WO2025103840A1 - Latent heat storage means for stationary heat supply - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a latent heat storage device for stationary heat supply.
- the present invention is based on the object of creating an advantageously operating heat storage system.
- a particular focus is placed on the design of the storage device, in particular a latent heat storage device in which a phase change medium is accommodated or can be accommodated.
- the present invention is based on the object of mitigating or even completely eliminating the disadvantages of the prior art. This object is achieved by the subject matter of the independent claims, and the dependent claims specify advantageous developments.
- the present invention relates to a storage device, preferably a latent heat storage device, with a storage casing which defines the storage volume limited and designed in such a way that the storage shell suppresses the tendency towards spontaneous crystallization of at least one phase change medium accommodated in the storage, which is preferably present in the supercooled melt.
- a storage tank according to the invention can further be equipped with a heat exchanger, preferably a tube-bundle-plate heat exchanger, which is modular in design and has a number of preferably identical sub-units.
- the dimensions of the tube-bundle-plate heat exchanger can be flexibly adapted to the dimensions of the storage tank by selecting the number of sub-units. In this way, cover systems for storage tanks of various dimensions can be flexibly configured.
- the basic structure of a heat storage system according to the invention is shown, for example, in Fig. 1.
- the present disclosure preferably relates to a single latent heat storage device, described as a cluster in the context of the description of Fig. 1.
- This latent heat storage device comprises, for example, a container and several plate-and-tube bundle heat exchangers that are hydraulically interconnected via a cover system.
- the storage device/cluster is filled with a latent heat storage medium/phase change medium.
- a trigger mechanism is preferably installed to control the phase change from latent to crystalline.
- the connecting component can have at least one cutout, preferably a star-shaped cutout, into which a tube of the tube bundle is inserted or can be inserted. This ensures optimal heat transfer between the tube and the connecting component, in particular a plate.
- the tube bundle plate heat exchanger comprises at least two heat exchanger plates (also referred to as “plates”), the spacing of which is selected such that a volume and/or mass segmentation of the phase change medium contained in the storage is ensured and/or the tendency towards spontaneous crystallization of at least one phase change medium contained in the storage is suppressed.
- plates also referred to as “plates”
- a storage device can further be equipped with at least one cover and/or a cover system which is designed to form a hyd- to provide a hydraulic connection of at least one tube bundle of a tube bundle plate heat exchanger to at least one energy source and at least one energy sink and/or is designed to provide a forward-return connection of the at least one tube bundle.
- the present invention relates to a heat storage system, preferably a latent heat storage system with at least one storage device according to the present invention.
- the present invention relates to a building or mobile unit, such as caravans, motor vehicles and the like, with at least one heat storage system according to the present invention.
- such a triggering mechanism can be used in a latent heat storage system with multiple storage containers (hereinafter also referred to as a cluster), which is particularly suitable for stationary long-term storage and consumption-based provision of heat.
- the latent heat storage system can have any number of storage containers. tern (clusters).
- a salt hydrate is preferably used as the latent storage medium. These salt hydrates are melted, and the long-term storage of the thermal energy occurs in the supercooled melt. This melt is long-term stable.
- a storage unit comprises a hybrid tube heat exchanger with two independent and separate hydraulic circuits.
- the cluster is filled with a salt hydrate via a closed system.
- the salt hydrate is preferably melted via a solar heat exchanger.
- the stored heat can be stored for any length of time. This allows, among other things, solar heat yields to be transferred from the summer half of the year to the winter half of the year.
- the following trigger mechanisms can be used according to the invention to provide heat as needed:
- a trigger mechanism can have an introduction mechanism for the targeted introduction of seed crystals into a phase change medium, which is designed to introduce seed crystals into the phase change medium by means of a pneumatic-mechanical process and/or by means of an electro-mechanical process.
- the insertion mechanism can comprise a movable plunger, at the tip of which, facing the phase change medium, the seed crystals are arranged, and a pneumatic-mechanical and/or electromechanical actuator designed to bring the plunger into contact with the phase change medium and preferably to immerse the plunger into the phase change medium to a defined depth.
- a trigger mechanism with such a plunger is shown, for example, in Figures 6 and 7.
- the defined depth to which the plunger is immersed or can be immersed in the phase change medium is preferably adjustable by means of an input unit.
- the trigger mechanism can be equipped with a trigger chamber designed to accommodate a volume of phase-change medium.
- a temperature reduction mechanism preferably comprising at least one Peltier element, can be provided, which is designed to reduce the volume of phase-change medium accommodated in the trigger chamber to a temperature below -10°C, preferably below -12°C, and in particular to a temperature between -25°C and -12°C. This temperature reduction initiates a phase transition.
- a trigger mechanism with such a trigger chamber is shown, for example, in Figure 8.
- the triggering chamber is preferably connected and/or connectable by means of a channel to a volume of phase change medium accommodated in a storage device, preferably a latent heat storage device, so that a phase transition initiated in the triggering chamber can continue through the channel in the volume of phase change medium accommodated in the storage device.
- a trigger mechanism according to the present invention can be equipped with a container for seed crystals, from which seed crystals can be selectively fed into a phase change medium as needed, preferably by gravity.
- a trigger mechanism with such a container is shown, for example, in Figure 9.
- a grinder is preferably arranged downstream of the container, by means of which the seed crystals can be ground to a desired size, preferably adjustable by means of an input unit.
- a vapor barrier can also be provided at the inlet for the seed crystals into a storage tank containing the phase-change medium, shielding the trigger mechanism from moisture penetration. This prevents, for example, clumping of the crystals.
- the phase change medium is preferably a salt hydrate and/or a salt melt.
- the invention relates to a storage device, in particular a latent heat storage device, with at least one chamber for receiving a phase change medium, wherein at least one triggering mechanism according to the invention is assigned to the chamber with the at least one phase change medium.
- a storage device may comprise a plurality of chambers for accommodating a phase change medium, wherein each of the chambers is associated with at least one trigger mechanism according to the present invention.
- a memory used in the present invention is described in detail below.
- a storage device can further be equipped with at least one cover and/or a cover system, wherein the triggering mechanism or the triggering mechanisms are arranged on or in the cover or cover system.
- a lid or lid system used in the present invention is described in detail below.
- the invention relates to a heat storage system, preferably a latent heat storage system with at least one triggering mechanism according to the present invention and/or at least one storage device according to the present invention.
- a heat storage system used in the context of the present invention is described in detail below and is shown as an example in Fig. 1.
- Another aspect of the present invention relates to a building or mobile unit, such as caravans, motor vehicles and the like, having at least one heat storage system according to the present invention.
- a memory in which one or more trigger mechanisms according to the invention can be used is described below.
- a storage device preferably a latent heat storage device, comprising at least two separate chambers, in each of which a preferably different phase change medium is or can be accommodated.
- a storage device has a storage casing which limits the storage volume and is preferably designed such that the storage shell suppresses the tendency for spontaneous crystallization of at least one phase change medium in the supercooled melt.
- a reservoir according to the invention does not have any additional and/or designated hydraulic interconnection for accessing the individual chambers with the different phase change media.
- the hydraulic interconnection for accessing the individual chambers with the different phase change media preferably takes place exclusively via the reservoir's cover system, in particular its hydraulic line system.
- the operating point of a heat pump can be optimally controlled, for example by heating the storage tank to a drinking water temperature of approximately 60°C once a day.
- the performance factor and efficiency decrease depending on the heat pump used. Performance factors of 2.5 to 3.5 are achievable. This process takes a maximum of 30 minutes per storage unit per day, depending on the output of the connected heat pump.
- the heat pump can operate at the lower temperature level corresponding to the connected heat distribution system, i.e., generate heat with the highest efficiency. In this way, performance factors of more than 4.5 and high efficiencies can be achieved.
- phase change medium used or the combination of phase change media used allows control of the subcooled melt and ensures the long-term stability of the heat storage material.
- a latent heat storage device according to the invention preferably with several phase change media, usually has a cover which interacts, for example, with a heat exchanger (e.g. a tube bundle plate heat exchanger).
- a heat exchanger e.g. a tube bundle plate heat exchanger
- a cover for a latent heat storage device is provided, wherein the cover is designed to be arranged on a tube bundle plate heat exchanger and to provide a fluidic connection of the tube bundles of the tube bundle plate heat exchanger.
- the cover connects the individual tube bundles and supplies them with heat transfer medium, such as water.
- the cover can thus enable circulation of the heat transfer medium within the heat exchanger.
- the cover has a sealing system or clamp-type sealing system for sealing the tube bundles, or this is integrated into the cover.
- the cover can be designed such that the cover, preferably exclusively the cover or the sealing system arranged on it, seals the tube bundles of the heat exchanger to the outside.
- the cover is designed to provide a hydraulic connection between the tube bundles in a supply and/or return line.
- the cover can have an inlet, an outlet, and a lumen for conducting heat transfer medium.
- the cover can thus preferably be fluidically and/or hydraulically coupled to the tube bundle.
- the lid can be made of polymer and/or metal.
- the lid can be made of a polymer at least partially coated with a metal, in particular aluminum.
- the lid preferably has an inlet and an outlet for fluid, preferably liquid.
- the cover can have a number of connections which are designed to be connectable or connected to a corresponding number of tubes arranged parallel to one another, so that a parallel flow through the tubes with liquid, in particular heat exchange medium, is ensured, preferably according to a Tichelmann system.
- the cover may, for example, have two connections, each of which can be connected to a distribution system that supplies fluid to a plurality of pipes or returns fluid from a plurality of pipes in a bundled manner.
- a cover according to the invention with a tube bundle heat exchanger with parallel flow tubes (Tichelmann system) is used, since this allows a particularly high efficiency to be achieved.
- the cover can seal the tube bundle plate heat exchanger preferably completely, but also only partially.
- a lid system of variable size is required.
- a lid according to the invention is therefore preferably designed in a modular manner, allowing multiple lids to be connected to flexibly adapt the size of the lid system to the heat storage device.
- these preferably have at least one, preferably several coupling elements for fluidically coupling the cover to another cover, so that the cover can be coupled modularly to another cover.
- the at least one coupling element can, for example, comprise a form-locking element, a frictional engagement element, and/or a force-locking element and can preferably be configured as a plug-in connection, a snap-in connection, or a screw connection.
- a connecting piece can be provided that can be inserted into a corresponding connecting piece.
- the at least one coupling element is preferably at least partially fluid-permeable and preferably has a cavity or lumen through which fluid, preferably heat transfer medium, can flow.
- One aspect of the present invention thus relates to a system with at least two covers according to the present invention, wherein the at least two covers are preferably coupled by means of their coupling elements.
- the coupling elements it is also conceivable for the coupling elements to be provided separately from the covers as a set; for example, separate connecting parts can be supplied.
- a system according to the invention or a cover according to the invention can be operated or used without maintenance.
- the system or a cover according to the invention can be designed in such a way that seals arranged on the system and/or the tube bundle of the plate heat exchanger are accessible and/or replaceable at any time, preferably without tools.
- Another aspect of the invention relates to a heat storage system, preferably a latent heat storage system with a lid according to the invention and/or a lid system according to the invention.
- Another aspect relates to a building or mobile unit, such as caravans, motor vehicles and the like, with at least one heat storage system according to the present invention.
- a heat storage system preferably a latent heat storage system, is described below, which can be used together with at least one latent heat storage device according to the invention and/or a cover or cover system described above.
- the heat storage system can be designed with a plurality of storage containers in which a latent heat storage medium is located, as well as with a line system with supply lines for supplying heat into the storage containers and with discharge lines for discharging heat from the storage containers, wherein the line system has one or more valves by means of which at least one supply line to at least one of the storage containers and/or at least one discharge line from at least one of the storage containers can be shut off or the flow can be changed, as well as with a control unit which is connected to the valve(s) and is designed in such a way that it controls them in a suitable manner, preferably depending on demand and/or depending on the heat available for loading.
- the heat storage system comprises a plurality of storage containers containing a latent heat storage medium, for example, a salt hydrate or preferably another medium that crystallizes upon heat dissipation.
- a latent heat storage medium for example, a salt hydrate or preferably another medium that crystallizes upon heat dissipation.
- Heat can be supplied to the latent heat storage devices via the supply lines, and heat can be removed from them via the discharge lines as needed.
- the supply and removal of heat is controlled or regulated by a control unit that acts on valves that control or regulate the supply of heat or a heat transfer medium or the removal of heat or the heat transfer medium.
- a heat storage system comprising one or more storage containers in which a latent heat storage medium is located, wherein the heat storage system is designed such that it can be operated in a first operating mode in which sensible heat of the latent heat storage medium is used, and that it can be operated in a second operating mode in which the heat of fusion of the latent heat storage medium is used.
- “Sensible heat” refers to the heat or heat content of the latent heat storage medium that can be extracted without a phase change occurring.
- the heat storage system can be operated in the first operating mode or in the second operating mode, or in both operating modes.
- the selection of the operating mode can preferably be predetermined by a control unit, which, depending on the heat requirement, operates the heat storage system in the first or second or both operating modes, for example, simultaneously or sequentially.
- the storage tanks can be individually controlled via valves. This makes it possible to selectively control one or more of the storage tanks, i.e., to "load” them with heat or to extract heat from them.
- loaded and “charging” or “discharged” and “discharge” used in this description mean the supply of heat to the latent heat storage medium or the removal of heat from the latent heat storage medium.
- selection of the operating mode takes place automatically and/or that the operating modes can be selected independently of one another.
- the first operating mode or the second operating mode or both operating modes can be set automatically depending on the heat requirement.
- the heat storage system has one or more heat circuits or is connected to them, via which heat from the storage container(s) can be supplied to one or more heat consumers.
- the heat storage system has at least one heat circuit or is connected to at least one heat circuit in which at least one heat exchanger is provided for heating domestic water.
- the heat stored in the latent heat storage media to heat domestic water, for example, in the home.
- the heat storage system comprises or is connected to at least one heat circuit that serves as a heating circuit. This makes it possible to use the heat stored in the latent heat storage media to heat, for example, a building.
- control unit is connected to at least one sensor which emits a signal representative of the heat demand of at least one consumption point and/or of the heat content of at least one storage container, and that the control unit controls the valve(s) of the line system of the storage containers as a function of the at least one sensor signal.
- control unit controls the valve(s) of the line system of the storage containers as a function of the at least one sensor signal.
- in the first operating mode at least one storage container is switched on if the amount of sensitive heat of the storage containers already switched on is not sufficient.
- switching from the first to the second operating mode takes place when the sensitive heat of the latent heat storage medium is exhausted and/or that the control unit is designed in such a way that, when loading the storage containers, it first supplies heat to the storage container(s) with the lowest or a comparatively low heat content and, after its/their loading, preferably after its/their complete loading, switches to one or more further storage containers so that heat is supplied to this/these.
- the storage container has a width or depth or diameter of ⁇ 50 cm, preferably ⁇ 30 cm, and particularly preferably in the range of 5 cm to 15 cm.
- the latent heat storage medium is preferably a storage medium that crystallizes when heat is removed and changes into the liquid state when heat is added.
- the heat storage system is connected to a heat source, in particular a solar system, a burner for burning wood, wood pellets, oil or gas, etc., or includes such a heat source.
- a heat source in particular a solar system, a burner for burning wood, wood pellets, oil or gas, etc.
- This heat source is connected to the piping system and serves to supply the heat generated in this way to the storage container(s) as needed.
- the invention further relates to a building or a mobile unit, such as a caravan, motor vehicle and the like, with at least one heat storage system according to the present invention.
- FIG. 1 shows a heat storage system as it can be used according to the invention with a cover (system) according to the invention, in a schematic view.
- the heat storage system comprises a plurality of storage containers 1, referred to below as clusters 1. These clusters 1 are particularly suitable for stationary long-term storage of heat as well as for the consumption-based provision of heat.
- the latent heat storage unit consists of any desired number of storage containers or clusters 1, as shown in the figure.
- the individual clusters 1 are filled with a latent heat storage medium.
- the heat storage system further comprises a central control unit 10 with necessary sensors and heat circuits for loading and unloading the latent heat storage media with heat.
- each of the clusters 1 can be individually controlled via valves combined in a valve block 2, ie heat can be selectively supplied to each cluster 1 or heat can be selectively removed from each cluster 1. This follows by appropriate switching of the valves located in the valve block 2, which in turn are controlled by the control unit 10.
- the heat of the latent heat storage media located in the clusters 1 can be used to operate a heating circuit, which is designated in the figure by reference numeral 6.
