AT508992A1 - Latentwärmespeicher - Google Patents
Latentwärmespeicher Download PDFInfo
- Publication number
- AT508992A1 AT508992A1 AT0178709A AT17872009A AT508992A1 AT 508992 A1 AT508992 A1 AT 508992A1 AT 0178709 A AT0178709 A AT 0178709A AT 17872009 A AT17872009 A AT 17872009A AT 508992 A1 AT508992 A1 AT 508992A1
- Authority
- AT
- Austria
- Prior art keywords
- heat
- latent heat
- heat storage
- phase change
- containers
- Prior art date
Links
- 230000008859 change Effects 0.000 title description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 67
- 239000012782 phase change material Substances 0.000 claims description 63
- 238000005338 heat storage Methods 0.000 claims description 50
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 19
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 19
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims description 3
- 239000006262 metallic foam Substances 0.000 claims description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000012876 carrier material Substances 0.000 description 5
- 239000012188 paraffin wax Substances 0.000 description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 2
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 2
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 2
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000872 buffer Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000007688 edging Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 239000012779 reinforcing material Substances 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
- F28D20/02—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat
- F28D20/021—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat the latent heat storage material and the heat-exchanging means being enclosed in one container
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
- F24D11/00—Central heating systems using heat accumulated in storage masses
- F24D11/002—Central heating systems using heat accumulated in storage masses water heating system
- F24D11/003—Central heating systems using heat accumulated in storage masses water heating system combined with solar energy
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
- F24H7/00—Storage heaters, i.e. heaters in which the energy is stored as heat in masses for subsequent release
- F24H7/02—Storage heaters, i.e. heaters in which the energy is stored as heat in masses for subsequent release the released heat being conveyed to a transfer fluid
- F24H7/04—Storage heaters, i.e. heaters in which the energy is stored as heat in masses for subsequent release the released heat being conveyed to a transfer fluid with forced circulation of the transfer fluid
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
- F28D20/02—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat
- F28D20/026—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat with different heat storage materials not coming into direct contact
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F2265/00—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction
- F28F2265/14—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction for preventing damage by freezing, e.g. for accommodating volume expansion
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
- Y02B10/20—Solar thermal
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/14—Thermal energy storage
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)
Description
1
Latentwärmespeicher
Die Erfindung betrifft einen Latentwärmespeicher mit einem Phasenwechselmaterial befüllten Behältnis, wobei ein Wärmetauscher, der mit zumindest einem Sonnenkollektor einen Wärmekreislauf eines Wärmeträgermaterials bildet, das Phasenwechselmaterial durchsetzt.
Als Latentwärmespeicher werden Einrichtungen bezeichnet, die thermische Energie verborgen, verlustarm, mit vielen Wiederholzyklen und über lange Zeit speichern können. Latentwärmespeicher nutzen die Enthalpie reversibler thermodynamischer
Zustandsänderungen eines Speichermediums, wie beispielsweise während des Phasenübergangs fest-flüssig, d.h. während des Schmelzens oder Erstarrens des Speichermediums. Als Speichermedium werden sogenannte Phasenwechselmaterialien (englisch phase change materials, PCM) eingesetzt, deren latente Schmelzwärme, Lösungswärme oder Absorptionswärme wesentlich größer als die spezifische Wärmekapazität der gleichen Menge eines Stoffes ohne Phasenumwandlung ist.
Beim Aufladen des Inhalts eines Latentwärmespeichers werden meist spezielle Salze oder Paraffine als Speichermedium geschmolzen, die dazu viel Wärmeenergie, die Schmelzwärme, aufnehmen. Da dieser Vorgang reversibel ist, gibt das Speichermedium genau diese Wärmemenge beim Erstarren wieder ab.
Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Ausführungsformen von Latentwärmespeichern bekannt, die die Phasenumwandlung fest/flüssig z. B. von Paraffinen zur Wärmespeicherung nutzen und die somit ein wesentlich geringeres Volumen für die gleiche Wärmemenge benötigen. Bei ihnen sind meist eine Vielzahl von mit Paraffin gefüllten Behältern in einem Wassertank eingelegt.
Beispielsweise wird in der WO 2009/049847 Al ein Latentwärmespeicher gezeigt, der bei einem einfachen Aufbau ein relativ schnelles Schmelzen des verfestigten Speichermediums sicherstellt. Dazu wird der mit dem Speichermedium befüllte Behälter abschnittsweise von einem ersten und von einem zuschaltbaren zweiten Umwälzkreislauf umgepumpt und solcherart ein schnelles Aufschmelzen des Speichermediums erreicht. 2 DE 20 2009 003 038 Ul zeigt einen Kompakt-Latentwärmespeicher auf Paraffinbasis mit einem Gegenstrom-Flächenwärmetauscher, der schichtweise aufgebaut ist.
