WO2012097861A1 - Latentwaermespeicher - Google Patents

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WO2012097861A1
WO2012097861A1 PCT/EP2011/050508 EP2011050508W WO2012097861A1 WO 2012097861 A1 WO2012097861 A1 WO 2012097861A1 EP 2011050508 W EP2011050508 W EP 2011050508W WO 2012097861 A1 WO2012097861 A1 WO 2012097861A1
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WO
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heat
latent heat
heat storage
phase change
storage
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PCT/EP2011/050508
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Inventor
Klausdieter Ziegler
Maximilian Ziegler
Original Assignee
Klausdieter Ziegler
Maximilian Ziegler
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Publication date
Application filed by Klausdieter Ziegler, Maximilian Ziegler filed Critical Klausdieter Ziegler
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F28D2020/0065—Details, e.g. particular heat storage tanks, auxiliary members within tanks
    • F28D2020/0082—Multiple tanks arrangements, e.g. adjacent tanks, tank in tank
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/14—Thermal energy storage

Definitions

  • the invention relates to a latent heat accumulator with a filled with a phase change material container, wherein a heat exchanger which forms at least one energy source, a heat cycle of a heat transfer material passes through the phase change material, wherein at least one further container, which is filled with a further phase change material, from a heat exchanger of the Heat cycle is interspersed.
  • Latent heat storage utilizes the enthalpy of reversible thermodynamic changes in state of a storage medium, such as solid-liquid during phase transition, i. during melting or solidification of the storage medium.
  • the storage medium used are so-called phase change materials (PCM) whose latent heat of fusion, solution heat or heat of absorption is substantially greater than the specific heat capacity of the same amount of a substance without phase transformation.
  • PCM phase change materials
  • WO 2009/049847 AI a latent heat storage is shown, which ensures a relatively fast melting of the solidified storage medium in a simple structure.
  • the container filled with the storage medium is partially recirculated by a first and a switchable second recirculation circuit and thus achieved a rapid melting of the storage medium.
  • DE 20 2009 003 038 U1 shows a paraffin-based compact latent heat store with a countercurrent surface heat exchanger constructed in layers.
  • Paraffin-based latent heat exchangers have the disadvantage that when the heat is removed via the built-in heat exchanger, the paraffin present on the heat exchanger cools or hardens faster than the rest in the reservoir.
  • the provided in DE 20 2009 003 038 Ul countercurrent surface heat exchanger with a large heat exchange surface of the described effect of rapidly cooling paraffin is reduced.
  • US 4,313,424 shows a solar heating system with a latent heat storage, in which several each filled with phase change material containers are arranged adjacent to each other.
  • thermal storage element which is filled with a first phase change material is heated to a maximum temperature
  • a surrounding the innermost element mean thermal storage element with a second phase change material is heated to an average temperature and an outer thermal storage element surrounding the other elements , is filled with another phase change material kept at a low temperature level.
  • the individual containers of the latent heat accumulator according to the invention are arranged shell-shaped surrounding each other.
  • each filled with phase change materials containers are particularly efficiently shielded against unwanted heat loss to the outside.
  • the energy supplied to the phase change materials by means of one or more energy sources is thus stored particularly effectively in the latent heat storage and is available for different tempering tasks.
  • all energy sources which can be integrated into a heat circuit filled with a heat transfer medium and serve for heating or heating of the heat transfer material can be used.
  • woodchip heaters, biomass furnaces, solar plants or industrial plants, in which process waste heat is available come as energy sources for heating a latent heat storage according to the invention in question.
  • energy sources which are indirectly, for example by means of an intermediate heat exchanger are connected to the heat cycle passing through the phase change material, for heating the heat transfer material.
  • an energy source which passes through a heat cycle of the latent heat storage, formed by at least one solar collector.
  • a plurality of solar collectors can also form an energy source for the direct or indirect heating or heating of a latent heat accumulator according to the invention.
  • the phase change materials in the individual containers each have a different melting temperature. Due to the different phase change materials, each with a different melting temperature, a latent heat storage device according to the invention can store a particularly large amount of heat energy with compact dimensions. If a solar system with solar panels is used as the energy source, so energy peaks of sunlight from the latent heat storage can be buffered particularly effective.
  • the melting temperatures of the phase change materials in the individual containers decrease from the innermost container to the outside in the flow direction of the heat transfer material.
  • the melting temperatures of the phase change materials between successive in the flow direction of the heat cycle containers each between 0.5 ° C and 20 ° C, preferably between 5 ° C and 15 ° C.
  • the gradual melting temperatures of the phase change materials ensures that the heat transfer material delivers the energy stored in the heat cycle as efficiently as possible to the respective phase materials by means of the heat exchangers provided in the individual containers.
  • contemporary device in a development of the invention to make a latent heat storage so that preferably decrease the melting temperatures of the phase change materials from the innermost container to the outside and the flow direction of the heat transfer material is directed in the heat exchanger from the innermost container to the outside.
  • each container has its own compensation section.
  • the individual bowl-shaped containers arranged at its neck region each have an upwardly open balancing section.
  • a latent heat accumulator with at least one, preferably a speed-controlled, pump in the heat circulation of the heat transfer material.
  • a latent heat accumulator is characterized by at least one switchable into the heat cycle of the heat transfer material consumer and / or a heat source, in particular an electric radiator.
  • a heating cartridge can be provided as an additional heat source in order to be able to use the latent heat storage even when a solar collector provided as an energy source is not in operation.
  • the at least one energy source can be switched away from the heat cycle of the heat carrier material.
  • an energy source formed by a solar panel can be switched off with little or no sunlight or during the night hours from the heat cycle. A possible unwanted cooling of the heat transfer material is thus prevented.
  • a latent heat storage which comprises a further container with a further heat transfer material, which surrounds the containers of the latent heat accumulator and has connections for at least one consumer.
  • heat transfer material is for example water.
  • a floor heating, radiators, etc. may be connected to the latent heat storage.
  • latent heat accumulators in a buffer container filled with a further heat transfer material, for example water, in order to heat the further heat transfer medium with the latent heat accumulators over a relatively long period of time.
  • a further heat transfer material for example water
  • Prozes sab heat of an industrial company in several inventive latent heat storage centrally store and then to use the latent heat storage at different locations for Temper michs- or heating tasks. After delivery of the stored heat, the latent heat storage are collected comparable to empty, rechargeable batteries and in turn transported to the central charging station and are there again for a heat storage cycle available.
  • At least one, preferably a speed-controlled pump for a further heat cycle of the further heat transfer material is provided.
  • a latent heat accumulator with at least one heat source which can additionally be switched into the further heat circuit, in particular an electric radiator.
  • the example, water-bearing layer of the other heat cycle is heated in the absence of sunshine from the additional switchable heat source.
  • This can be done electrically or with a gas boiler, a pellet stove with heating insert, or with a kitchen stove with heating insert.
  • the latent heat storage with its outer layer of the further heat transfer material can be used as any normal storage.
  • the containers and / or the heat exchangers are made of a thermally conductive material.
  • a variant of the invention provides a latent heat storage device, wherein the containers are at least partially filled with a filling material, for example an open-pored metal foam.
