AT365325B - Latentwaermespeicher - Google Patents

Description

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   Die Erfindung betrifft einen Latentwärmespeicher mit einem Wärmespeichermedium, das durch Übergang in den schmelzflüssigen Zustand Wärmeenergie speichert und beim Übergang in den kristallinen Zustand die gespeicherte Wärmeenergie abgibt, und einem mit dem Wärmespeichermedium im Wärmeaustausch stehenden flüssigen Wärmeträgermedium. 



   Der Gedanke, Wärmeenergie unter Ausnutzung der Schmelzwärme zu speichern, beschäftigt bereits seit Jahrzehnten die einschlägige Technik und gewinnt mit zunehmender Energieknappheit immer mehr an Bedeutung. Es fehlte allerdings immer wieder an einem geeigneten Verfahren, die zu speichernde Wärmeenergie optimal auf das Speichermedium zu übertragen und insbesondere die gespeicherte Wärmeenergie unter minimalsten Wärmeverlusten wieder aus dem Speichermedium zu entnehmen.

   Auch die derzeit bekannten und auf dem Markt befindlichen Latentwärmespeicher, bei denen in der Regel das Speichermedium in einem Behälter untergebracht ist, in dem sich auch eine vom Wärmeträgermedium, in der Regel Wasser durchflossene Rohrschlange befindet, können diese Bedingungen nicht optimal erfüllen, da die vorgesehene Wärmeaustauschfläche in bezug auf das Volumen des Speichermediums relativ klein ist. Dies macht sich insbesondere bei der Entnahme der gespeicherten Enrgie nachteilig bemerkbar, da die Kristallisation des Speichermediums zuallererst im Bereich der Wärmeaustauschfläche stattfindet und die im überwiegenden restlichen Teil des Speichermediums gespeicherte Wärmeenergie auf Grund der schlechteren Wärmeleitfähigkeit des kristallinen Speichermediums nur mehr sehr langsam und unter beträchtlichen Verlusten entnommen werden kann. 



   Dieser schwerwiegende Nachteil des Standes der Technik wird bei einem Latentwärmespeicher der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäss dadurch behoben, dass flache Wärmetauscherelemente mit ihren Hauptflächen in einem Stapel nebeneinander angeordnet sind, wobei die Wärmetauscherelemente in ihrem Inneren das Wärmespeichermedium enthalten und mit zumindest einer, vorzugsweise beiden Hauptflächen mit dem Wärmeträgermedium in Kontakt stehen, indem zwischen den einander zugewendeten Hauptflächen benachbarter Elemente oder Elementenpaare jeweils ein nach aussen abgeschlossener Raum für den Durchfluss des Wärmeträgermediums vorgesehen ist, und dass die einzelnen Räume miteinander in Verbindung stehen. 



   Durch die erfindungsgemässe Bauart wird somit, insbesondere in jenem Fall, wo beide Hauptflächen der Wärmetauscherelemente mit dem Wärmeträgermedium in Kontakt stehen, eine bedeutend grössere wirksame Wärmeaustauschfläche in bezug auf das Volumen des Speichermediums erzielt, 
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 mässe Modulbauweise ermöglicht, Speicher in beliebiger Grösse an Ort und Stelle zusammenzubauen bzw. bereits bestehende Speicher im Bedarfsfall nachträglich in einfacher Weise zu vergrössern. 



  Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzt jeder Raum einen Einlass und einen Auslass, wobei die Einlässe und Auslässe sämtlicher Räume jeweils miteinander in Verbindung stehen. 



   Um zu gewährleisten, dass die Hauptflächen der Wärmetauscherelemente zur Gänze von dem Wärmeträgermedium umspült werden, können gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung innerhalb jedes Raumes Strömungsteiler vorgesehen sein. 



   Schliesslich ist es vorteilhaft, zur Vergrösserung der mit dem Wärmespeichermedium in Berührung stehenden Oberfläche der Wärmetauscherelemente innerhalb der Elemente Lamellen vorzusehen. 



