NL7811008A

NL7811008A - Inrichting voor het opslaan van warmte.

Info

Publication number: NL7811008A
Application number: NL7811008A
Authority: NL
Original assignee: Akzo Nv
Priority date: 1978-11-06
Filing date: 1978-11-06
Publication date: 1980-05-08
Also published as: EP0010819A1; JPS5565892A

Description

_ 1 _ AKU 1794 * ' ' Λ - V * ’

Akzo N.v., Arnhem.

Inrichting voor het opslaan van warmte. _

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het opslaan van warmte, welke inrichting opslagmaterie voor warmte bevat,, alsmede transportkanalen voor het toevoeren en afvoeren van warmte aan respectievelijk uit 5. de opslagmaterie.

Een dergelijke inrichting kan min of meer bekend geacht worden uit de Duitse octrooipublicatie 2517920. Een nadeel van die bekende inrichting is, dat de uitvoering en de dimensionering zodanig zijn, dat de beschikbare 10. warmtecapaciteit van de opslagmaterie niet optimaal wordt j benut in het bijzonder bij sterk fluctuerende warmtetoevoer of -af voer.

De uitvinding beoogt een inrichting van het in de aanhef vermelde type te verschaffen, waarbij het genoemde nadeel 15. is ondervangen. De inrichting is volgens de uitvinding j hierdoor gekenmerkt, dat de transportkanalen zijn gevormd door buizen met een hydraulische diameter van ten hoogste ι 3 millimeter bij voorkeur kleiner dan 2 millimeter.

Volgens de uitvinding kunnen zelfs met voordeel buizen 20. worden toegepast met een hydraulische diameter van 0,1 - 1 mm.

Gunstige resultaten zijn volgens de vinding bereikbaar, indien de inrichting hierdoor is gekenmerkt, dat de wanddikte van de transportbuizen 5 tot 20%, in het bijzonder j 25. ongeveer 10% bedraagt van de hydraulische diameter van j de transportbuizen en dat de verhouding tussen de lengte j van iedere transportbuis en de hydraulische diameter daar-_van tenminste 100 en bij voorkeur 1000 bedraagt.

78 1 1 0 0 8 .-2- * *

De verkrijging van goede resultaten wordt volgens de vinding bevorderd, indien de inrichting hierdoor is gekenmerkt, dat de'gemiddelde onderlinge afstand tussen naburige niet in lagen geplaatste transportbuizen éën- 5. tot twintigmaal, bij voorkeur vier- tot achtmaal, de hydraulische diameter van de transportbuizen bedraagt.

Een te verkiezen uitvoeringsvorm is volgens de vinding hierdoor gekenmerkt, dat de transportbuizen van zodanige aansluitingen zijn voorzien, dat dezelfde buizen af- 10. wisselend voor het toevoeren van warmte aan of voor het afvoeren van warmte uit de opslagmaterie kunnen dienen. Daarbij kunnen met voordeel volgens de uitvinding de aansluitingen op de transportbuizen zodanig zijn uitgevoerd, dat bij het afvoeren van warmte uit de opslagmaterie de 15. transportbuizen in tegengestelde richting kunnen worden doorstroomd als bij het toevoeren van warmte aan de opslagmaterie. Goede resultaten zijn volgens de vinding eveneens bereikbaar, wanneer de inrichting hierdoor is gekenmerkt, dat afzonderlijke groepen van transportbuizen 20. zijn aangebracht voor het toevoeren van warmte aan de opslagmaterie respectievelijk voor het afvoeren van warmte uit de opslagmaterie.

Ook bij deze laatste uitvoering met afzonderlijke groepen transportbuizen voor toevoer en afvoer kunnen volgens de 25. vihding de aansluitingen op de transportbuizen zodanig zijn uitgevoerd, dat in de transportbuizen voor het afvoeren van warmte uit de opslagmaterie de stroomrichting ; tegengesteld is aan de stroomrichting in de transportbuizen voor het toevoeren van warmte aan de opslagmaterie.

30. in het bijzonder wanneer voor het opwarmen en afkoelen verschillende fluida worden toegepast zoals bijvoorbeeld een vloeistof respectievelijk een gas, kan daarbij de in- j richting volgens de uitvinding met voordeel hierdoor zijn gekenmerkt, dat de hydraulische diameter van de transport-; 35. "buizen voor het toevoeren van warmte aan de opslagmaterie ;

S08294F

7811008 ' / ' -it verschillend is van de hydraulische diameter van de transportbuizen voor het afvoeren van warmte uit.de opslagmaterie. De uitvinding is in het bijzonder gericht op een·inrichting, die hierdoor is gekenmerkt, dat de 5. transportbuizen zijn gevormd door holle vol- of half- ‘ *.

synthetische draden. Laatstgenoemde holle draden kunnen ^ volgens de vinding zijn gevormd uit een of meer van de volgende stoffen of mengsels daarvan : polyolefinen, zoals polyetheen, polypropeen en polyiso- 10. buteen ? polystyreen en copolymeren (random, alternerend en block) van styreen met butadieen, acrylonitril en acrylaatesters ; / polyhaloolefinen, zoals polyvinylchloride en polytetra- 15. fluoretheen ; polyvinyls, zoals polyvinylalcohol en polyvinylacetaat ; polyacrylaten en polymethacrylaten,zoals polymethacrylaat en polymethylmethacrylaat en andere poly-acrylaten, in het bijzonder polyacrylonitril? 20. elastomeren, zoals natuurrubber, synthetische rubbers, bijvoorbeeld siliconen rubbers of polyolefi-nische rubbers.of copolymeren van het type etheen - propeen - rubber (EPDM) ? polyoxyden, zoals polypropyleenoxyde en poly 2,6 dime-25. l· thylfenyleenoxyde ? verzadigde en onverzadigde polyesters, zoals polyethyleen-tereftalaat ? polyamiden, zoals nylon 5, nylon 66 en aromatische polyamiden ; 30. polycarbonaten ; polyimiden ? .