  • the thermal conductivity of the phase material itself or the thermal conductivity between the containers is increased.
  • the containers with a stiffening material such as a stiffening material with a honeycomb structure or a truss structure, at least partially filled.
  • a storage layer is arranged on a latent heat storage on its outer side.
  • Such a latent heat store provided with a storage layer or coated can be compared with a heat radiator, for example an infrared radiator.
  • the storage layer which consists for example of ceramic, glass or another solid storage mass is heated by the heat transfer from the interior of the latent heat storage to its covered with the storage layer outer surface and radiates heat to the environment. This radiant heat is perceived as particularly pleasant.
  • the disadvantages of latent heat accumulators known hitherto from the prior art are converted into advantages with a phase change material.
  • the low thermal conductivity of the phase change material is an advantage in that, for example, when used as a device for storing solar energy, the sunshine of many days is accumulated and continuously inside the latent heat storage heat of the invention from the inner container towards the outside, for example, filled with water, Layer with the other heat transfer material passes.
  • the outer layer of the latent heat accumulator which is filled with water, for example, advantageously functions like a conventional accumulator, which can thus be integrated into all currently used installation systems.
  • the sun entry takes place in its interior and the removal of the stored energy is decoupled from the entry of energy.
  • Fig. 1 shows a schematic sectional view of a first embodiment of a latent heat storage LI according to the invention, in which a plurality of containers Bl, B2, B3 are arranged nested on one another in the manner of a bowl.
  • the containers Bl, B2, B3 are here open at their upper, neck-shaped portion HLL open.
  • the innermost container Bl is filled with a first phase change material PMl, wherein the level of the phase change material PMl is selected in the container Bl such that at the neck-shaped, open-top portion HLL a compensation section BAI remains free. This prevents a change in density or volume of the phase change material PM1 due to a temperature change from causing the phase change material PM1 to exit the container B 1.
  • a container B2 substantially surrounding the container Bl is filled with a second phase change material PM2, wherein the level of the second phase change material PM2 is also adjusted so that in the neck-shaped portion of the container Bl a compensation portion BA2 remains free of phase material PM2 and expand the phase material PM2 can, without overflowing.
  • Another container B3 in turn surrounds the container B2 on its outside in a shell-shaped manner.
  • This container B3 is filled with a third phase change material PM3.
  • the level of the phase change material PM3 in the container B3 is selected so that in the neck-shaped, open-topped section a compensation section BA3 of the container B3 remains free of phase change material PM3.
  • phase change materials PM1, PM2 and PM3 are selected so that their melting temperatures in the individual containers, beginning with the phase change material PM1 in the innermost container B1, decrease towards the outside.
  • a heat cycle Wl of a heat transfer material WMl is formed by a solar collector S1, a plurality of heat exchangers WT1, WT2, WT3 and at least one consumer VI.
  • the heated in the solar collector Sl heat transfer material WMl for example, a thermal oil is to be pumped by a pump PI in the flow direction Rl in the heat cycle Wl.
  • the heat transfer material WMl is heated and passes in the heat cycle Wl in a section of a heat exchanger WT1, which is disposed in the interior of the container Bl and the phase change material PMl passes.
  • the heat transfer material WM1 leaves after flowing through the heat exchanger WT1 this again and then flows through a subsequently arranged in the heat cycle heat exchanger WT2, which is arranged in the interior of the container B2 and passes through the phase change material PM2.
  • a fiction, latent heat storage LI with very compact dimensions has a very high heat storage capacity and stores solar energy over several days or buffers.
  • the comparatively low thermal conductivity of phase change materials is advantageous insofar as the sun's entry of many days takes place cumulatively and heat from the inner container B 1 continuously reaches the containers of the latent heat store LI which are arranged further outward.
  • a further container B9 which is filled with a further heat carrier material WM9.
  • WM9 for example, water is used.
  • the heat transfer material WM9 is circulated in its own, independent of the heat cycle Wl heat cycle W9.
  • a pump P3 is provided which supplies the heat transfer material WM9 in the flow direction R9 a consumer V2.
  • Other consumers V3, V4 are also provided in the heat cycle W9. Pumps that may possibly also be required to supply the consumers V3, V4 with heat transfer material WM9 are not shown in FIG.
  • a heat source Q2 is provided in the heat cycle W9, which serves to heat the heat transfer material WM9, should the solar collector Sl can not supply enough heat to the latent heat storage LI during a longer period of time with no entry of the sun.
  • the solar collector Sl by means of a bypass circuit can also be decoupled from the heat cycle Wl.
  • a heat source Q2 for example, an additional electric heating or a gas boiler, a pellet stove with a heating element, or a kitchen oven with heating insert can be used.
  • a pump P4 is provided for circulating the energy introduced by the heat source Q2 in the flow direction R9.
  • the inventive latent heat accumulator LI can thus be used with its outer, filled with the further heat transfer material WM9 layer as a known from the prior art hot water tank.
  • a multi-layer insulation is provided which comprises three insulating layers II, 12 and 13. Also, the neck portion HL1 of the latent heat storage LI is provided with an insulation II.
  • stiffening materials or filling materials are not shown in FIG. 1 inside the containers B1 to B3.
  • further valves, valves or control devices may be required for operation of the latent heat accumulator LI shown schematically in FIG. 1, which valves are likewise not shown for the sake of clarity.
  • FIGS. 2A to 2C each show in a sectional view a detail of a latent heat accumulator LI.
  • FIG. 2 shows in a sectional view a latent heat accumulator LI which is heated by a plurality of energy sources EQ1, EQ2 and EQ3.
  • the two energy sources EQ1 and EQ2 are located directly in the filled with heat transfer material WMl heat cycle Wl, which passes through the filled with phase change material PM1, PM2 and PM3 containers Bl, B2 and B3.
  • the energy source EQ1 is formed, for example, by a collection point for process waste heat of an industrial enterprise, the energy source EQ2 here is a biomass furnace.
  • the further energy source EQ 3 is shown in Fig.
  • a detail of a latent heat storage LI is shown with a stiffening material VM, which is designed here as a honeycomb stiffening material VM1 for stiffening the latent heat storage and is provided for example in the container B2.
  • the honeycomb stiffening material VM1 is in the container B2 surrounded by the phase change material PM2 and is flowed through by this.
  • the honeycomb stiffening material VM1 is made of a thermally conductive material and therefore improves the thermal conductivity between the adjacent containers Bl and B2 and the thermal conductivity within the phase change material PM2.
  • FIG. 4 shows a detail of a further embodiment variant of the container B2, which is at least partially filled with a stiffening material VM, which is embodied here as a stiffening material with a truss structure VM2.
  • a stiffening material VM which is embodied here as a stiffening material with a truss structure VM2.
  • the container B2 is partially filled with a filler material FM, which is also carried out here, for example, as a metal foam also penetrated by the phase change material PM2 and increases the thermal conductivity between the adjacent containers Bl and B2.
  • a filler material FM which is also carried out here, for example, as a metal foam also penetrated by the phase change material PM2 and increases the thermal conductivity between the adjacent containers Bl and B2.
