WO2009036973A1 - Wärmespeichervorrichtung, insbesondere latentwärmespeichervorrichtung - Google Patents

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WO2009036973A1
WO2009036973A1 PCT/EP2008/007805 EP2008007805W WO2009036973A1 WO 2009036973 A1 WO2009036973 A1 WO 2009036973A1 EP 2008007805 W EP2008007805 W EP 2008007805W WO 2009036973 A1 WO2009036973 A1 WO 2009036973A1
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WO
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heat storage
storage device
heat
storage elements
transfer fluid
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Application number
PCT/EP2008/007805
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English (en)
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Inventor
Volker Liebel
Harald Mehling
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Rehau Ag + Co
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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
    • F28D20/023—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 being enclosed in granular particles or dispersed in a porous, fibrous or cellular structure
    • 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

  • Heat storage device in particular latent heat storage device
  • the invention relates to a heat storage device, in particular latent heat storage device according to the preamble of claim 1, comprising at least one container with discrete heat storage elements and a heat transfer fluid.
  • a generic heat storage device is known, wherein the heat storage elements and the heat transfer fluid fill the container.
  • the invention has for its object to improve the efficiency of the generic heat storage device.
  • the invention provides the heat storage device, in particular latent heat storage device according to claim 1, comprising at least one container with discrete heat storage elements and a heat transfer fluid, and a wetting device 3, to wet the heat storage elements 2 with the heat transfer fluid.
  • This measure has the advantage that the smallest possible amount of the heat transfer fluid is distributed over as large a surface area of the heat storage elements as possible in order to minimize an amount of heat transfer fluid used.
  • a preferred embodiment of the invention relates to the heat storage device according to the preceding embodiment, wherein the heat storage elements are applied in fine distribution with the heat transfer fluid.
  • the expression "in fine distribution” expresses the fact that the heat storage elements are specifically exposed to the heat transfer fluid present eg in droplet form and / or mist, that a container volume between the heat storage elements and a wall of the container only partially, ie not completely, is filled with the heat transfer fluid, so that significant amounts of heat transfer fluid compared to the conventional heat storage device can be saved.
  • a further preferred embodiment of the invention relates to the heat storage device according to the preceding embodiment, wherein the heat transfer fluid flows in film form between the heat storage elements.
  • the heat transfer fluid flows in film form between the heat storage elements.
  • a further preferred embodiment of the invention relates to the heat storage device according to one of the preceding embodiments, wherein the heat storage elements consist of a material which has a phase transition in an operating temperature range of the heat storage device.
  • the heat storage elements consist of a material which has a phase transition in an operating temperature range of the heat storage device.
  • One way to increase the heat capacity of said heat storage elements is the use of materials that have a phase transformation within a defined temperature range within the operating temperature range of the respective heat storage device and thereby enable a latent heat storage.
  • the phase transition is desirable in this case since, for example, heat energy introduced into the respective heat storage device is used for said phase transformation and not for increasing the temperature of the heat storage elements, so that the temperature within the heat storage device can be stabilized in the phase transition temperature range of the heat storage elements.
  • the same effect results mutatis mutandis in the withdrawal of heat from the heat storage device with a correspondingly reversed phase transition of the heat storage elements.
  • a further preferred embodiment of the invention relates to the heat storage device according to one of the preceding embodiments, wherein the heat storage elements consist of a material which remains dimensionally stable during melting.
  • the term "dimensionally stable” is to be understood that the corresponding region of the heat storage elements even after the phase transition by exceeding the transition temperature range maintains its dimensional stability and its consistency - in contrast to a liquid - is such that a force acting from the outside a certain resistance is opposed, wherein the term "dimensionally stable” still includes a jelly-like consistency, as opposed to a melt-like consistency. Thus, the corresponding area also exhibits excess elasticity after exceeding the transition temperature range.
  • the change in shape known from liquids, already caused by the slightest external force is effectively prevented.
  • the confluence of liquid phase converted by areas of heat storage elements and the case taking place forming a coherent separate phase is prevented.
  • the respective regions of the individual heat storage elements, which have a reversible fixed-solid phase transition within a predetermined transition temperature range are present separated from one another. This avoids the formation of a correspondingly larger, contiguous region, which results in problems with regard to large-area or large-volume deposits within the heat storage device, in particular when the thermal system cools when the transition temperature range is not reached.
  • a further preferred embodiment of the invention relates to a heat storage device according to one of the preceding embodiments, wherein the heat storage elements comprise a polymer, preferably a cross-linked polyethylene.
  • polymeric materials are inexpensive, have a relatively high phase transition enthalpy and are resistant to many chemicals or liquids.
  • polymeric materials are non-toxic and environmentally friendly.
  • the polymeric material may also be advantageous for the polymeric material to be a thermoplastically processable polymer. These polymers can be processed particularly easily and cheaply.
  • the polymeric material is an at least partially crystalline thermoplastic, preferably polyethylene.
  • the at least partially crystalline thermoplastics have high enthalpies of phase transition. Polyethylene as a representative of these materials is particularly inexpensive.
  • polyethylene examples include polypropylene or polyamide.
  • the crystalline content of the polymeric material is equal to or greater than 20%. This results in particularly high Phasenentgangsenthalpien.
  • the polymeric material may be advantageous for the polymeric material to have a phase transition enthalpy of at least 50 J / g. Such phase transition enthalpies lead to extremely powerful heat storage elements with high energy densities, which can store large amounts of heat.
  • the polymeric material is crosslinkable.
  • the material is such that its cross-linking during use in the heat storage device can be realized.
  • silane groups are provided in the polymer, which cause the desired crosslinking of the material when using a heat transfer fluid from water and under the action of heat energy or optionally under the influence of pressure.
  • the polymeric material is at least partially crosslinked and the crosslinked volume fraction is preferably equal to or greater than 90%.
  • Crosslinking can cause the polymeric material, when the melting temperature is exceeded, not to change into the liquid or melt-like state, but merely to become softer, while remaining dimensionally stable and dimensionally elastic.
  • the crosslinking effect that heat storage elements of such a material after adhering to the phase transition temperature range does not adhere to each other or weld together.
  • various methods are possible. These include, for example, peroxide-initiated crosslinking via free radicals, crosslinking by means of grafted-on silane groups or electron beam crosslinking.
  • a further preferred embodiment of the invention relates to a heat storage device according to one of the preceding embodiments, wherein the heat storage elements comprise an elastomer.
  • Elastomers are inexpensive, have a relatively high phase transition enthalpy and are resistant to many chemicals or liquids.
  • elastomers are non-toxic and environmentally friendly.
  • a further preferred embodiment of the invention relates to a heat storage device according to one of the preceding embodiments, wherein the heat storage elements contain a TPB (trans-1,4-polybutadiene).
