DE19756006A1

DE19756006A1 - Verfahren zur Energiespeicherung in Phasenwechselmedien und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE19756006A1
Application number: DE19756006A
Authority: DE
Inventors: Stefan Dipl Ing Koegler; Arndt Buschmann
Original assignee: KOEGLER STEFAN DIPL ING FH
Current assignee: KOEGLER STEFAN DIPL ING FH
Priority date: 1997-12-17
Filing date: 1997-12-17
Publication date: 1999-06-24

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Speichern von thermischer Energie in Phasenwechselmedien durch das Zusammenwirken von pelletförmigen Speicherschicht- bzw. -ver bundelementen und Energie und/oder Stoffspeichern, die direkt von dem zu temperierenden Medium durchströmt werden.

Aus Gründen des rationellen Energie- und Ressourceneinsatzes gilt es heutzutage, Latentwärmespeicher einzusetzen, die entweder eine höhere Energiemenge im gleichen Stoffvolumen oder eine identische Energiemenge in einem bedeutend geringeren Stoffvolumen als herkömmliche Speicher speichern. Einer allgemeinen Verbreitung dieser Latentwärmespeicher steht bisher der komplizierte Aufbau, die hohen Kosten und das Fehlen einer kostengünstigen Nachrüstbarkeit bestehender Speicher entgegen.

Der Stand der Technik hierzu ist, daß Latentwärmespeicher zur Aufnahme thermischer Energien in einem Phasenwechselmedium, entsprechend dem Patent DE 27 41 829, als separate Einheiten realisiert werden. Hierbei schwimmt das Latentspeichermedium in Form von kunststoffumhüllten Paraffinteilchen in einem separaten Wärmespeicher-, Transportmedium, welches sich in einem, durch Wärmetauscher von dem zu temperierenden Medium getrennten, Behälter oder Kreislauf befindet. Desweiteren ist aus DE 33 38 009 die Verwendung von ummantelten Phasenwechselmedien als Verbundwerkstoff zur Energiespeicherung in Baumaterialien und Mauerwerkskonstruktionen bekannt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb im Schaffen einer technischen Lösung, die die sich aus dem Stand der Technik ergebenden Nachteile, wie eine größere Trägheit bei der Aufnahme und Abgabe der im Phasenwechsel gespeicherten Energie, den hohen finanziellen Aufwand für den Latentwärmespeicher und die schlechte Nachrüstbarkeit bestehender Speicher überwindet.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß im wesentlichen durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und 5 gelöst. Danach ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß ein geeignetes Latentspeichermedium direkt in den Durchflußspeicher des zu temperierenden Mediums eingebracht und durch entsprechende Rückhaltevorrichtungen in dem dafür vorgesehenen Bereich fixiert wird. Als Latentspeichermedium, welches sich unter den geforderten Einsatzbedingungen bei direktem Kontakt mit Brauch/Trinkwasser eignet, bieten sich kunststoffumhüllte Paraffinpellets an. Hierbei wird eine elastische Kunststoffhülle verwendet, welche der Volumenänderung des Paraffins bei Phasenumwandlung ermüdungsfrei nachgibt und chemisch neutral gegenüber Paraffin und dem zu temperierenden Medium ist. Durch das Bestreben der unter Vorspannung auf das Paraffin aufgebrachten Kunststoffhülle, eine Form mit kleinstmöglicher Oberfläche einzunehmen, wird das Paraffin, auch im flüssigem Zustand, in einer kugelähnlichen Form gehalten. Hierzu ist es notwendig, daß die Kunststoffhülle eine derartige Festigkeit aufweist, daß der durch das verflüssigte Paraffin erzeugte Innendruck die von außen wirkenden Kräfte kompensieren kann. Diese kugelähnliche Form ermöglicht einen weitestgehend ungehinderten Durchfluß des zu temperierenden Mediums und den erforderlichen Energieaustausch.

Der Einsatz von Paraffin als Phasenwechselspeichermedium hat neben seinem günstigen Preis und seiner im Arbeitstemperaturbereich des Speichers festlegbaren Phasenwechseltemperatur auch noch den Vorteil der chemischen Neutralität und Ungiftigkeit.

Die bisher aufgeführten Eigenschaften des Latentspeichermediums ermöglichen es, dieses direkt in einen Speicher einzubringen der zum Temperieren des Brauch/Trinkwassers von diesem durchflossenen wird. Somit kann die über Heizungs- und Solaranlage mittels Wärmetauscher zugeführte Energie, die derzeit nicht benötigt wird, weitestgehend im Latentspeichermedium für die spätere Verwendung zwischengespeichert werden. Bei der Brauch-/Trinkwasserentnahme durchströmt dieses, auf dem Weg vom Kaltwasserzufluß zum Warmwasserauslaß, den Bereich des Latentwärmespeichermediums, wobei dieses seine gespeicherte Energie an das zu erwärmende Brauch/Trinkwasser abgibt.