  • the filler material and / or the stiffening material may be provided in one or more containers. Also, embodiments with combinations of a filler material and a stiffening material, which are provided in one or more containers of a latent heat accumulator according to the invention and in addition to increasing the rigidity of the memory also cause an improvement in the thermal conductivity are included in the invention.
  • FIG. 6 shows a further embodiment of a latent heat storage Ll.l. Unlike the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2, FIG Latent heat storage Ll. l executed without an external insulation and without an example filled with water outermost container B9.
  • Fig. 6 are two identical to each other latent heat storage Ll. 1, both of which are immersed together in a buffer tank PB11 filled with a further heat carrier material WM 11.
  • the two latent heat storage Ll.l serve here as a mobile heat storage, which are connected at a different location to an energy source, not shown here and charged with excess energy, such as process heat.
  • the filled with heat transfer material heat exchanger lines are equipped with valves VE and can be connected to one or more energy sources or completed.
  • the in the latent heat storage Ll In this case, stored heat is released into the buffer tank PB11 to the heat carrier material WM11, for example water.
  • a heat cycle Wl l is provided with a pump Pl l, which ensures a circulation of the heat transfer material WM 11 in the flow direction RH.
  • the liberated from the latent heat storage Ll.l heat so passes to a consumer Vl l, for example, a hot water heater of a building.
  • the latent heat storage Ll.l are, after the stored heat energy is discharged, the buffer pool PB11 removed again and returned for recharging with excess energy to the corresponding energy sources.
  • latent heat storage Ll. l comparable to rechargeable batteries can be used for a variety of heat storage tasks.
  • Fig. 7 shows in a sectional view from the side another embodiment of the invention of a latent heat storage LI.2.
  • the latent heat storage LI.2 is approximately comparable to the embodiment shown in Fig. 6 also composed of three shell-like surrounding containers Bl, B2 and B3 ,
  • the containers Bl, B2 and B3 are each filled with different phase change materials PM1, PM2 and PM3.
  • the filled with heat transfer material WML heat exchangers are connected with valves VE means not shown here connecting lines to at least one energy source, such as a solar panel.
  • the latent heat accumulator LI.2 is covered on its outside with a storage layer SP forming a storage mass.
  • the storage layer SP shown here is made of ceramic tiles.
  • BAI BA2, BA3 Balancing section of the 1st and 2nd, 3rd container EQ1, EQ2, EQ3 energy source
  • WT1, WT2, WT3 1st or 2nd, 3rd heat exchanger

Abstract

Latentwärmespeicher (L1), mit einem mit einem Phasenwechselmaterial (PM1) befüllten Behältnis (B1), wobei ein Wärmetauscher (WT1), der mit zumindest einer Energiequelle (EQ1) einen Wärmekreislauf (W1) eines Wärmeträgermaterials (WM1) bildet, das Phasenwechselmaterial (PM1) durchsetzt, wobei zumindest ein weiteres Behältnis (B2, B3), welches mit einem weiteren Phasenwechselmaterial (PM2, PM3) befüllt ist, von einem Wärmetauscher (WT2, WT3) des Wärmekreislaufs (W1) durchsetzt ist. Die einzelnen Behältnisse (B1, B2, B3) sind einander schalenförmig umgebend angeordnet.

Description

Latentwärmespeicher
Die Erfindung betrifft einen Latentwärmespeicher mit einem mit einem Phasenwechselmaterial befüllten Behältnis, wobei ein Wärmetauscher, der mit zumindest einer Energiequelle einen Wärmekreislauf eines Wärmeträgermaterials bildet, das Phasenwechselmaterial durchsetzt, wobei zumindest ein weiteres Behältnis, welches mit einem weiteren Phasenwechselmaterial befüllt ist, von einem Wärmetauscher des Wärmekreislaufs durchsetzt ist.
Als Latentwärmespeicher werden Einrichtungen bezeichnet, die thermische Energie verborgen, verlustarm, mit vielen Wiederholzyklen und über lange Zeit speichern können. Latentwärmespeicher nutzen die Enthalpie reversibler thermodynamischer Zustandsänderungen eines Speichermediums, wie beispielsweise während des Phasenübergangs fest-flüssig, d.h. während des Schmelzens oder Erstarrens des Speichermediums. Als Speichermedium werden sogenannte Phasen Wechselmaterialien (englisch phase change materials, PCM) eingesetzt, deren latente Schmelzwärme, Lösungswärme oder Absorptionswärme wesentlich größer als die spezifische Wärmekapazität der gleichen Menge eines Stoffes ohne Phasenumwandlung ist.
Beim Aufladen des Inhalts eines Latentwärmespeichers werden meist spezielle Salze oder Paraffine als Speichermedium geschmolzen, die dazu viel Wärmeenergie, die Schmelzwärme, aufnehmen. Da dieser Vorgang reversibel ist, gibt das Speichermedium genau diese Wärmemenge beim Erstarren wieder ab.
Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Ausführungsformen von Latentwärmespeichern bekannt, die die Phasenumwandlung fest/flüssig z. B. von Paraffinen zur Wärmespeicherung nutzen und die somit ein wesentlich geringeres Volumen für die gleiche Wärmemenge benötigen. Bei ihnen sind meist eine Vielzahl von mit Paraffin gefüllten Behältern in einem Wassertank eingelegt.
Beispielsweise wird in der WO 2009/049847 AI ein Latentwärmespeicher gezeigt, der bei einem einfachen Aufbau ein relativ schnelles Schmelzen des verfestigten Speichermediums sicherstellt. Dazu wird der mit dem Speichermedium befüllte Behälter abschnittsweise von einem ersten und von einem zuschaltbaren zweiten Umwälzkreislauf umgepumpt und solcherart ein schnelles Aufschmelzen des Speichermediums erreicht. DE 20 2009 003 038 Ul zeigt einen Kompakt- Latentwärmespeicher auf Paraffinbasis mit einem Gegenstrom-Flächenwärmetauscher, der schichtweise aufgebaut ist.
Latentwärmetauscher auf Paraffinbasis haben den Nachteil, dass bei der Wärmeentnahme über den eingebauten Wärmetauscher das an dem Wärmetauscher befindliche Paraffin schneller abkühlt bzw. erhärtet, als der Rest im Speicher. Mittels des in DE 20 2009 003 038 Ul vorgesehenen Gegenstrom-Flächenwärmetauschers mit großer Wärmeaustauschfläche wird der beschriebene Effekt des sich rasch abkühlenden Paraffins gemindert.
Weiters ist von Nachteil, dass durch die großen Außenflächen derartige Latentwärmetauscher rasch auskühlen und sich insbesondere in Verbindung mit einem Sonnenkollektor die Spitzen des Sonnenenergieeintrags mit derartigen Latentwärmespeichern nur beschränkt nutzen bzw. puffern lassen.
US 4,313,424 zeigt ein solares Heizungssystem mit einem Latentwärmespeicher, bei dem mehrere jeweils mit Phasenwechselmaterial befüllte Behältnisse aneinandergrenzend angeordnet sind.