- This heating circuit is controlled by switching corresponding valves in the valve block 3.
- a further heat circuit which includes the plate heat exchanger 4, which serves to provide hot water for domestic use.
- the hot water connection for example, of a house, is designated by reference numeral 5.
- This additional heat circuit can also be controlled by corresponding valves in valve block 3.
- the valves in valve block 3 like the pumps of both heat circuits, are controlled by control unit 10.
- each cluster 1 comprises a tubular structure filled with the latent heat storage medium, preferably salt hydrate.
- a pipe runs through this pipe, which is filled with, or through which, water or another heat transfer medium flows, so that the water or another heat transfer medium, such as the latent heat storage medium itself, either releases heat to the latent heat storage medium located in cluster 1 or absorbs it, depending on the operating mode.
- the sensible heat is preferably stored for a short time and, according to the embodiment shown here, is mainly available for domestic water heating, the melting or latent heat can be made available for a long time and can be used, for example, to operate a heating system.
- the operating behavior regarding short-term heat storage corresponds to the storage technology commonly available on the market.
- the example shown here uses a plate heat exchanger. This prevents the risk of contamination or Legionella infestation from the outset. Furthermore, energy losses are eliminated by preventive measures such as increasing the temperature to kill germs.
- Cluster 1 and its latent heat storage media can be charged using any available heat source. Examples include solar thermal systems, wood pellets, fireplaces, oil or gas burners, etc.
- the loading and unloading process i.e. the supply of heat to the clusters 1 and the removal of heat from the clusters 1, is controlled and regulated via the integrated central control 10.
- individual clusters 1 are selected and loaded or unloaded in an intelligent and proactive manner.
- the sensible heat can also be selected and provided as required via the control 10.
- the long-term storage of heat preferably takes place in the form of the supercooled melt of the salt hydrate or another suitable latent heat storage medium. This storage is long-term and temperature-stable. It is conceivable to carry out the heat demand in 1 kWh clusters 1. It is conceivable to carry out the heat demand as well as the heat supply via the central control system 10. In this case, it can be provided that the heat demand with regard to the stored heat of fusion is carried out by a trigger mechanism 8 on cluster 1 initiating the recrystallization process of the salt hydrate. The salt hydrate in cluster 1 heats up to 58 °C, and the heat can be provided via the heat cycle. Of course, this value is only an example value that does not limit the invention.
- the trigger mechanism 8 is preferably activated automatically and particularly preferably by the control system 10.
- the clusters 1 are preferably tubular. In the illustrated embodiment, they have a diameter of 10 cm. They can thus be integrated into walls for space-saving installation, for example, or installed in front of the wall. This system is therefore particularly suitable for installation in buildings, where it can be used, for example, for heating domestic water and/or as part of or for operating the heating system.
- Cluster 1 is charged from a heat source (not shown in detail) via corresponding controls of the valves of valve block 2.
- a heat source not shown in detail
- solar thermal heat is supplied.
- the central control unit 10 selects a fully discharged cluster 1.
- the operating state is detected by a sensor 7 on cluster 1.
- the selected cluster 1 is then hydraulically selected via the installed valve blocks 2 and 3 and connected in the heat circuit in such a way that it can be "charged” with heat.
- the loading process continues until the sensor 7 located on or in cluster 1 detects the complete dissolution of the latent heat storage medium. After that, the loading process is complete.
- cluster 1 is selected and its loading can be carried out as described.
- the latent heat storage medium After loading is complete, the latent heat storage medium is heated to a temperature of approximately 70 °C to 80 °C. Due to the thermal insulation, the sensitive heat can be stored temporarily and used for hot water production.
- control unit 10 detects this via the sensors on the heat exchanger 4 and selects a cluster 1.
- This cluster is then connected to the plate heat exchanger 4 via the valve blocks 2 and 3 or via the valve position of the valves located therein.
- the latent heat storage medium of the correspondingly selected cluster 1 is cooled and, depending on the amount of heat dissipated, is then, for example, in the state of a subcooled melt.
- the central control unit 10 selects one or more clusters 1.
- Cluster 1 is hydraulically connected via valve blocks 2 and 3 and connected to the demand source.
- the demand source can be either the plate heat exchanger 4, i.e., heat required to provide domestic hot water, or a heating circuit 6. Other heat consumers are also possible.
- one cluster 1 at a time is selected to extract heat from it. It is also conceivable that the charging and/or discharging of the clusters 1 occurs in groups, meaning that more than one cluster 1 is charged and/or discharged simultaneously.
- the piping system for the heat transfer medium located in cluster 1 can comprise a heat exchanger 9, which primarily serves to provide hot water.
- This heat exchanger, or the heat transfer medium located therein or flowing through it, primarily utilizes the sensible heat of the latent heat storage medium located in cluster 1.
- the heat of fusion of the salt hydrate was requested after the sensible heat of the latent heat storage media was exhausted.
- a latent heat storage system is described above with reference to Fig. 1.
- a latent heat storage device according to the invention can be a single latent heat storage device described above as a cluster.
- Such a latent heat storage device comprises, for example, a container and several plate-and-tube bundle heat exchangers, which can be hydraulically connected or are connected via a cover system as described above and shown in Figs. 2-4.
- the latent heat storage device (also referred to simply as the storage device) is preferably provided with partition walls that allow the use of multiple phase-change media. This achieves an advantageous spread of the phase-change temperature plateaus.
- a trigger mechanism is preferably attached to each chamber of the storage device.
- Fig. 2 shows a sectional view through a cover that can be used with a latent heat storage device according to the invention and, in this illustration, covers a tube bundle.
- Fig. 2 illustrates the sealing function of the cover.
- the cover 11 provides a hydraulic connection between the supply and return lines.
- the cover 11 is connected to a tube 12 of the tube bundle and seals it.
- the tube 12 is equipped with an O-ring 13.
- the cover 11 has a first (upper) clamping plate 14 and a second (lower) clamping plate 15.
- the tube 12 extends at least partially between the clamping plates 14 and 15 and is fluidly connected to the cover 11.
- the second clamping plate 15 has a depression, for example, with an inclination of 45°, for receiving the O-ring 13.
- the cover 11 also has a cover seal 16.
- Fig. 3 shows in the upper panel a view from below and in the lower panel a side view of a cover 11 according to the invention.
- the cover 11 has an inlet 17 for the supply line, through which fluid can flow into the cover.
- the cover 11 also has an outlet 18 for the return line, through which fluid can flow out of the cover.
- a collecting channel 19, 20 is assigned to both the supply line and the return line.
- the cover 11 has screw connection points 21 for clamping screws.
- Fig. 4 illustrates the principle of the basic, modular expandability of the cover system; a pair of covers 11 can be extended, for example, using T-pieces or connecting pieces. Sealing is preferably achieved at the ends of the strands with end caps.
- the collecting channels 19 and 20 can be connected to each other by means of connecting pieces/connecting elements.
- Fig. 5 shows a latent heat storage device (storage device) according to the invention.
- the storage device is, for example, in a storage container designated cluster 1.
- the reservoir is divided into two separate chambers 24, 25 by two partition walls 22, 23, each containing a phase change medium (phase change medium a or phase change medium b).
- phase change medium a or phase change medium b phase change medium
- two different phase change media are used.
- Each chamber 24, 25 is equipped with at least one heat exchanger, in particular a tube bundle plate heat exchanger 26 and/or a trigger mechanism for triggering a phase transition of the respective phase change medium.
- Fig. 6 illustrates a trigger mechanism for pneumatic-mechanical triggering.
- the basic principle of this mechanism is to cause the supercooled salt melt to spontaneous crystallization mechanically by changing the surface tension and introducing seed crystals by means of a pestle 27, using a pestle containing seed crystals.
- a seal 28 of the ram chamber 29 prevents the mechanism from becoming passivated during the melting phase.
- the ram movement is controlled pneumatically via compressed air.
- the trigger plunger 27 is actuated by spring force.
- a spring 30 is preloaded and maintained under tension by compressed air. The spring preload is adjusted using a pressure reducer.
- the pressure reducer is connected upstream of the compressed air valves 31, 32, 33, and 34 (four solenoid valves in this variant). Valves 31, 32, 33, and 34 are controlled by thermostats, for example, so that the trigger mechanism can be activated preferably based on temperature.
- a first thermostat controls M-valve 31
- a second thermostat controls M-valves 32 and 33
- a third thermostat controls M-valve 34.
- a 2-out-of-3 excitation avoids false excitation, making the circuit single-fault proof.
- the piston 35 is in the uppermost position and the plunger 27 of the trigger mechanism is in a parked position, i.e. it is not in contact with the phase change medium 36.
- the piston 35 is in the lower position and the plunger 27 of the trigger mechanism is in an active position, i.e. it is in contact with the phase change medium 36, so that the seed crystals located at the tip of the plunger 27 trigger a phase change of the phase change medium 36.
- the M valves 31 to 34 are energized, so that the lack of compressed air in the lower piston chamber causes the piston 35 to move downward.
- the spring 30 relaxes, and the plunger 27 is moved into the phase change medium 36.
- the activation of the first to third thermostats energizes all M valves, redirecting the compressed air. This relieves the pressure in the lower piston chamber via valves 31 and 32, allowing spring 30 to relax. This immerses the plunger 27 into the surface of the molten salt, thus initiating the crystallization process.
- the ram movement for example, is controlled pneumatically via a servo unit with an electric motor.
- the plunger's immersion depth into the medium is preferably adjustable.
- the applied energy is determined by the spring force and is therefore preferably also adjustable.
- Fig. 8 shows a triggering mechanism that specifically and locally cools the phase change medium to a temperature below -12 °C, for example using a Peltier element.
- the basic principle of this mechanism is to use a small insulated trigger chamber 37 filled with a phase change medium, such as salt hydrate, to specifically and locally cool the phase change medium to a temperature below -12 °C in order to trigger a phase transition.
- a phase change medium such as salt hydrate
- the small insulated chamber 37 is connected to the phase-change medium in the heat storage unit via a small crystallization channel 38.
- the phase transition simulated in the small chamber 37 continues throughout the entire volume of the phase-change medium.
- Peltier element 39 is activated via a control unit.
- the cold side of the Peltier element 39 is connected to the cooling plate 40, and the warm side is connected to the heat sink 41.
- Heat is extracted from the salt hydrate in the subcooled melt via the heat conducting mandrel on the cooling plate 40.
- the melt is cooled in chamber 37 to less than/cooler than -12°C.
- spontaneous crystallization of the salt melt in chamber 37 is initiated.
- the crystal formation process is further conducted via the crystallization channel 38, causing the salt hydrate present in the subcooled melt to crystallize and release its stored thermal energy as desired.
- the crystals in the trigger chamber 37 are also completely melted.
- the thermal insulation component 42 which is intended to limit the heat load on the Peltier element, ensures that the salt crystals in the Triggering chamber 37 is not possible.
- the Peltier element 39 is preferably briefly controlled via the control unit with the polarity reversed at the end of the melting process. The temperature in the triggering chamber 37 should briefly exceed 80°C to completely melt the salt hydrate.
- Fig. 9 shows another embodiment of a trigger mechanism. This one uses a grinder.
- the basic principle of this mechanism is to introduce salt crystals into the phase-change medium, e.g., the supercooled molten salt, using a small grinder.
- the motor 43 drives the small grinder 44 via the drive shaft 45.
- Salt crystals are collected from the salt crystal container 46 and crushed in the grinder 44. These crystals fall directly into the molten salt via the collecting and filling funnel 47.
- the vapor barrier is intended to prevent condensate formation in the entire system during the melting phase.
- the vapor barrier is to be installed below the collecting and filling funnel.
- Various designs are possible.
- Fig. 10 shows another latent heat storage device (storage device) according to the invention.
- the storage device is, for example, a storage container designated as cluster 1 in Fig. 1.
- the storage tank has a storage shell 48 with which the storage tank is lined.
- the storage tank also has a cover system 49, to which the tubes of the tube bundle 51 are anchored by means of a clamping system 50.
- the cover system 49 has a connection 52 for the flow and a connection 53 for the return.
- the storage tank can be filled with phase change medium via a filling nozzle 54.
- the storage tank has empty pipes 55 for a temperature sensor, which can be used to measure the temperature of the phase change medium in the storage tank.
- a trigger mechanism can be activated by means of a control unit to trigger a phase transition in the phase change medium.
- the trigger mechanism comprises, for example, a servo motor 56 which is connected via a coupling with a coupling rod 57 to a trigger plate 58 immersed in the phase change medium.
- fins 59 are provided.
- M2 M-valves energized and controlled and release piston is relieved
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Abstract
Description
Latentwärmespeicher zur stationären Wärmeversorgung Latent heat storage for stationary heat supply
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Latentwärmespeicher zur stationären Wärmeversorgung. The present invention relates to a latent heat storage device for stationary heat supply.
Derzeit sind zahlreiche Anwendungen, wie beispielsweise die Bereitstellung von Warmwasser in Gebäuden bekannt, für die die Speicherung von Wärme vorteilhaft und daher anzustreben ist. So ist es beispielsweise bekannt, tagsüber durch Sonneneinstrahlung erzeugte Wärme zu speichern, um diese dann bei fehlender oder vergleichsweise geringer Sonneneinstrahlung nutzen zu können. Currently, numerous applications, such as the provision of hot water in buildings, are known for which heat storage is advantageous and therefore desirable. For example, it is known to store heat generated by solar radiation during the day so that it can be used later when solar radiation is absent or comparatively low.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein vorteilhaft arbeitendes Wärmespeichersystem zu schaffen. Hierbei liegt ein besonderer Fokus auf der Ausgestaltung des Speichers, insbesondere eines Latentwärmespeichers, in welchem ein Phasenwechselmedium aufgenommen oder aufnehmbar ist. The present invention is based on the object of creating an advantageously operating heat storage system. A particular focus is placed on the design of the storage device, in particular a latent heat storage device in which a phase change medium is accommodated or can be accommodated.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Stands der Technik abzumildern oder gar ganz zu beseitigen. Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst, die abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen an. The present invention is based on the object of mitigating or even completely eliminating the disadvantages of the prior art. This object is achieved by the subject matter of the independent claims, and the dependent claims specify advantageous developments.
Vor diesem Hintergrund betrifft die vorliegende Erfindung einen Speicher, vorzugsweise Latentwärmespeicher, mit einer Speicherhülle, welche das Speichervolumen begrenzt und derart ausgeführt ist, dass die Speicherhülle die Neigung zur Spontankristallisation mindestens eines in dem Speicher aufgenommenen Phasenwechselmediums, welches vorzugsweise in der unterkühlten Schmelze vorliegt, unterdrückt. Against this background, the present invention relates to a storage device, preferably a latent heat storage device, with a storage casing which defines the storage volume limited and designed in such a way that the storage shell suppresses the tendency towards spontaneous crystallization of at least one phase change medium accommodated in the storage, which is preferably present in the supercooled melt.
Ein erfindungsgemäßer Speicher kann weiterhin mit einem Wärmeübertrager, vorzugsweise einem Rohrbündel-Plattenwärmeübertrager, ausgestattet sein, welcher modular ausgestaltet ist und eine Anzahl an vorzugsweise identischen Sub- Einheiten aufweist, wobei die Abmessung des Rohrbündel- Plattenwärmeübertragers durch eine Auswahl der Anzahl an Subeinheiten flexibel an die Abmessung des Speichers anpassbar ist. Auf diese Weise lassen sich Deckelsysteme für Speicher verschiedener Abmessungen flexibel konfigurieren. A storage tank according to the invention can further be equipped with a heat exchanger, preferably a tube-bundle-plate heat exchanger, which is modular in design and has a number of preferably identical sub-units. The dimensions of the tube-bundle-plate heat exchanger can be flexibly adapted to the dimensions of the storage tank by selecting the number of sub-units. In this way, cover systems for storage tanks of various dimensions can be flexibly configured.
Der grundsätzliche Aufbau eines erfindungsgemäßen Wärmespeichersystems ist z.B. in Fig. 1 gezeigt. Die vorliegende Offenbarung bezieht sich vorzugsweise auf einen einzelnen, im Rahmen der Beschreibung der Fig. 1 als Cluster beschriebenen Latentwärmespeicher. Dieser Latentwärmespeicher weist beispielsweise einen Behälter und mehrere Platten-Rohrbündel-Wärmeübertrager auf, die über ein Deckelsystem hydraulisch verschaltet sind. Der Speicher / Cluster ist mit einen Latentwärmespeichermedium / Phasenwechselmedium befüllt. Zur Steuerung des Phasenwechsels latent zu kristallin ist vorzugsweise ein Auslösemechanismus angebracht. The basic structure of a heat storage system according to the invention is shown, for example, in Fig. 1. The present disclosure preferably relates to a single latent heat storage device, described as a cluster in the context of the description of Fig. 1. This latent heat storage device comprises, for example, a container and several plate-and-tube bundle heat exchangers that are hydraulically interconnected via a cover system. The storage device/cluster is filled with a latent heat storage medium/phase change medium. A trigger mechanism is preferably installed to control the phase change from latent to crystalline.