Latentwärmetauscher auf Paraffinbasis haben den Nachteil, dass bei der Wärmeentnahme über den eingebauten Wärmetauscher das an dem Wärmetauscher befindliche Paraffin schneller abkühlt bzw. erhärtet, als der Rest im Speicher. Mittels des in DE 20 2009 003 038 Ul vorgesehenen Gegenstrom-Flächenwärmetauschers mit großer Wärmeaustauschfläche wird der beschriebene Effekt des sich rasch abkühlenden Paraffins gemindert.
Weiters ist von Nachteil, dass durch die großen Außenflächen derartige Latentwärmetauscher rasch auskühlen und sich insbesondere in Verbindung mit einem Sonnenkollektor die Spitzen des Sonnenenergieeintrags mit derartigen Latentwärmespeichern nur beschränkt nutzen bzw. puffern lassen.
Es ist somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Latentwärmespeicher bereitzustellen, der die geschilderten Nachteile des Standes der Technik vermeidet.
Besonders vorteilhaft ist ein erfindungsgemäßer Latentwärmespeicher mit einem Phasenwechselmaterial befüllten Behältnis, wobei ein Wärmetauscher, der mit zumindest einem Sonnenkollektor einen Wärmekreislauf eines Wärmeträgermaterials bildet, das Phasenwechselmaterial durchsetzt, durch zumindest ein weiteres Behältnis gekennzeichnet, welches mit einem weiteren Phasenwechselmaterial befüllt, von einem Wärmetauscher des Wärmekreislaufs durchsetzt ist.
Ein derartiger erfindungsgemäßer Latentwärmespeicher kann auch aus mehreren, jeweils mit Phasenwechselmaterialien befüllten Behältnissen aufgebaut sein, wobei die Behältnisse beispielsweise nebeneinander angeordnet sind.
Zweckmäßig weisen bei einem Latentwärmespeicher die Phasenwechselmaterialien in den einzelnen Behältnissen jeweils eine unterschiedliche Schmelztemperatur auf.
Durch die unterschiedlichen Phasenwechselmaterialien mit jeweils unterschiedlicher Schmelztemperatur kann ein erfindungsgemäßer Latentwärmespeicher besonders viel Wärmeenergie bei kompakten Abmaßen speichern und Spitzen der Sonneneinstrahlung können so besonders effektiv gepuffert werden. 3 • · · · · · 3 • · · · · ·
« · ·
In einer weiteren vorteilhaften Ausfuhrungsform eines Latentwärmespeichers nehmen die Schmelztemperaturen der Phasenwechselmaterialien in den einzelnen Behältnissen in Strömungsrichtung des Wärmeträgermaterials ab.
Aufgrund der in Strömungsrichtung des Wärmeträgermaterials sinkenden
Schmelztemperaturen in den einzelnen Behältnissen wird dem Wärmeträgermaterial ein möglichst hoher Energieinhalt entzogen. Somit wird dem Latentwärmespeicher schnellstmöglich und mit hoher Effizienz die zu speichernde Energie zugeführt.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung nehmen bei einem Latentwärmespeicher die Schmelztemperaturen der Phasenwechselmaterialien zwischen in Strömungsrichtung des Wärmekreislaufs aufeinander folgenden Behältnissen jeweils zwischen 0,5°C und 20°C, vorzugsweise zwischen 5°C und 15°C ab.
Durch die abgestuften Schmelztemperaturen der Phasenwechselmaterialien wird erreicht, dass das Wärmeträgermaterial die im Wärmekreislauf gespeicherte Energie mittels der in den einzelnen Behältern vorgesehenen Wärmetauscher möglichst effizient an die jeweiligen Phasenmaterialien abgibt.
Zweckmäßig sind bei einem Latentwärmespeicher die einzelnen Behältnisse einander umgebend angeordnet.
Durch diese beispielsweise ineinander geschachtelte Anordnung der einzelnen Behältnisse wird eine kompakte Bauweise des Latentwärmespeichers erzielt.
Um eine kompakte erfindungsgemäße Vorrichtung zu erhalten, ist in einer Fortbildung der Erfindung vorgesehen, einen Latentwärmespeicher so zu gestalten, dass die einzelnen Behältnisse einander zwiebelschalenförmig umgeben, wobei vorzugsweise die Schmelztemperaturen der Phasenwechselmaterialien vom innersten Behältnis nach außen abnehmen und die Strömungsrichtung des Wärmeträgermaterials im Wärmetauscher vom innersten Behältnis nach außen gerichtet ist.
Vorteilhafterweise weist bei einem Latentwärmespeicher jedes Behältnis einen eigenen Ausgleichsabschnitt auf.
Ein unerwünschtes Überlaufen der Phasenwechselmaterialien aus den einzelnen Behältnissen aufgrund von Volumenschwankungen wird somit vermieden. 4
Zweckmäßig bilden bei einem erfmdungsgemäßen Latentwärmespeicher die einzelnen zwiebelschalenförmig angeordneten Behältnisse an ihrem Halsbereich jeweils einen nach oben offenen Ausgleichsabschnitt.