  • TPB is inexpensive and has a relatively high phase transition enthalpy and is resistant to many chemicals or liquids.
  • TPB is non-toxic and environmentally friendly.
  • a further preferred embodiment of the invention relates to a heat storage device according to one of the preceding embodiments, wherein the heat storage elements contain a phase-stable shell and a melting core.
  • the casing material may be selected so that a mutual repulsion of the heat storage elements and thus an agglomeration of heat storage elements is effectively prevented.
  • it may be advantageous that the materials of core and the at least one shell of the heat storage elements are different. This also includes the possibility that sheath and core are made of the same material, but have different properties, for example caused by a different degree of cross-linking.
  • a further preferred embodiment of the invention relates to a heat storage device according to one of the preceding embodiments, wherein the heat storage elements contain a blend of at least two polymers as the core.
  • a further preferred embodiment of the invention relates to a heat storage device according to one of the preceding embodiments, wherein the heat storage elements contain fillers.
  • This measure has the advantage that certain properties of the heat storage elements, in particular with regard to the thermal conductivity and heat capacity, are selectively adjustable.
  • a further preferred embodiment of the invention relates to a heat storage device according to one of the preceding embodiments, wherein the cores of the heat storage elements containing paraffins. This measure has the advantage that the heat storage capacity of the heat storage device is large.
  • a further preferred embodiment of the invention relates to a heat storage device according to one of the preceding embodiments, wherein the cores of the heat storage elements contain water. This measure has the advantage that the heat storage capacity of the heat storage device is particularly large.
  • a further preferred embodiment of the invention relates to a heat storage device according to one of the preceding embodiments, wherein the heat storage elements consist at least predominantly of crumbled, cross-linked polyethylene. This measure has the advantage that the heat storage elements have a particularly large heat transfer surface.
  • a further preferred embodiment of the invention relates to a heat storage device according to one of the preceding embodiments, wherein the heat storage elements constitute a bed. It may be favorable that the greatest extent of the individual heat storage elements in any spatial direction does not fall below a value of 2 ⁇ m and does not exceed a value of 5 mm. Corresponding sizes can be produced with reasonable effort and beyond still easy to handle. It may also be beneficial that the heat storage elements are substantially spherical or lenticular or designed as a spatial polyhedron. For example, the polyhedron shape offers the advantage that the accumulated heat storage elements may possibly catch on one another in order to find a better hold. Furthermore, it may be favorable that the heat storage elements are present substantially isolated.
  • the heat transfer between the heat transfer fluid and the heat storage elements is better.
  • a further preferred embodiment of the invention relates to a heat storage device according to one of the preceding embodiments, wherein the heat storage elements have a volume of 0.1 to 10 cm 3 , preferably from 1, 0 to 5.0 cm 3 , preferably 2.5 cm 3 .
  • This measure has the advantage that a filling level of the container can be selectively adjusted by selecting the volume of the individual heat storage elements.
  • a further preferred embodiment of the invention relates to a primalandtragungsvorrich- device according to one of the preceding embodiments, wherein the wetting device is designed as a spraying or sprinkling device.
  • This measure has the advantage that especially in droplet form and / or present as a spray and / or mist heat transfer fluid has a particularly large surface area and so particularly high heat transfer performance in relation to the amount of heat transfer fluid used can be achieved.
  • a further preferred embodiment of the invention relates to a heat transfer device according to one of the preceding embodiments, wherein the heat transfer device has an evaporation device to evaporate the heat transfer fluid in the lower storage area. This measure has the advantage that the heat storage elements can be acted upon specifically with the heat transfer fluid, because the heat transfer fluid condenses on the heat storage elements.
  • a further preferred embodiment of the invention relates to a heat storage device according to one of the preceding embodiments, wherein the heat storage device comprises a heat transfer device.
  • the heat transfer device may be in the form of tubes, tube bundles or plate heat transfer devices. This measure has the advantage that the heat storage device can be coupled particularly efficiently with another heat cycle.
  • a further preferred embodiment of the invention relates to a heat storage device according to one of the preceding embodiments, wherein the heat transfer fluid contains an oil or an aqueous solution.
  • heat transfer fluids are particularly suitable for the heat storage device, since they each cover a wide operating temperature range, have a high heat capacity and are relatively easy to handle.
  • further substances or liquids can be provided. For example, it is possible to add alcohols or salts to water.
  • a further preferred embodiment of the invention relates to a heat storage device according to one of the preceding embodiments, wherein the heat transfer fluid contains at least one additive for reducing the vapor pressure, preferably salt (s) and / or alcohol (s).
  • the heat transfer fluid contains at least one additive for reducing the vapor pressure, preferably salt (s) and / or alcohol (s).
  • a further preferred embodiment of the invention relates to a heat storage device according to one of the preceding embodiments, wherein the heat storage device, preferably the container, has a thermal insulation. This measure has the advantage that the heat loss is reduced and the heat storage device has a high efficiency.
  • a further preferred embodiment of the invention relates to a heat storage device according to one of the preceding embodiments, wherein the heat storage device, preferably the container, has at least one inlet and at least one outlet for the heat transfer fluid. This measure has the advantage that the heat storage device can be embodied as a heat circulation system.
  • a further preferred embodiment of the invention relates to a heat storage device according to one of the preceding embodiments, wherein a heat transfer device is arranged between inlet and outlet.
  • This measure has the advantage that the heat storage device can be coupled particularly efficiently with another heat circulation system.
  • a further preferred embodiment of the invention relates to a heat storage device according to one of the preceding embodiments, wherein the pressure in the container substantially corresponds to the ambient pressure.
  • This measure has the advantage that no high pressures are to be handled, which considerably simplifies the construction of the heat storage device.
  • a further preferred embodiment of the invention relates to a heat storage device according to one of the preceding embodiments, wherein the heat storage device designed transportable and thus suitable for the transport of heat.
  • This measure has the advantage that heat can be stored in one place and provided at another location, so that the heat storage device can be used more versatile.
  • a further preferred embodiment of the invention relates to a heat storage device according to one of the preceding embodiments, wherein different heat transfer fluids can be used for loading and unloading.
  • This measure has the advantage that the efficiency of the heat storage device can be increased, for example, by using, for example, a heated exhaust gas for discharging the heat storage device and, for example, an oily heat transfer fluid for discharging, without requiring heat transfer between the exhaust gas and the heat transfer fluid.
  • a further preferred embodiment of the invention relates to a heat storage device according to one of the preceding embodiments, wherein the remaining volume of the container, which results from the (partial) filling with heat storage elements, is filled to a maximum of 50% with heat transfer fluid.