Ein erfindungsgemäßer Speicher stellt vorzugsweise ein effizientes System zur Speicherung und Bereitstellung jeder angebotenen oder nachgefragten Wärmeenergie für hohe und kontinuierliche Leistungen zur Verfügung. Besondere Vorteile bietet er bei Lastanpassungen und Lastverschiebungen sowie bei der Speicherdichte und beim Flächenverbrauch. Das eingesetzte Phasenwechselmedium lässt vorzugsweise eine Steuerung der unterkühlten Schmelze zu und sichert die Langzeitstabilität des Wärmespeichermaterials. A storage device according to the invention preferably provides an efficient system for storing and providing any heat energy supplied or demanded for high and continuous outputs. It offers particular advantages in terms of load adjustments and load shifts, as well as storage density and space consumption. The phase change medium used preferably allows for control of the subcooled melt and ensures the long-term stability of the heat storage material.
Mindestens ein Rohrbündel-Plattenwärmeübertrager eines erfindungsgemäßen Speichers kann mindestens ein Verbindungsbauteil aufweisen, welches kraft- schlüssig und / oder formschlüssig mit mindestens einem Rohr des Rohrbündels, vorzugsweise einer Mehrzahl der Rohre des Rohrbündels, verbunden oder verbindbar ist. At least one tube bundle plate heat exchanger of a storage device according to the invention can have at least one connecting component which is is connected or connectable in a locking and/or form-fitting manner to at least one tube of the tube bundle, preferably a plurality of the tubes of the tube bundle.
Das Verbindungsbauteil kann mindestens eine Ausstanzung, vorzugsweise eine Stern-Kranz-Stanzung, aufweisen, in welche ein Rohr des Rohrbündels gesteckt oder steckbar ist. Auf diese Weise wird ein optimaler Wärmeübergang zwischen dem Rohr und dem Verbindungsbauteil, insbesondere einer Platte, gewährleistet. The connecting component can have at least one cutout, preferably a star-shaped cutout, into which a tube of the tube bundle is inserted or can be inserted. This ensures optimal heat transfer between the tube and the connecting component, in particular a plate.
Bei einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist ein Aufweiten der Rohre vorzugsweise nicht mehr erforderlich. Somit kann / können mindestens ein Rohr, vorzugsweise sämtliche Rohre des Rohrbündels, eine zylindrische Form mit einem konstanten Durchmesser aufweisen und / oder nicht zumindest lokal aufgeweitet sein, um in Kraftschluss mit dem Verbindungsbauteil zu treten. Die Fertigung wird somit vereinfacht. In an embodiment according to the invention, expanding the tubes is preferably no longer necessary. Thus, at least one tube, preferably all of the tubes in the tube bundle, can have a cylindrical shape with a constant diameter and/or not be expanded at least locally to form a frictional connection with the connecting component. This simplifies production.
Bei einem erfindungsgemäßen Speicher ist / sind vorzugsweise mindestens ein Rohr, vorzugsweise sämtliche Rohre des Rohrbündels, als LI-Rohr ausgebildet, welches vorzugsweise an beiden Enden mit dem Verbindungsbauteil, bzw. einer Platte, des Rohrbündel-Plattenwärmeübertragers verbunden oder verbindbar ist. So sind keine zusätzlichen Lötarbeiten notwendig und der Korrosionsschutz ist über die Lebensdauer gesichert. In a storage tank according to the invention, preferably at least one tube, preferably all of the tubes of the tube bundle, is/are designed as a single-tube (LI) tube, which is preferably connected or connectable at both ends to the connecting component, or a plate, of the tube bundle/plate heat exchanger. This eliminates the need for additional soldering, and corrosion protection is ensured throughout the service life.
Vorzugsweise weist der Rohrbündel-Plattenwärmeübertrager mindestens zwei Wärmeübertragerplatten (auch als „Platten“ bezeichnet) auf, deren Abstand derart ausgewählt ist, dass eine Volumen- und / oder Massensegmentierung des in dem Speicher enthaltenen Phasenwechselmediums gewährleistet ist und / oder die Neigung zur Spontankristallisation mindestens eines in dem Speicher aufgenommenen Phasenwechselmediums unterdrückt wird. Preferably, the tube bundle plate heat exchanger comprises at least two heat exchanger plates (also referred to as “plates”), the spacing of which is selected such that a volume and/or mass segmentation of the phase change medium contained in the storage is ensured and/or the tendency towards spontaneous crystallization of at least one phase change medium contained in the storage is suppressed.
Ein erfindungsgemäßer Speicher kann weiterhin mit mindestens einem Deckel und / oder einem Deckelsystem ausgestattet sein, welches dazu ausgelegt ist, eine hyd- raulische Verschaltung mindestens eines Rohrbündels eines Rohrbündel- Plattenwärmeübertragers an mindestens eine Energie-Quelle und mindestens eine Energie-Senke bereitzustellen und / oder dazu ausgelegt ist, eine Vor-Rücklauf- Verschaltung des mindestens einen Rohrbündels bereitzustellen. A storage device according to the invention can further be equipped with at least one cover and/or a cover system which is designed to form a hyd- to provide a hydraulic connection of at least one tube bundle of a tube bundle plate heat exchanger to at least one energy source and at least one energy sink and/or is designed to provide a forward-return connection of the at least one tube bundle.
An dem Deckel und / oder Deckelsystem ist vorzugsweise ein Auslösemechanismus oder sind mehrere Auslösemechanismen zum gezielten Auslösen eines Phasenübergangs in dem in dem Speicher aufgenommenen Phasenwechselmedium an oder in dem Deckel bzw. Deckelsystem angeordnet ist. Preferably, one or more trigger mechanisms are arranged on the lid and/or lid system for the targeted triggering of a phase transition in the phase change medium accommodated in the storage device on or in the lid or lid system.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Wärmespeichersystem, vorzugsweise Latentwärmespeichersystem mit mindestens einem Speicher gemäß der vorliegenden Erfindung. Furthermore, the present invention relates to a heat storage system, preferably a latent heat storage system with at least one storage device according to the present invention.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Gebäude oder mobile Einheit, wie Wohnwagen, KFZ und dergleichen mit wenigstens einem Wärmespeichersystem gemäß der vorliegenden Erfindung. Furthermore, the present invention relates to a building or mobile unit, such as caravans, motor vehicles and the like, with at least one heat storage system according to the present invention.
Nachstehend wird ein Auslösemechanismus, welcher im Rahmen der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommen kann, näher beschrieben. A trigger mechanism which can be used in the context of the present invention is described in more detail below.
Beispielsweise kann ein Auslösemechanismus zum Auslösen eines Phasenübergangs in einem Phasenwechselmedium vorgesehen sein, wobei der Auslösemechanismus den Phasenübergang durch ein gezieltes Einbringen von Impfkristallen und / oder eine gezielte, vorzugsweise lokale, Temperaturreduktion des Phasenwechselmediums auslöst. For example, a trigger mechanism for triggering a phase transition in a phase change medium can be provided, wherein the trigger mechanism triggers the phase transition by a targeted introduction of seed crystals and/or a targeted, preferably local, temperature reduction of the phase change medium.
Beispielsweise kann ein derartiger Auslösemechanismus bei einem Latentwärmespeichersystem mit mehreren Speicherbehältern (nachstehend auch als Cluster bezeichnet) zum Einsatz kommen, welches sich insbesondere zum stationären Langzeit speichern und verbrauchsbezogenem Bereitstellen von Wärme eignet. Das Latentwärmespeichersystem kann eine beliebige Anzahl von Speicherbehäl- tern (Cluster) aufweisen. Als Latentspeichermedium wird vorzugsweise ein Salzhydrat verwendet. Diese Salzhydrate werden aufgeschmolzen und die Langzeitspeicherung der Wärmeenergie erfolgt in der unterkühlten Schmelze. Diese Schmelze ist langzeitstabil. Zur gesteuerten Wärmeabgabe ist es notwendig, die unterkühlte Salzschmelze so zu manipulieren, dass der Rehabilitationsprozess unter Wärmeabgabe angestoßen wird. Dies erfolgt über entsprechende Auslösemechanismen, wie sie Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind. Gleichzeitig muss sichergestellt sein, dass eine spontane Auslösung der Kristallisation ausgeschlossen ist und keine Passivierung des Auslösemechanismus erfolgt. For example, such a triggering mechanism can be used in a latent heat storage system with multiple storage containers (hereinafter also referred to as a cluster), which is particularly suitable for stationary long-term storage and consumption-based provision of heat. The latent heat storage system can have any number of storage containers. tern (clusters). A salt hydrate is preferably used as the latent storage medium. These salt hydrates are melted, and the long-term storage of the thermal energy occurs in the supercooled melt. This melt is long-term stable. For controlled heat release, it is necessary to manipulate the supercooled salt melt in such a way that the rehabilitation process is initiated with heat release. This is achieved via appropriate trigger mechanisms, such as those that are the subject of the present invention. At the same time, it must be ensured that spontaneous initiation of crystallization is excluded and that no passivation of the trigger mechanism occurs.
Bei einer exemplarischen Ausgestaltung der Erfindung weist eine Speichereinheit einen Hybrid-Röhren-Wärmetauscher mit zwei unabhängigen und getrennten Hydraulikkreisläufen auf. Der Cluster ist über ein geschlossenes System mit einem Salzhydrat befüllt. Das Aufschmelzen des Salzhydrates erfolgt vorzugsweise über einen Solarwärmetauscher. Nachdem das Salzhydrat in der unterkühlten Schmelze vorliegt (unter 30°C), kann die gespeicherte Wärmemenge beliebig lang gelagert werden. So lassen sich u.a. Solare Wärmeerträge vom Sommerhalbjahr auf das Winterhalbjahr transferieren. Zur bedarfsgerechten Wärmebereitstellung können folgende Auslösemechanismen erfindungsgemäß eingesetzt werden: In an exemplary embodiment of the invention, a storage unit comprises a hybrid tube heat exchanger with two independent and separate hydraulic circuits. The cluster is filled with a salt hydrate via a closed system. The salt hydrate is preferably melted via a solar heat exchanger. Once the salt hydrate is in the supercooled melt (below 30°C), the stored heat can be stored for any length of time. This allows, among other things, solar heat yields to be transferred from the summer half of the year to the winter half of the year. The following trigger mechanisms can be used according to the invention to provide heat as needed:
• Pneumatisch-mechanisches Auslösen, und / oder • Pneumatic-mechanical release, and/or
• Elektromechanisches Auslösen, und / oder • Electromechanical triggering, and/or
• Abkühlung des Salzhydrates auf unter -12°C, vorzugsweise mittels mindestens eines Peltier- Elements, und / oder • Cooling of the salt hydrate to below -12°C, preferably by means of at least one Peltier element, and/or
• Impfen mittels Impfkristalle, vorzugsweise über mechanisches Mahlwerk • Seeding using seed crystals, preferably using a mechanical grinder
Ein erfindungsgemäßer Auslösemechanismus kann einen Einbringmechanismus zum gezielten Einbringen von Impfkristallen in ein Phasenwechselmedium aufweisen, welcher dazu ausgelegt ist, mittels eines pneumatisch-mechanischen Vorgangs und / oder mittels eine elektro-mechanischen Vorgangs Impfkristalle in das Phasenwechselmedium einzubringen. Der Einbringmechanismus kann einen beweglichen Stößel, an dessen dem Phasenwechselmedium zugewandter Spitze die Impfkristalle angeordnet sind, und einen pneumatisch-mechanischen und / oder elektro-mechanischen Aktuator aufweisen, welcher dazu ausgelegt ist, den Stößel in Kontakt mit dem Phasenwechselmedium zu bringen und vorzugsweise den Stößel für einen definierte Tiefe in das Phasenwechselmedium einzutauchen. Ein Auslösemechanismus mit einem derartigen Stößel ist z.B. in den Figuren 6 und 7 gezeigt. A trigger mechanism according to the invention can have an introduction mechanism for the targeted introduction of seed crystals into a phase change medium, which is designed to introduce seed crystals into the phase change medium by means of a pneumatic-mechanical process and/or by means of an electro-mechanical process. The insertion mechanism can comprise a movable plunger, at the tip of which, facing the phase change medium, the seed crystals are arranged, and a pneumatic-mechanical and/or electromechanical actuator designed to bring the plunger into contact with the phase change medium and preferably to immerse the plunger into the phase change medium to a defined depth. A trigger mechanism with such a plunger is shown, for example, in Figures 6 and 7.
Die definierte Tiefe, für die der Stößel in das Phasenwechselmedium eingetaucht wird bzw. eintauchbar ist, ist vorzugsweise mittels einer Eingabeeinheit einstellbar. The defined depth to which the plunger is immersed or can be immersed in the phase change medium is preferably adjustable by means of an input unit.
Alternativ oder zusätzlich kann der Auslösemechanismus mit einer Auslösekammer ausgestattet sein, welche dazu ausgelegt ist, ein Volumen Phasenwechselmedium aufzunehmen. Zudem kann ein vorzugsweise mindestens ein Peltier-Element aufweisender Temperaturreduktionsmechanismus vorhanden sein, welcher dazu ausgelegt ist, das in der Auslösekammer aufgenommene Volumen an Phasenwechselmedium auf eine Temperatur von unter -10 °C, vorzugsweise von unter -12 °C und insbesondere auf eine Temperatur zwischen -25 °C und -12 °C zu reduzieren. Diese Temperaturreduktion initiiert einen Phasenübergang. Ein Auslösemechanismus mit einer derartigen Auslösekammer ist z.B. in der Figur 8 gezeigt. Alternatively or additionally, the trigger mechanism can be equipped with a trigger chamber designed to accommodate a volume of phase-change medium. Furthermore, a temperature reduction mechanism, preferably comprising at least one Peltier element, can be provided, which is designed to reduce the volume of phase-change medium accommodated in the trigger chamber to a temperature below -10°C, preferably below -12°C, and in particular to a temperature between -25°C and -12°C. This temperature reduction initiates a phase transition. A trigger mechanism with such a trigger chamber is shown, for example, in Figure 8.
Die Auslösekammer ist vorzugsweise mittels eines Kanals mit einem in einem Speicher, vorzugswiese einem Latentwärmespeicher, aufgenommenen Volumen an Phasenwechselmedium verbunden und / oder verbindbar, sodass sich ein in der Auslösekammer initiierter Phasenübergang durch den Kanal in dem in dem Speicher aufgenommen Volumen an Phasenwechselmedium fortsetzten kann. The triggering chamber is preferably connected and/or connectable by means of a channel to a volume of phase change medium accommodated in a storage device, preferably a latent heat storage device, so that a phase transition initiated in the triggering chamber can continue through the channel in the volume of phase change medium accommodated in the storage device.
Alternativ oder zusätzlich kann ein Auslösemechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem Behälter für Impfkristalle ausgestatte sein, aus welchem Impfkristalle bei Bedarf gezielt einem Phasenwechselmedium, vorzugsweise mittels der Schwerkraft, zuführbar sind. Ein Auslösemechanismus mit einem derartigen Behälter ist z.B. in der Figur 9 gezeigt. Dem Behälter nachgeschaltet ist vorzugsweise ein Mahlwerk angeordnet, mittels welchem die Impfkristalle auf eine gewünschte, vorzugsweise mittels einer Eingabeeinheit einstellbare Größe, mahlbar sind. Alternatively or additionally, a trigger mechanism according to the present invention can be equipped with a container for seed crystals, from which seed crystals can be selectively fed into a phase change medium as needed, preferably by gravity. A trigger mechanism with such a container is shown, for example, in Figure 9. A grinder is preferably arranged downstream of the container, by means of which the seed crystals can be ground to a desired size, preferably adjustable by means of an input unit.