polybenzimidazolen ; »· - - polyurethanen ; half- en synthetische polymeren, zoals geregenereerde 35. cellulose, in het bijzonder op koperacetaat-i 508294F . , 78 1 1 0 0 8 / - * . _ 4 - * basis ? thermohardende kunststoffen, zoals epoxyharsen en amino-plasten ; copolymeren van twee of meer van de genoemde polymeren ; 5. polysulfonen ; . ·.

anorganische polymeren, zoals fosfazenen.

s

Voorts kunnen de genoemde holle draden volgens de vinding zijn voorzien van een vloeistofdichte deklaag, in het bijzonder op metaal- of polymeerbasis. · 10. De inrichting volgens de vinding maakt een snelle warmteoverdracht mogelijk gepaard met een groot temperatuurverschil over de warmtedragende stroom tussen ingang en uitgang door de opslagmaterie. De toepassing van de buizen met kleine diameter en geringe wanddikte volgens de vinding 15. leidt tot een zeer groot warmteoverdragend oppervlak per volume eenheid van de opslaginrichting. De inrichting volgens de vinding kan compact, goedkoop en eenvoudig worden uitgevoerd.

. Afhankelijk van het toepassingsgebied kan de inrichting 20. volgens de vinding met voordeel hierdoor zijn gekenmerkt, dat de transportbuizen zijn gevormd uit glas of metaal.

Een gunstige uitvoeringsvorm van de inrichting is volgens de vinding hierdoor gekenmerkt, dat een groep transportbuizen is aangebracht in de vorm van een laag. Met voor- 25. deel zijn daarbij volgens de vinding tenminste twee lagen transportbuizen aangebracht, die zijn gescheiden door een opslagmaterie, bevattende scheidingslaag, waarbij de dikte van de scheidingslaag één- tot twintigmaal, bij voorkeur vijfmaal, de hydraulische diameter van.de transportbuizen 30. bedraagt. Volgens de uitvinding kunnen de transportbuizen ; —in elke laag tegen elkander aan liggen. Een eenvoudige |

508294F

78 1 1 0 0 8 i : ' — - j*

•V

uitvoering van de inrichting is volgens de vinding hier- j door gekenmerkt, dat de transportbuizen in elke laag zich | evenwijdig uitstrekken aan de transportbuizen in naburige! lagen. Ook kan de inrichting volgens de vinding hierdoor | 5. - zijn gekenmerkt, dat de transportbuizen in elke laag de transportbuizen in daaropvolgende lagen kruisen, in het ^ bijzonder onder een hoek van 90°.

De inrichting volgens de vinding kan op eenvoudige wij ze worden vervaardigd, wanneer zij hierdoor is gekenmerkt, 10. dat de transportbuizen geheel of gedeeltelijk zijn aangebracht in de vorm van een schroeflijn en/of een spiraal,, waarbij de transportbuizen in meerdere lagen zijn aangebracht en de transportbuizen van elke laag de transportbuizen van de naburige buizen meervoudig kruisen en 15. zijn vervaardigd uit een meerlagig spoel- of wikkel- lichaam. Met voordeel is de inrichting volgens de vinding; hierdoor gekenmerkt, dat groepen transportbuizen zijn j gevormd uit een weefsel, een vlies of een ander door middel van afleggen gevormd buizenpatroon. Een bijzondere 20. uitvoeringsvorm van de inrichting is volgens de vinding j hierdoor gekenmerkt, dat een groep een laag vormende·transportbuizen zodanig is geformeerd, dat de naast elkander! in de groep geplaatste transportbuizen zich ieder uitstrekken in de vorm van vlakke spiralen, die in naast-25. elkander gelegen vlakken liggen.

Daarbij is een doelmatige uitvoeringsvorm volgens de vinding hierdoor gekenmerkt, dat de spiraalvorm zich van buiten naar binnen uitstrekt, daarna omkeert en zich vervolgens wederom spiraalvormig van buiten naar binnen 30. uitstrekt of omgekeerd.

De uitvinding is meer in het bijzonder gericht op een in- j | richting, welke in combinatie met de voorgaande kenmerken , —hierdoor is gekenmerkt, dat de opslagmaterie is gevormd j ““ 78 1 1 0 0 8 / 'r 'i · - 6- I-----. ' ! i } I c ' door een faseovergangsmateriaal, dat tijdens het opwarmen

I , I

J en afkoelen geheel of gedeeltelijk van de vaste toestand : I i | in de vloeibare toestand respectLe/elijk van de vloeibare j in de vaste toestand kan worden gebracht. Bij voorkeur . j 5. worden volgens de vinding voor het faseovergangsmateriaal| een of meer van de volgende zouthydraten toegepast :

Na2SO4.10H2O ; Na2S03.5H20 ;

Ca C12.6H20 ,· Na2CO3.l0H2O ;

Na P04.12H20 ? KF.4H20 ; Ca (Ν03)2·4Η20 ; 10. Mg C12.6H20 ; Ba 0H.8H20 ; Zn Ν03·6Η20 ; Κ3Ρ04·7Η20 ? j Na2HP04.12H20 ; K2HP0.6H20 ? LiN03.3H20 ; . I Mg (N03)2.6H20. ’ j Volgens de uitvinding kunnen de zouthydraten met voordeelj

! I

j een stabiliseringsmiddel, bijvoorbeeld silicagel, bevat- 15. ! ten, welk middel fasenscheiding tegengaat.

Goede resultaten zijn ook bereikbaar, indien de inrichting volgens de vinding hierdoor is gekenmerkt, dat het faseovergangsmateriaal is gevormd door paraffine. De inrichting volgens de vinding, waarbij transportbuizen 20. met een geringe diameter zijn gecombineerd met opslag- materie- in de vorm van de genoemde faseovergangsmateria- : len, maakt een bijzondere snelle verplaatsing van het j smeltfront langs de transportbuizen in de stroomrichting j mogelijk. Daardoor verloopt de warmteoverdracht in het j 25. opslagsysteem volgens de vinding als het ware convectief, : terwijl bekende systemen zich ten aanzien van de warmte- ! overdracht in hoofdzaak diffusief gedragen.

