CH669206A5 - Phase-change material WITH NOT decomposing MELTING MATERIALS. - Google Patents
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Description
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PATENTANSPRUCH PATENT CLAIM
Latentwärmespeicher mit nicht zersetzend schmelzenden Stoffen mit einer aktiven und zu vermischenden Speicherfüllung in einem Speicherbehälter, dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Speicherfullung die drei Stoffsysteme I, II und III sowie gegebenenfalls IV enthält, wobei Latent heat storage with non-decomposing melting substances with an active and to be mixed storage filling in a storage container, characterized in that the active storage filling contains the three material systems I, II and III and optionally IV, where
- das Stoffsystem I aus einem oder mehreren Stoffen besteht, die aufgrund ihrer Umwandlungswärme und ihrer spezifischen Wärmekapazität wärmespeichernde Eigenschaften besitzen, beim Schmelzen keine Zersetzungserscheinungen aufweisen, mit einem Anteil von 50 bis 95 Vol-% am Gesamtvolumen der aktiven Speicherfüllung, - Substance system I consists of one or more substances which, due to their heat of conversion and their specific heat capacity, have heat-storing properties, show no signs of decomposition during melting, with a share of 50 to 95% by volume in the total volume of the active storage filling,
- das Stoffsystem II aus einer oder mehreren Komponenten enthaltenden Flüssigkeit als Wärmetransportmittel besteht, die das Stoffsystem I nicht oder nur bedingt zu lösen vermag, die Dichte des Stoffsystems II (pn) und die Dichte der schmelzflüssigen Phase des Stoffsystems I (pi) der Bedingung - The substance system II consists of one or more components containing liquid as a heat transport medium, which the substance system I is unable or only partially able to solve, the density of the substance system II (pn) and the density of the molten phase of the substance system I (pi) of the condition
Pi^Pii genügt, der Dampfdruck des Stoffsystems I (PDI) und der Dampfdruck des Stoffsystems II (Pdh) die Bedingung Pi ^ Pii is sufficient, the vapor pressure of substance system I (PDI) and the vapor pressure of substance system II (Pdh) are the conditions
Pdi«Pdii erfüllt und sein Anteil am Gesamtvolumen der aktiven Speicherfüllung 3 bis 50 Vol.-% beträgt, Pdi «Pdii is met and its share in the total volume of the active storage filling is 3 to 50% by volume,
- das Stoffsystem III aus einem oder mehreren oberflächenaktiven Stoffen besteht und sein Anteil am Gesamtvolumen der aktiven Speicherfüllung 0,01 bis 5 Vol.-% beträgt, und - The substance system III consists of one or more surface-active substances and its share in the total volume of the active storage filling is 0.01 to 5% by volume, and
- das Stoffsystem IV aus einem oder mehreren Keimbildnern und sein Anteil am Gesamtvolumen der aktiven Speicherfüllung 0 bis 20 Vol.-% beträgt. - The substance system IV from one or more nucleating agents and its share in the total volume of the active storage filling is 0 to 20 vol .-%.
BESCHREIBUNG DESCRIPTION
Latentwärmespeicher mit nicht zersetzend schmelzenden Stoffen stellen wirkungsvolle Systeme zur Entlastung oder Ergänzung konventioneller Energieerzeugersysteme und zum Ausgleich zeitlicher Schwankungen zwischen Energieanfall und Energiebedarf dar. Latent heat storage with non-decomposing melting materials are effective systems for relieving or supplementing conventional energy generation systems and for compensating for fluctuations in time between energy consumption and energy demand.
Der erfindungsgemässe Latentwärmespeicher ist deshalb vorzugsweise für die Anpassung von Wärmeverbrauchssystemen an die durch die Energiequellen diktierten Wärmenutzungsbedingungen, d.h. den zeitlichen Ausgleich zwischen Wärmeanfall und Wärmebedarf, sowie zur Akkumulation von Warme vorgesehen. The latent heat store according to the invention is therefore preferably for adapting heat consumption systems to the heat usage conditions dictated by the energy sources, i.e. the temporal balance between heat generation and heat demand, as well as for the accumulation of heat is provided.
