WO2021009629A1 - Heat store with phase change material - Google Patents

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WO2021009629A1
WO2021009629A1 PCT/IB2020/056477 IB2020056477W WO2021009629A1 WO 2021009629 A1 WO2021009629 A1 WO 2021009629A1 IB 2020056477 W IB2020056477 W IB 2020056477W WO 2021009629 A1 WO2021009629 A1 WO 2021009629A1
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WO
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phase change
change material
volume
wall
container
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PCT/IB2020/056477
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Roland Diethelm
Erhard Krumpholz
Thomas Schneider
Christian LEFFERING
Renato Götz
Steffen PORSCHE
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Zehnder Group International Ag
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Publication date
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    • 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
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E60/14Thermal energy storage
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E70/00Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
    • Y02E70/30Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin

Definitions

  • the invention relates to a device for absorbing, storing and releasing heat, which comes for example from a solar collector or a power / heat coupling system.
  • Solid / liquid systems are particularly popular, such as ice stores (frozen / thawed water), wax stores (solidified / melted wax),
  • Paraffin storage solidified / melted paraffin
  • the melting temperatures or melting temperature ranges of such solid / liquid systems can be adjusted over a wide range through the choice of molecules (length of the carbon chains, degree of branching, presence of polar groups, etc.) or by mixing different types of molecules. For example, melting temperatures, i.e. phase change storage operating temperatures of 0 ° C (ice storage), of around 30 to 60 ° C
  • phase change storage in buildings, in particular in connection with solar thermal energy and with storage temperatures of on the one hand, for example 30 ° C and on the other hand, for example 80 ° C Heat storage can be used for a period of several weeks. Seasonal storage of heat is only possible here to a limited extent and, if so, then only with a high level of expenditure on heat insulation measures for the storage tank.
  • the invention is therefore based on the object of enabling long-term, in particular and at least seasonal, storage of heat.
  • the invention provides a device for absorbing, storing and releasing heat, wherein the device occupies a volume which
  • phase change material has a heat transfer fluid volume area through which at least one heat transfer fluid can flow and a phase change material volume area containing a phase change material, the phase change material having a reversible phase change between a phase change temperature TW at a phase change temperature TW
  • Phase change temperature TW can pass through existing second state of the phase change material, and wherein the heat transfer fluid volume area adjoins the phase change material volume area via interfaces, characterized in that the two volume areas are arranged in a container which has a container inner wall facing the volume areas, one of has the outer wall of the container facing away from the volume regions and a thermally insulating insulation region arranged between the inner wall of the container and the outer wall of the container.
  • the thermal insulation area between the inner wall of the container and the outer wall of the container ensures that between the medium surrounding the device
  • thermal energy typically air
  • the device expediently contains one of a first heat transfer fluid
  • the permeable second volume area as well as a third volume area containing at least one phase change material, the first volume area adjoining the third volume area via first interfaces and the second volume area adjoining the third volume area via second interfaces, the three volume areas being arranged in a container, which one to has the inner wall of the container facing the volume regions, an outer container wall facing away from the volume regions and a thermally insulating insulation region arranged between the inner wall of the container and the outer wall of the container.
  • Phase change material in the third volume area and on the other hand a supply or removal of heat through the second interfaces from the second heat transfer fluid in the second volume area to the phase change material in the third volume area.
  • the device can thus be “charged” (heat supply) or “discharged” (heat dissipation).
  • the isolation area preferably contains an evacuated volume.
  • Phase change material inside the device minimized to the outside. This is also relevant for the use of the device for heating when the temperature of the phase change material is higher than the ambient temperature.
  • At least the inner wall of the container facing the volume areas preferably has a melting temperature (e.g. for metal or thermoplastic) or decomposition temperature (e.g. for thermoset) which is higher than the phase change temperature of the phase change material, preferably more than 20K higher and particularly preferably around more than 40K higher.
  • a melting temperature e.g. for metal or thermoplastic
  • decomposition temperature e.g. for thermoset
  • the second state of the phase change material is expediently more energetic than the first state of the phase change material.
  • the phase change material is in its first state as a solid or in a solidified state and in its second state as a liquid or in a molten state.
  • phase change material Preferably that is used here
  • Phase change material enclosed in a capsule the melting temperature of which is above the melting temperature of the phase change material.
  • the cavity of the capsule is preferably only partially filled with the phase change material. This causes a change in volume of the
  • phase change material harmless to the capsule during phase change.
  • the phase change material is in its first state as a solid with a first material structure or first crystal structure and in its second state as a solid with a second material structure or second crystal structure.
  • phase change material During the transition between the first state and the second state, there is only a very slight change in volume of the phase change material. This can also be used here
  • Phase change material be enclosed in a capsule, the melting temperature of which is above the phase change temperature of the phase change material.
  • the flea space of the capsule is only partially filled with the phase change material, whereby a
  • volume change of the phase change material is harmless to the capsule during phase change.
  • a wall for the material separation of the various volume areas is preferably arranged along the boundary surfaces.
  • the wall is preferably formed from a material whose melting temperature, e.g. in the case of metal or thermoplastic as wall material, or whose decomposition temperature, e.g. in the case of thermosetting plastic as wall material, is higher than the phase change temperature TW of the phase change material.
  • the wall is preferably made of a material with high thermal conductivity, preferably from 30 W / (mK) to 500 W / (mK), and / or has a small wall thickness, preferably from 0.1 mm to 2 mm, particularly preferably from 0.2 mm up to 1.2 mm.
  • the wall is preferably formed from a polymer material.
  • a polymer material With the deliberate acceptance of a low thermal conductivity of the wall material, there is the advantage that the wall material is largely free of corrosion compared to aqueous salt solutions or (practically anhydrous) molten salts as heat transfer fluid or as
  • the wall is formed from a carbon / polymer composite material, which in its volume or in its polymer matrix contains a proportion of evenly distributed particles of a carbon allotrope such as graphite, in particular expanded graphite, graphene, fullerenes or carbon nanotubes.
  • a carbon allotrope such as graphite, in particular expanded graphite, graphene, fullerenes or carbon nanotubes.
  • Such an admixture of carbon allotrope particles increases the thermal conductivity of the wall material without impairing its mechanical stability and its chemical resistance to salt solutions or molten salts.
  • the proportion by weight of the carbon allotrope is preferably 2% to 70%, in particular 5% to 50%, of the carbon / polymer composite material.
  • the particle sizes of the particles of the carbon allotrope, in particular of expanded graphite, are preferably in the range from 1 ⁇ m to 500 ⁇ m. Typically the particle size distribution is a normal distribution.
  • the total fraction of the carbon allotrope preferably contains different size-specific fractions, i.e. particle size fractions, the carbon allotrope particles, in particular expanded graphite particles, of a first size-specific fraction having an average particle size which differs from the average particle size of a further size-specific fraction.
  • the mean particle sizes of the two particle size distributions are preferably sufficiently far apart from one another that they form a bimodal distribution with two recognizable maxima in the two adjacent particle size distributions. It is also possible for more than two size-specific proportions to be added to the polymer matrix of the wall material as the respective particle size fraction. Even with such a polydisperse admixture, the mean particle sizes of the multiple particle size distributions are sufficiently far apart that the multiple adjacent particle size distributions form a multimodal distribution with multiple recognizable maxima.
  • the ratio of the mean particle sizes is preferably two different
  • the carbon / polymer composite material preferably contains different types of carbon allotrope.
  • the wall is in the form of a line system, which is from a
  • Heat transfer fluid can flow through and into the phase change material in the
  • Phase change material volume area is at least partially embedded.
  • the partial embedding of the line system in the phase change material forms a free volume within the device into which the phase change material can expand when changing to its more voluminous state, so that the device is prevented from inflating or bursting.
  • both the phase change material and the line system each form a coherent volume. In the operating state of the device, these are on the one hand the phase change material volume and on the other hand the heat transfer fluid volume.
  • the line system preferably contains series and / or parallel connections
  • Pipe register as well as a fluid inlet and a fluid outlet, the fluid inlet being intended for receiving a heat transfer fluid, for example from a solar collector, with a storage charging temperature TL in the line system, the storage charging temperature TL being greater than the phase change temperature TW of the phase change material (TL> TW ).
  • the line system preferably contains series and / or parallel connections
  • Pipe register as well as a fluid inlet (FE) and a fluid outlet (FA), the fluid inlet (FE) being intended for receiving a heat transfer fluid from a heating circuit, for example, with a storage discharge temperature TE into the line system, the storage discharge temperature TE being lower than the Phase change temperature TW of the phase change material is (TE ⁇ TW).
  • the pipe registers connected fluidly in series and / or in parallel are preferably
  • phase change material capsules in which the phase change material is encapsulated and which can be flowed around by a heat transfer fluid.
  • the plurality of phase change material capsules (PK) are preferably contained in the container (B) as a solid packing or as a loose bed, which has a fluid inlet (FE ') and a fluid outlet (FA'), the fluid inlet (FE ') for Receipt of a heat transfer fluid (F; Fl, F2) from a solar collector, for example, with a storage charging temperature TL in the container (B) is determined, the storage charging temperature TL being greater than the phase change temperature TW of the phase change material (P) (TL> TW).
  • the plurality of phase change material capsules (PK) are preferably contained in the container (B) as a solid packing or as a loose bed, which has a fluid inlet (FE ') and a fluid outlet (FA'), the fluid inlet (FE ') for Receipt of a heat transfer fluid (F; Fl, F2) originating from a heating circuit, for example, with a storage discharge temperature TE in the container (B) is determined, the storage discharge temperature TE being less than the phase change temperature TW of the phase change material (P) (TE ⁇ TW).
  • the plurality of phase change material capsules contains a first plurality of phase change material capsules having a first capsule size and a second plurality of
  • Phase change material capsules with a second capsule size Phase change material capsules with a second capsule size.
  • the phase change material capsules preferably have approximately the shape of a sphere, an ovoid, a cylinder, a prism, a cube or a parallelepiped.
  • phase change material capsules preferably have a greater average density than the heat transfer fluid.
  • the individual phase change material capsules sink down in the container containing the heat transfer fluid and form a bed at the bottom of the container
  • the line system contains a first heat pipe with a heat pipe evaporator area, a heat pipe condenser area and a first working fluid, the heat pipe evaporator area being arranged outside the device and the heat pipe condenser area being arranged inside the device.
  • This first heat pipe is used to charge the storage device.
  • This charging heat pipe has a very high thermal conductivity, so you can use it very deep inside the
  • Phase change material volume (third volume area) heat energy can be entered.
  • the line system contains a second one
  • Heat pipe with a heat pipe evaporator area, a heat pipe condenser area and a second working fluid, the heat pipe evaporator area being arranged inside the device and the heat pipe condenser area being arranged outside the device.
  • This second heat pipe is used to discharge the storage device.
  • This discharge heat pipe has a very high thermal conductivity, so that heat energy can be discharged very deeply from the interior of the phase change material volume (third volume area).
  • the first working fluid and the second working fluid are expediently the same type of fluid material.
  • the phase change material can contain an organic material such as wax, paraffin, fatty acid, ester, etc., or an inorganic material, in particular a salt or a salt mixture.
  • the phase change material preferably contains a paraffin whose chain length is in the range from 20 to 34 carbon atoms.
  • Such relatively short-chain organic materials have a melting temperature that is well below 100 ° C. This is advantageous for heating domestic water at atmospheric pressure.
  • the phase change material preferably contains an inorganic salt.
  • a first particularly preferred phase change material contains one of the following salts:
  • phase change material (P) has an inorganic salt mixture with different anions and / or different cations.
  • LiNOs / NaNOs / KN0 3 / NaN0 2 / KNO LiNOs / NaNOs / KN0 3 / NaN0 2 / KNO.
  • a mixed salt By mixing these salts, a mixed salt can be obtained whose melting temperature is between 50 ° C and 100 ° C. This is beneficial for heating domestic water
  • Fig. 1 is a sectional view of a first embodiment of the device according to the invention
  • Figure 2 is a sectional view of a second embodiment of the device according to the invention.
  • FIG. 3 is an enlarged illustration of the sections A from FIG. 1 and from FIG. 2;
  • Figure 4 is a sectional view of a third embodiment of the device according to the invention.
  • Figure 5 is a sectional view of a fourth embodiment of the device according to the invention.
  • the device 1 shows a sectional view of a first embodiment of the device 1 according to the invention.
  • the device 1 occupies a volume which has a heat transfer fluid volume area FV through which a heat transfer fluid F can flow and a phase change material volume area PV containing a phase change material P.