Een te verkiezen uitvoeringsvorm van de inrichting is volgens de vinding hierdoor gekenmerkt, dat het fase-30. overgangsmateriaal in een matrix is opgesloten, die is gevormd door een kunststofmateriaal, in het bijzonder polymeerharszoals epoxyhars, polyesterhars en dergelijke harsen, welke matrix een groot aantal met fase-_overgangsmateriaal gevulde holten bevat. Een goedkope en j

508234F

78 1 1 0 08 - 7 - * i . ‘ψ '.......

doelmatige uitvoering van de inrichting volgens de vin- ding is hierdoor gekenmerkt, dat de matrix in hoofdzaak is gevormd uit synthetische vezels. .

De bij de opslaginrichting volgens de vinding gecombi- 5. neerde toepassing van dunwandige buizen met kleine dia meter met het genoemde faseovergangsmateriaal in een matrix levert een optimaal verloop van de warmteoverdracht bij handhaving van de stabiliserende invloed van de matrix op zouthydraten. De eventueel minder goede 10. warmtegeleiding van het matrix-materiaal wordt daardoor ondervangen. v *

Voorts biedt de opslaginrichting volgens de vinding door de toepassing van buizen met geringe diameter en faseovergangsmateriaal in een matrix een combinatie van 15. sterkte en flexibiliteit ten aanzien van de vormgeving*

Afhankelijk van de.beoogde toepassing kan volgens de vinding de opslagmaterie mét voordeel zijn gevormd door beton of door een keramisch blok.

Opgemerkt wordt de in het voorgaande genoemde hydraulische!

4 A

20. diameter "D" = . Daarin is 0= de buitenomtrek van het doorstroomde of bevochtigde oppervlak van een transpo,rtbuis. A = het oppervlak van het doorstroomde of ! - bevochtigde oppervlak van een transportbuis. Bij toepas- ; | sing van transportbuizen met een cirkelvormige dwarsdoor- j 25. snede is de diameter D derhalve gelijk aan de hydraulische diameter, zodat bij transportbuizen met een binnendiameter; van 2 mm. de hydraulische diameter eveneens 2 mm. bedraagt'.

Bij toepassing van transportbuizen met een rechthoekige inwendige doorsnede van bijvoorbeeld 2x5 mm. is de 30. hydraulische diameter "D" ** 2,86 mm. Uiteraard kunnen diverse andere vormen voor de dwarsdoorsnede worden toe-_gepast.

508234F . _ _ · 78 1 1 0 08 / ‘ ~ 8 -

Gunstige resultaten zijn bereikbaar bij toepassing van de inrichting volgens de vinding in een verwarmingssysteem met een zonnecollector, alsmede bij toepassing in een ! ruimteverwarmingssysteem. Ook kan de inrichting voor het J

5. opslaan van warmte volgens de vinding met voordeel worden ; toegepast in een proces voor het aanpassen van de warmtebehoefte en de warmteafgifte aan een processtroom.

De inrichting voor het opslaan van warmte 'volgens de vinding leent zich bijzonder goed voor het verwarmen van een 10. motorvoertuig met uitgeschakelde motor en/of koude motor ter vervanging van de tot nu toe gebruikelijke met benzine’ gestookte speciaal aangebrachte kachels. Ook kan uit- . sluitend de koude motor worden voorverwarmd.

De uitvinding zal nader worden toegèlicht aan de hand. van j de schematische tekening. Ter vereenvoudiging en ter ver- i 15. duidelijking zijn in de tekening het aantal transport- buizen en het aantal lagen dikwijls veel kleiner genomen dan in werkelijkheid.

Fig. 1, 2, 3 en 4 tonen verschillende blokvormige warmte-opslaginrichtingen volgens de vinding.

20. Fig. 5 toont een detail van de inrichting volgens Fig. 1 op grotere schaal.

j j j

Fig. 6 en 7 tonen een blokvormige opslaginrichti'ng van een enigszins andere type.

Fig. 8 toont een schakelmogelijkheid voor een aantal 25. blokvormige opslaginrichtingen.

Fig. 9, 10 en 11 tonen nog een ander type opslaginrich- | ting, alsmede een bijbehorende vervaardigingsmogeli jkheid.;

B08ÏSMF

7811008 • 9- • ~ —~~ ~ Ί

Fig. -12 en 13 tonen enkele toepassingsmogelijkheden voor 1 j de opslaginrichting volgens de vinding.

' , 1

Fig. 14 en 15 tonen bij de toepassingen volgens Fig.

, 13 te gebruiken opslaginrichtingen.

5. Fig. 16 toont nog een andere opslaginrichting volgens de vinding.

Fig. 17 en 18 hebben eveneens betrekking op opslaginrichtingen van het bloktype.

Fig. 19 t/m 23 tonen verschillende vormen voor de door- 10. snede van de transportbuizen.

Fig. 24 en 25 hebben betrekking op transportbuizen met een rechthoekige dwarsdoorsnede.

Fig. 1 toont een gedeelte van een in zijn geheel met l aangeduide blokvormige inrichting voor het opslaan van 15. warmte volgens de vinding. Dit blok 1, is opgebouwd uit j een groot aantal op elkaar volgende elk een groep vormende lagen 2 uit holle synthetische draden 3,4. De holle j synthetische draden 3,4 vormen de transportbuizen met ! een hydraulische diameter van ten hoogste 3 mm. Tussen 20. . de door de transportbuizen gevormde lagen 2 bevinden zich scheidingslagen 5 bestaande uit opslagmaterie. De dikte van de scheidings lagen 5 is éên- tot twintigmaal, bij voor-! keur vijfmaal, zo groot als de hydraulische diameter van j de transportbuizen 3,4. De lagen 5 uit opslagmaterie i 25. kunnen bestaan uit een of meer van de genoemde zout- |

hydraten, die zijn opgesloten in een, matrix, die op ver- j schillende manieren kan zijn uitgevoerd. In Fig. 1 vormen de holle draden 3,4 van elke laag 2 een plat vlak. In elke laag 2 zijn de holle draden 3,4 onderling evenwijdig,J

5032341= - 78 1 1 0 08 ' , ' I : -10“ maar de holle draden 3 en 4 uit op elkaar volgende lagen kruisen elkaar loodrecht. De ruimte om en tussen de transportbuizen vormende holle draden 3,4 kan in elke draden- ! laag eveneens bestaan uit een matrix met daarin opgesla- j 5. gen zouthydraten. De holle draden 3 zijn van passende j niet getekende aansluitingen voorzien voor het toevoeren j en afvoeren van een aanvankelijk heet fluïdum volgens de richting van de pijlen 6 tijdens de opwarmperiode.

