided, via which the supply line 43 can be opened or blocked in direct connection to the second latent heat storage device.
  • FIGS. 1 and 2 implement the concepts according to the invention, which inter alia consist of providing a closed circuit for the heat transfer fluid system 50 which, although thermally coupled to the environment 80, is fluidically and mechanically therefrom It is materially separated so that there can be no material exchange and therefore no contamination.
  • the use of the self-contained system is particularly safe and reliable and also prevents complications in the form of Steam shocks or the like when switching from a discharge to a loading process or vice versa.
  • the line system which consists of the Zuzhoulei- lines 43 and the discharge lines 44 of the heat transfer fluid system and the heat transfer fluid circuit, only a single heat transfer fluid used, ie in particular in the manner of a contiguous Fluidkompartiments, wherein the respective context and the respective interconnection for loading and Unloading via the switching of the individual valves 45 m by means of the central control and / or regulating device 49 takes place.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Latentwärmespeicheranordnung (100) und ein Betriebsverfahren dafür. Kernidee ist dabei, die Wärmeübertragung und damit ein vorgesehenes Wärmeübertragungsfluidsystem (50) zum Übertragen von Wärmemenge von und/oder zu einer Latentwärmespeichereinrichtung (10) gegenüber einem externen System (80) oder der Umgebung (80) geschlossen, materiell getrennt, abgeschlossen und entkoppelt, aber thermisch gekoppelt auszubilden und zu betreiben, insbesondere unter Verwendung eines einzigen Wärmeübertragungsfluids.

Description

LATENTWÄRMESPEICHEREINRICHTUNG UND BETRIEBSVERFAHREN FÜR EINE LATENTWÄRMESPEICHEREINRICHTUNG
GEBIET DER ERFINDUNG Die vorliegende Erfindung betrifft eine Latentwärmespeichereinrichtung sowie eine Betriebsverfahren für eine Latentwärmespeichereinrichtung.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG Zur temporären Speicherung von Wärmeenergie oder Wärmemengen werden vermehrt so genannte Latentwärmespeichereinrichtungen oder -anordnungen vorgesehen. Das Wärmespeicherprinzip beruht auf dem Umwandeln zugeführter Wärmemenge oder thermischen Energie in Energie reversibler struktureller und/oder materieller Veränderungen eines Wärmespeichermediums.
Bei bekannten Latentwärmespeichereinrichtungen ist problematisch, dass zwischen Wärme zuführenden und Wärme abführenden Medien gewechselt wird, die dann direkt in Kontakt treten mit dem Latentwärmespeicher oder gar mit dem jeweiligen Speichermedium. Das kann zwar die Effizienz des Wärmeüber- trags steigern helfen, führt jedoch andererseits zu Problemen im Zusammenhang mit den thermischen Wechsellasten einerseits, z.B. im Zusammenhang mit so genannten Dampfschlägen, die beim Umschalten zwischen Wärme- speicherung oder einem Ladevorgang und Wärmeentladung auftreten, andererseits aufgrund direkten Kontakts der maßgeblichen Einrichtungen mit Wärme zuführenden und abführenden Medien zu einer möglichen Verschmutzung, z.B. zuführender oder abführender Leitungen, des Latentwärmespeichers selbst oder gar des Wärmespeichermediums. ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Latentwärmespeicheranordnung und ein Betriebsverfahren für eine Latentwärmespeicheranordnung an- zugeben, bei welchen auf besonders einfache und störungsfreie Art und
Weise therm ische Energie oder Wärmemenge temporär gespeichert und wieder abgerufen werden kann.