  • a phase change temperature TW the phase change material P undergoes a reversible phase change between a first state of the existing below the phase change temperature TW
  • Heat transfer fluid volume region FV adjoins phase change material volume region PV via interfaces G. The volume areas
  • Container inner wall Bi Container inner wall Bi, a container outer wall Ba facing away from the volume areas and a thermally insulating insulation area IB arranged between the container inner wall Bi and the container outer wall Ba, as can be seen in the enlarged section A of
  • Fig. 3 sees better.
  • the thermal insulation area between the inner wall of the container Bi and the The outer wall of the container Ba ensures that only little thermal energy is exchanged between the medium surrounding the device 1 (typically air) and the phase change material P inside the device 1, for example by conduction and / or thermal radiation.
  • An effort is made to keep the phase change material P in the interior of the device 1 at its "working temperature", ie at its phase change temperature TW, at all times, ie during charging, discharging and holding the charge. This is achieved by always striving for a coexistence of the first state and the second state of the phase change material P.
  • the device 1 ′ comprises a first volume area VI through which a first heat transfer fluid F1 can flow, a second volume area V2 through which a second heat transfer fluid F2 can flow, and a third volume area V3 containing at least one phase change material P.
  • the first volume area VI adjoins the third volume area V3 via first interfaces Gl
  • the second volume area V 2 adjoins the third volume area V3 via second interfaces G2.
  • the volume areas VI, V 2, V3 are arranged in a container B, which has an inner container wall Bi facing the volume areas VI, V 2, V3, an outer container wall Ba facing away from the volume areas VI, V2, V3 and an outer wall Ba between the Has the container inner wall Bi and the container outer wall Ba arranged thermally insulating insulation area IB, as can also be seen better in the enlarged section A of FIG.
  • the thermal insulation area between the inner wall of the container Bi and the outer wall of the container Ba ensures that between the medium surrounding the device 1 '(typically air) and the phase change material P inside the device 1' there is only little thermal energy, for example through heat conduction and / or heat radiation is exchanged.
  • Phase change material P aims.
  • FIG. 3 shows an enlarged illustration of the sections A from FIG. 1 and from FIG. 2.
  • the isolation area IB forms a fourth volume area V4 of the devices 1, 1 '.
  • FIG. 4 shows a sectional view of a third embodiment of the device 1 ′′ according to the invention.
  • a wall or several walls are used to materially separate the various
  • volume areas (cf. FV, PV; VI, V 2, V3 in Fig. 1 and Fig. 2) are provided.
  • the wall or the several walls are in the form of a line system L, which is carried by a heat transfer fluid F can flow through and into the phase change material P in the phase change material
  • the line system L contains a pipe register or several pipe registers R connected in series and / or parallel in terms of fluid, as well as one
  • Fluid inlet FE and a fluid outlet FA The entire device 1 ′′ is contained in a container B.
  • the fluid inlet FE serves to receive a hot heat transfer fluid F, e.g. from a solar collector, with a storage charging temperature TL into the line system L.
  • the storage charging temperature TL is greater than the phase change temperature TW of the phase change material P (TL> TW).
  • the phase change material P is gradually charged, i.e. the phase change into the more energetic state is completed.
  • the fluid outlet FA serves to discharge the heat transfer fluid F which has cooled down after flowing through the device 1 ′′.
  • the fluid inlet FE serves to receive a cold heat transfer fluid F, e.g. from a heating circuit, with a storage discharge temperature TE into the line system L.
  • the storage discharge temperature TE is lower than the phase change temperature TW of the phase change material P (TE ⁇ TW).
  • the phase change material P is gradually discharged, i.e. the
  • the fluid outlet FA is used to discharge the heat transfer fluid F, which has been warmed up after flowing through the device 1 ′′.
  • the dashed line at the upper end of the volume of the phase change material P represents the level of the phase change material.
  • the container B is not completely, in particular between 90% and 95% of the container volume, filled with phase change material P when the phase change material P is less in its state Volume (mostly the volume of the lower energy state).
  • the container B is completely or almost completely, in particular more than 95% of the container volume, filled with phase change material P when the phase change material P is in its state with a larger volume (usually the volume of the higher-energy state).
  • FIG. 5 shows a sectional view of a fourth embodiment of the device 1 "'according to the invention.
  • a wall or several walls are provided for the material separation of the various volume areas (cf. FV, PV; VI, V 2, V3 in FIG and Fig. 2)
  • the wall or the plurality of walls lie as a plurality of capsule walls of a plurality of
  • the plurality of phase change material capsules PK can be contained in the container B as a solid pack or as a loose bulk.
  • the container B has a fluid inlet FE 'and a fluid outlet FA', wherein the fluid inlet FE 'is intended to receive a heat transfer fluid F from a solar collector, for example, with a storage charging temperature TL in the container B.
  • the storage charging temperature TL is greater than the phase change temperature TW of the phase change material P (TL> TW).
  • the phase change material P is gradually charged, ie the phase change into the more energetic state is completed.
  • the fluid outlet FA 1 serves to discharge the heat transfer fluid F. which has "cooled down" after flowing through the device.
  • the container B has a fluid inlet FE 'and a fluid outlet FA', wherein the fluid inlet FE 'is intended to receive a heat transfer fluid F, for example from a heating circuit, with a storage discharge temperature TE into the container B, the storage discharge temperature TE being less than the phase change temperature TW of the phase change material P is (TE ⁇ TW).
  • the phase change material P is gradually discharged, ie the phase change into the lower-energy state is completed.
  • the fluid outlet FA 1 is used to deliver the after
  • the plurality of phase change material capsules PK has a first plurality of large phase change material capsules PK1 and a second plurality of small ones
  • the small capsules PK2 are dimensioned so that they fit into the cavities between the large capsules PK1 present as bulk in the container B.

Abstract

The invention relates to a device (1) for receiving, storing and releasing heat. The device comprises a heat carrier fluid volume region (FV), which can be flowed through by at least one heat carrier fluid (F), and a phase change material volume region (PV), which contains a phase change material (P). At a phase change temperature TW, the phase change material (P) can undergo a reversible phase change between a first state, which exists below the phase change temperature TW, of the phase change material (P) and a second state, which exists above the phase change temperature TW, of the phase change material (P). The heat carrier fluid volume region (FV) adjoins the phase change material volume region (PV) via boundary surfaces (G). The volume regions (FV, PV) are arranged in a container (B) which has a container inner wall (Bi), a container outer wall (Ba) and a thermally insulating installation region (IB) which is arranged between the container inner wall (Bi) and the container outer wall (Ba).

Description

Wärmespeicher mit Phasenwechselmaterial Heat storage with phase change material
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Aufnehmen, Speichern und Abgeben von Wärme, welche z.B. von einem Solarkollektor oder einer Kraft/Wärme-Kopplungsanlage stammt. The invention relates to a device for absorbing, storing and releasing heat, which comes for example from a solar collector or a power / heat coupling system.
Die Verwendung von Speichern zur Speicherung sensibler Wärme ist bekannt. Die Verwendung mit Wasser gefüllter Behälter als Wärmespeicher ist aufgrund der hohen Wärmekapazität von Wasser sowie dessen geringen Kosten und geringer Gefahr für die Umwelt besonders beliebt. Nachteilig ist dabei, dass die Temperaturänderung des Wassers in dem Behälter proportional zu der aufgenommen bzw. abgegebenen Wärmemenge des Wassers ist. Wenn man grössere Wärmemengen speichert, steigt die Temperatur des Speichers gegenüber der Umgebungstemperatur innerhalb oder ausserhalb eines Gebäudes stark an, wodurch hohe Wärmeverluste des Speichers an seine The use of storage tanks to store sensible heat is known. The use of containers filled with water as heat accumulators is particularly popular because of the high heat capacity of water and its low cost and low risk to the environment. The disadvantage here is that the change in temperature of the water in the container is proportional to the amount of heat taken up or given off by the water. If you store larger amounts of heat, the temperature of the storage rises sharply compared to the ambient temperature inside or outside a building, causing high heat losses from the storage
Umgebung durch Wärmeleitung, Wärmestrahlung und Konvektion entstehen. Selbst mit einem hohen Aufwand an Massnahmen zur Wärmeisolation des Speichers ist eine saisonale Speicherung von Wärme kaum möglich. Lediglich die Verwendung riesiger Wasserkörper bei möglichst kleinem Oberfläche/Volumen-Verhältnis kommt hierfür in Frage. Environment arise through thermal conduction, thermal radiation and convection. Seasonal storage of heat is hardly possible even with a large amount of measures to insulate the storage tank. Only the use of huge bodies of water with the smallest possible surface / volume ratio comes into question.
Bekannt ist auch die Verwendung von Speichern zur Speicherung latenter Wärme. Die Verwendung mit Phasenwechselmaterial gefüllter Behälter als Wärmespeicher ist aufgrund der hohen The use of storage devices for storing latent heat is also known. The use of containers filled with phase change material as heat storage is due to the high
Energiedichte sehr interessant. Besonders beliebt sind Fest/Flüssig-Systeme, wie z.B. Eisspeicher (gefrorenes/aufgetautes Wasser), Wachsspeicher (erstarrtes/geschmolzenes Wachs), Energy density very interesting. Solid / liquid systems are particularly popular, such as ice stores (frozen / thawed water), wax stores (solidified / melted wax),
Paraffinspeicher (erstarrtes/geschmolzenes Paraffin), bei denen die Gasphase im Normalbetrieb nahe der jeweiligen Schmelztemperatur des Systems aufgrund des dort üblicherweise geringen Dampfdrucks vernachlässigbar ist. Die Schmelztemperaturen oder Schmelztemperaturbereiche solcher Fest/Flüssig-Systeme können durch die Wahl der Moleküle (Länge der Kohlenstoffketten, Verzweigungsgrad, Vorhandensein polarer Gruppen, etc.) bzw. durch Mischen verschiedener Molekülsorten in weiten Bereichen eingestellt werden. So können z.B. Schmelztemperaturen, d.h. Phasenwechselspeicher-Betriebstemperaturen von 0°C (Eisspeicher), von etwa 30 bis 60°C Paraffin storage (solidified / melted paraffin), in which the gas phase is negligible in normal operation close to the respective melting temperature of the system due to the usually low vapor pressure there. The melting temperatures or melting temperature ranges of such solid / liquid systems can be adjusted over a wide range through the choice of molecules (length of the carbon chains, degree of branching, presence of polar groups, etc.) or by mixing different types of molecules. For example, melting temperatures, i.e. phase change storage operating temperatures of 0 ° C (ice storage), of around 30 to 60 ° C
(Wachs/Paraffin-Speicher) oder von etwa 60 bis 90°C (gegenüber Wachs/Paraffin noch längere oder mit polaren Gruppen versehene Moleküle) bereitgestellt werden. Diese Phasenwechselspeicher haben gegenüber Speichern sensibler Wärme eine um ein Vielfaches höhere Energiespeicherdichte. Solche Phasenwechselspeicher können in Gebäuden, insbesondere in Verbindung mit Solarthermie und mit Speichertemperaturen von einerseits z.B. 30°C und andererseits z.B. 80°C vorteilhaft zur Wärmespeicherung für einen Zeitraum von einigen Wochen verwendet werden. Eine saisonale Speicherung von Wärme ist auch hier nur begrenzt möglich und wenn, dann ebenfalls nur mit einem hohen Aufwand an Massnahmen zur Wärmeisolation des Speichers. (Wax / paraffin storage) or from about 60 to 90 ° C (compared to wax / paraffin even longer molecules or molecules provided with polar groups). These phase change storage systems have a much higher energy storage density than storage of sensible heat. Such phase change storage in buildings, in particular in connection with solar thermal energy and with storage temperatures of on the one hand, for example 30 ° C and on the other hand, for example 80 ° C Heat storage can be used for a period of several weeks. Seasonal storage of heat is only possible here to a limited extent and, if so, then only with a high level of expenditure on heat insulation measures for the storage tank.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine langfristige, insbesondere und zumindest saisonale Speicherung von Wärme zu ermöglichen. The invention is therefore based on the object of enabling long-term, in particular and at least seasonal, storage of heat.
