NL8201857A - Inrichting voor het opslaan van warmte. - Google Patents

Description

F '..............

i * * N.0. 297^8

Inrichting voor het opslaan van warmte.

De uitvinding betreft een inrichting voor het opslaan van warmte, omvattende een in wezen gesloten houder met twee door een ruimte binnen de houder lopende leidingen, waarvan de einden door een wand van de houder naar buiten zijn gevoerd voor een aansluiting op respectievelijk 5 een toevoer en een afvoer van een warmte-inbrengend medium en een toevoer en afvoer van een warmte-onttrekkend medium, waarbij de houder in de bedrijfstoestand een stof bevat met een zodanig smeltpunt, dat deze stof door de ingebrachte warmte tot smelting kan worden gebracht.

In het bijzonder betreft de uitvinding een inrichting voor het 10 opslaan van zonnewarmte.

Gedurende de warmere jaargetijden is de behoefte aan warmte veel lager dan gedurende de koudere jaargetijden, terwijl de gedurende de warmere jaargetijden door de zon geleverde warmte veel overvloediger is dan gedurende de koudere jaargetijden, zodat een grote behoefte bestaat 15 aan een inrichting voor het opslaan van de gedurende de warmere jaargetijden overvloedige door de zon geleverde warmte, ten einde deze opgeslagen warmte gedurende de koudere jaargetijden of koudere perioden te kunnen gebruiken.

Ook is er grote behoefte aan kleinere inrichtingen voor het op-20 slaan van zonnewarmte om uitsluitend kortere perioden gedurende welke geen zonnewarmte wordt geleverd te kunnen overbruggen, bijvoorbeeld perioden van slecht weer.

De tot nu toe meest toegepaste inrichting voor het opslaan van zonnewarmte bestaat uit een houder gevuld met water, dat door het, door 25 een binnen de houder aanwezige leiding leiden van, op de een of andere wijze door de zonnewarmte verwarmd water, kan worden verwarmd, en deze opgenomen warmte weer kan afstaan aan een eveneens door de houder lopende leiding waar een warmte-onttrekkend medium doorheen kan worden gevoerd.

Aangezien de soortelijke warmte van water relatief laag is, 30 moet, om althans een redelijk effekt te bereiken, de hoeveelheid water betrekkelijk groot zijn, wat betekent, dat de houder betrekkelijk groot moet zijn. Zo’n grote houder:, die uiteraard goed geïsoleerd moet zijn, is betrekkelijk duur, terwijl door het grote buitenoppervlak van de houder, ondanks de isolatie, de uitstralingsverliezen groot zijn.

35 Daarom is reeds voorgesteld, bepaalde stoffen, bijvoorbeeld zouten met een geschikt smeltpunt, dat bijvoorbeeld tussen 50° en 80°C ligt, 8201857 4 ► -2- toe te passen, zodat gebruik kan worden gemaakt van de smeltings-stollings-warmte die een veelvoud is van de soortelijke warmte. Op deze wijze kan de houder veel kleinere afmetingen hebben voor het opslaan van dezelfde hoeveelheid warmte als bij toepassing van water, terwijl bovendien een meer 5 constante temperatuur van het warmte-onttrekkende medium kan worden verkregen.

Hierbij treedt echter het probleem op, dat bij warmte-afgifte, waarbij de stof binnen de houder gedeeltelijk stolt, deze stolling in de eerste plaats, plaats vindt op de met deze stof in aanraking zijnde 10 wand(en) via welke de warmte wordt afgevoerd om door het warmte-onttrekkende medium te worden opgenomen, waardoor een isolerende laag op deze wand(en) wordt gevormd en de mate waarin de warmte wordt afgevoerd snel afneemt.

Er is weliswaar reeds voorgesteld dit probleem op te lossen door 15 de stof binnen de houder constant in beweging te houden, bijvoorbeeld door de houder constant tot rotatie aan te drijven, doch daardoor worden de kosten aanzienlijk verhoogd, terwijl problemen ontstaan bij de uitvoering van de aansluitingen op de toevoeren en afvoeren.

Volgens de uitvinding wordt dit probleem opgelost doordat in de, 20 ruimte(n) binnen de houder die in de bedrijfstoestand met de genoemde stof is of zijn gevuld, op betrekkelijk korte afstanden van elkaar gelegen, betrekkelijk dunne elementen van een goed warmtegeleidend materiaal zijn aangebracht, die zich in wezen door deze gehele ruimte(n) uitstrekken en die in aanraking zijn met ten minste de met de stof in 25 aanraking zijnde wand(en) via welke de warmte vanuit de stof wordt af-gevoerd om door het warmte-onttrekkende medium te worden opgenomen.

