DD205921A1 - Waerme-speicher aus einem phasenwechselmaterial - Google Patents

Abstract

DURCH DIE ERFINDUNG WIRD DIE AUFGABE GELOEST, EINEN WAERMESPEICHER AUS LATENTSPEICHERMATERIALEN ZU ENTWICKELN, DIE IN EINEM FREI WAEHLBAREN TEMPERATURBEREICH STABILE PHASENUMWANDLUNGSWAERME UND PHASENUMWANDLUNGSTEMPERATUR BESITZEN. ES WIRD EINE SPEZIELLE STRUKTUR DES SPEICHERS VORGESCHLAGEN, DIE BEI VERWENDUNG VON KRISTALLISATIONSKEIMEN IN DER SPEICHERMASSEN NUR DIE POSITIVE WIRKUNG DER IMPFKRISTALLE AUF DEN ERSTARRUNGSPROZESS NUTZT UND DAS SPEICHERVERMOEGEN DES PHASENWECHSELMATERIALS NICHT REDUZIERT.

Description

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Wärmespeicher aus einem Phasenweohselmaterial Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmespeicher, in dem dauerbeständige Wärmespeichermaterialien eingesetzt sind, deren Kristallisation- und Schmelzenthalpie in einem wählbaren Temperaturbereich ausgenutzt wird· Eingesetzt werden soll der erfindungsgemäße Wärmespeicher, vorzugsweise für die Herstellung von solchen Baumaterialien oder Bauelementen für den Wohnungs-, Industrie- oder Gesellschaftsbau, dieinstationären Wärmeströmen ausgesetzt sind und sich besonders für den langzeitigen Einsatz eignen· Zweck des Einsatzes des erfindungsgemäßen Wärmespeichers ist eine Energieeinsparung durch optimale Nutzung von Heiz-, Umwelt- und Anfallenergie·

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Wärmespeichermaterialien mit nutzbaren Phasenumwandlungsenthalpien sind in vielen Slormen:.bekannt· Ebenso ist bekannt, den Wärmespeichermaterialien Impfkristalle, ζ·Β· isotypische , epitaxische oder modifizierte Kristalle des Latentmaterials, zuzusetzen· Das inkongruente Schmelzen und bzw© oder das Absetzen der Impfkristalle der üblichen Latentwärme speichernden Materialien bewirken eine ständige Abnahme des nutzbaren Wärmespeichervermögens dieser Materialien·· Gemäß DB-AS 1«928·694 wird daher beispielsweise versucht, die Sedimentation der Kristallisationskeime durch Anlagerung an eine Gerüststruktur, die dem Wärmespeichermaterial zugesetzt wird, zu verhindern. Solche Zusätze stellen thermodynamisch gesehen einen Ballast dar, der die Wärmespeicherfähigkeit reduziert· Der Veränderung der Homogenität des Wärmespeichermaterials, die ZoB· durch die unterschiedlichen Dichten der festen und der flüssigen Phase hervorgerufen wird, begegnet man durch den Zusatz verschiedenster Eindickmittel (z.B. Holzspäne, Sägemehl, Stärke, "Silika-Verbindungen" u_oa·)· Die Dauerbeständigkeit dieser Stoffe ist jedoch über Jahrzehnte

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hinweg nicht gegeben· Deshalb sind sie für den langjährigen Einsatz in Baustoffen,. Bauelementen und Bauteilen für das Bauwesen nicht geeignet· *

Darüber hinaus wird in DE-OS 3·Ο18·798 vorgeschlagen, die durch den verzögerten Kristallisationsbeginn des Phasen- Wechselmaterials bewirkte Unterkühlung bei Hydratsalzen durch sogenannte "äußere Unterkühlungszonen" auf ein vertretbares Mindestmaß zu reduzieren· Dadurch soll eine Möglichkeit geschaffen werden, die Umwandlung der Speichermasse aus der flüssigen in die feste Phase in der Nähe der tatsächlichen Umwandlungstemperatur zu erzielen· Desweiteren wird in DE-OS 2.054.057 und CH-PS 587.979 beschrieben, daß es vorteilhaft ist, den Wärmespeicherstoff in kugelförmige Behälter, ζ·Β· aus Glas, einzubringen· Damit besteht die Möglichkeit, auf einfache Art durch Untermischen unter Beton oder Gips geeignete Bauelemente zu formen.