Zur Lösung der Aufgabe stellt die Erfindung eine Vorrichtung zum Aufnehmen, Speichern und Abgeben von Wärme bereit, wobei die Vorrichtung ein Volumen einnimmt, welches To achieve the object, the invention provides a device for absorbing, storing and releasing heat, wherein the device occupies a volume which
einen von mindestens einem Wärmeträgerfluid durchströmbaren Wärmeträgerfluid-Volumenbereich sowie einen ein Phasenwechselmaterial enthaltenden Phasenwechselmaterial-Volumenbereich aufweist, wobei das Phasenwechselmaterial bei einer Phasenwechseltemperatur TW einen reversiblen Phasenwechsel zwischen einem unterhalb der Phasenwechseltemperatur TW has a heat transfer fluid volume area through which at least one heat transfer fluid can flow and a phase change material volume area containing a phase change material, the phase change material having a reversible phase change between a phase change temperature TW at a phase change temperature TW
existierenden ersten Zustand des Phasenwechselmaterials und einem oberhalb der existing first state of the phase change material and one above the
Phasenwechseltemperatur TW existierenden zweiten Zustand des Phasenwechselmaterials durchlaufen kann, und wobei der Wärmeträgerfluid-Volumenbereich über Grenzflächen an den Phasenwechselmaterial-Volumenbereich angrenzt, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Volumenbereiche in einem Behälter angeordnet sind, welcher eine zu den Volumenbereichen weisende Behälter-Innenwand, eine von den Volumenbereichen abgewandte Behälter-Aussenwand sowie einen zwischen der Behälter-Innenwand und der Behälter-Aussenwand angeordneten thermisch isolierenden Isolationsbereich aufweist. Phase change temperature TW can pass through existing second state of the phase change material, and wherein the heat transfer fluid volume area adjoins the phase change material volume area via interfaces, characterized in that the two volume areas are arranged in a container which has a container inner wall facing the volume areas, one of has the outer wall of the container facing away from the volume regions and a thermally insulating insulation region arranged between the inner wall of the container and the outer wall of the container.
Durch den thermischen Isolationsbereich zwischen der Behälter-Innenwand und der Behälter- Aussenwand wird gewährleistet, dass zwischen dem die Vorrichtung umgebenden Medium The thermal insulation area between the inner wall of the container and the outer wall of the container ensures that between the medium surrounding the device
(typischerweise Luft) und dem Phasenwechselmaterial im Innern der Vorrichtung nur wenig Wärmeenergie z.B. durch Wärmeleitung und/oder Wärmestrahlung ausgetauscht wird. (typically air) and the phase change material inside the device, only a small amount of thermal energy is exchanged, e.g. through thermal conduction and / or thermal radiation.
Zweckmässigerweise enthält die Vorrichtung einen von einem ersten Wärmeträgerfluid The device expediently contains one of a first heat transfer fluid
durchströmbaren ersten Volumenbereich, einen von einem zweiten Wärmeträgerfluid flow through first volume area, one of a second heat transfer fluid
durchströmbaren zweiten Volumenbereich sowie einen mindestens ein Phasenwechselmaterial enthaltenden dritten Volumenbereich, wobei der erste Volumenbereich über erste Grenzflächen an den dritten Volumenbereich angrenzt und der zweite Volumenbereich über zweite Grenzflächen an den dritten Volumenbereich angrenzt, wobei die drei Volumenbereiche in einem Behälter angeordnet sind, welcher eine zu den Volumenbereichen weisende Behälter-Innenwand, eine von den Volumenbereichen abgewandte Behälter-Aussenwand sowie einen zwischen der Behälter- Innenwand und der Behälter-Aussenwand angeordneten thermisch isolierenden Isolationsbereich aufweist. Dies ermöglicht einerseits eine Zufuhr oder Abfuhr von Wärme durch die ersten Grenzflächen hindurch von dem ersten Wärmeträgerfluid in dem ersten Volumenbereich zu dem permeable second volume area as well as a third volume area containing at least one phase change material, the first volume area adjoining the third volume area via first interfaces and the second volume area adjoining the third volume area via second interfaces, the three volume areas being arranged in a container, which one to has the inner wall of the container facing the volume regions, an outer container wall facing away from the volume regions and a thermally insulating insulation region arranged between the inner wall of the container and the outer wall of the container. This enables, on the one hand, a supply or removal of heat through the first boundary surfaces from the first heat transfer fluid in the first volume region to the
Phasenwechselmaterial in dem dritten Volumenbereich, und andererseits eine Zufuhr oder Abfuhr von Wärme durch die zweiten Grenzflächen hindurch von dem zweiten Wärmeträgerfluid in dem zweiten Volumenbereich zu dem Phasenwechselmaterial in dem dritten Volumenbereich. Die Vorrichtung kann somit "geladen" (Wärmezufuhr) oder "entladen" (Wärmeabfuhr) werden. Phase change material in the third volume area, and on the other hand a supply or removal of heat through the second interfaces from the second heat transfer fluid in the second volume area to the phase change material in the third volume area. The device can thus be “charged” (heat supply) or “discharged” (heat dissipation).
Vorzugsweise enthält der Isolationsbereich ein evakuiertes Volumen. The isolation area preferably contains an evacuated volume.
Dadurch wird eine unkontrollierte Zufuhr von Wärme von ausserhalb der Vorrichtung in das Phasenwechselmaterial im Innern der Vorrichtung minimiert. Dies ist für die Anwendung der Vorrichtung zum Kühlen relevant, wenn die Temperatur des Phasenwechselmaterials tiefer als die Umgebungstemperatur ist. Ebenfalls wird eine unkontrollierte Abfuhr von Wärme von dem This minimizes an uncontrolled supply of heat from outside the device into the phase change material inside the device. This is relevant for the use of the device for cooling when the temperature of the phase change material is lower than the ambient temperature. Also an uncontrolled dissipation of heat from the
Phasenwechselmaterial im Innern der Vorrichtung nach aussen minimiert. Dies ist auch für die Anwendung der Vorrichtung zum Heizen relevant, wenn die Temperatur des Phasenwechselmaterials höher als die Umgebungstemperatur ist. Phase change material inside the device minimized to the outside. This is also relevant for the use of the device for heating when the temperature of the phase change material is higher than the ambient temperature.
Vorzugsweise hat bei dem Behälter zumindest die zu den Volumenbereichen weisende Behälter- Innenwand eine Schmelztemperatur (z.B. bei Metall oder Thermoplast) oder Zersetzungstemperatur (z.B. bei Duroplast), welche höher als die Phasenwechseltemperatur des Phasenwechselmaterials ist, vorzugsweise um mehr als 20K höher und besonders bevorzugt um mehr als 40K höher. In the case of the container, at least the inner wall of the container facing the volume areas preferably has a melting temperature (e.g. for metal or thermoplastic) or decomposition temperature (e.g. for thermoset) which is higher than the phase change temperature of the phase change material, preferably more than 20K higher and particularly preferably around more than 40K higher.
Dadurch wird die Stabilität der Behälter-Innenwand beim Laden des Speichers und während des Haltens der Ladung gewährleistet. This ensures the stability of the inner wall of the container when the store is being loaded and while the load is being held.
Zweckmäsigerweise ist der zweite Zustand des Phasenwechselmaterials energiereicher als der erste Zustand des Phasenwechselmaterials. The second state of the phase change material is expediently more energetic than the first state of the phase change material.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführung liegt das Phasenwechselmaterial in seinem ersten Zustand als Festkörper bzw. in einem erstarrten Zustand vor und liegt in seinem zweiten Zustand als Flüssigkeit bzw. in einem geschmolzenen Zustand vor. In a particularly preferred embodiment, the phase change material is in its first state as a solid or in a solidified state and in its second state as a liquid or in a molten state.
Beim Übergang zwischen dem ersten Zustand un dem zweiten Zustand erfolgt dabei nur eine geringe Volumenänderung des Phasenwechselmaterials. Vorzugsweise ist das hier verwendete During the transition between the first state and the second state, there is only a slight change in volume of the phase change material. Preferably that is used here
Phasenwechselmaterial in einer Kapsel eingeschlossen, deren Schmelztemperatur oberhalb der Schmelztemperatur des Phasenwechselmaterial liegt. Vorzugsweise ist der Hohlraum der Kapsel nur teilweise mit dem Phasenwechselmaterial gefüllt. Dadurch ist eine Volumenänderung des Phase change material enclosed in a capsule, the melting temperature of which is above the melting temperature of the phase change material. The cavity of the capsule is preferably only partially filled with the phase change material. This causes a change in volume of the
Phasenwechselmaterials beim Phasenwechel für die Kapsel unschädlich. Bei einer weiteren besonders bevorzugten Ausführung liegt das Phasenwechselmaterial in seinem ersten Zustand als Festkörper mit einer ersten Materialstruktur bzw. ersten Kristallstruktur vor und liegt in seinem zweiten Zustand als Festkörper mit einer zweiten Materialstruktur bzw. zweiten Kristallstruktur vor. Phase change material harmless to the capsule during phase change. In a further particularly preferred embodiment, the phase change material is in its first state as a solid with a first material structure or first crystal structure and in its second state as a solid with a second material structure or second crystal structure.
Beim Übergang zwischen dem ersten Zustand un dem zweiten Zustand erfolgt dabei nur eine sehr geringe Volumenänderung des Phasenwechselmaterials. Auch hier kann das verwendete During the transition between the first state and the second state, there is only a very slight change in volume of the phase change material. This can also be used here
Phasenwechselmaterial in einer Kapsel eingeschlossen sein, deren Schmelztemperatur oberhalb der Phasenwechseltemperatur des Phasenwechselmaterial liegt. Vorzugsweise ist der Flohlraum der Kapsel nur teilweise mit dem Phasenwechselmaterial gefüllt, wodurch auch hier eine Phase change material be enclosed in a capsule, the melting temperature of which is above the phase change temperature of the phase change material. Preferably, the flea space of the capsule is only partially filled with the phase change material, whereby a
Volumenänderung des Phasenwechselmaterials beim Phasenwechel für die Kapsel unschädlich ist. Volume change of the phase change material is harmless to the capsule during phase change.
Vorzugsweise ist entlang der Grenzflächen eine Wand zur stofflichen Trennung der verschiedenen Volumenbereiche angeordnet. A wall for the material separation of the various volume areas is preferably arranged along the boundary surfaces.
Dadurch wird verhindert, dass Teile des Phasenwechselmaterials durch das Wärmeträgerfluid aus dem dritten Volumenbereich heraus und in den ersten oder in den zweiten Volumenbereich gespült wird. This prevents parts of the phase change material from being flushed out of the third volume area and into the first or into the second volume area by the heat transfer fluid.
Vorzugsweise ist die Wand aus einem Material gebildet, dessen Schmelztemperatur, z.B. bei Metall oder Thermoplast als Wandmaterial, oder dessen Zersetzungstemperatur, z.B. bei Duroplast als Wandmaterial, höher als die Phasenwechseltemperatur TW des Phasenwechselmaterials ist. The wall is preferably formed from a material whose melting temperature, e.g. in the case of metal or thermoplastic as wall material, or whose decomposition temperature, e.g. in the case of thermosetting plastic as wall material, is higher than the phase change temperature TW of the phase change material.
Dadurch wird gewährleistet, dass die Wand auch nach langen Betriebszeiten ohne vollkommene Entladung der Vorrichtung, d.h. unter Beibehaltung eines Teils des Phasenwechselmaterials in seinem zweiten, energiereicheren Zustand, stabil bleibt. This ensures that the wall remains stable even after long periods of operation without the device being completely discharged, i.e. while part of the phase change material is retained in its second, more energetic state.
Vorzugsweise ist die Wand aus einem Material mit hoher thermischer Leitfähigkeit, vorzugsweise von 30 W/(m-K) bis 500 W/(m-K), gebildet und/oder hat eine geringe Wanddicke, vorzugsweise von 0.1 mm bis 2 mm, besonders bevorzugt von 0.2 mm bis 1.2 mm. The wall is preferably made of a material with high thermal conductivity, preferably from 30 W / (mK) to 500 W / (mK), and / or has a small wall thickness, preferably from 0.1 mm to 2 mm, particularly preferably from 0.2 mm up to 1.2 mm.
Dadurch wird gewährleistet, dass der Wärmewiderstand der Wand gering ist. Somit kann bei gegebenem Temperaturunterschied zwischen dem Wärmeträgerfluid in dem ersten oder zweiten Volumenbereich und der Phasenwechseltemperatur TW des Phasenwechselmaterials in dem dritten Volumenbereich eine entsprechend hohe Menge an Wärmeenergie pro Zeiteinheit zwischen dem Wärmeträgerfluid und dem Phasenwechselmaterial übertragen werden, wodurch ein schneller Ladevorgang oder Entladevorgang der Vorrichtung ermöglicht wird. This ensures that the wall's thermal resistance is low. Thus, with a given temperature difference between the heat transfer fluid in the first or second volume area and the phase change temperature TW of the phase change material in the third volume area, a correspondingly high amount of thermal energy per unit of time can be transferred between the heat transfer fluid and the phase change material, which enables a faster charging or discharging of the device becomes.