An einem Einlass für die Impfkristalle in einen das Phasenwechselmedium enthaltenden Speicher kann weiterhin eine Dampfsperre vorhanden sein, welche den Auslösemechanismus gegen das Eindringen von Feuchtigkeit abschirmt. So wird z.B. ein Verklumpen der Kristalle verhindert. A vapor barrier can also be provided at the inlet for the seed crystals into a storage tank containing the phase-change medium, shielding the trigger mechanism from moisture penetration. This prevents, for example, clumping of the crystals.
Bei dem Phasenwechselmedium handelt es sich vorzugsweise um ein Salzhydrat und / oder eine Salzschmelze handelt. The phase change medium is preferably a salt hydrate and/or a salt melt.
Nachstehend werden weitere Merkmale eines erfindungsgemäßen Speichers beschrieben. Further features of a memory according to the invention are described below.
Beispielsweise betrifft die Erfindung einen Speicher, insbesondere einen Latentwärmespeicher, mit mindestens einer Kammer zur Aufnahme eines Phasenwechselmediums, wobei der Kammer mit dem mindestens einen Phasenwechselmedium mindestens ein erfindungsgemäßer Auslösemechanismus zugeordnet ist. For example, the invention relates to a storage device, in particular a latent heat storage device, with at least one chamber for receiving a phase change medium, wherein at least one triggering mechanism according to the invention is assigned to the chamber with the at least one phase change medium.
Ein erfindungsgemäßer Speicher kann eine Mehrzahl an Kammern zur Aufnahme eines Phasenwechselmediums aufweisen, wobei einer jeden der Kammern mindestens ein Auslösemechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung zugeordnet ist. A storage device according to the invention may comprise a plurality of chambers for accommodating a phase change medium, wherein each of the chambers is associated with at least one trigger mechanism according to the present invention.
Ein im Rahmen der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommen der Speicher wird nachstehend im Detail beschrieben. A memory used in the present invention is described in detail below.
Ein erfindungsgemäßer Speicher kann weiterhin mit mindestens einem Deckel und / oder einem Deckelsystem ausgestattet sein, wobei der Auslösemechanismus oder die Auslösemechanismen an oder in dem Deckel bzw. Deckelsystem angeordnet ist / sind. Ein im Rahmen der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommender Deckel oder ein Deckelsystem wird nachstehend im Detail beschrieben. A storage device according to the invention can further be equipped with at least one cover and/or a cover system, wherein the triggering mechanism or the triggering mechanisms are arranged on or in the cover or cover system. A lid or lid system used in the present invention is described in detail below.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Wärmespeichersystem, vorzugsweise ein Latentwärmespeichersystem mit mindestens einem Auslösemechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung und / oder mindestens einem Speicher gemäß der vorliegenden Erfindung. Furthermore, the invention relates to a heat storage system, preferably a latent heat storage system with at least one triggering mechanism according to the present invention and/or at least one storage device according to the present invention.
Ein im Rahmen der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommendes Wärmespeichersystem wird nachstehend im Detail beschrieben und ist beispielsweise in Fig. 1 exemplarisch gezeigt. A heat storage system used in the context of the present invention is described in detail below and is shown as an example in Fig. 1.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Gebäude oder mobile Einheit, wie Wohnwagen, KFZ und dergleichen mit wenigstens einem Wärmespeichersystem gemäß der vorliegenden Erfindung. Another aspect of the present invention relates to a building or mobile unit, such as caravans, motor vehicles and the like, having at least one heat storage system according to the present invention.
Nachstehend wird ein Speicher, bei welchem ein erfindungsgemäßer Auslösemechanismus oder mehrere erfindungsgemäße Auslösemechanismen zum Einsatz kommen kann / können, beschrieben. A memory in which one or more trigger mechanisms according to the invention can be used is described below.
Erfindungsgemäß wird ein Speicher, vorzugsweise ein Latentwärmespeicher, bereitgestellt, mit mindestens zwei separaten Kammern, in denen jeweils ein vorzugsweise unterschiedliches Phasenwechselmedium aufgenommen oder aufnehmbar ist. According to the invention, a storage device, preferably a latent heat storage device, is provided, comprising at least two separate chambers, in each of which a preferably different phase change medium is or can be accommodated.
Auf diese Weise lassen sich die Vorzüge unterschiedlicher Phasenwechselmedien in einem Speicher vereinen. In this way, the advantages of different phase change media can be combined in one storage device.
Vorzugsweise weist ein erfindungsgemäßer Speicher eine Speicherhülle auf, welche das Speichervolumen begrenzt und vorzugsweise derart ausgeführt ist, dass die Speicherhülle die Neigung zur Spontankristallisation mindestens eines Phasenwechselmediums in der unterkühlten Schmelze unterdrückt. Preferably, a storage device according to the invention has a storage casing which limits the storage volume and is preferably designed such that the storage shell suppresses the tendency for spontaneous crystallization of at least one phase change medium in the supercooled melt.
Beispielsweise ist die Speicherhülle in unterschiedlichen Kammern des Speichers unterschiedlich ausgeführt, sodass das Material der Speicherhülle jeweils auf das in der jeweiligen Kammer enthaltene Phasenwechselmedium und dessen Neigung zur Spontankristallisation in der unterkühlten Schmelze abgestimmt ist. For example, the storage shell is designed differently in different chambers of the storage tank, so that the material of the storage shell is adapted to the phase change medium contained in the respective chamber and its tendency to spontaneous crystallization in the supercooled melt.
Der Speicher kann weiterhin einen Wärmeübertrager, vorzugsweise einen Rohrbündel-Plattenwärmeübertrager, aufweisen, welcher modular aufgebaut ist und vorzugsweise eine Anzahl an Sub-Einheiten aufweist, deren Anzahl an die Größe des eingesetzten Speichers anpassbar ist. The storage tank may further comprise a heat exchanger, preferably a tube bundle plate heat exchanger, which is of modular construction and preferably comprises a number of sub-units, the number of which can be adapted to the size of the storage tank used.
Auf diese Weise lässt sich der Rohrbündel-Plattenwärmeübertrager beispielsweise durch das Hinzufügen oder Entfernen von Sub-Einheiten flexibel an Speicher verschiedener Größen anpassen. Alternativ oder zusätzlich kann auch die Anzahl an Rohrbündel-Plattenwärmeübertragern angepasst werden. Beispielsweise kann eine jede Kammer mit einem Rohrbündel-Plattenwärmeübertrager ausgestattet werden. Der Rohrbündel-Plattenwärmeübertrager ist nur ein Beispiel, es kann auch ein beliebiger anderer Wärmeübertrager zum Einsatz kommen. In this way, the shell-and-tube plate heat exchanger can be flexibly adapted to storage tanks of different sizes, for example, by adding or removing sub-units. Alternatively or additionally, the number of shell-and-tube plate heat exchangers can also be adjusted. For example, each chamber can be equipped with a shell-and-tube plate heat exchanger. The shell-and-tube plate heat exchanger is just one example; any other heat exchanger can also be used.
Beispielsweise können mindestens zwei Rohrbündel-Plattenwärmeübertrager vorhanden sind, welche jeweils in einer separaten Kammer durch Trennwände mediendicht separiert angeordnet sind. For example, there can be at least two tube bundle plate heat exchangers, each of which is arranged in a separate chamber, separated by partition walls in a media-tight manner.
Es können alternativ oder zusätzlich mindestens zwei Sub-Einheiten eines Rohr- bündel-Plattenwärmeübertrages vorhanden sind, welche jeweils in einer separaten Kammer durch Trennwände mediendicht separiert angeordnet sind. Alternatively or additionally, at least two sub-units of a tube bundle plate heat exchanger may be present, each of which is arranged in a separate chamber, separated by partition walls in a media-tight manner.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Speicher mindestens vier separate Kammern auf, in denen jeweils ein unterschiedliches Phasenwechselmedium aufgenommen oder aufnehmbar ist. Mindestens eine Kammer oder eine Anzahl der Kammern kann / können mit mindestens zwei verschiedenen Phasenwechselmedien gefüllt sein, wobei die Phasenwechselmedien vorzugsweise die gleich hohen Speicherdichten im Phasenwechsel und / oder unterschiedliche Phasenwechseltemperaturen aufweisen. According to a preferred embodiment, the storage device has at least four separate chambers, in each of which a different phase change medium is accommodated or can be accommodated. At least one chamber or a number of chambers can be filled with at least two different phase change media, wherein the phase change media preferably have the same high storage densities in the phase change and/or different phase change temperatures.
Weiterhin kann mindestens ein Rohrbündel-Plattenwärmeübertrager vorhanden sein, welcher an die zugehörige Energiequelle und die zugehörige Energiesenke über ein hydraulisch verschaltetes Deckelsystem des Speichers angebunden ist, welches vorzugsweise dazu ausgelegt ist, die Dichtigkeit und die Vor- Rücklauf- Verschaltung der Rohrbündel zu sichern. Ein im Rahmen der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommendes Deckelsystem wird nachstehend im Detail beschrieben. Furthermore, at least one tube-bundle plate heat exchanger can be present, which is connected to the associated energy source and the associated energy sink via a hydraulically connected cover system of the storage tank, which is preferably designed to ensure the tightness and the supply-return connection of the tube bundles. A cover system used in the context of the present invention is described in detail below.
In oder an dem Deckelsystem ist vorzugsweise für jede der Kammern ein Auslösemechanismus zur Auslösung eines Phasenwechsels des zugehörigen Phasenwechselmediums vorhanden. Der Auslösemechanismus löst beispielsweise einen Phasenübergang, insbesondere eine Kristallisation, des Phasenwechselmediums aus, indem das Phasenwechselmedium mittels Kristallen angeimft wird. A trigger mechanism for initiating a phase change of the associated phase-change medium is preferably present in or on the lid system for each of the chambers. The trigger mechanism triggers, for example, a phase transition, in particular a crystallization, of the phase-change medium by inoculating the phase-change medium with crystals.
Vorzugsweise weist ein erfindungsgemäßer Speicher keine zusätzliche und / oder designierte hydraulische Verschaltung zur Erschließung der einzelnen Kammern mit den unterschiedlichen Phasenwechselmedien auf. In anderen Worten erfolgt die hydraulische Verschaltung zur Erschließung der einzelnen Kammern mit den unterschiedlichen Phasenwechselmedien vorzugsweise ausschließlich über das Deckelsystem des Speichers, insbesondere dessen hydraulisches Leitungssystem. Preferably, a reservoir according to the invention does not have any additional and/or designated hydraulic interconnection for accessing the individual chambers with the different phase change media. In other words, the hydraulic interconnection for accessing the individual chambers with the different phase change media preferably takes place exclusively via the reservoir's cover system, in particular its hydraulic line system.
Ein erfindungsgemäßer Latentwärmespeicher (Speicher) stellt ein effizientes System zur Speicherung und Bereitstellung jeder angebotenen oder nachgefragten Wärmeenergie für hohe und kontinuierliche Leistungen zur Verfügung. Durch den Einsatz von mehreren Phasenwechselmedien ergeben sich besondere Vorteile beim Einsatz in Verbindung mit Wärmepumpen. Das erste Phasenwechselmedium hat beispielsweise einen Schmelzpunkt von ca. 32°C und deckt damit den Lastbereich Fußbodenheizung ab, während ein zweites Phasenwechselmedium in diesem Temperaturbereich beispielsweise kristallin ist, aber keine hohe Speicherdichte aufweist oder sich in der „unterkühlten“ Schmelze befindet. A latent heat storage system (storage) according to the invention provides an efficient system for storing and providing any available or demanded heat energy for high and continuous performance. The use of multiple phase change media offers particular advantages when used in conjunction with heat pumps. The first phase change medium, for example, has a melting point of approximately 32°C and thus covers the load range of underfloor heating, while a second phase change medium in this temperature range is, for example, crystalline but does not have a high storage density or is in the “supercooled” melt.
Werden höhere Bereitstellungstemperaturen benötigt, zum Beispiel zur Warmwasserbereitstellung, kann das zweite Phasenwechselmedium über den Auslösemechanismus ausgelöst werden und wenn es sich dabei z.B. um Natriumacetattrihydrat handelt, 58°C Bereitstellungstemperatur liefern. If higher supply temperatures are required, for example for hot water supply, the second phase change medium can be triggered via the trigger mechanism and, if it is sodium acetate trihydrate, for example, can provide a supply temperature of 58°C.
Mit dem erfindungsgemäßen Speicher lässt sich der Arbeitspunkt einer Wärmepumpe optimal steuern, indem beispielsweise einmal am Tag der Speicher auf eine Trinkwasserbereitstellungstemperatur von ca. 60°C erwärmt wird. Im letzten Drittel des Aufheizvorgangs sinkt dann entsprechend der eingesetzten Wärmepumpe deren Arbeitszahl und Wirkungsgrad. Es sind Arbeitszahlen von 2,5 bis 3,5 erzielbar. Dieser Vorgang dauert je nach Leistung der angeschlossenen Wärmepumpe maximal 30min je Speichereinheit pro Tag. Die restliche Wirkungszeit kann die Wärmepumpe in dem jeweilig niedrigeren, dem angeschlossenen Wärmeverteilsystem entsprechenden Temperaturniveau arbeiten, das heißt, mit der höchsten Effizienz Wärme erzeugen. Auf diese Weise lassen sich Arbeitszahlen von mehr als 4,5 und hohe Wirkungsgrade erzielen. With the storage tank according to the invention, the operating point of a heat pump can be optimally controlled, for example by heating the storage tank to a drinking water temperature of approximately 60°C once a day. In the last third of the heating process, the performance factor and efficiency decrease depending on the heat pump used. Performance factors of 2.5 to 3.5 are achievable. This process takes a maximum of 30 minutes per storage unit per day, depending on the output of the connected heat pump. For the remaining operating time, the heat pump can operate at the lower temperature level corresponding to the connected heat distribution system, i.e., generate heat with the highest efficiency. In this way, performance factors of more than 4.5 and high efficiencies can be achieved.
Ein weiterer Einsatzzweck lässt sich effizient erschließen, nämlich die Regeneration von erdoberflächennahen Wärmeentzugssystemen für Wärmepumpen. Another application can be efficiently developed, namely the regeneration of near-surface heat extraction systems for heat pumps.
Das eingesetzte Phasenwechselmedium bzw. die Kombination der eingesetzten Phasenwechselmedien lässt eine Steuerung der unterkühlten Schmelze zu und sichert die Langzeitstabilität des Wärmespeichermaterials. Ein erfindungsgemäßer Latentwärmespeicher mit vorzugswiese mehreren Phasenwechselmedien weist weiterhin in der Praxis meist einen Deckel auf, der beispielsweise mit einem Wärmeübertrager (z.B. einem Rohrbündel- Plattenwärmeübertrager) zusammenwirkt. The phase change medium used or the combination of phase change media used allows control of the subcooled melt and ensures the long-term stability of the heat storage material. In practice, a latent heat storage device according to the invention, preferably with several phase change media, usually has a cover which interacts, for example, with a heat exchanger (e.g. a tube bundle plate heat exchanger).
Nachstehend werden beispielhafte Ausgestaltungen eines im Rahmen der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommenden Deckels oder Deckelsystems erläutert. Exemplary embodiments of a lid or lid system used within the scope of the present invention are explained below.
So ist beispielsweise ein Deckel für einen Latentwärmespeicher vorgesehen, wobei der Deckel dazu ausgelegt ist, an einem Rohrbündel-Plattenwärmeübertrager angeordnet zu werden und eine fluidische Verbindung der Rohrbündel des Rohrbündel-Plattenwärmeübertragers bereitzustellen. For example, a cover for a latent heat storage device is provided, wherein the cover is designed to be arranged on a tube bundle plate heat exchanger and to provide a fluidic connection of the tube bundles of the tube bundle plate heat exchanger.
Vorzugsweise verbindet der Deckel die einzelnen Rohrbündel und führt diesen Wärmeübertragermedium, beispielsweise Wasser zu. Der Deckel kann somit eine Zirkulation des Wärmeübertragermediums in dem Wärmetauscher ermöglichen. Preferably, the cover connects the individual tube bundles and supplies them with heat transfer medium, such as water. The cover can thus enable circulation of the heat transfer medium within the heat exchanger.
Vorzugsweise weist der Deckel ein Dichtsystem bzw. Klemm-Dichtsystem zum Abdichten der Rohrbündel auf oder dieses ist in den Deckel integriert. In anderen Worten kann der Deckel so ausgestaltet sein, dass der Deckel, vorzugsweise ausschließlich der Deckel bzw. das an diesem angeordnete Dichtsystem, die Rohrbündel des Wärmetauschers nach außen abdichtet. Preferably, the cover has a sealing system or clamp-type sealing system for sealing the tube bundles, or this is integrated into the cover. In other words, the cover can be designed such that the cover, preferably exclusively the cover or the sealing system arranged on it, seals the tube bundles of the heat exchanger to the outside.