  • a further embodiment of the heat storage device is preferred in which the remaining volume in the container, which results from the (partial) filling with heat storage elements and heat transfer fluid is filled with an inert gas.
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of the heat storage device according to the invention.
  • the invention relates to a heat storage device, in particular latent heat storage device, comprising at least one container 1 with discrete heat storage elements 2 and a heat transfer fluid, and a wetting device 3 to wet the heat storage elements 2 with the heat transfer fluid such that the heat storage elements 2 in fine distribution with the heat transfer fluid are charged.
  • a heat storage device in particular latent heat storage device, comprising at least one container 1 with discrete heat storage elements 2 and a heat transfer fluid, and a wetting device 3 to wet the heat storage elements 2 with the heat transfer fluid such that the heat storage elements 2 in fine distribution with the heat transfer fluid are charged.
  • This is accomplished by heat-storage elements 2 being subjected to the heat transfer fluid present in droplet form and / or as a spray in such a targeted manner that the heat transfer fluid wets the heat storage elements 2 on the surface and flows through the heat storage elements 2 like a film when flowing through the container 1 ,
  • the term "film-like,” as used herein, is understood to mean that the heat transfer fluid only wets and film-coats the surface of the heat storage elements 2 leaving spaces between the heat storage elements 2 themselves as well as between the heat storage elements 2 and the container wall that are not filled by the heat transfer fluid.
  • the heat storage elements 2 are granulated crumbs of a crosslinked polymer, preferably a crosslinked polyethylene. Such heat storage elements 2 remain dimensionally stable even at the phase transition.
  • the cross-linking creates bonds between the crystalline structures of the material, which prevent the material from melting like wax during the phase transition.
  • the cross-linked polyethylene is heated above the phase transition temperature, which is on the order of + 130 ° C., the consistency of the cross-linked polyethylene changes and becomes rubbery. It is sufficient if the heat storage elements 2 contain a shell which is dimensionally stable during melting, for example made of cross-linked polyethylene, and a melting core.
  • the core preferably contains a blend of at least two polymers, paraffins, water and / or fillers in order to influence the melting behavior and certain properties of the core in a targeted manner.
  • the heat storage elements 2 represent a bed, wherein the volume of the individual heat storage elements 2 each between 0.1 to 10 cm 3 , preferably 1, 0 to 5 cm 3 , preferably 2.5 cm 3 .
  • the wetting device 3 In order to distribute the smallest possible amount of a heat transfer fluid to the largest possible heat contact surface of the heat storage elements 2, the wetting device 3 is provided, which finely distributes the heat transfer fluid and at least some of the heat storage elements 2 so wetted with the heat transfer fluid and selectively applied, so that the heat transfer fluid between the heat storage elements 2 film-like troughs.
  • the wetting device 3 is designed as a spray or sprinkling device in order to atomize the liquid heat transfer fluid as finely as possible, so that it is present in droplet form and / or as a spray and / or as a mist.
  • the wetting device 3 comprises a plurality of exits or nozzles in order to distribute the heat transfer fluid as finely as possible and uniformly over the heat storage elements 2 located above.
  • an evaporation device (not shown) may be present to evaporate the heat transfer fluid in the lower region of the container 1, so that it condenses on the heat storage elements 2.
  • the heat transfer fluid used is an oil or an aqueous solution having at least one additive for reducing the vapor pressure, the aqueous solution containing as additive salt (s) and / or alcohol (s) and / or other additives.
  • the container 1 is insulated and contains a thermal insulation. 7
  • the heat transfer fluid passes through the wetting device 3 into the container 1.
  • the wetting device 3 at least some of the heat storage elements 2 are wetted with the heat transfer fluid and targeted in fine distribution that the heat transfer fluid between the heat storage elements 2 film flows.
  • the heat transfer fluid is collected by a funnel-shaped collecting device, and via a drain 5, the heat transfer fluid is removed from the container 1 again.
  • a heat transfer device 8 is arranged to transfer heat from another heat circulation system to the heat storage device.
  • the heat transfer fluid in the container is vaporized.
  • energy is supplied to the heat storage device.
  • the heat transfer fluid is heated by the evaporation device and evaporated and releases the heat energy during condensation to the heat storage elements 2.
  • the cooled heat transfer fluid is returned to the evaporator and evaporated so that the cycle begins again.
  • the evaporation device is preferably supplied with heat from another heat circulation system.
  • the discharge of the heat storage device takes place as in the embodiment described above, wherein the heat storage elements 2 are applied or wetted in fine distribution with the heat transfer fluid and release heat to the heat transfer fluid.
  • the heat storage device is in principle applicable everywhere where waste heat in the range of the order of magnitude of the phase transition temperature of the heat storage elements 2 is formed, and wherein the waste heat can be used at a later time.
  • the pressure in the container 1 corresponds approximately to the pressure of the surrounding atmosphere, so that separate pressure seals are not required.
  • different heat transfer fluids may be used.
  • the heat storage device 1 may be coupled to a system such that exhaust gas having a temperature greater than the phase transition temperature of the heat storage elements 2 is introduced into the container 1 for loading the heat storage device, the discharge of the heat storage device being controlled by liquid heat transfer fluid, e.g. Oil, is accomplished.
  • liquid heat transfer fluid e.g. Oil

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wärmespeichervorrichtung, insbesondere Latentwärmespeichervorrichtung, umfassend wenigstens einen Behälter mit diskreten Wärmespeicherelementen und einem Wärmeübertragungsfluid. Um eine derartige Wärmespeichervorrichtung wirtschaftlicher zu gestalten, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Wärmespeichervorrichtung eine Benetzungseinrichtung (3) aufweist, um die Wärmespeicherelemente (2) mit dem Wärmeübertragungsfluid zu benetzen.

Description

Wärmespeichervorrichtung, insbesondere Latentwärmespeichervorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Wärmespeichervorrichtung, insbesondere Latentwärmespeichervorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , umfassend wenigstens einen Behälter mit diskreten Wärmespeicherelementen und einem Wärmeübertragungsfluid.
Man kennt eine gattungsgemäße Wärmespeichervorrichtung, wobei die Wärmespeicher- elemente und das Wärmeübertragungsfluid den Behälter ausfüllen.
Aufgrund der verhältnismäßig hohen Kosten des in großer Menge erforderlichen Wärme- übertragungsfluids, z. B. bei Einsatz eines Öles, wird die Wirtschaftlichkeit der gattungsgemäßen Wärmespeichervorrichtung beeinträchtigt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Wirtschaftlichkeit der gattungsgemäßen Wärmespeichervorrichtung zu verbessern.
Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die Erfindung die Wärmespeichervorrichtung, insbesondere Latentwärmespeichervorrichtung nach Anspruch 1 bereit, umfassend wenigstens einen Behälter mit diskreten Wärmespeicherelementen und einem Wärmeübertragungsfluid, und eine Benetzungseinrichtung 3, um die Wärmespeicherelemente 2 mit dem Wärme- übertragungsfluid zu benetzen. Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass eine möglichst geringe Menge des Wärmeübertragungsfluids auf eine möglichst große Oberfläche der Wärmespeicherelemente verteilt wird, um eine eingesetzte Menge des Wärmeübertragungsfluids nach Möglichkeit zu minimieren.
Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung betrifft die Wärmespeichervorrichtung nach der vorangegangenen Ausführung, wobei die Wärmespeicherelemente in feiner Verteilung mit dem Wärmeübertragungsfluid beaufschlagt sind. Der Ausdruck „in feiner Verteilung" bringt zum Ausdruck, dass die Wärmespeicherelemente derart gezielt mit dem z.B. in Tröpfchenform und/oder als Nebel vorliegenden Wärmeüber- tragungsfluid beaufschlagt sind, dass ein Behältervolumen zwischen den Wärmespeicherelementen und einer Wand des Behälters erfindungsgemäß nur zum Teil, d.h. nicht voll- ständig, mit dem Wärmeübertragungsfluid gefüllt ist, so dass erhebliche Mengen des Wär- meübertragungsfluids gegenüber der herkömmlichen Wärmespeichervorrichtung eingespart werden können.
Eine weitere bevorzugte Ausführung der Erfindung betrifft die Wärmespeichervorrichtung nach der vorangegangenen Ausführung, wobei das Wärmeübertragungsfluid filmförmig zwischen den Wärmespeicherelementen verrinnt. Durch Verrinnen des Wärmeüber- tragungsfluids in Filmform zwischen den Wärmespeicherelementen wird ein optimaler Wärmeübergang zwischen dem Wärmeübertragungsfluid und den Wärmespeicherelementen bewerkstelligt, so dass die Wärmespeicherelemente optimal beladen und/oder entladen werden.
Eine weitere bevorzugte Ausführung der Erfindung betrifft die Wärmespeichervorrichtung nach einer der vorangegangenen Ausführungen, wobei die Wärmespeicherelemente aus einem Material bestehen, das in einem Betriebstemperaturbereich der Wärmespeichervorrichtung einen Phasenübergang aufweist. Eine Möglichkeit, die Wärmekapazität besagter Wärmespeicherelemente zu erhöhen, ist die Verwendung von Materialien, die in einem definierten Temperaturbereich innerhalb des Betriebstemperaturbereichs der betreffenden Wärmespeichervorrichtung eine Phasenumwandlung aufweisen und dadurch eine latente Wärmespeicherung ermöglichen. Der Phasenübergang ist hierbei erwünscht, da beispielsweise in die jeweilige Wärmespeichervorrichtung eingetragene Wärmeenergie für besagte Phasenumwandlung, und nicht zur Erhöhung der Temperatur der Wärmespeicherelemente verwendet wird, so dass die Temperatur innerhalb der Wärmespeichervorrichtung im Phasenübergangstemperaturbereich der Wärmespeicherelemente stabilisiert werden kann. Der gleiche Effekt ergibt sich sinngemäß beim Entzug von Wärme aus der Wärmespeichervorrichtung mit einem entsprechend umgekehrten Phasenübergang der Wärmespeicherelemente.
Eine weitere bevorzugte Ausführung der Erfindung betrifft die Wärmespeichervorrichtung nach einer der vorangegangenen Ausführungen, wobei die Wärmespeicherelemente aus einem Material bestehen, das beim Schmelzen formstabil bleibt. Der Begriff „formstabil" ist so zu verstehen, dass der entsprechende Bereich der Wärmespeicherelemente selbst nach dem Phasenübergang durch Überschreiten des Übergangstemperaturbereichs seine Formbeständigkeit beibehält und seine Konsistenz - im Gegensatz zu einer Flüssigkeit - so beschaffen ist, dass einer von außen angreifenden Kraft ein gewisser Widerstand entgegengesetzt wird, wobei der Begriff „formstabil" eine geleeartige Konsistenz, in Abgrenzung zu einer schmelzeähnlichen Konsistenz, noch umfasst. Somit weist der entsprechende Bereich auch nach Überschreitung des Übergangstemperaturbereichs Formelastizität auf. Durch die beschriebene Formstabilität bzw. Formelastizität des entsprechenden Bereiches der Wärmespeicherelemente ist die von Flüssigkeiten her be- kannte, bereits durch geringste äußere Krafteinwirkung hervorgerufene Formänderung wirkungsvoll unterbunden. Somit wird auch das Zusammenfließen von durch Phasenumwandlung flüssig gewordenen Bereichen von Wärmespeicherelementen und das hierbei unter Umständen stattfindende Ausbilden einer zusammenhängenden separaten Phase verhindert. Es kann von Vorteil sein, dass die jeweiligen Bereiche der einzelnen Wärmespeicher- elemente, die innerhalb eines vorbestimmten Übergangstemperaturbereichs einen reversiblen fest-fest Phasenübergang aufweisen, separiert voneinander vorliegen. Dadurch wird die Ausbildung eines entsprechend größeren, zusammenhängenden Bereiches vermieden, wodurch sich insbesondere bei einem Abkühlen des thermischen Systems mit Unterschreiten des Übergangstemperaturbereichs Probleme hinsichtlich großflächiger oder großvolu- miger Ablagerungen innerhalb der Wärmespeichervorrichtung ergeben.