Vorzugsweise ist die Wand aus einem Polymermaterial gebildet. Unter bewusster Inkaufnahme einer geringen thermischen Leitfähigkeit des Wandmaterials ergibt sich der Vorteil einer weitgehenden Korrosionsfreiheit des Wandmaterials gegenüber wässrigen Salzlösungen oder (praktisch wasserfreien) Salzschmelzen als Wärmeträgerfluid oder als The wall is preferably formed from a polymer material. With the deliberate acceptance of a low thermal conductivity of the wall material, there is the advantage that the wall material is largely free of corrosion compared to aqueous salt solutions or (practically anhydrous) molten salts as heat transfer fluid or as
Phasenwechselmaterial. Phase change material.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführung ist die Wand aus einem Kohlenstoff/Polymer- Verbundmaterial gebildet ist, welches in seinem Volumen bzw. in seiner Polymermatrix einen Anteil gleichmässig verteilter Partikel eines Kohlenstoff-Allotrops wie Graphit, insbesondere expandierten Graphit, Graphen, Fullerene oder Kohlenstoffnanoröhrchen enthält. In a particularly advantageous embodiment, the wall is formed from a carbon / polymer composite material, which in its volume or in its polymer matrix contains a proportion of evenly distributed particles of a carbon allotrope such as graphite, in particular expanded graphite, graphene, fullerenes or carbon nanotubes.
Eine derartige Beimischung von Kohlenstoff-Allotrop-Partikeln erhöht die thermische Leitfähigkeit des Wandmaterials, ohne dessen mechanische Stabilität und dessen chemische Beständigkeit gegenüber Salzlösungen oder Salzschmelzen zu beeinträchtigen. Such an admixture of carbon allotrope particles increases the thermal conductivity of the wall material without impairing its mechanical stability and its chemical resistance to salt solutions or molten salts.
Vorzugsweise beträgt der Gewichtsanteil des Kohlenstoff-Allotrops 2% bis 70%, insbesondere 5% bis 50%, des Kohlenstoff/Polymer-Verbundmaterials. The proportion by weight of the carbon allotrope is preferably 2% to 70%, in particular 5% to 50%, of the carbon / polymer composite material.
Vorzugsweise liegen die Partikelgrössen der Partikel des Kohlenstoff-Allotrops, insbesondere von expandiertem Graphit, im Bereich von 1 pm bis 500 pm. Typischerweise ist die Partikelgrössen- Verteilung eine Normalverteilung. The particle sizes of the particles of the carbon allotrope, in particular of expanded graphite, are preferably in the range from 1 μm to 500 μm. Typically the particle size distribution is a normal distribution.
Vorzugsweise enthält der Gesamtanteil des Kohlenstoff-Allotrops verschiedene grössenspezifische Anteile, d.h. Partikelgrössen-Fraktionen, wobei die Kohlenstoff-Allotrop-Partikel, insbesondere expandierte Graphitpartikel, eines ersten grössenspezifischen Anteils eine mittlere Partikelgrösse aufweisen, welche sich von der mittleren Partikelgrösse eines weiteren grössenspezifischen Anteils unterscheidet. Vorzugsweise sind die mittleren Partikelgrössen der beiden Partikelgrössen- Verteilungen ausreichen weit voneinander beabstandet, dass sie beiden derart nebeneinander liegenden Partikelgrössen-Verteilungen eine bimodale Verteilung mit zwei erkennbaren Maxima bilden. Es können auch mehr als zwei grössenspezifische Anteile als jeweilige Partikelgrössen- Fraktion der Polymermatrix des Wandmaterials beigemischt sein. Auch bei einer derartigen polydispersen Beimischung sind die mittleren Partikelgrössen der mehreren Partikelgrössen- Verteilungen ausreichen weit voneinander beabstandet, dass die mehreren derart nebeneinander liegenden Partikelgrössen-Verteilungen eine multimodale Verteilung mit mehreren erkennbaren Maxima bilden. The total fraction of the carbon allotrope preferably contains different size-specific fractions, i.e. particle size fractions, the carbon allotrope particles, in particular expanded graphite particles, of a first size-specific fraction having an average particle size which differs from the average particle size of a further size-specific fraction. The mean particle sizes of the two particle size distributions are preferably sufficiently far apart from one another that they form a bimodal distribution with two recognizable maxima in the two adjacent particle size distributions. It is also possible for more than two size-specific proportions to be added to the polymer matrix of the wall material as the respective particle size fraction. Even with such a polydisperse admixture, the mean particle sizes of the multiple particle size distributions are sufficiently far apart that the multiple adjacent particle size distributions form a multimodal distribution with multiple recognizable maxima.
Vorzugsweise liegt das Verhältnis der mittleren Partikelgrössen zweier verschiedener The ratio of the mean particle sizes is preferably two different
grössenspezifischer Anteile, d.h. Partikelgrössen-Fraktionen, im Bereich von 100 zu 1 bis 10 zu 1. Vorzugsweise enthält das Kohlenstoff/Polymer-Verbundmaterial verschiedene Kohlenstoff-Allotrop- Sorten. size-specific proportions, ie particle size fractions, in the range from 100 to 1 to 10 to 1. The carbon / polymer composite material preferably contains different types of carbon allotrope.
Vorzugsweise liegt die Wand in Form eines Leitungssystems vor, welches von einem Preferably, the wall is in the form of a line system, which is from a
Wärmeträgerfluid durchströmbar ist und in das Phasenwechselmaterial in dem Heat transfer fluid can flow through and into the phase change material in the
Phasenwechselmaterial-Volumenbereich zumindest partiell eingebettet ist. Phase change material volume area is at least partially embedded.
Die partielle Einbettung des Leitungssystems in das Phasenwechselmaterial bildet innerhalb der Vorrichtung ein freies Volumen, in welches sich das Phasenwechselmaterial beim Wechsel in seinen voluminöseren Zustand ausdehnen kann, so dass ein Aufblähen oder Bersten der Vorrichtung verhindert wird. Vorzugsweise bilden dabei sowohl das Phasenwechselmaterial als auch das Leitungssystem jeweils ein zusammenhängendes Volumen. Im Betriebszustand der Vorrichtung sind dies einerseits das Phasenwechselmaterial-Volumen und andererseits das Wärmeträgerfluid- Volumen. The partial embedding of the line system in the phase change material forms a free volume within the device into which the phase change material can expand when changing to its more voluminous state, so that the device is prevented from inflating or bursting. Preferably, both the phase change material and the line system each form a coherent volume. In the operating state of the device, these are on the one hand the phase change material volume and on the other hand the heat transfer fluid volume.
Vorzugsweise enthält das Leitungssystem fluidmässig in Serie und/oder parallel geschaltete The line system preferably contains series and / or parallel connections
Rohrregister sowie einen Fluideinlass und einen Fluidauslass, wobei der Fluideinlass zur Aufnahme eines z.B. von einem Solarkollektor stammenden Wärmeträgerfluids mit einer Speicher- Ladetemperatur TL in das Leitungssystem bestimmt ist, wobei die Speicher-Ladetemperatur TL grösser als die Phasenwechseltemperatur TW des Phasenwechselmaterials ist (TL > TW). Pipe register as well as a fluid inlet and a fluid outlet, the fluid inlet being intended for receiving a heat transfer fluid, for example from a solar collector, with a storage charging temperature TL in the line system, the storage charging temperature TL being greater than the phase change temperature TW of the phase change material (TL> TW ).
Vorzugsweise enthält das Leitungssystem fluidmässig in Serie und/oder parallel geschaltete The line system preferably contains series and / or parallel connections
Rohrregister sowie einen Fluideinlass (FE) und einen Fluidauslass (FA), wobei der Fluideinlass (FE) zur Aufnahme eines z.B. von einem Heizkreislauf stammenden Wärmeträgerfluids mit einer Speicher- Entladetemperatur TE in das Leitungssystem bestimmt ist, wobei die Speicher-Entladetemperatur TE kleiner als die Phasenwechseltemperatur TW des Phasenwechselmaterials ist (TE < TW). Pipe register as well as a fluid inlet (FE) and a fluid outlet (FA), the fluid inlet (FE) being intended for receiving a heat transfer fluid from a heating circuit, for example, with a storage discharge temperature TE into the line system, the storage discharge temperature TE being lower than the Phase change temperature TW of the phase change material is (TE <TW).
Vorzugsweise sind die fluidmässig in Serie und/oder parallel geschalteten Rohrregister The pipe registers connected fluidly in series and / or in parallel are preferably
nebeneinander, insbesondere parallel zueinander, als Registerpaket angeordnet. side by side, in particular parallel to each other, arranged as a register package.
Dies bewirkt eine Kompaktheit der Vorrichtung, d.h. ein kleines Verhältnis von Oberfläche der Vorrichtung zu Volumen der Vorrichtung. Dadurch wird bei gegebener Art des thermisch isolierenden Isolationsbereichs zwischen der Behälter-Innenwand und der Behälter-Aussenwand eine This makes the device compact, i.e. a small ratio of the surface area of the device to the volume of the device. As a result, given the type of thermally insulating insulation area between the inner wall of the container and the outer wall of the container, a
unkontrollierte Zufuhr oder Abfuhr von Wärme ins Innere bzw. aus dem Innern der Vorrichtung minimiert. uncontrolled supply or removal of heat to the interior or from the interior of the device is minimized.
Es ist ebenfalls vorteilhaft, wenn die Wand als eine Vielzahl von Kapselwänden einer Vielzahl vonIt is also advantageous if the wall as a plurality of capsule walls of a plurality of
Phasenwechselmaterial-Kapseln vorliegt, in welchen das Phasenwechselmaterial verkapselt ist und welche von einem Wärmeträgerfluid umströmbar sind. Vorzugsweise sind die Vielzahl von Phasenwechselmaterial-Kapseln (PK) als feste Packung oder als lose Schüttung in dem Behälter (B) enthalten, welcher einen Fluideinlass (FE') und einen Fluidauslass (FA') aufweist, wobei der Fluideinlass (FE') zur Aufnahme eines z.B. von einem Solarkollektor stammenden Wärmeträgerfluids (F; Fl, F2) mit einer Speicher-Ladetemperatur TL in den Behälter (B) bestimmt ist, wobei die Speicher-Ladetemperatur TL grösser als die Phasenwechseltemperatur TW des Phasenwechselmaterials (P) ist (TL > TW). There is phase change material capsules in which the phase change material is encapsulated and which can be flowed around by a heat transfer fluid. The plurality of phase change material capsules (PK) are preferably contained in the container (B) as a solid packing or as a loose bed, which has a fluid inlet (FE ') and a fluid outlet (FA'), the fluid inlet (FE ') for Receipt of a heat transfer fluid (F; Fl, F2) from a solar collector, for example, with a storage charging temperature TL in the container (B) is determined, the storage charging temperature TL being greater than the phase change temperature TW of the phase change material (P) (TL> TW).
Vorzugsweise sind die Vielzahl von Phasenwechselmaterial-Kapseln (PK) als feste Packung oder als lose Schüttung in dem Behälter (B) enthalten, welcher einen Fluideinlass (FE') und einen Fluidauslass (FA') aufweist, wobei der Fluideinlass (FE') zur Aufnahme eines z.B. von einem Heizkreislauf stammenden Wärmeträgerfluids (F; Fl, F2) mit einer Speicher-Entladetemperatur TE in den Behälter (B) bestimmt ist, wobei die Speicher-Entladetemperatur TE kleiner als die Phasenwechseltemperatur TW des Phasenwechselmaterials (P) ist (TE < TW). The plurality of phase change material capsules (PK) are preferably contained in the container (B) as a solid packing or as a loose bed, which has a fluid inlet (FE ') and a fluid outlet (FA'), the fluid inlet (FE ') for Receipt of a heat transfer fluid (F; Fl, F2) originating from a heating circuit, for example, with a storage discharge temperature TE in the container (B) is determined, the storage discharge temperature TE being less than the phase change temperature TW of the phase change material (P) (TE < TW).
Vorzugsweise enthält die Vielzahl von Phasenwechselmaterial-Kapseln eine erste Vielzahl von Phasenwechselmaterial-Kapseln mit einer ersten Kapselgrösse und eine zweite Vielzahl von Preferably, the plurality of phase change material capsules contains a first plurality of phase change material capsules having a first capsule size and a second plurality of
Phasenwechselmaterial-Kapseln mit einer zweiten Kapselgrösse. Phase change material capsules with a second capsule size.
