WO2009049847A1 - Latent heat store - Google Patents

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WO2009049847A1
WO2009049847A1 PCT/EP2008/008646 EP2008008646W WO2009049847A1 WO 2009049847 A1 WO2009049847 A1 WO 2009049847A1 EP 2008008646 W EP2008008646 W EP 2008008646W WO 2009049847 A1 WO2009049847 A1 WO 2009049847A1
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WO
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heat
medium
storage medium
transport medium
latent heat
Prior art date
Application number
PCT/EP2008/008646
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German (de)
French (fr)
Inventor
Christof Lagaly
Original Assignee
Rev Renewable Energy Ventures
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D20/02Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat
    • F28D20/025Heat 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 in direct contact with a heat-exchange medium or with another heat storage material
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/14Thermal energy storage

Definitions

  • the invention relates to a latent heat storage with a container which is filled at least in part with a storage medium and a heat transfer medium, which is guided in a circulation, which arranged in the storage medium heat transport medium line with at least one inlet opening and at least one of the flow Storage medium with the heat transport medium serving outlet opening comprises.
  • a latent heat storage utilizes the enthalpy of reversible thermodynamic state changes of the storage medium, such as e.g. the phase transition solid (melt-solidify), or reversible chemical reactions, such. chemisorption-based absorption and desorption processes.
  • the utilization of the phase transition solid-liquid is the most frequently used principle.
  • When charging a latent heat storage mostly salts or paraffins are melted as a storage medium, which absorb heat energy, namely heat of fusion. Since the process of melting is reversible, the storage medium releases the heat energy absorbed during solidification.
  • Such latent heat storage are suitable, for example, to store alternating or not permanently accumulating heat energy over a longer period and are described for example in DE 30 07 275 A1.
  • EP 1 598 406 A1 discloses latent heat storage materials.
  • the invention has for its object to provide a latent heat accumulator of the type mentioned, which ensures a relatively fast melting of a solidified storage medium with a simple structure.
  • the aforementioned object is achieved by a latent heat accumulator with a container which is at least partially filled with a storage medium and a heat transport medium, which is guided in a first recirculation, which arranged in the storage medium heat transport medium line with at least one inlet opening and at least one the flow through the storage medium with the heat transfer medium serving first outlet opening, wherein the arranged in the storage medium heat transport medium line comprises at least a second outlet opening and part of a switchable second Ummélznikanks for the heat transport medium and / or wherein the latent heat storage one of the first outlet opening associated heating device for Heating the first outlet comprises.
  • a particularly fast and efficient melting of the storage medium is achieved by simple means.
  • heat transport medium line is at least partially disposed in the vicinity of the bottom of the container.
  • first outlet opening is arranged in the vicinity of the bottom of the container.
  • the first outlet opening is formed as a bore.
  • the first circulation circuit comprises an intake for sucking heat transfer medium from the container.
  • the first circulation circuit comprises a guided from the intake manifold to the inlet heat transport medium line.
  • the second circulation circuit comprises a guided from the second outlet opening to the inlet opening and / or to an outlet in the container heat transport medium line.
  • the heating device comprises a second or further circulation circuit for the heat transport medium, which comprises a heat transport medium line arranged in the region of the first outlet opening.
  • the heating device may comprise an additional heater or an electric heater.
  • a heating resistor may be provided in the region or in the vicinity of the first outlet opening.
  • a heat exchanger is provided for supplying heat to and / or for removing heat from a heat transport medium flowing in the heat transport medium line guided from the intake pipe to the inlet opening.
  • a heat exchanger is provided for supplying heat to and / or for removing heat from a heat transport medium flowing in the heat transport medium line guided from the second outlet opening to the inlet opening.
  • a heat exchanger is provided for supplying heat to and / or for removing heat from a heat transport medium flowing in a heat transport medium line of the second or further circulation circuit.
  • a heater is provided for heating a flowing in the guided from the intake manifold to the inlet heat transfer medium conduit heat transport medium.
  • a heater is provided for heating a heat transport medium flowing in the heat transport medium line guided from the second outlet opening to the inlet opening.
  • a heater is provided for heating a heat transport medium flowing in a heat transport medium line of the second or further circulation circuit.
  • a coaxial tube comprises in particular an inner tube and an outer tube.
  • the coaxial tube is meandering or spirally guided over the bottom of the container.
  • a plurality of coaxial tubes are arranged in parallel within the storage medium. For larger latent heat storage so that a homogeneous loading or unloading can be achieved with heat energy.
  • the latent heat storage on, in particular in the region of the first outlet opening provided, ultrasonic source can be, for example, "Effect of Ultrasonic irradiation on nucleation phenomena in a Na 2 HPO 4 12H 2 O. Melting as a heat storage material", Etsuko Miyasaka, Masakazu Takai, Hideto Hidaka, Yoshihide Kakimoto, Izumi Hirasawa, Ultrasonics Sonochemistry 13 (2006) 308-312 and "Sonocrystallization: The Use of Ultrasound for Improved Industrial Crystallization", Graham Ruecroft, David Hipkiss, Tuan Ly, Neil Maxted, Peter W. Cainst, Organic Process Research & Development 2005, 9, 923- 932, are taken.
  • At least one pump is provided to implement a circulation circuit. It can be provided that a separate pump is provided for each circulation circuit. It can also advantageously be provided that only a single pump is provided for the first circulation circuit and the second circulation circuit, for the first circulation circuit and the further circulation circuit and / or for the first circulation circuit, the second circulation circuit and the further circulation circuit. For this purpose, the circulation circuits are nested together accordingly.
  • the latent heat storage is used in particular for the storage of heat energy from a cooled solar energy system for generating electrical voltage. This can be stored very effectively thermal energy without delay from solar panels and delivered to service water systems or radiators for space heating.
  • the use of latent heat storage is not limited to photovoltaic systems. Rather, a use in connection with thermal solar systems or other facilities, such. As cooling industrial plants, carried out, which should be withdrawn to heat.
  • a latent heat accumulator with a container for receiving a storage medium and a heat transport medium, which is guided in a recirculation circuit comprising a pump and a arranged in the region of the storage medium pipe with a flow and a return to flow through the heat transport medium, wherein at least one arranged in the region of a bottom of the container pipe section, which connects the flow to the return, is designed as a double-walled coaxial tube.
  • the heat transport medium is pumped through the pipe section surrounded by the storage medium, whereby a solidified storage medium is heated relatively quickly and thus liquefied.
  • the heat exchange cycle can therefore be taken after solidification of the storage medium with high efficiency in operation and it is compared to a supplementary heating a high level of energy saved because compared to the heating power only a relatively low pumping power must be expended.
  • the coaxial tube ensures in each case, so even with a solidified storage medium, a flow of the heat transfer medium, which to the inner tube heated adjacent storage medium. By arranging the coaxial tube near the bottom of the container, a dead volume in the container with unmelted storage medium is prevented and the entire container with the storage medium is flowed through by the heat transport medium, starting at the bottom of the container.
  • the flow is formed at least in the region of the storage medium as a double-walled coaxial tube.
  • the flow of the heat transfer medium for heating the adjacent to the inner tube storage medium is also made possible by the inner tube of the coaxial tube of the flow.
  • the coaxial tube in the region of the bottom comprises an inner tube and an outer tube provided with radial openings.
  • the openings of the outer tube are formed as bores and thus inexpensive to produce and arranged in their number and orientation for an optimal outlet of the heat exchanger medium.
  • the openings in the outer tube are arranged opposite the bottom of the container. In the directed down to the bottom openings occurs relatively little storage medium, since the pressure is lower than on the upwardly directed side of the outer tube.
  • the heat transport medium substantially flows through the inner tube or the outer tube of the coaxial tube with the heat transfer medium, wherein when flowing through the outer tube, the heat transport medium exits through the openings of the outer tube into the surrounding storage medium. If the storage medium is present in partially melted or liquid state, the heat transport medium is in contact with the storage medium, which absorbs heat energy directly or releases it to the heat transport medium.
  • the storage medium is in the solid state, although a direct flow through the storage medium with the heat transport medium due to a blockage of the openings in the outer tube or the annular gap between the inner tube and the outer tube is prevented, but since a flow through the inner tube is not hindered by can However, still a certain heat exchange can be achieved, so that as a result of heat conduction to the outer tube, a melting of the storage medium first in the annular gap and closing in the immediate vicinity of the coaxial tube is made possible, whereby the heat exchange cycle, starting rapidly in the region of the lead quickly.
  • the melting of the storage medium takes place to a greater extent in the region of the flow and the return in the contact zone of the heat transfer medium and the storage medium, can here on the outside of the coaxial tube of the flow or the return, shortly after the start of the melting process, the heat transfer medium into the storage medium penetrate, in order to accelerate the melting or enforce the storage medium with the heat transfer medium.
  • the flow through the inner tube or the outer tube by means of a regulator used in the recirculation, in particular pressure regulator, controllable.
  • a regulator used in the recirculation in particular pressure regulator, controllable.
  • the pressure regulator opens at least partially, as a result of which a circulation through the inner tube is released.
  • the pressure in the outer tube decreases again, since at least part of the heat transport medium again flows through the annular gap and the openings into the partially molten storage medium, the circulation is interrupted again due to the closing pressure regulator through the inner tube and the complete flow takes place through the annular gap.
  • the inner tube and the outer tube of the coaxial tube are made of a good heat-conductive material, in particular copper.
  • the coaxial tube between inner tube and outer tube thermally conductive elements.
  • This can be realized, for example, by webs of copper or a filling of copper wool.
  • the coaxial tube is meandering or spirally guided over the bottom of the container.
  • a plurality of coaxial tubes are arranged in parallel within the storage medium. For larger latent heat storage so that a homogeneous loading or unloading can be achieved with heat energy.
  • the circulation circuit in the flow on an end projecting into the heat transport medium intake manifold, which is connected to the pump to which a connected to the outer tube of the bottom coaxial pipe down pipe is connected, wherein the downpipe is coupled to the controller, of which a with the inner tube of the coaxial tube coupled short circuit line goes off, and the inner tube is connected to a leading to the heat transfer medium return.
  • the outer tube of the coaxial tube is formed in the flow as directly connected to the pump down pipe and the inner tube as the regulator downstream short-circuit line.
  • salt e.g. Sodium acetate trihydrate
  • wax-like material e.g. Paraffin
  • oil When using a salt as a storage medium, oil has proven to be an ideal heat transport medium in view of the very low solubility of molten salt. The oil can therefore come into direct contact with the molten storage medium. In addition, oil has the advantage that it builds up only a very low vapor pressure when heated and can also be used at higher temperatures (for example above 100 ° C.) without special safety measures, such as special pressure vessels with safety valves.
  • a heat exchanger coupled to a heat exchanger circuit is inserted into the storage medium.
  • the heat exchanger circuit can be operated, for example, with water, while oil is used as the heat transfer medium in the container.
  • the latent heat storage is used in particular for the storage of heat energy from a cooled solar energy system for generating electrical voltage. This can be stored very effectively thermal energy without delay from solar panels and delivered to service water systems or radiators for space heating.