Konventionelle Wärmespeicher arbeiten vornehmlich auf der Basis fühlbarer bzw. sensibler Wärme. Conventional heat storage systems work primarily on the basis of sensible or sensitive heat.
Da die Wärmekapazität aller dafür verwendeten Speichermaterialien wie Wasser, Öl, Steine, Gusseisen, Magnesit, Erdreich u.a. nur gering ist, führt der Einsatz solcher Speichersysteme, insbesondere bei der Akkumulation grosser Wärmemengen, zu übergrossen Speichervolumina und zu unökonomischen Aufwandsverhältnissen. Aus praktischer Sicht besitzen die konventionellen Speichersysteme folgende wesentliche Nachteile: Since the heat capacity of all storage materials used for this, such as water, oil, stones, cast iron, magnesite, soil, etc. is only small, the use of such storage systems, particularly in the accumulation of large amounts of heat, leads to excessive storage volumes and to uneconomical expense ratios. From a practical point of view, conventional storage systems have the following major disadvantages:
- Das Laden oder Entladen des Speichers ist mit einer Erhöhung oder Erniedrigung der Speichertemperatur verbunden, die ein stetes - in der Praxis sehr nachteiliges - Gleiten der Speichertemperatur und der Wärmeübertragungsleistungen beim Laden und Entladen des Speichers und einen erhöhten Aufwand an einzusetzender Regelungstechnik nach sich zieht. - The loading or unloading of the storage tank is associated with an increase or decrease in the storage tank temperature, which results in a constant - in practice very disadvantageous - sliding of the storage tank temperature and the heat transfer performance when loading and unloading the storage tank and an increased outlay in control technology to be used.
- Aufgrund der bei den Speichermaterialien allgemein vorhandenen niedrigen spezifischen Wärmekapazitäten ist das Masse/Leistungsverhältnis im Vergleich mit dem nachfolgend beschriebenen Latentwärmespeicher sehr ungünstig. - Due to the low specific heat capacities generally present in the storage materials, the mass / performance ratio is very unfavorable in comparison with the latent heat storage described below.
- Die Speicherung grosser Wärmemengen ist an grosse Speichervolumina gebunden, die technisch häufig nicht oder nur aufwendig realisierbar sind (Bau von zusätzlichen Umhausungen) oder die Kostenverhältnisse sehr nachteilig beeinflussen. - The storage of large amounts of heat is tied to large storage volumes that are often not technically feasible or can only be implemented with great effort (construction of additional housings) or have a very disadvantageous effect on the cost ratio.
- Zur Reduzierung der Speichervolumina auf technisch beherrschbare Grössenordnungen müssen grosse Temperaturdifferenzen zwischen Lade- und Entladezustand zugelassen und die dabei notwendige Erhöhung der Ladetemperatur über die erforderliche Vorlauftemperatur des Wärmeverbrauchssystems sowie die Vernichtung der energetischen Qualität der Wärmequelle (Exergiegehalt) in Kauf genommen werden. - To reduce the storage volume to technically manageable orders of magnitude, large temperature differences between the charge and discharge status must be permitted and the necessary increase in the charge temperature above the required flow temperature of the heat consumption system and the destruction of the energetic quality of the heat source (exergy content) must be accepted.
- Bei der Verwendung von Wasser, als dem am häufigsten genutzten Speichermaterial, wird die Speicherung grosser Energiemengen besonders dann problematisch, wenn die für die technische Nutzung erforderliche Speichertemperatur an der oberen Temperaturgrenze des Wassers (drucklos bei ca. 90 °C), wie z.B. für Heizungsanlagen 90/70 °C, liegt. Eine Erhöhung der Speicherfähigkeit durch Erhöhung der Wassertemperatur ist drucklos nicht möglich und führt zu einem erheblichen technischen und apparativen Mehraufwand, der die ohnehin nachteiligen Kostenverhältnisse noch zusätzlich verschlechtert. - When using water as the most frequently used storage material, the storage of large amounts of energy becomes particularly problematic when the storage temperature required for technical use is at the upper temperature limit of the water (unpressurized at approx. 90 ° C), e.g. for heating systems 90/70 ° C. An increase in the storage capacity by increasing the water temperature is not possible without pressure and leads to considerable additional technical and apparatus expenditure, which further worsens the already disadvantageous cost relationships.