Die der Erfindung zu Grunde liegenden Aufgaben werden bei einer Latent- Wärmespeicheranordnung erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Ferner werden die der Erfindung zu Grunde liegenden Aufgaben bei einem Betriebsverfahren für eine Latentwärmespeicheranordnung erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind jeweils Gegen- stand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Latentwärmespeicheranordnung geschaffen, mit mindestens einer Latentwärmespeichereinrichtung und mit einem Wärmeübertragungsfluidsystem zum Übertra- gen von Wärmemenge aus und/oder zu der mindestens einen Latentwärmespeichereinrichtung an bzw. aus einem externen System oder einer Umgebung, wobei das Wärmeübertragungsfluidsystem als geschlossener Kreislauf und gegenüber dem externen System oder der Umgebung materiell getrennt, abgeschlossen und entkoppelt, aber Steuer- und/oder regelbar therm isch kop- pelbar oder gekoppelt ausgebildet ist. Eine Kernidee der vorliegenden Erfindung besteht also darin, das vorgesehene Wärmeübertragungsfluidsystem als einen geschlossenen Kreislauf auszubilden und gegenüber dem externen System oder der Umgebung, in Bezug auf weiche Wärme aufgenommen oder abgegeben wird, welche also als Wärmequelle oder Wärmesenke dienen, das Wärmeübertragungsfluidsystem materiell getrennt, abgeschlossen und entkoppelt, wohl aber dam it Steuer- und/oder regelbar therm isch koppelbar oder gekoppelt auszubilden. Auf diese Art und Weise wird einerseits ein guter Wärmeübertrag zwischen dem externen System oder der Umgebung und dem internen System, nämlich dem Wärmeübertragungsfluidsystem und dem Latentwärmespeicher gewährleistet, wobei jedoch auf der Grundlage des Abschlusses des Wärmeübertragungsfluidsystems nach außen hin und aufgrund der materiellen Entkopplung eine Kontamination im Inneren verm ieden wird. Ferner wird aufgrund der Abgeschlossenheit des Wärmeübertragungsfluidsystems auch das Auftreten von Dampfschlägen beim Wechsel zwischen einem Lade- und einem Entladevorgang verm ieden.
Das Wärmeübertragungsfluidsystem kann vorzugsweise ein einziges Wärme- übertragungsfluid zum Laden und zum Entladen von Wärmemenge der mindestens einen Latentwärmespeichereinrichtung aufweisen und mit diesem betrieben werden. Besonders einfach und sicher gestalten sich Aufbau und Betrieb der erfindungsgemäßen Latentwärmespeicheranordnung, wenn nämlich nur ein einziges Wärmeübertragungsfluid vorgesehen wird und zum Einsatz kommt.
Alternative oder zusätzlich ist es von besonderem Vorteil, wenn das Wärmeübertragungsfluidsystem mit einem einzigen Wärmeübertragungsfluidkreislauf zum Laden und zum Entladen von Wärmemenge der mindestens einen La- tentwärmespeichereinrichtung ausgebildet ist. Eine weitere Vereinfachung ergibt sich also dann, wenn nur ein einziger Wärmeübertragungsfluidkreislauf vorgesehen wird, insbesondere in Kombination mit einem einzigen Wärmeübertragungsfluid. Dabei kann der einzige Wärmeübertragungsfluidkreislauf mehrere Stränge aufweisen, welche aber materiell nicht unbedingt entkoppelt sein müssen; dabei kann es sich einerseits um einen Ladestrang oder auch eine Mehrzahl von Ladesträngen beim Vorsehen einer Mehrzahl von Latentwärmespeichereinrichtungen handeln, andererseits um entsprechend einen Entladestrang oder eine Mehrzahl von Entladesträngen. Das Wärmeübertragungsfluidsystem kann einen Ladekreislauf und einen Entladekreislauf zum Laden bzw. Entladen von Wärmemenge der mindestens einen Latentwärmespeichereinrichtung aufweisen. Ein jeweiliger Ladekreislauf und ein jeweiliger Entladekreislauf können materiell und/oder strömungsmechanisch miteinander gekoppelt und/oder verschränkt ausgebildet sein. Zur thermischen Kopplung des Wärmeübertragungsfluidsystems und insbesondere jeweiliger Wärmeübertragungsfluidkreisläufe, des Ladekreislaufs und/oder des Entladekreislaufs können ein oder mehrere Wärmetauscher oder Wärmeübertrager vorgesehen und an das externe System oder die Umgebung gekoppelt oder koppelbar sein. Zur thermischen Ankopplung, aber materiellen Entkopplung zwischen dem Wärmeübertragungsfluidsystem, also dem inneren System zur Wärmeübertragung, und dem externen System oder der Umgebung können also ein oder mehrere Wärmeübertrager oder Wärmetauscher vorgesehen sein, wodurch ein besonders hohes Maß an Effizienz und Sicherheit gewährleistet wird.