  • the use of latent heat storage is not limited to photovoltaic systems. Rather, a use in connection with thermal solar systems or other facilities, such. As cooling industrial plants, carried out, which should be withdrawn to heat.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a latent heat accumulator according to the invention with a liquid storage medium
  • FIG. 2 shows the latent heat storage of FIG. 1 with the solidified storage medium
  • FIG. 3 shows the latent heat storage of FIG. 1 in the first alternative embodiment
  • FIG. 4 shows the latent heat storage of FIG. 1 in a further alternative embodiment
  • Fig. 7 shows another embodiment of a latent heat storage
  • the latent heat accumulator 1 shows an exemplary embodiment of a latent heat accumulator 1.
  • the latent heat accumulator 1 comprises a container 10 with a storage medium 20 in the form of a salt, namely sodium acetate trihydrate which, by supplying heat or dissipating heat, changes its state of aggregation from solid to liquid or from liquid to solid changes and stores or gives off heat energy due to this change in its state of aggregation.
  • the storage medium 20 is covered in the container 10 with a heat transport medium 30 in the form of an oil such that the level 31 of the heat transfer medium 30 is significantly above the level 21 of the storage medium 20.
  • FIGS. 1, 2 and 4 show heat exchanger circuits, ie inlets and outlets for the heat transport medium 30, which are used to supply energy from a heating system, For example, a boiler and / or a Solarkallektorstrom, or for heat extraction, eg for loading a water heater, serve, not shown.
  • a heating system For example, a boiler and / or a Solarkallektorstrom, or for heat extraction, eg for loading a water heater, serve, not shown.
  • the latent heat accumulator 1 is provided with a recirculation circuit for the heat transport medium 30, which comprises a pump 42 in a feed 52 and according to FIGS. 1 to 3 designed as a coaxial tube 45 pipe section extending along a side wall 12 and a bottom 11 of the container 10 extends.
  • the coaxial tube 45 has an inner tube 48 and an outer tube 46, which is provided in the region of the bottom 11 with openings 47.
  • An upper end of the coaxial tube 45 of the feed 52 is located above the storage medium 20.
  • the heat transport medium 30 is sucked by a projecting into the heat transport medium 30 intake 41, the free end is above the level 21 of the storage medium 20, sucked by the pump 42 and through a downpipe 40 is passed, which opens into the outer tube 46 surrounded by the storage medium 20.
  • the storage medium 20 is at least partially charged with thermal energy and therefore liquefied or not solid.
  • the heat transfer medium 30 flows through the downpipe 40 and the outer tube 46 and enters through the pointing in the direction of the bottom 1 1 of the container 10 openings 47 in the immediately adjacent to the bottom 11 arranged outer tube 46 into the storage medium 20 in which it is distributed and heat releasably rises to collect above the storage medium 20.
  • the heat transport medium 30 can not escape through the openings 47 of the outer tube 96 either through the annular gap 51 between the outer tube 48 and the inner tube 48 of the coaxial tube 45, whereby the pressure in the Downpipe 40 increases and the same further solidified due to the decreasing entry of heat into the storage medium 20.
  • Branch 93 In order to convert the solid storage medium 20 back into the liquid state in which it can store heat, as shown in FIG. Branch 93 from, in which a designed as a pressure regulator 44 is used, which opens from a certain pressure in the downpipe 40, after which the heat transfer medium 30 passes through a short-circuit line 50 in the inner tube 48 of the coaxial tube 45.
  • the inner tube 48 is connected to a return 49 to direct the heat transfer medium 30 above the level 21 of the storage medium 20 in the container.
  • the heat transport medium 30 first flows through the inner tube 48 of the coaxial tube 45, so that by heat conduction, the storage medium 20 in the immediate vicinity, d. H. is melted in the annular gap 51 of the coaxial tube 45. Subsequently, the storage medium 20 is liquefied immediately around the outer tube 46 and at the same time passes the heat transport medium 30 both from above along the flow 52 and the return 49 and through the openings 47 in the vicinity of the bottom 11 in the storage medium 20. To a fast. To accomplish transition from the solid to the liquid state, the inner tube 98 and the outer tube 46 are made of a highly thermally conductive material. Particularly suitable are metal pipes, such as copper pipes, which are interconnected.
  • the liquefaction of the storage medium 20 is accompanied by a pressure drop in the outer tube 46 and an associated closing of the passage through the pressure regulator 92. Subsequently, the heat transport medium 30 flows again predominantly through the outer tube 46 and its radial openings 47, whereby the loading of the storage medium 20 with heat energy is made possible with a high efficiency.
  • a heat exchanger 61 coupled to a heat exchanger circuit 60 is inserted into the storage medium 20.
  • the heat exchanger circuit 60 can be operated with water, for example, to carry out a process water heating.
  • the heat transport medium 30 flowing through the storage medium 20 counteracts the formation of an insulating layer by solidifying storage medium 20 on the surface of the heat exchanger 61 upon removal of latent heat.
  • the short-circuit line 50 is aligned parallel to the drop tube 40 and guided to the coaxial tube 45 arranged in the vicinity of the bottom 11.
  • the short-circuit line 50 is in thermal contact with the drop tube 40.
  • the thermal connection can be realized by conductive connections or an immediately adjacent arrangement.
  • FIG. 5 shows a further exemplary embodiment of a latent heat accumulator 101, which comprises a container 110 with a storage medium 120 in the form of a salt, namely sodium acetate trihydrate, which by heat supply or heat dissipation its state of matter from solid to liquid or from liquid to solid reversible changes and stores or gives off heat energy due to this change in its state of aggregation.
  • the storage medium 120 is covered in the container 110 with a heat transport medium 130 in the form of an oil such that the level 131 of the heat transport medium 130 is significantly above the level 121 of the storage medium 120.
  • the container 110 corresponds to the container 10
  • the storage medium 120 corresponds to the storage medium 20
  • the heat transport medium 130 corresponds to the heat transport medium 30th
  • the latent heat storage 101 comprises a first circulation circuit and a second circulation circuit.
  • the first recirculation circuit comprises an intake manifold 155, which is connected via a T-branch 141 with a pump 142.
  • heat transfer medium 130 is sucked via the intake manifold and pumped via an inlet opening 154 into a disposed in the region of the storage medium 120 heat transport medium line 150.
  • the arranged in the storage medium 120 heat transport medium line 150 has a plurality of first outlet openings 151, which are designed as bores, and from which heat transport medium 130 and enters the storage medium 120. In this case, the heat transport medium 130 flows through the storage medium 120. If the heat transport medium 130 is cold, it absorbs heat from the storage medium 120, which crystallizes with increasing heat removal. On the other hand, if the heat transport medium 130 is warm, it gives off heat to the storage medium 120 and melts it.
  • the heat transport medium line 151 arranged in the region of the storage medium 120 is provided with a second outlet opening 153 is provided.
  • the second circulating circuit comprises a heat transport medium line 156 connected to the second outlet opening 153 and guided to the inlet opening 154.
  • the latent heat storage 101 also includes a heat exchanger 143, by means of which the heat transfer medium 130 through a heat source circuit 145 heat can be supplied and by means of which the heat transfer medium 130 through a heat sink circuit 146 heat can be withdrawn.
  • a heat exchanger 143 by means of which the heat transfer medium 130 through a heat source circuit 145 heat can be supplied and by means of which the heat transfer medium 130 through a heat sink circuit 146 heat can be withdrawn.
  • an additional heater 144 may be provided.
  • FIG. 6 shows a latent heat accumulator 201 which is modified relative to the latent heat accumulator 101.
  • the latent heat storage 201 also includes a first recirculation circuit and a second recirculation circuit.
  • the first recirculation circuit includes an intake manifold 155 which is connected to a pump 142.
  • heat transfer medium 130 is sucked via the intake manifold and pumped via an inlet opening 154 into a disposed in the region of the storage medium 120 heat transport medium line 150.
  • the arranged in the storage medium 120 heat transport medium line 150 has a plurality of first outlet openings 151, which are designed as bores, and from which heat transport medium 130 and enters the storage medium 120 and flows through this.
  • the heat transport medium line 150 arranged in the region of the storage medium 120 is again provided with its second outlet opening 153.
  • the second circulation circuit further comprises a heat transport medium line 251 from the second outlet opening 153 to a closing mechanism 245, and a subsequent outlet 252 in the container 1 10 for introducing heat transfer medium 130 into the container 1 10.
  • the first circulation circuit and the second circulation circuit can be operated in parallel.
  • the operation of the latent heat storage 201 takes place in an analogous manner as the operation of the latent heat storage ⁇ 101, wherein the second recirculation cycle can be interrupted by means of the closing mechanism 245.
  • FIG. 7 shows a latent heat accumulator 301 which is modified with respect to the latent heat accumulator 101.
  • the latent heat storage 301 also includes a first recirculation circuit and a second recirculation circuit.
  • the first recirculation circuit comprises an intake manifold 155, which is connected via a T-branch 141 with a pump 142.
  • the pump 142 155 heat transfer medium 130 is sucked via the intake manifold and pumped via an inlet opening 354 in a arranged in the region of the storage medium 120 primatransportmedium- line 350.
  • the arranged in the storage medium 120 heat transport medium line 350 has a plurality of first outlet openings 351, which are designed as bores, and from which heat transport medium 130 and enters the storage medium 120 and flows through this.
  • the heat transport medium line 351 arranged in the region of the storage medium 120 is provided with a second outlet opening 353.
  • the second circulation circuit comprises a heat transport medium line 356 connected to the second outlet opening 353 and partly guided within the heat transport medium line 351 to the inlet opening 154.
  • FIG. 8 shows a latent heat accumulator 401 which is modified relative to the latent heat accumulator 201.
  • the latent heat storage 401 also includes a first recirculation circuit and a second recirculation circuit.
  • the first recirculation circuit includes an intake manifold 155 which is connected to a pump 142. By means of the pump 142, 155 via the intake manifold heat sucked transport medium 130 and pumped via an inlet opening 354 in a arranged in the region of the storage medium 120 heat transport medium line 350.
  • the arranged in the storage medium 120 heat transport medium line 350 has a plurality of first outlet openings 351, which are designed as bores, and from which heat transport medium 130 and enters the storage medium 120 and flows through this.
  • the heat transport medium line 350 arranged in the region of the storage medium 120 is provided with its second outlet opening 353.
  • the second recirculation circuit further includes a heat transport medium conduit 451, partly conducted in the heat transport medium conduit 350, from the second exhaust port 153 to a closure mechanism 245, and a subsequent outlet 252 into the vessel 110 for introducing heat transfer fluid 130 into the vessel 110.
  • all lines and elements of the first recirculation circuit, with the exception of the first outlet openings 351, are part of the second recirculation circuit.
  • the first recirculation circuit and the second recirculation circuit can be operated in parallel.
  • the operation of the latent heat storage 401 takes place in an analogous manner as the operation of the latent heat storage 201.
  • the respective second recirculation circuit in the latent heat storage 101, 201, 301 and 401 is switched so that along the first outlet openings 151 and 351 warm heat transport medium 131 flows and so to a melting of the first outlet openings 151 and 351 leads. Subsequently, it is possible to switch over to the first circulation circuit.

Abstract

The invention relates to a latent heat store (201) with a tank (110), which is at least partly filled with a storage medium (120) and a heat transfer medium (130), which is conducted in a first circulating circuit, which comprises a heat transfer medium line (150), arranged in the region of the storage medium and having at least one inlet opening (154) and at least a first outlet opening that allows the throughflow of the storage medium with the heat transfer medium, wherein the heat transfer medium line, arranged in the region of the storage medium, comprises at least a second outlet opening (153) and is part of a second, additionally connectable circulating circuit for the heat transfer medium and/or wherein the latent heat store comprises a heating device (144), assigned to the first outlet opening, for heating up the first outlet opening.