Durch das Auswählen des Grössenverhältnisses der beiden Kapselsorten ermöglicht dies eine dichtere oder weniger dichte Packung oder Schüttung aus Phasenwechselmaterial-Kapseln. By selecting the size ratio of the two types of capsules, this enables a denser or less dense packing or bulk of phase change material capsules.
Vorzugsweise haben die Phasenwechselmaterial-Kapseln in etwa die Form einer Kugel, eines Ovoids, eines Zylinders, eines Prismas, eines Würfels oder eines Quaders haben. The phase change material capsules preferably have approximately the shape of a sphere, an ovoid, a cylinder, a prism, a cube or a parallelepiped.
Durch das Auswählen des Grössenverhältnisses und/oder der Form der Kapselsorte bzw. der Kapselsorten ermöglicht dies eine dichtere oder weniger dichte Packung oder Schüttung aus Phasenwechselmaterial-Kapseln. By selecting the size ratio and / or the shape of the capsule type or types of capsules, this enables a denser or less dense packing or bulk of phase change material capsules.
Vorzugsweise haben die Phasenwechselmaterial-Kapseln eine grössere mittlere Dichte als das Wärmeträgerfluid. The phase change material capsules preferably have a greater average density than the heat transfer fluid.
Somit sinken die einzelnen Phasenwechselmaterial-Kapseln in dem das Wärmeträgerfluid enthaltenden Behälter nach unten und bilden am Boden des Behälters eine Schüttung aus Thus, the individual phase change material capsules sink down in the container containing the heat transfer fluid and form a bed at the bottom of the container
Phasenwechselmaterial-Kapseln. Phase change material capsules.
Bei einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführung enthält das Leitungssystem ein erstes Wärmerohr mit einem Wärmerohr-Verdampferbereich, einem Wärmerohr-Kondensatorbereich und einem ersten Arbeitsfluid, wobei der Wärmerohr-Verdampferbereich ausserhalb der Vorrichtung angeordnet ist und der Wärmerohr-Kondensatorbereich innerhalb der Vorrichtung angeordnet ist. Dieses erste Wärmerohr dient zum Laden der Speicher-Vorrichtung. Dieses Lade-Wärmerohr hat eine sehr hohe thermische Leitfähigkeit, so dass man mit ihm sehr tief ins Innere des In a further particularly advantageous embodiment, the line system contains a first heat pipe with a heat pipe evaporator area, a heat pipe condenser area and a first working fluid, the heat pipe evaporator area being arranged outside the device and the heat pipe condenser area being arranged inside the device. This first heat pipe is used to charge the storage device. This charging heat pipe has a very high thermal conductivity, so you can use it very deep inside the
Phasenwechselmaterial-Volumens (dritter Volumenbereich) Wärmeenergie eingetragen werden kann. Phase change material volume (third volume area) heat energy can be entered.
Bei einer weiteren noch vorteilhafteren Ausführung enthält das Leitungssystem ein zweites In a further, even more advantageous embodiment, the line system contains a second one
Wärmerohr mit einem Wärmerohr-Verdampferbereich, einem Wärmerohr-Kondensatorbereich und einem zweiten Arbeitsfluid, wobei der Wärmerohr-Verdampferbereich innerhalb der Vorrichtung angeordnet ist und der Wärmerohr-Kondensatorbereich ausserhalb der Vorrichtung angeordnet ist. Heat pipe with a heat pipe evaporator area, a heat pipe condenser area and a second working fluid, the heat pipe evaporator area being arranged inside the device and the heat pipe condenser area being arranged outside the device.
Diese zweite Wärmerohr dient zum Entladen der Speicher-Vorrichtung. Dieses Entlade-Wärmerohr hat eine sehr hohe thermische Leitfähigkeit, so dass man mit ihm sehr tief aus dem Innern des Phasenwechselmaterial-Volumens (dritter Volumenbereich) Wärmeenergie ausgetragen werden kann. This second heat pipe is used to discharge the storage device. This discharge heat pipe has a very high thermal conductivity, so that heat energy can be discharged very deeply from the interior of the phase change material volume (third volume area).
Zweckmässigerweise sind das erste Arbeitsfluid und das zweite Arbeitsfluid dieselbe Art von Fluidmaterial. The first working fluid and the second working fluid are expediently the same type of fluid material.
Das Phasenwechselmaterial kann ein organisches Material, wie z.B. Wachs, Paraffin, Fettsäure, Ester, etc., oder ein anorganisches Material, insbesondere ein Salz oder eine Salzmischung, enthalten. The phase change material can contain an organic material such as wax, paraffin, fatty acid, ester, etc., or an inorganic material, in particular a salt or a salt mixture.
Vorzugsweise enthält das Phasenwechselmaterial ein Paraffin, dessen Kettenlänge im Bereich von 20 bis 34 C-Atomen liegt. The phase change material preferably contains a paraffin whose chain length is in the range from 20 to 34 carbon atoms.
Derartige relativ kurzkettige organische Materialien haben eine Schmelztemperatur, die deutlich unter 100°C liegt. Dies ist vorteilhaft für das Aufheizen von Brauchwasser bei Atmosphärendruck. Such relatively short-chain organic materials have a melting temperature that is well below 100 ° C. This is advantageous for heating domestic water at atmospheric pressure.
Vorzugsweise enthält das Phasenwechselmaterial ein anorganisches Salz. The phase change material preferably contains an inorganic salt.
Ein erstes besonders bevorzugtes Phasenwechselmaterial enthält eines der folgenden Salze: A first particularly preferred phase change material contains one of the following salts:
Na2SO4-10H2O / NaCI-Na2SO4-10H2O / Na2Si03-5H20. Na 2 SO 4 -10H 2 O / NaCl-Na 2 SO 4 -10H 2 O / Na 2 Si0 3 -5H 2 0.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Phasenwechselmaterial (P) eine anorganische Salzmischung mit unterschiedlichen Anionen und/oder unterschiedlichen Kationen aufweist. It is particularly advantageous if the phase change material (P) has an inorganic salt mixture with different anions and / or different cations.
Viele (reine) anorganische Salze, d.h. eine jeweilige Kombination aus einer einzigen Art von Anionen und einer einzigen Art von Kationen, haben eine relativ hohe Schmelztemperatur, die weit über 100°C liegt. Durch das Mischen verschiedener derartiger Salze entsteht ein Mischsalz, welches verschiedene Arten von Anionen und Kationen enthält. In vielen Fällen liegt die Schmelztemperatur eines derartigen Mischsalzes weit unter der jeweiligen Schmelztemperatur der in der Mischung enthaltenen (reinen) Salze. Many (pure) inorganic salts, ie a respective combination of a single type of anions and a single type of cations, have a relatively high melting temperature that is well above 100 ° C. By mixing different such salts, a mixed salt is created which contains different types of anions and cations. In many cases it is the melting temperature such a mixed salt far below the respective melting temperature of the (pure) salts contained in the mixture.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Phasenwechselmaterial eine Salzmischung aufweist, welche eine Kombination mindestens zweier der folgenden Salze enthält: It is particularly advantageous if the phase change material has a salt mixture which contains a combination of at least two of the following salts:
LiNOs / NaNOs / KN03 / NaN02 / KNO. LiNOs / NaNOs / KN0 3 / NaN0 2 / KNO.
Durch das Mischen dieser Salze kann ein Mischsalz enthalten werden, dessen Schmelztemperatur zwischen 50°C und 100°C liegt. Dies ist vorteilhaft für das Aufheizen von Brauchwasser bei By mixing these salts, a mixed salt can be obtained whose melting temperature is between 50 ° C and 100 ° C. This is beneficial for heating domestic water
Atmosphärendruck. Atmospheric pressure.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nicht einschränkend aufzufassenden Beschreibung/Darstellung anhand der Zeichnung, wobei Further advantages, features and possible applications of the invention emerge from the non-restrictive description / illustration with reference to the drawing, wherein
Fig. 1 eine Schnittansicht einer ersten Ausführung der erfindungsgemässen Vorrichtung ist; Fig. 1 is a sectional view of a first embodiment of the device according to the invention;
Fig. 2 eine Schnittansicht einer zweiten Ausführung der erfindungsgemässen Vorrichtung ist; Figure 2 is a sectional view of a second embodiment of the device according to the invention;
Fig. 3 eine vergrösserte Darstellung der Ausschnitte A aus Fig. 1 und aus Fig. 2 ist; FIG. 3 is an enlarged illustration of the sections A from FIG. 1 and from FIG. 2;
Fig. 4 eine Schnittansicht einer dritten Ausführung der erfindungsgemässen Vorrichtung ist; und Figure 4 is a sectional view of a third embodiment of the device according to the invention; and
Fig. 5 eine Schnittansicht einer vierten Ausführung der erfindungsgemässen Vorrichtung ist. Figure 5 is a sectional view of a fourth embodiment of the device according to the invention.
In Fig. 1 ist eine Schnittansicht einer ersten Ausführung der erfindungsgemässen Vorrichtung 1 gezeigt. Die Vorrichtung 1 nimmt ein Volumen ein, welches einen von einem Wärmeträgerfluid F durchströmbaren Wärmeträgerfluid-Volumenbereich FV sowie einen ein Phasenwechselmaterial P enthaltenden Phasenwechselmaterial-Volumenbereich PV aufweist. Das Phasenwechselmaterial P durchläuft bei einer Phasenwechseltemperatur TW einen reversiblen Phasenwechsel zwischen einem unterhalb der Phasenwechseltemperatur TW existierenden ersten Zustand des 1 shows a sectional view of a first embodiment of the device 1 according to the invention. The device 1 occupies a volume which has a heat transfer fluid volume area FV through which a heat transfer fluid F can flow and a phase change material volume area PV containing a phase change material P. At a phase change temperature TW, the phase change material P undergoes a reversible phase change between a first state of the existing below the phase change temperature TW
Phasenwechselmaterials P und einem oberhalb der Phasenwechseltemperatur TW existierenden zweiten Zustand des Phasenwechselmaterials P. Der Wärmeträgerfluid-Volumenbereich FV grenzt über Grenzflächen G an den Phasenwechselmaterial-Volumenbereich PV an. Die Volumenbereiche Phase change material P and a second state of phase change material P existing above phase change temperature TW. Heat transfer fluid volume region FV adjoins phase change material volume region PV via interfaces G. The volume areas
FV, PV sind in einem Behälter B angeordnet, welcher eine zu den Volumenbereichen weisendeFV, PV are arranged in a container B, which is one facing the volume areas
Behälter-Innenwand Bi, eine von den Volumenbereichen abgewandte Behälter-Aussenwand Ba sowie einen zwischen der Behälter-Innenwand Bi und der Behälter-Aussenwand Ba angeordneten thermisch isolierenden Isolationsbereich IB aufweist, wie man in dem vergrösserten Ausschnitt A derContainer inner wall Bi, a container outer wall Ba facing away from the volume areas and a thermally insulating insulation area IB arranged between the container inner wall Bi and the container outer wall Ba, as can be seen in the enlarged section A of
Fig. 3 besser sieht. Der thermische Isolationsbereich zwischen der Behälter-Innenwand Bi und der Behälter-Aussenwand Ba gewährleistet, dass zwischen dem die Vorrichtung 1 umgebenden Medium (typischerweise Luft) und dem Phasenwechselmaterial P im Innern der Vorrichtung 1 nur wenig Wärmeenergie z.B. durch Wärmeleitung und/oder Wärmestrahlung ausgetauscht wird. Man ist bestrebt, das Phasenwechselmaterial P im Innern der Vorrichtung 1 stets, d.h. beim Laden, Entladen und Ladung-Halten auf seiner "Arbeitstemperatur", d.h. auf seiner Phasenwechseltemperatur TW, zu halten. Dies wird erreicht, indem man stets eine Koexistenz des ersten Zustands und des zweiten Zustands des Phasenwechselmaterials P anstrebt. Fig. 3 sees better. The thermal insulation area between the inner wall of the container Bi and the The outer wall of the container Ba ensures that only little thermal energy is exchanged between the medium surrounding the device 1 (typically air) and the phase change material P inside the device 1, for example by conduction and / or thermal radiation. An effort is made to keep the phase change material P in the interior of the device 1 at its "working temperature", ie at its phase change temperature TW, at all times, ie during charging, discharging and holding the charge. This is achieved by always striving for a coexistence of the first state and the second state of the phase change material P.
