DE8105429U1

DE8105429U1 - Heat storage with latent storage medium

Info

Publication number: DE8105429U1
Application number: DE8105429U
Authority: DE
Original assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Current assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Priority date: 1981-02-26
Filing date: 1981-02-26
Publication date: 1987-08-13

Description

it*it*

STIEBEL ELTRON GmbH & Co. KG Holzminden/WeterSTIEBEL ELTRON GmbH & Co. KG Holzminden/Weter

18.2.1981 Akte18.2.1981 File

Wärmespeicher mit Latentppeichermedium ^: Heat storage with latent storage medium ^: Die Erfindung betrifft einen Wärmespeicher mit einem _ |The invention relates to a heat storage device with a _ | Latentspeichermedium in einem unteren Teilraum, in dem ;■Latent storage medium in a lower subspace in which ;■

ein Wärmetauscher eines Ladekreises angeordnet ist, mit A a heat exchanger of a charging circuit is arranged, with A

einem Wärmetauscher eines-Entladekreises in einem oberen . |a heat exchanger of a discharge circuit in an upper . |

Teilraum, mit einem Wärmetauschermedium offen im Latent- '»Partial space, with a heat exchange medium open in the latent '»

speichermedium zur Übertragung der Wärme des Latentspei- i storage medium for transferring the heat of the latent storage i

chermediuras auf den Wärmetauscher des Entladekreisea und * mit einem Rohr zur Leitung des flüssigen Wärmetauscher— mediums vom oberen Teilraum unten in den unteren Teilraum.chermediuras on the heat exchanger of the discharge circuita and * with a pipe for conducting the liquid heat exchanger— medium from the upper part of the chamber down into the lower part of the chamber.

Ein derartiger Wärmespeicher ist in der älteren Patent- '" anmeldung P 30 40 370 beschrieben» Bei. diesem ist das ' / Wärmetauschermedxum von einer bei'allen Betriebstempera- > türen in flüssiger Phase vorliegenden Flüssigkeit gebildet. Die Flüssigkeit verdampft also nicht, wenn sie im Speichermedium Wärme aufnimmt. Zur Förderung der Flüssigkeit ist in dem Rohr eine Pumpe zusätzlich zu den Pumpen des Ladekreises und des Entladekreises angeordnet.Such a heat storage device is described in the older patent application P 30 40 370. In this case, the heat exchanger medium is formed by a liquid that is in the liquid phase at all operating temperatures. The liquid does not evaporate when it absorbs heat in the storage medium. To pump the liquid, a pump is arranged in the pipe in addition to the pumps in the charging circuit and the discharging circuit.

s-s-

Eine derartige zusätzliche Pumpe erhöht nioht nur den Bauaufwand, sondern erfordert zusätzliche elektrische Antriebsenergie, «o daß der OeSamtwirkungsgrad der mit dem Wärmespeicher versehenen Anlag· herabgesetzt wird»Such an additional pump not only increases the construction costs, but also requires additional electrical drive energy, "so that the overall efficiency of the system equipped with the heat storage is reduced"

Bei dem genannten Wärmespeicher durchströmt das Warm«·· taueehermedium das Latentspeichermedium offen, d.h« zwischen den Medien sind keine Trennwände vorgesehen. Die Medien sind eto gewählt, daß sie sich nioht vermischen und chemisch nicht miteinander reagieren«In the heat storage system mentioned, the warm condensate medium flows openly through the latent storage medium, i.e. there are no partitions between the media. The media are selected so that they do not mix and do not react chemically with each other.