Description

Latentwärmespeicher Latent heat storage
Die Erfindung betrifft einen Latentwärmespeicher mit einem Behälter, der zumindest zum Teil mit einem Speichermedium und einem Wärmetransportmedium befüllt ist, das in einem Umwälzkreislauf geführt ist, der eine im Bereich des Speichermediums angeordnete Wärmetransportmedium-Leitung mit zumindest einer Eintrittsöffnung und mit zumindest einer der Durchströmung des Speichermediums mit dem Wärmetransportmedium dienenden Austrittsöffnung umfasst.The invention relates to a latent heat storage with a container which is filled at least in part with a storage medium and a heat transfer medium, which is guided in a circulation, which arranged in the storage medium heat transport medium line with at least one inlet opening and at least one of the flow Storage medium with the heat transport medium serving outlet opening comprises.
Ein Latentwärmespeicher nutzt die Enthalpie reversibler thermodynamischer Zu- standsänderungen des Speichermediums, wie z.B. des Phasenübergangs festflüssig (Schmelzen-Erstarren), oder reversibler chemischer Reaktionen, wie z.B. von auf Chemisorption beruhender Absorptions- und Desorptionsprozessen. Die Ausnutzung des Phasenübergangs fest-flüssig ist dabei das am häufigsten genutzte Prinzip. Beim Aufladen eines Latentwärmespeichers werden meist Salze oder Paraffine als Speichermedium aufgeschmolzen, die dabei Wärmeenergie, nämlich Schmelzwärme, aufnehmen. Da der Vorgang des Schmelzens reversibel ist, gibt das Speichermedium die aufgenommene Wärmeenergie beim Erstarren wieder ab. Derartige Latentwärmespeicher sind beispielsweise geeignet, wechselhaft bzw. nicht dauernd anfallende Wärmeenergie über einen längeren Zeitraum zu speichern und sind beispielsweise in der DE 30 07 275 A1 beschrieben. Die EP 1 598 406 A1 offenbart Latentwärmespeichermaterialien.A latent heat storage utilizes the enthalpy of reversible thermodynamic state changes of the storage medium, such as e.g. the phase transition solid (melt-solidify), or reversible chemical reactions, such. chemisorption-based absorption and desorption processes. The utilization of the phase transition solid-liquid is the most frequently used principle. When charging a latent heat storage mostly salts or paraffins are melted as a storage medium, which absorb heat energy, namely heat of fusion. Since the process of melting is reversible, the storage medium releases the heat energy absorbed during solidification. Such latent heat storage are suitable, for example, to store alternating or not permanently accumulating heat energy over a longer period and are described for example in DE 30 07 275 A1. EP 1 598 406 A1 discloses latent heat storage materials.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Latentwärmespeicher der eingangs genannten Art zu schaffen, der bei einem einfachen Aufbau ein relativ schnelles Schmelzen eines verfestigten Speichermediums sicherstellt. Vorgenannte Aufgabe wird durch einen Latentwärmespeicher mit einem Behälter gelöst, der zumindest zum Teil mit einem Speichermedium und einem Wärmetransportmedium befüllt ist, das in einem ersten Umwälzkreislauf geführt ist, der eine im Bereich des Speichermediums angeordnete Wärmetransportmedium-Leitung mit zumindest einer Eintrittsöffnung und mit zumindest einer der Durchströmung des Speichermediums mit dem Wärmetransportmedium dienenden ersten Austrittsöffnung umfasst, wobei die im Bereich des Speichermediums angeordnete Wärmetransportmedium-Leitung zumindest eine zweite Austrittsöffnung umfasst und Teil eines zuschaltbaren zweiten Umwälzkreislaufs für das Wärmetransportmedium ist und/oder wobei der Latentwärmespeicher eine der ersten Austrittsöffnung zugeordnete Heizvorrichtung zum Erwärmen der ersten Austrittsöffnung umfasst. Auf diese Weise wird mit einfachen Mitteln ein besonders schnelles und effizientes Aufschmelzen des Speichermediums erreicht.The invention has for its object to provide a latent heat accumulator of the type mentioned, which ensures a relatively fast melting of a solidified storage medium with a simple structure. The aforementioned object is achieved by a latent heat accumulator with a container which is at least partially filled with a storage medium and a heat transport medium, which is guided in a first recirculation, which arranged in the storage medium heat transport medium line with at least one inlet opening and at least one the flow through the storage medium with the heat transfer medium serving first outlet opening, wherein the arranged in the storage medium heat transport medium line comprises at least a second outlet opening and part of a switchable second Umwälzkreislaufs for the heat transport medium and / or wherein the latent heat storage one of the first outlet opening associated heating device for Heating the first outlet comprises. In this way, a particularly fast and efficient melting of the storage medium is achieved by simple means.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die im Bereich des Speichermediums angeordnete Wärmetransportmedium-Leitung zumindest zum Teil in der Nähe des Bodens des Behälters angeordnet. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die erste Austrittsöffnung in der Nähe des Bodens des Behälters angeordnet.In an advantageous embodiment of the invention arranged in the region of the storage medium heat transport medium line is at least partially disposed in the vicinity of the bottom of the container. In a further advantageous embodiment of the invention, the first outlet opening is arranged in the vicinity of the bottom of the container.
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die die erste Austrittsöffnung als Bohrung ausgebildet.In a further advantageous embodiment of the invention, the first outlet opening is formed as a bore.
Als besonders geeignetes Speichermedium hat sich Salz, z.B. Natriumacetat- Trihydrat, oder ein wachsähnliches Material, z.B. Paraffin, erwiesen. Diese Materialien sind ungefährlich und können ohne Probleme gehandhabt werden. Bei Verwendung eines Salzes als Speichermedium hat sich im Hinblick auf die sehr geringe Löslichkeit von geschmolzenem Salz Öl als ideales Wärmetransportmedium erwiesen. Das Öl kann daher direkt in Kontakt mit dem aufgeschmolzenen Speichermedium treten. Zudem bietet Öl den Vorteil, dass dieses nur einen sehr geringen Dampfdruck bei Erwärmung aufbaut und auch bei höheren Temperaturen (z.B. über 100° C) ohne besondere sicherheitstechnische Maßnahmen, wie beispielsweise spezielle Druckbehälter mit Sicherheitsventilen, genutzt werden. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung der erste Umwälzkreislauf einen Ansaugstutzen zum Ansaugen von Wärmetransportmedium aus dem Behälter umfasst. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfasst der erste Umwälzkreislauf eine von dem Ansaugstutzen zu der Eintrittsöffnung geführte Wärmetransportmedium-Leitung.As a particularly suitable storage medium, salt, for example sodium acetate trihydrate, or a wax-like material, for example paraffin, has been found. These materials are safe and can be handled without problems. When using a salt as a storage medium, oil has proven to be an ideal heat transport medium in view of the very low solubility of molten salt. The oil can therefore come into direct contact with the molten storage medium. In addition, oil has the advantage that it builds up only a very low vapor pressure when heated and even at higher temperatures (eg above 100 ° C) without special safety measures, such as special pressure vessels with safety valves, are used. In a further advantageous embodiment of the invention, the first circulation circuit comprises an intake for sucking heat transfer medium from the container. In a further advantageous embodiment of the invention, the first circulation circuit comprises a guided from the intake manifold to the inlet heat transport medium line.
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfasst der zweite Umwälzkreislauf eine von der zweiten Austrittsöffnung zu der Eintrittsöffnung und/oder zu einem Auslass in den Behälter geführte Wärmetransportmedium-Leitung.In a further advantageous embodiment of the invention, the second circulation circuit comprises a guided from the second outlet opening to the inlet opening and / or to an outlet in the container heat transport medium line.
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Heizvorrichtung einen zweiten oder weiteren Umwälzkreislauf für das Wärmetransportmedium, der eine im Bereich der ersten Austrittsöffnung angeordnete Wärmetransportmedium- Leitung umfasst. Alternativ oder zusätzlich kann die Heizvorrichtung eine Zusatzheizung bzw. eine elektrische Heizung umfassen. Dabei kann ein Heizwiderstand im Bereich bzw. in der Nähe der ersten Austrittsöffnung vorgesehen sein.In a further advantageous embodiment of the invention, the heating device comprises a second or further circulation circuit for the heat transport medium, which comprises a heat transport medium line arranged in the region of the first outlet opening. Alternatively or additionally, the heating device may comprise an additional heater or an electric heater. In this case, a heating resistor may be provided in the region or in the vicinity of the first outlet opening.
Es kann ein Regler vorgesehen sein, mittels dessen der zweite und/oder weitere Umwälzkreislauf in Abhängigkeit eines Drucks im ersten Umwälzkreislauf zugeschaltet werden kann.It can be provided a regulator, by means of which the second and / or further circulation circuit can be switched in response to a pressure in the first recirculation cycle.
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist ein Wärmetauscher zum Zuführen von Wärme zu und/oder zum Abführen von Wärme aus einem in der von dem Ansaugstutzen zu der Eintrittsöffnung geführten Wärmetransportmedium- Leitung fließenden Wärmetransportmedium vorgesehen. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist ein Wärmetauscher zum Zuführen von Wärme zu und/oder zum Abführen von Wärme aus einem in der von der zweiten Austrittsöffnung zu der Eintrittsöffnung geführten Wärmetransportmedium-Leitung fließenden Wärmetransportmedium vorgesehen. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist ein Wärmetauscher zum Zuführen von Wärme zu und/oder zum Abführen von Wärme aus einem in einer Wärmetransportmedium-Leitung des zweiten oder weiteren Umwälzkreislaufs fließenden Wärmetransportmedium vorgesehen. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist eine Heizung zum Erwärmen eines in der von dem Ansaugstutzen zu der Eintrittsöffnung geführten Wärmetransportmedium-Leitung fließenden Wärmetransportmediums vorgesehen. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist eine Heizung zum Erwärmen eines in der von der zweiten Austrittsöffnung zu der Eintrittsöffnung geführten Wärmetransportmedium-Leitung fließenden Wärmetransportmediums vorgesehen. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist eine Heizung zum Erwärmen eines in einer Wärmetransportmedium-Leitung des zweiten oder weiteren Umwälzkreislaufs fließenden Wärmetransportmediums vorgesehen.In a further advantageous embodiment of the invention, a heat exchanger is provided for supplying heat to and / or for removing heat from a heat transport medium flowing in the heat transport medium line guided from the intake pipe to the inlet opening. In a further advantageous embodiment of the invention, a heat exchanger is provided for supplying heat to and / or for removing heat from a heat transport medium flowing in the heat transport medium line guided from the second outlet opening to the inlet opening. In a further advantageous embodiment of the invention, a heat exchanger is provided for supplying heat to and / or for removing heat from a heat transport medium flowing in a heat transport medium line of the second or further circulation circuit. In a further advantageous embodiment of the invention, a heater is provided for heating a flowing in the guided from the intake manifold to the inlet heat transfer medium conduit heat transport medium. In a further advantageous embodiment of the invention, a heater is provided for heating a heat transport medium flowing in the heat transport medium line guided from the second outlet opening to the inlet opening. In a further advantageous embodiment of the invention, a heater is provided for heating a heat transport medium flowing in a heat transport medium line of the second or further circulation circuit.