   Nachstehend ist die Erfindung an Hand eines in der Zeichnung im Schrägriss dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. 



   Der dargestellte Latentwärmespeicher besteht aus einem Stapel hauptflächenseitig aneinandergereihter, flacher, kastenförmiger   Wärmetauscherelemente --1--,   die in ihrem Inneren ein bei seinem Übergang in den schmelzflüssigen Zustand Wärmeenergie speicherndes und beim Übergang in den kristallinen Zustand die gespeicherte Wärmeenergie abgebendes Wärmespeichermedium,   z. B.   Natriumthiosulfat, enthalten. Jedes der   Wärmetauscherelement-l-besteht   aus einem rechteckigen Stahlprofilrahmen --2-- und beidseitig auf diesen aufgeschweissten Stahlblechplatten --3--. 



  Bei einem bevorzugten praktischen Ausführungsbeispiel betragen die Innenabmessungen der Elemente 1000   x 2000 x35   mm. 



   Zur Befüllung der   Elemente --1-- mit   dem Speichermedium dient jeweils eine an der oberen Stirnseite des Elementes vorgesehene   Einfüllöffnung --4--.   Im Inneren jedes Elementes --1-- sind zur Vergrösserung der mit dem Wärmespeichermedium in Berührung stehenden Oberfläche mäanderförmige Lamellen --5-- untergebracht, die durch Punktschweissung mit zumindest einer der Platten - verbunden sind. 

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   Im Bereich zweier einander diagonal gegenüberliegender Ecken besitzt jedes Element - 1-- Druchlassöffnungen --6 und 7--, die von das Element durchsetzenden Rohrstücken gebildet werden und, wie später noch näher erläutert werden wird, für den Durchfluss des Wärmeträgermediums durch den Speicher dienen. 



   Zwischen einander benachbarten   Elementen --1-- ist   in Umfangsnähe derselben jeweils eine umlaufende Dichtung --8--, beispielsweise aus Moosgummi oder Kunststoff, eingelegt, die zwischen den einander zugewendeten Platten --3-- der benachbarten Elemente jeweils einen nach aussen hin abgeschlossenen Raum --13-- bestimmt, der ebenfalls dem Durchfluss des Wärmeträgermediums dient und noch näher erläutert werden wird. Zusammengehalten wird der Stapel der Wärmetauscherelemente --1-- durch eine an den beiden äussersten Elementen angreifende und allgemein mit --9-- bezeich- 
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Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ist an die Durchlassöffnung --6-- des einen äussersten   Elementes --1-- eine Zufuhrleitung --10-- für   das Wärmeträgermedium angeschlossen.

   Das zugeführte Wärmeträgermedium tritt durch die   Durchlassöffnung --6-- des   äussersten Elementes-l-hindurch in den zwischen diesem und dem darauffolgenden zweiten Element gebildeten Raum --13-- ein. Ein Teil des in diesen Raum eintretenden Wärmeträgermediums strömt hiebei direkt durch die Durchlass-   öffnung --6-- des   zweiten Elementes weiter in den Raum --13-- zwischen dem zweiten und dritten 
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 aus, während der andere Teil unter Bestreichung der beiden einander gegenüberliegenden Haupt-   flächen --3a-- des   zweiten und dritten Elementes zur Durchlassöffnung --7-- des dritten Elementes strömt.

   Auf diese Weise setzt das Wärmeträgermedium seinen Weg durch den gesamten Speicher fort, bis es schliesslich durch eine an die Durchlassöffnung --7-- des letzten Elementes - 1-- angeschlossene austrittsleitung --11-- den Speicher wieder verlässt. Es versteht sich, dass 
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 ist. 



   Um zu gewährleisten, dass der gesamte Raum --13-- zwischen benachbarten Elementen gleichmässig vom Wärmeträgermedium durchflossen wird, sind in jedem Raum   Strömungsteiler --12-- vorge-   sehen, die von jeweils an einem der benachbarten Elemente durch Punktschweissung angebrachten Blechstreifen gebildet werden. 