Eine Möglichkeit zur Überwindung dieser Nachteile bieten Speicher, die weniger auf der Basis fühlbarer Wärmen, sondern mehr auf der Basis latenter Wärmen, wie Schmelz- und Erstarrungswärmen, Verdampfungs- und Kondensationswärmen, Reaktionswärmen, Hydratisationswärmen, Lösungswärmen, Kristallisationswärmen u.ä. arbeiten. One way of overcoming these disadvantages is offered by storage facilities which are based less on sensible heat, but more on the basis of latent heat, such as heat of fusion and solidification, heat of evaporation and condensation, heat of reaction, heat of hydration, solution of heat, crystallization heat and the like. work.
Speicher dieser Art werden in der Literatur als «Latentwärmespeicher» bezeichnet Stores of this type are referred to in the literature as “latent heat stores”
Diese Speicher haben gegenüber konventionellen Speichern folgende Vorteile: These storage systems have the following advantages over conventional storage systems:
- Beim Laden und Entladen bleibt die Speichertemperatur während der Wärmeaufnahme oder Wärmeabgabe in einem engen Bereich konstant. - When loading and unloading, the storage temperature remains constant in a narrow range during heat absorption or heat emission.
- Die Wärmeübertragungsleistungen bleiben - in Abhängigkeit von der jeweiligen technischen Lösung - ebenfalls in einem engen Bereich konstant. - The heat transfer rates - depending on the technical solution - also remain constant in a narrow range.
- Im Vergleich mit konventionellen Speichern ist das Wärmeaufnahmevermögen je nach verwendetem Speichermaterial und je nach der Breite des Gesamttemperaturbereiches, innerhalb welchem sich die Wärmeaufnahme und Wärmeabgabe vollzieht, zwischen 2 und 40mal grösser. - In comparison with conventional storage tanks, the heat absorption capacity is between 2 and 40 times greater depending on the storage material used and the width of the total temperature range within which the heat absorption and heat dissipation takes place.
Die augenscheinlichsten Verbesserungen stellen insbesondere solche Latentwärmespeicher dar, die auf der Grundlage von Schmelz- und Erstarrungswärmen arbeiten. The most obvious improvements are in particular those latent heat stores that work on the basis of melting and solidification heat.
Für solche Speicher gibt es eine Reihe von Lösungen, welche im wesentlichen die mit schmelzbaren Materialien einhergehenden und bekannten wärmephysikalischen und physikalisch-chemischen Probleme beseitigen. There are a number of solutions for such memories which essentially eliminate the thermal-physical and physicochemical problems associated with and known from fusible materials.
Hierzu gehören die Publikationen DE 26 48 678, DD 154 125, DE-OS 1928 694, DE-OS 25 23 234, DE-OS 25 17 920 und DE-OS 25 17 921 sowie WP C 09 K/24 36 19, die Verbesserungen hinsichtlich der stofflichen Aufbereitung der Speichermaterialien, der Unterbindung von Unterkühlungen, Stratifikationen u.ä. offenbaren. These include publications DE 26 48 678, DD 154 125, DE-OS 1928 694, DE-OS 25 23 234, DE-OS 25 17 920 and DE-OS 25 17 921 and WP C 09 K / 24 36 19, the Improvements with regard to the material processing of the storage materials, the prevention of hypothermia, stratification, etc. reveal.