Zum Laden und zum Entladen mit bzw. von Wärmemenge können jeweils genau ein Wärmetauscher oder Wärmeübertrager ausgebildet sein.
Es kann eine Mehrzahl, insbesondere von zwei, Latentwärmespeichereinrich- tungen vorgesehen sein.
Bei einer Mehrzahl von Latentwärmespeichereinrichtungen können diese insgesamt oder gruppenweise parallel und/oder alternierend/sequentiell betrieben werden oder betreibbar sind.
Durch das parallele Betreiben einer Mehrzahl von Latentwärmespeichereinrichtungen oder Latentwärmespeichern wird die Kapazität oder thermische Leistung der Latentwärmespeicheranordnung insgesamt gesteigert, aber auch auf einen temporären Bedarf anpassbar.
Beim alternierenden oder sequentiellen Betreiben der einzelnen Latentwärmespeichereinrichtungen oder Latentwärmespeicher kann z. B. bei Wartungsarbeiten ein ununterbrochener Betrieb gewährleistet sein oder werden, bei wel- chem während des Betriebs mit einer einzigen Latentwärmespeichereinrichtung eine jeweils andere Latentwärmespeichereinrichtung gewartet, repariert oder ausgetauscht wird. Eine jeweilige Latentwärmespeichereinrichtung kann mit einem oder mit mehreren Phasenwechselmaterialien ausgebildet sein. Grundsätzlich sind dabei sämtliche Latentwärmespeichermaterialien denkbar, die ein temporäres Aufnehmen und gesteuertes und/oder geregeltes Abgeben von thermischer Energie oder von Wärmemenge ermöglichen.
Es können insbesondere mehrere PCM-HX-Systeme oder Wärmetauscher oder Wärmeübertrager mit gleichen, aber gerade auch mit unterschiedlichen Phasenwechselmaterialien vorgesehen sein, z. B. für einen sequentiellen und/oder parallelen Betrieb, ggf. m it alternativen PCM-Salzen und/oder ande- ren PCM-Materialien. Dadurch ergibt sich insbesondere die Möglichkeit, Wärme bei verschiedenen Temperaturniveaus aufzunehmen und/oder abzugeben, so dass erfindungsgemäß das Anwendungs- und Einsatzspektrum erweitert wird. Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird auch ein Betriebsverfahren für eine Latentwärmespeicheranordnung, welche insbesondere gemäße der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist, angegeben, bei welchem ein jeweils vorgesehenes Wärmeübertragungsfluidsystem zum Übertragen von Wärmemenge aus und zu einer Latentwärmespeichereinrichtung zu bzw. aus einem externen System oder der Umgebung als geschlossener Kreislauf und gegenüber dem externen System oder der Umgebung materiell getrennt, abgeschlossen und entkoppelt, jedoch Steuer- und/oder regelbar therm isch gekoppelt betrieben wird. Zum Laden und Entladen von Wärmemenge kann dabei ein einziges Wärmeübertragungsfluidsystem verwendet werden, insbesondere mit einem einzigen Wärmeübertragungsfluid. Diese und weitere Aspekte werden beispielhaft auf der Grundlage der beigefügten schematischen Zeichnungen erläutert.
KU RZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Latentwärmespeicheranordnung unter Verwendung einer einzelnen Latentwärmespeichereinrichtung. Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Latentwärmespeicheranordnung, bei welcher jedoch eine Mehrzahl von Latentwärmespeichereinrichtungen verwendet wird. DETAILBESCHREIBU NG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Sämtliche Ausführungsformen der Erfindung und auch ihre technischen Merkmale und Eigenschaften können einzeln isoliert oder wahlfrei zusammen- gestellt miteinander beliebig und ohne Einschränkung kombiniert werden.
