DE8004508U1 - Fluessigkeits-waermespeicher - Google Patents

Description

HANS TRAPPENBERG · PATENTINGENIEUR · KARLSRUHE

Hans-Peter Ritter GQ 204

Flüssigkeits-Wärmespeicher

Latentspeicher sind bekannt und werden seit einiger Zeit intensiv weiterentwickelt und ihre Anwendung gefördert, um insbesondere im Bereich der Gebäudeheizungen die natürlichen Alternativenergien zu Heizöl und Strom, wie Sonnen- und Erdenergie nutzbar zu machen. Da insbesondere die Sonnenenergie mittels den heute kommerziell einsetzbaren Kollektoren häufig dann nicht genutzt werden kann, wenn sie gebraucht wird, ist es unumgänglich, Energie-, resp. Wärmespeicher zu verwenden. Dafür eignen sich Latentspeicher recht gut. Aber auch gewöhnliche Flüssigkextsspeicher, die mit Wasser oder Öl gefüllt sind und einfach aufgeheizt werden, wenn Energie vorhanden ist, um bei Energiebedarf wieder abgekühlt zu werden, werden dafür verwendet.

Plüssigkeits-Wärmespeicher haben aber den Nachteil, daß ihre Wärmeinhalte in der Regel kleiner sind als diejenigen von Latentspeichern, bei denen die beim Übergang vom einen in den anderen Aggregatzustand des Speichermediums entstehende Latentwärme ausgenützt werden kann= Latentspeicher ihrerseits weisen aber den Nachteil auf, daß sie ohne meist komplizierte und teure Wärmetauscher nicht verwendet werden können. Ihr nachträglicher Einbau in bestehende Wärmespeicher ist zudem mit hohen Investitionen verbunden.

Der vorliegenden Neuerung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit für die Erhöhung der Wärmespeicherkapazität von flüssigen Medien anzugeben, die ohne schwierige und

teure Modifikationen an bestehenden Flüssigkeits-Wärmespeichern deren Wärmespeicherkapazität wesentlich vergrößert und die Verwendung von Wärmetauschern überflüssig macht.

Neuerungsgemäß wird diese Aufgabe nach dem kennzeichnenden Teil des Schutzanspruchs gelöst.

Nachfolgend wird eine mögliche Ausführungsform der Neuerung anhand der einzigen Figur beschrieben.

Wasser, das in seinem flüssigen Aggregatszustand von null G-rad Celsius auf 100 ⁰C erwärmt wird, nimmt pro Kilopond respektive Liter 292,8 KJ Energie auf, welche Energie ihm wieder entzogen werden kann. Die aufgenommene Energiemenge und die Wassertemperatur steigen linear an, wie dies aus der Kurve 1 in der Zeichnung ersichtlich ist.

Ähnlich verläuft die Kurve bei den meisten anderen Stoffen, die in einem Aggregatszustand aufgewärmt, respektive abgekühlt werden, wobei allerdings die Steilheit der Kurve und die Werte auf der Abszisse und auf der Ordinate im Diagramm anders sein können.

Anders verhält es sich bekanntlich, wenn ein Stoff, zum Beispiel Paraffin, über eine Aggregatszustands-Änderungstemperatur hinaus erwärmt, respektive abgekühlt wird, da bei Erreichen des Schmelzpunktes die Temperatur des Stoffes trotz unverändertem Zuführen von Energie beim Erhitzen, respektive Entzug von Energie beim Abkühlen, eine vorbestimmte Zeit lang unverändert bleibt, was auf das Phänomen der stoffspezifischen Latentwärme zurückzuführen ist.

; Dies hat auch zur Folge, dass bei einer gegebenen Tempera-

turerhöhung des Stoffes dieser wesentlich mehr Energie zu

; speichern vermag, als wenn er nicht von einem Aggregatszu-

ξ stand in den andern wechselt, wie dies aus Kurve 2 hervorgeht,

j Da bestehende Heizanlagen, die bereits mit Alternativener-

gien betrieben werden, oder solche zumindest mit ausnützen,

f häufig bereits mit Warmwasserspeichern versehen sind, aus-

· welchen bei Bedarf Energie zu Heizzwecken entzogen wird, ■:

ohne dass dies über Wärmetauscher geschieht, und der nachträgliche Einbau eines zweiten Kreislaufes und eines Wärmetauschers umständlich und aufwendig ist, eignet sich das erfindungsgemässe Verfahren hier ausserordentlich gut, um bei dem durch den Speicher gegebenen Volumen dessen Energie-Speicherkapazität wesentlich zu erhöhen.