Noch nicht gelöst ist folgendes Problem: Die Neigung verschiedener nicht zersetzend schmelzender, z.B. kongruent und eutektisch schmelzender Materialien, zu Verwachsungen der bei -der Erstarrung entstehenden Kristalle zu grossvolumigen Agglomeraten, welche sowohl beim Wärmeein- als auch beim Wärme-austrag zu stark verringerten Wärmeübertragungsleistungen sowie zur Verkrustung, Undurchlässigkeit für die Schmelze, zu thermischen Spannungen und überhöhten Drücken im Speicherinneren führen. The following problem has not yet been solved: The tendency of various non-decomposing, e.g. congruent and eutectic melting materials, to the growth of the solidification crystals to large-volume agglomerates, which reduce both the heat input and the heat output to greatly reduced heat transfer rates as well as incrustation, impermeability to the melt, thermal stresses and excessive pressures in the Lead inside the memory.
Darüber hinaus ist aus der Literatur bekannt, dass durch Zugabe von Fluor enthaltenden oberflächenaktiven Stoffen die Grösse der bei der Erstarrung von inkongruent schmelzendem Glaubersalz (Na2S04-10 H20) entstehenden Kristalle vermindert werden kann. Ein entsprechendes Patent liegt mit US 4267 879 In addition, it is known from the literature that the addition of fluorine-containing surface-active substances can reduce the size of the crystals formed during the solidification of incongruent melting Glauber's salt (Na2S04-10 H20). A corresponding patent lies with US 4267 879
2 2nd
5 5
10 10th
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
35 35
40 40
45 45
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55 55
60 60
65 65
3 3rd
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Konkrete Lösungen für die Verringerung der Kristallgrösse von nicht zersetzend (z.B. kongruent) schmelzenden Latentspeichermaterialien sind dagegen nicht bekannt. Die Übertragung auf kongruent schmelzende Materialien, wie z.B. Na2S • 5 H20 haben zu keinem Erfolg geführt. Concrete solutions for reducing the crystal size of non-decomposing (e.g. congruent) melting latent storage materials, however, are not known. The transfer to congruently melting materials, e.g. Na2S • 5 H20 have not led to any success.
Es ist das Ziel der Erfindung, einen Latenwärmespeicher mit nicht zersetzend schmelzenden Stoffen zu entwickeln, bei welchem ohne Anwendung mechanischer Mittel die Entstehung grossvolumiger Agglomerate, Verkrustungen und Undurchlässig-keiten verhindert und gleichzeitig grosse Wärmeein- und Warme-austragsleistungen ermöglicht werden. It is the aim of the invention to develop a latent heat accumulator with non-decomposing melting materials, in which the formation of large-volume agglomerates, incrustations and impermeability is prevented without the use of mechanical means and at the same time large heat input and heat output capacities are made possible.
Latentwärmespeicher mit nicht zersetzend schmelzenden Stoffen, wie z.B. kongruent und eutektisch schmelzenden Stoffen, neigen dazu, bei der Erstarrung Kristalle zu bilden, die sich zu grossvolumigen Agglomeraten zusammenschliessen. Diese bilden die Ursache für geringe Wärmeein- und -austragsleistungen sowie thermische Spannungen im Speicherinneren. Die Unterbindung dieser Nachteile erfolgt erfindungsgemäss durch eine aktive Speicherfüllung, welche aus 4 Stoffsystemen besteht, nämlich: Latent heat storage with non-decomposing melting materials, e.g. Congruent and eutectic melting substances tend to form crystals during solidification, which combine to form large-volume agglomerates. These are the cause of low heat input and output as well as thermal tensions inside the storage tank. According to the invention, these disadvantages are prevented by an active storage filling, which consists of 4 material systems, namely:
Stoffsystem I Substance system I
Bestehend aus einem oder mehreren Stoffen, die aufgrund ihrer Umwandlungswärme und ihrer spezifischen Wärmekapazität Wärmespeichereigenschaften aufweisen, nicht zersetzend schmelzen und als Wärmespeichermaterial einsetzbar sind. Consisting of one or more substances that have heat storage properties due to their heat of conversion and their specific heat capacity, do not melt decomposingly and can be used as heat storage material.