Eine weitere bevorzugte Ausführung der Erfindung betrifft eine Wärmespeichervorrichtung nach einer der vorangegangenen Ausführungen, wobei die Wärmespeicherelemente ein Polymer, vorzugsweise ein vernetztes Polyethylen enthalten. Polymere Materialien sind kostengünstig, haben eine relativ hohe Phasenübergangsenthalpie und sind gegenüber vielen Chemikalien bzw. Flüssigkeiten beständig. Zudem sind polymere Materialien nicht toxisch und umweltverträglich. Es kann ebenso von Vorteil sein, dass das polymere Material ein thermoplastisch verarbeitbares Polymer ist. Diese Polymere lassen sich besonders einfach und günstig verarbeiten. Zudem kann von es Vorteil sein, dass das polymere Material ein zumindest teilweise kristalliner Thermoplast, vorzugsweise Polyethylen, ist. Die zu- mindest teilweise kristallinen Thermoplaste weisen hohe Phasenübergangsenthalpien auf. Polyethylen als Vertreter dieser Materialien ist besonders kostengünstig. Weitere denkbare Materialien neben Polyethylen sind z.B. Polypropylen oder Polyamid. Darüber hinaus kann es von Vorteil sein, dass der kristalline Anteil des polymeren Materials gleich oder größer 20 % ist. Hieraus resultieren besonders hohe Phasenübergangsenthalpien. Außerdem kann es von Vorteil sein, dass das polymere Material eine Phasenübergangsenthalpie von wenigstens 50 J/g aufweist. Solche Phasenübergangsenthalpien führen zu äußerst leistungsfähigen Wärmespeicherelementen mit hohen Energiedichten, die große Wärmemengen speichern können. Vorzugsweise ist das polymere Material vernetzbar. Beispielsweise ist das Material so beschaffen, dass seine Vernetzung während des Einsatzes in der Wärmespeichervorrichtung realisiert werden kann. So ist denkbar, dass in dem Polymer Silangruppen vorgesehen sind, die beim Einsatz eines Wärmeübertragungsfluids aus Wasser und unter Einwirkung von Wärmeenergie bzw. gegebenenfalls unter Einwirkung von Druck die ge- wünschte Vernetzung des Materials hervorrufen. Es kann von Vorteil sein, dass das polymere Material zumindest teilweise vernetzt ist und der vernetzte Volumenanteil vorzugsweise gleich oder größer 90 % ist. Die Vernetzung kann bewirken, dass das polymere Material bei Überschreitung der Schmelztemperatur nicht in den flüssigen bzw. schmelzeför- migen Zustand übergeht, sondern lediglich weicher wird, dabei aber formstabil und form- elastisch bleibt. Zudem kann die Vernetzung bewirken, dass Wärmespeicherelemente aus einem solchen Material nach Überschreiten des Phasenübergangstemperaturbereichs nicht aneinander haften bzw. miteinander verschweißen. Für die Vernetzung des Polymers kommen verschiedene Methoden infrage. Hierzu zählen beispielsweise die peroxidisch-initiierte Vernetzung über freie Radikale, die Vernetzung mittels aufgepfropfter Silangruppen oder aber das Elektronenstrahlvernetzen.
Eine weitere bevorzugte Ausführung der Erfindung betrifft eine Wärmespeichervorrichtung nach einer der vorangegangenen Ausführungen, wobei die Wärmespeicherelemente ein Elastomer enthalten. Elastomere sind kostengünstig, haben eine relativ hohe Phasenübergangsenthalpie und sind gegenüber vielen Chemikalien bzw. Flüssigkeiten beständig. Zu- dem sind Elastomere nicht toxisch und umweltverträglich.
Eine weitere bevorzugte Ausführung der Erfindung betrifft eine Wärmespeichervorrichtung nach einer der vorangegangenen Ausführungen, wobei die Wärmespeicherelemente ein TPB (Trans-1.4-polybutadien) enthalten. TPB ist kostengünstig und hat eine relativ hohe Phasenübergangsenthalpie und ist gegenüber vielen Chemikalien bzw. Flüssigkeiten be- ständig. Zudem ist TPB nicht toxisch und umweltverträglich. Eine weitere bevorzugte Ausführung der Erfindung betrifft eine Wärmespeichervorrichtung nach einer der vorangegangenen Ausführungen, wobei die Wärmespeicherelemente eine beim Phasenübergang formstabile Hülle und einen schmelzenden Kern enthalten. Zudem kann das Hüllenmaterial so gewählt sein, dass eine gegenseitige Abstoßung der Wärme- Speicherelemente und so eine Agglomeration von Wärmespeicherelementen wirksam unterbunden wird. Außerdem kann es vorteilhaft sein, dass die Materialien von Kern und der wenigstens einen Hülle der Wärmespeicherelemente unterschiedlich sind. Dies schließt auch die Möglichkeit ein, dass Hülle und Kern aus dem gleichen Werkstoff sind, jedoch unterschiedliche Eigenschaften aufweisen, beispielsweise hervorgerufen durch einen un- terschiedlichen Vernetzungsgrad.
Eine weitere bevorzugte Ausführung der Erfindung betrifft eine Wärmespeichervorrichtung nach einer der vorangegangenen Ausführungen, wobei die Wärmespeicherelemente einen Blend aus wenigstens zwei Polymeren als Kern enthalten.
Dadurch sind bestimmte Eigenschaften des Kerns, insbesondere im Hinblick auf den Pha- senübergangstemperaturbereich, gezielt einstellbar.
Eine weitere bevorzugte Ausführung der Erfindung betrifft eine Wärmespeichervorrichtung nach einer der vorangegangenen Ausführungen, wobei die Wärmespeicherelemente Füllstoffe enthalten. Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass bestimmte Eigenschaften der Wärmespeicherelemente, insbesondere im Hinblick auf die Wärmeleitfähigkeit und Wär- mekapazität, gezielt einstellbar sind.
Eine weitere bevorzugte Ausführung der Erfindung betrifft eine Wärmespeichervorrichtung nach einer der vorangegangenen Ausführungen, wobei die Kerne der Wärmespeicherelemente Paraffine enthalten. Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die Wärmespeicherkapazität der Wärmespeichervorrichtung groß ist.
Eine weitere bevorzugte Ausführung der Erfindung betrifft eine Wärmespeichervorrichtung nach einer der vorangegangenen Ausführungen, wobei die Kerne der Wärmespeicherelemente Wasser enthalten. Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die Wärmespeicherkapazität der Wärmespeichervorrichtung besonders groß ist. Eine weitere bevorzugte Ausführung der Erfindung betrifft eine Wärmespeichervorrichtung nach einer der vorangegangenen Ausführungen, wobei die Wärmespeicherelemente wenigstens überwiegend aus gekrümeltem, vernetztem Polyethylen bestehen. Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die Wärmespeicherelemente eine besonders große Wärme- Übergangsfläche aufweisen.
Eine weitere bevorzugte Ausführung der Erfindung betrifft eine Wärmespeichervorrichtung nach einer der vorangegangenen Ausführungen, wobei die Wärmespeicherelemente eine Schüttung darstellen. Es kann günstig sein, dass die größte Ausdehnung der einzelnen Wärmespeicherelemente in einer beliebigen Raumrichtung einen Wert von 2 μm nicht un- terschreitet und einen Wert von 5 mm nicht überschreitet. Entsprechende Größen sind mit vertretbarem Aufwand herstellbar und darüber hinaus noch gut handhabbar. Auch kann es günstig sein, dass die Wärmespeicherelemente im Wesentlichen kugelförmig oder linsenförmig oder als räumliche Polyeder ausgebildet sind. Die Polyederform bietet beispielsweise den Vorteil, dass sich die aufgeschütteten Wärmespeicherelemente eventuell mitein- ander verhaken können, um so einen besseren Halt zu finden. Weiterhin kann es günstig sein, dass die Wärmespeicherelemente im Wesentlichen vereinzelt vorliegen.