In der DE-AS 28 57 J1k ist ein Wärmespeicher beschrieben, bei dem im Wärmespeicher keine Wärmetauscher vorgesehen sind. Die Wärmetauscher liegen außerhalb des Wärmespeichers. Zur Wärmeübertragung auf das bzw. von dem Speichermedium sind zwei Wärmetauschermedien vorgesehen, die das Speichermedium offen durchströmen. Gefördert werden die beiden Warmetauschermediendurch Pumpen." · s■ . Wird der Wärmespeicher in einer Heizungsanlage eingesetzt, dann sind die beiden Pumpen als zusätzliche Pumpen zu betrachten. Die Nachteile solcher zusätzlichen Pumpen, die durch den gewählten internen Wärmetausch des Speichers bedingt sind, wurden bereits erwähnt. Bei der DE-AS 28 57 31^ ist der Bauaufwand noch dadurch erhöht, daß wenigstens eine der Pumpen zur Förderung eines gasförmigen Mediums ausgelegt sein muß.DE-AS 28 57 J1k describes a heat storage unit in which no heat exchangers are provided in the heat storage unit. The heat exchangers are located outside the heat storage unit. Two heat exchange media are provided for transferring heat to and from the storage medium, which flow openly through the storage medium. The two heat exchange media are pumped by pumps." · s■ . If the heat storage unit is used in a heating system, then the two pumps are to be regarded as additional pumps. The disadvantages of such additional pumps, which are caused by the selected internal heat exchange of the storage unit, have already been mentioned. In DE-AS 28 57 31^ the construction effort is increased by the fact that at least one of the pumps must be designed to pump a gaseous medium.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Wärmespeicher der eingangs genannten Art vorzuschlagen, bei dem für den internen Wärmetausch im Wärmespeicher keine Pumpe notwendig ist.The object of the invention is to propose a heat storage unit of the type mentioned above, in which no pump is required for the internal heat exchange in the heat storage unit.

Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe dadurch gelöst, daß das Wärme fcausohertnedium bei der Wärmeabgabe an denAccording to the invention, the above object is achieved in that the heat exchanger medium during the heat transfer to the

Wärmetauscher doe Bntladekreiees vom gasförmigen itt denHeat exchanger the discharge circuit from the gaseous to the

und flüssigen Zustand bei der Wärmeaufnahme im Speiohe*»and liquid state when heat is absorbed in the saliva*» medium vom flüssigen in den gasförmigen Zustand Übergeht, daß oben am Rohr unterhalb dee Wärmetauscher« dee Entladekreises eine Kondensat-Sammelwanne vorgesehen ist und daß das Füllniveau der Sammelwanne so weit Über dem Speichermedium liegt, daß kondensiertes Wärmeträgernedium durch das Rohr unten in das Speiohermediura ein·» fließt.medium changes from the liquid to the gaseous state, that a condensate collection tray is provided at the top of the pipe below the heat exchanger of the discharge circuit and that the filling level of the collection tray is so far above the storage medium that condensed heat transfer medium flows through the pipe below into the storage medium.

Das Wärmeträgermedlnm tritt damit in flüssigem Zustand unten in das Speichermedium ein, wird dort verdampft und tritt dampfförmig in den oberen Teilraum ein. Es kondensiert dann am Wärmetauscher des Bntladekreisee und tropft in die Sammelwanne,. Sobald dort ein entsprechend über dem Niveau des Speichermediums liegender Füllstand erreicht ist, wird Wärmetauschermedium von unten in das Speichermedium gedrückt. Anstelle einer Pumpe erfolgt hler diö Förderung des Wärmetauschermediums durch hydrostatischen Antrieb.The heat transfer medium thus enters the storage medium in a liquid state at the bottom, is evaporated there and enters the upper part of the chamber in vapor form. It then condenses on the heat exchanger of the discharge circuit and drips into the collecting tank. As soon as a fill level is reached there that is above the level of the storage medium, the heat exchange medium is pressed into the storage medium from below. Instead of a pump, the heat exchange medium is conveyed by a hydrostatic drive.

Bin weiterer wesentlicher Vorteil des Wärmespeichere besteht darin, daß eine Selbstregelung in der Weise gegeben ist, daß die Förderung des Wärmetauschermedlums von dem Wärmebedarf des Entladekreises abhängt.Another significant advantage of the heat storage system is that it is self-regulated in such a way that the flow of the heat exchanger medium depends on the heat requirement of the discharge circuit.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung beträgt die Dichte des Wärmetauschermediums bei Arbeitstemperatur etwa 80 bis 90$ der Dichte des Speichermediums.In a preferred embodiment of the invention, the density of the heat exchange medium at operating temperature is approximately 80 to 90% of the density of the storage medium.

• «• «

Der Wärmespeicher läßt sich bei den verschiedensten. Heizungsanlagen, beispielsweise Solarkollektor-Heiaungsanlagen oder Wärmepumpen-Heiaungsanlagen einsetzen*The heat storage unit can be used in a wide variety of heating systems, for example solar collector heating systems or heat pump heating systems*

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung •rgeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Auöführungstoeispiels. Die !Zeichnung sseigt einen Wärme» speicher in einer Solarheissungsaniage eohematiäch*Further advantageous embodiments of the invention emerge from the following description of an exemplary embodiment. The drawing shows a heat storage unit in a solar heating system.

