DE3040370A1

DE3040370A1 - Waermespeicher mit einem latentwaerme-speichermedium

Info

Publication number: DE3040370A1
Application number: DE19803040370
Authority: DE
Inventors: Horst Ing.(grad.) 3457 Stadtoldendorf Twele
Original assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Current assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Priority date: 1980-10-25
Filing date: 1980-10-25
Publication date: 1982-05-27

Description

STIEBEL ELTRON GmbH & Co. KG 3 040370 Holzminden / Weser

23.10.1980 Alcte

Wärmespeicher mit einem Latentwärme-Speichermedium

Die Erfindung betrifft einen Wärmespeicher mit einem Latentwärme-Speichermedium in einem unteren Teilraum, dem ein Wärmetauscher eines Ladekreises zugeordnet ist, mit einem internen Wärmeträgermedium in einem oberen Teilraum, in dem ein Wärmetauscher des Entladekreises angeordnet ist, und mit einer Einrichtung, die dem internen Wärmeträgermedium eine Zwangsbewegung aufprägt.

Ein derartiger Wärmespeicher ist in der DE-OS 27 35 (Figur 2) beschrieben· Bei diesem ist im oberen Teilraum ein Propeller angeordnet, der dem als internen Wärmeträgermedium dienenden Mineralöl eine horizontale Zentrifugalströmung aufprägt. Der Wärmetauscher des Ladekreises ist außen an dem Speicherbehälter angeordnet. Durch die Zirkulationsströmung, insbesondere wenn sie kräftig ist, wird Wärmespeichermedium an den Wärmetauscher des Entladekreises gelangen und dann dort kristallisieren.

Dies ist ungünstig, da dadurch der Wirkungsgrad des Wärmetauschers beträchtlich herabgesetzt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Wärmespeicher der eingangs genannten Art vorzuschlagen, der einen schnellen Wärmewechsel zwischen den Wärmetauschern, dem internen Wärmeträgermedium und dem Speichermedium erlaubt und einfach aufgebaut ist.

Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe dadurch ^elö^t, daß ein vertikales, unten im unteren Teilraum und oben im oberen Teilraum offenes Pumprohr innerhalb des Wärmetauschers des Ladekreises in direktem wärmeleitenden Kontakt mit diesem verläuft und daß eine Pumpe vorgesehen ist, die das interne Wärmeträgermedium von oben nach unten durch das Pumprohr fördert.

Ist der Wärmetauscher des Ladekreises in Betrieb, dann erwärmt er das im Pumprohr nach unten strömende interne Wärmeträgermedium. Dieses tritt dann von unten in das Speichermedium ein und schmelzt dieses auf. Ist der Wärmetauscher des Entladekreises in Betrieb, dann entnimmt dieser dem Wärmeträgermedium unmittelbar Wärme, wobei ständig in den oberen Teilraum von unten im Speichermedium erwärmtes internes Wärmeträgermedium nachgeführt wird. Durch den vertikalen Zwangskreislauf des internen Wärmeträgermediums ist ein wirkungsvoller Wärmewechsel gegeben. Dauerhafte Versalzungen der Wärmetauscher treten nicht auf. Außerdem läßt sich dieser Speicher einfach aufbauen.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung erstreckt sich der Wärmetauscher des Ladekreises bis in den oberen Teilraum und ragt in den ¥ärmetauscher des Entladekreises, Damit ist beim gleichzeitigen Betrieb beider Wärmetauscher eine direkte Wärmeübertragung vom Wärmetauscher des Ladekreises auf den Wärmetauscher des Entladekreises möglich.

Ist Speichermedium nach einer Betriebsstörung oder nach längerem Abschalten im Pumprohr zu Salz kristallisiert, dann wird beim erneuten Laden das Salz im Pumprohr und außen am Wärmetauscher des Ladekreises aufgeschmolzen und durch von der Pumpe gefördertes internes Wärmeträgermedium verdrängt·

Der Wärmetauscher des Entladekreises kann nicht dauerhaft versalzen, da er bei jedem Ladevorgang von dem dann über der Schmelztemperatur liegenden internen Wärmeträgermedium umspült ist*

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen· In der Zeichnung zeigen:

Figur 1 einen Latentwärmespeicher im Schnitt und Figur 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel.