Op deze wijze wordt door de dunne elementen het oppervlak van ten minste de, de warmte-doorleidende wand(en) die met de stof in aanraking is zodanig vergroot, dat als het ware dit oppervlak gelijkmatig 30 over de gehele, door de stof binnen de houder ingenomen ruimte wordt verdeeld, zodat ook het stollingsproces in wezen op elke plaats binnen deze door de stof ingenomen ruimte gelijkmatig plaats vindt, terwijl doordat de elementen zeer dun zijn, weinig effektieve ruimte voor de stof verloren gaat.

35 Bij voorkeur worden de dunne elementen, gevormd door stukken van een zeer fijn metaalgaas.

Op voordelige wijze wordt de ruimte binnen de houder waardoor de leidingen lopen, door de wanden van de houder begrensd, zodat, in de bedrijfstoestand in wezen de gehele ruimte binnen de houder is gevuld 8201857 ppF PirHIFiP·*- " "v"' v Φ 9 -3- met de genoemde stof, waarbij de dunne elementen ten minste in aanraking zijn met het buitenoppervlak van de door de houder lopende leiding waar het warmte-onttrekkende medium doorheen kan stromen.

Bij voorkeur strekken zich daarbij de leidingen grotendeels 5 volgens om elkaar heen lopende spiralen door de houder uit, en strekken de dunne elementen zich ih wezen in radiale richtingen tussen deze ♦ spiralen en tussen de buitenste spiraal en het binnenoppervlak van de wand van de houder uit.

De dunne elementen kunnen eveneens in aanraking zijn met de 10 leiding waar het warmte-inbrengend medium doorheen kan stromen, waardoor ook een gelijkmatig smeltproces binnen de houder tot stand kan komen.

Bij een andere voordelige uitvoeringsvorm van de inrichting is binnen de houder een scheidingswand — constructie aangebracht waardoor de ruimte binnen de houder in ten minste twee delen wordt verdeeld, 15 waarbij door het ene deel de leidingen voor het warmte inbrengende resp. het warmte-onttrekkende medium lopen en het andere deel in de bedrijfstoestand is gevuld met de genoemde stof, terwijl de dunne elementen zich daar doorheen uitstrekken, en ten minste in aanraking zijn met het naar dit deel toegekeerde oppervlak van de scheidingswand-constructie.

20 Opgemerkt wordt, dat er warmtewisselaars bekend zijn, waarbij gebruik wordt gemaakt van een vulmassa, bestaande uit zeer dun draad, zoals beschreven in het Nederlands octrooischrift 51975 of gebruik wordt gemaakt van op borstelharen gelijkende uitstekende metaaldraden, zoals beschreven in de Nederlandse octrooiaanvrage 69.00665.

25 Zo’n vulmassa of zulke borstelharen dienen ter vergroting van het warmte-uitwisselendê oppervlak en/of voor het opwekken van turbulente stromingen, waardoor de mate van warmte-overdracht wordt versneld en dus de capaciteit per tijdseenheid van de warmtewisselaar wordt vergroot.

30 Bij een warmte-accumulator van het onderhavige type daarentegen speelt de snelheid van warmte-opname en -afgifte een zeer ondergeschikte rol. Het hoofddoel van zo'n accumulator is het opslaan van warmte gedurende de tijd dat er een warmte-overschot is, en het afgeven van warmte bij een in wezen constante temperatuur, wanneer de hoeveelheid 35 gevraagde warmte groter is dan de hoeveelheid warmte die de bron kan geven.

De uitvinding wordt nader uiteengezet aan de hand van de tekening, waarin 8201857 -4- ï y.

fig» 1 een inrichting volgens de uitvinding in overlangse doorsnede toont, fig. 2 een doorsnede volgens de lijn II-II in fig. 1 is, fig. 3 een tweede uitvoeringsvorm van een inrichting volgens de 5 uitvinding in overlangse doorsnede toont, en fig. 4- een dwarsdoorsnede volgens de lijn IV-IV in fig. 3 is.

Zoals getoond in de figuren 1 en 2 omvat de inrichting voor het opslaan van warmte een houder 1 met een door een deksel 2 afsluitbare opening 3, via welke opening 3 de houder kan worden gevuld met een 10 bepaalde stof, bijvoorbeeld een zout, waarvan het smeltpunt tussen ongeveer 50°C en 80°C ligt. Bij de in fig. 1 linkerkant is de houder 1 voorzien van een verwijderbare plaat 4·, door welke de einden van twee, zich door de houder 1 uitstrekkende leidingen zijn gevoerd. De eerste leiding 5 omvat een recht lopend deel 5' en een, via de flensverbinding 15 6 daarmee verbonden spiraalvormig deel 5", terwijl deze leiding 5 met

IV

het eind 5" kan worden aangesloten op een toevoer, en met het eind 5 kan worden aangesloten op een afvoer van een warmte-inbrengend medium.