Es ist bevorzugt, einen Latentwärmespeicher mit zumindest einer, vorzugsweise einer drehzahlgesteuerten, Pumpe im Wärmekreislauf des Wärmeträgermaterials auszuführen.
Vorteilhaft ist ein Latentwärmespeicher durch zumindest einen in den Wärmekreislauf des Wärmeträgermaterials schaltbaren Verbraucher und/oder eine Wärmequelle, insbesondere einen elektrischen Heizkörper, gekennzeichnet.
Beispielsweise kann als zusätzliche Wärmequelle eine Heizpatrone vorgesehen sein, um den Latentwärmespeicher auch dann nutzen zu können, wenn der Solarkollektor nicht in Betrieb ist.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist bei einem erfindungsgemäßen Latentwärmespeicher der zumindest eine Sonnenkollektor aus dem Wärmekreislauf des Wärmeträgermaterials wegschaltbar.
Ein weiteres vorteilhaftes Merkmal bietet ein Latentwärmespeicher, der ein weiteres Behältnis mit einem weiteren Wärmeträgermaterial, welches die Behältnisse des Latentwärme Speichers umgibt und Anschlüsse für zumindest einen Verbraucher aufweist, umfasst.
Als weiteres Wärmeträgermaterial dient beispielsweise Wasser. Als Verbraucher können beispielsweise eine Fußbodenheizung, Heizkörper, etc. an den Latentwärmespeicher angeschlossen sein.
Zweckmäßig ist bei einem Latentwärmespeicher zumindest eine, vorzugsweise eine drehzahlgesteuerte, Pumpe für einen weiteren Wärmekreislauf des weiteren Wärmeträgermaterials vorgesehen.
Es ist bevorzugt, einen Latentwärmespeicher mit zumindest einer in den weiteren Wärmekreislauf zusätzlich schaltbaren Wärmequelle, insbesondere einem elektrischen Heizkörper, auszuführen. 5
Die beispielsweise wasserführende Schicht des weiteren Wärmekreislaufs wird bei fehlendem Sonneneintrag von der zusätzlich schaltbaren Wärmequelle aufgeheizt. Dies kann elektrisch oder mit einer Gastherme, einem Pelletsofen mit Heizeinsatz, oder mit einem Küchenofen mit Heizeinsatz erfolgen. Der Latentwärmespeicher mit seiner äußeren Schicht des weiteren Wärmeträgermaterials kann dabei wie jeder normale Speicher eingesetzt werden.
Vorteilhaft sind bei einem Latentwärmespeicher gemäß der Erfindung die Behältnisse und/oder die Wärmetauscher aus einem wärmeleit fähigen Material hergestellt.
Eine Variante der Erfindung bietet einen Latentwärmespeicher, wobei die Behältnisse mit einem Füllmaterial, beispielsweise einem offenporigen Metallschaum, zumindest teilweise befällt sind.
Durch das Füllmaterial, das von dem Phasenmaterial getränkt ist, wird die Wärmeleitfähigkeit des Phasenmaterials selbst bzw. die Wärmeleitfähigkeit zwischen den Behältnissen erhöht.
Zweckmäßig sind in einer Variante der Erfindung bei einem Latentwärmespeicher die Behältnisse mit einem Versteifungsmaterial, beispielsweise einem Versteifungsmaterial mit einer wabenförmigen Struktur oder einer Fachwerkstruktur, zumindest teilweise befällt.
Vorteilhaft ist bei einem Latentwärmespeicher an seiner Außenseite eine, vorzugsweise mehrlagige, Wärmeisolierschicht vorgesehen.
Durch den erfindungsgemäßen Latentwärmespeicher werden die bisher aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile von Latentwärmespeichern mit einem Phasenwechselmaterial in Vorteile umgewandelt. Die geringe Wärmeleitfähigkeit des Phasenwechselmaterials ist insofern ein Vorteil, da dadurch der Sonneneintrag vieler Tage kumuliert wird und im Inneren des erfindungsgemäßen Latentwärmespeichers stetig Wärme vom inneren Behälter in Richtung zur außen befindlichen, beispielsweise mit Wasser befüllten, Schicht mit dem weiteren Wärmeträgermaterial gelangt. Vorteilhaft funktioniert dabei die äußere, beispielsweise mit Wasser befüllte Schicht des Latentwärmespeichers wie ein herkömmlicher Speicher, der somit in alle derzeit gebräuchlichen Installationssysteme eingebunden werden kann. Der Sonneneintrag findet dabei in seinem Inneren statt und die Entnahme der gespeicherten Energie ist vom Eintrag der Energie abgekoppelt. 6
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
Fig. 1 zeigt in einer schematischen Schnittansicht einen erfmdungsgemäßen Latentwärmespeicher LI, bei dem mehrere Behälter Bl, B2, B3 zwiebelschalenförmig ineinander geschachtelt angeordnet sind. Die Behälter B1, B2, B3 sind hier an ihrem oberen, halsförmigen Abschnitt HL1 offen ausgeführt. Der innerste Behälter Bl ist mit einem ersten Phasen wechselmaterial PM1 befüllt, wobei der Füllstand des Phasenwechselmaterials PM1 im Behälter Bl derart gewählt wird, dass am halsförmigen, oben offenen Abschnitt HL1 ein Ausgleichsabschnitt BAI frei bleibt. Somit wird verhindert, dass eine Dichte- bzw. Volumenänderung des Phasen Wechselmaterials PM1 aufgrund eines Temperaturwechsels dazu führt, dass das Phasenwechselmaterial PM1 aus dem Behälter Bl austritt.
