DE19533621C2 - Latentwärmespeicher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Latentwärmespeicher mit einem Behälter, welcher ein mit Salzhydrat als Latentwärmespeicher­ medium ausgefülltes Speichervolumen aufnimmt, und mit einem Kreislauf für ein mit dem Latentwärmespeichermedium nicht mischbares, eine gegenüber dem Latentwärmespeichermedium geringere Dichte aufweisendes Öl als Wärmetauschermedium, welches innerhalb des Speichervolumens in perlenähnlicher oder tropfenähnlicher Form aufsteigend das Latentwärme­ speichermedium offen durchsetzt, wobei in dem Speichervolumen Kristallisationselemente angeordnet sind.

Latentwärmespeicher sind aus der DE 28 26 404 A1 bekannt. Bei diesen besteht jedoch das Problem, daß durch den direkten Wärmetausch zwischen dem Wärmetauschermedium und dem Latent­ wärmespeichermedium das Latentwärmespeichermedium beim Ent­ ladevorgang frei im Volumen in Einzelkristallen aus­ kristallisiert, wobei die zu einer gewissen Größe angewach­ senen Kristalle sich bodenseitig des Speichervolumens ab­ setzen, so daß sich insgesamt am Behälterboden ein Kristall­ matsch ausbildet, welcher zwar für das Wärmetauschermedium durchlässig bleibt aber dennoch Wärmetauschermedium zurück­ hält und somit die Oberfläche des Latentwärmespeichermediums nach oben verschiebt, so daß mit größerer Häufigkeit Latent­ wärmespeichermedium in den Kreislauf gelangt oder gesaugt wird, insbesondere wenn das Wärmetauschermedium Öl und das Latentwärmespeichermedium Salzhydrat sind.

Ein eingangs beschriebener Latentwärmespeicher ist aus der DE 43 07 065 A1 bekannt. Diese beschreibt im Zusammenhang mit Fig. 1 das Vorsehen von kugelförmigen Siedekörpern bzw. Kristallkeimbildnern, die dazu dienen sollen, daß das Wärme­ speichermedium auf der Basis von Paraffin nicht plättchen­ förmig sondern in hohlkegelartigen oder rohrförmigen Struk­ turen kristallisiert, wobei die Kristallkeimbildner lediglich die besondere Art der Kristallisation auslösen, jedoch die Kristalle nicht auf diesen Kristallkeimbildnern selbst auf­ wachsen oder von diesen getragen werden.

Im Zusammenhang mit Fig. 2 beschreibt die DE 43 07 065 A1 Kristallkeimbildner, die noch zusätzliche Fortsätze auf­ weisen. Aus Spalte 7, Zeilen 5 und 6 geht jedoch ausdrücklich hervor, daß der kugelförmige Kopf der eigentliche Kristall­ keimbildner ist, und ferner wird in Spalte 7, Zeilen 23 bis 30 beschrieben, daß die zusätzlichen Fortsätze nun aufgrund ihrer guten Wärmeleitung dazu dienen sollen, das Ansprechen des Latentwärmespeichers zu verbessern, daß heißt, in dem erstarrten Wärmespeichermedium Kanäle von geschmolzenem Wärmespeichermedium herzustellen, wie sich dies im übrigen auch aus der vergrößerten Darstellung der Fig. 2 ergibt.

Auf diese Wirkung der Fortsätze wird in Spalte 7, Zeilen 31 bis 37 Bezug genommen, wenn dort eine Beschreibung der Fest­ einbauten 8 bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 erfolgt, wobei ausdrücklich diese Wirkung der Festeinbauten dann ein­ tritt, wenn dieses sowohl in das Wärmeübertragermedium als auch in das Wärmespeichermedium hineinragen und somit eine vorteilhafte Wärmebrücke zwischen diesen beiden bilden.

Das heißt, der einzige Sinn und Zweck der Festeinbauten beruht auf ihrer Wärmeleitung und zwar insbesondere auf ihrer Wärmeleitung zwischen dem Wärmeübertragermedium und dem erstarrten Wärmespeichermedium an der Grenzfläche derselben.

Daß die Festeinbauten auch gar nicht als Kristallkeimbildner dienen können, sondern lediglich als Wärmebrücken ergibt sich ferner auch eindeutig aus der vorangehenden Offenbarung der Wirkungsweise der Kristallkeimbildner, insbesondere bei­ spielsweise in Spalte 3, die deutlich macht, daß die vorteil­ hafte Wirkung der Kristallkeimbildner nur dann eintritt, wenn diese einerseits klein und andererseits fein verteilt im Wärmespeichermedium sind (Spalte 3, Zeilen 45 bis 53).

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Latent­ wärmespeicher zu schaffen, bei welchem die Ausbildung von Kristallmatsch im Speichervolumen stark reduziert wird oder unterbleibt.

Diese Aufgabe wird bei einem Latentwärmespeicher der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kristallisationselemente mit Kristallisationsoberflächen ver­ sehen sind, auf welchen Latentwärmespeichermedium beim Aus­ kristallisieren in Form von Kristallschichten aufwächst, wobei die Kristallisationselemente die aufgewachsenen Kristallschichten tragen und sich zumindest durch einen von dem in perlenähnlicher Form aufsteigenden Wärmetauschermedium durchsetzten Bereich des Speichervolumens erstrecken.