De holle draden 4 zijn van passende niet getekende aan- 10. sluitingen voorzien voor het toevoeren en afvoeren van i een aanvankelijk koud fluïdum volgens de richting van de pijlen 7 tijdens de afkoelperiode. j

Tijdens de genoemde opwarmperiode worden de aanvankelijk j in vaste toestand verkerende zouthydraten door het toe- | 15. voeren van warmte geheel of gedeeltelijk in de vloeibare , fase gebracht, waarbij een grote hoeveelheid warmte in korte tijd kan worden opgeslagen in de opslagmaterie. Tijdens de genoemde afkoelperiode worden de aanvankelijk in vloeibare toestand verkerende zouthydraten weer geheel ; 20. of gedeeltelijk in de vaste toestand gebracht, waarbij de grote stollingswarmte vrijkomt. Naast de niet geteken-j de aansluitingen voor de beide transportbuizenstelsels 3,4 moet het blok I tevens uitwendig goed geïsoleerd zijn.

25. Fig. 5 toont een gedeelte van de inrichting volgens Fig. 1 op een grotere schaal.

Fig. 2 toont eveneens een blokvormige opslaginrichting, waarbij overeenkomstige delen met dezelfde verwijzings-cijfers zijn aangeduid als bij de inrichting volgens 30. Fig. 1. Het belangrijkste verschil van de opslaginrichting volgens Fig. 2 met die volgens Fig. 1 is, dat de transportbuizen 3 een grotere diameter bezitten dan i —de transportbuizen 4. De transportbuizen dienen dan voor j 1 / 7811008

503294F

.;· -u -- ' het transporteren van vloeistof, terwijl de buizen 3 met j grotere diameter worden gebruikt voor het transporteren \ van een gasvormig fluïdum. · - Fig. 3 toont een uitvoering van een blokvormige opsïag- 5. inrichting,, die slechts één enkele laag uit transport- | buizen bevat, welke met behulp van passende aansluitingen' zowel tijdens de opwarmperiode als tijdens de afkoelperio-de van de opslaginrichting worden gébruikt. Dat wil zeg- j gen dezelfde groep transportbuizen 8 wordt zowel voor het 10. opslaan van warmte in als voor het onttrekken van warmte aan de opslaginrichting gebruikt. De laag transportbuizen 8 is aan weerszijden ingebed in faseovergangsmateriaal in de vorm van zouthydraten, die zijn opgenomen in de matrix 9. De matrix moet uitwendig goed thermisch geïso- 15. leerd zijn. Een gedeelte van de isolatie aan onder- en bovenzijde is met 10 aangeduid.

Fig. 4 toont een enigszins gewijzigde opslaginrichting voor warmte van. het blok type, waarin overeenkomstige delen; met dezelfde verwijzingscijfers zijn aangeduid. Het be- ! 20. langrijkste verschil met de uitvoering volgens Fig. 1 ! . bestaat hierin, dat de transportbuizen in de op elkaar j volgende groepen zich evenwijdig aan elkander uitstrekken.

De dikte van de met opslagmaterie gevulde matrixlagen is j één- tot twintigmaal groter dan de hydraulische diameter 25. · van de transportbuizen· 3,4.

Fig. 6 toont een blokvormige opslaginrichting van nog een . ander type. Fig. 7 toont een mat uit een viertal evenwij- ; dige transportbuizen '11/ 12, 13, 14, die met dwarsstrippen 15 onderling zijn verbonden. Een groot aantal van de mat- | 30. ten uit Fig. 7 is tot het in Fig. 6 getoonde blok 16 ver- j enigd, bijvoorbeeld door een groot aantal van die matten ;

J

—in te gieten in een voor een groot gedeelte met warmte- j

508294F

7811008 - 12 ----------------------j- opslagmaterie gevulde matrix. De opslag van warmte tij- j dens de opwarmperiode van het blok 16 en de afgifte van ; warmte tijdens de afkoelperiode van het blok 16 kunnen volgens de pijlrichtingen plaatsvinden met behulp van 5. ' passende aansluitingen.

Pig. 8 toont een uitvoeringsvorm, waarbij een aantal eenheden 17 van blokvormige opslaginrichtingen tot één. geheel zijn samengebouwd. Alle eenheden 17 zijn op zichzelf van het in Fig. 1 weergegeven type waarbij op 10. elkaar volgende lagen transportbuizen elkander kruisen. Tijdens de opwarmperiode verloopt de stroom van het opwarmfluïdum volgens de pijlen 18.' Tijdens de afkoelperiode van de opslaginrichting verloopt de stroom van het warmteopnemende fluïdum volgens de pijlen 19.

15. : Uiteraard kunnen ook bij deze inrichting de opwarm- en afkoelperioden elkaar overlappen.

Fig. 9 toont een opslaginrichting van een enigszins ander type, waarbij de transportbuizen een schroeflijn-vorm bezitten en zijn vervaardigd uit een spoel of wikkel- 20. lichaam op de in Fig. 10 en 11 aangegeven wijze. In Fig. ' . 11 worden twee transportbuizen in de vorm van holle synthetische draden 20 en 21 volgens de pijlrichtingen j toegevoerd aan de roterende spoel 22 en met behulp van changeerorganen 23 en 24 in de vorm van een pakket 25 25.' opgewikkeld.

De plaats van de slag der beide changeermechanismen strekt zich uit over de in axiale richting enigszins verspringende plaatsen 26 en 27. Aan de kopeinden van het pakket 25 ontstaan dan zones 28,die ieder slechts 30. een der beide holle draden 20, 21 bevatten.

