DE2643895A1

DE2643895A1 - Sonnenkollektorsystem

Info

Publication number: DE2643895A1
Application number: DE19762643895
Authority: DE
Inventors: Georg Grubmueller; Christa Pritsching
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-09-29
Filing date: 1976-09-29
Publication date: 1978-03-30

Description

Sonnenkollektorsystem
Die Erfindung bezieht sich auf ein Sonnenkollektorsystem mit Glaubersalz Na2SO4.10 H20 als Latent-Wärmespeicher, das einen Zusatz von Borax als Kristallisationskernbildungsmittel sowie ein Eindickmittel enthält.
Unter der Bezeichnung Sonnenkollektoren sind Einrichtungen bekannt, die Sonnenstraßlen absorbieren, in Wärme umwandeln und mit Hilfe eines Energieträgers transportieren. Als Absorber dient im allgemeinen ein metallischer Wärmeaustauscher, der die absorbierte Strahlungswärme auf den Energieträger, beispielsweise Wasser oder Luft, überträgt, der die aufgenommene Wärme einem Wärmespeicher zuführt. Als Wärmespeicher kann Wasser verwendet werden, das in einem wärmeisolierten Behälter beispielsweise im Keller eines Hauses aufbewahrt wird und auf den die absorbierte Energie in einem Umlaufsystem übertragen wird. Zur Speicherung von Wärmeenergie, welche beispielsweise für die Warmwasserversorgung eines Hauses ausreichen soll, werden aber verhältnismäßig große Wassermengen benötigt.
Man hat deshalb schon Salzhydrate, beispielsweise Natriumhydrophosphat Na2HPO4.12 H20, für Solarspeicheranlagen verwendet.
Ferner ist Natriumsulfat-Dekahydrat Na2SO4.10 H20, mit Zusätzen, beispielsweise Borax, als Wärmespeicher verwendet. In den bekannten Anlagen wird dieses sogenannte Glaubersalz mit den Zusätzen in einem Röhrensystem angeordnet, das vom Energieträger des Sonnenkollektors umströmt wird. Als Energieträger dient im allgemeinen Wasser, das mit Zusätzen versehen ist, die ein Gefrieren bei tiefen Temperaturen verhindern. Die aufgenommene Energie bringt das Glaubersalz in den Röhren zum Schmelzen. Da das Glaubersalz eine wesentlich größere Dichte hat als Wasser, haben Wärmespeicher mit solchen Salzhydraten ein entsprechend kleineres Volumen.
Die Schmelze des Glaubersalzes ist aler zeitweilig inkongruent, d.h. während des Schmelzens löst sich nicht alles Na2SO4-Salz in seinem Kristallwasser, sondern es verbleibt noch etwas wasserfreies Anhydrid ungelöst in der gesättigten Krirstallwasserlösung. Da das wasserfreie Anhydrid eine Dichte von 2,66 g/cm3, die gesättigte Lösung aber eine Dichte von nur 1,)3 g/cm3 besitzt, sinken die Anhydrid-Kristalle zu Boden. Kühlt die Schmelze wieder ab, so kristallisieren die gelösten Na2SO4-Moleküle unter Aufnahme von Kristallwasser wieder aus. Die schweren Kristalle am Boden des Behälters nehmen dagegen nur verfügbare Wassermoleküle aus ihrer unmittelbaren Umgebung auf. Infolgedessen geht nur die oberste Schicht der Na2SO4-Kristalle am Boden in das Dekahydrat über, wElrend der Rest als Anhydrid zurückbleibt. Es entstehen in dem Glaubersalz des Speichers somit 3 Schichten, nämlich das Anhydrid Na2SO4, das am Boden ve eibt. Darüber bilden sich die Na2SO4.10 H20-Kristalle und al oberste Schicht erhält man eine gesättigte Lösung von Glaubersalz Na2S04*10 H20. Das Wasser dieser gesättigten Lösung ist das übriggebliebene Kristallwasser der Anhydrid-Kristalle der untersten Schicht. Es ist bekannt, daß durch diese. Schichtenbildung die Speicherkapazität des Glaubersalzes herabgesetzt wird (Lorsch: CONSERVATION AND BETTER UTILIZATION OF ELECTRIC POWER BY MEANS OF THERMAL ENERGY STORAGE AND SOLAR HEATING, FINAL SUMMARY REPORT, University of Pennsylvania, July 31, 1973, Seiten 6-28 bis 6-38).
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, diese Schichtenbildung beim Schmelzen des Glaubersalzes in einem Wärmespeicher eines Sonnenkollektorsystems wenigstens weitgehend auszuschließen. Es ist nun bereits bekannt, dem Glaubersalz Eindickmittel zuzusetzen, um eine vollständige Kristallisation beim Erstarren des Glaubersalzes zu erhalten. Die bekannten Eindickmittel zeigen jedoch Alterungserscheinungen.
Es ist bekannt, daß durch eine Wasserhülle, die sich um die einzelnen Teilchen bildet, die Agglomerisation verhindert werden kann, d.h. es wird verhindert, daß sie sich zu gröberen Partikeln vereinigen. Die Erfindung besteht deshalb in einem Zusatz von 2 - 7 % amporpher Kieselsäure SiO2 als Eindickmittel mit einer Teilchengröbe von höchstens 20 nm und mit weniger als 20 % Wasserüberschuß. Vorzugsweise geeignet ist ein Gehalt an Kieselsäure von 2 1/2 - 6 % und insbesondere 3 - 4 96. Diese amorphe Kieselsäure wirkt, wenn das Glaubersalz schmilzt und verhindert dann die Sedimentation, indem es durch Anlagerung von freigesetztem Kristallwasser hydrophile Gele bildet. Beim Erstarren wird das Kristallwasser wieder chemisch gebunden.
Durch den Wasserüberschuß bleibt eine schützende Wasserhülle um das Gel erhalten, die eine Teilchenvergrößerung und damit Alterung verhindert.
Mit einer Teilchengröße von 12 nm wird zweckmäßig ein Wasserüberschuß von etwa 8 - 10 % gewählt. Besonders günstig ist bei dieser Teilchengröße ein Wasserüberschuß von 9 %. Mit einer Teilchengröße von 7 nm beträgt der Wasserüberschuß nur etwa 3 - 5 96, insbesondere etwa 4 96.
4 Patentansprüche

Claims

Patentansprüche 91.Jsonnenkollektorsystem mit Glaubersalz Na2SO4IO H20 als Latent-Wärmespeicher, das einen Zusatz von Borax als Kristallisationskernbildungsmittel sowie ein Eindickmittel enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Glaubersalz als Eindickmittel 2 - 7 % amorphe Kieselsäure (Siliziumdioxid Silo2) mit einer Teilchengröße von höchstens 20 nm und einem Wasserüberschuß von weniger als 20 % enthält.
2. Sonnenkollektorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt des Glaubersalzes an Kieselsäure 2 1/2 - 6 %, vorzugsweise etwa 3 - 4 %, beträgt.
3. Sonnenkollektorsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Teilchengröße von höchstens 12 nm der Wasserüberschuß 8 - 10 , insbesondere etwa 9 %, beträgt.
4. Sonnenkollektorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Teilchengröße von höchstens 7 nm der Wasserüberschuß 3 - 5 %, insbesondere etwa 4 %, beträgt.