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die im Bereich des Speichermediums angeordnete Wärmetransportmedium-Leitung zumindest zum Teil als Koaxialrohr ausgestaltet. Ein Koaxialrohr umfasst insbesondere ein Innenrohr und ein Außenrohr. Gemäß einer Weiterbildung ist das Koaxialrohr mäander- oder spiralförmig über dem Boden des Behälters geführt. In alternativer oder zusätzlicher Ausgestaltung sind mehrere Koaxialrohre innerhalb des Speichermediums parallel geschaltet angeordnet. Bei größeren Latentwärmespeichern kann damit eine homogene Be- bzw. Entladung mit Wärmeenergie erzielt werden.In a further advantageous embodiment of the invention, arranged in the region of the storage medium heat transport medium line is at least partially designed as a coaxial tube. A coaxial tube comprises in particular an inner tube and an outer tube. According to a development, the coaxial tube is meandering or spirally guided over the bottom of the container. In an alternative or additional embodiment, a plurality of coaxial tubes are arranged in parallel within the storage medium. For larger latent heat storage so that a homogeneous loading or unloading can be achieved with heat energy.
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist der Latentwärmespeicher eine, insbesondere im Bereich der ersten Austrittsöffnung vorgesehene, Ultraschallquelle auf. Mögliche Ausgestaltungen einer derartigen Ultraschallquelle können z.B. "Effect of Ultrasonic irradiation on nucleation phenomena in a Na2HPO4 12H2O melt being used as a heat storage material", Etsuko Miyasaka, Masakazu Takai, Hideto Hidaka, Yoshihide Kakimoto, Izumi Hirasawa, Ultrasonics Sonochemistry 13 (2006) 308-312 und "Sonocrystallization: The Use of Ultrasound for Improved Industrial Crystallization", Graham Ruecroft, David Hipkiss, Tuan Ly, Neil Maxted, Peter W. Cainst, Organic Process Research & Development 2005, 9, 923-932, entnommen werden.In a further advantageous embodiment of the invention, the latent heat storage on, in particular in the region of the first outlet opening provided, ultrasonic source. Possible embodiments of such an ultrasound source can be, for example, "Effect of Ultrasonic irradiation on nucleation phenomena in a Na 2 HPO 4 12H 2 O. Melting as a heat storage material", Etsuko Miyasaka, Masakazu Takai, Hideto Hidaka, Yoshihide Kakimoto, Izumi Hirasawa, Ultrasonics Sonochemistry 13 (2006) 308-312 and "Sonocrystallization: The Use of Ultrasound for Improved Industrial Crystallization", Graham Ruecroft, David Hipkiss, Tuan Ly, Neil Maxted, Peter W. Cainst, Organic Process Research & Development 2005, 9, 923- 932, are taken.
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist zumindest eine Pumpe vorgesehen, um einen Umwälzkreislauf zu implementieren. Es kann vorgesehen sein, dass für jeden Umwälzkreislauf eine eigene Pumpe vorgesehen ist. Es kann jedoch auch vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass für den ersten Umwälzkreislauf und den zweiten Umwälzkreislauf, für den ersten Umwälzkreislauf und den weiteren Umwälzkreislauf und/oder für den ersten Umwälzkreislauf, den zweiten Umwälzkreislauf sowie den weiteren Umwälzkreislauf nur eine einzige Pumpe vorgesehen ist. Dazu sind die Umwälzkreisläufe entsprechend miteinander verschachtelt.In a further advantageous embodiment of the invention, at least one pump is provided to implement a circulation circuit. It can be provided that a separate pump is provided for each circulation circuit. It can However, it can also advantageously be provided that only a single pump is provided for the first circulation circuit and the second circulation circuit, for the first circulation circuit and the further circulation circuit and / or for the first circulation circuit, the second circulation circuit and the further circulation circuit. For this purpose, the circulation circuits are nested together accordingly.
Der Latentwärmespeicher dient insbesondere zur Speicherung von Wärmeenergie aus einer gekühlten Solarenergieanlage zur Erzeugung von elektrischer Spannung. Damit kann sehr effektiv Wärmeenergie ohne Verzögerung aus Sonnenkollektoren gespeichert und an Brauchwasseranlagen bzw. Heizkörper zur Raumheizung abgegeben werden. Selbstverständlich ist der Einsatz des Latentwärmespeichers nicht auf Photovoltaikanlagen beschränkt. Vielmehr kann ein Einsatz auch im Zusammenhang mit thermischen Solaranlagen oder anderen Einrichtungen, z. B. kühlende Industrieanlagen, erfolgen, denen zu Wärme entzogen werden soll.The latent heat storage is used in particular for the storage of heat energy from a cooled solar energy system for generating electrical voltage. This can be stored very effectively thermal energy without delay from solar panels and delivered to service water systems or radiators for space heating. Of course, the use of latent heat storage is not limited to photovoltaic systems. Rather, a use in connection with thermal solar systems or other facilities, such. As cooling industrial plants, carried out, which should be withdrawn to heat.
Vorgenannte Aufgabe wird zudem durch einen Latentwärmespeicher mit einem Behälter zur Aufnahme eines Speichermediums und eines Wärmetransportmediums gelöst, das in einem Umwälzkreislauf geführt ist, der eine Pumpe und eine im Bereich des Speichermediums angeordnete Rohrleitung mit einem Vorlauf und einem Rücklauf zur Durchströmung mit dem Wärmetransportmedium umfasst, wobei zumindest ein im Bereich eines Bodens des Behälters angeordneter Rohrleitungsabschnitt, der den Vorlauf mit dem Rücklauf verbindet, als doppelwandiges Koaxialrohr ausgeführt ist.The aforementioned object is also achieved by a latent heat accumulator with a container for receiving a storage medium and a heat transport medium, which is guided in a recirculation circuit comprising a pump and a arranged in the region of the storage medium pipe with a flow and a return to flow through the heat transport medium, wherein at least one arranged in the region of a bottom of the container pipe section, which connects the flow to the return, is designed as a double-walled coaxial tube.
Aufgrund dieser Maßnahmen wird das Wärmetransportmedium durch den von dem Speichermedium umgebenen Rohrleitungsabschnitt gepumpt, wodurch auch ein erstarrtes Speichermedium relativ schnell erwärmt und damit verflüssigt wird. Der Wärmeaustauschkreislauf kann nach dem Erstarren des Speichermediums demnach mit hoher Effizienz in Betrieb genommen werden und es wird gegenüber einer Zusatzheizung ein hohes Maß an Energie eingespart, da gegenüber der Heizleistung lediglich eine verhältnismäßig geringe Pumpleistung aufgewendet werden muss. Das Koaxialrohr gewährleistet in jedem Fall, also auch bei einem erstarrten Speichermedium, einen Durchfluss des Wärmetransportmediums, das das an das Innenrohr angrenzende Speichermedium erwärmt. Durch die Anordnung des Koaxialrohr in Bodennähe des Behälters ist ein Totvolumen im Behälter mit unaufgeschmolzenem Speichermedium verhindert und der gesamte Behälter mit dem Speichermedium wird mit dem Wärmetransportmedium, beginnend am Boden des Behälters, durchströmt.Because of these measures, the heat transport medium is pumped through the pipe section surrounded by the storage medium, whereby a solidified storage medium is heated relatively quickly and thus liquefied. The heat exchange cycle can therefore be taken after solidification of the storage medium with high efficiency in operation and it is compared to a supplementary heating a high level of energy saved because compared to the heating power only a relatively low pumping power must be expended. The coaxial tube ensures in each case, so even with a solidified storage medium, a flow of the heat transfer medium, which to the inner tube heated adjacent storage medium. By arranging the coaxial tube near the bottom of the container, a dead volume in the container with unmelted storage medium is prevented and the entire container with the storage medium is flowed through by the heat transport medium, starting at the bottom of the container.
In Ausgestaltung ist der Vorlauf zumindest im Bereich des Speichermediums als doppelwandiges Koaxialrohr ausgebildet. Somit ist auch durch das Innenrohr des Koaxialrohrs des Vorlaufs der Durchfluss des Wärmetransportmediums zur Erwärmung des an das Innenrohr angrenzenden Speichermediums ermöglicht.In an embodiment, the flow is formed at least in the region of the storage medium as a double-walled coaxial tube. Thus, the flow of the heat transfer medium for heating the adjacent to the inner tube storage medium is also made possible by the inner tube of the coaxial tube of the flow.
Um ein Durchströmen des Speichermediums mit dem Wärmeträgermedium sicherzustellen, umfasst das Koaxialrohr im Bereich des Bodens ein Innenrohr und ein mit radialen Öffnungen versehenes Außenrohr. Zweckmäßigerweise sind die Öffnungen des Außenrohrs als Bohrungen ausgebildet und damit kostengünstig herstellbar sowie in ihrer Anzahl und Ausrichtung für einen optimalen Austritt des Wärmetauschermediums angeordnet. Bevorzugt sind die Öffnungen im Außenrohr dem Boden des Behälters gegenüberliegend angeordnet. In die nach unten zum Boden ausgerichteten Öffnungen tritt verhältnismäßig wenig Speichermedium ein, da hier der Druck geringer als an der nach oben gerichteten Seite des Außenrohrs ist.In order to ensure that the storage medium flows through the heat transfer medium, the coaxial tube in the region of the bottom comprises an inner tube and an outer tube provided with radial openings. Conveniently, the openings of the outer tube are formed as bores and thus inexpensive to produce and arranged in their number and orientation for an optimal outlet of the heat exchanger medium. Preferably, the openings in the outer tube are arranged opposite the bottom of the container. In the directed down to the bottom openings occurs relatively little storage medium, since the pressure is lower than on the upwardly directed side of the outer tube.