Das Vorsehen derartiger Kristallisationselemente hat den großen Vorteil, daß sich nun bei der erfindungsgemäßen Lösung an diesen Kristallisationsfixpunkten der Kristallisationsele­ mente Kristalle ansetzen und aufwachsen und sich somit kein oder nur wenig Kristallmatsch mehr bodenseitig absetzt, son­ dern die aufgewachsenen Kristalle in dem Speichervolumen an den durch die Kristallisationsfixpunkte definierten Stellen verbleiben.

Damit treten sämtliche, mit der Ausbildung des Kristall­ matsches verbundenen Probleme nicht mehr auf oder sind ver­ nachlässigbar.

Die Kristallisationselemente könnten beispielsweise durchge­ hende Wandelemente sein. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn jedes Kristallisationselement zwischen den Kristalli­ sationsoberflächen Durchbrüche aufweist, durch welche das in perlenähnlicher Form aufsteigende Wärmetauschermedium hin­ durchtritt. Bei einer derartigen Ausbildung der Kristalli­ sationselemente wird einerseits die Lokalisierung eines wesentlichen Teiles des kristallisierten Latentwärmetauscher­ mediums erreicht, andererseits aber sichergestellt, daß das in perlenähnlicher Form aufsteigende Wärmetauschermedium un­ abhängig vom Ladungszustand des Latentwärmespeichers mehr oder weniger ungehindert das Speichervolumen durchsetzen kann.

Besonders vorteilhaft lassen sich die erfindungsgemäßen Kristallisationselemente dann anordnen, wenn sich jedes Kristallisationselement in einer Fläche erstreckt.

Insbesondere lassen sich dann mehrere Kristallisationsele­ mente besonders vorteilhaft relativ zueinander anordnen, wenn sich die Kristallisationselemente in zueinander parallelen Flächen erstrecken.

Die Flächen könnten prinzipiell beliebig gekrümmt sein. Aus herstellungstechnischen Gründen ist es jedoch besonders ein­ fach, wenn die Flächen als Ebenen ausgebildet sind.

Hinsichtlich der Ausbildung der Kristallisationsoberflächen selbst wurden bislang im Zusammenhang mit den einzelnen Aus­ führungsbeispielen keine näheren Angaben gemacht.

So sieht ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel vor, daß die Kristallisationsoberflächen jedes Kristallisationselements so ausgebildet sind, daß sie das in perlenähnlicher Form auf­ steigende Wärmetransportmedium quer zur Vertikalen, das heißt quer zu seiner Bewegungsrichtung, umlenken. Damit wird ein besonders intensiver Kontakt einerseits zwischen den sich auf den Kristallisationsoberflächen beim Entladevorgang bildenden Kristallen und dem Wärmetauschermedium sowie andererseits beim Ladevorgang mit den sich durch die Wechselwirkung mit dem Wärmetransportmedium abbauenden Kristallen erreicht.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Gesamtheit der Kri­ stallisationselemente das in perlenähnlicher Form aufstei­ gende Wärmetransportmedium mehrfach umlenkt, da damit die vorstehend beschriebene Wechselwirkung noch intensiviert wird.

Um das auskristallisierte Latentwärmespeichermedium im Behäl­ ter und insbesondere im Speichervolumen zu fixieren ist vor­ zugsweise vorgesehen, daß die Kristallisationselemente als Trägerstrukturen für kristallisiertes Latentwärmespeicher­ medium ausgebildet sind. Damit läßt sich das Latentwärmespei­ chermedium selbst einfach und vorteilhaft im Speichervolumen in kristalliner Form lokalisieren.

Zweckmäßigerweise ist hierbei vorgesehen, daß sich die Kri­ stallisationselemente an dem Behälter abstützen.

Um ferner zu vermeiden, daß sich einzelne Volumenbereich durch großes Kristallwachstum abkapseln und sich Kavernen von Wärmetauschermedium in den abgekapselten Bereichen bilden, ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Kristallisationsober­ flächen der Kristallisationselemente einen derartigen Abstand voneinander aufweisen, daß eine Brückenbildung zwischen unterschiedlichen Kristallisationsoberflächen durch das Kristallwachstum unterbleibt und somit die bewußt vorge­ sehenen Freiräume auch als solche offen bleiben.

Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn unterhalb eines über dem Speichervolumen angeordneten Sammelvolumens für das Wärmetauschermedium ein Fänger für Schwebeteilchen des Latentwärmespeichermediums angeordnet ist, um zu ver­ hindern, daß das aufsteigende Wärmetauschermedium die Schwebeteilchen, beispielsweise auskristallisiertes Latent­ wärmespeichermedium, mitreißt und diese sich dann im Sammel­ volumen sammeln und von diesem ausgehend dann in dem Kreis­ lauf transportiert werden und zu Störungen, beispielsweise in der Umwälzpumpe führen.

Besonders zweckmäßig ist die erfindungsgemäße Lösung dann, wenn der Fänger für Schwebeteilchen des Latentwärmespeicher­ mediums durch die Gesamtheit der Kristallisationselemente ge­ bildet ist.