Strukturell und/oder funktionell gleiche, ähnliche oder gleich wirkende Merkmale oder Elemente werden nachfolgend im Zusammenhang mit den Figuren m it denselben Bezugszeichen bezeichnet. Nicht in jedem Fall wird eine detail- lierte Beschreibung dieser Merkmale oder Elemente wiederholt.
Die Figuren beschreiben die Erfindung exemplarisch anhand von Ausführungsbeispielen und in schematischer Art und Weise und sind nicht maßstabsgetreu, solange nichts anderes gesagt ist.
Zunächst wird auf die Zeichnungen im allgemeinen Bezug genommen. Bei einer häufig vorgesehenen Verschaltung von Latentwärmespeichern 1 0 wird z. B. für einen Ladevorgang ein heißer Wärmeträger, z. B. ein Dampf oder eine heiße Flüssigkeit, z. B. Wasser, als Wärmeübertragungsfluid durch den Wärmespeicher 1 0 geleitet, welcher z. B. durch Aufschmelzen von PCM-Mate- rial geladen wird und die thermische Energie oder Wärmemenge aufnimmt.
Beim Entladen wird bisher oft im Allgemeinen ein anderes Medium, z. B. Wasser, durch das gleiche Leitungssystem gefördert, tritt mit dem Latentwärmespeicher 1 0 in Kontakt und nimmt von diesem Wärme unter eigener Tempe- raturerhöhung, nämlich unter einem Temperaturanstieg des Entlademediums, auf. Denkbar ist auch der Energieübergang über einen Phasenwechsel im Entlademedium , z. B. ein Phasenwechsel von der flüssigen Form in die Dampfform. Eine derartige Verschaltung ist dahingehend nachteilig, dass beim Umschalten vom Laden zum Entladen und umgekehrt so genannte Dampfschläge nicht völlig zu vermeiden sind.
Ferner können auf Dauer bei einem Betrieb, bei welchem die Lade- und Entla- demedien von extern direkt auf den Latentwärmespeicher 1 0 zugreifen, Verschmutzungen innerhalb der jeweiligen Leitungen oder Rohre auftreten, bei welchen dann zusätzlich auch eine Verunreinigung der Speicher selbst oder sogar das PCM-Materials in nachteiliger Weise auftreten können. Ein Wechsel der Wärmeträger zum Entladen und Beladen scheint bei einem solchen Szenario kaum durchführbar zu sein, da sich das Lademedium und das Entlademedium wechselseitig verunreinigen.
Ein weiteres Problem kann dann auftreten, wenn aufgrund einer derartigen Auslegung die jeweiligen Latentwärmespeicher 1 0 als Druckbehälter ausgelegt werden müssen, weil dies mit einem erheblichen Auslegungs- und Prüfaufwand einhergeht. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird auf einen Wechsel des Wärmespeichermediums zum Be- und Entladen verzichtet. Der Latentwärmespeicher 1 0, z. B. als PCM-Speicher wird mit nur einem einzigen Wärmeübertragungsmedium oder Wärmeträgermedium betrieben. Dieses Wärmeträgermedium wird z. B. in Rohren 43, 44 durch einen Rohrbündelwärmeübertrager geleitet.
Zweckmäßigerweise wird für die Trennung von Wärmeträgermedium PCM auch ein PWT verwendet.
Der Betrieb läuft, indem das Wärmeträgermedium in einem Kreislauf durch den Speicher, nämlich der Latentwärmespeichereinrichtung, geleitet wird. Im Unterschied zu dem oben beschriebenen Verfahren wird der Speicher z. B. nicht m it Wasser, sondern mit so genannten PCM-Graphit-Modulen beschickt.
Nun wird im Detail auf die Zeichnungen Bezug genommen.