   Für den Fall, dass es sich bei dem Wärmespeichermedium um ein solches handelt, welches nicht die Fähigkeit besitzt, ohne äusseren Anstoss zu kristallisieren, kann zwecks Einleitung der Kristallisation durch die   Einfüllöffnungen --4-- der Wärmeaustauscherelemente --1-- Druckluft   oder ein anderes geeignetes Druckgas in das Speichermedium eingeblasen werden. Dies geschieht zweckmässig über ein entsprechendes Rohrsystem aus einer Druckgasflasche durch Öffnen eines zeitrelaisgesteuerten Magnetventils. In der Praxis hat sich eine Öffnungszeit des Magnetventils von 10 bis 15 s als hinreichend erwiesen, um die Kristallisation des Speichermediums sicher in Gang zu bringen. 



   Es versteht sich, dass die Erfindung in keiner Weise auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt ist, sondern dass im Rahmen der Erfindung zahlreiche Abwandlungen möglich sind. So kann   z. B.   in dem Fall, wo die gespeicherte Wärmeenergie nur relativ langsam entnommen werden soll, die Anordnung so getroffen sein, dass jeweils zwei   Wärmetauscherelemente --2-- mit   ihren 
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 ander benachbarten Elementenpaaren   Räume --13-- für   den Durchfluss des Wärmeträgermediums vorgesehen sind, so dass jeweils nur eine Hauptfläche --3a-- der Elemente vom Wärmeträgermedium umspült wird. Auch müssen die Wärmetauscherelemente nicht aus Stahl bestehen, sondern können aus jedem geeigneten andern Material mit ausreichender Wärmeleitfähigkeit hergestellt werden.

   Insbesondere bietet sich hier die Fertigung der Elemente aus Aluminiumprofilrohren an.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE : 1. Latentwärmespeicher mit einem Wärmespeichermedium, das durch Übergang in den schmelzflüssigen Zustand Wärmeenergie speichert und beim Übergang in den kristallinen Zustand die gespeicherte Wärmeenergie abgibt, und einen mit dem Wärmespeichermedium in Wärmeaustausch stehenden flüssigen Wärmeträgermedium, dadurch gekennzeichnet, dass flache Wärmetauscherelemente (1) mit ihren Hauptflächen (3a) in einem Stapel nebeneinander angeordnet sind, wobei die Wärmetauscherelemente (1) in ihrem Inneren das Wärmespeichermedium enthalten und mit zumindest einer, vorzugsweise beiden Hauptflächen (3a) mit dem Wärmeträgermedium in Kontakt stehen, indem zwischen den einander zugewendeten Hauptflächen (3a) benachbarter Elemente oder Elementenpaare (1)

   jeweils ein nach aussen abgeschlossener Raum (13) für den Durchfluss des Wärmeträgermediums vorgesehen ist, und dass die einzelnen Räume (13) miteinander in Verbindung stehen.

   2. Latentwärmespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Raum (13) einen Einlass (6) und einen Auslass (7) für das Wärmeträgermedium besitzt, und die Einlässe (6) und Auslässe (7) sämtlicher Räume jeweils miteinander in Verbindung stehen.

   3. Latentwärmespeicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb jedes Raumes (13) Strömungsteiler (12) vorgesehen sind.

   4. Latentwärmespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb jedes Wärmetauscherelementes (1) Lamellen (5) zur Vergrösserung der mit dem Wärmespeichermedium in Berührung stehenden Oberfläche des Wärmetauscherelementes vorgesehen sind.

   5. Latentwärmespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Räume (13) zwischen benachbarten Wärmetauscherelementen (1) durch zwischen letzteren in Umfangsnähe eingelegte Dichtungen (8) nach aussen abgeschlossen sind.

   6. Latentwärmespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscherelemente (1) durch eine an den beiden äussersten Elementen angreifende Verspannungskonstruktion (9) zusammengehalten sind.