Ein den Behälter Bl im Wesentlichen umgebender Behälter B2 ist mit einem zweiten Phasenwechselmaterial PM2 befüllt, wobei der Füllstand des zweiten Phasenwechselmaterials PM2 ebenfalls so eingestellt wird, dass im halsförmigen Abschnitt des Behälters Bl ein Ausgleichsabschnitt BA2 frei von Phasenmaterial PM2 verbleibt und sich das Phasenmaterial PM2 ausdehnen kann, ohne überzulaufen.
Ein weiterer Behälter B3 umgibt wiederum schalenförmig den Behälter B2 an dessen Außenseite. Dieser Behälter B3 ist mit einem dritten Phasenwechselmaterial PM3 befüllt. Auch hier wird der Füllstand des Phasenwechselmaterials PM3 im Behälter B3 so gewählt, dass im halsförmigen, oben offenen Abschnitt ein Ausgleichsabschnitt BA3 des Behälters B3 frei von Phasenwechselmaterial PM3 bleibt.
Die Phasen Wechselmaterialien PM1, PM2 sowie PM3 werden so gewählt, dass deren Schmelztemperaturen in den einzelnen Behältnissen, beginnend mit dem Phasenwechselmaterial PM1 im innersten Behälter Bl, nach außen hin abnehmen.
Ein Wärmekreislauf W1 eines Wärmeträgermaterials WM1 wird von einem Sonnenkollektor Sl, mehreren Wärmetauschern WT1, WT2, WT3 sowie zumindest einem Verbraucher VI gebildet. Das im Sonnenkollektor Sl erhitzte Wärmeträgermaterial WM1, beispielsweise ein Thermoöl, wird dazu von einer Pumpe PI in Strömungsrichtung RI im Wärmekreislauf W1 umgepumpt. Bei Durchfließen der Leitungen im Sonnenkollektor Sl wird das Wärmeträgermaterial WM1 aufgeheizt und gelangt im Wärmekreislauf W1 in einen Abschnitt eines Wärmetauschers WT1, der im Inneren des Behälters Bl angeordnet ist und das Phasenwechselmaterial PM1 durchsetzt. Es findet ein Wärmeübergang vom erhitzten ··»« · · · Wärmeträgermaterial WM1 an das Phasenwechselmaterial PM1 statt, das dabei erwärmt wird und dessen Schmelztemperatur so gewählt ist, dass das Phasenwechselmaterial PM1 nunmehr im flüssigen Zustand im Behälter Bl vorliegt.
Das Wärmeträgermaterial WM1 verlässt nach Durchströmung des Wärmetauschers WT1 diesen wieder und durchströmt daraufhin einen im Wärmekreislauf nachfolgend angeordneten Wärmetauscher WT2, der im Inneren des Behälters B2 angeordnet ist und das Phasenwechselmaterial PM2 durchsetzt.
Bei Durchströmen des Wärmetauschers WT2 in Strömungsrichtung RI findet erneut ein Wärmeübergang vom Wärmeträgermaterial WM1 an das Phasenwechselmaterial PM2 statt, das dabei erwärmt wird und dessen Schmelztemperatur so gewählt ist, dass auch das Phasen wechselmaterial PM2 geschmolzen wird und im flüssigen Zustand im Behälter B2 vorliegt.
Selbiges gilt auch für die Durchströmung des folgenden Wärmetauschers WT3, der im Inneren des dritten Behälters B3 angeordnet ist und das darin befindliche Phasenwechselmaterial PM3 durchsetzt. Bei Durchströmung des Wärmetauschers WT3 wird abermals dem Wärmeträgermaterial WM1 Wärme entzogen und an das Phasenwechselmaterial PM3 abgegeben, welches dabei erwärmt wird und schmilzt.
Es ist denkbar, bei einem erfindungsgemäßen Latentwärmespeicher LI zahlreiche weitere Behälter jeweils schalenförmig ineinander geschachtelt vorzusehen und diese ebenfalls jeweils mit einem Phasenwechselmaterial mit unterschiedlicher Schmelztemperatur zu befüllen. Wesentlich dabei ist, dass die Schmelztemperaturen der Phasenwechselmaterialien in Strömungsrichtung des Wärmeträgermaterials jeweils abnehmen.