Weiters ist aus US 4,402,188 ein Thermo speicherelement bekannt. Ein innerstes Thermo speicherelement, welches mit einem ersten Phasenwechselmaterial befüllt ist, wird dabei auf eine höchste Temperatur erhitzt, ein das innerste Element umgebendes mittleres Thermo speicherelement mit einem zweiten Phasenwechselmaterial wird auf eine mittlere Temperatur erwärmt und ein äußeres Thermo speicherelement, welches die übrigen Elemente umgibt, ist mit einem weiteren Phasenwechselmaterial befüllt, das auf einem niedrigen Temperaturniveau gehalten wird.
Es ist somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Latentwärmespeicher bereitzustellen, der die geschilderten Nachteile des Standes der Technik vermeidet.
Besonders vorteilhaft ist ein erfindungs gemäßer Latentwärmespeicher mit einem mit einem Phasenwechselmaterial befüllten Behältnis, wobei ein Wärmetauscher, der mit zumindest einer Energiequelle einen Wärmekreislauf eines Wärmeträgermaterials bildet, das Phasenwechselmaterial durchsetzt, mit zumindest einem weiteren Behältnis versehen, welches mit einem weiteren Phasenwechselmaterial befüllt, von einem Wärmetauscher des Wärmekreislaufs durchsetzt ist. Die einzelnen Behältnisse des erfindungsgemäßen Latentwärmespeichers sind dabei einander schalenförmig umgebend angeordnet.
Durch die schalenförmige sowie einander umgebende Anordnung der Behältnisse des Latentwärmespeichers werden die jeweils mit Phasenwechselmaterialien befüllten Behältnisse besonders effizient gegen unerwünschte Wärmeverluste nach außen hin abgeschirmt. Die mittels einer oder mehrerer Energiequellen den Phasenwechselmaterialien zugeführte Energie wird somit im Latentwärmespeicher besonders wirkungsvoll gespeichert und steht für unterschiedliche Temperierungsaufgaben zur Verfügung.
Die aufgrund der schalenförmigen, einander umgebenden Anordnung der einzelnen Behältnisse besonders kompakte Bauweise des Latentwärmespeichers bietet weitere Vorteile. Von einem erfindungsgemäßen Latentwärmespeicher wird somit bereits auf kleinem Raum bzw. bei einem kleinen Volumen eine sehr hohe Wärmespeicherkapazität erzielt.
Im Rahmen der Erfindung können sämtliche Energiequellen, die in einen mit einem Wärmeträgermaterial befüllten Wärmekreislauf integrierbar sind und zur Erwärmung bzw. Erhitzung des Wärmeträgermaterials dienen, zum Einsatz gelangen. So kommen beispielsweise Hackschnitzelheizungen, Biomassefeuerungen, Solaranlagen oder Industrieanlagen, bei denen Prozessabwärme zur Verfügung steht, als Energiequellen zur Erwärmung eines erfindungsgemäßen Latentwärmespeichers in Frage. Weiters ist es im Rahmen der Erfindung denkbar, dass auch Energiequellen, die indirekt, beispielsweise mittels eines zwischengeschalteten Wärmetauschers, mit dem das Phasenwechselmaterial durchsetzenden Wärmekreislauf verbunden sind, zur Erwärmung des Wärmeträgermaterials dienen.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung ist eine Energiequelle, die einen Wärmekreislauf des Latentwärmespeichers durchsetzt, von zumindest einem Sonnenkollektor gebildet.
Selbstredend können auch mehrere Sonnenkollektoren eine Energiequelle zum direkten oder indirekten Erwärmen bzw. Erhitzen eines erfindungsgemäßen Latentwärmespeichers bilden.
Zweckmäßig weisen bei einem Latentwärmespeicher die Phasenwechselmaterialien in den einzelnen Behältnissen jeweils eine unterschiedliche Schmelztemperatur auf. Durch die unterschiedlichen Phasenwechselmaterialien mit jeweils unterschiedlicher Schmelztemperatur kann ein erfindungsgemäßer Latentwärmespeicher besonders viel Wärmeenergie bei kompakten Abmaßen speichern. Wenn als Energiequelle eine Solaranlage mit Sonnenkollektoren zum Einsatz kommt, so können Energiespitzen der Sonneneinstrahlung vom Latentwärmespeicher besonders effektiv gepuffert werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform eines Latentwärmespeichers nehmen die Schmelztemperaturen der Phasenwechselmaterialien in den einzelnen Behältnissen vom innersten Behältnis nach außen in Strömungsrichtung des Wärmeträgermaterials ab.
Aufgrund der in Strömungsrichtung des Wärmeträgermaterials sinkenden Schmelztemperaturen in den einzelnen Behältnissen wird dem Wärmeträgermaterial ein möglichst hoher Energieinhalt entzogen. Somit wird dem Latentwärmespeicher schnellstmöglich und mit hoher Effizienz die zu speichernde Energie zugeführt.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung nehmen bei einem Latentwärmespeicher die Schmelztemperaturen der Phasenwechselmaterialien zwischen in Strömungsrichtung des Wärmekreislaufs aufeinander folgenden Behältnissen jeweils zwischen 0,5°C und 20°C, vorzugsweise zwischen 5°C und 15°C ab.
Durch die abgestuften Schmelztemperaturen der Phasenwechselmaterialien wird erreicht, dass das Wärmeträgermaterial die im Wärmekreislauf gespeicherte Energie mittels der in den einzelnen Behältern vorgesehenen Wärmetauscher möglichst effizient an die jeweiligen Phasenmaterialien abgibt.
Um eine kompakte erfindungs gemäße Vorrichtung zu erhalten, ist in einer Fortbildung der Erfindung vorgesehen, einen Latentwärmespeicher so zu gestalten, dass vorzugsweise die Schmelztemperaturen der Phasenwechselmaterialien vom innersten Behältnis nach außen abnehmen und die Strömungsrichtung des Wärmeträgermaterials im Wärmetauscher vom innersten Behältnis nach außen gerichtet ist.
Vorteilhafterweise weist bei einem Latentwärmespeicher jedes Behältnis einen eigenen Ausgleichsabschnitt auf.
Ein unerwünschtes Überlaufen der Phasenwechselmaterialien aus den einzelnen Behältnissen aufgrund von Volumenschwankungen wird somit vermieden. Zweckmäßig bilden bei einem erfindungsgemäßen Latentwärmespeicher die einzelnen schalenförmig angeordneten Behältnisse an ihrem Halsbereich jeweils einen nach oben offenen Ausgleichsabschnitt.
Es ist bevorzugt, einen Latentwärmespeicher mit zumindest einer, vorzugsweise einer drehzahlgesteuerten, Pumpe im Wärmekreislauf des Wärmeträgermaterials auszuführen.
Vorteilhaft ist ein Latentwärmespeicher durch zumindest einen in den Wärmekreislauf des Wärmeträgermaterials schaltbaren Verbraucher und/oder eine Wärmequelle, insbesondere einen elektrischen Heizkörper, gekennzeichnet.