Der Anteil des Stoffsystems I am Gesamtvolumen der aktiven Speicherfullung beträgt erfindungsgemäss 50 bis 95 Vol.-%. The proportion of the material system I in the total volume of the active storage filling is 50 to 95% by volume according to the invention.
Stoffsystem II Substance system II
Bestehend aus einem oder aus mehreren Komponenten zusammengesetzten flüssigen Wärmetransportmedium, in dem das Stoffsystem I nicht oder nur bedingt lösbar ist. Dabei erfüllen die Dichte des Stoffsystems II (pn) und die Dichte der schmelzflüssigen Phase des Stoffsystems I (pj) erfindungsgemäss die Bedingung Consisting of one or more components composed of liquid heat transfer medium in which the substance system I is not or only partially soluble. The density of the material system II (pn) and the density of the molten phase of the material system I (pj) meet the condition according to the invention
Pi—Pii, z.B. 0,8 pj, Pi-Pii, e.g. 0.8 pj,
wobei der Dampfdruck des Stoffsystems I (Pdi) und der Dampfdruck des Stoffsystems II (Pdii) erfindungsgemäss der Bedingung whereby the vapor pressure of substance system I (Pdi) and the vapor pressure of substance system II (Pdii) according to the condition
Pdi«Pdii genügen. Der Anteil des Stoffsystems II beträgt am Gesamtvolumen der aktiven Speicherfullung des Speichers 3 bis 50 Vol.-%. Pdi «Pdii are enough. The proportion of substance system II in the total volume of the active storage filling of the storage is 3 to 50% by volume.
Stoffsystem III System III
Bestehend aus einem oder mehreren oberflächenaktiven Stoffen. Der Anteil des Stoffsystems III am Gesamtvolumen der aktiven Speicherfullung des Latentwärmespeichers beträgt 0,01 bis 5 Vol.-%. Das Stoffsystem III hat die Aufgabe, beim Erstarren des Stoffsystems I kleine Kristalle zu bilden und Verwachsungen und/ oder Verkrustungen zu verhindern. Consisting of one or more surfactants. The proportion of material system III in the total volume of the active storage filling of the latent heat storage is 0.01 to 5% by volume. The material system III has the task of forming small crystals when the material system I solidifies and preventing adhesions and / or incrustations.
Stoffsystem IV Substance system IV
Bestehend aus einem oder mehreren Keimbildern, die aufgrund ihrer Gitterstruktur den Keimbildungsvorgang bewirken oder heterogene Keimbildung auslösen. Consisting of one or more nucleation patterns, which due to their lattice structure cause the nucleation process or trigger heterogeneous nucleation.
Erfindungsgemäss beträgt der Anteil des Stoffsystems IV am Gesamtvolumen der aktiven Speicherfullung des Latentwärmespeichers 0 bis 20 Vol.-%. According to the invention, the proportion of the material system IV in the total volume of the active storage filling of the latent heat storage is 0 to 20% by volume.
Falls das Stoffsystem I nicht oder nur geringfügig unterkühlt, entfällt der Anteil des Stoffsystems IV an der aktiven Speicherfüllung. If substance system I does not cool or only slightly cools, the proportion of substance system IV in the active storage filling is omitted.