Ziel der Erfindung

Ausgehend vom bekannten technischen Entwicklungsstand einen Färmespeicher auf Basis von Latentspeichermassen zu entwickeln, der speziell bei einem langjährigen Einsatz in Baustoffen und Bauelementen im Bauwesen geeignet ist, eine bessere Nutzung von Anfall- und Umweltenergie zu gewährleisten· Der Wärmespeicher soll weiterhin auf technologisch einfache V/eise herstellbar sein und bei der Herstellung geringe Kosten verursachen·

Darlegung des Wesens der Erfindung

Dem Ziel der Erfindung folgend stellt sich die Aufgabe, einen Warmesρeicher mit Latentspeichermaterialien zu entwickeln, die in einem frei wählbaren Temperaturbereich stabile Phas enumv/andlungswärmen und Phasenumwandlungstemperaturen besitzen· Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit für die Struktur des Speichers zu finden, die bei Verwendung von Kristallisationskeimen in der Speicher-

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masse nur die positive Wirkung der Impfkristalle auf den Erstarrungsprozeß nutzt, jedoch wird das Wärmespeichervermögen der Phasenwechselmaterialien nicht reduziert.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Latentspeichermasse in einer absolut dichten und dampfundurchlässigen Hülle eingeschlossen ist, wobei die innere, dem Phasenwechselmaterial zugewandte Seite der Umhüllung durch Kristallisationskeime aktiviert ist· Diese Aktivierung erfolgt durch eine Beschichtung der Oberfläche mit einem Kristallisationskeimbildner-Bindemittel-Gemisch oder durch eine an sich bekannte chemische Aktivierung der Innenseite der Umhüllung, wodurch eine direkte Einlagerung bzw· Verankerung der Kristallisationskeime in der Oberfläche des Umhüllungsmaterials erfolgt· Erfindungsgemäß werden als Hüllmaterialien thermoplastische Kunststoffe eingesetzt; als Bindemittel werden organische Kleber*auf Epoxydharz-Basis verwendet· Dadurch wird ein System geschaffen, das beim Erreichen der Erstarrungstemperatur die Kristallisation der Phasenwechselmaterial-Schmelze bei geringster Unterkühlung einleitet· Die feste Anordnung des Kristallkeimbildners in der Ebene, die zuerst die Erstarrungstemperatür erreicht, erhöht den Wirkungsgrad des Wärmespeichermaterials in bezug auf eine schnelle Wärmeübergabe·

Als Kristallisationskeimbildner können isotypische, epitaxisehe oder auch '„modifizierte Kristalle des Phasenwechselmaterials verwendet werden*

Veränderungen-der Homogenität des Latentwärmespeichermaterials beim Langzeiteinsatζ und die damit verbundene Abnahme des Wärmespeichervermögens werden erfindungsgemäß dauerhaft verhindert, indem man das Phasenwechselmaterial mit Carboxymethylzellulose (GMG) versetzt· Das CMC wirkt als "Wasserspeicher" und als mechanischer Stabilisator für die phasenumwandelnde Verbindung bzw· Mischung· Um einer Reduzierung der Phasenumwandlungsenthalpien durch den CMC-Zusatz zu begegnen, wJbsd die CMC in Verbindung mit einer entsprechenden Wassermenge der phasenumwandelnden Verbindung bzw· Mischung

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zugesetzt,,

Erfindungsgemäß hat sich der Zusatz einer Wassermenge bis zu 160 Masseprozent des Phasenwechselmaterials als vorteilhaft erwiesen*

Aueführungsbeispiel

Die erfindungsgemäße Lösung soll anhand einiger Beispiele näher erläutert werden:

Als Phasenwechse!materialien werden vorzugsweise Mischungen auf der Basis von Salzhydraten eingesetzt. Spezielle Salzhydrate sind Natriumsulfatdekahydrat,

Calciumchloridhexahydrat,

Natriumacetattrihydrat,

Natriumkarbonatdekahydrat,

Natriumtiosulfatpentahydrat oder

Natriumhydrogenphosphatd.odekahydrat.