Wenn die Partikel vereinzelt vorliegen, ist die Wärmeübertragung zwischen dem Wärme- übertragungsfluid und den Wärmespeicherelementen besser.
Eine weitere bevorzugte Ausführung der Erfindung betrifft eine Wärmespeichervorrichtung nach einer der vorangegangenen Ausführungen, wobei die Wärmespeicherelemente ein Volumen von 0,1 bis 10 cm3, vorzugsweise von 1 ,0 bis 5,0 cm3, bevorzugt 2,5 cm3 aufweisen. Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass ein Füllgrad des Behälters durch Auswahl des Volumens der einzelnen Wärmespeicherelemente gezielt einstellbar ist.
Eine weitere bevorzugte Ausführung der Erfindung betrifft eine Wärmeübertragungsvorrich- tung nach einer der vorangegangenen Ausführungen, wobei die Benetzungseinrichtung als Sprüh- oder Berieselungsvorrichtung ausgebildet ist. Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass besonders das in Tröpfchenform und/oder als Spray und/oder als Nebel vorliegende Wärmeübertragungsfluid eine besonders große Oberfläche aufweist und so besonders hohe Wärmeübertragungsleistungen im Verhältnis zur eingesetzten Menge des Wärme- übertragungsfluids erzielt werden können. Eine weitere bevorzugte Ausführung der Erfindung betrifft eine Wärmeübertragungsvorrichtung nach einer der vorangegangenen Ausführungen, wobei die Wärmeübertragungsvorrichtung eine Verdampfungseinrichtung aufweist, um das Wärmeübertragungsfluid im unteren Speicherbereich zu verdampfen. Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die Wärme- Speicherelemente gezielt mit dem Wärmeübertragungsfluid beaufschlagbar sind, weil das Wärmeübertragungsfluid an den Wärmespeicherelementen kondensiert.
Eine weitere bevorzugte Ausführung der Erfindung betrifft eine Wärmespeichervorrichtung nach einer der vorangegangenen Ausführungen, wobei die Wärmespeichervorrichtung eine Wärmeübertragungseinrichtung aufweist. Die Wärmeübertragungseinrichtung kann in der Gestalt von Rohren, Rohrbündeln oder Plattenwärmeübertragungseinrichtungen ausgeführt sein. Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die Wärmespeichervorrichtung besonders effizient mit einem anderen Wärmekreislauf koppelbar ist.
Eine weitere bevorzugte Ausführung der Erfindung betrifft eine Wärmespeichervorrichtung nach einer der vorangegangenen Ausführungen, wobei das Wärmeübertragungsfluid ein Öl oder eine wässrige Lösung enthält.
Diese Wärmeübertragungsfluide eignen sich besonders für die Wärmespeichervorrichtung, da sie jeweils einen breiten Betriebstemperaturenbereich abdecken, eine hohe Wärmekapazität aufweisen und vergleichsweise gut zu handhaben sind. Zur Anpassung an den jeweils gewünschten Betriebstemperaturbereich können weitere Stoffe bzw. Flüssigkeiten vorgesehen sein. Beispielsweise ist es möglich, Wasser Alkohole oder Salze zuzusetzen.
Eine weitere bevorzugte Ausführung der Erfindung betrifft eine Wärmespeichervorrichtung nach einer der vorangegangenen Ausführungen, wobei das Wärmeübertragungsfluid wenigstens einen Zusatz zur Verringerung des Dampfdruckes, vorzugsweise Salz(e) und/oder Alkohol(e) enthält. Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass der Behälter nur für geringfügige Druckerhöhungen ausgelegt werden muss.
Eine weitere bevorzugte Ausführung der Erfindung betrifft eine Wärmespeichervorrichtung nach einer der vorangegangenen Ausführungen, wobei die Wärmespeichervorrichtung, vorzugsweise der Behälter, eine Wärmedämmung aufweist. Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die Verlustwärme verringert wird und die Wärmespeichervorrichtung einen hohen Wirkungsgrad aufweist. Eine weitere bevorzugte Ausführung der Erfindung betrifft eine Wärmespeichervorrichtung nach einer der vorangegangenen Ausführungen, wobei die Wärmespeichervorrichtung, vorzugsweise der Behälter, wenigstens einen Zulauf und wenigstens einen Ablauf für das Wärmeübertragungsfluid aufweist. Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die Wärmespei- chervorrichtung als Wärmekreislaufsystem ausführbar ist.
Eine weitere bevorzugte Ausführung der Erfindung betrifft eine Wärmespeichervorrichtung nach einer der vorangegangenen Ausführungen, wobei zwischen Zulauf und Ablauf eine Wärmeübertragungseinrichtung angeordnet ist. Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die Wärmespeichervorrichtung besonders effizient mit einem anderen Wärmekreislaufsystem koppelbar ist.
Eine weitere bevorzugte Ausführung der Erfindung betrifft eine Wärmespeichervorrichtung nach einer der vorangegangenen Ausführungen, wobei der Druck im Behälter im Wesentlichen dem Umgebungsdruck entspricht. Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass keine hohen Drücke zu handhaben sind, was den Aufbau der Wärmespeichervorrichtung erheblich vereinfacht.
Eine weitere bevorzugte Ausführung der Erfindung betrifft eine Wärmespeichervorrichtung nach einer der vorangegangenen Ausführungen, wobei die Wärmespeichervorrichtung transportabel ausgeführt und somit zum Transport von Wärme geeignet ist. Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass Wärme an einem Ort gespeichert und an einem anderen Ort bereitgestellt werden kann, so dass die Wärmespeichervorrichtung vielseitiger einsetzbar ist.