Vorzugsweise ist, abhängig vom Aggregatzustand des umgebenden Speichermediums, im Wesentlichen das Innenrohr oder das Außenrohr des Koaxialrohrs mit dem Wärmetransportmedium durchströmt, wobei bei Durchströmung des Außenrohrs das Wärmetransportmedium durch die Öffnungen des Außenrohrs in das umgebende Speichermedium austritt. Liegt das Speichermedium in teilaufgeschmolzenem oder flüssigem Zustand vor, steht das Wärmetransportmedium in Kontakt mit dem Speichermedium, das unmittelbar Wärmeenergie aufnimmt bzw. an das Wärmetransportmedium abgibt. Befindet sich das Speichermedium in festem Zustand, wird zwar eine direkte Durchströmung des Speichermediums mit dem Wärmetransportmedium auch aufgrund einer Verstopfung der Öffnungen im Außenrohr bzw. des Ringspaltes zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr verhindert, da aber ein Durchströmen des Innenrohrs nicht davon behindert wird, kann jedoch trotzdem noch ein gewisser Wärmeaustausch erzielt werden, so dass infolge Wärmeleitung zum Außenrohr ein Aufschmelzen des Speichermediums zunächst im Ringspalt und an- schließend in unmittelbarer Nähe des Koaxialrohrs ermöglicht wird, wodurch der Wärmeaustauschkreislauf beginnend im Bereich des Vorlaufs zügig in Gang kommt. Da das Aufschmelzen des Speichermediums in größerem Maße im Bereich des Vorlaufs und des Rücklaufs in der Kotaktzone des Wärmeträgermediums und des Speichermediums erfolgt, kann hier an der Außenseite des Koaxialrohrs des Vorlaufs bzw. des Rücklaufs, kurz nach dem Beginn des Aufschmelzvorgangs das Wärmeträgermedium in das Speichermedium eindringen, um das Aufschmelzen bzw. durchsetzen des Speichermediums mit dem Wärmeträgermedium zu beschleunigen.Preferably, depending on the state of matter of the surrounding storage medium, substantially flows through the inner tube or the outer tube of the coaxial tube with the heat transfer medium, wherein when flowing through the outer tube, the heat transport medium exits through the openings of the outer tube into the surrounding storage medium. If the storage medium is present in partially melted or liquid state, the heat transport medium is in contact with the storage medium, which absorbs heat energy directly or releases it to the heat transport medium. The storage medium is in the solid state, although a direct flow through the storage medium with the heat transport medium due to a blockage of the openings in the outer tube or the annular gap between the inner tube and the outer tube is prevented, but since a flow through the inner tube is not hindered by can However, still a certain heat exchange can be achieved, so that as a result of heat conduction to the outer tube, a melting of the storage medium first in the annular gap and closing in the immediate vicinity of the coaxial tube is made possible, whereby the heat exchange cycle, starting rapidly in the region of the lead quickly. Since the melting of the storage medium takes place to a greater extent in the region of the flow and the return in the contact zone of the heat transfer medium and the storage medium, can here on the outside of the coaxial tube of the flow or the return, shortly after the start of the melting process, the heat transfer medium into the storage medium penetrate, in order to accelerate the melting or enforce the storage medium with the heat transfer medium.
Zweckmäßigerweise ist die Durchströmung des Innenrohrs oder des Außenrohrs mittels eines in den Umwälzkreislauf eingesetzten Reglers, insbesondere Druckreglers, steuerbar. Steigt beispielsweise der Druck im Außenrohr an, da durch die Erstarrung des Speichermediums der Ringspalt zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr bzw. die Öffnungen im Außenrohr verstopft ist, öffnet sich der Druckregler zumindest teilweise, wodurch ein Kreislauf durch das Innenrohr freigegeben wird. Sinkt der Druck im Außenrohr wieder, da zumindest ein Teil des Wärmetransportmediums wieder durch den Ringspalt und die Öffnungen in das teilaufgeschmolzene Speichermedium strömt, wird der Kreislauf aufgrund des schließenden Druckreglers durch das Innenrohr wieder unterbrochen und die komplette Strömung erfolgt durch den Ringspalt. Damit stellt sich, je nach dem Aggregatzustand des Speichermediums, ein für den Wärmeaustausch optimaler Umwälzkreislauf ein. Alternativ zu einer druckabhängigen Regelung ist selbstverständlich auch beispielsweise eine temperaturgesteuerte Regelung für den Fachmann ausführbar.Conveniently, the flow through the inner tube or the outer tube by means of a regulator used in the recirculation, in particular pressure regulator, controllable. If, for example, the pressure in the outer tube increases because the solidification of the storage medium clogs the annular gap between the inner tube and the outer tube or the openings in the outer tube, the pressure regulator opens at least partially, as a result of which a circulation through the inner tube is released. If the pressure in the outer tube decreases again, since at least part of the heat transport medium again flows through the annular gap and the openings into the partially molten storage medium, the circulation is interrupted again due to the closing pressure regulator through the inner tube and the complete flow takes place through the annular gap. Thus, depending on the state of aggregation of the storage medium, an optimum for the heat exchange recirculation cycle. As an alternative to a pressure-dependent control, it is of course also possible, for example, for a temperature-controlled control to be carried out by the person skilled in the art.
Um ein Verflüssigen des nach einer Wärmeentladung erstarrten Speichermediums zu beschleunigen, bestehen das Innenrohr und das Außenrohr des Koaxialrohrs aus einem gut wärmeleitfähigem Material, insbesondere Kupfer.In order to accelerate liquefaction of the storage medium solidified after a heat discharge, the inner tube and the outer tube of the coaxial tube are made of a good heat-conductive material, in particular copper.
Um die Wärmeleitung zwischen Innen- und Außenrohr zu verbessern, weist das Koaxialrohr zwischen Innenrohr und Außenrohr wärmeleitfähige Elemente auf. Dies kann beispielsweise durch Stege aus Kupfer oder eine Füllung aus Kupferwolle verwirk licht werden. Nach einer Weiterbildung ist das Koaxialrohr mäander- oder spiralförmig über dem Boden des Behälters geführt. In alternativer oder zusätzlicher Ausgestaltung sind mehrere Koaxialrohre innerhalb des Speichermediums parallel geschaltet angeordnet. Bei größeren Latentwärmespeichern kann damit eine homogene Be- bzw. Entladung mit Wärmeenergie erzielt werden.In order to improve the heat conduction between the inner and outer tubes, the coaxial tube between inner tube and outer tube thermally conductive elements. This can be realized, for example, by webs of copper or a filling of copper wool. According to a development, the coaxial tube is meandering or spirally guided over the bottom of the container. In an alternative or additional embodiment, a plurality of coaxial tubes are arranged in parallel within the storage medium. For larger latent heat storage so that a homogeneous loading or unloading can be achieved with heat energy.
In weiterer Ausgestaltung weist der Umwälzkreislauf im Vorlauf einen endseitig in das Wärmetransportmedium ragenden Ansaugstutzen auf, der mit der Pumpe verbunden ist, an die ein mit dem Außenrohr des bodenseitigen Koaxialrohrs verbundenes Fallrohr angeschlossen ist, wobei das Fallrohr mit dem Regler gekoppelt ist, von dem eine mit dem Innenrohr des Koaxialrohrs gekoppelte Kurzschlussleitung abgeht, und das Innenrohr mit einem zu dem Wärmetransportmedium führenden Rücklauf verbunden ist. Zweckmäßigerweise ist das Außenrohr des Koaxialrohrs im Vorlauf als unmittelbar mit der Pumpe verbundenes Fallrohr und das Innenrohr als dem Regler nachgeschaltete Kurzschlussleitung ausgebildet.In a further embodiment, the circulation circuit in the flow on an end projecting into the heat transport medium intake manifold, which is connected to the pump to which a connected to the outer tube of the bottom coaxial pipe down pipe is connected, wherein the downpipe is coupled to the controller, of which a with the inner tube of the coaxial tube coupled short circuit line goes off, and the inner tube is connected to a leading to the heat transfer medium return. Conveniently, the outer tube of the coaxial tube is formed in the flow as directly connected to the pump down pipe and the inner tube as the regulator downstream short-circuit line.
Als besonders geeignetes Speichermedium hat sich Salz, z.B. Natriumacetat- Trihydrat, oder ein wachsähnliches Material, z.B. Paraffin, erwiesen. Diese Materialien sind ungefährlich und können ohne Probleme gehandhabt werden.As a particularly suitable storage medium, salt, e.g. Sodium acetate trihydrate, or a wax-like material, e.g. Paraffin, proven. These materials are safe and can be handled without problems.
Bei Verwendung eines Salzes als Speichermedium hat sich im Hinblick auf die sehr geringe Löslichkeit von geschmolzenem Salz Öl als ideales Wärmetransportmedium erwiesen. Das Öl kann daher direkt in Kontakt mit dem aufgeschmolzenen Speichermedium treten. Zudem bietet Öl den Vorteil, dass dieses nur einen sehr geringen Dampfdruck bei Erwärmung aufbaut und auch bei höheren Temperaturen (z.B. über 100° C) ohne besondere sicherheitstechnische Maßnahmen, wie beispielsweise spezielle Druckbehälter mit Sicherheitsventilen, genutzt werden.When using a salt as a storage medium, oil has proven to be an ideal heat transport medium in view of the very low solubility of molten salt. The oil can therefore come into direct contact with the molten storage medium. In addition, oil has the advantage that it builds up only a very low vapor pressure when heated and can also be used at higher temperatures (for example above 100 ° C.) without special safety measures, such as special pressure vessels with safety valves.
Nach einer Weiterbildung ist in das Speichermedium ein mit einem Wärmetauscherkreislauf gekoppelter Wärmetauscher eingesetzt. Der Wärmetauscherkreislauf kann beispielsweise mit Wasser betrieben werden, während als Wärmeträgermedium in dem Behälter Öl verwendet wird. Der Latentwärmespeicher dient insbesondere zur Speicherung von Wärmeenergie aus einer gekühlten Solarenergieanlage zur Erzeugung von elektrischer Spannung. Damit kann sehr effektiv Wärmeenergie ohne Verzögerung aus Sonnenkollektoren gespeichert und an Brauchwasseranlagen bzw. Heizkörper zur Raumheizung abgegeben werden. Selbstverständlich ist der Einsatz des Latentwärmespeichers nicht auf Photovoltaikanlagen beschränkt. Vielmehr kann ein Einsatz auch im Zusammenhang mit thermischen Solaranlagen oder anderen Einrichtungen, z. B. kühlende Industrieanlagen, erfolgen, denen zu Wärme entzogen werden soll.According to a development, a heat exchanger coupled to a heat exchanger circuit is inserted into the storage medium. The heat exchanger circuit can be operated, for example, with water, while oil is used as the heat transfer medium in the container. The latent heat storage is used in particular for the storage of heat energy from a cooled solar energy system for generating electrical voltage. This can be stored very effectively thermal energy without delay from solar panels and delivered to service water systems or radiators for space heating. Of course, the use of latent heat storage is not limited to photovoltaic systems. Rather, a use in connection with thermal solar systems or other facilities, such. As cooling industrial plants, carried out, which should be withdrawn to heat.
Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen. Dabei zeigen:Further advantages and details emerge from the following description of exemplary embodiments. Showing:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Latentwärmespeichers mit einem flüssigen Speichermedium,1 is a schematic representation of a latent heat accumulator according to the invention with a liquid storage medium,
Fig. 2 den Latentwärmespeicher nach Fig. 1 mit dem erstarrtem Speichermedium,2 shows the latent heat storage of FIG. 1 with the solidified storage medium,
Fig. 3 den Latentwärmespeicher nach Fig. 1 in erster alternativer Ausgestaltung,3 shows the latent heat storage of FIG. 1 in the first alternative embodiment,
Fig. 4 den Latentwärmespeicher nach Fig. 1 in weiterer alternativer Ausgestaltung,4 shows the latent heat storage of FIG. 1 in a further alternative embodiment,
Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen Latentwärmespeicher,5 shows another embodiment of a latent heat storage,
Fig. 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen Latentwärmespeicher,6 shows another embodiment of a latent heat storage,
Fig. 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen Latentwärmespeicher undFig. 7 shows another embodiment of a latent heat storage and
Fig. 8 ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen Latentwärmespeicher,8 shows a further exemplary embodiment of a latent heat store,
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Latentwärmespeichers 1. Der Latentwärmespeicher 1 umfasst einen Behälter 10 mit einem Speichermedium 20 in Form eines Salzes, nämlich Natriumacetat-Trihydrat, das durch Wärmezufuhr bzw. Wärmeabfuhr seinen Aggregatzustand von fest nach flüssig bzw. von flüssig nach fest reversibel ändert und aufgrund dieser Änderung seines Aggregatzustandes Wärmeenergie speichert bzw. abgibt. Das Speichermedium 20 ist in dem Behälter 10 mit einem Wärmetransportmedium 30 in Form eines Öls derart überdeckt, dass der Füllstand 31 des Wärmetransportmediums 30 deutlich über dem Füllstand 21 des Speichermediums 20 liegt.1 shows an exemplary embodiment of a latent heat accumulator 1. The latent heat accumulator 1 comprises a container 10 with a storage medium 20 in the form of a salt, namely sodium acetate trihydrate which, by supplying heat or dissipating heat, changes its state of aggregation from solid to liquid or from liquid to solid changes and stores or gives off heat energy due to this change in its state of aggregation. The storage medium 20 is covered in the container 10 with a heat transport medium 30 in the form of an oil such that the level 31 of the heat transfer medium 30 is significantly above the level 21 of the storage medium 20.