De tweede leiding 7 omvat een spiraalvormig deel 7', dat binnen het spiraalvormige deel 5" van de eerste leiding 5 ligt, en een, via de 20 flensverbinding 8 daarmee verbonden spiraalvormig deel 7", dat om de buitenkant van het spiraalvormige deel 5" van de eerste leiding 5 loopt.

De tweede leiding 7 kan met het eind 7"' worden aangesloten op een toevoer, en met het eind 7^ op een afvoer van een warmte-onttrekkend medium.

25 Aan de buitenkant van het rechte deel 5' van de eerste leiding 5 is, rondom dit deel, een groot aantal stukken van een zeer fijn metaalgaas 9, bijvoorbeeld kopergaas, bevestigd, bijvoorbeeld door randen van deze stukken metaalgaas 9 aan het deel 5' vast te lassen. De stukken metaalgaas strekken zich ongeveer waaier-vormig uit en zijn met hun 30 andere randen bevestigd aan de binnenkant van het spiraalvormige deel 7* van de tweede leiding 7. Op dezelfde wijze zijn, tussen de spiraalvormige delen 7’ en 5” van de tweede leiding 7 en de eerste leiding 5, aan respectievelijk de buitenkant en de binnenkant van deze*"spiraalstukken metaalgaas 10 bevestigd. Tussen de spiraalvormige delen 5” en 7" zijn even-35 eens stukken metaalgaas 11 aangebracht,die aan de buitenkant respectievelijk de binnenkant van deze spiraalvormige delen zijn vastgelast, en aan de buitenkant van het spiraalvormige deel 7" zijn stukken metaalgaas 12 bevestigd, die tegen de binnenkant van de houder 1 aanliggen.

8201857 # -* -5-

Bij het samenstellen van de inrichting worden eerst de stukken metaalgaas 9 aan het rechte deel 5' van de eerste leiding vastgelast.

Daarna worden de stukken metaalgaas 10 aan het spiraalvormige deel 7' vastgelast en dit spiraalvormige deel over het rechte deel 5’ geschoven, 5 en de stukken metaalgaas 9 aan de binnenkant van dit spiraalvormige deel 7' vastgelast. Vervolgens worden stukken metaalgaas 11 aan de buitenkant van het spiraalvormige deel 5" vastgelast en dit spiraalvormige deel 5” over het spiraalvormige deel 7' geschoven en door middel van de flensverbinding 6 met het rechte deel 5’ verbonden, terwijl de stukken 10 metaalgaas 10 aan de binnenkant van dit spiraalvormige deel 5" worden vastgelast. Ten slotte worden de stukken metaalgaas 12 aan de buitenkant van het spiraalvormige deel 7” vastgelast en dit spiraalvormige deel 7" over het spiraalvormige deel 5" geschoven en door middd van de flensverbinding 8 aan het spiraalvormige deel 7' bevestigd, terwijl de 15 stukken metaalgaas 11 aan de binnenkant van dit spiraalvormige deel 7" worden vastgelast.

In de bedrijfstoestand is de houder 1 geheel gevuld met bijvoorbeeld een zout met een smeltpunt tussen 50°C en 80°C. Door de leiding 5 kan een warmte-afgevend medium circuleren, waardoor het zout in gesmolten 20 toestand wordt gebracht en in deze toestand wordt gehouden. De op deze wijze binnen de houder 1 opgeslagen warmte kan worden benut door, door de leiding 7 een warmte-onttrekkend medium te laten circuleren, waardoor het gesmolten zout gaat stollen, zodat dus gebruik wordt gemaakt van de stollingswarmte van het zout. Door de stukken fijn metaalgaas 9f 10, 11 25 en 12 wordt het warmte-opnemende oppervlak van de leiding 7 en het warmte-afgevende oppervlak van de leiding 5 als het ware gelijkmatig verspreid door de gehele ruimte heen, waarin zich het zout bevindt, zodat het stollingsproces ook gelijkmatig door deze ruimte heen plaats vindt en geen stolling op de leiding 7 zal optreden. De stukken metaalgaas 9, 10, 30 11 en 12 bestaan daarbij uit een zodanig dun metaalgaas, dat slechts een zeer gering deel van de effektieve ruimte binnen de houder 1 door deze stukken metaalgaas wordt ingenomen.