Eine weitere bevorzugte Ausführung der Erfindung betrifft eine Wärmespeichervorrichtung nach einer der vorangegangenen Ausführungen, wobei zum Beladen und zum Entladen unterschiedliche Wärmeübertragungsfluide verwendet werden können. Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass der Wirkungsgrad der Wärmespeichervorrichtung dadurch beispielsweise erhöht werden kann, dass zum Beladen der Wärmespeichervorrichtung beispielsweise ein erhitztes Abgas und zum Entladen beispielsweise ein ölhaltiges Wärmeübertragungsfluid verwendet werden, ohne dass es einer Wärmeübertragung zwischen Abgas und dem Wärmeübertragungsfluid bedarf. Eine weitere bevorzugte Ausführung der Erfindung betrifft eine Wärmespeichervorrichtung nach einer der vorangegangenen Ausführungen, wobei das verbleibende Volumen des Behälters, das sich durch die (Teil-)Befüllung mit Wärmespeicherelementen ergibt, zu maximal 50 % mit Wärmeübertragungsfluid gefüllt ist. Schließlich ist eine weitere Ausführung der Wärmespeichervorrichtung bevorzugt, bei der das verbleibende Volumen im Behälter, das sich durch die (Teil-)Befüllung mit Wärmespeicherelementen und Wärmeübertragungsfluid ergibt, mit einem Inertgas gefüllt ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Figur 1 zeigt eine Prinzipskizze der erfindungsgemäßen Wärmespeichervorrichtung.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Die Erfindung betrifft eine Wärmespeichervorrichtung, insbesondere Latentwärmespeicher- Vorrichtung, umfassend wenigstens einen Behälter 1 mit diskreten Wärmespeicherelementen 2 und einem Wärmeübertragungsfluid, und eine Benetzungseinrichtung 3, um die Wärmespeicherelemente 2 mit dem Wärmeübertragungsfluid derart zu benetzen, dass die Wärmespeicherelemente 2 in feiner Verteilung mit dem Wärmeübertragungsfluid beaufschlagt sind. Dies wird dadurch bewerkstelligt, dass die Wärmespeicherelemente 2 derart gezielt mit dem in Tröpfchenform und/oder als Spray und/oder als Nebel vorliegenden Wärmeübertragungsfluid beaufschlagt werden, dass das Wärmeübertragungsfluid die Wärmespeicherelemente 2 oberflächlich benetzt und beim Durchströmen des Behälters 1 zwischen den Wärmespeicherelementen 2 filmförmig verrinnt.
Die Bezeichnung „filmförmig", die hierin verwendet wird, ist so zu verstehen, dass das Wärmeübertragungsfluid lediglich die Oberfläche der Wärmespeicherelemente 2 benetzt und filmförmig überzieht, so dass sowohl zwischen den Wärmespeicherelementen 2 selbst, als auch zwischen den Wärmespeicherelementen 2 und der Behälterwand Freiräume verbleiben, die nicht vom Wärmeübertragungsfluid ausgefüllt sind. Vorzugsweise beträgt das Volumen des im Behälter 1 befindlichen Wärmeübertragungsflu- ids beim Durchströmen des Behälters 1 , d.h. bei der Beladung und/oder Entladung der Wärmespeichervorrichtung, maximal 30%, vorzugsweise maximal 20 %, bevorzugt maximal 15 % des freien Behältervolumens (= das nicht von den Wärmespeicherelementen 2 eingenommene Behältervolumen).
Die Wärmespeicherelemente 2 sind granulierte Krümel eines vernetzten Polymers, vorzugsweise eines vernetzten Polyethylens. Derartige Wärmespeicherelemente 2 bleiben auch beim Phasenübergang formstabil. Durch die Vernetzung werden Bindungen zwischen den kristallinen Strukturen des Materials geschaffen, die verhindern, dass das Material beim Phasenübergang wie Wachs zerläuft. Bei einer Erhitzung des vernetzten Polyethylens über die Phasenübergangstemperatur, die in der Größenordnung von + 130 0C liegt, verändert sich die Konsistenz des vernetzten Polyethylens und wird gummiartig. Es ist ausreichend, wenn die Wärmespeicherelemente 2 eine beim Schmelzen formstabile Hülle, z.B. aus vernetztem Polyethylen, und einen schmelzenden Kern enthalten.
Der Kern enthält dabei vorzugsweise ein Blend aus wenigstens zwei Polymeren, Paraffinen, Wasser und/oder Füllstoffen, um das Schmelzverhalten und bestimmte Eigenschaften des Kerns gezielt zu beeinflussen. Die Wärmespeicherelemente 2 stellen eine Schüttung dar, wobei das Volumen der einzelnen Wärmespeicherelemente 2 jeweils zwischen 0,1 bis 10 cm3, vorzugsweise 1 ,0 bis 5 cm3, bevorzugt 2,5 cm3 liegt.
Um eine möglichst geringe Menge eines Wärmeübertragungsfluids auf eine möglichst große Wärmekontaktoberfläche der Wärmespeicherelemente 2 zu verteilen, ist die Benet- zungseinrichtung 3 vorgesehen, welche das Wärmeübertragungsfluid fein verteilt und zumindest einige der Wärmespeicherelemente 2 derart mit dem Wärmeübertragungsfluid benetzt und gezielt beaufschlagt, so dass das Wärmeübertragungsfluid zwischen den Wärmespeicherelementen 2 filmförmig verrinnt. Die Benetzungseinrichtung 3 ist als Sprühoder Berieselungseinrichtung ausgebildet, um das flüssige Wärmeübertragungsfluid möglichst fein zu zerstäuben, so dass es in Tröpfchenform und/oder als Spray und/oder als Nebel vorliegt. Die Benetzungseinrichtung 3 umfasst mehrere Ausgänge bzw. Düsen, um das Wärmeübertragungsfluid möglichst fein und gleichmäßig über die oben liegenden Wärmespeicherelemente 2 zu verteilen. Vorzugsweise ist die Benetzungseinrichtung 3, wie in Figur 1 dargestellt, über den Wärmespeicherelementen 2 angeordnet, so dass das Wärmeübertragungsfluid, das vorzugsweise eine größere Dichte als Luft aufweist, unter dem Einfluss der Schwerkraft nach unten fällt und sich auf den obersten Wärmespeicherelementen 2 absetzt.
Alternativ oder zusätzlich kann eine Verdampfungseinrichtung (nicht dargestellt) vorhanden sein, um das Wärmeübertragungsfluid im unteren Bereich des Behälters 1 zu verdampfen, so dass es an den Wärmespeicherelementen 2 kondensiert.
Als Wärmeübertragungsfluid wird ein Öl oder eine wässrige Lösung mit wenigstens einem Zusatz zur Verringerung des Dampfdrucks eingesetzt, wobei die wässrige Lösung als Zu- satz Salz(e) und/oder Alkohol(e) und/oder andere Zusatzstoffe enthält.
Der Behälter 1 ist isoliert und enthält eine Wärmedämmung 7.
Die bevorzugte Anwendung der erfindungsgemäßen Wärmespeichervorrichtung wird nachfolgend beschrieben.
Über einen Zulauf 4 gelangt das Wärmeübertragungsfluid über die Benetzungseinrich- tung 3 in den Behälter 1. Durch die Benetzungseinrichtung 3 werden zumindest einige der Wärmespeicherelemente 2 derart mit dem Wärmeübertragungsfluid benetzt und in feiner Verteilung gezielt beaufschlagt, dass das Wärmeübertragungsfluid zwischen den Wärmespeicherelementen 2 filmförmig verrinnt. Am Boden des Behälters 1 wird das Wärmeübertragungsfluid von einer trichterförmigen Sammeleinrichtung gesammelt, und über ei- nen Ablauf 5 wird das Wärmeübertragungsfluid wieder aus dem Behälter 1 entnommen. Zwischen dem Ablauf 5 und dem Zulauf 4 ist eine Wärmeübertragungseinrichtung 8 angeordnet, um Wärme aus einem anderen Wärmekreislaufsystem auf die Wärmespeichervorrichtung zu übertragen.