Gemäß einer Ausgestaltung ist der Deckel dazu ausgelegt, eine hydraulische Verschaltung der Rohrbündel in einem Vor- und / oder Rücklauf bereitzustellen. Der Deckel kann hierbei einen Zulauf, einen Ablauf und ein Lumen zum Führen von Wärmeübertragermedium aufweisen. Der Deckel kann somit vorzugsweise mit dem Rohrbündel fluidisch und / oder hydraulisch gekoppelt werden. According to one embodiment, the cover is designed to provide a hydraulic connection between the tube bundles in a supply and/or return line. The cover can have an inlet, an outlet, and a lumen for conducting heat transfer medium. The cover can thus preferably be fluidically and/or hydraulically coupled to the tube bundle.
Der Deckel kann aus Polymer und / oder Metall gefertigt sein. Beispielsweise kann der Deckel aus einem zumindest teilweise mit einem Metall, insbesondere Aluminium, beschichteten Polymer gefertigt sein. Der Deckel weist vorzugsweise einen Zulauf und einen Ablauf für Fluid, vorzugsweise Flüssigkeit, auf. The lid can be made of polymer and/or metal. For example, the lid can be made of a polymer at least partially coated with a metal, in particular aluminum. The lid preferably has an inlet and an outlet for fluid, preferably liquid.
Um den Deckel mit dem Rohrbündel zu verbinden, kann der Deckel eine Anzahl an Anschlüssen aufweisen, welche dazu ausgelegt sind, mit einer entsprechenden Anzahl parallel zueinander angeordneter Rohre verbindbar oder verbunden zu sein, sodass eine parallele Durchströmung der Rohre mit Flüssigkeit, insbesondere Wärmeübertragermedium, vorzugsweise gemäß eines Tichelmann-Systems gewährleistet wird. In order to connect the cover to the tube bundle, the cover can have a number of connections which are designed to be connectable or connected to a corresponding number of tubes arranged parallel to one another, so that a parallel flow through the tubes with liquid, in particular heat exchange medium, is ensured, preferably according to a Tichelmann system.
Der Deckel kann beispielsweise zwei Anschlüsse aufweisen, welche jeweils mit einem Verteilersystem verbindbar sind, welches einer Mehrzahl an Rohren Fluid zuführt oder Fluid von einer Mehrzahl an Rohren gebündelt zurückführt. The cover may, for example, have two connections, each of which can be connected to a distribution system that supplies fluid to a plurality of pipes or returns fluid from a plurality of pipes in a bundled manner.
Vorzugsweise kommt ein erfindungsgemäßer Deckel mit einem Rohrbündel- Wärmetauscher mit parallel durchströmten Rohren (Tichelmann-System) zum Einsatz, da so eine besonders hohe Effizienz erreichbar ist. Preferably, a cover according to the invention with a tube bundle heat exchanger with parallel flow tubes (Tichelmann system) is used, since this allows a particularly high efficiency to be achieved.
Der Deckel kann den Rohrbündel-Plattenwärmeübertrager vorzugsweise vollständig, aber auch nur teilweise abdichten. The cover can seal the tube bundle plate heat exchanger preferably completely, but also only partially.
Ja nach Größe des eingesetzten Latentwärmespeichers ist ein Deckelsystem von variabler Größe erforderlich. Ein erfindungsgemäßer Deckel ist daher vorzugsweise modular ausgestaltet, sodass mehrere Deckel verbindbar sind, um die Größe des Deckelsystems flexibel an den Wärmespeicher anzupassen. Depending on the size of the latent heat storage device used, a lid system of variable size is required. A lid according to the invention is therefore preferably designed in a modular manner, allowing multiple lids to be connected to flexibly adapt the size of the lid system to the heat storage device.
Zur Verbindung mehrerer Deckel miteinander weisen diese vorzugsweise mindestens ein, vorzugsweise mehrere Ankopplungselemente zur fluidischen Kopplung des Deckels an einen weiteren Deckel auf, sodass der Deckel modular mit einem weiteren Deckel koppelbar ist. Das mindestens eine Ankopplungselement kann beispielsweise ein Formschlusselement, ein Reibschlusselement und / oder ein Kraftschlusselement aufweist und vorzugsweise als Steckverbindung, Rastverbindung oder Schraubverbindung ausgestaltet sein. Beispielsweise kann ein Anschlussstutzen vorgesehen sein, welcher in einen korrespondierenden Anschlussstutzen einsetzbar ist. In order to connect several covers to one another, these preferably have at least one, preferably several coupling elements for fluidically coupling the cover to another cover, so that the cover can be coupled modularly to another cover. The at least one coupling element can, for example, comprise a form-locking element, a frictional engagement element, and/or a force-locking element and can preferably be configured as a plug-in connection, a snap-in connection, or a screw connection. For example, a connecting piece can be provided that can be inserted into a corresponding connecting piece.
Um eine Fluidzirkulation in dem gesamten Deckelsystem zu gewährleisten, ist das mindestens eine Ankopplungselement vorzugsweise zumindest teilweise fluidpermeabel und weist vorzugsweise einen Hohlraum oder ein Lumen auf, durch welches Fluid, vorzugsweise Wärmeübertragermedium, fließen kann. In order to ensure fluid circulation in the entire cover system, the at least one coupling element is preferably at least partially fluid-permeable and preferably has a cavity or lumen through which fluid, preferably heat transfer medium, can flow.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft somit ein System mit mindestens zwei Deckeln gemäß vorliegenden Erfindung, wobei die mindestens zwei Deckel vorzugsweise mittels ihrer Ankopplungselemente gekoppelt sind. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass die Ankopplungselemente separat zu den Deckeln als Set bereitgestellt werden, beispielsweise können separate Verbindungsteile mitgeliefert werden. One aspect of the present invention thus relates to a system with at least two covers according to the present invention, wherein the at least two covers are preferably coupled by means of their coupling elements. In principle, it is also conceivable for the coupling elements to be provided separately from the covers as a set; for example, separate connecting parts can be supplied.
Vorzugsweise ist ein erfindungsgemäßes System bzw. ein erfindungsgemäßer Deckel wartungsfrei betreibbar oder einsetzbar. Preferably, a system according to the invention or a cover according to the invention can be operated or used without maintenance.
Das System bzw. ein erfindungsgemäßer Deckel kann derart ausgestaltet sein, dass an dem System und / oder dem Rohrbündel des Plattenwärmeübertragers angeordnete Dichtungen jederzeit vorzugsweise werkzeugfrei zugänglich und / o- der austauschbar sind. The system or a cover according to the invention can be designed in such a way that seals arranged on the system and/or the tube bundle of the plate heat exchanger are accessible and/or replaceable at any time, preferably without tools.
Ein anderer Aspekt der Erfindung betrifft ein Wärmespeichersystem, vorzugsweise ein Latentwärmespeichersystem mit einem erfindungsgemäßen Deckel und / oder einem erfindungsgemäßen Deckelsystem. Ein weiterer Aspekt betrifft ein Gebäude oder mobile Einheit, wie Wohnwagen, KFZ und dergleichen mit wenigstens einem Wärmespeichersystem gemäß der vorliegenden Erfindung. Another aspect of the invention relates to a heat storage system, preferably a latent heat storage system with a lid according to the invention and/or a lid system according to the invention. Another aspect relates to a building or mobile unit, such as caravans, motor vehicles and the like, with at least one heat storage system according to the present invention.
Nachstehend wird ein Wärmespeichersystem, vorzugsweise ein Latentwärmespeichersystem beschrieben, welches zusammen mit mindestens einem erfindungsgemäßen Latentwärmespeicher und / oder einem vorstehend beschriebenen Deckel oder Deckelsystem zum Einsatz kommen kann. A heat storage system, preferably a latent heat storage system, is described below, which can be used together with at least one latent heat storage device according to the invention and/or a cover or cover system described above.
Das Wärmespeichersystem weist beispielsweise einen Rohrbündel- Plattenwärmeübertrager auf. Zur hydraulischen Verschaltung der Rohrbündel wird ein vorstehend beschriebenes Deckelsystem verwendet. The heat storage system, for example, features a tube-bundle plate heat exchanger. A cover system as described above is used for the hydraulic connection of the tube bundles.
Das Wärmespeichersystem kann mit einer Mehrzahl von Speicherbehältnissen ausgeführt sein, in denen sich ein Latentwärmespeichermedium befindet, sowie mit einem Leitungssystem mit Zufuhrleitungen zur Zufuhr von Wärme in die Speicherbehältnisse sowie mit Abfuhrleitungen zur Abfuhr von Wärme aus den Speicherbehältnissen, wobei das Leitungssystem ein oder mehrere Ventile aufweist, mittels derer wenigstens eine Zufuhrleitung zu wenigstens einem der Speicherbehältnisse und/oder wenigstens eine Abfuhrleitung aus wenigstens einem der Speicherbehältnisse absperrbar oder im Durchfluß veränderbar ist, sowie mit einer Steuereinheit, die mit dem oder den Ventilen in Verbindung steht und derart ausgeführt, dass sie diese in geeigneter Weise, vorzugsweise bedarfsabhängig und/oder in Abhängigkeit der zur Beladung Verfügung stehenden Wärme ansteuert. The heat storage system can be designed with a plurality of storage containers in which a latent heat storage medium is located, as well as with a line system with supply lines for supplying heat into the storage containers and with discharge lines for discharging heat from the storage containers, wherein the line system has one or more valves by means of which at least one supply line to at least one of the storage containers and/or at least one discharge line from at least one of the storage containers can be shut off or the flow can be changed, as well as with a control unit which is connected to the valve(s) and is designed in such a way that it controls them in a suitable manner, preferably depending on demand and/or depending on the heat available for loading.
Vorzugsweise ist somit vorgesehen, dass das Wärmespeichersystem eine Mehrzahl von Speicherbehältnissen aufweist, die ein Latentwärmespeichermedium, beispielsweise ein Salzhydrat oder vorzugsweise ein anderes bei Wärmeabfuhr kristallisierendes Medium umfassen. Über die Zufuhrleitungen ist den Latentwärmespeichern Wärme zuführbar und über die Abfuhrleitungen ist bei Bedarf Wärme aus diesen abführbar. Die Zufuhr und Abfuhr von Wärme wird durch eine Steuereinheit gesteuert oder geregelt, die auf Ventile einwirkt, die die Zufuhr von Wärme bzw. eines Wärmeträgermediums bzw. die Abfuhr von Wärme bzw. des Wärmeträgermediums steuert oder regelt. Preferably, the heat storage system comprises a plurality of storage containers containing a latent heat storage medium, for example, a salt hydrate or preferably another medium that crystallizes upon heat dissipation. Heat can be supplied to the latent heat storage devices via the supply lines, and heat can be removed from them via the discharge lines as needed. The supply and removal of heat is controlled or regulated by a control unit that acts on valves that control or regulate the supply of heat or a heat transfer medium or the removal of heat or the heat transfer medium.
Des Weiteren kann ein Wärmespeichersystem vorgesehen sein, mit einem oder mehreren Speicherbehältnissen in denen sich ein Latentwärmespeichermedium befindet, wobei das Wärmerspeichersystem derart ausgeführt ist, dass es in einem ersten Betriebsmodus betreibbar ist, in dem sensible Wärme des Latentwärmespeichermediums genutzt wird, und dass es in einem zweiten Betriebsmodus betreibbar ist, in dem die Schmelzwärme des Latentwärmespeichermediums genutzt wird. Furthermore, a heat storage system can be provided, comprising one or more storage containers in which a latent heat storage medium is located, wherein the heat storage system is designed such that it can be operated in a first operating mode in which sensible heat of the latent heat storage medium is used, and that it can be operated in a second operating mode in which the heat of fusion of the latent heat storage medium is used.
Unter „sensibler Wärme“ ist die Wärme bzw. der Wärmegehalt des Latentwärmespeichermediums zu verstehen, der abgezogen werden kann, ohne dass es zu einem Phasenwechsel kommt. Erfindungsgemäß ist nach dieser Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Wärmespeichersystem in dem ersten Betriebsmodus oder auch in dem zweiten Betriebsmodus oder auch in beiden Betriebsmodi betreibbar ist. Die Wahl des Betriebsmodus kann vorzugsweise durch eine Steuereinheit vorgebbar sein, die je nach Wärmebedarf das Wärmespeichersystem in dem ersten oder in dem zweiten oder in beiden Betriebsmodi beispielsweise simultan oder aufeinanderfolgend betreibt. "Sensible heat" refers to the heat or heat content of the latent heat storage medium that can be extracted without a phase change occurring. According to this embodiment of the invention, the heat storage system can be operated in the first operating mode or in the second operating mode, or in both operating modes. The selection of the operating mode can preferably be predetermined by a control unit, which, depending on the heat requirement, operates the heat storage system in the first or second or both operating modes, for example, simultaneously or sequentially.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass mehrere oder alle der Speicherbehältnisse über Ventile einzeln ansteuerbar sind. So ist es möglich, selektiv eines oder mehrere der Speicherbehältnisse anzusteuern, das heißt diese mit Wärme zu „beladen“ oder Wärme aus diesen abzuziehen. Preferably, several or all of the storage tanks can be individually controlled via valves. This makes it possible to selectively control one or more of the storage tanks, i.e., to "load" them with heat or to extract heat from them.
Die im Rahmen der vorliegenden Beschreibung verwendeten Begriffe „beladen“ und „Beladung“ oder „entladen“ und „Entladung“ bedeuten die Zufuhr von Wärme in das Latentwärmespeichermedium bzw. die Abfuhr von Wärme aus dem Latentwärmespeichermedium. In weiterer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Wahl des Betriebsmodus automatisch erfolgt und/oder dass die Betriebsmodi voneinander unabhängig wählbar sind. The terms “loaded” and “charging” or “discharged” and “discharge” used in this description mean the supply of heat to the latent heat storage medium or the removal of heat from the latent heat storage medium. In a further embodiment, it is provided that the selection of the operating mode takes place automatically and/or that the operating modes can be selected independently of one another.
So ist es beispielsweise denkbar, dass automatisch in Abhängigkeit von dem abgerufenen Wärmebedarf der erste Betriebsmodus oder der zweite Betriebsmodus o- der simultan oder sequentiell beide Betriebsmodi einstellbar sind. For example, it is conceivable that the first operating mode or the second operating mode or both operating modes can be set automatically depending on the heat requirement.
In weiterer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Wärmespeichersystem einen oder mehrere Wärmekreisläufe aufweist oder mit diesen in Verbindung steht, über die Wärme aus dem oder den Speicherbehältnissen einem oder mehreren Wärmeverbrauchern zuführbar ist. In a further embodiment, it is provided that the heat storage system has one or more heat circuits or is connected to them, via which heat from the storage container(s) can be supplied to one or more heat consumers.
Denkbar ist es, dass das Wärmespeichersystem wenigstens einen Wärmekreislauf aufweist oder mit wenigstens einem Wärmekreislauf in Verbindung steht, in dem wenigstens ein Wärmetauscher zur Beheizung von Brauchwasser vorgesehen ist. So ist es beispielsweise denkbar, die in den Latentwärmespeichermedien gespeicherte Wärme zur Erwärmung von Brauchwasser beispielsweise im Haushalt heranzuziehen. It is conceivable that the heat storage system has at least one heat circuit or is connected to at least one heat circuit in which at least one heat exchanger is provided for heating domestic water. For example, it is conceivable to use the heat stored in the latent heat storage media to heat domestic water, for example, in the home.
In weiterer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Wärmespeichersystem wenigstens einen Wärmekreislauf aufweist oder mit diesem in Verbindung steht, der als Heizkreislauf dient. So ist es möglich, die in den Latentwärmespeichermedien gespeicherte Wärme zur Beheizung beispielsweise eines Gebäudes heranzuziehen. In a further embodiment, the heat storage system comprises or is connected to at least one heat circuit that serves as a heating circuit. This makes it possible to use the heat stored in the latent heat storage media to heat, for example, a building.