In Fig. 2 ist eine Schnittansicht einer zweiten Ausführung der erfindungsgemässen Vorrichtung 1' gezeigt. Die Vorrichtung 1' umfasst einen von einem ersten Wärmeträgerfluid Fl durchströmbaren ersten Volumenbereich VI, einen von einem zweiten Wärmeträgerfluid F2 durchströmbaren zweiten Volumenbereich V2 sowie einen mindestens ein Phasenwechselmaterial P enthaltenden dritten Volumenbereich V3. Der erste Volumenbereich VI grenzt über erste Grenzflächen Gl an den dritten Volumenbereich V3 an, und der zweite Volumenbereich V 2 grenzt über zweite Grenzflächen G2 an den dritten Volumenbereich V3 an. Die Volumenbereiche VI, V 2, V3 sind in einem Behälter B angeordnet, welcher eine zu den Volumenbereichen VI, V 2, V3 weisende Behälter-Innenwand Bi, eine von den Volumenbereichen VI, V2, V3 abgewandte Behälter-Aussenwand Ba sowie einen zwischen der Behälter-Innenwand Bi und der Behälter-Aussenwand Ba angeordneten thermisch isolierenden Isolationsbereich IB aufweist, wie man ebefalls in dem vergrösserten Ausschnitt A der Fig. 3 besser sieht. Auch hier gewährleistet der thermische Isolationsbereich zwischen der Behälter- Innenwand Bi und der Behälter-Aussenwand Ba, dass zwischen dem die Vorrichtung 1' umgebenden Medium (typischerweise Luft) und dem Phasenwechselmaterial P im Innern der Vorrichtung 1' nur wenig Wärmeenergie z.B. durch Wärmeleitung und/oder Wärmestrahlung ausgetauscht wird. Auch hier ist man bestrebt, das Phasenwechselmaterial P im Innern der Vorrichtung 1' stets, d.h. beim Laden, Entladen und Ladung-Halten auf seiner "Arbeitstemperatur" zu halten. Dies wird erreicht, indem man stets eine Koexistenz des ersten Zustands und des zweiten Zustands des 2 shows a sectional view of a second embodiment of the device 1 'according to the invention. The device 1 ′ comprises a first volume area VI through which a first heat transfer fluid F1 can flow, a second volume area V2 through which a second heat transfer fluid F2 can flow, and a third volume area V3 containing at least one phase change material P. The first volume area VI adjoins the third volume area V3 via first interfaces Gl, and the second volume area V 2 adjoins the third volume area V3 via second interfaces G2. The volume areas VI, V 2, V3 are arranged in a container B, which has an inner container wall Bi facing the volume areas VI, V 2, V3, an outer container wall Ba facing away from the volume areas VI, V2, V3 and an outer wall Ba between the Has the container inner wall Bi and the container outer wall Ba arranged thermally insulating insulation area IB, as can also be seen better in the enlarged section A of FIG. Here, too, the thermal insulation area between the inner wall of the container Bi and the outer wall of the container Ba ensures that between the medium surrounding the device 1 '(typically air) and the phase change material P inside the device 1' there is only little thermal energy, for example through heat conduction and / or heat radiation is exchanged. Here, too, an effort is made to keep the phase change material P inside the device 1 'at its "working temperature" at all times, i.e. during charging, discharging and holding the charge. This is achieved by always having a coexistence of the first state and the second state of the
Phasenwechselmaterials P anstrebt. Phase change material P aims.
In Fig. 3 ist eine vergrösserte Darstellung der Ausschnitte A aus Fig. 1 und aus Fig. 2 gezeigt. Man erkennt einen jeweiligen Abschnitt der Behälter-Innenwand Bi, der Behälter-Aussenwand Ba sowie des Isolationsbereichs IB zwischen der Behälter-Innenwand Bi und der Behälter-Aussenwand Ba. Der Isolationsbereich IB bildet einen vierten Volumenbereich V4 der Vorrichtungen 1, 1'. FIG. 3 shows an enlarged illustration of the sections A from FIG. 1 and from FIG. 2. One can see a respective section of the container inner wall Bi, the container outer wall Ba and the insulation area IB between the container inner wall Bi and the container outer wall Ba. The isolation area IB forms a fourth volume area V4 of the devices 1, 1 '.
In Fig. 4 ist eine Schnittansicht einer dritten Ausführung der erfindungsgemässen Vorrichtung 1" gezeigt. Eine Wand bzw. mehrere Wände sind zur stofflichen Trennung der verschiedenen FIG. 4 shows a sectional view of a third embodiment of the device 1 ″ according to the invention. A wall or several walls are used to materially separate the various
Volumenbereiche (vgl. FV, PV; VI, V 2, V3 in Fig. 1 und Fig. 2) vorgesehen. Die Wand bzw. die mehreren Wände liegen in Form eines Leitungssystems L vor, welches von einem Wärmeträgerfluid F durchströmbar ist und in das Phasenwechselmaterial P in dem Phasenwechselmaterial-Volume areas (cf. FV, PV; VI, V 2, V3 in Fig. 1 and Fig. 2) are provided. The wall or the several walls are in the form of a line system L, which is carried by a heat transfer fluid F can flow through and into the phase change material P in the phase change material
Volumenbereich PV zumindest partiell eingebettet ist. Das Leitungssystem L enthält ein Rohrregister oder mehrere fluidmässig in Serie und/oder parallel geschaltete Rohrregister R sowie einen Volume area PV is at least partially embedded. The line system L contains a pipe register or several pipe registers R connected in series and / or parallel in terms of fluid, as well as one
Fluideinlass FE und einen Fluidauslass FA. Die gesamte Vorrichtung 1" ist in einem Behälter B enthalten. Fluid inlet FE and a fluid outlet FA. The entire device 1 ″ is contained in a container B.
Ladevorgang: Charging process:
Der Fluideinlass FE dient zur Aufnahme eines z.B. von einem Solarkollektor stammenden heissen Wärmeträgerfluids F mit einer Speicher-Ladetemperatur TL in das Leitungssystem L. Die Speicher- Ladetemperatur TL ist grösser als die Phasenwechseltemperatur TW des Phasenwechselmaterials P (TL > TW). Das Phasenwechselmaterial P wird dabei nach und nach geladen, d.h. der Phasenwechsel in den energiereicheren Zustand vollzogen. Der Fluidauslass FA dient zur Abgabe des nach dem Durchströmen der Vorrichtung 1" abgekühlten Wärmeträgerfluids F. The fluid inlet FE serves to receive a hot heat transfer fluid F, e.g. from a solar collector, with a storage charging temperature TL into the line system L. The storage charging temperature TL is greater than the phase change temperature TW of the phase change material P (TL> TW). The phase change material P is gradually charged, i.e. the phase change into the more energetic state is completed. The fluid outlet FA serves to discharge the heat transfer fluid F which has cooled down after flowing through the device 1 ″.
Entladevorgang: Unloading process:
Der Fluideinlass FE dient zur Aufnahme eines z.B. von einem Heizkreislauf stammenden kalten Wärmeträgerfluids F mit einer Speicher-Entladetemperatur TE in das Leitungssystem L. Die Speicher- Entladetemperatur TE ist kleiner als die Phasenwechseltemperatur TW des Phasenwechselmaterials P (TE < TW). Das Phasenwechselmaterial P wird dabei nach und nach entladen, d.h. der The fluid inlet FE serves to receive a cold heat transfer fluid F, e.g. from a heating circuit, with a storage discharge temperature TE into the line system L. The storage discharge temperature TE is lower than the phase change temperature TW of the phase change material P (TE <TW). The phase change material P is gradually discharged, i.e. the
Phasenwechsel in den energieärmeren Zustand vollzogen. Der Fluidauslass FA dient zur Abgabe des nach dem Durchströmen der Vorrichtung 1" aufgewärmten Wärmeträgerfluids F. Phase change to the lower energy state completed. The fluid outlet FA is used to discharge the heat transfer fluid F, which has been warmed up after flowing through the device 1 ″.
Die gestrichelte Linie am oberen Ende des Volumens des Phasenwechselmaterials P stellt den Füllstandspegel des Phasenwechelmaterials dar. Der Behälter B ist nicht vollständig, insbesondere zwischen 90% und 95% des Behältervolumens, mit Phasenwechselmaterial P gefüllt, wenn sich das Phasenwechselmaterial P in seinem Zustand mit geringerem Volumen befindet (meistens das Volumen des energieärmeren Zustands). Der Behälter B ist dagegen vollständig oder fast vollständig, insbesondere zu mehr als 95% des Behältervolumens, mit Phasenwechselmaterial P gefüllt, wenn sich das Phasenwechselmaterial P in seinem Zustand mit grösserem Volumen befindet (meistens das Volumen des energiereicheren Zustands). The dashed line at the upper end of the volume of the phase change material P represents the level of the phase change material. The container B is not completely, in particular between 90% and 95% of the container volume, filled with phase change material P when the phase change material P is less in its state Volume (mostly the volume of the lower energy state). In contrast, the container B is completely or almost completely, in particular more than 95% of the container volume, filled with phase change material P when the phase change material P is in its state with a larger volume (usually the volume of the higher-energy state).
In Fig. 5 ist eine Schnittansicht einer vierten Ausführung der erfindungsgemässen Vorrichtung 1"' gezeigt. Auch hier sind eine Wand bzw. mehrere Wände zur stofflichen Trennung der verschiedenen Volumenbereiche (vgl. FV, PV; VI, V 2, V3 in Fig. 1 und Fig. 2) vorgesehen. Die Wand bzw. die mehreren Wände liegen als eine Vielzahl von Kapselwänden einer Vielzahl von FIG. 5 shows a sectional view of a fourth embodiment of the device 1 "'according to the invention. Here, too, a wall or several walls are provided for the material separation of the various volume areas (cf. FV, PV; VI, V 2, V3 in FIG and Fig. 2) The wall or the plurality of walls lie as a plurality of capsule walls of a plurality of
Phasenwechselmaterial-Kapseln PK vor, in welchen das Phasenwechselmaterial P verkapselt ist und welche von einem Wärmeträgerfluid F umströmbar sind. Die Vielzahl von Phasenwechselmaterial- Kapseln PK kann als feste Packung oder als lose Schüttung in dem Behälter B enthalten sein. Phase change material capsules PK before, in which the phase change material P is encapsulated and around which a heat transfer fluid F can flow. The plurality of phase change material capsules PK can be contained in the container B as a solid pack or as a loose bulk.
Ladevorgang: Charging process:
Der Behälter B hat einen Fluideinlass FE' und einen Fluidauslass FA', wobei der Fluideinlass FE' zur Aufnahme eines z.B. von einem Solarkollektor stammenden Wärmeträgerfluids F mit einer Speicher- Ladetemperatur TL in den Behälter B bestimmt ist. Die Speicher-Ladetemperatur TL ist grösser als die Phasenwechseltemperatur TW des Phasenwechselmaterials P (TL > TW). Das Phasenwechselmaterial P wird dabei nach und nach geladen, d.h. der Phasenwechsel in den energiereicheren Zustand vollzogen. Der Fluidauslass FA1 dient zur Abgabe des nach dem Durchströmen der Vorrichtung " abgekühlten Wärmeträgerfluids F. The container B has a fluid inlet FE 'and a fluid outlet FA', wherein the fluid inlet FE 'is intended to receive a heat transfer fluid F from a solar collector, for example, with a storage charging temperature TL in the container B. The storage charging temperature TL is greater than the phase change temperature TW of the phase change material P (TL> TW). The phase change material P is gradually charged, ie the phase change into the more energetic state is completed. The fluid outlet FA 1 serves to discharge the heat transfer fluid F. which has "cooled down" after flowing through the device.
Entladevorgang: Unloading process:
Der Behälter B hat einen Fluideinlass FE' und einen Fluidauslass FA', wobei der Fluideinlass FE' zur Aufnahme eines z.B. von einem Heizkreislauf stammenden Wärmeträgerfluids F mit einer Speicher- Entladetemperatur TE in den Behälter B bestimmt ist, wobei die Speicher-Entladetemperatur TE kleiner als die Phasenwechseltemperatur TW des Phasenwechselmaterials P ist (TE < TW). Das Phasenwechselmaterial P wird dabei nach und nach entladen, d.h. der Phasenwechsel in den energieärmeren Zustand vollzogen. Der Fluidauslass FA1 dient zur Abgabe des nach dem The container B has a fluid inlet FE 'and a fluid outlet FA', wherein the fluid inlet FE 'is intended to receive a heat transfer fluid F, for example from a heating circuit, with a storage discharge temperature TE into the container B, the storage discharge temperature TE being less than the phase change temperature TW of the phase change material P is (TE <TW). The phase change material P is gradually discharged, ie the phase change into the lower-energy state is completed. The fluid outlet FA 1 is used to deliver the after
Durchströmen der Vorrichtung " aufgewärmten Wärmeträgerfluids F. Flow through the device "heated heat transfer fluid F.