Eine besonders vorteilhafte Lösung sieht vor, daß ein Wärme­ tauscher in dem Sammelvolumen vorgesehen ist, welcher in Kon­ takt mit dem Wärmetauschermedium steht, so daß eine Wärmezu­ fuhr an oder eine Wärmeabfuhr von dem sich im Sammelvolumen ansammelnden Wärmetauschermedium direkt innerhalb des Behäl­ ters erfolgt.

In diesem Fall ist es besonders vorteilhaft, wenn die Kristallisationselemente mit dem Wärmetauscher thermisch ge­ koppelt sind, so daß über den Wärmetauscher direkt über die Wärmekopplung, eine thermische Wechselwirkung mit den Kristallisationselementen erfolgen kann, um eine noch bessere Ankopplung der Kristallisationselemente an den Be- oder Ent­ ladevorgang des erfindungsgemäßen Latentwärmespeichers zu er­ reichen.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Kristallisationsele­ mente mechanisch und thermisch mit dem im Sammelvolumen vor­ gesehenen Wärmetauscher gekoppelt sind.

Als besonders vorteilhaft hat es sich dabei erwiesen, wenn die Kristallisationselemente aus dem Speichervolumen heraus in das Sammelvolumen hineinragen und mit dem dort angeord­ neten Wärmetauscher, beispielsweise einem Plattenwärme­ tauscher, verbunden sind.

Hinsichtlich des Bereichs des Speichervolumens, welcher von dem in perlenähnlicher Form aufsteigenden Wärmetransport­ medium durchsetzt ist und in welchem vorteilhafterweise die Kristallisationselemente zumindest angeordnet sind, wurden im Zusammenhang mit der bisherigen Erläuterung der einzelnen Ausführungsbeispiele keine näheren Angaben gemacht. So sieht ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel vor, daß der von dem in perlenähnlicher Form aufsteigenden Wärmetauschermedium durch­ setzte Bereich des Speichervolumens mehr als die Hälfte, vor­ zugsweise mehr als ungefähr zwei Drittel, des Speichervolu­ mens umfaßt.

Weiter Merkmale und Vorteile sind Gegenstand der nachfolgen­ den Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung einiger Ausführungsbeispiele.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein erstes Ausfüh­ rungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Latent­ wärmespeichers;

Fig. 2 einen Querschnitt durch das erste Ausfüh­ rungsbeispiel des Latentwärmespeichers längs Linie 2-2 in Fig. 1;

Fig. 3 eine ausschnittsweise Darstellung eines Teil­ bereichs eines Kristallisationselements;

Fig. 4 einen Querschnitt durch ein Ausführungsbei­ spiel eines Verteilelements;

Fig. 5 einen Längsschnitt ähnlich Fig. 1 durch ein zweites Ausführungsbeispiel;

Fig. 6 einen Querschnitt ähnlich Fig. 2 durch das zweite Ausführungsbeispiel längs Linie 6-6 in Fig. 5;

Fig. 7 einen Längsschnitt ähnlich Fig. 1 durch ein drittes Ausführungsbeispiel;

Fig. 8 eine perspektivische Darstellung eines erfin­ dungsgemäßen Verteilelements eines vierten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Latentwärmespeichers.

Ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Latentwärmespeichers, dargestellt in Fig. 1 bis 3, umfaßt einen als Ganzes mit 10 bezeichneten Behälter, dessen inneres Volumen zum Teil ein Speichervolumen 12 bildet, in welchem ein Latentwärmespeichermedium 14 angeordnet ist.

Über dem Speichervolumen 12 ist ein Sammelvolumen 16 zur Aus­ bildung einer mit 18 bezeichneten Schicht von Wärmetransport­ medium vorgesehen.

Das Sammelvolumen 16 bildet Teil eines als Ganzes mit 20 be­ zeichneten Kreislaufs für das Wärmetransportmedium 18, wobei dieser Kreislauf 20 noch eine ausgehend von dem Sammelvolumen 16 zu einer Umwälzpumpe 22 führende Abfuhrleitung 24 für das Wärmetransportmedium 18 aufweist und eine von der Pumpe 22 zu einem Verteilelement 26 führende Zufuhrleitung 28. Das Ver­ teilelement 26 ist in dem Speichervolumen 12 vorzugsweise nahe eines Behälterbodens 30 angeordnet und erstreckt sich vorzugsweise über eine Längsrichtung 32 des Behälters 10. Das Verteilelement weist dabei in Längsrichtung 32 aufeinander­ folgende Austrittsöffnungen 34 auf, aus welchen das Wärme­ transportmedium 18 offen in Form eines Strahls in das Latent­ wärmespeichermedium 14 austritt und dort Perlen 36 bildet, wobei diese Perlen 36 durch das im Speichervolumen 12 ste­ hende Latentwärmespeichermedium 14 hindurch in Richtung des Sammelvolumens aufgrund der geringeren Dichte des Wärmetrans­ portmediums relativ zum Latentwärmespeichermedium aufsteigen. In dem Sammelvolumen 16 vereinigen sich dann die Perlen 36 zu der über dem Latentwärmespeichermedium 14 stehenden Schicht 18 aus Wärmetransportmedium, von welcher wiederum eine Abfuhr des Wärmetransportmediums über die Abfuhrleitung 24 erfolgt.