In weiterer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Steuereinheit mit wenigstens einem Sensor in Verbindung steht, der ein für den Wärmebedarf wenigstens einer Verbrauchsstelle und/oder für den Wärmegehalt wenigstens eines Speicherbehältnisses repräsentatives Signal abgibt, und dass die Steuereinheit in Abhängigkeit von dem wenigstens einen Sensorssignal das oder die Ventile des Leitungssystems der Speicherbehältnisse ansteuert. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass in dem ersten Betriebsmodus wenigstens ein Speicherbehältnis zugeschaltet wird, wenn die Menge der sensitiven Wärme der bereits zugeschalteten Speicherbehältnisse nicht ausreichend ist. In a further embodiment, it is provided that the control unit is connected to at least one sensor which emits a signal representative of the heat demand of at least one consumption point and/or of the heat content of at least one storage container, and that the control unit controls the valve(s) of the line system of the storage containers as a function of the at least one sensor signal. In a further embodiment of the invention, it is provided that in the first operating mode at least one storage container is switched on if the amount of sensitive heat of the storage containers already switched on is not sufficient.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass von dem ersten in den zweiten Betriebsmodus umgeschaltet wird, wenn die sensitive Wärme des Latentwärmespeichermediums erschöpft ist und/oder dass die Steuereinheit derart ausgeführt ist, dass sie beim Beladen der Speicherbehältnisse zunächst dem oder den Speicherbehältnissen mit dem geringsten oder einem vergleichsweise geringen Wärmegehalt Wärme zuführt nach dessen/deren Beladung, vorzugsweise nach dessen/deren vollständiger Beladung, auf ein oder mehrere weitere Speicherbehältnisse umschaltet, so dass diesem/diesen Wärme zugeführt wird. Furthermore, it can be provided that switching from the first to the second operating mode takes place when the sensitive heat of the latent heat storage medium is exhausted and/or that the control unit is designed in such a way that, when loading the storage containers, it first supplies heat to the storage container(s) with the lowest or a comparatively low heat content and, after its/their loading, preferably after its/their complete loading, switches to one or more further storage containers so that heat is supplied to this/these.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Speicherbehältnis eine Breite oder Tiefe oder einen Durchmesser < 50 cm, vorzugsweise < 30 cm und besonders bevorzugt im Bereich von 5 cm bis 15 cm aufweist. Diese geringen Dimensionen erlauben es, das Latentwärmespeichersystem oder zumindest das oder die Speicherbehältnisse für den ortsfesten, das heißt stationären Betrieb platzsparend in Wände zu integrieren oder in einer Vorwandmontage auszuführen. In a further embodiment of the invention, the storage container has a width or depth or diameter of < 50 cm, preferably < 30 cm, and particularly preferably in the range of 5 cm to 15 cm. These small dimensions allow the latent heat storage system, or at least the storage container(s), to be integrated into walls in a space-saving manner for stationary, i.e., stationary, operation, or to be implemented in a pre-wall installation.
Wie ausgeführt, handelt es sich bei dem Latentwärmespeichermittel vorzugsweise um ein solches Speichermittel, das bei Wärmeabfuhr kristallisiert und bei Wärmezufuhr in den flüssigen Zustand übergeht. As explained, the latent heat storage medium is preferably a storage medium that crystallizes when heat is removed and changes into the liquid state when heat is added.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das Wärmespeichersystem mit einer Wärmequelle, insbesondere mit einer Solaranlage, mit einem Brenner zur Verbrennung von Holz, Holzpellets, Öl oder Gas, etc. in Verbindung steht oder eine solche Wärmequelle umfaßt. Diese Wärmequelle steht mit dem Leitungssystem in Verbindung und dient dazu, die auf diese Weise erzeugte Wärme bei Bedarf dem oder den Speicherbehältnissen zuzuführen. Die Erfindung bezieht sich des Weiteren auf ein Gebäude oder auf eine mobile Einheit, wie beispielsweise ein Wohnwagen, KFZ und dergleichen mit wenigstens einem Wärmespeichersystem gemäß der vorliegenden Erfindung. Furthermore, it can be provided that the heat storage system is connected to a heat source, in particular a solar system, a burner for burning wood, wood pellets, oil or gas, etc., or includes such a heat source. This heat source is connected to the piping system and serves to supply the heat generated in this way to the storage container(s) as needed. The invention further relates to a building or a mobile unit, such as a caravan, motor vehicle and the like, with at least one heat storage system according to the present invention.
An dieser Stelle ist darauf hinzuweisen, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf die explizit genannten Merkmalskombinationen beschränkt ist, sondern Merkmale beliebig kombiniert oder auch isoliert betrachtet und beansprucht werden können. At this point, it should be noted that the present disclosure is not limited to the explicitly mentioned combinations of features, but features can be combined and claimed in any way or even in isolation.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Further details and advantages of the invention are explained in more detail with reference to the embodiments shown in the drawings.
Figur 1 zeigt ein Wärmespeichersystem, wie es erfindungsgemäß mit einem erfindungsgemäßen Deckel (-system) zum Einsatz kommen kann, in einer schematischen Ansicht. Figure 1 shows a heat storage system as it can be used according to the invention with a cover (system) according to the invention, in a schematic view.
Das Wärmespeichersystem gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Vielzahl von im Folgenden als Cluster 1 bezeichneten Speicherbehältnissen 1 auf. Diese Cluster 1 eignen sich insbesondere zur stationären Langzeitspeicherung von Wärme sowie zur verbrauchsbezogenen Bereitstellung von Wärme. Die Latentwärmespeichereinheit besteht wie in der Figur dargestellt aus einer beliebigen Anzahl von Speicherbehältern bzw. Clustern 1 . The heat storage system according to the present invention comprises a plurality of storage containers 1, referred to below as clusters 1. These clusters 1 are particularly suitable for stationary long-term storage of heat as well as for the consumption-based provision of heat. The latent heat storage unit consists of any desired number of storage containers or clusters 1, as shown in the figure.
Die einzelnen Cluster 1 sind mit einem Latentwärmespeichermedium befüllt. The individual clusters 1 are filled with a latent heat storage medium.
Das Wärmespeichersystem gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst des Weiteren eine zentrale Steuereinheit 10 mit notwendiger Sensorik und Wärmekreisläufen zur Be- und Entladung der Latentwärmespeichermedien mit Wärme. The heat storage system according to the present invention further comprises a central control unit 10 with necessary sensors and heat circuits for loading and unloading the latent heat storage media with heat.
Wie dies aus der Figur hervorgeht, ist jeder der Cluster 1 über in einem Ventilblock 2 zusammengefasste Ventile einzeln ansteuerbar, d. h. jedem Cluster 1 ist selektiv Wärme zuführbar bzw. aus jedem Cluster 1 ist selektiv Wärme abführbar. Dies er- folgt durch entsprechende Schaltung der in dem Ventilblock 2 befindlichen Ventile, die ihrerseits durch die Steuereinheit 10 angesteuert werden. As can be seen from the figure, each of the clusters 1 can be individually controlled via valves combined in a valve block 2, ie heat can be selectively supplied to each cluster 1 or heat can be selectively removed from each cluster 1. This follows by appropriate switching of the valves located in the valve block 2, which in turn are controlled by the control unit 10.
Wie dies des Weiteren aus der Figur hervorgeht, kann die Wärme der in den Clustern 1 befindlichen Latentwärmespeichermedien dazu benutzt werden, einen Heizkreislauf zu betreiben, der in der Figur mit dem Bezugszeichen 6 gekennzeichnet ist. Dieser Heizkreislauf wird über die Schaltung entsprechender Ventile in dem Ventilblock 3 angesteuert. As further shown in the figure, the heat of the latent heat storage media located in the clusters 1 can be used to operate a heating circuit, which is designated in the figure by reference numeral 6. This heating circuit is controlled by switching corresponding valves in the valve block 3.
Zusätzlich ist ein weiterer Wärmekreislauf vorgesehen, der den Plattenwärmetauscher 4 umfasst, der zur Bereitstellung von Warmwasser als Brauchwasser dient. Der Warmwasseranschluss beispielsweise eines Hauses ist mit dem Bezugszeichen 5 gekennzeichnet. Additionally, a further heat circuit is provided, which includes the plate heat exchanger 4, which serves to provide hot water for domestic use. The hot water connection, for example, of a house, is designated by reference numeral 5.
Auch dieser zusätzliche Wärmekreislauf ist durch entsprechende Ventile des Ventilsblocks 3 ansteuerbar. Die Ansteuerung der Ventile in dem Ventilblock 3 erfolgt ebenso wie die der Pumpen beider Wärmekreisläufe durch die Steuereinheit 10. This additional heat circuit can also be controlled by corresponding valves in valve block 3. The valves in valve block 3, like the pumps of both heat circuits, are controlled by control unit 10.
Wie dies aus der Figur des Weiteren hervorgeht, umfasst jeder Cluster 1 ein rohrförmiges Gebilde, das mit dem Latentwärmespeichermedium, vorzugsweise Salzhydrat gefüllt ist. Durch dieses verläuft eine Leitung, die beispielsweise mit Wasser oder einem sonstigen Wärmeträgermedium gefüllt ist oder durchströmt wird, so dass das Wasser oder ein sonstiges Wärmeträgermedium, wie z.B. das Latentwärmespeichermedium selbst, je nach Betriebsweise entweder an das in dem Cluster 1 befindliche Latentwärmespeichermedium Wärme abgibt oder von diesem aufnimmt. As further shown in the figure, each cluster 1 comprises a tubular structure filled with the latent heat storage medium, preferably salt hydrate. A pipe runs through this pipe, which is filled with, or through which, water or another heat transfer medium flows, so that the water or another heat transfer medium, such as the latent heat storage medium itself, either releases heat to the latent heat storage medium located in cluster 1 or absorbs it, depending on the operating mode.
Die Latentwärmespeichereinheiten bzw. Cluster 1 geben vorzugsweise nach ihrem vollständigen Aufladen die gespeicherte Wärme in zwei getrennten Arbeitsweisen ab. Die Nachteile einer „Entweder-Oder-Arbeitsweise“ werden somit vermieden, wenngleich auch eine solche Betriebsweise von der Erfindung mit umfaßt ist. Die Nutzung der sensiblen, d. h. fühlbaren sowie der Schmelzwärme unabhängig voneinander ermöglicht die kurzzeitige sowie auch die langfristige Wärmebereitstellung. After being fully charged, the latent heat storage units or clusters 1 preferably release the stored heat in two separate modes. The disadvantages of an "either-or" mode of operation are thus avoided, although such an operation is also encompassed by the invention. The independent use of sensible heat and melting heat enables both short-term and long-term heat provision.
Während die sensible Wärme vorzugsweise über kurze Zeit gespeichert wird und nach dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel hauptsächlich für die Brauchwassererwärmung zur Verfügung steht, kann die Schmelz- bzw. Latentwärme langfristig bereitgestellt werden und beispielsweise zum Betrieb eines Heizungssystems dienen. While the sensible heat is preferably stored for a short time and, according to the embodiment shown here, is mainly available for domestic water heating, the melting or latent heat can be made available for a long time and can be used, for example, to operate a heating system.
Das Betriebsverhalten bezüglich der Kurzzeitspeicherung von Wärme entspricht der üblichen am Markt verfügbaren Speichertechnik. Allerdings wird anstatt eines Warmwasserspeichers in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ein Plattenwärmetauscher verwendet. Dies verhindert von vornherein die Gefahr der Verunreinigung bzw. des Legionellen-Befalls. Abgesehen davon werden Energieverluste durch Vorsorgemaßnahmen durch Temperaturerhöhungen zur Keimabtötung ausgeschlossen. The operating behavior regarding short-term heat storage corresponds to the storage technology commonly available on the market. However, instead of a hot water tank, the example shown here uses a plate heat exchanger. This prevents the risk of contamination or Legionella infestation from the outset. Furthermore, energy losses are eliminated by preventive measures such as increasing the temperature to kill germs.
Die Beladung der Cluster 1 bzw. der daran befindlichen Latentwärmespeichermedien kann über alle verfügbaren Wärmequellen vorgenommen werden. Exemplarisch sind Solarthermische Anlagen, Holzpellets, Kamine, Öle oder Gasbrenner etc. zu nennen. Cluster 1 and its latent heat storage media can be charged using any available heat source. Examples include solar thermal systems, wood pellets, fireplaces, oil or gas burners, etc.
Der Beladungs- und Entladungsprozess, d. h. die Zufuhr von Wärme in die Cluster 1 sowie die Abfuhr von Wärme aus den Clustern 1 wird über die integrierte zentrale Steuerung 10 gesteuert bzw. geregelt. The loading and unloading process, i.e. the supply of heat to the clusters 1 and the removal of heat from the clusters 1, is controlled and regulated via the integrated central control 10.
Dabei kann vorgesehen sein, dass auf intelligente und vorausschauende Art und Weise einzelne Cluster 1 ausgewählt und be- oder entladen werden. It can be provided that individual clusters 1 are selected and loaded or unloaded in an intelligent and proactive manner.
Die sensible Wärme kann ebenfalls bedarfsgerecht über die Steuerung 10 ausgewählt und bereitgestellt werden. Die Langzeitspeicherung der Wärme erfolgt vorzugsweise in Form der unterkühlten Schmelze des Salzhydrates oder eines sonstigen geeigneten Latentwärmespeichermittels. Diese Speicherung ist langzeit- und temperaturstabil. Denkbar ist es, den Wärmeabruf in 1 kWh-Clustern 1 durchzuführen. Denkbar ist es, den Wärmeabruf sowie auch die Wärmezufuhr durch die zentrale Steuerung 10 vorzunehmen. Dabei kann vorgesehen sein, den Wärmeabruf bezüglich der gespeicherten Schmelzwärme dadurch vorzunehmen, dass ein Auslösemechanismus 8 am Cluster 1 den Rekristallisationsvorgang des Salzhydrates einleitet. Dabei erwärmt sich das Salzhydrat in Cluster 1 auf 58 °C und über den Wärmekreislauf kann die Wärme bereitgestellt werden. Selbstverständlich handelt es sich bei diesem Wert nur um einen Beispielswert, der die Erfindung nicht beschränkt. Der Auslösemechanismus 8 wird vorzugsweise automatisch und besonders bevorzugt durch die Steuerung 10 aktiviert. The sensible heat can also be selected and provided as required via the control 10. The long-term storage of heat preferably takes place in the form of the supercooled melt of the salt hydrate or another suitable latent heat storage medium. This storage is long-term and temperature-stable. It is conceivable to carry out the heat demand in 1 kWh clusters 1. It is conceivable to carry out the heat demand as well as the heat supply via the central control system 10. In this case, it can be provided that the heat demand with regard to the stored heat of fusion is carried out by a trigger mechanism 8 on cluster 1 initiating the recrystallization process of the salt hydrate. The salt hydrate in cluster 1 heats up to 58 °C, and the heat can be provided via the heat cycle. Of course, this value is only an example value that does not limit the invention. The trigger mechanism 8 is preferably activated automatically and particularly preferably by the control system 10.
Wie dies in der Figur angedeutet ist, sind die Cluster 1 vorzugsweise rohrförmig ausgeführt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel haben sie einen Durchmesser von 10 cm. Sie lassen sich somit für den ortsfesten Einsatz platzsparend beispielsweise in Wände integrieren oder in die Vorwandmontage ausführen. Somit ist das vorliegende System besonders geeignet für die Installation in Gebäuden und kann dort beispielsweise für die Erwärmung von Brauchwasser und/oder als Teil oder zum Betrieb des Heizungssystems verwendet werden. As indicated in the figure, the clusters 1 are preferably tubular. In the illustrated embodiment, they have a diameter of 10 cm. They can thus be integrated into walls for space-saving installation, for example, or installed in front of the wall. This system is therefore particularly suitable for installation in buildings, where it can be used, for example, for heating domestic water and/or as part of or for operating the heating system.
Die Beladung der Cluster 1 erfolgt von einer nicht näher dargestellten Wärmequelle über entsprechende Steuerungen der Ventile des Ventilblocks 2. Vorzugsweise wird solarthermisch erzeugte Wärme zugeführt. Die zentrale Steuereinheit 10 wählt einen vollständig entladenen Cluster 1 aus. Der Betriebszustand wird über eine Sensorik 7 am Cluster 1 erkannt. Nun wird über die eingebauten Ventilblöcke 2 und 3 der ausgewählte Cluster 1 hydraulisch ausgewählt und im Wärmekreislauf derart verschaltet, dass er mit Wärme „beladen“ werden kann. Der Beladevorgang wird solange fortgesetzt, bis die am oder im Cluster 1 befindliche Sensorik 7 die vollständige Lösung des Latentwärmespeichermediums erkennt. Danach ist der Beladungsvorgang abgeschlossen. Cluster 1 is charged from a heat source (not shown in detail) via corresponding controls of the valves of valve block 2. Preferably, solar thermal heat is supplied. The central control unit 10 selects a fully discharged cluster 1. The operating state is detected by a sensor 7 on cluster 1. The selected cluster 1 is then hydraulically selected via the installed valve blocks 2 and 3 and connected in the heat circuit in such a way that it can be "charged" with heat. The loading process continues until the sensor 7 located on or in cluster 1 detects the complete dissolution of the latent heat storage medium. After that, the loading process is complete.