-W-

In einem Speicherbehälter 1 steht ein Latentwärme-Speichermedium 2 bis zu einem Niveau 3. Als Speichermedium eignet sich beispielsweise Natriumsulfat. Oberhalb des Niveaus 3 steht eine Wärmeträgerflüssigkeit k, welche mit dem Speiehermedium 2 nicht reagiert, beispielsweise ein Mineralöl.

An einer den Speicherbehälter 1 abschließenden Flanschplatte 5 ist ein Wärmetauscher 6 und ein Wärmetauscher 7 befestigt. Der Wärmetauscher 7 liegt oberhalb des

M "ι η (^ γ* Ά "1 ^
Niveaus 3» also nur xm"\Öl h. Der Wärmetauscher 6 erstreckt sich vom Boden des Speicherbehälters 1 durch das Speichermedium 2 und überragt das Niveau 3 mit etwa l/h seiner Länge. Er ist in seinem oberen Bereich vom Wärmetauscher 7 umschlossen.

Der Wärmetauscher 6 ist mit einem Zulaufrohr 8 und einem Ablaufrohr 9 an einen Ladekreis 10 angeschlossen, in den® ein Solarkollektor 11 und eine Förderpumpe 12 geschaltet sein kann.

Der Wärmetauscher 7 ist über Rohre 13 und 14 mit einem Entladekreis 15 verbunden, in dem Wärmeverbraucher 16 und eine Förderpumpe 17 liegen.

Durch den Wärmetauscher 6 sind mehrere Pumprohre 18 hindurchgeführt. Diese münden unten in den Speicherbehälter und zweigen oben von einem Verteilerraum 19 ab. An diesen ist ein Pumprohrstück 20 angeschlossen, in dem eine Pumpe 21 angeordnet ist. Beim Ausführungsbeispiel

als Wärmequelle

-s-

nach Figur 1 liegt die Pumpe 21 außerhalb des Speicherbehälters 1. Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 2 ist sie innerhalb des Speicherbehälters 1 angeordnet, wodurch sich die Montage vereinfacht.

Das Pumprohrstück 20 mündet oberhalb des Wärmetauschers an einer Führungskappe 22.

Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 1 ist der Wärmetauscher 6 von einem zylindrischen Gefäß 23 gebildet, in das unten das Zulaufrohr 8 mündet und an das oben das Ablaufrohr 9 angeschlossen ist. Der Wärmetauscher 7 ist von einer sich nach unten verjüngenden Rohrwendel gebildet.

Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 2 münden sowohl das Zulaufrohr 8 als auch das Ablaufrohr 9 oben am Gefäß 23. In der Mitte des Gefäßes 23 ist eine vertikale Trennwand 2k angeordnet. Der Wärmetauscher 7 ist ähnlich aufgebaut.

Außen am Gefäß 23 sind zur Verteilung der Strömung Prallbleche 25 vorgesehen. Diese sind hochklappbar, damit der Wärmetauscher 6 mit der Flanschplatte 5 aus dem Speicherbehälter 1 zu Wartungszwecken gezogen werden kann.

Die Funktionsweise des beschriebenen Wärmespeichers ist etwa folgende:

Im Falle des Entladens des Wärmespeichers wird Wärmeträgermedium durch den Wärmetauscher 7 gefördert und