Der erfindungsgemässe Latentwärmespeicher soll in seiner aktiven Speicherfüllung mit Bezug auf die Zeichnung näher vorgestellt werden: The latent heat storage device according to the invention is to be presented in more detail in its active storage filling with reference to the drawing:
Stoffsystem I: Mg(N03)2 • 6 H20 und MgCl2 • 6 H20 als eutektisches Gemisch mit 70 Vol.-% Material system I: Mg (N03) 2 • 6 H20 and MgCl2 • 6 H20 as a eutectic mixture with 70 vol .-%
Stoffsystem II: Chlorbrommethan CH2ClBr mit 28 Vol.-% Stoffsystem III: Cordesin W, eine Eiweiss-Sulfonsäure-Kom-plexverbindung mit guten Dispergier-, Emul-gier- und Egalisierwirkungen, hergestellt vom VEB Berlin-Chemie, zu beziehen über Chemie-Export-Import, volkseigener Aussenhan-delsbetrieb der DDR, mit 1 Vol.-% Substance system II: chlorobromomethane CH2ClBr with 28 vol.% Substance system III: Cordesin W, a protein-sulfonic acid complex compound with good dispersing, emulsifying and leveling effects, manufactured by VEB Berlin-Chemie, available from Chemie-Export -Import, state-owned foreign trade company of the GDR, with 1 vol .-%
Stoffsystem IV: Aktivkohle mit 1 Vol.-% Substance system IV: activated carbon with 1 vol .-%
Die 4 Stoffsysteme sind eingefüllt in einen dichten und wärmeisolierten Behälter 1, in Form einer Mischung als aktive Speicherfüllung 2. The 4 material systems are filled in a sealed and thermally insulated container 1, in the form of a mixture as an active storage filling 2.
Innerhalb des Behälters 1 ist ein Wärmeübertrager 3 so angeordnet, dass er von der Speicherfullung 2 vollkommen bedeckt ist Ein weiterer Wärmeübertrager 4 ist so angeordnet, dass er nur vom Dampf des Stoffsystems II in einem Hohlraum 5 umgeben ist. Within the container 1, a heat exchanger 3 is arranged such that it is completely covered by the storage filling 2. A further heat exchanger 4 is arranged such that it is only surrounded by the vapor of the material system II in a cavity 5.
Die Wärmezufuhr erfolgt über den von der Speicherfullung 2 umschlossenen 'Wärmeübertrager 3, der Wärmeentzug über den vom Wärmetransportmitteldampf umgebenen Wärmeübertrager 4. Wärmezufuhr und Wärmeentzug laufen unter dreifachem Phasenwechsel ab. The heat is supplied via the heat exchanger 3 enclosed by the storage filling 2, and the heat is removed via the heat exchanger 4 surrounded by the heat transfer medium vapor. The heat is supplied and the heat is removed in three phases.
Bei einer Wärmezufuhr oberhalb der Schmelztemperatur wird das Stoffsystem II verdampft. Beim Zusammentreffen mit noch nicht geschmolzenem Material des Stoffsystems I wird dieses kondensiert und das Stoffsystem I geschmolzen. Die vom Stoffsystem II abgegebene Kondensationswärme wird vom Stoffsystem I als Schmelzwärme aufgenommen. If heat is supplied above the melting temperature, substance system II is evaporated. When meeting material that has not yet melted, material system I is condensed and material system I is melted. The heat of condensation given off by material system II is absorbed by material system I as heat of fusion.
Beim Wärmeentzug unterhalb der Schmelztemperatur wird wiederum Material des Stoffsystems II verdampft, in diesem Falle bei einem niedrigeren Druck als bei der Wärmezufuhr. Die dazu erforderliche Verdampfungswärme wird dem Speichermaterial (Stoffsystem I) entzogen, welches dabei erstarrt. When heat is removed below the melting temperature, material of material system II is again evaporated, in this case at a lower pressure than when the heat is supplied. The heat of vaporization required for this is extracted from the storage material (material system I), which then solidifies.
Der Dampf des Stoffsystems II wird am Wärmeübertrager 4 kondensiert und die frei werdende Kondensationswärme vom Wärmeübertrager 4 aufgenommen. The vapor of the material system II is condensed on the heat exchanger 4 and the heat of condensation released is absorbed by the heat exchanger 4.
Die Wärmeübertragung läuft in beiden Fällen unter intensiver Blasenbildung mit starker Durchmischung der Speicherfüllung ab, wodurch sich eine über das geseamte Speichermaterial gleich-mässig verteilte Wärmeaufnahme bzw. Wärmeabgabe ausbildet. Dieser an sich bekannte Prozess läuft bei nicht zersetzend schmelzenden Stoffen bei Abwesenheit des Stoffsystems III unter Bildung grossvolumiger Agglomerate, Verwachsungen und Verkrustungen ab. In both cases, the heat transfer takes place with intense blistering and thorough mixing of the storage filling, as a result of which heat absorption or heat emission is distributed evenly over the entire storage material. This process, which is known per se, takes place in the case of non-decomposing substances in the absence of material system III, with the formation of large-volume agglomerates, adhesions and incrustations.