Man erkennt auch, dass die Vielzahl von Phasenwechselmaterial-Kapseln PK eine erste Vielzahl von grossen Phasenwechselmaterial-Kapseln PK1 und eine zweite Vielzahl von kleinen It can also be seen that the plurality of phase change material capsules PK has a first plurality of large phase change material capsules PK1 and a second plurality of small ones
Phasenwechselmaterial-Kapseln PK2 aufweist. Die kleinen Kapseln PK2 sind dabei so bemessen, dass sie in die Hohlräume zwischen den in dem Behälter B als Schüttung vorliegenden grossen Kapseln PK1 passen. Has phase change material capsules PK2. The small capsules PK2 are dimensioned so that they fit into the cavities between the large capsules PK1 present as bulk in the container B.
Bezugszeichenliste List of reference symbols
1 erste Ausführung der Vorrichtung 1 first version of the device
zweite Ausführung der Vorrichtung second embodiment of the device
1 dritte Ausführung der Vorrichtung 1 third embodiment of the device
" vierte Ausführung der Vorrichtung "fourth embodiment of the device
B Behälter B container
Bi Behälter-Innenwand Bi container inner wall
Ba Behälter-Aussenwand Ba container outer wall
IB Isolationsbereich IB isolation area
VI erster Volumenbereich VI first volume area
V 2 zweiter Volumenbereich V 2 second volume area
V3 dritter Volumenbereich V3 third volume area
V4 Isolationsbereich, vierter Volumenbereich V4 isolation area, fourth volume area
F Wärmeträgerfluid F heat transfer fluid
Fl erstes Wärmeträgerfluid Fl first heat transfer fluid
F2 zweites Wärmeträgerfluid F2 second heat transfer fluid
G Grenzfläche G interface
Gl erste Grenzfläche Gl first interface
G2 zweite Grenzfläche G2 second interface
W Wand W wall
W1 erste Wand W1 first wall
W2 zweite Wand W2 second wall
FV Wärmeträgerfluid-Volumenbereich FV heat transfer fluid volume range
P Phasenwechselmaterial P phase change material
PV Phasenwechselmaterial-Volumenbereich PV phase change material volume range
L Leitungssystem L piping system
LI erstes Leitungssystem LI first pipeline system
L2 zweites Leitungssystem L2 second line system
PK Phasenwechselmaterial-Kapsel PK phase change material capsule
PK1 Phasenwechselmaterial-Kapsel mit erster Grösse PK2 Phasenwechselmaterial-Kapsel mit zweiter GrössePK1 phase change material capsule with first size PK2 phase change material capsule with second size
KW Kapselwand KW capsule wall
FE Fluideinlass FE fluid inlet
FE' Fluideinlass FE 'fluid inlet
FA Fluidauslass FA fluid outlet
FA' Fluidauslass FA 'fluid outlet
TL Speicher-Ladetemperatur TL storage tank charging temperature
TE Speicher-Entladetemperatur TE storage tank discharge temperature
R Register R register
S Sonnenstrahlung S solar radiation
AV Ausdehnungsvolumen AV expansion volume
FP Füllstandpegel FP level level
ST Solarthermiepanel ST solar thermal panel

Claims

Ansprüche Expectations
1. Vorrichtung (1; ; 1"; ") zum Aufnehmen, Speichern und Abgeben von Wärme, wobei die Vorrichtung ein Volumen einnimmt, welches 1. Device (1;; 1 ";") for absorbing, storing and releasing heat, the device occupying a volume which
einen von mindestens einem Wärmeträgerfluid (F) durchströmbaren Wärmeträgerfluid- Volumenbereich (FV) sowie einen ein Phasenwechselmaterial (P) enthaltenden a heat transfer fluid volume area (FV) through which at least one heat transfer fluid (F) can flow, and one containing a phase change material (P)
Phasenwechselmaterial-Volumenbereich (PV) aufweist, wobei Has phase change material volume region (PV), wherein
das Phasenwechselmaterial (P) bei einer Phasenwechseltemperatur TW einen reversiblen the phase change material (P) at a phase change temperature TW a reversible
Phasenwechsel zwischen einem unterhalb der Phasenwechseltemperatur TW existierenden ersten Zustand des Phasenwechselmaterials (P) und einem oberhalb der Phasenwechseltemperatur TW existierenden zweiten Zustand des Phasenwechselmaterials (P) durchlaufen kann, und wobei der Wärmeträgerfluid-Volumenbereich (FV) über Grenzflächen (G) an den Phasenwechselmaterial- Volumenbereich (PV) angrenzt, Phase change between a first state of the phase change material (P) existing below the phase change temperature TW and a second state of the phase change material (P) existing above the phase change temperature TW, and wherein the heat transfer fluid volume area (FV) via interfaces (G) on the phase change material Volume area (PV) is adjacent,
dadurch gekennzeichnet, dass die Volumenbereiche (FV, PV) in einem Behälter (B) angeordnet sind, welcher eine zu den Volumenbereichen weisende Behälter-Innenwand (Bi), eine von den characterized in that the volume areas (FV, PV) are arranged in a container (B) which has a container inner wall (Bi) facing the volume areas, one of the
Volumenbereichen abgewandte Behälter-Aussenwand (Ba) sowie einen zwischen der Behälter- Innenwand (Bi) und der Behälter-Aussenwand (Ba) angeordneten thermisch isolierenden Volume areas facing away from the container outer wall (Ba) and between the container inner wall (Bi) and the container outer wall (Ba) arranged thermally insulating
Isolationsbereich (IB) aufweist. Has isolation area (IB).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen von einem ersten Wärmeträgerfluid (Fl) durchströmbaren ersten Volumenbereich (VI), einen von einem zweiten Wärmeträgerfluid (F2) durchströmbaren zweiten Volumenbereich (V2) sowie einen mindestens ein Phasenwechselmaterial (P) enthaltenden dritten Volumenbereich (V3) aufweist, wobei der erste Volumenbereich (VI) über erste Grenzflächen (Gl) an den dritten Volumenbereich (V3) angrenzt und der zweite Volumenbereich (V2) über zweite Grenzflächen (G2) an den dritten Volumenbereich (V3) angrenzt, 2. Device according to claim 1, characterized in that it contains a first volume area (VI) through which a first heat transfer fluid (Fl) can flow, a second volume area (V2) through which a second heat transfer fluid (F2) and at least one phase change material (P) can flow third volume area (V3), the first volume area (VI) adjoining the third volume area (V3) via first interfaces (Gl) and the second volume area (V2) adjoining the third volume area (V3) via second interfaces (G2),
dadurch gekennzeichnet, dass die Volumenbereiche (VI, V 2, V3) in einem Behälter (B) angeordnet sind, welcher eine zu den Volumenbereichen weisende Behälter-Innenwand (Bi), eine von den Volumenbereichen abgewandte Behälter-Aussenwand (Ba) sowie einen zwischen der Behälter- Innenwand (Bi) und der Behälter-Aussenwand (Ba) angeordneten thermisch isolierenden characterized in that the volume areas (VI, V 2, V3) are arranged in a container (B) which has a container inner wall (Bi) facing the volume areas, an outer container wall (Ba) facing away from the volume areas and an between the container inner wall (Bi) and the container outer wall (Ba) arranged thermally insulating
Isolationsbereich (IB) aufweist. Has isolation area (IB).
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolationsbereich (IB) ein evakuiertes Volumen (V4) aufweist. 3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the insulation area (IB) has an evacuated volume (V4).
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Behälter (B) zumindest die zu den Volumenbereichen weisende Behälter-Innenwand (Bi) eine Schmelztemperatur (z.B. bei Metall oder Thermoplast) oder Zersetzungstemperatur (z.B. bei Duroplasten) hat, welche höher als die Phasenwechseltemperatur TW des Phasenwechselmaterials (P) ist, vorzugsweise um mehr als 20K höher und besonders bevorzugt um mehr als 40K höher. 4. Apparatus according to claim 3, characterized in that in the container (B) at least the container inner wall (Bi) facing the volume areas has a melting temperature (eg for metal or thermoplastic) or decomposition temperature (eg for thermosetting plastics) which is higher than the phase change temperature TW of the phase change material (P) is preferably more than 20K higher and particularly preferably more than 40K higher.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Zustand des Phasenwechselmaterials (P) energiereicher als der erste Zustand des Phasenwechselmaterials (P) ist. 5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the second state of the phase change material (P) is more energetic than the first state of the phase change material (P).
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Phasenwechselmaterial (P) in seinem ersten Zustand als Festkörper bzw. in einem erstarrten Zustand vorliegt und in seinem zweiten Zustand als Flüssigkeit bzw. in einem geschmolzenen Zustand vorliegt. 6. The device according to claim 5, characterized in that the phase change material (P) is present in its first state as a solid or in a solidified state and is present in its second state as a liquid or in a molten state.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Phasenwechselmaterial (P) in seinem ersten Zustand als Festkörper mit einer ersten Materialstruktur bzw. ersten Kristallstruktur vorliegt und in seinem zweiten Zustand als Festkörper mit einer zweiten Materialstruktur bzw. 7. The device according to claim 5, characterized in that the phase change material (P) is present in its first state as a solid with a first material structure or first crystal structure and in its second state as a solid with a second material structure or
zweiten Kristallstruktur vorliegt. second crystal structure is present.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass entlang der Grenzflächen (G; Gl, G2) eine Wand (W; Wl, W2) zur stofflichen Trennung der verschiedenen Volumenbereiche (FV, PV; VI, V2, V3) angeordnet ist. 8. Apparatus according to claim 6 or 7, characterized in that a wall (W; Wl, W2) for material separation of the various volume areas (FV, PV; VI, V2, V3) is arranged along the boundary surfaces (G; Gl, G2) is.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand (W; Wl, W2) aus einem Material gebildet ist, dessen Schmelztemperatur (z.B. bei Metall oder Thermoplast) oder 9. The device according to claim 8, characterized in that the wall (W; Wl, W2) is formed from a material whose melting temperature (e.g. in the case of metal or thermoplastic) or
Zersetzungstemperatur (z.B. bei Duroplasten) höher als die Phasenwechseltemperatur TW des Phasenwechselmaterials (P) ist. The decomposition temperature (e.g. with thermosets) is higher than the phase change temperature TW of the phase change material (P).
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand (W; Wl, W2) aus einem Material mit hoher thermischer Leitfähigkeit, vorzugsweise von 30 W/(m-K) bis 500 W/(m-K), gebildet ist und/oder eine geringe Wanddicke, vorzugsweise von 0.1 mm bis 2 mm, besonders bevorzugt von 0.2 mm bis 1.2 mm, hat. 10. The device according to claim 8 or 9, characterized in that the wall (W; Wl, W2) is formed from a material with high thermal conductivity, preferably from 30 W / (mK) to 500 W / (mK) and / or a small wall thickness, preferably from 0.1 mm to 2 mm, particularly preferably from 0.2 mm to 1.2 mm.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand (W; Wl, W2) aus einem Polymermaterial gebildet ist. 11. Device according to one of claims 8 to 10, characterized in that the wall (W; Wl, W2) is formed from a polymer material.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand (W; Wl, W2) aus einem Kohlenstoff/Polymer-Verbundmaterial gebildet ist, welches in seinem Volumen bzw. in seiner Polymermatrix einen Anteil gleichmässig verteilter Partikel eines Kohlenstoff-Allotrops wie Graphit, insbesondere expandierten Graphit, Graphen, Fullerene oder Kohlenstoffnanoröhrchen enthält. 12. The device according to claim 11, characterized in that the wall (W; Wl, W2) is formed from a carbon / polymer composite material which, in its volume or in its polymer matrix, has a proportion of uniformly distributed particles of a carbon allotrope such as graphite , in particular expanded graphite, graphene, fullerenes or carbon nanotubes contains.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewichtsanteil des 13. The apparatus according to claim 12, characterized in that the weight fraction of the
Kohlenstoff-Allotrops 2% bis 70%, insbesondere 5% bis 50%, des Kohlenstoff/Polymer- Verbundmaterials beträgt. Carbon allotrope is 2% to 70%, especially 5% to 50%, of the carbon / polymer composite.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikelgrössen der Partikel des Kohlenstoff-Allotrops, insbesondere von expandiertem Graphit, im Bereich von 1 pm bis 500 pm liegen. 14. The device according to claim 12 or 13, characterized in that the particle sizes of the particles of the carbon allotrope, in particular of expanded graphite, are in the range from 1 pm to 500 pm.