Die Stabilisierung der Salzhydrate bzw. der Mischungen aus ihnen erfolgt durch Carboxymethylzellulose (CMC). Die Kristallisationskeime können wie folgt, an der Innenseite der umhüllenden Schicht fixiert werden:

1. Die dem Phasenwechselmaterial zugewandte Oberfläche des Umhüllüngsmaterials (z.B. PVC) wird durch ein Lösungsmittel (z.B. Tetrahydrofuran) angelöst. Auf diese Oberfläche werden die Kristalle des Keimbildners aufgebracht.

2. Die dem Phasenwechselmaterial zugewandte Oberfläche des Umhüllungsmaterials (z.B. ABS-Pfropfpolymerisat) wird durch ein oxydierendes Säuregemisch aufgerauht. Die Kristalle des Keimbildners werden auf dieser aufgerauhten Oberfläche verankert·

3. Die dem Phasenwechselmaterial zugewandte Oberfläche des Umhüllungsmaterials wird mit einem organischen Kleber beschichtet. Auf diese Oberfläche werden die Kristalle des Keimbildners aufgebracht.

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Die dem Phasenwechselmaterial zugewandte Oberfläche des ümhlillungsmaterials (z.B. Glas, Keramik, PVC, ABS, oder andere Plastwerkstoffe) bzw· die Oberfläche von mit Phaaenwechselmaterial zu füllenden Hohlräume eines Baukörpers ζ·Β· aus Gips, Beton oder Keramik, wird mit einer Mischung aus einem Bindemittel (Epoxidharz) und den Kristallen des Keimbildners beschichtet. Das Miachungsverhältnia zwischen Bindemittel und Keimbildner beträgt vorzugsweise 1:1·

Claims (4)

1. 240713

   Erfindungsanspruch.

   1β Wärmespeicher aus einem Phasenwechselmaterial, wobei das Phasenwechselmaterial in einer dichten und dampfunjtdurchlässigen Hülle eingeschlossen ist und die Phasenwechsel durch den Einsatz von isotypischen oder epitaxiachen Kristallen des Phasenwechselmaterials (Kristallisationskeime) unterstützt werden,

   gekennzeichnet dadurch, daß

   die Kristallisationskeime durch eine direkte Verankerung auf der dem Phasenwechselmaterial zugewandten Seite der Hülle fixiert sind und das Phasenwechselmaterial mit 2 "bis 40 Masseprozent des Phasenwechselmaterials Carboxymethyl-Zellulose und mit Wasser bis zu 160 Masseprozent des Phasenwechselmaterials versetzt ist·.
2. 2. Wärmespeicher gemäß Punkt 1 gekennzeichnet dadurch, daß auf der dem Phasenwechselmaterial zugewandten Seite der Hülle ein organischer Kleber, z. B. auf Bpoxidharzbasis aufgebracht ist.
3. 3· Wärmespeicher gemäß Punkt 1 gekennzeichnet dadurch, daß die dem Phasenwechselmaterial zugewandte Seite der Hülle thermisch, mechanisch oder chemisch vorbehandelt, ζ·Β· angelöst oder aufgerauht ist.
4. 4· Wärmespeicher gemäß Punkt 1 gekennzeichnet dadurch, daß das Phasenwechselmaterial
   Natriumsulfatdekahydrat,
   Calciumchloridhexahydrat,
   Natriumacetattrihydrat,
   Natriumcarbonatdekahydrat,
   Natriumthiosulfatpentahydrat,
   Natriumhydrogenphosphatdodekahydrat oder eine Mischung von Ammoniumnatrat und Harnstoff ist_o