Solcherart wird erreicht, dass ein erfindungsgemäßer Latentwärmespeicher LI mit besonders kompakten Abmessungen eine sehr hohe Wärmespeicherkapazität aufweist und solare Energie über mehrere Tage speichert bzw. puffert. Dabei ist die vergleichsweise geringe Wärmeleitfähigkeit von Phasenwechselmaterialien insofern von Vorteil, da dadurch der Sonneneintrag vieler Tage kumulativ stattfindet und stetig Wärme vom inneren Behälter Bl an die weiter außen angeordneten Behälter des Latentwärmespeichers LI gelangt.
Der äußerste Behälter B3, der mit einem Phasenwechselmaterial PM3 befällt ist und sich im Wärmekreislauf W1 befindet, wird an seiner Außenseite von einem weiteren Behälter B9 umgeben, der mit einem weiteren Wärmeträgermaterial WM9 befällt ist. Als weiteres 8 • · ΙΜ· ·· · · ·»·· · • · · * * * · • · · · · 9 9 ·· ··· ·········· ··» Wärmeträgermaterial WM9 wird beispielsweise Wasser verwendet. Das Wärmeträgermaterial WM9 wird in einem eigenen, vom Wärmekreislauf W1 unabhängigen Wärmekreislauf W9 umgewälzt. Dazu ist beispielsweise eine Pumpe P2 vorgesehen, die das Wärmeträgermaterial WM9 in Strömungsrichtung R9 einem Verbraucher V2 zuführt. Weitere Verbraucher V3, V4 sind ebenfalls im Wärmekreislauf W9 vorgesehen. Pumpen, die allenfalls auch zur Versorgung der Verbraucher V3, V4 mit Wärmeträgermaterial WM9 erforderlich sein können, sind in Fig. 1 nicht dargestellt.
Weiters ist im Wärmekreislauf W9 eine Wärmequelle Q2 vorgesehen, die zur Erwärmung des Wärmeträgermaterials WM9 dient, sollte der Sonnenkollektor S1 während einer längeren Zeitdauer mit fehlendem Sonneneintrag zu wenig Wärme dem
Latentwärmespeicher LI zuführen können. Als Wärmequelle Q2 können beispielsweise eine elektrische Zusatzbeheizung oder eine Gastherme, ein Pelletsofen mit einem Heizeinsatz, oder ein Küchenofen mit Heizeinsatz eingesetzt werden. Zum Umwälzen der von der Wärmequelle Q2 eingetragenen Energie in Strömungsrichtung R9 ist eine Pumpe P4 vorgesehen. Der erfindungsgemäße Latentwärmespeicher LI kann somit mit seiner äußeren, mit dem weiteren Wärmeträgermaterial WM9 befullten Schicht wie ein aus dem Stand der Technik bekannter Warmwasserspeicher eingesetzt werden.
An der Außenseite des Latentwärmespeichers LI ist eine mehrschichtige Isolierung vorgesehen, die drei Isolierschichten II, 12 sowie 13 umfasst. Auch der Halsabschnitt HL1 des Latentwärmespeichers LI ist mit einer Isolierung II versehen.
Zur besseren Übersicht sind in Fig. 1 Versteifungsmaterialien oder Füllmaterialien im Inneren der Behälter Bl bis B3 nicht dargestellt. Weiters können zum Betrieb des in Fig. 1 schematisch dargestellten Latentwärmespeichers LI weitere Ventile, Armaturen oder Regelungseinrichtungen erforderlich sein, die ebenfalls der Übersichtlichkeit wegen nicht gezeigt sind.
Die folgenden Fig. 2A bis 2C zeigen jeweils in einer Schnittansicht ein Detail eines Latentwärmespeichers LI.
In Fig. 2A ist ein Latentwärmespeicher LI mit einem Versteifungsmaterial VM dargestellt, das hier als wabenförmiges Versteifungsmaterial VM1 ausgeführt zur Versteifung des Latentwärmespeichers dient und beispielsweise im Behälter B2 vorgesehen ist. Das wabenförmige Versteifungsmaterial VM1 ist im Behälter B2 dabei vom Phasenwechselmaterial PM2 umgeben bzw. wird von diesem durchströmt. Das 9 wabenförmige Versteifungsmaterial VM1 ist aus einem wärmeleitfähigen Material hergestellt und verbessert daher die Wärmeleitfähigkeit zwischen den benachbarten Behältern Bl und B2 bzw. die Wärmeleitfähigkeit innerhalb des Phasenwechselmaterials PM2.
Fig. 2B zeigt ein Detail einer weiteren Ausführungsvariante des Behälters B2, der mit einem Versteifungsmaterial VM, das hier als Versteifungsmaterial mit einer Fachwerkstruktur VM2 ausgeführt ist, zumindest teilweise befällt ist.