15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Gesamtanteil des Kohlenstoff-Allotrops verschiedene grössenspezifische Anteile (Partikelgrössen-Fraktionen) aufweist, wobei die Kohlenstoff-Allotrop-Partikel, insbesondere expandierte Graphitpartikel, eines ersten grössenspezifischen Anteils eine mittlere Partikelgrösse aufweisen, welche sich von der mittleren Partikelgrösse eines weiteren grössenspezifischen Anteils unterscheidet. 15. The device according to claim 13 or 14, characterized in that the total proportion of the carbon allotrope has different size-specific proportions (particle size fractions), the carbon allotrope particles, in particular expanded graphite particles, of a first size-specific proportion having an average particle size, which differs from the mean particle size of a further size-specific fraction.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der mittleren Partikelgrössen zweier verschiedener grössenspezifischer Anteile (Partikelgrössen-Fraktionen) im Bereich von 100 zu 1 bis 10 zu 1 liegt. 16. The device according to claim 15, characterized in that the ratio of the mean particle sizes of two different size-specific proportions (particle size fractions) is in the range from 100: 1 to 10: 1.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das 17. Device according to one of claims 12 to 16, characterized in that the
Kohlenstoff/Polymer-Verbundmaterial verschiedene Kohlenstoff-Allotrop-Sorten aufweist. Carbon / polymer composite material has different types of carbon allotrope.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand (W; Wl, W2) in Form eines Leitungssystems (L; LI, L2) vorliegt, welches von einem Wärmeträgerfluid (F; Fl, F2) durchströmbar ist und in das Phasenwechselmaterial (P) in dem Phasenwechselmaterial- Volumenbereich (PV; V3) zumindest partiell eingebettet ist. 18. Device according to one of claims 8 to 17, characterized in that the wall (W; Wl, W2) is in the form of a line system (L; LI, L2) through which a heat transfer fluid (F; Fl, F2) can flow and is at least partially embedded in the phase change material (P) in the phase change material volume region (PV; V3).
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitungssystem (L; LI, L2) fluidmässig in Serie und/oder parallel geschaltete Rohrregister (R; RI, R2) sowie einen Fluideinlass (FE) und einen Fluidauslass (FA) aufweist, wobei der Fluideinlass (FE) zur Aufnahme eines z.B. von einem Solarkollektor stammenden Wärmeträgerfluids (F; Fl, F2) mit einer Speicher-Ladetemperatur TL in das Leitungssystem (L; LI, L2) bestimmt ist, wobei die Speicher-Ladetemperatur TL grösser als die Phasenwechseltemperatur TW des Phasenwechselmaterials (P) ist (TL > TW). 19. The device according to claim 18, characterized in that the line system (L; LI, L2) has pipe registers (R; RI, R2) connected in series and / or in parallel as well as a fluid inlet (FE) and a fluid outlet (FA), wherein the fluid inlet (FE) is intended to receive a heat transfer fluid (F; Fl, F2) originating from a solar collector, for example, with a storage charging temperature TL in the line system (L; LI, L2), the storage charging temperature TL being greater than the Phase change temperature TW of the phase change material (P) is (TL> TW).
20. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitungssystem (L; LI, L2) fluidmässig in Serie und/oder parallel geschaltete Rohrregister (R; RI, R2) sowie einen 20. The device according to claim 18 or 19, characterized in that the line system (L; LI, L2) fluidly connected in series and / or parallel pipe register (R; RI, R2) and one
Fluideinlass (FE) und einen Fluidauslass (FA) aufweist, wobei der Fluideinlass (FE) zur Aufnahme eines z.B. von einem Heizkreislauf stammenden Wärmeträgerfluids (F; Fl, F2) mit einer Speicher- Entladetemperatur TE in das Leitungssystem (L; LI, L2) bestimmt ist, wobei die Speicher- Entladetemperatur TE kleiner als die Phasenwechseltemperatur TW des Phasenwechselmaterials (P) ist (TE < TW). Fluid inlet (FE) and a fluid outlet (FA), the fluid inlet (FE) for receiving a heat transfer fluid (F; Fl, F2) originating, for example, from a heating circuit with a storage discharge temperature TE into the line system (L; LI, L2) is determined, wherein the storage discharge temperature TE is less than the phase change temperature TW of the phase change material (P) (TE <TW).
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand (W;21. Device according to one of claims 8 to 17, characterized in that the wall (W;
Wl, W2) als eine Vielzahl von Kapselwänden (KW) einer Vielzahl von Phasenwechselmaterial-Kapseln (PK) vorliegt, in welchen das Phasenwechselmaterial (P) verkapselt ist und welche von einem Wärmeträgerfluid (F; Fl, F2) umströmbar sind. Wl, W2) is present as a multiplicity of capsule walls (KW) of a multiplicity of phase change material capsules (PK) in which the phase change material (P) is encapsulated and around which a heat transfer fluid (F; F1, F2) can flow.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl von 22. The device according to claim 21, characterized in that the plurality of
Phasenwechselmaterial-Kapseln (PK) als feste Packung oder als lose Schüttung in dem Behälter (B) enthalten sind, welcher einen Fluideinlass (FE') und einen Fluidauslass (FA') aufweist, wobei der Fluideinlass (FE') zur Aufnahme eines z.B. von einem Solarkollektor stammenden Wärmeträgerfluids (F; Fl, F2) mit einer Speicher-Ladetemperatur TL in den Behälter (B) bestimmt ist, wobei die Phase change material capsules (PK) are contained as solid packing or as loose bulk in the container (B), which has a fluid inlet (FE ') and a fluid outlet (FA'), the fluid inlet (FE ') for receiving a e.g. a solar collector originating heat transfer fluid (F; Fl, F2) with a storage loading temperature TL in the container (B) is determined, the
Speicher-Ladetemperatur TL grösser als die Phasenwechseltemperatur TW des Storage tank charging temperature TL greater than the phase change temperature TW des
Phasenwechselmaterials (P) ist (TL > TW). Phase change material (P) is (TL> TW).
23. Vorrichtung nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl von 23. The apparatus of claim 21 or 22, characterized in that the plurality of
Phasenwechselmaterial-Kapseln (PK) als feste Packung oder als lose Schüttung in dem Behälter (B) enthalten sind, welcher einen Fluideinlass (FE') und einen Fluidauslass (FA') aufweist, wobei der Fluideinlass (FE') zur Aufnahme eines z.B. von einem Heizkreislauf stammenden Wärmeträgerfluids (F; Fl, F2) mit einer Speicher-Entladetemperatur TE in den Behälter (B) bestimmt ist, wobei die Speicher-Entladetemperatur TE kleiner als die Phasenwechseltemperatur TW des Phase change material capsules (PK) are contained as solid packing or as loose bulk in the container (B), which has a fluid inlet (FE ') and a fluid outlet (FA'), the fluid inlet (FE ') for receiving a e.g. a heating circuit originating heat transfer fluid (F; Fl, F2) with a storage discharge temperature TE in the container (B) is determined, the storage discharge temperature TE being less than the phase change temperature TW des
Phasenwechselmaterials (P) ist (TE < TW). Phase change material (P) is (TE <TW).
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl von Phasenwechselmaterial-Kapseln (PK) eine erste Vielzahl von Phasenwechselmaterial-Kapseln (PK1) mit einer ersten Kapselgrösse und eine zweite Vielzahl von Phasenwechselmaterial-Kapseln (PK2) mit einer zweiten Kapselgrösse aufweist. 24. Device according to one of claims 21 to 23, characterized in that the plurality of phase change material capsules (PK) with a first plurality of phase change material capsules (PK1) with a first capsule size and a second plurality of phase change material capsules (PK2) having a second capsule size.
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die 25. Device according to one of claims 21 to 24, characterized in that the
Phasenwechselmaterial-Kapseln (PK; PK1, PK2) in etwa die Form einer Kugel, eines Ovoids, eines Zylinders, eines Prismas, eines Würfels oder eines Quaders haben. Phase change material capsules (PK; PK1, PK2) have roughly the shape of a sphere, an ovoid, a cylinder, a prism, a cube or a parallelepiped.
26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenwechselmaterial-Kapseln (PK; PK1, PK2) eine grössere mittlere Dichte als das 26. Device according to one of claims 21 to 25, characterized in that the phase change material capsules (PK; PK1, PK2) have a greater average density than that
Wärmeträgerfluid (F; Fl, F2) haben. Have heat transfer fluid (F; Fl, F2).
27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass das 27. Device according to one of claims 18 to 26, characterized in that the
Leitungssystem (L; LI, L2) ein erstes Wärmerohr mit einem Wärmerohr-Verdampferbereich, einem Wärmerohr-Kondensatorbereich und einem ersten Arbeitsfluid aufweist, wobei der Wärmerohr- Verdampferbereich ausserhalb der Vorrichtung angeordnet ist und der Wärmerohr- Kondensatorbereich innerhalb der Vorrichtung angeordnet ist. Line system (L; LI, L2) has a first heat pipe with a heat pipe evaporator area, a heat pipe condenser area and a first working fluid, the heat pipe evaporator area being arranged outside the device and the heat pipe condenser area being arranged inside the device.
28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass das 28. Device according to one of claims 18 to 27, characterized in that the
Leitungssystem (L; LI, L2) ein zweites Wärmerohr mit einem Wärmerohr-Verdampferbereich, einem Wärmerohr-Kondensatorbereich und einem zweiten Arbeitsfluid aufweist, wobei der Wärmerohr- Verdampferbereich innerhalb der Vorrichtung angeordnet ist und der Wärmerohr- Kondensatorbereich ausserhalb der Vorrichtung angeordnet ist. Line system (L; LI, L2) has a second heat pipe with a heat pipe evaporator area, a heat pipe condenser area and a second working fluid, the heat pipe evaporator area being arranged inside the device and the heat pipe condenser area being arranged outside the device.
29. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Arbeitsfluid und das zweite Arbeitsfluid dieselbe Art von Fluidmaterial sind. 29. The device according to claim 28, characterized in that the first working fluid and the second working fluid are the same type of fluid material.
30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass das 30. Device according to one of claims 1 to 29, characterized in that the
Phasenwechselmaterial (P) ein organisches Material (z.B. Wachs, Paraffin, Fettsäure, Ester, etc.) oder ein anorganisches Material, insbesondere ein Salz oder eine Salzmischung, aufweist. Phase change material (P) comprises an organic material (e.g. wax, paraffin, fatty acid, ester, etc.) or an inorganic material, in particular a salt or a salt mixture.
31. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass das Phasenwechselmaterial (P) ein Paraffin aufweist, dessen Kettenlänge im Bereich von 20 bis 34 C-Atomen liegt. 31. The device according to claim 30, characterized in that the phase change material (P) has a paraffin whose chain length is in the range of 20 to 34 carbon atoms.
32. Vorrichtung nach Anspruch 30 oder 31, dadurch gekennzeichnet, dass das 32. Apparatus according to claim 30 or 31, characterized in that the
Phasenwechselmaterial (P) ein anorganisches Salz aufweist. Phase change material (P) has an inorganic salt.
33. Vorrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass das Phasenwechselmaterial (P) eines der folgenden Salze aufweist: I ^SC lOFhO / NaCI-I ^SC lOFhO / Na2Si03-5H20. 33. The device according to claim 32, characterized in that the phase change material (P) has one of the following salts: I ^ SC 10FhO / NaCl-I ^ SC 10FhO / Na 2 Si0 3 -5H 2 0.
34. Vorrichtung nach Anspruch 32 oder 33, dadurch gekennzeichnet, dass das 34. Apparatus according to claim 32 or 33, characterized in that the
Phasenwechselmaterial (P) eine anorganische Salzmischung mit unterschiedlichen Anionen und/oder unterschiedlichen Kationen aufweist. Phase change material (P) has an inorganic salt mixture with different anions and / or different cations.
35. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 32 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass das 35. Device according to one of claims 32 to 34, characterized in that the
Phasenwechselmaterial eine Salzmischung aufweist, welche eine Kombination mindestens zweier der folgenden Salze enthält: LiN03 / NaN03 / KN03 / NaN02 / KNO. Phase change material has a salt mixture which contains a combination of at least two of the following salts: LiN0 3 / NaN0 3 / KN0 3 / NaN0 2 / KNO.
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