Um zu verhindern, daß sich beim Entladevorgang des Latent­ wärmespeichermediums 14 durch das durch diese hindurch­ perlende Wärmetransportmedium all zu viele freie Kristalle aus Latentwärmespeichermedium bilden und in Form eines Kristallmatsches nahe des Behälterbodens 30 absetzen, sind in dem Speichervolumen 12 Kristallisationselemente 40 ange­ ordnet, welche Kristallisationsoberflächen 42 aufweisen, die Kristallisationsfixpunkte für die Auskristallisation des Latentwärmespeichermediums bilden, so daß auf den Kristalli­ sationsoberflächen 42 Kristallschichten 44 aufwachsen.

Vorzugsweise sind die Kristallisationselemente 40 in Form von Gittern, beispielsweise mit jeweils parallel zueinander in einer ersten Richtung 46 verlaufenden Stäben 48 sowie quer zur ersten Richtung in einer zweiten Richtung 50 verlaufenden Stäben 52 ausgebildet, wobei jeder Stab eine als Kristalli­ sationsoberfläche 42 wirkende Oberfläche aufweist.

Jedes gitterförmige Kristallisationselement erstreckt sich in einer durch die erste Richtung 46 und die zweite Richtung 50 aufgespannten Ebene 54, wobei die Ebenen 54, wie in Fig. 1 dargestellt, gegenüber einer Vertikalen 56 geneigt verlaufen.

Ferner sind vorzugsweise die Ebenen 54 in derartigen Abstän­ den voneinander angeordnet, daß sich auch zwischen einander benachbarten Kristallisationselementen 40, das heißt bei­ spielsweise den Stäben 48, 52 der jeweils benachbarten Kristallisationselemente 40, keine Kristallbrücken durch Kristallisation bilden und somit die Bildung von Kavernen, in welchen sich die Perlen 36 sammeln könnten und daher nicht weiter bis zur Schicht aus Wärmetransportmedium 18 aufsteigen würden, vermieden wird.

Die einzelnen Kristallisationselemente 40 sind, wie in Fig. 2 dargestellt, über Streben 58 an einer Behälterwand 60 abge­ stützt, so daß die sich auf den Kristallisationselementen 40 bildenden Kristallschichten 44 von den Kristallisationsele­ menten 40 an den Positionen im Latentwärmespeichermedium 14 gehalten werden, an denen sie sich ausbilden.

Ferner erstrecken sich die Kristallisationselemente 40 vor­ zugsweise ausgehend von einer Unterkante 62, welche über dem Verteilelement 26 verläuft, bis zu einer Oberkante 64 durch das Speichervolumen 12 hindurch und vorzugsweise aus diesem heraus, so daß die Oberkante 64 im Sammelvolumen 16 liegt.

Vorzugsweise sind dabei alle Kristallisationselemente 40 im Bereich ihrer Oberkante 64 mit einem als Ganzes mit 70 be­ zeichneten und sich in dem Sammelvolumen 16 erstreckenden Wärmetauscher thermisch leitend verbunden, wobei der Wärme­ tauscher, wie in Fig. 2 dargestellt, aus einer Vielzahl nebeneinanderliegender Wärmetauscherplatten 72 aufgebaut ist, deren Inneres von einem Wärmetransportmedium durchströmt ist, welches über eine Zuleitung 74 zuführbar und eine Ableitung 76 abführbar ist.

Bei einer Variante ist es aber auch denkbar, daß die Kri­ stallisationselemente 40 mit ihren Oberkanten 64 noch inner­ halb des Speichervolumens 12 ohne Kontakt mit dem Wärme­ tauscher 70 enden.

Der Wärmetauscher 70 erstreckt sich dabei mit seinen Wärme­ tauscherplatten 72 vorzugsweise oberhalb des Speichervolumens 12 und innerhalb des Sammelvolumens 16, jedoch unterhalb eines vom Sammelvolumen 16 umschlossenen Abfuhrraums 78, in welchen die Abfuhrleitung 24 des Kreislaufs 20 mündet.

Dadurch, daß sämtliches, in den Abfuhrraum 78 gelangende Wärmetauschermedium zunächst durch den Wärmetauscher 70, das heißt die Wärmetauscherplatten 72 desselben, hindurchströmen muß, wirkt der Wärmetauscher 70 ebenfalls als Barriere für beim Entladevorgang nicht auskristallisiertes und vom Wärme­ tauschermedium in das Sammelvolumen 16 mitgerissenes Latent­ wärmespeichermedium, da dies, sofern es noch nicht aus­ kristallisiert ist, an dem Wärmetauscher 70 als kältestem Element auskristallisiert und damit wiederum aufgrund seiner größeren Dichte die Möglichkeit hat, beim nächsten Ladezyklus durch die Schicht 18 des Wärmetauschermediums wieder zurück in das Speichervolumen 12 zu sinken. Andererseits wirkt der Wärmetauscher 70 als Barriere für vom Wärmetauschermedium mitgerissene bereits auskristallisierte Partikel aus Latent­ wärmespeichermedium, die aufgrund der vom Wärmetauscher 70 gebildeten Strömungsschikane ebenfalls nicht in den Abfuhr­ raum 78 eintreten.