Na voltooiing van het wikkelproces wordt het pakket 25 geïmpregneerd met een faseovergangsmateriaal, zoals een zouthydraat, in een matrix van polyesterhars. Na verhar-_j 503:34Γ .

78 1 1 0 0.8 - 13 - i ' harding worden de beide eindzones 28 afgesneden. Door het ; verwijderen van de eindzones 28 ontstaat een wikkellichaam , 29, dat aan zijn kopeiftde 30 de instroom- en uitstroom- j openingen voor een eerste medium tijdens de opwarmperiode 5. bezit en dat aan zijn andere kopeinde 31 de instroom-en uitstroomopeningen voor een tweede medium tijdens de afkoelperiode bezit* De stroming van de beide media is met pijlen en lijnen schematisch aangegeven. In de spoelkern en aan de buitenmantel is de wikkel 29 10. thermisch goed geïsoleerd.

' Fig. 12 toont een schema voor een verwarmingssysteem, waarin een zonnecollector 32 als warmtebron fungeert.

Het te verwarmen gebouw is met 33 aangeduid en een warmteopslaginrichting volgens de uitvinding is met 34 15. aangegeven. Het benodigde leidingnet en enkele afsluiters en pompen zijn sterk vereenvoudigd weergegeven.

Overdag als de zon schijnt levert.de zonnecollector dikwijls meer warmte daft in het huis 33 voor verwarmings-doeleinden, zoals warm water of hete lucht, benodigd is.

20. Dat overschot aan warmte overdag wordt dan in de warmteopslaginrichting 34 opgeslagen. Gedurende de nacht kan de in de opslaginrichting aanwezige warmte weer worden opgenomen .

Fig. 13 toont eveneens een schema voor een verwarmings-25. systeem voor een huis 33, waarin een zonnecollector 32 of een groep van zonnecollectoren is opgesteld in een systeem, dat een opslaginrichting 35 volgens de uitvinding bevat. De opslaginrichting 35 voor warmte is daarbij van het type dat in Fig. 14 en 15 afzonderlijk is weer- 30. gegeven en dat in hoofdzaak bestaat uit groepen evenwijdige transportbuizen 36 en 37, die zijn gescheiden door ! matrixlagen 38 met daarin opgesloten opslagmaterie voor | 5C3234F - 78 1 1 0 08 -14“ -------------------, ! warmte,- in het bijzonder zouthydreten. De stroomrichtingen voor de verschillende fluida tijdens de opwarm- en de j afkoelperiode zijn daarbij in Pig. 14 met pijlen aange- | duid.

5. Fig. 16 toont een warmteöpslagsysteem van nog een ander type. In Fig. 16 is een groep een laag vormende trans- j portbuizen 39 zodanig geformeerd, dat de naast elkander in de groep geplaatste transportbuizen 39 zich ieder uitstrekken in de vorm van vlakke spiralen 40, die in 10. naast elkander gelegen vlakken liggen. De spiralen 40 strekken zich van buiten naar binnen en daarna van binnen i • naar buiten uit, zoals blijkt uit. de aangegeven pijlrich- : tingen. De spiraal uit transportbuizen 39 is aangebracht j in een cilindrisch huis 41, dat inwendig tussen de trans- · 15. portbuizen 39 is gevuld met een opslagmaterie voor warmte ,J in het bijzonder uit een zouthydraat. Tijdens de opwarm- j periode kan eventueel van dezelfde transportbuizen 39 gebruik worden gemaakt als tijdens de afkoelperiode.

Ook kunnen meerdere groepen ieder een spiraalvormige 20. laag vormende transportbuizen 39 in het huis 41 worden aangebracht.

Fig. 17 toont wederom een gedeelte van een blokvormige op-j slaginrichting voor warmte volgens de vinding. Daarbij j bestaat het blok 42 uit een matrix met daarin opgenomen 25. zouthydraten. Het blok 42 bevat een groot aantal op elkaar volgende lagen vormende groepen holle draden 43 en 44, die de transportbuizen vormen. In Fig. 18 is één der buizenlagen 43 apart getekend. De draden-groepen 43 zijn alle aangesloten op een gemeenschappelijke' 30. toevoer 45 en een gemeenschappelijk afvoerkanaal 46 voor een eerste medium, dat de opwarming van de opslag-inrichting moet verzorgen. Op soortgelijke wijze zijn de holle dradengroepen 44 alle aangesloten op een gemeen- ! rschappelijke aanvoer 47 en op een gemeenschappelijke__ 781 1 0 0 8 -15 - afvoer 48 voor een tweede medium, dat de warmteafgifte moet verzorgen. De stroomrichtingen zijn ter verduidelijking met pijlen aangegeven..

- Fig. 19,20, 21, 22 en 23 tonen in doorsnede verschillende mogelijke uitvoeringsvormen voor de transport- 5. buizen volgens de vinding.

Fig. 24 toont een transportkanaal met een rechthoekige i i ! dwarsdoorsnede. Fig. 25 toont een eenvoudige uitvoeringsvorm voor een groot aantal tegen elkaar aanliggende . j transportkanalen of -buizen volgens de vinding. 1 ! De uitvinding wordt nader toegelicht aan de hand van de , ; 10.. ' volgende voorbeelden.

ί .''···.· i" i ; Voorbeeld I.

! Een blokvormige warmteopslaginrichting van het type i j

-15. volgens Fig. 4 werd ópgabouwd uit afwisselende lagen van I

! een rij holle vezels voor de toe- en afvoer van warmte en een zouthydraat gevat in een matrix van polyesterhars voor' | de warmteopslag.

| Iedere laag holle vezels bestond uit 10Q stijf tegen 20. ! elkaar liggende glascapillairen met een uitwendige I' diameter van 2 mm., een inwendige diameter van 1,6 mm. j j en een lengte van 1QQ cm. Dit mengsel was gevat in holten j van een matrix uit polyesterhars in een mengverhouding j van 3 delen zouthydraat op éên deel matrixmateriaal. j i 25. Het warmteopslagmediurn bestond uit een mengsel van

Na2S04.IOHjO met ca. 3 gew. procent borax {natrium tetraboraat decahydraat) om onderkoeling tegen te gaan.