In Fig. 1 , Fig. 2 und Fig. 4 sind Wärmetauscherkreisläufe, d.h. Zu- und Abläufe für das Wärmetransportmedium 30, die zur Energiezufuhr aus einer Beheizungsanlage, z.B. einen Heizkessel und/oder einer Solarkallektoranlage, oder zur Wärmeentnahme, z.B. zum Beladen eines Brauchwasserspeichers, dienen, nicht dargestellt.FIGS. 1, 2 and 4 show heat exchanger circuits, ie inlets and outlets for the heat transport medium 30, which are used to supply energy from a heating system, For example, a boiler and / or a Solarkallektoranlage, or for heat extraction, eg for loading a water heater, serve, not shown.
Der Latentwärmespeicher 1 ist mit einem Umwälzkreislauf für das Wärmetransportmedium 30 versehen, der in einem Vorlauf 52 eine Pumpe 42 und gemäß den Fig. 1 bis 3 einen als Koaxialrohr 45 ausgeführten Rohrleitungsabschnitt umfasst, der sich entlang einer Seitenwand 12 sowie über einen Boden 11 des Behälters 10 erstreckt. Das Koaxialrohr 45 weist ein Innenrohr 48 sowie ein Außenrohr 46 auf, das im Bereich des Bodens 11 mit Öffnungen 47 versehen ist. Ein oberes Ende des Koaxialrohrs 45 des Vorlaufs 52 befindet sich oberhalb des Speichermediums 20. Das Wärmetransportmedium 30 wird durch einen in das Wärmetransportmedium 30 hineinragenden Ansaugstutzens 41 , dessen freies Ende sich oberhalb des Füllstands 21 des Speichermediums 20 befindet, durch die Pumpe 42 angesaugt und durch ein Fallrohr 40 geleitet, das in das vom Speichermedium 20 umgebene Außenrohr 46 mündet.The latent heat accumulator 1 is provided with a recirculation circuit for the heat transport medium 30, which comprises a pump 42 in a feed 52 and according to FIGS. 1 to 3 designed as a coaxial tube 45 pipe section extending along a side wall 12 and a bottom 11 of the container 10 extends. The coaxial tube 45 has an inner tube 48 and an outer tube 46, which is provided in the region of the bottom 11 with openings 47. An upper end of the coaxial tube 45 of the feed 52 is located above the storage medium 20. The heat transport medium 30 is sucked by a projecting into the heat transport medium 30 intake 41, the free end is above the level 21 of the storage medium 20, sucked by the pump 42 and through a downpipe 40 is passed, which opens into the outer tube 46 surrounded by the storage medium 20.
In dem Betriebsmodus gemäß Fig. 1 ist das Speichermedium 20 zumindest teilweise mit Wärmeenergie aufgeladen und daher verflüssigt bzw. nicht fest. Das Wärmetransportmedium 30 durchströmt das Fallrohr 40 sowie das Außenrohr 46 und tritt durch die in Richtung des Bodens 1 1 des Behälters 10 weisenden Öffnungen 47 in dem unmittelbar benachbart zum Boden 11 angeordneten Außenrohr 46 in das Speichermedium 20 ein, in dem es sich verteilt und Wärme abgebend nach oben steigt, um sich über dem Speichermedium 20 zu sammeln.In the operating mode according to FIG. 1, the storage medium 20 is at least partially charged with thermal energy and therefore liquefied or not solid. The heat transfer medium 30 flows through the downpipe 40 and the outer tube 46 and enters through the pointing in the direction of the bottom 1 1 of the container 10 openings 47 in the immediately adjacent to the bottom 11 arranged outer tube 46 into the storage medium 20 in which it is distributed and heat releasably rises to collect above the storage medium 20.
Hat das als Speichermedium 20 dienende Salz soviel Wärmeenergie abgegeben, dass es erstarrt ist, kann das Wärmetransportmedium 30 weder durch den Ringspalt 51 zwischen dem Außenrohr 48 und dem Innenrohr 48 des Koaxialrohrs 45 noch durch die Öffnungen 47 des Außenrohrs 96 austreten, wodurch der Druck im Fallrohr 40 ansteigt und aufgrund des abnehmenden Eintrags von Wärme in das Speichermedium 20 dasselbe weiter verfestigt.If the salt serving as the storage medium 20 has given off so much heat energy that it has solidified, the heat transport medium 30 can not escape through the openings 47 of the outer tube 96 either through the annular gap 51 between the outer tube 48 and the inner tube 48 of the coaxial tube 45, whereby the pressure in the Downpipe 40 increases and the same further solidified due to the decreasing entry of heat into the storage medium 20.
Um das feste Speichermedium 20 wieder in den flüssigen Zustand zu überführen, in dem es Wärme speichern kann, geht gemäß Fig. 2 von dem Fallrohr 40 eine T- Verzweigung 93 ab, in die ein als Druckregler 44 ausgebildeter Regler eingesetzt ist, der sich ab einem bestimmten Druck im Fallrohr 40 öffnet, wonach das Wärmetransportmedium 30 durch eine Kurzschlussleitung 50 in das Innenrohr 48 des Koaxialrohrs 45 gelangt. Das Innenrohr 48 ist an einen Rücklauf 49 angeschlossen, um das Wärmetransportmedium 30 über dem Füllstand 21 des Speichermediums 20 in den Behälter zu leiten.In order to convert the solid storage medium 20 back into the liquid state in which it can store heat, as shown in FIG. Branch 93 from, in which a designed as a pressure regulator 44 is used, which opens from a certain pressure in the downpipe 40, after which the heat transfer medium 30 passes through a short-circuit line 50 in the inner tube 48 of the coaxial tube 45. The inner tube 48 is connected to a return 49 to direct the heat transfer medium 30 above the level 21 of the storage medium 20 in the container.
Aufgrund dieser Ausgestaltung durchströmt das Wärmetransportmedium 30 zunächst das Innenrohr 48 des Koaxialrohrs 45, so dass durch Wärmeleitung das Speichermedium 20 in der nächsten Umgebung, d. h. in dem Ringspalt 51 des Koaxialrohrs 45 aufgeschmolzen wird. Anschließend wird das Speichermedium 20 unmittelbar um das Außenrohr 46 verflüssigt und gleichzeitig gelangt das Wärmetransportmedium 30 sowohl von oben entlang des Vorlaufs 52 und des Rücklaufs 49 als auch durch die Öffnungen 47 in der Nähe des Bodens 11 in das Speichermedium 20. Um einen schnellen. Übergang von dem festen in den flüssigen Aggregatzustand zu bewerkstelligen, sind das Innenrohr 98 und das Außenrohr 46 aus einem gut wärmeleitenden Material gefertigt. Besonders geeignet sind Metallrohre, beispielsweise Kupferrohre, die miteinander verbunden sind. Mit der Verflüssigung des Speichermediums 20 geht ein Druckabfall in dem Außenrohr 46 und ein damit verbundenes Schließen des Durchgangs durch den Druckregler 92 einher. Anschließend strömt das Wärmetransportmedium 30 wieder überwiegend durch das Außenrohr 46 und dessen radiale Öffnungen 47, wodurch die Beladung des Speichermediums 20 mit Wärmeenergie mit einer hohen Effizienz ermöglicht ist.Due to this configuration, the heat transport medium 30 first flows through the inner tube 48 of the coaxial tube 45, so that by heat conduction, the storage medium 20 in the immediate vicinity, d. H. is melted in the annular gap 51 of the coaxial tube 45. Subsequently, the storage medium 20 is liquefied immediately around the outer tube 46 and at the same time passes the heat transport medium 30 both from above along the flow 52 and the return 49 and through the openings 47 in the vicinity of the bottom 11 in the storage medium 20. To a fast. To accomplish transition from the solid to the liquid state, the inner tube 98 and the outer tube 46 are made of a highly thermally conductive material. Particularly suitable are metal pipes, such as copper pipes, which are interconnected. The liquefaction of the storage medium 20 is accompanied by a pressure drop in the outer tube 46 and an associated closing of the passage through the pressure regulator 92. Subsequently, the heat transport medium 30 flows again predominantly through the outer tube 46 and its radial openings 47, whereby the loading of the storage medium 20 with heat energy is made possible with a high efficiency.
Gemäß Fig. 3 ist in das Speichermedium 20 ein mit einem Wärmetauscherkreislauf 60 gekoppelter Wärmetauscher 61 eingesetzt. Der Wärmetauscherkreislauf 60 kann mit Wasser betrieben werden, um beispielsweise eine Brauchwassererwärmung durchzuführen. Das durch das Speichermedium 20 strömende Wärmetransportmedium 30 wirkt der Bildung einer isolierenden Schicht durch erstarrendes Speichermedium 20 an der Oberfläche des Wärmetauschers 61 bei einem Entzug latenter Wärme entgegen.According to FIG. 3, a heat exchanger 61 coupled to a heat exchanger circuit 60 is inserted into the storage medium 20. The heat exchanger circuit 60 can be operated with water, for example, to carry out a process water heating. The heat transport medium 30 flowing through the storage medium 20 counteracts the formation of an insulating layer by solidifying storage medium 20 on the surface of the heat exchanger 61 upon removal of latent heat.
Gemäß Fig. 4 Ist die Kurzschlussleitung 50 parallel zu dem Fallrohr 40 ausgerichtet bis zu dem in der Nähe des Bodens 1 1 angeordneten Koaxialrohr 45 geführt. Um bei einem verfestigten Speichermedium 20 ein schnelles Aufschmelzen sicherzustellen, steht die Kurzschlussleitung 50 mit dem Fallrohr 40 in thermischem Kontakt. Die thermische Verbindung kann durch leitfähige Verbindungen oder eine unmittelbar benachbarte Anordnung realisiert sein.According to FIG. 4, the short-circuit line 50 is aligned parallel to the drop tube 40 and guided to the coaxial tube 45 arranged in the vicinity of the bottom 11. At To ensure a rapid melting of a solidified storage medium 20, the short-circuit line 50 is in thermal contact with the drop tube 40. The thermal connection can be realized by conductive connections or an immediately adjacent arrangement.
Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Latentwärmespeichers 101 , der einen Behälter 110 mit einem Speichermedium 120 in Form eines Salzes, nämlich Natriumacetat-Trihydrat, umfasst, das durch Wärmezufuhr bzw. Wärmeabfuhr seinen Aggregatzustand von fest nach flüssig bzw. von flüssig nach fest reversibel ändert und aufgrund dieser Änderung seines Aggregatzustandes Wärmeenergie speichert bzw. abgibt. Das Speichermedium 120 ist in dem Behälter 110 mit einem Wärmetransportmedium 130 in Form eines Öls derart überdeckt, dass der Füllstand 131 des Wärmetransportmediums 130 deutlich über dem Füllstand 121 des Speichermediums 120 liegt. Der Behälter 110 entspricht dabei dem Behälter 10, das Speichermedium 120 entspricht dem Speichermedium 20, und das Wärmetransportmedium 130 entspricht dem Wärmetransportmedium 30.5 shows a further exemplary embodiment of a latent heat accumulator 101, which comprises a container 110 with a storage medium 120 in the form of a salt, namely sodium acetate trihydrate, which by heat supply or heat dissipation its state of matter from solid to liquid or from liquid to solid reversible changes and stores or gives off heat energy due to this change in its state of aggregation. The storage medium 120 is covered in the container 110 with a heat transport medium 130 in the form of an oil such that the level 131 of the heat transport medium 130 is significantly above the level 121 of the storage medium 120. The container 110 corresponds to the container 10, the storage medium 120 corresponds to the storage medium 20, and the heat transport medium 130 corresponds to the heat transport medium 30th
Der Latentwärmespeicher 101 umfasst einen ersten Umwälzkreislauf und einen zweiten Umwälzkreislauf. Der erste Umwälzkreislauf umfasst einen Ansaugstutzen 155, der über eine T- Verzweigung 141 mit einer Pumpe 142 verbunden ist. Mittels der Pumpe 142 wird über den Ansaugstutzen 155 Wärmetransportmedium 130 angesaugt und über eine Eintrittsöffnung 154 in eine im Bereich des Speichermediums 120 angeordnete Wärmetransportmedium-Leitung 150 gepumpt. Die im Bereich des Speichermediums 120 angeordnete Wärmetransportmedium- Leitung 150 weist eine Vielzahl erster Austrittsöffnungen 151 auf, die als Bohrungen ausgestaltet sind, und aus denen Wärmetransportmedium 130 aus- und in das Speichermedium 120 eintritt. Dabei durchströmt das Wärmetransportmedium 130 das Speichermedium 120. Ist das Wärmetransportmedium 130 kalt, so nimmt es Wärme aus dem Speichermedium 120 auf, das mit zunehmender Wärmeentnahme auskristallisiert. Ist das Wärmetransportmedium 130 dagegen warm, gibt es Wärme an das Speichermedium 120 ab und schmilzt dieses auf.The latent heat storage 101 comprises a first circulation circuit and a second circulation circuit. The first recirculation circuit comprises an intake manifold 155, which is connected via a T-branch 141 with a pump 142. By means of the pump 142 155 heat transfer medium 130 is sucked via the intake manifold and pumped via an inlet opening 154 into a disposed in the region of the storage medium 120 heat transport medium line 150. The arranged in the storage medium 120 heat transport medium line 150 has a plurality of first outlet openings 151, which are designed as bores, and from which heat transport medium 130 and enters the storage medium 120. In this case, the heat transport medium 130 flows through the storage medium 120. If the heat transport medium 130 is cold, it absorbs heat from the storage medium 120, which crystallizes with increasing heat removal. On the other hand, if the heat transport medium 130 is warm, it gives off heat to the storage medium 120 and melts it.
Zur Implementierung des zweiten Umwälzkreislaufs ist die im Bereich des Speichermediums 120 angeordnete Wärmetransportmedium-Leitung 151 mit einer zweiten Austrittsöffnung 153 vorgesehen. Darüber hinaus umfasst der zweite Umwälzkreislauf eine mit der zweiten Austrittsöffnung 153 verbundene und zu der Eintrittsöffnung 154 geführte Wärmetransportmedium-Leitung 156. Mittels der T- Verzweigung 141 ist von dem ersten Umwälzkreislauf auf den zweiten Umwälzkreislauf und umgekehrt umschaltbar.To implement the second circulation circuit, the heat transport medium line 151 arranged in the region of the storage medium 120 is provided with a second outlet opening 153 is provided. In addition, the second circulating circuit comprises a heat transport medium line 156 connected to the second outlet opening 153 and guided to the inlet opening 154. By means of the T branching 141, it is possible to switch from the first circulating circuit to the second circulating circuit and vice versa.
Der Latentwärmespeicher 101 umfasst zudem einen Wärmetauscher 143, mittels dessen dem Wärmetransportmedium 130 durch einen Wärmequellenkreislauf 145 Wärme zugeführt werden kann und mittels dessen dem Wärmetransportmedium 130 durch einen Wärmesenkenkreislauf 146 Wärme entzogen werden kann. Optional kann eine zusätzliche Heizvorrichtung 144 vorgesehen sein.The latent heat storage 101 also includes a heat exchanger 143, by means of which the heat transfer medium 130 through a heat source circuit 145 heat can be supplied and by means of which the heat transfer medium 130 through a heat sink circuit 146 heat can be withdrawn. Optionally, an additional heater 144 may be provided.
Fig. 6 zeigt einen gegenüber dem Latentwärmespeicher 101 abgewandelten Latentwärmespeicher 201. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen, wie in Fig. 5 gleiche oder gleichartige Elemente. Der Latentwärmespeicher 201 umfasst ebenfalls einen ersten Umwälzkreislauf und einen zweiten Umwälzkreislauf. Der erste Umwälzkreislauf umfasst einen Ansaugstutzen 155, der mit einer Pumpe 142 verbunden ist. Mittels der Pumpe 142 wird über den Ansaugstutzen 155 Wärmetransportmedium 130 angesaugt und über eine Eintrittsöffnung 154 in eine im Bereich des Speichermediums 120 angeordnete Wärmetransportmedium-Leitung 150 gepumpt. Die im Bereich des Speichermediums 120 angeordnete Wärmetransportmedium-Leitung 150 weist eine Vielzahl erster Austrittsöffnungen 151 auf, die als Bohrungen ausgestaltet sind, und aus denen Wärmetransportmedium 130 aus- und in das Speichermedium 120 eintritt und dieses durchströmt.FIG. 6 shows a latent heat accumulator 201 which is modified relative to the latent heat accumulator 101. Here, the same reference numerals designate the same or similar elements as in FIG. The latent heat storage 201 also includes a first recirculation circuit and a second recirculation circuit. The first recirculation circuit includes an intake manifold 155 which is connected to a pump 142. By means of the pump 142 155 heat transfer medium 130 is sucked via the intake manifold and pumped via an inlet opening 154 into a disposed in the region of the storage medium 120 heat transport medium line 150. The arranged in the storage medium 120 heat transport medium line 150 has a plurality of first outlet openings 151, which are designed as bores, and from which heat transport medium 130 and enters the storage medium 120 and flows through this.
Zur Implementierung des zweiten Umwälzkreislaufs ist wiederum die im Bereich des Speichermediums 120 angeordnete Wärmetransportmedium-Leitung 150 mit ihrer zweiten Austrittsöffnung 153 vorgesehen. Der zweite Umwälzkreislauf umfasst darüber hinaus eine Wärmetransportmedium-Leitung 251 von der zweiten Austrittsöffnung 153 zu einem Schließmechanismus 245, sowie einen sich anschließenden Auslass 252 in den Behälter 1 10 zum Einleiten von Wärmetransportmedium 130 in den Behälter 1 10. Zusammen mit dem Ansaugstutzen 155 sind alle Leitungen und Elemente des ersten Umwälzkreislaufs mit Ausnahme der ersten Austrittsöffnungen 151 Teil des zweiten Umwälzkreislaufs. Der erste Umwälzkreislauf und der zweite Umwälzkreislauf können parallel betrieben werden. Der Betrieb des Latentwärmespeichers 201 erfolgt in analoger Weise wie der Betrieb des Latent¬ wärmespeichers 101 , wobei der zweite Umwälzkreislauf jedoch mittels des Schließmechanismus 245 unterbrochen werden kann.In order to implement the second circulating circuit, the heat transport medium line 150 arranged in the region of the storage medium 120 is again provided with its second outlet opening 153. The second circulation circuit further comprises a heat transport medium line 251 from the second outlet opening 153 to a closing mechanism 245, and a subsequent outlet 252 in the container 1 10 for introducing heat transfer medium 130 into the container 1 10. Together with the intake manifold 155 are all Lines and elements of the first recirculation circuit with the exception of the first outlet openings 151 part of the second recirculation circuit. The first circulation circuit and the second circulation circuit can be operated in parallel. The operation of the latent heat storage 201 takes place in an analogous manner as the operation of the latent heat storage ¬ 101, wherein the second recirculation cycle can be interrupted by means of the closing mechanism 245.
Fig. 7 zeigt einen gegenüber dem Latentwärmespeicher 101 abgewandelten Latentwärmespeicher 301. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen, wie in Fig. 5 gleiche oder gleichartige Elemente. Der Latentwärmespeicher 301 umfasst ebenfalls einen ersten Umwälzkreislauf und einen zweiten Umwälzkreislauf. Der erste Umwälzkreislauf umfasst einen Ansaugstutzen 155, der über eine T- Verzweigung 141 mit einer Pumpe 142 verbunden ist. Mittels der Pumpe 142 wird über den Ansaugstutzen 155 Wärmetransportmedium 130 angesaugt und über eine Eintrittsöffnung 354 in eine im Bereich des Speichermediums 120 angeordnete Wärmetransportmedium- Leitung 350 gepumpt. Die im Bereich des Speichermediums 120 angeordnete Wärmetransportmedium-Leitung 350 weist eine Vielzahl erster Austrittsöffnungen 351 auf, die als Bohrungen ausgestaltet sind, und aus denen Wärmetransportmedium 130 aus- und in das Speichermedium 120 eintritt und dieses durchströmt.FIG. 7 shows a latent heat accumulator 301 which is modified with respect to the latent heat accumulator 101. Here, the same reference numerals as in FIG. 5 designate identical or similar elements. The latent heat storage 301 also includes a first recirculation circuit and a second recirculation circuit. The first recirculation circuit comprises an intake manifold 155, which is connected via a T-branch 141 with a pump 142. By means of the pump 142 155 heat transfer medium 130 is sucked via the intake manifold and pumped via an inlet opening 354 in a arranged in the region of the storage medium 120 Wärmetransportmedium- line 350. The arranged in the storage medium 120 heat transport medium line 350 has a plurality of first outlet openings 351, which are designed as bores, and from which heat transport medium 130 and enters the storage medium 120 and flows through this.
Zur Implementierung des zweiten Umwälzkreislaufs ist die im Bereich des Speichermediums 120 angeordnete Wärmetransportmedium-Leitung 351 mit einer zweiten Austrittsöffnung 353 vorgesehen. Darüber hinaus umfasst der zweite Umwälzkreislauf eine mit der zweiten Austrittsöffnung 353 verbundene und zum Teil innerhalb der Wärmetransportmedium-Leitung 351 zu der Eintrittsöffnung 154 geführte Wärmetransportmedium-Leitung 356. Mittels der T- Verzweigung 141 ist von dem ersten Umwälzkreislauf auf den zweiten Umwälzkreislauf und umgekehrt umschaltbar. Dabei erfolgt der Betrieb des Latentwärmespeichers 301 in analoger Weise wie der Betrieb des Latentwärmespeichers 101.To implement the second circulation circuit, the heat transport medium line 351 arranged in the region of the storage medium 120 is provided with a second outlet opening 353. In addition, the second circulation circuit comprises a heat transport medium line 356 connected to the second outlet opening 353 and partly guided within the heat transport medium line 351 to the inlet opening 154. By means of the T branching 141, it is possible to switch from the first circulation circuit to the second circulation circuit and vice versa , In this case, the operation of the latent heat accumulator 301 takes place in an analogous manner as the operation of the latent heat accumulator 101.