Die thermische Verbindung zwischen dem Wärmetauscher 70 und den Kristallisationselementen 40 hat ferner den Vorteil, daß die Kristallisationselemente 40 selbst bereits beim Entlade­ vorgang Wärme aus dem im Speichervolumen 12 gespeicherten Latentwärmespeichermedium 14 abführen und an den Wärme­ tauscher 70 abgeben, wodurch eine zusätzliche Unterstützung der Bildung der Kristallschichten 44 auf den Kristalli­ sationsoberflächen führt.

Darüber hinaus ergibt sich beim Beladevorgang des Latent­ wärmespeichermediums 14 der Vorteil, daß die über den Wärme­ tauscher 70 zugeführte Wärme zusätzlich noch über die Kristallisationselemente 40 ebenfalls den Kristallschichten 44 zugeführt wird und somit das Aufschmelzen derselben unter­ stützt.

Ferner haben beim Beladevorgang die Perlen 36 die Möglich­ keit, frei durch Zwischenräume zwischen den Kristallschichten 44 hindurchzuperlen und somit einerseits das Speichermedium 12 möglichst gleichmäßig zu erwärmen und andererseits auch zu einer möglichst gleichmäßigen Auflösung der Kristallschichten 44 beizutragen.

Um zu verhindern, daß sich in der Abfuhrleitung 24 vom Wärme­ tauschermedium mitgerissenes Latentwärmespeichermedium ab­ setzt, insbesondere beim Entladevorgang auskristallisiert, und zu einer Querschnittsverengung, im Extremfall zu einem Querschnittsverschluß, führt, ist die Abfuhrleitung 24 des Kreislaufs 20 so ausgebildet, daß deren Längsachse 80a, b in Strömungsrichtung 82 gegenüber einer Horizontalen 84 nach unten geneigt verläuft, wobei in einem ersten Abschnitt 24a der Abfuhrleitung die Längsachse 80a in einem Winkel α gegen­ über der Horizontalen 84 nach unten geneigt verläuft, während in einem Abschnitt 24b die Längsachse 80b der Abfuhrleitung 24 im wesentlichen parallel zur Vertikalen 56, das heißt im Winkel von 90° zur Horizontalen 84, verläuft. Ferner ist auch die Pumpe 22 derart ausgebildet, daß sämtliches, sich in der Umwälzpumpe 22 absetzendes Latentwärmespeichermedium von dem Wärmetauschermedium 18 in die Zufuhrleitung 28 gespült wird.

Auch die Zufuhrleitung 28 weist einen ersten Abschnitt 28a auf, dessen Längsachse 86a im wesentlichen parallel zur Ver­ tikalen 56 verläuft und einen zweiten Abschnitt 28b, in welchem eine Längsachse 86b gegenüber der Horizontalen 84 schräg nach unten um einen Winkel β geneigt in den Behälter 10 hinein bis zum Verteilelement 26 verläuft.

Damit ist ebenfalls sichergestellt, daß sämtliches, sich in der Zufuhrleitung 28 absetzendes Latentwärmespeichermedium von dem Wärmetransportmedium in das Verteilelement 26 hinein­ gespült und somit wiederum über die Austrittsöffnungen 34 dem Latentwärmespeichermedium 14 selbst zugeführt wird.

Vorzugsweise ist vor einer Einmündung der Zufuhrleitung 28 in das Verteilelement 26 ein Rückschlagventil 88 vorgesehen, welches beim Abschalten der Umwälzpumpe 22 oder einem Ausfall derselben verhindert, daß das die größere Dichte aufweisende Latentwärmespeichermedium durch die Austrittsöffnungen 34 in das Verteilelement 26 und sogar noch von diesem ausgehend in die Zufuhrleitung 28 unter Verdrängung des Wärmetauscherme­ diums aus diesen eindringt. Durch das Rückschlagventil 88 wird vielmehr sichergestellt, daß bei einem Ausfall der Um­ wälzpumpe 22 das noch im Verteilelement 26 und dem Kreislauf 20 vorhandene Wärmetauschermedium ein derartiges Eindringen verhindert.

Das Verteilelement 26 ist, wie in Fig. 4 dargestellt, vor­ zugsweise mit einem äußeren Rohr 90 versehen, welches aus einem vom Latentwärmespeichermedium nicht benetzbaren und gegenüber dem Wärmetauschermedium resistenten Kunststoff her­ gestellt ist, wobei im Fall von Salzhydrat als Latentwärme­ speichermedium und Öl als Wärmetauschermedium als Material vorzugsweise Teflon (PTFE), Nylon oder PVC eingesetzt werden.

Das vorzugsweise eingesetzte Material für das äußere Rohr 90 hat dabei beispielsweise eine Wärmeleitfähigkeit λ von höch­ stens 0,5 Watt/m×k und somit einen Wärmedurchgangskoeffi­ ziente k = λ/Dicke zwischen ungefähr 15 und ungefähr 500 w/m² ×k, so daß eine äußere Wand 92 des äußeren Rohrs 90 selbst bei Zufuhr von vom Wärmetauscher 70 maximal gekühltem Wärme­ tauschermedium in einem Inneren 94 desselben eine Temperatur aufweist, welche im wesentlichen nahe dem Temperaturniveau des die äußere Wand 92 umgebenden Latentwärmespeichermediums 14 liegt. Damit ist das für das äußere Rohr 90 verwendete Material gleichzeitig thermisch isolierend, um zu verhindern, daß sich an der äußeren Wand 92 keine Kristalle des Latent­ wärmespeichermediums 14 bilden.