Bei der Beladung der Wärmespeichervorrichtung wird der Wärmespeichervorrichtung Ener- gie zugeführt. Dabei wird das Wärmeübertragungsfluid beim Durchlaufen der Wärmeübertragungseinrichtung 8 erwärmt und gibt die Wärmeenergie beim Durchströmen des Behälters 1 an die Wärmespeicherelemente 2 ab. Das abgekühlte Wärmeübertragungsfluid wird der Wärmeübertragungseinrichtung 8 wieder zugeführt und der Kreislauf beginnt von vorne. Bei der Entladung der Wärmespeichervorrichtung wird der Wärmespeichervorrichtung E- nergie abgezogen. Dabei wird das Wärmeübertragungsfluid beim Durchlaufen der Wärmeübertragungseinrichtung 8 abgekühlt und nimmt die Wärmeenergie beim Durchströmen des Behälters 1 von den Wärmespeicherelementen 2 auf. Das erwärmte Wärmeüber- tragungsfluid wird der Wärmeübertragungseinrichtung 8 wieder zugeführt und der Kreislauf beginnt von vorne.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Wärmespeichervorrichtung mit einer Verdampfungseinrichtung wird das Wärmeübertragungsfluid im Behälter verdampft. Bei der Beladung der Wärmespeichervorrichtung wird der Wärmespeichervorrichtung Energie zugeführt. Dabei wird das Wärmeübertragungsfluid über die Verdampfungseinrichtung erwärmt und verdampft und gibt die Wärmeenergie beim Kondensieren an die Wärmespeicherelemente 2 ab. Das abgekühlte Wärmeübertragungsfluid wird der Verdampfungseinrichtung wieder zugeführt und verdampft, so dass der Kreislauf von vorne beginnt. Die Verdampfungseinrichtung wird vorzugsweise mit Wärme aus einem anderen Wärmekreislaufsystem ge- speist.
Die Entladung der Wärmespeichervorrichtung erfolgt wie im vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiel, wobei die Wärmespeicherelemente 2 in feiner Verteilung mit dem Wärmeübertragungsfluid beaufschlagt bzw. benetzt werden und Wärme an das Wärmeübertragungsfluid abgeben.
Bevorzugte Anwendungen sind Solaranlagen oder Biogasanlagen. Die Wärmespeichervorrichtung ist prinzipiell überall dort anwendbar, wo Abwärme im Bereich der Größenordnung der Phasenübergangstemperatur der Wärmespeicherelemente 2 entsteht, und wobei die Abwärme zu einem späteren Zeitpunkt nutzbar ist.
Der Druck im Behälter 1 entspricht annähernd dem Druck der umgebenden Atmosphäre, so dass gesonderte Druckdichtungen nicht erforderlich sind. Zum Beladen und zum Entladen der Wärmespeichervorrichtung 1 können unterschiedliche Wärmeübertragungsfluide verwendet werden. Zum Beispiel kann die Wärmespeichervorrichtung 1 derart an ein System gekoppelt werden, das Abgas mit einer Temperatur größer als die Phasenübergangstemperatur der Wärmespeicherelemente 2 in den Behälter 1 zum Beladen der Wärmespei- chervorrichtung eingeleitet wird, wobei die Entladung der Wärmespeichervorrichtung durch flüssiges Wärmeübertragungsfluid, z.B. Öl, bewerkstelligt wird.

Claims

Patentansprüche
1. Wärmespeichervorrichtung, insbesondere Latentwärmespeichervorrichtung, umfassend wenigstens einen Behälter (1) mit diskreten Wärmespeicherelementen (2) und einem Wärmeübertragungsfluid, gekennzeichnet durch eine Benetzungseinrich- tung (3), um die Wärmespeicherelemente (2) mit dem Wärmeübertragungsfluid zu be- netzen.
2. Wärmespeichervorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmespeicherelemente (2) ein Material enthalten, das bei einem Phasenübergang formstabil bleibt.
3. Wärmespeichervorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Wärmespeicherelemente (2) aus einem Material bestehen, das in einem Betriebstemperaturbereich der Wärmespeichervorrichtung einen Phasenübergang aufweist.
4. Wärmespeichervorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmespeicherelemente (2) ein vernetzbares oder vernetztes Polymer, bevorzugt vernetzbares oder vernetztes Polyethylen, oder ein Elastomer oder ein EPDM oder ein TPB enthalten.
5. Wärmespeichervorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmespeicherelemente (2) eine beim Phasenübergang formstabile Hülle und einen schmelzenden Kern enthalten.
6. Wärmespeichervorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmespeicherelemente (2) ein Blend aus wenigstens zwei Polymeren als Kern enthalten.
7. Wärmespeichervorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kerne der Wärmespeicherelemente (2) Paraffine oder Wasser enthalten.
8. Wärmespeichervorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Wärmespeicherelemente (2) als Schüttung in der Wärmespeichervorrichtung angeordnet sind.
9. Wärmespeichervorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmespeicherelemente (2) jeweils ein Volumen von
0,1 bis 10 cm3 aufweisen.
10. Wärmespeichervorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Benetzungseinrichtung (3) als Sprüh- oder Berieselungs- oder Verdampfungseinrichtung ausgebildet ist.
11. Wärmespeichervorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmespeichervorrichtung ein Wärmeübertragungseinrichtung aufweist, die insbesondere die Verwendung unterschiedlicher Wärmeübertragungsflui- de zum Beladen und zum Entladen ermöglicht.
12. Wärmespeichervorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeübertragungsfluid Luft, Dampf, Öl, Wasser oder eine wässrige Lösung mit wenigstens einem Zusatz zur Verringerung des Dampfdruckes, vorzugsweise Salz(e) und/oder Alkohol(e), enthält.
13. Wärmespeichervorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (1 ) eine Wärmedämmung (7) aufweist.
14. Wärmespeichervorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmespeichervorrichtung transportabel ausgeführt und somit zum Transport von Wärme geeignet ist.
15. Wärmespeichervorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das verbleibende Volumen im Behälter (1 ), das sich durch die (Teil-)Befüllung mit Wärmespeicherelementen (2) und Wärmeübertragungsfluid ergibt, mit einem Inertgas gefüllt ist.
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