Beispielsweise kann als zusätzliche Wärmequelle eine Heizpatrone vorgesehen sein, um den Latentwärmespeicher auch dann nutzen zu können, wenn ein als Energiequelle vorgesehener Solarkollektor nicht in Betrieb ist.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist bei einem erfindungsgemäßen Latentwärmespeicher die zumindest eine Energiequelle aus dem Wärmekreislauf des Wärmeträgermaterials wegschaltbar.
In dieser Ausführung kann beispielsweise eine von einem Sonnenkollektor gebildete Energiequelle bei geringer oder fehlender Sonneneinstrahlung oder während der Nachtstunden aus dem Wärmekreislauf weggeschaltet werden. Eine mögliche unerwünschte Abkühlung des Wärmeträgermaterials wird somit verhindert.
Ein weiteres vorteilhaftes Merkmal bietet ein Latentwärmespeicher, der ein weiteres Behältnis mit einem weiteren Wärmeträgermaterial, welches die Behältnisse des Latentwärmespeichers umgibt und Anschlüsse für zumindest einen Verbraucher aufweist, umfasst.
Als weiteres Wärmeträgermaterial dient beispielsweise Wasser. Als Verbraucher können beispielsweise eine Fußbodenheizung, Heizkörper, etc. an den Latentwärmespeicher angeschlossen sein.
Ebenso ist es im Rahmen der Erfindung möglich, einen oder auch mehrere Latentwärmespeicher in einen mit einem weiteren Wärmeträgermaterial, beispielsweise mit Wasser, befüllten Pufferbehälter zu stellen, um mit den Latentwärmespeichern über eine längere Zeitspanne hinweg das weitere Wärmeträgermaterial zu erwärmen. Somit gelingt es, beispielsweise Prozes sab wärme eines Industrieunternehmens in mehreren erfindungsgemäßen Latentwärmespeichern zentral zu speichern und anschließend die Latentwärmespeicher an unterschiedlichen Orten für Temperierungs- bzw. Heizungsaufgaben zu verwenden. Nach Abgabe der gespeicherten Wärme werden die Latentwärmespeicher vergleichbar mit leeren, wiederaufladbaren Batterien abgeholt und wiederum zur zentralen Ladestelle transportiert und stehen dort erneut für einen Wärmespeicherzyklus zur Verfügung.
Zweckmäßig ist bei einem Latentwärmespeicher zumindest eine, vorzugsweise eine drehzahlgesteuerte, Pumpe für einen weiteren Wärmekreislauf des weiteren Wärmeträgermaterials vorgesehen.
Es ist bevorzugt, einen Latentwärmespeicher mit zumindest einer in den weiteren Wärmekreislauf zusätzlich schaltbaren Wärmequelle, insbesondere einem elektrischen Heizkörper, auszuführen.
Die beispielsweise wasserführende Schicht des weiteren Wärmekreislaufs wird bei fehlendem Sonneneintrag von der zusätzlich schaltbaren Wärmequelle aufgeheizt. Dies kann elektrisch oder mit einer Gastherme, einem Pelletsofen mit Heizeinsatz, oder mit einem Küchenofen mit Heizeinsatz erfolgen. Der Latentwärmespeicher mit seiner äußeren Schicht des weiteren Wärmeträgermaterials kann dabei wie jeder normale Speicher eingesetzt werden.
Vorteilhaft sind bei einem Latentwärmespeicher gemäß der Erfindung die Behältnisse und/oder die Wärmetauscher aus einem wärmeleitfähigen Material hergestellt.
Eine Variante der Erfindung bietet einen Latentwärmespeicher, wobei die Behältnisse mit einem Füllmaterial, beispielsweise einem offenporigen Metallschaum, zumindest teilweise befüllt sind.
Durch das Füllmaterial, das von dem Phasenmaterial getränkt ist, wird die Wärmeleitfähigkeit des Phasenmaterials selbst bzw. die Wärmeleitfähigkeit zwischen den Behältnissen erhöht. Zweckmäßig sind in einer Variante der Erfindung bei einem Latentwärmespeicher die Behältnisse mit einem Versteifungsmaterial, beispielsweise einem Versteifungsmaterial mit einer wabenförmigen Struktur oder einer Fachwerkstruktur, zumindest teilweise befüllt.
Vorteilhaft ist bei einem Latentwärmespeicher an seiner Außenseite eine, vorzugsweise mehrlagige, Wärmeisolierschicht vorgesehen.
In einer weiteren vorteilhaften Variante der Erfindung ist bei einem Latentwärmespeicher an seiner Außenseite eine Speicherschicht angeordnet.
Ein solcher mit einer Speicherschicht versehener bzw. ummantelter Latentwärmespeicher kann mit einem Wärmestrahler, beispielsweise einem Infrarot-Strahler, verglichen werden. Die Speicherschicht, die beispielsweise aus Keramik, Glas oder einer weiteren festen Speichermasse besteht, wird durch den Wärmetransport aus dem Innenraum des Latentwärmespeichers an seine mit der Speicherschicht bedeckte Außenfläche erwärmt und strahlt dabei Wärme an die Umgebung ab. Diese Strahlungswärme wird als besonders angenehm empfunden.
Durch den erfindungsgemäßen Latentwärmespeicher werden die bisher aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile von Latentwärmespeichern mit einem Phasenwechselmaterial in Vorteile umgewandelt. Die geringe Wärmeleitfähigkeit des Phasenwechselmaterials ist insofern ein Vorteil, da beispielsweise bei einer Verwendung als Vorrichtung zum Speichern von Sonnenenergie dadurch der Sonneneintrag vieler Tage kumuliert wird und im Inneren des erfindungsgemäßen Latentwärmespeichers stetig Wärme vom inneren Behälter in Richtung zur außen befindlichen, beispielsweise mit Wasser befüllten, Schicht mit dem weiteren Wärmeträgermaterial gelangt. Vorteilhaft funktioniert dabei die äußere, beispielsweise mit Wasser befüllte Schicht des Latentwärmespeichers wie ein herkömmlicher Speicher, der somit in alle derzeit gebräuchlichen Installationssysteme eingebunden werden kann. Der Sonneneintrag findet dabei in seinem Inneren statt und die Entnahme der gespeicherten Energie ist vom Eintrag der Energie abgekoppelt.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die jeweils schematischen Zeichnungen.
Fig. 1 zeigt in einer schematischen Schnittansicht eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Latentwärmespeichers LI, bei dem mehrere Behälter Bl, B2, B3 zwiebelschalenförmig ineinander geschachtelt angeordnet sind. Die Behälter Bl, B2, B3 sind hier an ihrem oberen, halsförmigen Abschnitt HLl offen ausgeführt. Der innerste Behälter Bl ist mit einem ersten Phasenwechselmaterial PMl befüllt, wobei der Füllstand des Phasen wechselmaterials PMl im Behälter Bl derart gewählt wird, dass am halsförmigen, oben offenen Abschnitt HLl ein Ausgleichsabschnitt BAI frei bleibt. Somit wird verhindert, dass eine Dichte- bzw. Volumenänderung des Phasenwechselmaterials PMl aufgrund eines Temperaturwechsels dazu führt, dass das Phasenwechselmaterial PMl aus dem Behälter B 1 austritt.