Ferner ist das äußere Rohr 90 vorzugsweise mit zwei Reihen 96, 98 von Austrittskanälen 100 bzw. 102 versehen, wobei sich Kanalachsen 104, 106 der Austrittskanäle 100 bzw. 102 in einem Winkel γ von ungefähr 45° gegenüber einer horizontalen Ebene 108 nach unten geneigt erstrecken und somit aus jedem der Austrittskanäle 100, 102 ein Strahl 110 bzw. 112 von Wärmetauschermedium austritt, der sich dann in dem Latent­ wärmespeichermedium 12 in die Perlen 36 auflöst, wobei die Strahlen 110 und 112 sich in entgegengesetzte Richtungen vom äußeren Rohr 90 weg ausbreiten.

Dadurch, daß sich nun an der äußeren Wand 92 des äußeren Rohrs keine Kristalle des Latentwärmespeichermediums bilden können, ist auch die Gefahr unterbunden, daß sich an den Aus­ trittsöffnungen 34 der Austrittskanäle 100 bzw. 102 Kristalle des Latentwärmespeichermediums anzusetzen beginnen und somit die Austrittsöffnungen 34 mit zunehmender Zeit beim Entlade­ vorgang des Latentwärmespeichers zusetzen.

Zur Stabilisierung des aufgrund der Verwendung der beispiels­ weise vorstehend genannten Kunststoffe labilen äußeren Rohrs 90 ist dieses über einen als ganzes mit 120 bezeichneten Trä­ ger stabilisiert, welcher sich vorzugsweise durch ein Inneres des äußeren Rohrs 90 hindurcherstreckt und als Rohr ausgebil­ det ist, das insbesondere koaxial zum äußeren Rohr 90 ver­ läuft.

Das Trägerrohr 120 ist dabei vorzugsweise als tragendes Ele­ ment für das äußere Rohr 90 vorgesehen, wobei sich das äußere Rohr 90 über Halter 122 an dem Trägerrohr 120 abstützt. Diese Halter 122 weisen beispielsweise eine radial vom Trägerrohr 120 abstehende Strebe 124 auf und einen an einer inneren Wand 118 des äußeren Rohrs 90 zumindest über einen Teilumfangsbe­ reich anliegenden Trägerbügel 126. Vorzugsweise sind die Strebe 124 sowie der Trägerbügel 126 einstückig aus Flach­ material ausgebildet und fest mit dem Trägerrohr 120 ver­ bunden, wobei zur ungestörten Zugänglichkeit der Reihen 96, 98 der Austrittskanäle 100 bzw. 102 der Trägerbügel 126 an den oberhalb der Reihen 96 bzw. 98 verlaufenden Bereichen der inneren Wand 126 über einen Azimutwinkel von mehr als 200°, vorzugsweise ungefähr 250°, anliegt.

Eine besonders vorteilhafte Lösung sieht dabei vor, daß das Trägerrohr 120 endseitig des äußeren Rohrs 90 aus diesem her­ ausgeführt ist, und zwar beispielsweise an einem ersten, mit der Zufuhrleitung 28 verbundenen Ende 130 eine Wand der Zu­ fuhrleitung 28, vorzugsweise unmittelbar vor deren Übergang in das äußere Rohr 90, durchdringt, parallel zur Vertikalen 56 nach oben durch das Speichervolumen 12 und das Sammelvolu­ men 16 hindurchverläuft und aus dem Behälter 10 in Form einer ersten Leitung 132 austritt. Dabei kann die Leitung 132 als Auftauleitung im Speichervolumen selbst dienen, wenn dieses sich nach längerer Standzeit verfestigt haben sollte.

Ferner durchdringt das Trägerrohr 120 an einem dem Ende 130 gegenüberliegenden Ende 134 des äußeren Rohrs 90 einen Ab­ schlußdeckel 136 desselben und durchdringt in Form einer zweiten Leitung 138 ebenfalls die Behälterwand 60 des Be­ hälters.

Die erste und die zweite Leitung 132 bzw. 134 dienen zur Zu- oder Ableitung eines warmen Aufschmelzmediums, welches somit ein Inneres 140 des Trägerrohrs 120 durchströmt und somit in der Lage ist, beispielsweise im Fall von in das Innere 94 des äußeren Rohrs 90 eingedrungenem und auskristallisiertem Latentwärmespeichermedium, dieses aufzuschmelzen oder auf­ zutauen.

Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Latentwärmespeichers, dargestellt in den Fig. 5 und 6, stehen im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel die Ebenen 54, in welchen sich die Kristallisationselemente 40 er­ strecken, im wesentlichen parallel zur Vertikalen, so daß die Perlen 36 durch die Zwischenräume zwischen den Kristalli­ sationselementen 40 sich in Richtung des Sammelvolumens 16 bewegen.

