DD147405A1

DD147405A1 - Latentwaermespeicher

Info

Publication number: DD147405A1
Application number: DD21670379A
Authority: DD
Inventors: Thomas Noack; Wolfgang Ahrens
Original assignee: Thomas Noack; Wolfgang Ahrens
Priority date: 1979-11-06
Filing date: 1979-11-06
Publication date: 1981-04-01

Abstract

Die erfindungsgemaesze Loesung arbeitet als Waermespeicher mit Waermeuebertrageeigenschaften auf der Basis von Latentspeichermaterialien. Die erfindungsgemaesze Anordnung ist vorgesehen fuer die Gewinnung und Nutzung der in der Umwelt vorhandenen Energie in Form von Sonnenenergie, Endwaerme bzw. Industrieabwaerme. Der Waermespeicher besteht aus zwei voneinander getrennten Druckkammern, die zum Teil mit einem fluessigen Waermetransportmedium gefuellt sind. Die Trennwand zwischen den Druckkammern, die jeweils einen Waermeuebertrager enthalten, besteht aus Lastenspeichermaterial. Hauptvorteil des Speichers ist die gleichzeitige Be- und Entladbarkeit und die Unmoeglichkeit einer unkontrollierten Entladung.

Description

La ten ty; ar me Gp ei eher

Aην;e ndunp; sρ;ο bi e_nt αο r Έν£ iηdim.^

Die Gewinnung von Wärme aus Energiequellen, die zeitlichen Schv/ankungjen hinsichtlich ihrer Verfügbarkeit und ihres l'.era™ peraturniveaus unterliegen, erfordert den Einsatz von Speichern. Diese haben die Aufgabe, diese Schwankungen auszugleichen und die zeitliche Differenz, die zwischen Warme-.angeboü ;.mc 'Wärmebedarf besteht, zu überbrücken. So ist die Gewinnung und Nutzung der in α er Umwelt; vorhandenen Energien (bonnanenorgie , Evdsvärine, Indus tr ie abwärme) ii:i allgemeinen r iai ti Hilfe von speichern möglich.

Der erfin iungs^eniäBs Speicher ist vorzur::sv.'eise für diese Anv;enciun;-.:üial.le vorgesehen.

In den ^egemvärbig bekannten technischen Lösungen für die liuozbarBJachun.^ von in der Ijji;.velt vorhandenen Energien siiid Speicher vorgegeben, dio nach den verschiedeascen Prinzipien arbeiten«

In diese;;: EusaKürenhan^ sind u·, a» Kurz.- oder Langzeitspeicher, "£^;'est-, FlÜGsig'-cei πα- oder La üent^äx-me speicher, Verd'cängungsspeicher. Vor- oder iiachvväi'uiccpeicher boiiannb*

rieben den Vorteilen, die diese ßpoieher gemeinhin aufv:eisen, besiüzen sie den N'acliLeil_ä daji sie nicli bei;a Auftreten zeitlicbor Scuw<vnkun;""O'a iacorhalb des Ojeiroerauurnivoaus der

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Wärmequelle unkontrolliert entladen können. Dies ist immer dann der Fall, wenn die Temperatur der Energiequelle unter die jeweils vorhandene Temperatur des Speichermediums sinkt. Diese Ersche-inung läßt sich gegenwärtig nur durch den Einsatz entsprechender Regelungstechnik verhindern.

Des weiteren sind verschiedene Lösungen "bekannt, die zum Laden und Entladen eines Speichers ein Wärmetransportmedium benutzen.

Gemäß DE-AS 2.517*080 dient als Wärmetransportmedium Natrium, welches im Wechsel von Verdampfen und Kondensieren für den Wärmetransport in den Speicher hinein oder aus dem Speicher heraus sorgt und den Einsatz einer Umwälzpumpe erspare. Lösungen dieser Art haben den Kachteil, daß das Laden und das Entladen des Speichers zeitlich immer nur nacheinander erfolgen kann und niemals gleichzeitig. Ursachen dafür sind die Unterschiede zwischen den Temperaturen, die beim Laden und Entladen auftreten. Das Laden eines Speichers kann stets nur beim Vorliegen einer Wärmemenge höherer Temperatur erfolgen, wobei das Entladen zu einem System niederer Temperatur erfolgt. Folglich kann ein Speicher unter Verwendung eines Wärmetransportmediums nicht gleichzeitig geladen und entladen werden.

In CH-PS 601.738 ist ferner ein Latentwärmespeicher beschrieben, der einen mit Phasenwechselmaterial gefüllter Behälter- und mindestens einen mit diesem Behälter über einen wärmetauscher thermisch verbundenen, von einem gasförmigen oder flüssigen Yfärmetransportwittel durchströmten Raun enthält.

Da sich die Aufgabe der Erfindung nur auf Konstruktionsprobleme (u. a. modulare Bauweise, Fällung mit Latentspeichermaterial, Integrierbarkeit des Speichers in War inekreislaufe) bezieht, besitzt auch diese Lösung die generellen Nachteile des Standes der Technik.

