CH630170A5

CH630170A5 - Waermespeicher.

Info

Publication number: CH630170A5
Application number: CH476978A
Authority: CH
Inventors: Klaus Gawron; Johann Schroeder; Faramarz Mahdjuri
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1977-05-05
Filing date: 1978-05-02
Publication date: 1982-05-28
Also published as: FR2389861A1; NL7804676A; AU518345B2; SE7804978L; GB1586404A; US4220196A; IT1095716B; IT7822922A0; AU3559078A; JPS53137550A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmespeicher mit sein.

mindestens einem Behälter, der ein durch Übergang von der Das durch eine geschmeidige Trennwand eingeschlossene festen in die flüssige Phase wärmespeicherndes Material enthält, 40 wärmespeichernde Material kann über mehrere relativ kleine in das über mindestens eine wärmedurchlässige Behälterwand sich geschlossene Einheiten verteilt werden. Zur mechanischen Wärme austauschen kann, wobei in dem Behälter ausserdem Stabilisierung kann das wärmespeichernde Material mit geeine Menge Wärmetransportmedium vorhanden ist, das durch schmeidigen als Netzwerk ausgebildeten porösen Stoffen wie mindestens eine geschmeidige und bewegliche Trennwand von beispielsweise Kunststoffschaum oder Metallwolle durchsetzt dem wärmespeichernden Material getrennt ist. 45 sein. Dadurch wird ausserdem eine Phasentrennung durch Sedi-

Ein Wärmespeicher der obengenannten Art ist aus der deut- mentation (Stratifikation) des wärmespeichernden Materials sehen Offenlegungsschrift Nr. 25 17 080 bekannt. verhindert.

Der Wärmespeicher bildet dabei einen Teil eines kombi- Eine günstige Ausführungsform des erfindungsgemässen nierten Erhitzungs-Wärmetransport-Systems, wobei in einem Wärmespeichers weist das Kennzeichen auf, dass der Behälter

Wärmerohr ein oder mehrere geschlossene Behälter angeordnet 50 mit einer Vorrichtung zum Messen des Flüssigkeitspegels des sind, die ein mit Hilfe einer primären Wärmequelle erhitzbares Wärmetransportmediums versehen ist.

wärmespeicherndes Material enthalten, das als sekundäre Wär- Die mit Phasenübergang (bei konstanter Temperatur) des mequelle über eine oder mehrere wärmedurchlässige Behälter- wärmespeichernden Materials einhergehende Volumenände-

wände mit einer sich im Wärmerohrraum befindenden kleinen rung dieses Materials führt zu einer Änderung des Flüssigkeits-

Flüssigkeitsmenge Wärme austauschen kann. Durch einen Ver- 55 pegels. Der Flüssigkeitspegel ist auf diese Weise ein Mass für dampfungskondensationskreislauf transportiert diese Flüssig- den Wärmeinhalt und damit den Ladungsgrad des Speichers,

keit Wärme von den Behältern zu dem Wärmeverbraucher. In Die Vorrichtung zum Messen des Flüssigkeitspegels bietet jedem der Behälter ist ausserdem eine geringe Menge ver- nun den Vorteil, dass der Ladungsgrad des Wärmespeichers auf dampfbarer Flüssigkeit vorhanden, die bei jeder Betriebstempe- einfache Weise bestimmt werden kann.

ratur dafür sorgt, dass die Dampfdrücke in den Behältern dem 60 Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann die Flüs-

Dampfdruck im Wärmerohrraum wenigstens nahezu entspre- sigkeitspegelmessvorrichtung eine Vorrichtung zum Zuführen chen. Die Behälterwände werden dadurch druckentlastet. bzw. Entnehmen von Wärme zu bzw. von dem wärmespeichern-

In jedem der Behälter ist zwischen dem wärmespeichernden den Material steuern.

Material und der verdampfbaren Flüssigkeit örtlich eine geschmeidige Trennwand vorhanden, die ausschliesslich dazu 65 Bei einer weiteren günstigen Ausführungsform des erfin-dient, chemische Reaktionen zwischen dem wärmespeichernden dungsgemässen Wärmespeichers befindet sich der Flüssigkeits-Material und der verdampfbaren Flüssigkeit zu vermeiden. pegel in einem verengten Teil des Behälters, der in bezug auf

In Latentwärmespeichern, die im Bereich von 0 bis 100 °C den restlichen Teil desselben verengt ausgebildet ist.

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Dies ist eine konstruktiv interessante Lösung. Eine weitere günstige Ausführungsform des erfindungsgemässen Speichers weist das Kennzeichen auf, dass das Wärmetransportmedium ein niedrigeres spezifisches Gewicht als das wärmespeichernde Material hat.

Dies bietet den Vorteil, dass das wärmespeichernde Material nicht dazu neigt, in der Wärmetransportflüssigkeit aufzusteigen und eine Verankerung dieses Materials nicht notwendig ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Wärmespeicher mit dem wärmespeichernden Material in geschmolzenem Zustand.

Fig. 2 den Wärmespeicher nach Fig. 1, wobei sich das wärmespeichernde Material jedoch in der festen Phase befindet.