entzieht dem Mineralöl k Wärme. Das Mineralöl h wird mittels der Pumpe 21 durch das Pumprohrstück 20 und die Pumprohre 18 nach unten gedrückt und gelangt durch d\s Speichermedium 2, dem es Wärme entzieht, wieder erwärmt zum Wärmetauscher 7· Im Zuge der Entladung kristallisiert das Speichermedium 2 zu Salz. Wenn lange Zeit keine Ladung erfolgt, kann das Speichermedium 2 vollständig erstarren. Wenn die Pumpe 21 ausfällt, können möglicherweise auch die Pumprohre 18 versalzen. Dadurch wird jedoch ein nachfolgender Ladevorgang nicht "bahindert. Denn beim Laden gibt das vom Solarkollektor 11 erwärmte Wärmeträgermedium des Ladekreises 10 Wärme an die Pumprohre 18 und die Wandung des Gefäßes 23 ab, so daß Salz in diesem Bereich schnell geschmolzen wird. Mittels des durch die Pumpe 21 geförderten Öls k wird dann das Salz weggedrückt, so daß sich das Laden bis zum vollständigen Aufschmelzen des Speichermediums 2 in der Weise fortsetzen kann, daß vom Wärmetauscher 6 einerseits auf das die Pumprohre 18 durchströmende Öl k und andererseits auf das Speichermedium 2 selbst über die Gefäßwandung Wärme übertragen wird. Das die Pumprohre 18 verlassende Öl h seinerseits gibt seine Wärme ebenfalls an das Speichermedium 2 ab. Gegen Ende des Ladevorgangs wird das Öl k auch oberhalb des Niveaus 3 eine Temperatur aufweisen, bei der eine etwaige Versalzung des Wärmetauschers 7 abgeschmolzen wird«

Günstig ist bei dem beschriebenen Wärmespeicher, daß ein gleichzeitiges Laden und Entladen möglich ist, da damit ein Teil der Wärme des Ladekreises 10 praktisch sofort

auf den Entladekreis 15 übertragen wird. Dies ist dadurch erreicht, daß der Wärmetauscher 6 oberhalb des Niveaus 3 nahe beim Wärmetauscher 7 im Öl 4 liegt. Falls der Entladekreis keine Wärme anfordert, wird die vom Wärmetauscher 6 direkt auf das Öl h übertragene Wärme infolge der Zwangsförderung des Öls k dem Speichermedium 2 zugeführt.

Die Kreise 10 und 15 sind gegenüber dem Kreislauf des Öls getrennt, so daß keine Reste von Speichermedium in die Kreise 10 oder 15 gelangen können.

Der betriebene Wärmespeicher läßt sich so dimensionieren, daß er etwa 50 kp Speichermedium enthält. Dies entspricht dann einer bestimmten Speicherleistung. Ist eine größere Speicherleistung erwünscht, dann lassen sich mehrere der beschriebenen Wärmespeicher auf einfache Weise in Serie oder parallel zusammenschalten.

Claims

* 23.10.80

Patentansprüche / Schutzansprüche

ι 1 j Wärmespeioher mit einem Latentwärme-Speiehermedixun xn einem unteren Teilraum, dem ein Wärmetauscher eines Ladekreises zugeordnet ist, mit einem internen Wärmeträgermedium in einem oberen Teilraum, in dem ein Wärmetauscher des Entladekreises angeordnet ist, und mit einer Einrichtung, die dem internen Wärmetauscher eine Zwangsbewegung aufprägt, dadurch gekennzeichnet, daß ein unten im unteren Teilraum und oben im oberen Teilraum offenes Pumprohr (18, 19, 20) innerhalb des Wärmetauschers (6) des Ladekreises (lO) in direktem wärmeleitenden Kontakt mit diesem verläuft und daß eine Pumpe (21) vorgesehen ist, die das interne Wärmeträgermedium durch das Pumprohr (18, I9, 20) von oben nach unten fördert.

2* Wärmespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Wärmetauscher (6) des Ladekreises (1O) bis in den oberen Teilraum erstreckt und in den Wärmetauscher (7) des Entladekreises (15) ragt.

3. Wärmespeicher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (6) mit etwa 1/4 seiner Länge im oberen Teilraum liegt.

k. Wärmespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (7) des Entladekreises (15) als nach unten konisch zulaufende Rohr wendel ausgebildet ist.

5. Wärmespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (21) an ein Pumprohrstuck (20) angeschlossen ist, das über einen Verteilerraum (19) in wenigstens zwei Pumprohre (18' mündet.

6. Wärmespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb des Wärmetauschers (7) des Entladekreises (15) eine Führungskappe (22) angeordnet ist.

7· Wärmespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Flanschplatte (5) eines Speicherbehälters (1) die Wärmetauscher (6,7) angeordnet sind.

8. Wärmespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Wärmetauscher (6) des Ladekreises (10) Prallbleche (25) angeordnet sind.

9. Wärmespeicher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Prallbleche (25) über Gelenke an den Wärmetauscher (6) anklappbar sind.