Für die Kugelgröße wird ein Optimum gewählt, welches durch die Rohranschlüsse der nachzurüstenden Durchflußspeicher einerseits und durch ein günstiges Verhältnis zwischen Paraffin- und Hüllenvolumen andererseits eingegrenzt ist. Bei neuen Latentwärmespeichern nach diesem Verfahren spielt die Öffnungsweite der Rohranschlüsse für die Kugelgröße keine Rolle, allerdings wird bei zu großem Kugelvolumen das thermische Verhalten des Latentwärmespeichers immer träger.

Im Gegensatz zu einem herkömmlichen Warmwasserspeicher hat ein Latentwärmespeicher eine günstigere Lade- und Entladekurve.

Diese werden bei der erfindungsgemäßen Verwendung von geschichteten Latentwärme Speichermaterialien mit, entsprechend dem Temperaturschichtverlauf des Speichers abgestufter Phasenwechseltemperatur, noch entscheidend verbessert. Das Abwandern des Latentspeichermediums, aus dem dafür vorgesehenen Bereich, in den Wasserkreislauf wird durch das Einbauen von Sieben/Körben verhindert.

Ausführungsbeispiel 1

Fig. 1 zeigt die Nachrüstung eines schon installierten Durchflußspeichers (3), in welchem das zu temperierende Medium (2), nachträglich teilweise durch ein Latentspeichermedium (1), entsprechend dem vorgenannten Verfahren ersetzt wurde. In dem Kaltwasserzufluß (6) und den Warm wasserabfluß (7) wird jeweils ein Sieb (4) installiert, welches ein Abwandern des Latentspeichermediums (1) über den Brauch-/Trink wasserkreislauf verhindern. Das Latentspeichermedium (1) besteht in diesem Beispiel aus Paraffin mit einer einheitlichen Phasenwechsel temperatur, da in diesem Fall keine schichtweise Anordnung möglich ist.

Ausführungsbeispiel 2

Fig. 2 zeigt einen Latentwärmedurchflußspeicher (3) mit mehreren, dem Temperaturschichtverlauf des Speichers angepaßten, Latentspeicherschichten mit unterschiedlicher Phasenwechseltemperatur. Diese Latentwärmespeicherschichten werden durch Siebe (4) in ihrem Bereich fixiert. Dieses Verfahren ist jedoch nur beim Neubau von Speichern möglich, bietet dafür aber auch eine bessere Speicherkennlinie als der Speicher nach Fig. 1.

Bezugszeichenliste

1

Latentspeichermedium

2

zu temperierendes Medium

3

Durchflußspeicher

4

Rückhalteeinrichtungen

5

Strömungsrichtung

6

Kaltwasserzufluß

7

Warmwasserabfluß

8

Wärmetauscher

9

Latentspeicherbereich

Claims

1. Verfahren zur Speicherung thermischer Energie im Arbeitstemperaturbereich des Speichers, bei dem der Phasenwechsel von pelletförmigen Speicherschicht- bzw. -ver bundelementen, als Latentspeichermedium genutzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Latentspeichermedium direkt in das zu temperierende Medium einge bracht und von diesem umströmt wird.

2. Verfahren nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Latent speichermedium in einen Durchflußspeicher eingebracht wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß für das beim losen Einbringen des Latentspeichermediums, welches auf Grund der geringeren Artdichte als das zu temperierende Medium den oberen Teil des Durchflußspeichers ausfüllt, ein Latentspeichermedium mit einheitlicher Pha senwechseltemperatur verwendet wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Pha senwechselmedien mit unterschiedlicher Phasenwechseltemperatur ent sprechend den Temperaturschichtverlauf des Durchflußspeichers, in definier ten Schichten angeordnet werden.

5. Vorrichtung zur Durchführung der Energiespeicherung in Phasenwech selmedien, bestehend aus einem Latentwärmespeicher, in dem zur Speicherung thermischer Energie, im Phasenwechsel des Speichermediums, pelletförmige Speicherschicht- bzw. -verbundprodukte als Latentspeichermedium verwendet werden,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Latentwärmespeicher als Durchflußspeicher für das zu temperierende Medium (2) ausgebildet ist und
daß der für das Latentspeichermedium (1) vorgesehene Bereich allseits durch, für das eingesetzte Latentspeichermedium (1) geeignete Rückhalteeinrichtun gen (4) begrenzt wird.

6. Vorrichtung nach dem Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Latentspeichermedium (1) gefüllte Bereich (9), aufgrund der Form und Beschaffenheit des Latentspeichermediums (1), von dem zu temperierenden Medium (2) durchströmt werden kann.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die im Flußweg des zu temperierenden Mediums (2) liegenden Rückhalteeinrich tungen (4) von diesem durchströmt werden können.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Anordnung von mehr als zwei quer zur Strömungsrichtung (5) lie gende Rückhalteeinrichtungen (4), Latentspeicherbereiche (9) mit unterschied licher Phasenwechseltemperatur fixiert werden.