Fig. 1 zeigt in schematischer Form und nach Art eines Blockdiagramms eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Latentwärmespeicheranordnung 1 00. Dem Kern nach besteht diese Ausführungsform der erfindungsgemäßen Latentwärmespeicheranordnung 1 00 aus einer einzigen Latentwärmespeichereinrichtung 1 0 oder einem einzigen Latentwärmespeicher 1 0, welcher mit einem entsprechenden Wärmespeichermaterial 1 3 gefüllt ist und von einer Wärmeaustauschleitung 14 durchmessen wird.
Des Weiteren ist ein Wärmeübertragungsfluidsystem 50 vorgesehen, welches thermisch mit einem externen System 80 oder der Umgebung 80 wechselwirkt und von diesen thermische Energie oder Wärmemenge heranführt oder an diese abgibt. Das Wärmeübertragungsfluidsystem 50 weist Ladeleitungen 43 und Entladeleitungen 44 auf, die auch als Zuführleitungen 43 und Abführleitungen 44 bezeichnet werden können, ein entsprechendes Wärmeübertragungsfluidsystem 50 zur Übertragung von thermischer Energie oder Wärme- menge führen und an den Latentwärmespeicher 10 und dessen Wärmeübertragungsleitung 14 angeschlossen ist.
Das Wärmeübertragungsfluidsystem 50 bildet somit über die Zuführleitungen 43 und die Abführleitungen 44 erfindungsgemäß ein gegenüber dem externen System 80 und der Umgebung 80 abgeschlossenen Wärmeübertragungs- fluidkreislauf 40.
Zum Abschluss gegenüber dem externen System 80 oder der Umgebung 80 und zur Wärmeübertragung mit diesem sind bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 ein erster Wärmetauscher 21 und ein zweiter Wärmetauscher 22 als Wärmeübertrager 20 der erfindungsgemäßen Latentwärmespeicheranordnung 1 00 vorgesehen und mit dem Wärmeübertragungsfluidkreislauf 40 und dessen Zuführleitungen 43 und Abführleitungen 44 verbunden, wobei der erste Wär- meübertrager 21 eine Wärmequelle 81 der Umgebung 80 bedient und der zweite Wärmeüberträger 22 den Wärmeaustausch m it der Wärmesenke 82 der Umgebung 80 realisiert.
Im Bereich der Zuführung und Abführung des Latentwärmespeichers 1 0, also unmittelbar vor und hinter den Anschlüssen an die Wärmeübertragungsleitung 14 sind Temperaturmesseinrichtungen 47 oder Temperatursensoren 47 ausgebildet, deren Messwerte über entsprechende Mess- und Steuer- und/oder Regelleitungen 48 an eine zentrale Steuerung und/oder Regelung 49 geleitet werden, um dort aufbereitet und ausgewertet zu werden.
Über die Mess- und Steuer- und/oder Regelleitungen 48 sind des Weiteren Ventile 45, welche in den Zuführleitungen 43 und den Abführleitungen 44 angeordnet sind und dazu dienen, die Zuführleitungen 43 und Abführleitungen 44 und deren Verschaltung so zu gestalten, dass jeweils ein Entladeprozess oder Beladeprozess realisierbar ist, angeschlossen.
Ferner ist über eine weitere Mess- und Steuer- und/oder Regelleitung 48 eine Pumpe 46 mit der zentralen Steuer- und/oder Regeleinrichtung 49 verbunden. Über die Auswertung der Messdaten und gegebenenfalls nach Empfang externer weiterer Steuer- und/oder Regeldaten erfolgt die Steuerung und/oder Regelung der Pumpe 46 einerseits und die Stellung der Ventile 45 je nach Art des Prozesses zum Be- oder Entladen andererseits.