Ein den Behälter Bl im Wesentlichen umgebender Behälter B2 ist mit einem zweiten Phasenwechselmaterial PM2 befüllt, wobei der Füllstand des zweiten Phasenwechselmaterials PM2 ebenfalls so eingestellt wird, dass im halsförmigen Abschnitt des Behälters Bl ein Ausgleichsabschnitt BA2 frei von Phasenmaterial PM2 verbleibt und sich das Phasenmaterial PM2 ausdehnen kann, ohne überzulaufen.
Ein weiterer Behälter B3 umgibt wiederum schalenförmig den Behälter B2 an dessen Außenseite. Dieser Behälter B3 ist mit einem dritten Phasenwechselmaterial PM3 befüllt. Auch hier wird der Füllstand des Phasenwechselmaterials PM3 im Behälter B3 so gewählt, dass im halsförmigen, oben offenen Abschnitt ein Ausgleichsabschnitt BA3 des Behälters B3 frei von Phasenwechselmaterial PM3 bleibt.
Die Phasenwechselmaterialien PMl, PM2 sowie PM3 werden so gewählt, dass deren Schmelztemperaturen in den einzelnen Behältnissen, beginnend mit dem Phasenwechselmaterial PMl im innersten Behälter Bl, nach außen hin abnehmen.
Ein Wärmekreislauf Wl eines Wärmeträgermaterials WMl wird von einem Sonnenkollektor Sl, mehreren Wärmetauschern WT1, WT2, WT3 sowie zumindest einem Verbraucher VI gebildet. Das im Sonnenkollektor Sl erhitzte Wärmeträgermaterial WMl, beispielsweise ein Thermoöl, wird dazu von einer Pumpe PI in Strömungsrichtung Rl im Wärmekreislauf Wl umgepumpt. Bei Durchfließen der Leitungen im Sonnenkollektor Sl wird das Wärmeträgermaterial WMl aufgeheizt und gelangt im Wärmekreislauf Wl in einen Abschnitt eines Wärmetauschers WT1, der im Inneren des Behälters Bl angeordnet ist und das Phasenwechselmaterial PMl durchsetzt. Es findet ein Wärmeübergang vom erhitzten Wärmeträgermaterial WMl an das Phasenwechselmaterial PMl statt, das dabei erwärmt wird und dessen Schmelztemperatur so gewählt ist, dass das Phasenwechselmaterial PMl nunmehr im flüssigen Zustand im Behälter Bl vorliegt. Das Wärmeträgermaterial WM1 verlässt nach Durchströmung des Wärmetauschers WT1 diesen wieder und durchströmt daraufhin einen im Wärmekreislauf nachfolgend angeordneten Wärmetauscher WT2, der im Inneren des Behälters B2 angeordnet ist und das Phasenwechselmaterial PM2 durchsetzt.
Bei Durchströmen des Wärmetauschers WT2 in Strömungsrichtung Rl findet erneut ein Wärmeübergang vom Wärmeträgermaterial WM1 an das Phasenwechselmaterial PM2 statt, das dabei erwärmt wird und dessen Schmelztemperatur so gewählt ist, dass auch das Phasenwechselmaterial PM2 geschmolzen wird und im flüssigen Zustand im Behälter B2 vorliegt.
Selbiges gilt auch für die Durchströmung des folgenden Wärmetauschers WT3, der im Inneren des dritten Behälters B3 angeordnet ist und das darin befindliche Phasenwechselmaterial PM3 durchsetzt. Bei Durchströmung des Wärmetauschers WT3 wird abermals dem Wärmeträgermaterial WM1 Wärme entzogen und an das Phasenwechselmaterial PM3 abgegeben, welches dabei erwärmt wird und schmilzt.
Es ist denkbar, bei einem erfindungsgemäßen Latentwärmespeicher LI zahlreiche weitere Behälter jeweils schalenförmig ineinander geschachtelt vorzusehen und diese ebenfalls jeweils mit einem Phasenwechselmaterial mit unterschiedlicher Schmelztemperatur zu befüllen. Wesentlich dabei ist, dass die Schmelztemperaturen der Phasenwechselmaterialien in Strömungsrichtung des Wärmeträgermaterials jeweils abnehmen.
Solcherart wird erreicht, dass ein erfindungs gemäßer Latentwärmespeicher LI mit besonders kompakten Abmessungen eine sehr hohe Wärmespeicherkapazität aufweist und solare Energie über mehrere Tage speichert bzw. puffert. Dabei ist die vergleichsweise geringe Wärmeleitfähigkeit von Phasenwechselmaterialien insofern von Vorteil, da dadurch der Sonneneintrag vieler Tage kumulativ stattfindet und stetig Wärme vom inneren Behälter B 1 an die weiter außen angeordneten Behälter des Latentwärmespeichers LI gelangt.
Der äußerste Behälter B3, der mit einem Phasenwechselmaterial PM3 befüllt ist und sich im Wärmekreislauf Wl befindet, wird an seiner Außenseite von einem weiteren Behälter B9 umgeben, der mit einem weiteren Wärmeträgermaterial WM9 befüllt ist. Als weiteres Wärmeträgermaterial WM9 wird beispielsweise Wasser verwendet. Das Wärmeträgermaterial WM9 wird in einem eigenen, vom Wärmekreislauf Wl unabhängigen Wärmekreislauf W9 umgewälzt. Dazu ist beispielsweise eine Pumpe P3 vorgesehen, die das Wärmeträgermaterial WM9 in Strömungsrichtung R9 einem Verbraucher V2 zuführt. Weitere Verbraucher V3, V4 sind ebenfalls im Wärmekreislauf W9 vorgesehen. Pumpen, die allenfalls auch zur Versorgung der Verbraucher V3, V4 mit Wärmeträgermaterial WM9 erforderlich sein können, sind in Fig. 1 nicht dargestellt.
Weiters ist im Wärmekreislauf W9 eine Wärmequelle Q2 vorgesehen, die zur Erwärmung des Wärmeträgermaterials WM9 dient, sollte der Sonnenkollektor Sl während einer längeren Zeitdauer mit fehlendem Sonneneintrag zu wenig Wärme dem Latentwärmespeicher LI zuführen können. In diesem Fall kann der Sonnenkollektor Sl mittels einer Bypassschaltung auch vom Wärmekreislauf Wl abgekoppelt werden. Als Wärmequelle Q2 können beispielsweise eine elektrische Zusatzbeheizung oder eine Gastherme, ein Pelletsofen mit einem Heizeinsatz, oder ein Küchenofen mit Heizeinsatz eingesetzt werden. Zum Umwälzen der von der Wärmequelle Q2 eingetragenen Energie in Strömungsrichtung R9 ist eine Pumpe P4 vorgesehen. Der erfindungsgemäße Latentwärmespeicher LI kann somit mit seiner äußeren, mit dem weiteren Wärmeträgermaterial WM9 befüllten Schicht wie ein aus dem Stand der Technik bekannter Warmwasserspeicher eingesetzt werden.