Fig. 8 zeigt einen gegenüber dem Latentwärmespeicher 201 abgewandelten Latentwärmespeicher 401. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen, wie in Fig. 5 und Fig. 7 gleiche oder gleichartige Elemente. Der Latentwärmespeicher 401 umfasst ebenfalls einen ersten Umwälzkreislauf und einen zweiten Umwälzkreislauf. Der erste Umwälzkreislauf umfasst einen Ansaugstutzen 155, der mit einer Pumpe 142 verbunden ist. Mittels der Pumpe 142 wird über den Ansaugstutzen 155 Wärme- transportmedium 130 angesaugt und über eine Eintrittsöffnung 354 in eine im Bereich des Speichermediums 120 angeordnete Wärmetransportmedium-Leitung 350 gepumpt. Die im Bereich des Speichermediums 120 angeordnete Wärmetransportmedium-Leitung 350 weist eine Vielzahl erster Austrittsöffnungen 351 auf, die als Bohrungen ausgestaltet sind, und aus denen Wärmetransportmedium 130 aus- und in das Speichermedium 120 eintritt und dieses durchströmt.FIG. 8 shows a latent heat accumulator 401 which is modified relative to the latent heat accumulator 201. Here, the same reference numerals as in FIG. 5 and FIG. 7 designate identical or similar elements. The latent heat storage 401 also includes a first recirculation circuit and a second recirculation circuit. The first recirculation circuit includes an intake manifold 155 which is connected to a pump 142. By means of the pump 142, 155 via the intake manifold heat sucked transport medium 130 and pumped via an inlet opening 354 in a arranged in the region of the storage medium 120 heat transport medium line 350. The arranged in the storage medium 120 heat transport medium line 350 has a plurality of first outlet openings 351, which are designed as bores, and from which heat transport medium 130 and enters the storage medium 120 and flows through this.
Zur Implementierung des zweiten Umwälzkreislaufs ist wiederum die im Bereich des Speichermediums 120 angeordnete Wärmetransportmedium-Leitung 350 mit ihrer zweiten Austrittsöffnung 353 vorgesehen. Der zweite Umwälzkreislauf umfasst darüber hinaus eine zum Teil in der Wärmetransportmedium-Leitung 350 geführte Wärmetransportmedium-Leitung 451 von der zweiten Austrittsöffnung 153 zu einem Schließmechanismus 245, sowie einen sich anschließenden Auslass 252 in den Behälter 110 zum Einleiten von Wärmetransportmedium 130 in den Behälter 110. Zusammen mit dem Ansaugstutzen 155 sind alle Leitungen und Elemente des ersten Umwälzkreislaufs mit Ausnahme der ersten Austrittsöffnungen 351 Teil des zweiten Umwälzkreislaufs. Der erste Umwälzkreislauf und der zweite Umwälzkreislauf können dabei parallel betrieben werden. Der Betrieb des Latentwärmespeichers 401 erfolgt in analoger Weise wie der Betrieb des Latentwärmespeichers 201.In order to implement the second circulation circuit, in turn, the heat transport medium line 350 arranged in the region of the storage medium 120 is provided with its second outlet opening 353. The second recirculation circuit further includes a heat transport medium conduit 451, partly conducted in the heat transport medium conduit 350, from the second exhaust port 153 to a closure mechanism 245, and a subsequent outlet 252 into the vessel 110 for introducing heat transfer fluid 130 into the vessel 110. Together with the intake manifold 155, all lines and elements of the first recirculation circuit, with the exception of the first outlet openings 351, are part of the second recirculation circuit. The first recirculation circuit and the second recirculation circuit can be operated in parallel. The operation of the latent heat storage 401 takes place in an analogous manner as the operation of the latent heat storage 201.
Verstopfen die ersten Austrittsöffnungen 151 bzw. 351 , wird der jeweils zweite Umwälzkreislauf in den Latentwärmespeichem 101 , 201 , 301 und 401 zugeschaltet, sodass entlang der ersten Austrittsöffnungen 151 bzw. 351 warmes Wärmetransportmedium 131 strömt und so zu einem Aufschmelzen der ersten Austrittsöffnungen 151 bzw. 351 führt. Anschließend kann auf den ersten Umwälzkreislauf umgeschaltet werden. Clogging the first outlet openings 151 and 351, the respective second recirculation circuit in the latent heat storage 101, 201, 301 and 401 is switched so that along the first outlet openings 151 and 351 warm heat transport medium 131 flows and so to a melting of the first outlet openings 151 and 351 leads. Subsequently, it is possible to switch over to the first circulation circuit.

Claims

P AT E N TA N S P R U C H E P AT EN TA CLAIM
1. Latentwärmespeicher mit einem Behälter, der zumindest zum Teil mit einem Speichermedium und einem Wärmetransportmedium befüllt ist, das in einem ersten Umwälzkreislauf geführt ist, der eine im Bereich des Speichermediums angeordnete Wärmetransportmedium-Leitung mit zumindest einer Eintrittsöffnung und mit zumindest einer der Durchströmung des Speichermediums mit dem Wärmetransportmedium dienenden ersten Austrittsöffnung umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die im Bereich des Speichermediums angeordnete Wärmetransportmedium-Leitung zumindest eine zweite Austrittsöffnung umfasst und Teil eines zuschaltbaren zweiten Umwälzkreislaufs für das Wärmetransportmedium ist und/oder dass der Latentwärmespeicher eine der ersten Austrittsöffnung zugeordnete Heizvorrichtung zum Erwärmen der ersten Austrittsöffnung umfasst.1. latent heat accumulator with a container which is at least partially filled with a storage medium and a heat transfer medium, which is guided in a first recirculation, the arranged in the storage medium heat transport medium line with at least one inlet opening and at least one of the flow of the storage medium comprising the heat transport medium arranged first outlet opening, characterized in that arranged in the region of the storage medium heat transport medium line comprises at least a second outlet opening and part of a switchable second Umwälzkreislaufs for the heat transport medium and / or that the latent heat storage one of the first outlet opening associated heating device for heating the first exit opening comprises.
2. Latentwärmespeicher nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der erste Umwälzkreislauf einen Ansaugstutzen zum Ansaugen von Wärmetransportmedium aus dem Behälter umfasst.2. Latent heat storage device according to claim 1, characterized in that the first recirculation circuit comprises an intake for sucking heat transfer medium from the container.
3. Latentwärmespeicher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Umwälzkreislauf eine von dem Ansaugstutzen zu der Eintrittsöffnung geführte Wärmetransportmedium-Leitung umfasst.3. Latent heat store according to claim 2, characterized in that the first circulation circuit comprises a guided from the intake manifold to the inlet heat transport medium line.
4. Latentwärmespeicher nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Umwälzkreislauf eine von der zweiten Austrittsöffnung zu der Eintrittsöffnung geführte Wärmetransportmedium-Leitung umfasst.4. Latent heat store according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the second recirculation circuit comprises a guided from the second outlet opening to the inlet heat transport medium line.
5. Latentwärmespeicher nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Umwälzkreislauf eine von der zweiten Austrittsöffnung zu einem Auslass in den Behälter geführte Wärmetransportmedium-Leitung umfasst. 5. Latent heat store according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the second recirculation circuit comprises a guided from the second outlet opening to an outlet in the container heat transport medium line.
6. Latentwärmespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung einen zweiten oder weiteren Umwälzkreislauf für das Wärmetransportmedium umfasst, der eine im Bereich der ersten Austrittsöffnung angeordnete Wärmetransportmedium-Leitung umfasst.6. Latent heat store according to one of the preceding claims, characterized in that the heating device comprises a second or further circulation circuit for the heat transport medium, which comprises a arranged in the region of the first outlet opening heat transport medium line.
7. Latentwärmespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmetauscher zum Zuführen von Wärme zu und/oder zum Abführen von Wärme aus einem in der von dem Ansaugstutzen zu der Eintrittsöffnung geführten Wärmetransportmedium-Leitung fließenden Wärmetransportmedium vorgesehen ist.7. Latent heat store according to one of the preceding claims, characterized in that a heat exchanger for supplying heat to and / or for removing heat from a flowing in the guided from the intake manifold to the inlet heat transfer medium line heat transport medium is provided.
8. Latentwärmespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmetauscher zum Zuführen von Wärme zu und/oder zum Abführen von Wärme aus einem in der von der zweiten Austrittsöffnung zu der Eintrittsöffnung geführten Wärmetransportmedium- Leitung fließenden Wärmetransportmedium vorgesehen ist.8. Latent heat store according to one of the preceding claims, characterized in that a heat exchanger for supplying heat to and / or for dissipating heat from one in the guided from the second outlet opening to the inlet Wärmettrittsmedium- heat transfer medium flowing medium is provided.
9. Latentwärmespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmetauscher zum Zuführen von Wärme zu und/oder zum Abführen von Wärme aus einem in einer Wärmetransportmedium-Leitung des zweiten oder weiteren Umwälzkreislaufs fließenden Wärmetransportmedium vorgesehen ist.9. Latent heat store according to one of the preceding claims, characterized in that a heat exchanger for supplying heat to and / or for removing heat from a flowing in a heat transport medium line of the second or further circulation heat transfer medium is provided.
10. Latentwärmespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Heizung zum Erwärmen eines in der von dem Ansaugstutzen zu der Eintrittsöffnung geführten Wärmetransportmedium- Leitung fließenden Wärmetransportmediums vorgesehen ist.10. Latent heat store according to one of the preceding claims, characterized in that a heater is provided for heating a flowing in the guided from the intake manifold to the inlet heat transfer medium line heat transport medium.
1 1. Latentwärmespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Heizung zum Erwärmen eines in der von der zweiten Austrittsöffnung zu der Eintrittsöffnung geführten Wärmetransportmedium-Leitung fließenden Wärmetransportmediums vorgesehen ist. 1 1. Latent heat store according to one of the preceding claims, characterized in that a heater is provided for heating a flowing in the guided from the second outlet opening to the inlet heat transfer medium conduit heat transfer medium.
12. Latentwärmespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Heizung zum Erwärmen eines in einer Wärmetransportmedium-Leitung des zweiten oder weiteren Umwälzkreislaufs fließenden Wärmetransportmediums vorgesehen ist.12. Latent heat store according to one of the preceding claims, characterized in that a heater is provided for heating a flowing in a heat transport medium line of the second or further circulation heat transfer medium.
13. Latentwärmespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die im Bereich des Speichermediums angeordnete Wärmetransportmedium-Leitung zumindest zum Teil als Koaxialrohr ausgestaltet ist. 13. Latent heat store according to one of the preceding claims, characterized in that arranged in the region of the storage medium heat transport medium line is at least partially configured as a coaxial tube.
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