DE2741829A1 - Latent heat storage material of encapsulated wax in liquid medium - allowing heat transfer by convection - Google Patents

Latent heat storage material of encapsulated wax in liquid medium - allowing heat transfer by convection

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Abstract

A heat storage material functioning by phase conversion using its latent heat, consists of paraffin wax particles coated with a plastics, metal foil or glass film, with a fluid, e.g. water, filling the spaces between the particles. Used in hot water, central heating and solar energy storage systems. Heat storage and release takes place over a narrow temp. range and heat transfer occurs by convection, with only short paths through the coating dependent on conduction.

Description

LatentwärmespeicherLatent heat storage

Die Erfindung betrifft einen Latentwärmespeicher mit aus Paraffin bestehendem Speichermedium.The invention relates to a latent heat storage device made from paraffin existing storage medium.

Aus der DT-OS 23 05 504 ist eine aufladbar Vorrichtung zur Speicherung von Wärme oder Kälte bekannt. Hierbei wird die Temperatur bei des Phasenumwandlung eines chemischen Stoffes dazu ausgenutzt, ein Heizkissen zu betreiben.From DT-OS 23 05 504 is a rechargeable device for storage known from heat or cold. This is the temperature at the phase transition of a chemical substance used to operate a heating pad.

Zur Speicherung von Wärmeenergie in Temperaturbereich bis 1000 C werden derzeit Wasserspeicher verwendet, die folgende Vorteile aufweisen: - niedrige Kosten des Speichermediums - hohe Wärmekapazität (4, 18 kJ/kg . grad) - schnelle Reaktonszeit durch konvektiven Wärmeaustausch.For storage of thermal energy in a temperature range up to 1000 C. currently used water reservoirs, which have the following advantages: - low cost of the storage medium - high heat capacity (4.18 kJ / kg. degrees) - fast reaction time through convective heat exchange.

Wärmespeicherung mittels Wasser findet sowohl im Haushalt wie auch im industriellen Bereich Anwendung. Nachteilig ist jedoch, dass jede Wärmeentnahme oder Wärmezufuhr mit einer Temperaturänderung des Wassers verbunden ist. Beispielsweise wird im Haushalt (Warmwasserbereitung, Heizung, Speicherung von Solarenergie) eine Wassertemperatur von ca. 40 bis 500 C benötigt. Um diese Temperatur als konstante Wasserabgabetemperatur zur Verfügung zu stellen, muss der Speicher auf höhere Temperaturen erwärmt werden und durch Zumischen von Kaltwasser wird die gewünschte Endtemperatur eingestellt.Heat storage by means of water takes place both in the household as well in industrial applications. However, it is disadvantageous that any heat extraction or heat is associated with a change in temperature of the water. For example is used in the household (water heating, Heating, storage of Solar energy) requires a water temperature of approx. 40 to 500 C. At this temperature The storage tank must provide a constant water discharge temperature can be heated to higher temperatures and by adding cold water the desired final temperature set.

Die Maximaltemperatur, auf die der Speicherbehälter erhitzt werden muss, ist umso höher, je höher die verlangte Speicherkapazität ist. Bei hoher Speichertemperatur sind jedoch die Wärmeverluste hoch, oder es müssen aufwendige Isolierungsmassnahmen getroffen werden, um die Verluste klein zu halten.The maximum temperature to which the storage container will be heated the higher the required storage capacity, the higher it is. If the storage tank temperature is high however, the heat losses are high or expensive insulation measures are required taken to keep losses small.

Durch Verwendung von Latentwärmespeichern mit einem Speichermaterial, das z. B. den Phasenwechsel fest - flüssig bei der gewünschten Abgabetemperatur vollzieht, können die erwähnten Nachteile der Warmwasserspeicherung umgangen werden. Dieses an sich bekannte und für verschiedene Anwendungsfälle genutzte Latentwärmespeicherungsverfahren weist jedoch einen erheblichen Nachteil auf, der seine Anwendung bisher entscheidend behindert hat.By using latent heat storage with a storage material, the Z. B. the phase change solid - liquid at the desired dispensing temperature takes place, the mentioned disadvantages of hot water storage can be avoided. This latent heat storage method, known per se and used for various applications however, it has a considerable disadvantage that has so far been decisive for its use has hindered.