Zoals getoond in de fig. 3 en ή-, is binnen de houder 13 een tweede kleinere houder 14· aangebracht, die een scheidingswandconstructie binnen 35 de houder 13 vormt, zodat deze laatste in twee ruimten is verdeeld, een binnenruimte 15 en een buitenruimte 16. In de ruimte 15 lopen de leidingen 17 en 18 voor respectievelijk het warmte-inbrengende medium en het warmte-onttrekkende medium. In de ruimte 16 zijn stukken metaalgaas 19 aangebracht, die zich uitstrekken tussen het binnenoppervlak van de 8201857 -6- 4· * • w houder, 13 en het buitenoppervlak van de binnenste houder 14. Om de houder 13 is een mantel 20 van een isolerend materiaal aangebracht.

In de gebruikstoestand is de ruimte 15 gevuld met bijvoorbeeld water en de ruimte 16 met een bepaalde stof, bijvoorbeeld een zout, 5 waarvan het smeltpunt tussen ongeveer 50°C en 80°C ligt* Door de leiding 17 kan een warmte-afgevend medium circuleren, waardoor het zout in de ruimte 16 in gesmolten toestand wordt gebracht en in deze toestand wordt gehouden. De op deze wijze in het gesmolten zout opgeslagen warmte kan dan worden benut door, door de leiding 18 een warmte-onttrekkend 10 medium te laten circuleren, waardoor het gesmolten zout gaat stollen, waarbij door de stukken fijn metaalgaas 19 het oppervlak van de binnenste houder 14 als het ware gelijkmatig wordt verspreid door de gehele ruimte 16 heen, waarin zich het zout bevindt, zodat het stollingsproces ook gelijkmatig door deze ruimte heen plaats vindt en geen stolling op de 15 buitenwand van de houder 14 zal optreden.

-conclusies- 8201857

Claims (6)

1. Inrichting voor het opslaan van warmte, omvattende een in wezen gesloten houder met twee door een ruimte binnen de houder lopende leidingen, waarvan de einden door een wand van de houder naar buiten zijn gevoerd voor een aansluiting op respectievelijk een toevoer en een 5 afvoer van een warmte-inbrengend medium en een toevoer en afvoer van een warmte-onttrekkend medium, waarbij de houder in de bedrijfstoestand een stof bevat met een zodanig smeltpunt dat deze stof door de ingebrachte warmte tot smelting kan worden gebracht, met het kenmerk, dat in de ruimte(n) binnen de houder die, in de bedrijfstoestand met de 10 genoemde stof is of zijn gevuld, op betrekkelijk korte afstand van elkaar gelegen, betrekkelijk dunne elementen van een goed-warmte-geleidend materiaal zijn aangebracht, die zich in wezen door deze gehele ruimte(n) uitstrekken, en die in aanraking zijn met ten minste de met de stof in aanraking zijnde wand(en), via welke de warmte vanuit de stof wordt 15 afgevoerd om door het warmte-onttrekkende medium te worden opgenomen.

2. Inrichting volgens conclusie 1, net het kenmerk, dat de dunne elementen worden gevormd door stukken van een zeer fijn metaalgaas.

3. Inrichting volgens conclusie 1 of 2, in· e t het k e n -20 merk, dat de ruimte binnen de houder waardoor de leidingen lopen, door de wanden van de houder wordt begrensd zodat, in de bedrijfstoestand in wezen de gehele ruimte binnen de houder is gevuld met de genoemde stof, waarbij de dunne elementen ten minste in aanraking zijn met het buitenoppervlak van de door de houder lopende leiding waar het warmte-onttrek-25 kende medium doorheen kan stromen.

4. Inrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de.,leidingen zich grotendeels volgens om elkaar heen lopende spiralen door de houder uitstrekken en de dunne elementen zich in wezen in radiale richtingen tussen deze spiralen en tussen de buitenste spiraal 30 en het binnenoppervlak van de wand van de houder uitstrekken.

5. Inrichting volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de dunne elementen eveneens in aanraking zijn met de leiding waar het warmte-inbrengende medium doorheen kan stromen.

6. Inrichting volgens conclusie 1 of 2 m e t het kenmerk, 35 dat binnen de houder een scheidingswandconstructie is aangebracht waardoor de ruimte binnen de houder in ten minste twee delen wordt verdeeld, - 8201857 ι' k · -8- waarbij door het ene deel de leidingen van het warmte-inbrengende respectievelijk het warmte-onttrekkende medium lopen en het andere deel in de bedrijfstoestand is gevuld met de genoemde stof, terwijl de dunne elementen zich daar doorheen uitstrekken en ten minste in 5 aanraking zijn met het naar dit deel toegekeerde oppervlak van de schei-dingswandconstructie. 8201857