Vor der Ausführungsform gemäß Fig. 2 liegt ein hoher Ähnlichkeitsgrad zu der Ausführungsform der Fig. 1 vor, jedoch sind hier zwei Latentwärmespeichereinrichtungen 1 0, nämlich eine erste Latentwärmespeichereinrichtung 1 1 und eine zweite Latentwärmespeichereinrichtung 12 in strömungsmechanischer Parallelschaltung zueinander vorgesehen. Auch die zweite Latentwärmespeichereinrichtung 12 ist mit entsprechenden Temperatursensoren 47 im Bereich der Anschlüsse der Zuführleitungen 43 und Abführleitungen 44 zur Wärmeaustauschleitung 14 ausgebildet. Ferner ist auch ein zusätzliches Ventil 45 vorgesehen, über welches sich die Zuführleitung 43 in direktem Anschluss an die zweite Latentwärmespeichereinrichtung öffnen oder sperren lässt.
Auf diese Art und Weise ist entweder ein gleichzeitiger und paralleler Betrieb der ersten und zweiten Latentwärmespeichereinrichtungen 1 1 und 12 möglich, oder ein Einzelbetrieb jeweils nur einer der ersten und zweiten Latentwärme- speichereinrichtungen 1 1 und 12, wobei die jeweils nicht betriebene Latentwärmespeichereinrichtung z. B. gewartet, repariert oder gar ausgetauscht werden kann.
Durch die Ausführungsformen gemäß den Fig. 1 und 2 werden die erfindungs- gemäßen Konzepte realisiert, die unter anderem darin bestehen, einen in sich geschlossenen Kreislauf für das Wärmeübertragungsfluidsystem 50 vorzusehen, der zwar thermisch mit der Umgebung 80 gekoppelt ist, von dieser jedoch strömungsmechanisch und dam it materiell getrennt ist, so dass es zu keinem materiellen Austausch und dam it auch nicht zu Kontam inationen kommen kann.
Die Verwendung des in sich geschlossenen Systems ist besonders sicher und zuverlässig und verhindert darüber hinaus Komplikationen in Form von Dampfschlägen oder dergleichen beim Umschalten von einem Entlade- zu einem Beladeprozess oder umgekehrt.
Vorzugsweise wird dabei in dem Leitungssystem, welches aus den Zuführlei- tungen 43 und den Abführleitungen 44 des Wärmeübertragungsfluidsystems und des Wärmeübertragungsfluidkreislaufs besteht, ausschließlich ein einziges Wärmeübertragungsfluid verwendet, also insbesondere nach Art eines zusammenhängenden Fluidkompartiments, wobei der jeweilige Zusammenhang und die jeweilige Verschaltung zum Beladen und Entladen über das Schalten der einzelnen Ventile 45 m ittels der zentrale Steuer- und/oder Regeleinrichtung 49 erfolgt.
BEZUGSZEICH ENLISTE 1 0 Latentwärmespeichereinrichtung, Latentwärmespeicher
1 1 erste Latentwärmespeichereinrichtung, erster Latentwärmespeicher
12 zweite Latentwärmespeichereinrichtung, zweiter Latentwärmespeicher
20 Wärmetauscher, Wärmeübertrager
21 erster Wärmetauscher, erster Wärmeübertrager
22 zweiter Wärmetauscher, zweiter Wärmeübertrager
40 Wärmeübertragungsfluidkreislauf
41 Ladekreislauf
42 Entladekreislauf
43 Ladeleitung, Zuführleitung
44 Entladeleitung, Abführleitung
45 Ventil
46 Pumpe
47 Temperaturmesseinrichtung, Temperatursensor
48 Mess- und Steuer- und/oder Regelleitung
49 Mess- und Steuer- und/oder Regeleinrichtung
50 Wärmeübertragungsfluidsystem
80 externes System, Umgebung Wärmequelle
Wärmesenke
Latentwärmespeicheranordnung

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1 . Latentwärmespeicheranordnung (1 00),
m it m indestens einer Latentwärmespeichereinrichtung (1 0) und
mit einem Wärmeübertragungsfluidsystem (50) zum Übertragen von Wärmemenge aus und/oder zu der mindestens einen Latentwärmespeichereinrichtung (1 0) an bzw. aus einem externen System (80) oder einer Umgebung (80),
wobei das Wärmeübertragungsfluidsystem (50) als geschlossener Kreislauf und gegenüber dem externen System (80) oder der Umgebung (80) materiell getrennt, abgeschlossen und entkoppelt, aber steuer- und/oder regelbar therm isch koppelbar oder gekoppelt ausgebildet ist.