In Fig. 2C ist der Behälter B2 teilweise mit einem Füllmaterial FM befällt, das hier beispielsweise als ein Metallschaum ausgeführt ebenfalls vom Phasen wechselmaterial PM2 durchdrungen ist und die Wärmeleitfähigkeit zwischen den benachbarten Behältern Bl und B2 erhöht.
Das Füllmaterial und/oder das Versteifungsmaterial können in einem oder in mehreren Behältern vorgesehen sein. Auch Ausführungsformen mit Kombinationen aus einem Füllmaterial und einem Versteifungsmaterial, welche in einem oder mehreren Behältern eines erfmdungsgemäßen Latentwärmespeichers vorgesehen sind und neben der Erhöhung der Steifigkeit des Speichers auch eine Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit bewirken, sind von der Erfindung mit umfasst. 10 «· ··· · • · » · «·>« · *·
Liste der Positionsnummern: LI Latentwärmespeicher AN1, AN2, AN3 Anschlüsse Bl 1. Behältnis B2 2. Behältnis B3 3. Behältnis B9 weiteres Behältnis BAI Ausgleichsabschnitt des 1. Behältnisses BA2 Ausgleichsabschnitt des 2. Behältnisses BA3 Ausgleichsabschnitt des 3. Behältnisses FM Füllmaterial HL1 Halsabschnitt 11,12,13 Isolierschichten PI, P2, P3 Pumpen PM1 1. Phasenwechselmaterial PM2 2. Phasenwechselmaterial PM3 3. Phasenwechselmaterial Q1,Q2 Wärmequellen RI Strömungsrichtung des Wärmeträgermaterials R9 Strömungsrichtung des weiteren Wärmeträgermaterials S1 Sonnenkollektor VI, V2, V3, V4 Verbraucher VE Ventil VM Versteifungsmaterial VM1 1. Versteifungsmaterial (wabenförmig) VM2 2. Versteifungsmaterial (FachWerkstruktur) W1 1. Wärmekreislauf W9 weiterer Wärmekreislauf WM1 W ärmeträger material WM9 weiteres Wärmeträgermaterial WT1 1. Wärmetauscher WT2 2. Wärmetauscher WT3 3. Wärmetauscher WT9 weiterer Wärmetauscher
Claims (18)
11 • ··*« ··< Ansprüche: 1. Latentwärmespeicher (LI), mit einem Phasenwechselmaterial (PM1) befüllten Behältnis (Bl), wobei ein Wärmetauscher (WT1), der mit zumindest einem Sonnenkollektor (Sl) einen Wärmekreislauf (Wl) eines Wärmeträgermaterials (WM1) bildet, das Phasenwechselmaterial (PM1) durchsetzt, gekennzeichnet durch zumindest ein weiteres Behältnis (B2), welches mit einem weiteren Phasenwechselmaterial (PM2) befüllt, von einem Wärmetauscher (WT2) des Wärmekreislaufs (Wl) durchsetzt ist.
2. Latentwärmespeicher (LI) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenwechselmaterialien (PM1, PM2, PM3) in den einzelnen Behältnissen (Bl, B2, B3) jeweils eine unterschiedliche Schmelztemperatur aufweisen.
3. Latentwärmespeicher (LI) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelztemperaturen der Phasenwechselmaterialien (PM1, PM2, PM3) in den einzelnen Behältnissen (Bl, B2, B3) in Strömungsrichtung (RI) des Wärmeträgermaterials (WM1) abnehmen.
4. Latentwärmespeicher (LI) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelztemperaturen der Phasenwechselmaterialien (PM1, PM2, PM3) zwischen in Strömungsrichtung (RI) des Wärmekreislaufs (Wl) aufeinander folgenden Behältnissen (Bl, B2, B3) jeweils zwischen 0,5°C und 20°C, vorzugsweise zwischen 5°C und 15°C abnehmen.
5. Latentwärmespeicher (LI) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Behältnisse (Bl, B2, B3) einander umgebend angeordnet sind.
6. Latentwärmespeicher (LI) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Behältnisse (Bl, B2, B3) einander zwiebelschalenförmig umgeben, wobei vorzugsweise die Schmelztemperaturen der Phasenwechselmaterialien (PM1, PM2, PM3) vom innersten Behältnis (Bl) nach außen abnehmen und die Strömungsrichtung (RI) des Wärmeträgermaterials (WM1) im Wärmetauscher (WT1, WT2, WT3) vom innersten Behältnis (B1) nach außen gerichtet ist. 12
7. Latentwärmespeicher (LI) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Behältnis (Bl, B2, B3) einen eigenen Ausgleichsabschnitt (BAI, BA2, BA3) aufweist.
8. Latentwärmespeicher (LI) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen zwiebelschalenförmig angeordneten Behältnisse (Bl, B2, B3) an ihrem Halsbereich (HL1) jeweils einen nach oben offenen Ausgleichsabschnitt (BAI, BA2, BA3) bilden.