Durch Zugabe des Stoffsystems III werden diese vermieden. Es entstehen je nach Intensität der Blasenbildung und Menge des Stoffsystems III kleinvolumige Kristalle, die eine lockere und durchlässige Schüttung im Speicherinneren bilden. These are avoided by adding substance system III. Depending on the intensity of the formation of bubbles and the amount of material system III, small-volume crystals are formed, which form a loose and permeable bed inside the storage tank.
Das Stoffsystem IV ist erforderlich, um beim Wärmeaustrag die Kristallbildung auszulösen und Unterkühlungen zu vermeiden. Substance system IV is required to trigger crystal formation when heat is being released and to prevent hypothermia.
Ausführungsbeispiele Embodiments
Der erfindungsgemässe Latentwärmespeicher soll anhand der nachstehenden 13 Varianten zu 3 verschiedenen aktiven Speicherfüllungen vorgestellt werden: The latent heat storage device according to the invention is to be presented on the basis of the 13 variants below for 3 different active storage fillings:
5 5
10 10th
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
669 206 669 206
4 4th
1. Speicherfullung Mischungsverhältnis (Vol.-%) 1. Storage fill mixing ratio (vol .-%)
Stoffsystem I Substance system I
-Mg (N03)2 • 6H20 und MgCl2 • 6H20 -Mg (N03) 2 • 6H20 and MgCl2 • 6H20
95 95
50 50
50 50
49,9 49.9
70 70
(elektisches Gemisch) (electrical mixture)
Stoffsystem II Substance system II
CH2ClBr (Chlorbrommethan) CH2ClBr (chlorobromomethane)
3 3rd
49 49
25 25th
50 50
28 28
Stoffsystem III System III
Cordesin W Cordesin W
1 1
0,1 0.1
5 5
0,05 0.05
1 1
Stoffsystem IV Substance system IV
Aktivkohle Activated carbon
1 1
0,9 0.9
20 20th
0,05 0.05
1 1
2. Speicherfüllung Mischungsverhältnis (Vol.-%) 2. Storage filling mixing ratio (vol .-%)
Stoffsystem I Substance system I
CH3CONH2 (Acetamid) CH3CONH2 (acetamide)
95 50 95 50
95 95
49,99 49.99
Stoffsystem II Substance system II
CC14 (Tetrachlormethan) CC14 (carbon tetrachloride)
4,99 45 4.99 45
3 3rd
50 50
Stoffsystem III System III
Cordesin W Cordesin W
0,01 5 0.01 5
2 2nd
0,01 0.01
Stoffsystem IV Substance system IV
- -
0 0 0 0
0 0
0 0
3. Speicherfüllung 3. Memory fill
Mischungsverhältnis (Vol.-0/ Mixing ratio (Vol.-0 /
Stoffsystem I Substance system I
Mg(N03)2-6H20 Mg (N03) 2-6H20
95 95
50 75 50 75
50 50
Stoffsystem II Substance system II
CH2Br2 (Dibrommethan) CH2Br2 (dibromomethane)
4 4th
49,99 24 49.99 24
45 45
Stoffsystem III System III
FT 248 (Fhiortensid) FT 248 (fhiortensid)
1 1
0,01 1 0.01 1
5 5
Stoffsystem IV Substance system IV
- -
0 0
0 0 0 0
0 0
Das 'Wirken dieser Stoffsysteme soll anhand eines Latentwärmespeichers mit einem prinzipiellen Aufbau gemäss Abb. 1 erläutert werden. The action of these material systems is to be explained using a latent heat store with a basic structure as shown in Fig. 1.