Ferner stehen im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel bei dem zweiten Ausführungsbeispiel, wie in Fig. 6 dargestellt, die Wärmetauscherplatten 72 schräg zur Vertikalen 56 und bil­ den daher eine noch effektivere Sperre für durch das Wärme­ tauschermedium mitgerissenes Latentwärmespeichermedium, welches insbesondere dann, wenn es an den Wärmetauscher­ platten 72 auskristallisiert, durch die Zwischenräume zwischen den Wärmetauscherplatten 72 wieder zurück in das Speichervolumen 12 fällt.

Im übrigen ist das zweite Ausführungsbeispiel in gleicher Weise ausgebildet wie das erste Ausführungsbeispiel, so daß auf die Ausführungen hierzu vollinhaltlich Bezug genommen werden kann.

Bei einem dritten Ausführungsbeispiel, dargestellt in Fig. 7, stehen die Kristallisationselemente 40 in gleicher Weise wie beim zweiten Ausführungsbeispiel parallel zur Vertikalen 56 ausgerichtet.

Im Gegensatz zum ersten und zweiten Ausführungsbeispiel ist der Wärmetauscher 70 nicht in dem Sammelvolumen 16 ange­ ordnet, sondern als separater Wärmetauscher 170 in die Zufuhrleitung 28 eingebaut, wobei in diesem separaten Wärme­ tauscher 170 vorzugsweise intern angeordnete Wärmetauscher­ platten 172 parallel zueinander und ebenfalls vorzugsweise parallel zur Vertikalen 56 verlaufen, so daß sich absetzendes Latentwärmetauschermedium zwangsläufig über die Zufuhrleitung 28 in das Verteilelement 26 und von diesem in das Latent­ wärmespeichermedium zurückgeführt wird.

Darüber hinaus ist, wie beispielsweise am Abschnitt 28c der Zufuhrleitung 28 exemplarisch dargestellt, in dem Kreislauf 20 eine siphonartige Führung der Zufuhrleitung 28 vorgesehen, welche aufgrund der Bauhöhe des Wärmetauschers 170 erforder­ lich ist. Diese siphonartige Leitungsführung hat zur Folge, daß sich vor einer Einmündung der Zufuhrleitung 28 in das Verteilelement 26 eine tiefste Stelle 144 in der Zufuhrlei­ tung 28 bildet, in welcher sich vom Wärmetauschermedium mit­ gerissenes Latentwärmespeichermedium, insbesondere beim Ent­ ladevorgang, absetzt. Um zu verhindern, daß das sich in der tiefsten Stelle 140 absetzende Latentwärmespeichermedium eine dauerhafte Querschnittsverengung an dieser Stelle in der Zu­ fuhrleitung 28 bewirkt, ist die Zufuhrleitung 28 beginnend mit der tiefsten Stelle und über ihren gesamten, in Strö­ mungsrichtung 82 und gegenüber der Horizontalen 84 ansteigen­ den Abschnitt 142 im Querschnitt verengt, so daß durch die Verengung des Querschnitts eine Erhöhung der Strömungsge­ schwindigkeit des Wärmetauschermediums erfolgt und das Wärme­ tauschermedium aufgrund seiner erhöhten Geschwindigkeit das sich an der tiefsten Stelle 140 absetzende Latentwärmespei­ chermedium mitreißt und in das Verteilerelement 26 fördert.

Die Querschnittsverengung ist vorzugsweise so ausgeführt, daß in dieser die Strömungsgeschwindigkeit des Wärmetauscher­ mediums um einen Faktor von ungefähr 1, 2 oder größer erhöht wird. Dieser Faktor hängt von der zu überwindenden Steigung und der dafür notwendigen Strömungsgeschwindigkeit ab.

Hinsichtlich der übrigen Merkmale ist das dritte Ausführungs­ beispiel in gleicher Weise ausgebildet wie die voranstehenden Ausführungsbeispiele, so daß hinsichtlich der Beschreibung dieser Merkmale, die ebenfalls dieselben Bezugszeichen tra­ gen, auf die Ausführungen zu den ersten Ausführungsbeispielen vollinhaltlich Bezug genommen wird.

Bei einem vierten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Latentwärmespeichers ist, wie in Fig. 8 dargestellt, das Ver­ teilerelement nicht durch ein einziges äußeres Rohr 90 gebil­ det, sondern durch drei parallel zueinander verlaufende äußere Rohre 190a, 190b und 190c, welche ebenfalls von Trägerrohren 120a, 120b und 120c durchsetzt sind.

Vorzugsweise werden alle Trägerrohre 120a, 120b, 120c nach Durchdringen der Verschlußdeckel 136 der äußeren Rohre 190a, 190b, 190c zu der einen zweiten Leitung 138 zusammengeführt, welche die Behälterwand 60 durchdringend aus dem Behälter 10 austritt.

Dabei dient die Zusammenführung der Trägerrohre 120a, 120b, 120c zur gemeinsamen zweiten Leitung 138 ebenfalls zur Ab­ stützung der Trägerrohre 120a, b, c und somit auch der in der bereits beschriebenen Art und Weise an diesen gelagerten äußeren Rohren 190a, 190b und 190c relativ zueinander.