De smelt- en kristallisatietemperatuur van deze opslag-3Q . | materie is ongeveer 32° C.

\ —.. .................— . ... ----—J , 50329·:? .

781 1 0 08 " 16~

Het blok bevatte 16 lagen holle glasvezels met daartussen 10 mm.dikke lagen opslagmaterie in de vorm van zout-hydraat. Boven en onder de bovenste en onderste glasvezel-laag bevond zich nog een 5 mm. dikke laag zouthydraat.

5. Het geheel was voorzien van een toevoer en een afvoer voor water dat door de holle vezels stroomde en was verder goed geïsoleerd tegen warmteverliezen.

Met dit blok zijn een tweetal experimenten uitgevoerd.

Bij het begin van de le proef bevond het gehele blok 10. zich op een temperatuur van 20°C en was de gehele opslagmaterie uitgekristalliseerd en derhalve in vaste toestand. Begonnen werd met het toevoeren van water met een temperatuur van 42°C in een hoeveelheid van 30 liter per uur. Geregistreerd werd de temperatuur van het uitstromende 15. water. Na een snelle stijging bleef deze temperatuur enige uren niet meetbaar verschillend van de smelttempera-tuur van het zouthydraat. Na ongeveer 5 uur begon een langzame stijging van het uittredende water, die steeds sneller ging. Zes uur na het begin van de'proef werd een 20. temperatuur van 37°C bereikt, waarna de temperatuurstijging weer vertraagde. Na 7 uur had de uittredende watertemperatuur nagenoeg de waarde van de intredende watertemperatuur bereikt. Hierna werd het eerste deel van de le proef afgesloten. Uit integratie van het tempe-25. ratuurverloop en de totaal doorstroomde waterhoeveelheid kon berekend worden, dat in de warmteopslagmaterie 7,85 MJ was opgenomen.

Bij het tweede deel van de le proef werd water van 22°C aan het nu opgewarmde blok toegevoerd, eveneens in een 30. hoeveelheid van 30 liter per uur, echter in tegengestelde

508294F

78 1 1 0 0 8 / _ 17_ fc Ί* stroomrichting, als bij het eerste deel van de proef.

Ook nu werd de temperatuur van het uittredende water gemeten. De temperatuur van het uitstromende water bereikte na enkele minuten een waarde die niet meetbaar verschilde 5. van de smelttemperatuur van het zouthydraat (32°C).

Ook nu bleef deze temperatuur ongeveer 5 uur nagenoeg constant, waarna een eerst langzame en daarna snellere daling van de uittredende watertemperatuur optrad. Zes uur na het· begin van de afkoelingsperiode was de tempera- 10. tuur gedaald tot 27°C. Na 7 uur was nagenoeg de ingangs-temperatuur van 22°C bereikt.

Uit de metingen viel te bereiken dat de warmteopslag-materie 7,6 MJ (Mega Joule) aan het water had afgegeven.

Het tweede experiment werd op nagenoeg dezelfde wijze uit- 15. gevoerd als het eerste, met uitzondering van de tijden, waarin warmte werd toe- èn afgevoerd. De toevoer van het warme water van 42°C werd drie uur na het begin van het experiment afgebroken en direct daarna werd water van 22°C in tegengestelde richting aan het blok toegevoerd.

20. Het aanvankelijk smeltende zouthydraat moet dan weer tot kristallisatie komen. Indien zich hierin een vertraging voordoet zal de uittredende watertemperatuur tot beneden de kristallisatieteraperatuur van het zouthydraat dalen.

De 'werking van het toegevoegde Borax bleek de kristallisa-25. tie zo snel op gang te helpen dat geen merkbare temperatuurdaling optrad. Vrijwel direct na omschakeling stabiliseerde zich, de uittredende watertemperatuur op 32°C.

Twee uur na de omschakeling begon deze temperatuur langzaam te dalen ten teken dat de warmteopslag uitgeput begon 30. te raken.

Voorbeeld II.

—Een blokvormige warmteopslaginrichting van het type als ^ 78 1 1 0 0 8 -18" I----:------' weergegeven in Fig. 15 werd opgebouwd uit de navolgende lagen :

A) Warmteopslagmaterie bestaande uit een mengsel van J

^28()4.lOi^O mét ca. 3 gewichtsprocent borax om onder-.

5. koeling tegen te gaan. Dit mengsel was gevat in holten; van een matrix uit polyesterhars in een mengverhouding: i van 3 délen zouthydraat op één deel matrixmateriaal.

Van deze laag opslagmaterie waren de afmetingen als volgt : 10. dikte 5 mm., breedte 20 cm., lengte 100 cm.

B) Een rij van 200 holle glasfilamenten, uitwendige diameter 1 mm., inwendige diameter 0,8 mm. en lengte 100 cm.

C) Een rij van 100 holle glasfilamenten, uitwendige 15. diameter 2 mm., inwendige diameter 1,6 mm. en lengte 100 cm.

Het blok werd gevormd door de volgende stapeling : B-A-C-A-B-A.......A-C-A-B.

Totaal: 32 lagen A, 17 lagen B en 16 lagen C.

20. Door de holle filamenten van laag A werd warm water van 42°C toegevoerd in een hoeveelheid van 15 liter per uur. Door de holle filamenten van laag B werd lucht van 20°C, : in tegenstroom met de stroming in A, toegevoerd in een hoeveelheid van 12 m3/uur.