In einem Wärmespeicher 1 ist bis zu einem Niveau 2 Latent spei cnermedium 3 eingefüllt. Im unteren Teilraum des Wärmespeichers 1, den das Latentspeichermedium einnimmt _t ist ein Wärmetauscher k eines Ladekreises angeordnet. Im Ladekreis 5 lot eine Umwälzpumpe 6 und ein Solarkollektor.7 angeordnet*A heat storage tank 1 is filled with latent storage medium 3 up to a level 2. A heat exchanger k of a charging circuit is arranged in the lower part of the heat storage tank 1, which is occupied _by the latent storage medium. A circulation pump 6 and a solar collector 7 are arranged in the charging circuit 5.*

In einem oberen Teilraum des Wärmespeichers 1 - oberhalb des Niveaus 2 - ist ein Wärmetauscher 8 eines Entladekreises 9 angeordnet. In den Entladekreis 9 sind Wärmeverbraucher TO und eine Umwälzppe 1&Iacgr; geschaüreFtvIn an upper part of the heat storage tank 1 - above the level 2 - a heat exchanger 8 of a discharge circuit 9 is arranged. Heat consumers TO and a circulation pump 1&Iacgr; are installed in the discharge circuit 9.

Im oberen Teilraum des Wärmespeichers 1 ist unterhalb des Wärmetauschers 8 eine Kondensat-Saramelwanne 12 vorgesehen. Diese mündet in ein Rohr 13» das durch des Latentspeichermedium 3 geführt ist und in diesem unten offen endet.In the upper part of the heat storage tank 1, a condensate collecting tray 12 is provided below the heat exchanger 8. This opens into a pipe 13» that is guided through the latent storage medium 3 and ends open at the bottom.

Am Rohr 13 sind unten und in einem Mittenbereich sehräggestellte Verteilbleche 1^₁ 15 befestigt.Distributor plates 1^ ₁ 15 are attached to the pipe 13 at the bottom and in a central area.

MWIJ1.WMWIJ1.W

■ ■ · « &igr;■ ■ · « &igr;

■ ■ · I■ ■ · I

• # &iacgr; i *•#&iacgr; i *

• fl Oil• fl Oil

- 5- 5

Xn den Wärmespeicher 1 1st ein Wärm&bgr;tauschermedium 16 eingefüllt.A heat exchange medium 16 is filled into the heat storage unit 1.

Das Latentspeichermedium besteht beispielsweise ausThe latent storage medium consists, for example, of

2^S2°3 ^2S 2°3

Natriumthiosulfat Na₀S₀O₀ · 5 H₀O.Sodium thiosulfate Na ₀ S ₀ O ₀ · 5 H ₀ O.

Es wird davon ausgegangen, daß das LatentSpeichermedium 3 durch den Wärmetauscher k vollständig: aufgeladen 1st. Ee hat dabei eine Arbeitstemperatur von 48°C. Das Wärmetauschermedlum 16 liegt im wesentlich im oberen Teilraum in flüssiger und gasförmiger Phase vor. Der Druck beträgt etwa 2,2 bar.It is assumed that the latent storage medium 3 is fully charged by the heat exchanger k . It has a working temperature of 48°C. The heat exchange medium 16 is essentially in the upper part of the chamber in the liquid and gaseous phase. The pressure is about 2.2 bar.

Wird nun ausgehend von diesem Zustand durch den Wäraetaueoher 8 mittels der Pumpe 11 Wasser gefördert, dannIf, starting from this state, water is pumped through the heat exchanger 8 by means of the pump 11, then

"5 Das Wärmetauschermediuni besteht beispielsweise aus .-,..' -si "5 The heat exchanger medium consists, for example, of .-,..' -si

Tri chi orfluome than CCl₀ ¹". . &Idigr;Trichloromethane than CCl ₀ ¹ ". . &Idigr; Bei der Auswahl der Stoffpaarung Latentspeichermedium/ i_L When selecting the material pairing latent storage medium/ i _L

Wärmetauschermedium irt zu beachten, daß das Wärmetauscher— &psgr; medium eine stabile Verbindung sein soll und sich nicht |Heat exchange medium It should be noted that the heat exchange medium should be a stable connection and not |

mit dem Latentspeichermedium verbinden oder es in seiner Kristallisation beeinflussen darf. Die Dichte des Wärmetauschermediums bei der Arbeitstemperatur (im Beispiels— · falle U8°C) soll 80 bis 90% der Dichte des Latentspeichermediums betragen. Der Kondennationsdruck soll bei der Arbeitstemperatur größer als 1 bar sein.connect with the latent storage medium or influence its crystallization. The density of the heat exchange medium at the working temperature (in the example case U8°C) should be 80 to 90% of the density of the latent storage medium. The condensation pressure at the working temperature should be greater than 1 bar.