9. Latentwärmespeicher (LI) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine, vorzugsweise eine drehzahlgesteuerte, Pumpe (PI) im Wärmekreislauf (Wl) des Wärmeträgermaterials (WM1) angeordnet ist.
10. Latentwärmespeicher (LI) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch zumindest einen in den Wärmekreislauf (Wl) des Wärmeträgermaterials (WM1) schaltbaren Verbraucher (VI) und/oder eine Wärmequelle (Ql), insbesondere einen elektrischen Heizkörper.
11. Latentwärmespeicher (L1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Sonnenkollektor (Sl) aus dem Wärmekreislauf (Wl) des Wärmeträgermaterials (WM1) wegschaltbar ist.
12. Latentwärmespeicher (LI) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch ein weiteres Behältnis (B9) mit einem weiteren Wärmeträgermaterial (WM9), welches die Behältnisse (Bl, B2, B3) des Latentwärmespeichers (LI) umgibt und Anschlüsse (AN1, AN2, AN3) für zumindest einen Verbraucher aufweist.
13. Latentwärmespeicher (LI) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, das zumindest eine, vorzugsweise eine drehzahlgesteuerte, Pumpe (P2) für einen weiteren Wärmekreislauf (W9) des weiteren Wärmeträgermaterials (WM9) vorgesehen ist.
14. Latentwärmespeicher (LI) nach Anspruch 12 oder 13, gekennzeichnet durch zumindest eine in den weiteren Wärmekreislauf (W9) zusätzlich schaltbare Wärmequelle (Q2), insbesondere einen elektrischen Heizkörper. 13 • · ···· » · · • * *· ·«« ΜΙ· ··«
15. Latentwärmespeicher (LI) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Behältnisse (Bl, B2, B3, B9) und/oder die Wärmetauscher (WT1, WT2, WT3, WT9) aus einem wärmeleitföhigen Material hergestellt sind.
16. Latentwärmespeicher (LI) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Behältnisse (Bl, B2, B3) mit einem Füllmaterial (FM), beispielsweise einem offenporigen Metallschaum, zumindest teilweise befüllt sind.
17. Latentwärmespeicher (LI) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Behältnisse (Bl, B2, B3) mit einem Versteifungsmaterial (VM), beispielsweise einem Versteifungsmaterial mit einer wabenförmigen Struktur (VM1) oder einer Fachwerkstruktur (VM2), zumindest teilweise befüllt sind.
18. Latentwärmespeicher (LI) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass an seiner Außenseite eine, vorzugsweise mehrlagige, Wärmeisolierschicht (II, 12,13) vorgesehen ist.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| AT0178709A AT508992B1 (de) | 2009-11-11 | 2009-11-11 | Latentwärmespeicher |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| AT0178709A AT508992B1 (de) | 2009-11-11 | 2009-11-11 | Latentwärmespeicher |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| AT508992A1 true AT508992A1 (de) | 2011-05-15 |
| AT508992B1 AT508992B1 (de) | 2011-08-15 |
Family
ID=43969146
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| AT0178709A AT508992B1 (de) | 2009-11-11 | 2009-11-11 | Latentwärmespeicher |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| AT (1) | AT508992B1 (de) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011058383A3 (en) * | 2009-11-16 | 2012-05-31 | Sunamp Limited | Energy storage systems |
| CN102519079A (zh) * | 2012-01-08 | 2012-06-27 | 钟明华 | 一种相变蓄能制热装置 |
| WO2012097861A1 (de) * | 2011-01-17 | 2012-07-26 | Klausdieter Ziegler | Latentwaermespeicher |
| ITVR20110166A1 (it) * | 2011-08-05 | 2013-02-06 | Gian Maria Spinazze | Accumulatore termico |
| WO2013059467A3 (en) * | 2011-10-19 | 2013-08-15 | Abengoa Solar Inc. | High temperature thermal energy storage |
| DE102012020958A1 (de) * | 2012-10-25 | 2014-04-30 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Kühleinrichtung zur Kühlung einer elektrischen Maschine sowie elektrische Maschine mit einer solchen |
| EP3260803A1 (de) * | 2016-06-23 | 2017-12-27 | AIT Austrian Institute of Technology GmbH | Dampfspeicher |
| US11199366B2 (en) | 2008-05-16 | 2021-12-14 | Sunamp Limited | Energy storage systems |
| EP3175196B1 (de) * | 2014-07-31 | 2024-02-21 | Commissariat à l'Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives | Vorrichtung zur speicherung von energie mittels eines speicherstoffes und zugehöriges speicherverfahren |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102014208555A1 (de) * | 2014-05-07 | 2015-11-12 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zur Herstellung eines Latentwärmespeichers |