Befindet sich das Latentwrrmespeichermaterial im festen Zustand (nach Abgabe seiner Latentwärme) so erfolgt die Wärmezufuhr oder weitere Wärmeentnahme nicht mehr durch Konvektion, sondern nur durch Wärmeleitung, was mit grosser zeitlicher Trägheit des Speichers verbunden ist und zu Wärmeverlusten führt.If the latent heat storage material is in the solid state (according to Release of its latent heat) heat is supplied or further heat is extracted no longer through convection, but only through heat conduction, what with greater temporal Inertia of the memory is connected and leads to heat losses.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Latentwärmespeicher zu schaffen, bei dem die Wärmezufuhr und Wärmeabgabe im wesentlichen durch Konvektion erfolgt.The invention is based on the object of a latent heat store to create in which the heat supply and heat release essentially by convection he follows.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass ummantelte Paraffinteilchen in Kugelform oder aber geometrisch unregelmässiger Form das Latentwärmespeichermedium bilden und der Raum zwischen den ummantelten Paraffinteilchen mit einer Flüssigkeit, z. B. Wasser gefüllt ist. Die Ummantelung kann aus Kunststoff, Metall oder Glas bestehen und weist vorzugsweise nur eine geringe Wandstärke auf.This object is achieved according to the invention in that sheathed Paraffin particles in spherical shape or geometrically irregular shape are the latent heat storage medium form and the space between the coated paraffin particles with a liquid, z. B. water is filled. The sheathing can be made of plastic, metal or glass exist and preferably has only a small wall thickness.

Der erfindungsgemässe Speicher besteht aus einer Mischung von Latentwärmespeichermaterial und einem wärmeübertragenden Medium, das im gesamten in Frage kommenden Temperaturbereich flüssig ist und somit eine konvektive Wärmeübertragung ermöglicht. Das Latentwärmespeichermaterial ist in feiner Form in der Flüssigkeit verteilt, so dass im festen Zustand des Latentwärmespeichermaterials die Wärme durch Wärme leitung nur über sehr kurze Wege uebertragen wird.The storage device according to the invention consists of a mixture of latent heat storage material and a heat transfer medium that covers the entire temperature range in question is liquid and thus enables convective heat transfer. The latent heat storage material is distributed in fine form in the liquid, so that in the solid state of the latent heat storage material the heat is only transferred over very short distances by heat conduction.

Die vorzugsweise gewählte Kunststoffummantelung der Paraffin teilchen ist elastisch oder starr und kann durch Tauchen oder Lackieren aufgebracht werden. Vorteilhaft ist es, wenn die Kunststoffummantelung nur geringe Wandstärken aufweist, da hierdurch der Raumverlust durch nicht am Wärmespeicherprozess teilnehmendes Material gering gehalten wird. Zur Verbesserung der Wärmekonvektion können die kunststoffummantelten Paraffinteilchen eine rauhe Oberfläche aufweisen. Die Grösse der Paraffinteilchen wird vorzugsweise in einem Bereich zwischen 2 bis 10 mm liegen; dies bietet ausserdem noch den Vorteil, dass die Paraffinteilchen zusammen mit dem sie umgebenden Wasser ein fliessfähiges Gemisch bilden, das zur direkten Wärmee inspe ic herung beispielsweise Solarkollektoren durchfliessen kann und dann in einem Sammelbehälter gesammelt wird.The preferably selected plastic coating of the paraffin particles is elastic or rigid and can be applied by dipping or painting. It is advantageous if the plastic coating has only small wall thicknesses, as this results in the loss of space due to material that does not participate in the heat storage process is kept low. For improvement the heat convection can the plastic-coated paraffin particles have a rough surface. the The size of the paraffin particles is preferably in a range between 2 to 10 mm lie; this also offers the advantage that the paraffin particles come together form a flowable mixture with the surrounding water, which is used for direct Heat inspection can flow through solar collectors, for example, and then is collected in a collecting container.

Ausserdem kann das iliessfähige Gemisch von einem Behälter in einen anderen Behälter gepumpt werden oder aber die Wärmeabgabe beim Erstarren des Paraffins kann durch z. B. Rühren oder Umpumpen erheblich verbessert werden.In addition, the pourable mixture from a container in a pumped into another container or the heat given off when the paraffin solidifies can by z. B. stirring or pumping can be significantly improved.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus den Figuren und den Ausftüirungsbeispielen, die nachfolgend beschrieben sind.Further advantages, features and possible uses of the invention result from the figures and the exemplary embodiments, which are described below are.

Es zeigen: Figur 1 einenLatentwärnespeicher gemäss der Erfindung, Figur 2 ein kugelförmiges Paraffinteilchen, das von Kunststoff ummantelt ist und Figur 3 ein unregelmässig geformtes Paraffinteilchen, das von Kunststoff ummantelt ist.They show: FIG. 1 a latent heat storage device according to the invention, FIG. 2 shows a spherical paraffin particle which is coated by plastic and FIG. 3 shows an irregularly shaped paraffin particle encased in plastic is.