Im Beispielsfalle sind diese Bedingungen erfüllt.In the example case, these conditions are met.

$ Die Funktionsweise des beschriebenen WärmeSpeichers ist f $ The functionality of the described heat storage is f

etwa folgendet Isomething like the following I

I ■ · I *I ■ · I *

• · 1 <· 1 <

• I ■ · I I• I ■ · I I

«te«the

kondensiert am Wärmetauscher 8 gasförmiges Wärmetauschermedium 10. Dieses tropft in die Kondensat-Saramelwaime 12, wodurch, sich deren Füllniveau 17 erhöht. Ist eine gewisse Höhendifferenz h zwischen dem Füllniveau 17 und dem Niveau 18 des auf dem Latentspeichermedium 3 stehenden flüssigen Wärmeträgermediums i6 bzw* dem Niveau 2 erreicht, dann tritt flüssiges Wärmeträgermedium i6 unten aus dem Rohr 13 aus, wird durch das Verteilblech Ik verteilt und perlt von unten durch das Latentspeicher— medium 3, von dem es dabei verdampft wird. Das verdampfte Wärmetauschermedium i6 tritt dann wieder in den oberen Teilraum ein und kann dann erneut am Wärmetauscher 8 kondensieren. Damit ist ein Kreislauf des Wärmeträgermediums 16 erreicht. Der Kreislauf wird unterbrochen, wenn der Wärmetauscher 8 kein Kaltwasser führt, also im Entladekreis 9 kein Wärmebedarf vorliegt. Es zirkuliert damit gerade diejenige Menge von Wärmetauschermedium i6_t die am Wärmetauscher 8 kondensiert wird. Damit ist ohne maschinelle Einrichtungen eine Regelung des Umlaufs des Wärmetauschermediums 16 gegeben.gaseous heat exchange medium 10 condenses on the heat exchanger 8. This drips into the condensate condensate tank 12, thereby increasing its filling level 17. If a certain height difference h between the filling level 17 and the level 18 of the liquid heat transfer medium i6 standing on the latent storage medium 3 or the level 2 is reached, then liquid heat transfer medium i6 exits from the bottom of the pipe 13, is distributed by the distribution plate Ik and bubbles from below through the latent storage medium 3, from which it is evaporated. The evaporated heat exchange medium i6 then re-enters the upper part of the chamber and can then condense again on the heat exchanger 8. This creates a cycle of the heat transfer medium 16. The cycle is interrupted when the heat exchanger 8 does not carry cold water, i.e. when there is no heat requirement in the discharge circuit 9. Thus, exactly the amount of heat exchange medium i6 _t that is condensed at the heat exchanger 8 circulates. This provides control of the circulation of the heat exchange medium 16 without mechanical devices.

Eine erneute Ladung des Latentspeichermediums 3 erfolgt in bekannter Weise über den Wärmetauscher k bzw. den Solarkollektor 7.The latent storage medium 3 is recharged in a known manner via the heat exchanger k or the solar collector 7.

Wie der Figur zu entnehmen»ist die Kondeneat-Sammelwanne so ausgelegt, daß sie einerseits den gesamten Wärmetauscher 8 unter greift und andererseits neben ihren Rändern gasförmiges Wärmetauechermedium von unten nach oben vorbeiziehen kann. Die Ränder der Warme 12 müssen wenigstens so hoch raßen, daß das Füllniveau 17» bei dem Wärmeträgermedium abfließt, erreicht werden kann. Bei diesem FUIlnivoau soll dor Wärmetauschar 8 nicht in das Wärmeträgermedium eintauchen.As can be seen from the figure, the condensate collection tray is designed so that on the one hand it grips the entire heat exchanger 8 and on the other hand it can draw gaseous heat exchange medium from bottom to top past its edges. The edges of the tray 12 must be at least high enough to reach the filling level 17 where the heat transfer medium flows out. At this fluid level, the heat exchanger 8 should not be immersed in the heat transfer medium.