2. Latentwärmespeicheranordnung (1 00) nach Anspruch 1 ,
wobei das Wärmeübertragungsfluidsystem (50) ein einziges Wärme- übertragungsfluid zum Laden und zum Entladen von Wärmemenge der mindestens einen Latentwärmespeichereinrichtung (1 0) aufweist.
3. Latentwärmespeicheranordnung (1 00) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
wobei das Wärmeübertragungsfluidsystem (50) einen einzigen Wärme- übertragungsfluidkreislauf (40) zum Laden und zum Entladen von
Wärmemenge der m indestens einen Latentwärmespeichereinrichtung (1 0) aufweist.
4. Latentwärmespeicheranordnung (1 00) nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 oder 2,
wobei das Wärmeübertragungsfluidsystem (50) einen Ladekreislauf und einen Entladekreislauf zum Laden bzw. Entladen von Wärmemenge der mindestens einen Latentwärmespeichereinrichtung (1 0) aufweist.
5. Latentwärmespeicheranordnung (1 00) nach Anspruch 4, wobei der Ladekreislauf und der Entladekreislauf materiell und/oder strömungsmechanisch miteinander gekoppelt und/oder verschränkt ausgebildet sind.
Latentwärmespeicheranordnung (1 00) nach einem der vorangehenden Ansprüchen,
wobei zur thermischen Kopplung des Wärmeübertragungsfluidsystems (50) und insbesondere der jeweiligen Wärmeübertragungsfluidkreisläufe (40), des Ladekreislaufs und/oder des Entladekreislaufs über ein oder mehrere Wärmetauscher (20) oder Wärmeübertrager (20) an das externe System (80) oder die Umgebung (80) gekoppelt oder koppelbar sind.
Latentwärmespeicheranordnung (1 00) nach Anspruch 6,
wobei zum Laden und zum Entladen mit bzw. von Wärmemenge jeweils ein Wärmetauscher (20) oder Wärmeübertrager (20) ausgebildet ist.
Latentwärmespeicheranordnung (1 00) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
wobei eine Mehrzahl, insbesondere von zwei, Latentwärmespeichereinrichtungen (1 0, 1 1 , 12) vorgesehen ist.
Latentwärmespeicheranordnung (1 00) nach Anspruch 8,
wobei die Mehrzahl Latentwärmespeichereinrichtungen (1 0, 1 1 , 12) insgesamt oder gruppenweise parallel und/oder alternierend/sequentiell betrieben werden oder betreibbar sind.
Latentwärmespeicheranordnung (1 00) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
wobei eine jeweilige Latentwärmespeichereinrichtung (1 0, 1 1 , 12) mit einem oder mit mehreren Phasenwechselmaterialien ausgebildet ist.
1 . Betriebsverfahren für eine Latentwärmespeicheranordnung (1 00), welche insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 1 0 ausgebildet ist, bei welchem ein vorgesehenes Wärmeübertragungsfluidsystem (50) zum Übertragen von Wärmemenge aus und/oder zu einer Latentwärmespeichereinrichtung (1 0) zu bzw. aus einem externen System (80) oder der Umgebung (80) als geschlossener Kreislauf und gegenüber dem externen System (80) oder der Umgebung (80) materiell getrennt, abgeschlossen und entkoppelt, jedoch Steuer- und/oder regelbar therm isch gekoppelt betrieben wird.
2. Betriebsverfahren nach Anspruch 1 1 ,
bei welchem zum Laden und Entladen von Wärmemenge ein einziges Wärmeübertragungsfluidsystem (50) verwendet wird, insbesondere mit einem einzigen Wärmeübertragungsfluid.
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