An der Außenseite des Latentwärmespeichers LI ist eine mehrschichtige Isolierung vorgesehen, die drei Isolierschichten II, 12 sowie 13 umfasst. Auch der Halsabschnitt HL1 des Latentwärmespeichers LI ist mit einer Isolierung II versehen.
Zur besseren Übersicht sind in Fig. 1 Versteifungsmaterialien oder Füllmaterialien im Inneren der Behälter Bl bis B3 nicht dargestellt. Weiters können zum Betrieb des in Fig. 1 schematisch dargestellten Latentwärmespeichers LI weitere Ventile, Armaturen oder Regelungseinrichtungen erforderlich sein, die ebenfalls der Übersichtlichkeit wegen nicht gezeigt sind.
Die folgenden Fig. 2A bis 2C zeigen jeweils in einer Schnittansicht ein Detail eines Latentwärmespeichers LI.
In Fig. 2 ist in einer Schnittansicht ein Latentwärmespeicher LI gezeigt, der von mehreren Energiequellen EQ1, EQ2 sowie EQ3 beheizt wird. Die beiden Energiequellen EQ1 und EQ2 befinden sich dazu direkt im mit Wärmeträgermaterial WMl befüllten Wärmekreislauf Wl, der die mit Phasenwechselmaterial PM1, PM2 bzw. PM3 befüllten Behältnisse Bl, B2 sowie B3 durchsetzt. Die Energiequelle EQ1 wird beispielhaft von einer Sammelstelle für Prozessabwärme eines Industriebetriebs gebildet, die Energiequelle EQ2 ist hier eine Biomasse-Feuerung. Die weitere Energiequelle EQ 3 ist in Fig. 2 eine Solaranlage mit mehreren Sonnenkollektoren, die in einem weiteren, separaten Wärmekreislauf W10 umfassend eine Pumpe P10, ein Wärmeträgermaterial WM 10, beispielsweise Wasser, sowie einen Wärmetauscher WT10 angeordnet sind. Abwärme der Sonnenkollektoren gelangt mittels Wärmeträgermaterial WM 10 zum Wärmetauscher WT10 und geht als Wärmeenergie in das Wärmeträgermaterial WM1 des Wärmekreislaufs Wl über. Somit wird der Wärmekreislauf Wl von den beiden Energiequellen EQl und EQ2 jeweils direkt, von der Energiequelle EQ3 indirekt erwärmt.
In Fig. 3 ist ein Detail eines Latentwärmespeichers LI mit einem Versteifungsmaterial VM dargestellt, das hier als wabenförmiges Versteifungsmaterial VM1 ausgeführt zur Versteifung des Latentwärmespeichers dient und beispielsweise im Behälter B2 vorgesehen ist. Das wabenförmige Versteifungsmaterial VM1 ist im Behälter B2 dabei vom Phasenwechselmaterial PM2 umgeben bzw. wird von diesem durchströmt. Das wabenförmige Versteifungsmaterial VM1 ist aus einem wärmeleitfähigen Material hergestellt und verbessert daher die Wärmeleitfähigkeit zwischen den benachbarten Behältern Bl und B2 bzw. die Wärmeleitfähigkeit innerhalb des Phasenwechselmaterials PM2.
Fig. 4 zeigt ein Detail einer weiteren Ausführungsvariante des Behälters B2, der mit einem Versteifungsmaterial VM, das hier als Versteifungsmaterial mit einer Fachwerkstruktur VM2 ausgeführt ist, zumindest teilweise befüllt ist.
In Fig. 5 ist der Behälter B2 teilweise mit einem Füllmaterial FM befüllt, das hier beispielsweise als ein Metallschaum ausgeführt ebenfalls vom Phasenwechselmaterial PM2 durchdrungen ist und die Wärmeleitfähigkeit zwischen den benachbarten Behältern Bl und B2 erhöht.
Das Füllmaterial und/oder das Versteifungsmaterial können in einem oder in mehreren Behältern vorgesehen sein. Auch Ausführungsformen mit Kombinationen aus einem Füllmaterial und einem Versteifungsmaterial, welche in einem oder mehreren Behältern eines erfindungsgemäßen Latentwärmespeichers vorgesehen sind und neben der Erhöhung der Steifigkeit des Speichers auch eine Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit bewirken, sind von der Erfindung mit umfasst.
Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Latentwärmespeichers Ll.l. Abweichend von der in den Fig. 1 und Fig. 2 gezeigten ersten Ausführungsform ist der Latentwärmespeicher Ll. l ohne eine Außenisolierung sowie ohne einen beispielsweise mit Wasser befüllten äußersten Behälter B9 ausgeführt.
In Fig. 6 sind zwei an sich baugleiche Latentwärmespeicher Ll. l dargestellt, die beide gemeinsam in ein mit einem weiteren Wärmeträgermaterial WM 11 gefülltes Pufferbecken PB11 getaucht sind. Die beiden Latentwärmespeicher Ll.l dienen hier als mobile Wärmespeicher, die an einem anderen Ort an eine hier nicht dargestellte Energiequelle angeschlossen und mit Überschussenergie, beispielsweise mit Prozessabwärme, aufgeladen werden. Die mit Wärmeträgermaterial befüllten Wärmetauscherleitungen sind mit Ventilen VE ausgerüstet und können an eine oder mehrere Energiequellen an- bzw. abgeschlossen werden.
Die in den Latentwärmespeichern Ll. l dabei gespeicherte Wärme wird im Pufferbecken PB11 an das Wärmeträgermaterial WM11, beispielsweise Wasser, abgegeben. Ein Wärmekreislauf Wl l ist dazu mit einer Pumpe Pl l, welche für eine Umwälzung des Wärmeträgermaterials WM 11 in Strömungsrichtung RH sorgt, versehen. Die von den Latentwärmespeichern Ll.l freigesetzte Wärme gelangt so zu einem Verbraucher Vl l, beispielsweise einer Warmwasserheizung eines Gebäudes. Die Latentwärmespeicher Ll.l werden, nachdem die gespeicherte Wärmeenergie abgegeben ist, dem Pufferbecken PB11 wieder entnommen und zur Wiederaufladung mit Überschussenergie zu den entsprechenden Energiequellen zurückgebracht. Somit können Latentwärmespeicher Ll. l vergleichbar mit wiederaufladbaren Batterien für unterschiedlichste Wärmespeicheraufgaben verwendet werden.