■ · ·
: &idigr;
·*■■ ■ · ·
: &idgr;
·*■■

Im Rahmen der Erfindung liegt weiterhin eine thermische Verbindung 19 zwischen dem vom Sonnenkollektor 7 Ober die Leitung 5 gespeisten Wärmetauscher 4 und der Austrittsöffnung des Rohres 13- Dadurch wird erreicht, daß bei Ladebeginn die möglicherweise zuvor während einer Entladeperiode zukristallisierte Austrittsöffnung des Rohres 13 rasch aufgeschmolzen wird, sodaß nach kurzer Zeit entlang eines ebenfalls um den Wärmetauscher 4 freigeschmolzenen Kanals ein Wärmeträgermedium-Fluß nach oben möglich ist.The invention also provides for a thermal connection 19 between the heat exchanger 4 fed by the solar collector 7 via the line 5 and the outlet opening of the pipe 13. This ensures that at the start of charging, the outlet opening of the pipe 13, which may have previously crystallized during a discharge period, is quickly melted, so that after a short time, a heat transfer medium flow upwards is possible along a channel that has also melted free around the heat exchanger 4.

Claims

18.2.1981 ^'hy J Protection claims

1. WärmeSpeicher mit einem Latentspeichermedium in einem unteren Teilraum, in dem ein Wärmetauscher eines Ladekreises angeordnet ist, mit einem Wärmetauscher eines Entladekreises in einem oberen Teilraum, mit einen Warmetauschermedium offen im Latentspeichermedium zur übertragung der Wärme des Latentspeichermediums auf den Wärmetauscher des Entladekreises und mit einem Rohr zur Leitung des flüssigen Wärmetauschermediums vom oberen Teilraum unten in den unteren Teilraum, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmetauschermedium (i6) bei der Wärmeabgabe an den Wärmetauscher (8) des Entladekreises (9) vom gasförmigen in den flüssigen Zustand und bei1. Heat storage device with a latent storage medium in a lower sub-chamber in which a heat exchanger of a charging circuit is arranged, with a heat exchanger of a discharging circuit in an upper sub-chamber, with a heat exchange medium open in the latent storage medium for transferring the heat of the latent storage medium to the heat exchanger of the discharging circuit and with a pipe for conducting the liquid heat exchange medium from the upper sub-chamber down into the lower sub-chamber, characterized in that the heat exchange medium ( i6) changes from the gaseous to the liquid state when the heat is released to the heat exchanger (8) of the discharging circuit (9) and der Wärmeaufnahme im Latentspeichermedium (3) vom flüssigen in den gasförmigen Zustand übergeht, daß oben am Rohr (13) unterhalb des Wärmetauschers (8) des Entladekreises (9) eine Kondensat-Sammelwanne (12) vorgesehen ist und daß das Füllniveau (17) der Sammelwanne (12) soweit über dem Speichermedium (3) liegt, daß das kondensierte Wärmetauschermediam (16) durch das Rohr (13) unten in das Speichermedium (3) einfließt.the heat absorption in the latent storage medium (3) changes from the liquid to the gaseous state, that a condensate collecting tray (12) is provided at the top of the pipe (13) below the heat exchanger (8) of the discharge circuit (9) and that the filling level (17) of the collecting tray (12) is so far above the storage medium (3) that the condensed heat exchange medium (16) flows through the pipe (13) below into the storage medium (3).

2. Wärmespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichte des Wärmatauechermediums (16) bei Arbeitetemperatur 80 bis 9O</o der Dichte des Speichermediume (3) beträgt.2. Heat storage device according to claim 1, characterized in that the density of the heat exchange medium (16) at the working temperature is 80 to 90% of the density of the storage medium (3).

3. Wärmespeicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensationsdruck bei Arbeitetemperatur größer ale 1 bar ist.3. Heat accumulator according to claim 1 or 2, characterized in that the condensation pressure at working temperature is greater than 1 bar.

¹ · >&igr;&idigr;&igr;>

I > I > ) &iacgr; ) J 1) Î ) J 1

* > II) 1 I* > II) 1 I

I'll Il , , ,1,1I'll Il , , ,1,1

k» Wärmespeichor nach ein·· der vorhergehenden AnaprUche, dadurch gekennzeichnet, daß daa Füllniveau k» Heat storage device according to one of the preceding claims, characterized in that the filling level

\\ (17), bei dea Varaetauaohermediu« (i6) abfließt, unter·(17), at the Varaetauaohermediu« (i6) flows, under·

'%'% halb dea Wärmetauschers 8 liegt.half of the heat exchanger 8.

•&Idigr; 5. Heat storage device according to claim 1, characterized in

that a thermal connection 19 is arranged between the heat exchanger 4 and the outlet opening of the tube 13.