25. Binnen een half uur werd een evenwichtstoestand bereikt, waarbij de uitgaande watertemperatuur en de uitgaande luchttemperatuur beide een waarde aannamen die niet meetbaar verschilde van de smeltteraperatuur van het zouthydraat (32°C). Na 3 uur werd de watertoevoer ge-30. stopt. De luchttoevoer bleef echter gehandhaafd. De uitgaande luchttemperatuur bleef nog 2,5 uur op het constante niveau van 32°C, waarna deze temperatuur in j ongeveer één uur geleidelijk zakte tot de ingaande tem-peratuur - (2 0 °C) .____;____ 50S2MF 78 1 1 0 0 8 / “ 19

i I

j Binnen het raam van de vinding kunnen verschillende wij- ' ; zigingen worden aangebracht. j

f ' I

t i ( ! .

j $ t | » f | - · ! .

f t

. I

1 * ! / 78 1 1 0 0 8

Claims

1. Inrichting voor het opslaan van warmte, welke inrichting opslagmaterie voor warmte bevat alsmede transportkanalen voor het toevoeren en afvoeren van warmte aan respectie- ; 5. velijk uit de opslagmaterie, met het kenmerk, dat de j transportkanalen zijn gevormd door buizen met een hy- j draulische diameter van ten hoogste 3 mm..

2. Inrichting volgens conclusie 1, mhk., dat de wanddikte j van de transportbuizen 5 tot 2OS,in het bijzonder onge- 10. veer 10% bedraagt van de hydraulische diameter van de transportbuizen.

3. Inrichting volgens een of meer van de voorgaande conclusies, mhk., dat de verhouding tussen de lengte van iedere transportbuis en de hydraulische diameter daarvan ; 15. tenminste 100 en bij voorkeur meer dan 500 bedraagt. !

4. Inrichting volgens een of meer van de voorgaande conclusies, mhk., dat de gemiddelde onderlinge afstand tussen naburige niet in lagen geplaatste transportbuizen één- tot twintigmaal, bij voorkeur vier- tot 20. achtmaal, de hydraulische diameter van de transportbuizen bedraagt.

5. Inrichting volgens een of meer van de voorgaande conclusies, mhk., dat de transportbuizen van zodanige aansluitingen zijn voorzien, dat dezelfde buizen af- 25. wisselend voor het toevoeren van warmte aan of voor het afvoeren van warmte uit de opslagmaterie kunnen dienen.

6. Inrichting volgens conclusie 5, mhk., dat de aanslui-tingen op de transportbuizen zodanig zijn uitgevoerd, , __dat bij het afvoeren -van warmte, uit de-opslagmaterie----' ‘ . . 508294F "7$ 4 i r! » & Μ φ ^ J ν» .j V. / I . · -21- ' ' ' t - de transportbuizen in tegengestelde richting kunnen worden doorstroomd als bij het toevoeren van warmte aan de opslagmaterie.

7. Inrichting volgens een of meer van de conclusies 1-4, 5. .mhk., dat afzonderlijke groepen van transportbuizen zijn aangebracht voor het toevoeren van warmte aan de opslagmaterie respectievelijk voor het afvoeren van warmte uit de opslagmaterie.

8. Inrichting volgens conclusie 7, mhk., dat de hydrau- 10. j' lische diameter van de transportbuizen voor het toevoe- .. ...... : ren van warmte aan de opslagmaterie verschillend is van de hydraulische diameter van de transportbuizen voor het afvoeren van warmte uit de opslagmaterie.

9. Inrichting volgens conclusie 7 of 8, mhk., dat de 15. aansluitingen op de transportbuizen zodanig zijn uit gevoerd/ dat in de transportbuizen voor het afvoeren van warmte uit de opslagmaterie de stroomrichting te-gengesteld is aan de stroomrichting in de transportbuizen voor het toevoeren van warmte aan de opslag- 20. j materie. w

10. Inrichting volgens een of meer van de voorgaande conclusies, mhk., dat de transportbuizen zijn gevormd i door holle vol- of half synthetische draden.

11. Inrichting volgens conclusie 10 met het kenmerk, dat 25. de holle draden zijn gevormd uit een of meer van de volgende stoffen of mengsels daarvan : polyolefinen, zoals pölyetheen, polypropeen en polyiso-! buteen ; polystyreen en copolymeren (random, alternerend en block) 30. _ van styreen met butadieen, acrylonitril en 508294F . 78 1 1 0 08 , ' 22 Γ~~ i I acrylaatesters ; | j polyhaloolefinen, zoals polyvinylchloride en polytetra- ! fluoretheen ; polyvinyls, zoals polyvinylalcohol en polyvinylacetaat ? 5. polyacrylaten en polymethacrylaten,zoals polymethacry- | laat en polymethylmethacrylaat en andere j polyacrylaten, in het bijzonder poly-aerylonitril ; elastomeren, zoals natuurrubber, synthetische rubbers, 10. bijvoorbeeld siliconen rubbers of poly- olefinische rubbers of copolymeren van j het type etheen - propeen - rubber (EPDM) ; polyoxyden, zoals polypropyleenoxyde en poly 2,6 15. dimethylfenyleenoxyde ; verzadigde en onverzadigde polyesters, zoals polyethyleen- tereftalaat ;. polyamiden, zoals nylon 6, nylon 66 en aromatische polyamiden ; 20. polycarbonaten ? polyimiden ; polybenzimidazolen ; polyurethanen ; half- en synthetische polymeren, zoals geregenereerde ( i 25. < cellulose, in het bijzonder op koper- acetaatbasis ; thermohardende kunststoffen, zoals epoxyharsen en amino-plasten ; copolymeren van twee of meer van de genoemde polymeren ; 30. polysulfonen ; anorganische polymeren, zoals· fosfazenen

12. Inrichting volgens conclusie 11, mhk., dat de holle draden zijn voorzien van een vloeistofdichte deklaag. E0S234F . / 781 1 0 08 '.-Λ -23 - [— “ I

13. Inrichting volgens conclusie 12, mhk., dat de holle ! draden zijn voorzien van een deklaag op metaalbasis.

14. Inrichting volgens conclusie 12, mhk., dat de holle j I draden zijn voorzien van een deklaag op polymeerbasis. j I ' i 5. ! 15. Inrichting volgens een of meer van de conclusies 1-9, mhk., dat de transportbuizen uit glas zijn gevormd.

16. Inrichting volgens een of meer van de conclusies j 1-9, mhk., dat de transportbuizen zijn gevormd uit , j metaal. - 10. 117. Inrichting volgens een of meer van de voorgaande conclusies, mhk.,dat een groep transportbuizen is aangebracht in de vorm van een laag.