Steht weitere Wärme von einer Wärmequelle zur Verfügung, erfolgt die Auswahl eines weiteren Clusters 1 und seine Beladung kann wie beschrieben erfolgen. If additional heat is available from a heat source, another cluster 1 is selected and its loading can be carried out as described.
Nach dem Abschluss der Beladung ist das Latentwärmespeichermedium auf einer Temperatur von ca. 70 °C bis 80 °C erwärmt. Aufgrund der Wärmedämmung kann die sensitive Wärme kurzzeitig gespeichert werden und zur Warmwasserbereitung genutzt werden. After loading is complete, the latent heat storage medium is heated to a temperature of approximately 70 °C to 80 °C. Due to the thermal insulation, the sensitive heat can be stored temporarily and used for hot water production.
Wird Warmwasser angefordert, erkennt dies die Steuereinheit 10 mittels der Sensorik an dem Wärmetauscher 4 und wählt einen Cluster 1 aus. Dieser wird sodann mit dem Plattenwärmetauscher 4 über die Ventilblöcke 2 und 3 bzw. über die Ventilstellung der darin befindlichen Ventile verschaltet. Durch die Abfuhr der sensitiven Wärme mittels eines Wärmeträgermediums wird das Latentwärmespeichermedium des entsprechend ausgewählten Clusters 1 abgekühlt und befindet sich dann je nach Menge der abgeführten Wärme beispielsweise in dem Zustand einer unterkühlten Schmelze. If hot water is requested, the control unit 10 detects this via the sensors on the heat exchanger 4 and selects a cluster 1. This cluster is then connected to the plate heat exchanger 4 via the valve blocks 2 and 3 or via the valve position of the valves located therein. By dissipating the sensitive heat using a heat transfer medium, the latent heat storage medium of the correspondingly selected cluster 1 is cooled and, depending on the amount of heat dissipated, is then, for example, in the state of a subcooled melt.
Da der Kristallisationsvorgang noch nicht eingeleitet wurde, steht die gespeicherte Schmelzwärme darin weiterhin zur Verfügung. Since the crystallization process has not yet begun, the stored heat of fusion is still available.
Sollte die Wärmemenge eines Clusters 1 nicht zur Abdeckung des Bedarfs an Warmwasser ausreichen, können weitere Cluster 1 zugeschaltet werden. Sollte der Speicher bezogen auf die sensitive Wärmemenge aller Cluster 1 erschöpft sein, so lässt sich der Mehrbedarf über die Entladung der Schmelzwärme abdecken, wie dies nachfolgend beschrieben wird. Die unterkühlte Schmelze kann Wärmeenergie über beliebig lange Zeiträume speichern. Wird diese gespeicherte Wärme zur Bedarfsdeckung benötigt, wählt die zentrale Steuereinheit 10 einen oder mehrere Cluster 1 aus. If the heat quantity of one cluster 1 is not sufficient to cover the hot water demand, additional clusters 1 can be connected. If the storage tank is exhausted in relation to the sensitive heat quantity of all clusters 1, the additional demand can be covered by discharging the melting heat, as described below. The supercooled melt can store thermal energy for any length of time. When this stored heat is needed to meet demand, the central control unit 10 selects one or more clusters 1.
Über den dargestellten Auslösmechanismus 8 wird der Kristallisationsprozess des Latentwärmespeichermediums eingeleitet. Der Cluster 1 wird über die Ventilblöcke 2 und 3 hydraulisch verschaltet und der Bedarfsquelle zugeschaltet. Bei der Bedarfsquelle kann es sich entweder um den Plattenwärmetauscher 4, d. h. um Wärme handeln, die zur Bereitstellung von Brauchwasser benötigt wird, oder um einen Heizkreislauf 6. Auch andere Wärmeverbraucher kommen in Betracht. The crystallization process of the latent heat storage medium is initiated via the illustrated trigger mechanism 8. Cluster 1 is hydraulically connected via valve blocks 2 and 3 and connected to the demand source. The demand source can be either the plate heat exchanger 4, i.e., heat required to provide domestic hot water, or a heating circuit 6. Other heat consumers are also possible.
Somit ist es denkbar, dass ein Cluster 1 nach dem anderen ausgewählt wird, um aus diesem Wärme zu entnehmen. Denkbar ist es ebenfalls, dass das Beladen und/oder das Entladen der Cluster 1 gruppenweise erfolgt, dass also zeitgleich mehr als ein Cluster 1 be- und/oder entladen wird. Thus, it is conceivable that one cluster 1 at a time is selected to extract heat from it. It is also conceivable that the charging and/or discharging of the clusters 1 occurs in groups, meaning that more than one cluster 1 is charged and/or discharged simultaneously.
Wie dies aus der Figur weiter hervorgeht, kann das in dem Cluster 1 befindliche Leitungssystem für das Wärmeträgermedium einen Wärmetauscher 9 aufweisen, der in erster Linie zur Warmwasserbereitstellung dient. Dieser bzw. das darin befindliche oder diesen durchströmende Wärmeträgermedium nutzt in erster Linie die sensitive Wärme des in dem Cluster 1 befindlichen latenten Wärmespeichermittels. As further shown in the figure, the piping system for the heat transfer medium located in cluster 1 can comprise a heat exchanger 9, which primarily serves to provide hot water. This heat exchanger, or the heat transfer medium located therein or flowing through it, primarily utilizes the sensible heat of the latent heat storage medium located in cluster 1.
In dem oben dargestellten Ausführungsbeispiel wurde die Schmelzwärme des Salzhydrates angefordert, nachdem die sensitive Wärme der Latentwärmespeichermittel erschöpft war. Grundsätzlich ist es selbstverständlich auch denkbar, diese Vorgänge nicht sequentiell, sondern simultan durchzuführen. So ist es beispielsweise denkbar, einen oder einige Cluster für die Brauchwasserbereitung bzw. für eine Wärmesenke heranzuziehen, für die die sensitive Wärme ausreicht, und einen oder mehrere andere Cluster für den Heizbetrieb bzw. für eine Wärmesenke heranzuziehen, für die die durch Phasenänderung freiwerdende Wärme benötigt wird. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Entladevorgänge sowie auch der Beladevorgang des oder der Cluster durch die Steuerung 10 vollautomatisch erfolgt. In the exemplary embodiment presented above, the heat of fusion of the salt hydrate was requested after the sensible heat of the latent heat storage media was exhausted. In principle, it is of course also conceivable to perform these processes simultaneously rather than sequentially. For example, it is conceivable to use one or more clusters for domestic hot water preparation or for a heat sink for which the sensible heat is sufficient, and one or more other clusters for heating or for a heat sink for which the heat released by the phase change is required. It is particularly advantageous if the unloading processes as well as the loading process of the cluster(s) are carried out fully automatically by the controller 10.
Vorstehend ist unter Bezugnahme auf Fig. 1 ein Latentspeichersystem beschrieben. Ein erfindungsgemäßer Latentwärmespeicher kann ein den einzelner, vorstehend als Cluster beschriebener Latentwärmespeicher sein. A latent heat storage system is described above with reference to Fig. 1. A latent heat storage device according to the invention can be a single latent heat storage device described above as a cluster.
Ein derartiger Latentwärmespeicher weist beispielsweise einen Behälter und mehrere Platten-Rohrbündel-Wärmeübertrager auf, die über ein vorstehend beschriebenes und in den Fig. 2-4 gezeigtes Deckelsystem hydraulisch verschaltbar bzw. verschaltet sind. Der Latentwärmespeicher (auch nur als Speicher bezeichnet) ist vorzugsweise mit Trennwänden versehen, die den Einsatz mehrerer Phasenwechselmedien ermöglichen. Damit wird eine vorteilhafte Spreizung der Phasenwechseltemperaturplateaus erreicht. Zur Steuerung der Phasenwechsel latent zu kristallin ist vorzugsweise für jede Kammer des Speichers ein Auslösemechanismus angebracht. Such a latent heat storage device comprises, for example, a container and several plate-and-tube bundle heat exchangers, which can be hydraulically connected or are connected via a cover system as described above and shown in Figs. 2-4. The latent heat storage device (also referred to simply as the storage device) is preferably provided with partition walls that allow the use of multiple phase-change media. This achieves an advantageous spread of the phase-change temperature plateaus. To control the phase change from latent to crystalline, a trigger mechanism is preferably attached to each chamber of the storage device.
Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht durch einen Deckel, welcher mit einem erfindungsgemäßen Latentwärmespeicher einsetzbar ist und in dieser Darstellung ein Rohrbündel abdeckt. Fig. 2 verdeutlicht die Dichtfunktion des Deckels. Fig. 2 shows a sectional view through a cover that can be used with a latent heat storage device according to the invention and, in this illustration, covers a tube bundle. Fig. 2 illustrates the sealing function of the cover.
Der Deckel 11 weist eine hydraulische Verschaltung des Vor- und Rücklaufes auf. Der Deckel 11 ist mit einem Rohr 12 des Rohrbündels verbunden und dichtet dieses ab. Das Rohr 12 ist mit einem O-Ring 13 ausgestattet. The cover 11 provides a hydraulic connection between the supply and return lines. The cover 11 is connected to a tube 12 of the tube bundle and seals it. The tube 12 is equipped with an O-ring 13.
Der Deckel 11 weist eine erste (obere) Klemmplatte 14 und eine zweite (untere) Klemmplatte 15 auf. Das Rohr 12 erstreckt sich zumindest teilweise zwischen den Klemmplatten 14 und 15 und ist mit dem Deckel 11 fluidisch verbunden. Die zweite Klemmplatte 15 weist eine Absenkung beispielswiese mit einer Neigung von 45 ° zur Aufnahme des O-Rings 13 auf. Der Deckel 11 weist weiterhin eine Deckeldichtung 16 auf. Fig. 3 zeigt im oberen Panel eine Ansicht von unten und im unteren Panel eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Deckels 11 . The cover 11 has a first (upper) clamping plate 14 and a second (lower) clamping plate 15. The tube 12 extends at least partially between the clamping plates 14 and 15 and is fluidly connected to the cover 11. The second clamping plate 15 has a depression, for example, with an inclination of 45°, for receiving the O-ring 13. The cover 11 also has a cover seal 16. Fig. 3 shows in the upper panel a view from below and in the lower panel a side view of a cover 11 according to the invention.
Der Deckel 11 weist einen Einlass 17 für den Vorlauf auf, durch welchen Fluid in den Deckel strömen kann. Der Deckel 11 weist weiterhin einen Auslass 18 für den Rücklauf auf, durch welchen Fluid aus dem Deckel strömen kann. Sowohl dem Vorlauf wie auch dem Rücklauf ist jeweils ein Sammelkanal 19, 20 zugeordnet. Weiterhin weist der Deckel 11 Verschraubungspunkte 21 für Klemmschrauben auf. The cover 11 has an inlet 17 for the supply line, through which fluid can flow into the cover. The cover 11 also has an outlet 18 for the return line, through which fluid can flow out of the cover. A collecting channel 19, 20 is assigned to both the supply line and the return line. Furthermore, the cover 11 has screw connection points 21 for clamping screws.
Fig. 4 verdeutlicht das Prinzip der prinzipiellen, modularen Erweiterbarkeit des Deckelsystems, ein Paar an Deckeln 11 kann beispielsweise durch T- oder Verbindungs-Stücke erweitert werden. Die Abdichtung erfolgt vorzugsweise an den Strängenden mit Abschlusskappen. Fig. 4 illustrates the principle of the basic, modular expandability of the cover system; a pair of covers 11 can be extended, for example, using T-pieces or connecting pieces. Sealing is preferably achieved at the ends of the strands with end caps.
Wie in Fig. 4 gezeigt, können die Sammelkanäle 19 und 20 mittels Verbindungsstücken / Anschlusselementen miteinander verbunden werden. As shown in Fig. 4, the collecting channels 19 and 20 can be connected to each other by means of connecting pieces/connecting elements.
Fig. 5 zeigt einen erfindungsgemäßen Latentwärmespeicher (Speicher). Der Speicher ist beispielsweise in als Cluster 1 bezeichnetes Speicherbehältnis. Fig. 5 shows a latent heat storage device (storage device) according to the invention. The storage device is, for example, in a storage container designated cluster 1.
Der Speicher ist mittels zweier Trennwände 22, 23 in zwei separate Kammern 24,25 unterteilt, die jeweils ein Phasenwechselmedium (Phasenwechselmedium a oder Phasenwechselmedium b) aufweisen. In diesem Beispiel kommen zwei unterschiedlichen Phasenwechselmedien zum Einsatz. The reservoir is divided into two separate chambers 24, 25 by two partition walls 22, 23, each containing a phase change medium (phase change medium a or phase change medium b). In this example, two different phase change media are used.
Jede Kammer 24,25 ist mit mindestens einem Wärmeübertrager, insbesondere einem Rohrbündel-Plattenwärmeübertrager 26 und / oder einem Auslösemechanismus zum Auslösen eines Phasenübergangs des jeweiligen Phasenwechselmediums ausgestattet. Each chamber 24, 25 is equipped with at least one heat exchanger, in particular a tube bundle plate heat exchanger 26 and/or a trigger mechanism for triggering a phase transition of the respective phase change medium.
Fig. 6 illustriert einen Auslösemechanismus zum pneumatisch-mechanischen Auslösen. Das grundsätzliche Prinzip dieses Mechanismus ist es, mittels eines Stößels, der Impkristalle enthält, mechanisch durch Änderung der Oberflächenspannung und Eintrag von Impfkristallen mittels eines Stößels 27 die unterkühlte Salzschmelze zur Spontankristallisation zu bringen. Fig. 6 illustrates a trigger mechanism for pneumatic-mechanical triggering. The basic principle of this mechanism is to cause the supercooled salt melt to spontaneous crystallization mechanically by changing the surface tension and introducing seed crystals by means of a pestle 27, using a pestle containing seed crystals.
Durch den direkten Kontakt mit der Salzschmelze lagern sich sofort nach Kristallisation neue Impfkristalle an den Stößel 27 an. Durch diese Lösung regeneriert sich der Auslösemechanismus selbst. Due to direct contact with the molten salt, new seed crystals immediately adhere to the plunger 27 after crystallization. This solution regenerates the trigger mechanism.
Eine Abdichtung 28 der Stößelkammer 29 verhindert das Passivieren des Mechanismus während der Aufschmelzphase. Die Stößelbewegung wird bei diesem Ausführungsbeispiel pneumatisch über Druckluft gesteuert. A seal 28 of the ram chamber 29 prevents the mechanism from becoming passivated during the melting phase. In this embodiment, the ram movement is controlled pneumatically via compressed air.
Der Auslösestößel 27 wird in diesem Beispiel über Federkraft betätigt, hierfür wird eine Feder 30 mittels Druckluft vorgespannt und unter Spannung gehalten. Die Federvorspannung wird mittels eines Druckminderers eingestellt. In this example, the trigger plunger 27 is actuated by spring force. For this purpose, a spring 30 is preloaded and maintained under tension by compressed air. The spring preload is adjusted using a pressure reducer.
Der Druckminderer ist den Druckluftventilen 31 ,32, 33, 34 (in dieser Variante vier Elektromagnetventile) vorgeschaltet. Die Ventile 31 ,32, 33, 34sind beispielsweise von Thermostaten gesteuert, sodass der Auslösemechanismus vorzugsweise temperaturabhängig gestartet werden kann. The pressure reducer is connected upstream of the compressed air valves 31, 32, 33, and 34 (four solenoid valves in this variant). Valves 31, 32, 33, and 34 are controlled by thermostats, for example, so that the trigger mechanism can be activated preferably based on temperature.
Bei dem in Fig. 6 gezeigten Beispiel steuert z.B. ein erstes Thermostat M-Ventil 31 an, ein zweites Thermostat steuert M-Ventile 32 und 33 an und ein drittes Thermostat steuert M-Ventil 34 an. Durch eine 2-von-3-Anregung wird eine Fehlanregung vermieden und somit ist die Schaltung Einzelfehlerfest. In the example shown in Fig. 6, for example, a first thermostat controls M-valve 31, a second thermostat controls M-valves 32 and 33, and a third thermostat controls M-valve 34. A 2-out-of-3 excitation avoids false excitation, making the circuit single-fault proof.