Um eine besonders effiziente Verteilung des Wärmetauscher­ mediums in dem Speichervolumen zu erreichen, liegen die bei­ den äußeren Rohre 190b und 190c in einer unteren Ebene 192 im Abstand voneinander, während das äußere Rohr 190a mittig zwischen diesen, jedoch oberhalb der Ebene 192 parallel zu den äußeren Rohren 190b und 190c verläuft.

Darüber hinaus verläuft die Zufuhrleitung 28 zweigeteilt, nämlich als Zufuhrleitung 28A und 28B einmal zu dem äußeren Rohr 190a und ein andermal über eine Verzweigung 28C zu den beiden äußeren Rohren 190b und 190c, wobei zusätzlich die erste Leitung 152 ebenfalls zweigeteilt, nämlich als Leitung 152A und 152B durch die Zufuhrleitungen 28A bzw. 28B hindurch und vorzugsweise koaxial zu denselben verläuft.

Vorzugsweise sind die Zufuhrleitungen 28A und 28B, welche als Steigleitungen durch das Speichervolumen 12 verlaufen, als Metallrohre, vorzugsweise Edelstahlrohre ausgebildet und mit PTFE-Bändern umwickelt, um die Kristallisation von Latent­ wärmespeichermedium an diesen zu verhindern oder zumindest zu reduzieren.

Bei einer Variante des vierten Ausführungsbeispiels ist vor­ gesehen, daß die Trägerrohre 120b und 120c in das Trägerrohr 120a münden, welches dann mit der Leitung 152A eine Rücklauf­ leitung bildet, während die Leitung 152B die Vorlaufleitung darstellt, oder umgekehrt.

Claims (13)

1. Latentwärmespeicher mit einem Behälter, welcher ein mit Salzhydrat als Latentwärmespeichermedium ausgefülltes Speichervolumen aufnimmt, und mit einem Kreislauf für ein mit dem Latentwärmespeichermedium nicht mischbares, eine gegenüber dem Latentwärmespeichermedium geringere Dichte aufweisendes Öl als Wärmetauschermedium, welches innerhalb des Speichervolumens in perlenähnlicher oder tropfenähnlicher Form aufsteigend das Latentwärme­ speichermedium offen durchsetzt, wobei in dem Speicher­ volumen Kristallisationselemente angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kristallisationselemente (40) mit Kristallisationsober­ flächen (42) versehen sind, auf welchen Latentwärme­ speichermedium beim Auskristallisieren in Form von Kristallschichten (44) aufwächst, wobei die Kristalli­ sationselemente die aufgewachsenen Kristallschichten (44) tragen und sich zumindest durch einen von dem in perlenähnlicher Form aufsteigenden Wärmetauschermedium (36) durchsetzenden Bereich des Speichervolumens (12) erstrecken.

2. Latentwärmespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jedes Kristallisationselement (40) zwischen den Kristallisationsoberflächen (42) Durch­ brüche aufweist, durch welche das in perlenähnlicher Form aufsteigende Wärmetauschermedium (36) hindurch­ tritt.

3. Latentwärmespeicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß jedes Kristallisationselement (40) sich in einer Fläche (54) erstreckt.

4. Latentwärmespeicher nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kristallisationselemente (40) sich in zueinander parallelen Flächen (54) erstrecken.

5. Latentwärmespeicher nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächen (54) als Ebenen ausge­ bildet sind.

6. Latentwärmespeicher nach einem der voranstehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kristalli­ sationsoberflächen (42) jedes Kristallisationselements (40) als Umlenkflächen ausgebildet sind, welche das in perlenähnlicher Form aufsteigende Wärmetransportmedium (36) quer zur Vertikalen (56) umlenken.

7. Latentwärmespeicher nach einem der voranstehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtheit der Kristallisationselemente (40) mehrfache Umlenkflächen (42) für das in perlenähnlicher Form aufsteigende Wärme­ transportmedium (36) bildet.

8. Latentwärmespeicher nach einem der voranstehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kristalli­ sationsoberflächen (42) einen derartigen Abstand vonein­ ander aufweisen, daß eine Brückenbildung zwischen ver­ schiedenen Kristallisationsoberflächen (42) durch das Kristallwachstum unterbleibt.

9. Latentwärmespeicher nach einem der voranstehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb eines über dem Speichervolumen angeordneten Sammelvolumens für das Wärmetauschermedium ein aufsteigende Schwebeteilchen des Latentwärmespeichermediums zurückhaltender Fänger angeordnet ist.

10. Latentwärmespeicher nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Fänger für Schwebeteilchen des Latent­ wärmespeichermediums durch die Gesamtheit der Kristalli­ sationselemente (40) gebildet ist.

11. Latentwärmespeicher nach einem der voranstehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Sammel­ volumen (16) ein Wärmetauscher (70) angeordnet ist.

12. Latentwärmespeicher nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kristallisationselemente (40) ther­ misch mit dem Wärmetauscher (70) gekoppelt sind.

13. Latentwärmespeicher nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kristallisationselemente (40) aus dem Speichervolumen (12) herausragen und in das Sammel­ volumen (16) hineinragen.