18. Inrichting volgens conclusie 17, mhk., dat tenminste twee lagen transportkanalen zijn aangebracht, die zijn 15. gescheiden door een opslagmaterie bevattende scheidings-: laag en dat de dikte van de scheidingslaag één- tot twintigmaal, bij voorkeur twee- tot vijfmaal, de hydraulische diameter van de transportbuizen bedraagt. * \

19. Inrichting volgens conclusie 17 of 18, mhk., dat de 20. transportbuizen in elke laag tegen elkander aan liggen.

20. Inrichting volgens een of meer van de conclusies 17 - 19, mhk., dat de transportbuizen in elke laag zich evenwijdig uitstrekken aan de transportbuizen in naburige lagen.

21. Inrichting volgens een of meer van de conclusies 17 - 20, 25. mhk., dat de transportbuizen in élke laag de transport- j buizen in daaropvolgende lagen kruisen. j 78 1 1 0 0 8 -24-- Γ~----------------------------------:--

22. Inrichting volgens conclusie 21, mhk., dat de transportbuizen in elke laag de transportbuizen in daarop- | volgende lagen loodrecht kruisen.

23. Inrichting volgens een of meer van de conclusies 1-14', <, 5. mhk., dat de transportbuizen geheel of gedeeltelijk zijn aangebracht in de vorm van een schroeflijn en/of een spiraal.

24. Inrichting volgens conclusie 23, mhk., dat de transportbuizen in meerdere lagen zijn aangebracht, waarbij . ί 10. de transportbuizen van elke laag de transportbuizen van de naburige buizen meervoudig kruisen.

25. Inrichting volgens conclusie 23 of 24, mhk., dat de transportbuizen zijn vervaardigd uit een meerlagig spoel- of wikke llichaam. 15. j 26. Inrichting volgens een of meer van de conclusies 1-14, mhk., dat groepen transportbuizen zijn gevormd uit een weefsel, een vlies of een ander door middel van af*-leggen gevormd vlak buizenpatroon.

27. Inrichting volgens een of meer van de conclusies 1-14, 20. 'mhk., dat een groep een laag vormende transportbuizen > zodanig is geformeerd, dat de naast elkander in de S groep geplaatste transportbuizen zich ieder uitstrekken ; in de vorm van vlakke spiralen, die in naast elkander gelegen vlakken liggen. 25. 28. Inrichting volgens conclusie 27, mhk., dat de spiraal vorm zich van buiten naar binnen uitstrekt, daarna om- j i keert en zich vervolgens wederom spiraalvormig van buiten naar binnen uitstrekt of omgekeerd. 503294P 78 1 1 0 0 8 ✓ - 25- ’ .; ι—~ “ _ ~ 1 ~ : : i - !

29. Inrichting volgens een of meer van de voorgaande con- | clusies, mhk., dat de opslagmaterie is gevormd door een faseovergangsmateriaal, dat tijdens het opwarmen en j afkoelen geheel of gedeeltelijk van de vaste toestand j 5. in de vloeibare toestand reap, van de vloeibare in de vaste toestand kan worden gebracht. 30. · Inrichting volgens conclusie 29, mhk., dat het f ase overgangsmateriaal is gevormd door een zouthydraat.

31. Inrichting volgens conclusie 30, mhk., dat een of meer : i 10. van de volgende zouten worden toegepast : Na2SO4.10H2O ; Na2S203.5H20 ; Ca C12.6H20 ; Na2C03.10H20 ? Na2P04.12H20 ; KF.4H20 ? Ca (N03}2.4H20 ? Na2HP04.l2H20 ; K2HPÓ4.6H20 ; LiN03.3H20 ;

15. Mg (N03)2.6H20 ; Mg CÏ2.6H20 ; Ba 0Η.8Η20,·Ζη N03.6H20 ; K3P04.7H20.

32. Inrichting volgens conclusie 29, mhk., dat het faseovergangsmateriaal ia gevormd door paraffine.

33. Inrichting volgens conclusie 30 of 31, mhk., dat de 20. zouthydraten een stabiliseringsmiddel, bijvoorbeeld j silicagel, bevatten, welk middel fasenscheiding tegen- ; gaat.

34. Inrichting volgens een of meer van de conclusies 29-32, mhk.,dat het faseovergangsmateriaal in een matrix is 25. opgesloten.

35. Inrichting volgens conclusie 34, mhk., dat de matrix is ; . i gevormd door een kunststofmateriaal, in het bijzonder j i polymeerhars, zoals epoxyhars, polyesterhars en derge- i lijke harsen, welke matrix een groot aantal met fase- j / ; 781 1 0 08 .....26 - i---------------------------1 , I i - . · i I •overgangsmateriaal gevulde holten bevat. !36. Inrichting volgens conclusie 34, mhk., dat de matrix i in hoofdzaak is gevormd uit vol- of half synthethische ' vezels. 5. 37. Inrichting volgens een of meer van de conclusies 1-16, mhk., dat de opslagmaterie is gevormd door beton.

38. Inrichting volgens een of meer van de conclusies 1-16, mhk., dat de opslagmaterie is gevormd door een keramisch blok. i 10. 39. Inrichting volgens een of meer van de voorgaande con clusies , mhk., dat de inrichting wordt toegepast in een verwarmingssysteem met een zonnecollector.

40. Inrichting volgens een of meer van de conclusies 1-38, mhk., dat de inrichting wordt toegepast in een ruimte- 15. verwarmingssysteem. ·

41. Inrichting volgens een of meer van de conclusies 1-38, mhk., dat de inrichting wordt toegepast in een proces j voor het aanpassen van 'de warmtebehoefte en de warmte- 1 afgifte aan een processtroom. 20. 42. Inrichting volgens een of meer van de conclusies 1-38, mhk., dat de inrichting wordt toegepast voor het verwarmen van een motorvoertuig met uitgeschakelde motor en/of koude motor.

43. Inrichting volgens een of meer van de conclusies 1-38, met het kenmerk, dat de inrichting wordt toegepast voor het ópwarmen van een koude motor. - \ 781 1 0 03 /