Die 4 Stoffsysteme sind eingefüllt in einen druckdichten und wärmeisolierten Behälter 1, in Form einer Mischung als aktive Speicherfullung, ein weiterer Wärmeübertrager 4 in einen nur vom Dampf des Stoffsystems II umgebenen Hohlraum 5. Die Wärmezufuhr erfolgt über den von der Speicherfüllung umschlossenen Wärmeübertrager 3, der Wärmeentzug über den vom Wärmetransportmitteldampf umgebenen Wärmeübertrager 4. The 4 material systems are filled in a pressure-tight and heat-insulated container 1, in the form of a mixture as active storage filling, another heat exchanger 4 in a cavity 5, which is only surrounded by the vapor of the material system II Extraction of heat via the heat exchanger 4 surrounded by the heat transport medium vapor.
Wärmezufuhr und Wärmeentzug laufen unter dreifachem Phasenwechsel ab. Heat supply and heat withdrawal take place with a triple phase change.
Bei einer Wärmezufuhr oberhalb der Schmelztemperatur wird das Stoffsystem II verdampft. Beim Zusammentreffen mit noch nicht geschmolzenem Material des Stoffsystems I wird dieses kondensiert und das Stoffsystem I geschmolzen. Die vom Stoffsystem II abgegebene Kondensationswärme wird vom Stoffsystem I als Schmelzwärme aufgenommen. If heat is supplied above the melting temperature, substance system II is evaporated. When meeting material that has not yet melted, material system I is condensed and material system I is melted. The heat of condensation given off by material system II is absorbed by material system I as heat of fusion.
Beim Wärmeentzug unterhalb der Schmelztemperatur wird wiederum Material des Stoffsystems II verdampft, in diesem Falle bei einem niedrigeren Druck als bei der Wärmezufuhr. When heat is removed below the melting temperature, material of material system II is again evaporated, in this case at a lower pressure than when the heat is supplied.
Die dazu erforderliche Verdampfungswärme wird dem Speichermaterial (Stoffsystem I) entzogen, welches dabei erstarrt. Der 30 Dampf des Stoffsystems II wird am Wärmeübertrager 4 kondensiert und die frei werdende Kondensationswärme vom Wärmeübertrager aufgenommen. The heat of vaporization required for this is extracted from the storage material (material system I), which then solidifies. The 30 vapor of the material system II is condensed on the heat exchanger 4 and the heat of condensation released is absorbed by the heat exchanger.
Die Wärmeübertragung läuft in beiden Fällen unter intensiver Blasenbildung mit starker Durchmischung der Speicherfüllung 35 ab, wodurch sich eine über das gesamte Speichermaterial gleich-mässig verteilte Wärmeaufnahme bzw. Wärmeabgabe ausbildet. Dieser an sich bekannte Prozess läuft bei nicht zersetzend schmelzenden Stoffen bei Abwesenheit des Stoffsystems III unter Bildung grossvolumiger Agglomerate, Verwachsungen und Verkru-40 stungen ab. Durch Zugabe des Stoffsystems II werden diese vermieden. Es entstehen je nach Intensität der Blasenbildung und Menge des Stoffsystems III kleinvolumige Kristalle, die eine lok-kere und durchlässige Schüttung im Speicherinnern bilden. In both cases, the heat transfer takes place with intensive formation of bubbles with thorough mixing of the storage filling 35, as a result of which heat absorption or heat emission is distributed uniformly over the entire storage material. This process, which is known per se, takes place in the case of non-decomposing substances in the absence of material system III, with the formation of large-volume agglomerates, adhesions and fouling. These are avoided by adding substance system II. Depending on the intensity of the formation of bubbles and the amount of substance system III, small-volume crystals are formed, which form a looser and permeable bed in the interior of the reservoir.
Das Stoffsystem IV ist erforderlich, um beim Wärmeaustrag 45 die Kristallbildung auszulösen und Unterkühlungen zu vermeiden. The material system IV is required in order to trigger the crystal formation during the heat discharge 45 and to avoid hypothermia.
1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings
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