Selbst vierm die konstruktive Lösung gemäß Fig. 1 in CH-P3 601,73S benutzt werden würde, um einen Lade-(Stutzen 10 und 12) bzw. einen Sntladekreis (Stutzen 14 und. 16) gleichzeitig an. den Speicher anzuschließen, käme kein gleichzeitiges Laden und Entladen zustande.

Der Speicher könnte z. B. erst garnicht geladen werden, da Lade- und Entladekreis thermisch über ihre Trennwände und über Teile des Wärmerohrs 18 kurzgeschlossen sind.

In der Mehrheit der 'technischen Anwendungsfälle ist aber die gleichzeitige Lade- und Entlademö.glichkeif des Speichers bzw. die Verhinderung einer unkontrollierten Entladung erforderlich*

Zieljier Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht deshalb darin, den Mangeln des Standes der Technik abzuhelfen und einen Wärmespeicher au entwickeln, welcher die mit einem verdampfenden und kondensierenden Wärme transpor tneclium vorhandenen Vor teile mit der Möglichkeit verbindet, den Speicher zu jeder Seit und damit auch gleichzeitig zu laden und zu entladen,und •Möglichkeiten zu schaffen, die ein unkontrolliertes Entladen des Speichers verhindern.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, bereits bekannte Wärmespeicher bei Verwendung erprobter Wä.rjr«transport- bzw* Speioheriiiedien konstruktiv so zu v-ai-äncUrrn, daß der Latentwärmespeicher gleichzeitig ge- und entladen werden kann und ein unkontrolliertes iJntladea des Latmitwäriüespeichers unmöglich ist. ;

Brfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Laden und Entladen des Latentwärmespeicher^ (nachfolgend Speicher genannt) in zwei voneinander getrennten Druckkammern (einer Lade- und einer Entladekammer) erfolgt, die zum Teil mit einem flüssigen Warmetransportraedium (z. Z· einem Kältemittel) gefüllt sind. Die !Trennwand zwischen beiden Kammern ist als flacher Behälter ausgeführt, dessen Wandung zur Verbesserung der Wärmeübertragung profiliert oder berippt sein kann und welcher die Latentspeichermasse' enthält. Bei druckfesten Latentspeichermassen kann anstelle des Behälters die Latentspeichermasse als Trennwand dienen.

Beide Kammern, die vorzugsweise übereinander angeordnet sind (oben die Entladekammer, unten die Ladekammer), enthalten einen oder mehrere Wärmeübertrager. Der oder die Wärmeübertrager der (unteren) Ladekammer sind so angeordnet, daß sie von flüssigen Wärmetransportmedien umgeben sind. Der oder die Wärmeübertrager der (oberen) Entladekaramer sind so angeordnet, daß sie sich außerhalb des Wärmetransportmediums befinden.

Das Laden des Speichers, d. h. die Aufheisung der Latentspeichermasse innerhalb der Trennwand erfolgt (vom Wärmeübertrager der (unteren) Ladekammer ausgehend) durch Verdampfung des Wärmetransportmediums und dessen Kondensation an der Unterseite der Speicher-Trennwand.

Das Entladen des Speichers, d. h. Abkühlung der Latentspeicherinasse innerhalb der Trennwand erfolgt (von der Oberseite der .Speicher— Trennwand ausgehend) durch Verdampfung des Wärmetransportmediums an dieser Stelle und dessen Kondensation am Wärmeübertrager der (oberen) En'tladekammer,

Durch die Aufteilung des Speichers in zwei Druckkammern ist erreicht, daß sich in jeder Kammer der zur Lade- bav;. Entladetemperatur zugehörige Siededruck einstellt, so daß trotz der

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Unterschiede, die zwischen Lade- und Entladetemperatur bestehen, die Wärmeübertragung in den Speicher hinein und aus diesem heraus gleichzeitig erfolgen kann.

Pes weiteren ist erreicht, daß beim Absinken der Temperatur der Wärmequelle unter die Spcichertemperatur der Speicher nicht über den oder die Wärmeübertrager der (unteren) Ladekaminer unkontrolliert entladen werden kann, da der oder die Wärmeübertrager der (unteren) Ladekararae'r vorn flüssigen V/ärme~ transportmedium umgeben wird, das aufgrund der niedrigen Temperatur· der Wärinaquelle lediglich unterkühlt wird. Die Ausbildung eines Kondensations- und Verdampfungskreislaufes, in dessen Folge Wärme aus dem Speicher abgezogen wird, ist in dieser Situation nicht möglich«

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Die erfindungsgemäße Lösung soll anhand der Fig. 1 näher erläutert v/sr den*