Fig. 3 und 4 einen Längsschnitt durch Wärmespeicher die mit einer Vorrichtung zum Messen des Wärmetransportflüssig-keitspegels versehen sind.

In den Fig. 1 und 2 ist ein Behälter mit 1 bezeichnet, der eine als Wärmeaustauscher 2 ausgebildete zylinderförmige Seitenwand hat.

Der Wärmeaustauscher 2 hat eine Innenwand 2a und eine Aussenwand 2b, zwischen denen ein Kanal 3 vorhanden ist, an den sich eine Zuleitung 4 und eine Ableitung 5 für ein Wärmeaustauschmedium, wie Wasser oder Luft, anschliesst.

Der Behälter 1 hat weiter eine untere Begrenzungswand 6 und eine obere Begrenzungswand 7 und ist auf der Aussenseite mit einer wärmeisolierenden Materialschicht 8 versehen.

Im Behälter 1 befindet sich ein aus geschmeidigem Kunststoff bestehender geschlossener Beutel 9, beispielsweise aus Polyäthylenfolie, der mit wärmespeicherndem Material 10 gefüllt ist.

Weiter ist im Behälter 1 ein gut wärmeleitendes flüssiges Wärmetransportmedium 11 vorhanden, das im wirksamen Temperaturbereich immer nahezu völlig in der Flüssigkeitsphase bleibt (niedrige Dampfspannung).

Das wärmespeichernde Material 10 ist beispielsweise ein Salzhydrat und das Wärmetransportmedium 11 beispielsweise ein Silikonöl.

Im Betriebszustand nach Fig. 1 ist das wärmespeichernde Material 10 geschmolzen, liegt die geschmeidige Kunststoffwand 9, mit Ausnahme der beiden Enden, über die ganze Oberfläche an der wärmedurchlässigen Wand 2a des Wärmeaustauschers 2 an und steht der Pegel 12 der Flüssigkeit 11 im Behälter 1 relative hoch.

Im Betriebszustand nach Fig. 2 ist das wärmespeichernde Material 10 erstarrt und nimmt im Vergleich zu dem Zustand aus Fig. 1 ein geringeres Volumen ein. Die Kunststoffwand 9 hat nun mit der Wärmeaustauscherwand 2a kaum noch Kontakt. Eine gute Wärmeübertragung ist dennoch dadurch gewährleistet, dass die Flüssigkeit 11 den Zwischenraum 13 zwischen den Wänden 9 und 2a füllt. Der Flüssigkeitspegel 12 befindet sich dadurch an einer niedrigeren Stelle im Behälter 1.

Aus den Figuren 1 und 2 geht hervor, dass der obere Volu-5 menteil la des Behälters 1 als Expansionsraum wirksam ist.

Durch die relativ geringe Menge vorhandener Flüssigkeit 11 ist die absolute kubische thermische Ausdehnung derselben im Betrieb gegenüber der des wärmespeichernden Materials vernachlässigbar.

jo Der Behälter 1 aus Fig. 3 enthält drei geschmeidige Kunststoffbeutel 9, die mit wärmespeicherndem Material 10 gefüllt sind.

Der Pegel der Flüssigkeit 11 liegt im Hals 15 des Behälters 1. Ein Schwimmer 16 trägt eine Nadel 17, mit der der Flüssig-15 keitspegel an einer Skala 18 angegeben wird, was eine Anzeige für den Ladungszustand des wärmespeichernden Materials ist.

Die Nadel 17 kann für Regelzwecke verwendet werden. Dazu sind auf zwei verschiedenen Pegeln elektrische Schalter A und B angeordnet. Berührt die Nadel 17 den Schalter B auf dem 20 niedrigeren Pegel (Wärmespeicher fast entladen), so werden beispielsweise in dem wärmespeichernden Material 10 angeordnete elektrische Heizelemente eingeschaltet (nicht dargestellt) oder es wird ein Ventil geöffnet, das sich in einem mit dem Behälter 1 in wärmeaustauschendem Kontakt stehenden Lei-25 tungssystem befindet, in dem dann eine Flüssigkeit umlaufen kann, die den Speicher auflädt (Zuleitung 4 aus Fig. 1).

Erreicht die Nadel 17 den Pegel des Schalters A (Speicher aufgeladen), so werden die elektrischen Heizelemente ausgeschaltet bzw. das Ventil wird geschlossen.

30 Beim Wärmespeicher nach Fig. 4 ist im Hals 15 eine Tauchelektrode 20, die beispielsweise durch einen Metallstab gebildet ist, angeordnet, während die Flüssigkeit 11 elektrisch leitend ist (beispielsweise Wasser in dem Salz aufgelöst worden ist).

Eine zweite Tauchelektrode 21 entgegengesetzter Polarität 35 ist an der Wand des Halses 15 befestigt.

Die beiden Elektroden bilden einen Teil eines elektrischen Kreises, der eine Stromquelle 22 und ein elektrisches Widerstandsmessinstrument 23 enthält.

Der dargestellte elektrische Widerstand ist abhängig von der 40 Tauchtiefe der Elektroden und auf diese Weise ein Mass für den Ladungszustand des Wärmespeichers.