Um die Schwierigkeiten zu umgehen, die sich durch die Verwendung von konventionellen Latentspeichern ergeben, deren Energie man nur über Wärmetauscher nutzbar machen kann, schlägt die vorliegende Erfindung vor, das Latentspeichermedium in relativ kleine, luft- und wasserdichte Behälter _, einzufüllen, die dann direkt in die Flüssigkeitsspeicher gelegt werden. Die Verwendung eines Wärmetauschers ist dabei nicht notwendig, um die in den Behältern gespeicherte Energie an den Flüssigkeitskreislauf, d.h. in der Regel den Wasserkreislauf, abzugeben. Das die Behälter im Flüssigkeitsspeicher umspülende Wasser übernimmt diese Energie von die- 'i "sen direkt. Eine Verschmutzung des Flüssigkeitskreislaufes

ά durch dieses Verfahren kann völlig ausgeschlossen werden,

wenn die Behälter wie oben erwähnt dicht sind.

In der Praxis hat sich gezeigt, dass sich durch die Einlagerung von Polyäthylenbehältern, die mit Paraffin gefüllt

sind, die Wärmespeicherkapazität eines bestehenden Wasserspeichers um bis zu einem Faktor drei erhöht werden kann. Polyäthylen als Behältermaterial hat sich bewährt, da es elastisch genug ist, die Dehnungen aufzunehmen, die durch die Erhitzung des Paraffins entstehen. Behälter aus anderen Materialien sind allerdings ebenfalls verwendbar. Genauso kann ein anderer Stoff als Paraffin als Latentwärme-Speicher verwendet werden, wobei die Wahl des Behältermaterials wie auch des Latentwärme-Speichermediums in Abhängigkeit des verwendeten Temperaturbereiches der Flüssigkeit im Flüssigkeitsspeicher zu treffen ist.

Als Behälter eignen sich besonders gut dichte Zylinder mit einem Volumen von ca. einem Liter. Die Flüssigkeitsspeicher können bis ungefähr zu 90 $ ihres Volumens mit solchen Behältern gefüllt werden.

Die vorliegende Neuerung bietet gegenüber den herkömmlichen Verfahren zur Nutzung der Latentwärme in einem Speichermedium den Vorteil, daß sie extrem einfach und praktisch überall, d.h. in bestehenden und neu zu erstellenden Anlagen mit Flüssigkeitsspeichern, außerordentlich preisgünstig eingesetzt werden kann.

ZUSAMMLNFASSUNG

Indem in einem Flüssigkeitsspeicher eine Vielzahl von
kleinvolumigen Behältern eingelagert werden, welche Behälter mit einem, im Temperaturbereich, in welchem der
Flüssigkeitsspeicher betrieben wird, seinen Schmelzpunkt aufweisenden Medium gefüllt sind, kann der Flüssigkeitsspeicher ohne Zwischenschaltung eines Wärmetauschers zum Latentspeicher gemacht werden, der eine wesentlich erhöhte Wärmespeicher-Kapapzität aufweist.

Claims (5)

• ■ »III HANS TRAPPENBERG - PATENTINGENIEUR ■ KARLSRUHE 20.06.1980 TR/nl GQ 204 G 80 04 508.5 Hans-Peter Ritter SCHUTZANSPRÜCHE

1. Plüssigkeits-Wärmespeicher,
gekennzeichnet

durch eine Vielzahl von in den Plüasigkeitsspeicher (2) einzulagernden Behältern (5), die mit einem Medium (6) gefüllt sind, das im Temperaturbereich, in welchem der Plüssigkeitsspeicher (2) betrieben wird, einen Aggregats zustands-Veränderungspunkt aufweist.

2. Plüssigkeits-Wärmespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß er (2) bis zu 90 fo seines Volumens mit Behältern (5) gefüllt ist.

3. Flüssigkeits-Wärmespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Behälter (5) eine zylindrische Form aufweisen.

A. Flüssigkeits-Wärmespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Behälter (5) aus Polyäthylen sind.

5. Flüssigkeits-Wärn^espeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Medium (6) Paraffin ist.

•6-,—eec·; dadurch gekennzeichnet,
daß das Medium (6j^i»-trem Temperaturbereich, in welchem der Flü&särglfeitsspeicher (2) betrieben wird, vom festen ·