Fig. 7 stellt in einer Schnittansicht von der Seite eine weitere erfindungsgemäße Ausführung eines Latentwärmespeichers LI.2 dar. Der Latentwärmespeicher LI.2 ist etwa vergleichbar mit der in Fig. 6 gezeigten Ausführung ebenfalls aus drei schalenförmig einander umgebenden Behältnissen Bl, B2 und B3 aufgebaut. Die Behältnisse Bl, B2 sowie B3 sind dabei jeweils mit unterschiedlichen Phasenwechselmaterialien PM1, PM2 sowie PM3 befüllt. Die mit Wärmeträgermaterial WMl befüllten Wärmetauscher sind mit Ventilen VE mittels hier nicht dargestellter Verbindungsleitungen an zumindest eine Energiequelle, beispielsweise einen Sonnenkollektor angeschlossen. Im Unterschied zu den in Fig. 6 dargestellten Latentwärmespeichern ist der Latentwärmespeicher LI.2 an seiner Außenseite mit einer eine Speichermasse bildenden Speicherschicht SP bedeckt. Die hier gezeigte Speicherschicht SP ist aus keramischen Fliesen gefertigt. Somit gibt der Latentwärmespeicher LI .2 vergleichbar mit einem Kachelofen Strahlungswärme an seine Umgebung ab, was besonders angenehm zur Raumbeheizung empfunden wird. Liste der Positionsnummern:
LI Latentwärmespeicher
AN1, AN2, AN3 Anschluss
B1, B2, B3, ..., B9 l.bzw. 2., 3., ... 9. Behältnis
BAI, BA2, BA3 Ausgleichsabschnitt des 1. bzw. 2., 3. Behältnisses EQ1, EQ2, EQ3 Energiequelle
FM Füllmaterial
HL1 Halsabschnitt
II, 12, 13 Isolierschicht
P1, P2, P3, ..., P11 Pumpe
PB11 Pufferbecken
PM1, PM2, PM3 1. bzw. 2., 3. Phasenwechselmaterial
Q1, Q2 Wärmequelle
Rl, R9, RIO, RH Strömungsrichtung(en) der Wärmeträgermaterialien
Sl S onnenkollektor
SP Speicherschicht
VI, V2, V3, ..., Vl l Verbraucher
VE Ventil
VM Versteifungsmaterial
VM1 1. Versteifungsmaterial (wabenförmig)
VM2 2. Versteifungsmaterial (Fachwerkstruktur)
Wl, W9, W10, Wl l Wärmekreislauf
WM1, WM9, WM10 Wärmeträgermaterial
WM11 weiteres Wärmeträgermaterial
WT1, WT2, WT3 1. bzw. 2., 3. Wärmetauscher
WT9 weiterer Wärmetauscher

Claims

Ansprüche:
1. Latentwärmespeicher (LI; Ll.l; LI.2), mit einem mit einem Phasenwechselmaterial (PM1) befüllten Behältnis (Bl), wobei ein Wärmetauscher (WT1), der mit zumindest einer Energiequelle (EQ1) einen Wärmekreislauf (Wl) eines Wärmeträgermaterials (WM1) bildet, das Phasenwechselmaterial (PM1) durchsetzt, wobei zumindest ein weiteres Behältnis (B2, B3), welches mit einem weiteren Phasenwechselmaterial (PM2, PM3) befüllt ist, von einem Wärmetauscher (WT2, WT3) des Wärmekreislaufs (Wl) durchsetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Behältnisse (Bl, B2, B3) einander schalenförmig umgebend angeordnet sind.
2. Latentwärmespeicher (LI; Ll.l; LI.2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Energiequelle (EQ1) von einem Sonnenkollektor (Sl) gebildet ist.
3. Latentwärmespeicher (LI; Ll. l; LI.2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenwechselmaterialien (PM1, PM2, PM3) in den einzelnen Behältnissen (Bl, B2, B3) jeweils eine unterschiedliche Schmelztemperatur aufweisen.
4. Latentwärmespeicher (LI; Ll.l; LI.2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelztemperaturen der Phasenwechselmaterialien (PM1, PM2, PM3) in den einzelnen Behältnissen (Bl, B2, B3) vom innersten Behältnis (Bl) nach außen in Strömungsrichtung (Rl) des Wärmeträgermaterials (WM1) abnehmen.
5. Latentwärmespeicher (LI; Ll. l; LI.2) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelztemperaturen der Phasenwechselmaterialien (PM1, PM2, PM3) zwischen in Strömungsrichtung (Rl) des Wärmekreislaufs (Wl) aufeinander folgenden Behältnissen (Bl, B2, B3) jeweils zwischen 0,5°C und 20°C, vorzugsweise zwischen 5°C und 15°C abnehmen.
6. Latentwärmespeicher (LI; Ll.l; LI.2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Behältnis (Bl, B2, B3) einen eigenen Ausgleichsabschnitt (BAI, BA2, BA3) aufweist.
7. Latentwärmespeicher (LI; Ll.l; LI.2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen schalenförmig angeordneten Behältnisse (Bl, B2, B3) an ihrem Halsbereich (HL1) jeweils einen nach oben offenen Ausgleichsabschnitt (BAI, BA2, BA3) bilden.
8. Latentwärmespeicher (LI; Ll.l; LI.2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine, vorzugsweise eine drehzahlgesteuerte, Pumpe (PI) im Wärmekreislauf (Wl) des Wärmeträgermaterials (WM1) angeordnet ist.
9. Latentwärmespeicher (LI; Ll. l; LI.2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch zumindest einen in den Wärmekreislauf (Wl) des Wärmeträgermaterials (WM1) schaltbaren Verbraucher (VI) und/oder eine Wärmequelle (Ql), insbesondere einen elektrischen Heizkörper.
10. Latentwärmespeicher (LI; Ll.l; LI.2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Energiequelle (EQl) aus dem Wärmekreislauf (Wl) des Wärmeträgermaterials (WM1) wegschal tbar ist.
11. Latentwärmespeicher (LI) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch ein weiteres Behältnis (B9) mit einem weiteren Wärmeträgermaterial (WM9), welches die Behältnisse (Bl, B2, B3) des Latentwärmespeichers (LI) umgibt und Anschlüsse (AN1, AN2, AN3) für zumindest einen Verbraucher aufweist.
12. Latentwärmespeicher (LI) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, das zumindest eine, vorzugsweise eine drehzahlgesteuerte, Pumpe (P2) für einen weiteren Wärmekreislauf (W9) des weiteren Wärmeträgermaterials (WM9) vorgesehen ist.
13. Latentwärmespeicher (LI) nach Anspruch 11 oder 12, gekennzeichnet durch zumindest eine in den weiteren Wärmekreislauf (W9) zusätzlich schaltbare Wärmequelle (Q2), insbesondere einen elektrischen Heizkörper.
14. Latentwärmespeicher (LI; Ll. l; LI.2) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Behältnisse (Bl, B2, B3, B9) und/oder die Wärmetauscher (WT1, WT2, WT3, WT9) aus einem wärmeleitfähigen Material hergestellt sind.
15. Latentwärmespeicher (LI; Ll.l; LI.2) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Behältnisse (B l, B2, B3) mit einem Füllmaterial (FM), beispielsweise einem offenporigen Metallschaum, zumindest teilweise befüllt sind.
16. Latentwärmespeicher (LI; Ll.l; LI.2) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Behältnisse (Bl, B2, B3) mit einem Versteifungsmaterial (VM), beispielsweise einem Versteifungsmaterial mit einer wabenförmigen Struktur (VM1) oder einer Fach werkstruktur (VM2), zumindest teilweise befüllt sind.
17. Latentwärmespeicher (LI) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass an seiner Außenseite eine, vorzugsweise mehrlagige, Wärmeisolierschicht (II, 12, 13) vorgesehen ist.
18. Latentwärmespeicher (LI.2) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass an seiner Außenseite eine Speicherschicht (SP) angeordnet ist.
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