In Fig. 6 ist der Kolben 35 in der obersten Position und der Stößel 27 des Auslösemechanismus befindet sich in einer Parkposition, d.h. er befindet sich nicht in Kontakt mit dem Phasenwechselmedium 36. In Fig. 7 ist der Kolben 35 in der unteren Position und der Stößel 27 des Auslösemechanismus befindet sich in einer Aktivposition, d.h. er befindet sich in Kontakt mit dem Phasenwechselmedium 36, sodass die an der Spitze des Stößels 27 befindlichen Impfkristalle einen Phasenwechsel des Phasenwechselmediums 36 auslösen. In Fig. 6, the piston 35 is in the uppermost position and the plunger 27 of the trigger mechanism is in a parked position, i.e. it is not in contact with the phase change medium 36. In Fig. 7, the piston 35 is in the lower position and the plunger 27 of the trigger mechanism is in an active position, i.e. it is in contact with the phase change medium 36, so that the seed crystals located at the tip of the plunger 27 trigger a phase change of the phase change medium 36.
Durch die Änderung der Oberflächenspannung und den Eintrag vom Impfkristallen wird die unterkühlte Salzschmelze zur Spontankristallisation gebracht. Durch den Kontakt des Stößels mit dem Phasenwechselmedium lagern sich sofort nach der Kristallisation neue Kristalle an dem Stößel an, die als Impfkristalle nutzbar sind. Auf diese Weise regeneriert sich der Auslösemechanismus wartungsfrei selbst. The change in surface tension and the introduction of seed crystals cause the supercooled molten salt to spontaneously crystallize. Contact between the plunger and the phase-change medium causes new crystals to adhere to the plunger immediately after crystallization, which can be used as seed crystals. In this way, the trigger mechanism regenerates itself without maintenance.
Bei dem in Fig. 7 gezeigten Beispiel sind die M- Ventile 31 bis 34 erregt, sodass durch den Mangel an Druckluft in der unteren Kolbenkammer der Kolben 35 nach unten bewegt wird. Die Feder 30 entspannt sich und der Stößel 27 wird in das Phasenwechselmedium 36 bewegt. In the example shown in Fig. 7, the M valves 31 to 34 are energized, so that the lack of compressed air in the lower piston chamber causes the piston 35 to move downward. The spring 30 relaxes, and the plunger 27 is moved into the phase change medium 36.
In anderen Worten wird beispielsweise durch das Ansprechen der ersten bis dritten Thermostate alle M-Ventile erregt, sodass die Druckluft umgesteuert wird. Somit wird der untere Kolbenraum über die Ventile 31 und 32 entlastet und die Feder 30 kann sich entspannen. Dadurch wird der Stößel 27 in die Oberfläche des geschmolzenen Salzes eingetaucht und somit der Kristallisierungsprozess eingeleitet. In other words, for example, the activation of the first to third thermostats energizes all M valves, redirecting the compressed air. This relieves the pressure in the lower piston chamber via valves 31 and 32, allowing spring 30 to relax. This immerses the plunger 27 into the surface of the molten salt, thus initiating the crystallization process.
Eine Abdichtung der Stößelkammer verhindert das Passivieren des Mechanismus während der Aufschmelzphase. Sealing the plunger chamber prevents the mechanism from becoming passivated during the melting phase.
Die Stößelbewegung wird beispielsweise pneumatisch über eine Servoeinheit mit Elektromotor gesteuert. The ram movement, for example, is controlled pneumatically via a servo unit with an electric motor.
Die Eintauchtiefe des Stößels in das Medium ist vorzugsweise einstellbar. Die eingetragene Energie wird über die Federkraft bestimmt und ist somit vorzugsweise ebenfalls einstellbar. Fig. 8 zeigt einen Auslösemechanismus, welcher das Phasenwechselmedium gezielt und lokal auf eine Temperatur von unter -12 °C abkühlt, beispielsweise unter Verwendung eines Peltier-Elements. The plunger's immersion depth into the medium is preferably adjustable. The applied energy is determined by the spring force and is therefore preferably also adjustable. Fig. 8 shows a triggering mechanism that specifically and locally cools the phase change medium to a temperature below -12 °C, for example using a Peltier element.
Grundsätzliches Prinzip dieses Mechanismus ist es, mittels einer kleinen isolierten Auslösekammer 37, die mit Phasenwechselmedium, wie z.B. Salzhydrat, gefüllt ist, das Phasenwechselmedium gezielt und lokal auf eine Temperatur von unter -12 °C abzukühlen, um einen Phasenübergang auszulösen. The basic principle of this mechanism is to use a small insulated trigger chamber 37 filled with a phase change medium, such as salt hydrate, to specifically and locally cool the phase change medium to a temperature below -12 °C in order to trigger a phase transition.
Die kleine isolierte Kammer 37 ist über einen kleinen Kristallisationskanal 38 mit dem Phasenwechselmedium im Wärmespeicher verbunden. So setzt sich der in der kleinen Kammer 37 imitierte Phasenübergang in dem gesamten Volumen des Phasenwechselmediums fort. The small insulated chamber 37 is connected to the phase-change medium in the heat storage unit via a small crystallization channel 38. Thus, the phase transition simulated in the small chamber 37 continues throughout the entire volume of the phase-change medium.
Eine entsprechende Anordnung zeigt z.B. Fig. 8. Soll ein Phasenübergang ausgelöst werden, wird das Peltierelement 39 über eine Ansteuereinheit aktiviert. Dabei liegt an der Kälteleitplatte 40 die kalte und am Kühlkörper 41 die warme Seite des Peltierelement 39 an. A corresponding arrangement is shown, for example, in Fig. 8. If a phase transition is to be triggered, the Peltier element 39 is activated via a control unit. The cold side of the Peltier element 39 is connected to the cooling plate 40, and the warm side is connected to the heat sink 41.
Über den Wärmeleitdorn an der Kälteleitplatte 40 wird dem Salzhydrat in der unterkühlten Schmelze Wärme entzogen. Dabei wird die Schmelze in der Kammer 37 auf weniger / kühler als -12°C abgekühlt. Mit dem Erreichen von wenigstens -12°C wird eine spontane Kristallisation der Salzschmelze in der Kammer 37 initiiert. Über den Kristallisationskanal 38 erfolgt die Weiterleitung des Kristallbildungsprozesses, so dass infolge das in der unterkühlten Schmelze vorliegende Salzhydrat auskristallisiert und wie gewünscht seine gespeicherte Wärmeenergie abgibt. Heat is extracted from the salt hydrate in the subcooled melt via the heat conducting mandrel on the cooling plate 40. The melt is cooled in chamber 37 to less than/cooler than -12°C. Upon reaching at least -12°C, spontaneous crystallization of the salt melt in chamber 37 is initiated. The crystal formation process is further conducted via the crystallization channel 38, causing the salt hydrate present in the subcooled melt to crystallize and release its stored thermal energy as desired.
Beim Aufschmelzen des Salzhydrats sollte vorzugsweise gesichert werden, dass auch die Kristalle in der Auslösekammer 37 vollständig aufgeschmolzen werden. Durch das thermische Isolationsbauteil 42, welches die Wärmelast am Peltierelement einschränken soll, wird ein vollständiges Aufschmelzen der Salzkristalle in der Auslösekammer 37 nicht möglich. Hierzu wird daher vorzugsweise das Peltierele- ment 39 kurz über die Ansteuereinheit umgepolt am Ende des Aufschmelzvorgangs angesteuert. Dabei sollte die Temperatur in der Auslösekammer 37 kurzzeitig mehr als 80°C betragen, um das Salzhydrat vollständig aufzuschmelzen. When melting the salt hydrate, it should preferably be ensured that the crystals in the trigger chamber 37 are also completely melted. The thermal insulation component 42, which is intended to limit the heat load on the Peltier element, ensures that the salt crystals in the Triggering chamber 37 is not possible. For this purpose, the Peltier element 39 is preferably briefly controlled via the control unit with the polarity reversed at the end of the melting process. The temperature in the triggering chamber 37 should briefly exceed 80°C to completely melt the salt hydrate.
Fig. 9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Auslösemechanismus. Hierbei kommt ein Mahlwerk zum Einsatz. Grundsätzliches Prinzip dieses Mechanismus ist es, mittels eines kleinen Mahlwerkes Salzkristalle in die das Phasenwechselmedium, z.B. die unterkühlte Salzschmelze, einzubringen. Fig. 9 shows another embodiment of a trigger mechanism. This one uses a grinder. The basic principle of this mechanism is to introduce salt crystals into the phase-change medium, e.g., the supercooled molten salt, using a small grinder.
Wie in Fig. 9 gezeigt, treibt der Motor 43 das kleine Mahlwerk 44 über die Antriebswelle 45 an. Dabei werden Salzkristalle aus dem Salzkristallbehälter 46 erfasst und im Mahlwerk 44 zerkleinert. Diese fallen über den Auffang- und Einfülltrichter 47 direkt in die Salzschmelze. Die Dampfsperre soll die Kondensatbildung während der Aufschmelzphase im Gesamtsystem verhindern. As shown in Fig. 9, the motor 43 drives the small grinder 44 via the drive shaft 45. Salt crystals are collected from the salt crystal container 46 and crushed in the grinder 44. These crystals fall directly into the molten salt via the collecting and filling funnel 47. The vapor barrier is intended to prevent condensate formation in the entire system during the melting phase.
Die Dampfsperre ist unterhalb des Auffang- und Einfülltrichters anzuordnen. Dabei sind verschiedene Ausführungen denkbar. Eine Dichtlippe mit Schieber, die beim Auslösevorgang geöffnet und danach wieder verschlossen wird, hält den Anforderungen stand. The vapor barrier is to be installed below the collecting and filling funnel. Various designs are possible. A sealing lip with a slider, which opens during the release process and then closes again, meets these requirements.
Fig. 10 zeigt einen weiteren erfindungsgemäßen Latentwärmespeicher (Speicher). Der Speicher ist beispielsweise ein als Cluster 1 in Fig. 1 bezeichnetes Speicherbehältnis. Fig. 10 shows another latent heat storage device (storage device) according to the invention. The storage device is, for example, a storage container designated as cluster 1 in Fig. 1.
Der Speicher weist eine Speicherhülle 48 auf, mit welcher der Speicher ausgekleidet ist. Der Speicher weist weiterhin ein Deckelsystem 49 auf, an welchem mittels eines Klemmsystems 50 die Rohre des Rohrbündels 51 verankert sind. The storage tank has a storage shell 48 with which the storage tank is lined. The storage tank also has a cover system 49, to which the tubes of the tube bundle 51 are anchored by means of a clamping system 50.
Das Deckelsystem 49 weist einen Anschluss 52 für den Vorlauf und einen Anschluss 53 für den Rücklauf auf. Mittels eines Befüllstutzens 54 kann der Speicher mit Phasenwechselmedium befallt werden. Der Speicher weist Leerrohre 55 für eine Temperatur-Sensorik auf, mittels welcher eine Temperatur des Phasenwechselmediums in dem Speicher messbar ist. The cover system 49 has a connection 52 for the flow and a connection 53 for the return. The storage tank can be filled with phase change medium via a filling nozzle 54. The storage tank has empty pipes 55 for a temperature sensor, which can be used to measure the temperature of the phase change medium in the storage tank.
Beispielsweise kann basierend auf den Messwerten der Temperatur-Sensorik mittels einer Steuereinheit ein Auslösemechanismus aktiviert werden, um einen Phasenübergang in dem Phasenwechselmedium auszulösen. For example, based on the measured values of the temperature sensors, a trigger mechanism can be activated by means of a control unit to trigger a phase transition in the phase change medium.
Wie in Fig. 10 gezeigt, weist der Auslösemechanismus beispielsweise einen Servomotor 56 auf, der über eine Kupplung mit einer Kuppelstange 57 mit einer in dem Phasenwechselmedium eingetauchten Auslöseplatte 58 verbunden ist. As shown in Fig. 10, the trigger mechanism comprises, for example, a servo motor 56 which is connected via a coupling with a coupling rod 57 to a trigger plate 58 immersed in the phase change medium.
Zur Verbesserung des Wärmeaustauschs durch eine größere Oberfläche sind Lamellen 59 vorhanden. To improve heat exchange through a larger surface area, fins 59 are provided.
Bezuqszeichenliste List of reference symbols
1 : Speicherbehälter 1 : Storage tank
2: Ventilblock 2: Valve block
3: Ventilblock 3: Valve block
4: Wärmetauscher 4: Heat exchanger
5: Warmwasseranschluss 5: Hot water connection
6: Heizkreislauf 6: Heating circuit
7: Sensorik 7: Sensor technology
8: Auslösemechanismus 8: Trigger mechanism
9: Wärmetauscher 9: Heat exchanger
10: Steuerung 10: Control
11 : Deckel mit hydraulischer Vor-Rücklauf Verschaltung11 : Cover with hydraulic forward-return connection
12: Rohrbündel 12: Tube bundle
13: O-Ring 13: O-ring
14: Obere Klemmplatte 14: Upper clamping plate
15: Untere Klemmplatte mit 45° Senkung für O-Ring15: Lower clamping plate with 45° countersink for O-ring
16: Deckeldichtung 16: Cover seal
17: Einlass Vorlauf 17: Admission Preliminary Round
18: Auslass Rücklauf mit Anschlussstuzen 18: Outlet return with connection piece
19: Sammelkanal Vorlauf 19: Collecting channel flow
20: Sammelkanal Rücklauf 20: Collecting channel return
21 : Verschraubungspunkte Klemmschrauben 21 : Screw connection points clamping screws
22: Trennwand 22: Partition wall
23: Trennwand 23: Partition wall
24: Kammer 24: Chamber
25: Kammer 25: Chamber
26: Rohrbündel-Plattenwärmeübertrager a, b: Phasenwechselmedium 26: Shell and tube plate heat exchanger a, b: Phase change medium
27: Kolben aus Salz ausgefahren 28: Abdichtung 27: Piston extended from salt 28: Sealing
S: Salzbehälter S: Salt container
30: Feder 30: Spring
F1 : Feder gespannt F1 : Spring tensioned
D1 : Druckluft durch geschalten D1 : Compressed air switched through
M1 : M-Ventile entregt 2 von 3 Anregung M1 : M-valves de-energized 2 of 3 excitation
K: Kolben in oberer Endlage K: Piston in upper end position
36: Salzfüllung 36: Salt filling
M2: M-Ventile erregt und steuern und Auslösekolben wird entlastetM2: M-valves energized and controlled and release piston is relieved
F2: Feder wird entspannt F2: Spring is relaxed
D2: Druckluft wird abgesperrt D2: Compressed air is shut off
A: Auslösestößel wird in die Oberfläche des Salzes geschossenA: Trigger plunger is shot into the surface of the salt
37: Auslösekammer 37: Trigger chamber
38: Kristallisationskanal 38: Crystallization channel
39: Peltierelement 39: Peltier element
40: Kälteleitplastte mit Dom 40: Refrigeration plate with dome
41 : Kühlkörper 41 : Heat sink
42: Isolationsbauteil 42: Insulation component
BS: Behälterwand Speicher BS: Tank wall storage
43. Motor 43. Engine
44: Mahlwerk 44: Grinder
45: Antriebswelle 45: Drive shaft
46: Salzkristallbehälter 46: Salt crystal container
47: Auffang und Einfülltrichter mit Dampfsperre 47: Collecting and filling funnel with vapor barrier
CB: Clusterspeicher Behälterwand CB: Cluster storage tank wall
US: Unterkühlte Salzschmelze US: Supercooled molten salt
48: Speicherhülle 48: Storage case
49: Deckelsystem 49: Lid system
50: Klemmsystem 50: Clamping system
51 : Rohrbündel 51 : Tube bundle
52: Anschluss Vorlaut 52: Connection Vorlaut
53: Anschluss Rücklauf : Befüllungsstutzen . Leerrohre für Temperatur Sensorik : Servomotor Auslösemechanismus : Kupplung Kuppelstange Auslösemechanismus: Auslöseplatte : Lamellen 53: Return connection : Filling nozzle . Empty pipes for temperature sensors : Servo motor Release mechanism : Coupling Coupling rod Release mechanism: Release plate : Slats
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