Der Speicher besteht aus zwei Druckkammern, aus der Ladekaiuraer 1 "Und eier Ent la de kammer 2, Die Trennwand 3 enthält die Speichermas--e 4- (vorzugsweise Latentspeichermasse). Das Wärmetranr-iportmedium 7 in der Ladekammer 1 bedeckt den Wärmetibertrager 5 vollständig« Das Wärmetransportmedium 8, das mit dem Wärmetransportmrrdiuin 7 identisch sein kann, bedeckt vollständig die Oberfläche der Trennwand 3· Der Wärmeübertrager 6 der Entladekaniüier 2 befinde;: sich außerhalb des Wärme transportmediums 8«, Der Speicher ist isoliert rait einem Isolation-smaterial 9·

Beim Laden des Speichers laufen -folgende Prozesse ab:

Der Wärmeöbertr'-iger 5 wird von eiaem Wärmeträger·, der Wärme von einer Energiequelle enthält, durchströmt. Ist die Temperatur üeü Wärme tr·;· Ig Gi-S- hoher al..i die zu dem in der Lade- kämmer 1 vorhandenen Druck gehörende- Siedetemperatur, so verdampft das Wärme iva.'atisporojijirdiui:}. '/ aLi Wärme üb or träger 5= Ks

steigt auf, kondensiert an der Unterseite der Trennwand, gibt dort die bei der Kondensation frei werdende Uiirwandlungsenthalpie an das Speichermaterial ab, tropft zum Wärmeübertrager 5 zurück und verdampft dort von neuem.

Dieser Vorgang bleibt solange erhalten, v/i θ die Temperatur des den Wärmeübertrager 5 durchströmenden Y/är me trägers höher ist als die Siedetemperatur. Unterliegt diese Temperatur zeitlichen Schwankungen, so ist dieser Vorgang sofort unterbrochen, wenn die Temperatur unter die Siedetemperatur absinkt.

Beim Entladen des Speichers laufen folgende Prozesse ab:

Der Wärmeübertrager 6 wird von einem Wärmeent:ζugs medium durchströmt. Ist die Temperatur dieses Mediums kleiner als die zu dem in der Entladekammer 2 vorhandenen Druck gehörende Kondensationstemperatur des Wärme transp or tmediuras 8, so kondensiert das in der Kammer dampfförmig vorhandene Wärmetransportiaediura 8 am Wärmeübertrager 6. Die Folge davon ist ein Druckabfall in der Entladekammer, der seinerseits zu einer Siedepunkterniedrigung und zu einer weiteren Verdampfung des Wärme transp or tine diums 8 an der Oberfläche der Trennwand 3 führt.

Das durch Verdampfung aufsteigende Wärmetransportmedium 8 kondensiert amWärmeübertrager 6, gibt an diesen die bei der Kondensation frei werdende Umwandiungsenthalpie ab und tropft zur Oberfläche der Trennwand zurück.

Oieser Vorgang vollzieht sich solange, wie die Temperatur des den Wärmeübertrager 6 durchströmenden Wärmeentzugsmediums kleiner ist als die Siedetemperatur. Steigt die Temperatur über die Siedetemperatur oder wird die Durchströiaüng im Wärmeübertrager 6 unterbunden, wird der Vorgang unterbrochen.

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Der Lade- als auch der jSntladevorgau^ laufen deiQsufolge unabhängig voneinander ab» Das bedeutet, daß beide auch gleichzeitig; ablaufen können, -^as Prinzip des Ladens und Entladens macht ein unkontrolliertes Entladen des Speichers unmöglich, da die Wärme immer nur in einer Richtung, d. h. vom Wärmeübertrager 5 ²^²¹ Wärmeübertrager 6_S transportiert werden kann und niemals, umgekehrt* Folglich läßt sich dieses Prinzip auch als "Wärmegleichrichter¹¹ verwenden, wenn es darauf ankommt, das Rückströmen von Wärme in einen bestimmten Kreislauf zu verhindern.

Claims

-S-

Erfindungsanspruch.

1. Latentwärmespeicher mit Wärmeisolation gegen seine Umgebung, in dem eine Wärmeübertragung durch Verdampfung-Kondensationskreisläufe mittels geeigneter Kältemittel realisiert wird, gekennzeichnet dadurch, daß' der Latentwärmespeicher aus mindestens zwei Kammern (1), (2) besteht, die eine gemeinsame aus Latentspeichermasse (4·) bestehende, vorzugsweise oberflächenvergrößerte trennwand (3) besitzen, wobei in der Ladekammer (1) ein vollständig von flüssigen Wärmetransportmedium (vorzugsweise Kältemittel) umgebener Wärmeübertrager (5) angeordnet ist und die der Ladekammer (1) zugewandte Seite der 'trennwand (3) mit dem Kältemittel nicht in Berührung steht, wogegen die der Entladekammer (2) zugewandte Seite der Trennwand (3) vollständig von Kältemittel bedeckt ist und der Wärmeübertrager (6) mit dem Kältemittel nicht in Berührung steht.

Hierzu 1SeHe Zeichnungen