Pegelmessung kann selbstverständlich auch auf eine andere als die dargestellte Art und Weise erfolgen, beispielsweise mit Hilfe eines kapazitiven Wegaufnehmers bzw. Potentiometers. 45 Auch ist eine optische Messung möglich, wobei beispielsweise der Flüssigkeit ein Farbstoff zugegeben sein kann.

Die Flüssigkeitspegelmessvorrichtung kann auch zur Regelung der Wärmeentziehung von dem wärmespeichernden Material verwendet werden, beispielsweise durch öffnen und so Schliessen eines Ventils in einer Leitung, in der ein wärmeabführendes Medium strömt (Ableitung 5 aus Fig. 2).

2 Blatt Zeichnungen

Claims

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PATENTANSPRÜCHE arbeiten, werden als wärmespeicherndes Material z.B. Salzhy-

1. Wärmespeicher mit mindestens einem Behälter, der ein drate verwendet, die sich u.a. durch hohe Schmelzenthalpien durch Übergang aus der festen in die flüssige Phase wärmespei- auszeichnen. Diese Salzhydrate schmelzen bei konstanter Tem-cherndes Material enthält, das über mindestens eine wärme- peratur und weisen beim Übergang aus der flüssigen in die feste, durchlässige Behälterwand Wärme austauschen kann, wobei in 5 Phase eine Volumenabnahme bzw. Dichtezunahme auf, die bis dem Behälter ausserdem eine Menge Wärmetransportmedium zu 10% betragen kann.

vorhanden ist, das durch mindestens eine geschmeidige und be- Diese Volumenänderung führt zu Wärmeübertragungspro-

wegliche Trennwand von dem wärmespeichernden Material ge- blemen. Beim Erstarren des wärmespeichernden Materials trennt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand sich nimmt die Kontaktoberfläche zwischen diesem wärmespei-

weitgehend oder völlig über die Oberfläche der wärmedurchläs- i0 chernden Material und der wärmedurchlässigen Behälterwand sigen Behälterwand zwischen dieser Behälterwand und dem erheblich ab.

wärmespeichernden Material erstreckt und dass das Wärme- So wurde beispielsweise festgestellt, dass bei Verwendung transportmedium ein wärmeleitender Stoff ist, der über den von Na2HP04 ■ 12 H20 als wärmespeicherndes Material beim ganzen wirksamen Temperaturbereich der Vorrichtung bis auf Erstarren eine Volumenabnahme um 3,4% auftritt, wodurch einen kleinen Dampfdruck in der Flüssigkeitsphase bleibt und 15 die Kontaktoberfläche von 100% auf etwa 60% abnimmt,

bei Erstarrung des wärmespeichernden Materials durch thermi- Die vorliegende Erfindung hat nun zur Aufgabe, eine ver-

sches Schrumpfen dieses Materials entstandene Räume zwi- besserte Vorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen,

sehen der Trennwand und der wärmedurchlässigen Behälter- wobei unter Beibehaltung der Trennung des wärmespeichern-

wand völlig füllt. den Materials und des Wärmetransportmediums zwischen dem
2. Wärmespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeicli- 20 wärmespeichernden Material und der wärmedurchlässigen Be-net, dass der Behälter mit einer Vorrichtung zum Messen des hälterwand unter allen Betriebsumständen eine gute Wärme-Flüssigkeitspegels des Wärmetransportmediums versehen ist. Übertragung gewährleistet ist.
3. Wärmespeicher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich- Zur Lösung der erfindungsgemässen Aufgabe weist der net, dass die Flüssigkeitspegelmessvorrichtung eine Vorrichtung Wärmespeicher nach der Erfindung das Kennzeichen auf, dass zum Zuführen bzw. Entnehmen von Wärme zu bzw. von dem 25 die Trennwand sich weitgehend oder völlig über die Oberfläche wärmespeichernden Material steuert. der wärmedurchlässigen Behälterwand zwischen dieser Behäl-
4. Wärmespeicher nach einem der Ansprüche 1,2 oder 3, terwand und dem wärmespeichernden Material erstreckt und dadurch gekennzeichnet, dass sich der Flüssigkeitspegel in ei- dass das Wärmetransportmedium ein wärmeleitender Stoff ist, nem oberen Teil des Behälters befindet, der in bezug auf den der über den ganzen wirksamen Temperaturbereich der Vorrestlichen Teil desselben verengt ausgebildet ist. 30 richtung bis auf einen kleinen Dampfdruck in der Flüssigkeits-
5. Wärmespeicher nach einem der Ansprüche 1,2,3 oder 4, phase bleibt und bei Erstarrung des wärmespeichernden Mate-dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmetransportmedium ein rials durch thermisches Schrumpfen dieses Materials entstandegeringeres spezifisches Gewicht als das wärmespeichernde Ma- ne Räume zwischen der Trennwand und der wärmedurchlässi-terial hat. gen Behälterwand völlig füllt.

35 Das Wärmetransportmedium kann, abhängig von dem wirk-

samen Temperaturbereich des Speichers, beispielsweise Wasser,

wässrige Salzlösungen oder organische Flüssigkeiten wie öl