| WO2026020148A1 (en) * | 2024-07-19 | 2026-01-22 | Hni Technologies Inc. | Fireplace comprising thermal energy storage and method of operating fireplace |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4063546A (en) * | 1975-04-28 | 1977-12-20 | Ciba-Geigy Corporation | Heat store and installation for the utilization of solar energy |
| US4402188A (en) * | 1979-07-11 | 1983-09-06 | Skala Stephen F | Nested thermal reservoirs with heat pumping therebetween |
| US4313424A (en) * | 1980-05-16 | 1982-02-02 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Solar heating system |
-
2009
- 2009-11-11 AT AT0178709A patent/AT508992B1/de not_active IP Right Cessation
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11199366B2 (en) | 2008-05-16 | 2021-12-14 | Sunamp Limited | Energy storage systems |
| WO2011058383A3 (en) * | 2009-11-16 | 2012-05-31 | Sunamp Limited | Energy storage systems |
| US10900667B2 (en) | 2009-11-16 | 2021-01-26 | Sunamp Limited | Energy storage systems |
| US11378282B2 (en) | 2009-11-16 | 2022-07-05 | Sunamp Limited | Energy storage systems |
| WO2012097861A1 (de) * | 2011-01-17 | 2012-07-26 | Klausdieter Ziegler | Latentwaermespeicher |
| ITVR20110166A1 (it) * | 2011-08-05 | 2013-02-06 | Gian Maria Spinazze | Accumulatore termico |
| WO2013059467A3 (en) * | 2011-10-19 | 2013-08-15 | Abengoa Solar Inc. | High temperature thermal energy storage |
| CN102519079A (zh) * | 2012-01-08 | 2012-06-27 | 钟明华 | 一种相变蓄能制热装置 |
| CN102519079B (zh) * | 2012-01-08 | 2013-12-18 | 钟明华 | 一种相变蓄能制热装置 |
| DE102012020958A1 (de) * | 2012-10-25 | 2014-04-30 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Kühleinrichtung zur Kühlung einer elektrischen Maschine sowie elektrische Maschine mit einer solchen |
| EP3175196B1 (de) * | 2014-07-31 | 2024-02-21 | Commissariat à l'Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives | Vorrichtung zur speicherung von energie mittels eines speicherstoffes und zugehöriges speicherverfahren |
| EP3260803A1 (de) * | 2016-06-23 | 2017-12-27 | AIT Austrian Institute of Technology GmbH | Dampfspeicher |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| AT508992B1 (de) | 2011-08-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| AT508992B1 (de) | Latentwärmespeicher | |
| WO2012097861A1 (de) | Latentwaermespeicher | |
| DE2602530B1 (de) | Latentwaermespeicher | |
| EP2470850B1 (de) | Symmetrische zwischenspeicher für wärmepumpen mit zyklischer entleerung in ein hauptsystem | |
| DE102015209239A1 (de) | Latentwärmespeichermodul und latentwärmespeichereinrichtung | |
| DE202021004024U1 (de) | Hochtemperatur-Wärme-Speicher HT-S, Speicher-Verbund aus solchen Wärmespeichern sowie Heizung unter Verwendung solcher HT-S | |
| DE4221668A1 (de) | Warmwasser-Schichtenspeicher mit fremdenergiefreiem Gegenstromwärmetauscher | |
| EP2204618A2 (de) | Heiz- oder Brauchwasserwärmespeicher | |
| EP2713130B1 (de) | Thermischer Speicher für Kälteanlagen | |
| WO2006050944A1 (de) | Wärmespeicher sowie verwendung des wärmespeichers in einem heizungssystem mit solaranlage und wärmepumpe | |
| EP1798486B1 (de) | Heiz- oder Brauchwasserwärmespeicher mit mindestens zwei Wärmequellen | |
| DE202008017601U1 (de) | Bivalenter Wärmespeicher | |
| DE10108152A1 (de) | Latentwärmespeicher | |
| EP2795199B1 (de) | Wärmeversorgungssystem und wärmeversorgungsverfahren | |
| WO2002012814A1 (de) | Latentwärmespeicher | |
| DE102012111744A1 (de) | Latentwärmespeicher | |
| EP3044519A1 (de) | Hochtemperaturwärmespeicher | |
| DE2934321A1 (de) | Latentwaermespeicher | |
| EP0079452A1 (de) | Energiespeicher zur Speicherung von latenter Wärme in chemisch reagierenden Speichermedien oder Speichermedien mit Phasenwechsel | |
| DE102006057846A1 (de) | Heiz- oder Brauchwasserwärmespeicher mit mindestens zwei Wärmequellen | |
| WO2017088983A1 (de) | Latentwärmespeicher, verfahren und heizanordnung | |
| EP2530418B1 (de) | Wärmespeicher | |
| DE102006057845A1 (de) | Heiz- oder Brauchwasserwärmespeicher | |
| DE29705642U1 (de) | Druckloser Wärmespeicher | |
| AT502828B1 (de) | Heiz- oder brauchwasserwärmespeicher mit mindestens zwei wärmequellen |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM01 | Lapse because of not paying annual fees |
Effective date: 20141111 |