Figur 1 zeigt einen Speicherbehälter 2 rechteckiger Gestalt, mit Behälterwandungen 4, einem Speichermedium 6, eipem Lditungsrohr 8 und zwei Rohrschlangen 10 und li, die das Speichernedium 6 durchlaufen. Rohrschlange 10 steht beispielsweise mit einem nicht gezeigten Solarkollektor in Verbindung, während Rohrschlange 11 Brauchwasser für eine Heizung oder Duschanlage liefern soll.Figure 1 shows a storage container 2 of rectangular shape, with container walls 4, a storage medium 6, a Lditungsrohr 8 and two pipe coils 10 and li, which pass through the storage medium 6. Coiled pipe 10 is, for example, with a not shown Solar collector connected while pipe coil 11 should supply service water for a heating or shower system.

Im Wärmetauscherbehälter 4 befinden sich kunststoffummantelte Paraffinteilchen 16, wie sie in Figur 2 und 3 gezeigt sind.In the heat exchanger tank 4 there are plastic-coated paraffin particles 16, as shown in FIGS. 2 and 3.

Diese bestehen aus Paraffin 12 und einem Kunststoffilm oder einer Lackschicht 14. Das Paraffin wird als Wärmespeichermaterial verwendet. Der Schmelzbereich technischer Paraffine liegt zwischen 30 und 60°C, so dass innerhalb eines grossen Temperaturbereichs die Phasenwechseltemperatur frei gewählt werden kann. Die Phasenwechselenthalpie von Paraffin beträgt ca. 170 kJ/kg; die Kosten für technische Paraffine sind verhältnismässig gering und liegen derzeit bei ca. 1 DM/kg.These consist of paraffin 12 and a plastic film or a Lacquer layer 14. The paraffin is used as a heat storage material. The melting range technical paraffins is between 30 and 60 ° C, so that within a large Temperature range the phase change temperature can be freely selected. The phase change enthalpy of paraffin is about 170 kJ / kg; the costs for technical paraffins are proportionate low and are currently around 1 DM / kg.

Technisches Paraffin wird in Blöcken, Platte-n oder als Granulat geliefert und nachfolgend, falls erforderlich, durch Mahlen, Aufschmelzen und Abkühlen oder Verschleudern in Teilchengrösse von etwa 2 bis 10 mm zerkleinert. Diese Paraffinteilchen werden nun bei Raumtemperatur z. B. in eine Lösung von weich- macherarmem PVC (Organosol) eingebracht, wodurch sie sich vollständig mit einer Schicht von ca. 20 bis 100 /um ummanteln. Zur Ummantelung werden entweder elastische oder formstabile Kunststoffmaterialien verwendet. Das Kunststoffmaterial soll bei der Phasenumwandlung des Paraffins die Volumenänderungen nach Möglichkeit aufnehmen.Technical paraffin is supplied in blocks, sheets or granules and subsequently, if necessary, by grinding, melting and cooling or Spinning crushed to a particle size of about 2 to 10 mm. These paraffin particles are now at room temperature z. B. in a solution of low-plasticizer PVC (Organosol) introduced, whereby it is completely covered with a layer of approx. 20 to 100 μm sheath. Either elastic or dimensionally stable plastic materials are used for sheathing used. The plastic material should during the phase transformation of the paraffin Record volume changes whenever possible.

Bei einer anderen Herstellungsform werden die Paraffinteilchen mit einem Lackfilm aus weichmacherfreiem Polyamid, einem Epoxydharz oder einem Posurethan ummantelt. Die ummantelten Paraffinteilchen 16 werden in einen Wärmetauscherbehälter 2 oder Speichertank gefüllt, so dass sie dessen Volumen möglichst vollständig ausfüllen. Der verbleibende Zwischenraum wird mit Wasser aufgefüllt. Die Ummantelung 14 der Paraffinteilchen 12 verhindert, dass das Paraffin im flüssigen Zustand zusammenläuft und bei der Abkühlung zu grossen Agglomeraten erstarrt. Würde man Paraffin und Wasser als Wärmespeicher verwenden ohne dass die Paraffinteilchen ummantelt sind, so würde sich das Paraffin wegen seines geringeren Artgewichts auf dem Wasser schwimmend absondern.In another production form, the paraffin particles are with a paint film made of plasticizer-free polyamide, an epoxy resin or a posurethane encased. The jacketed paraffin particles 16 are placed in a heat exchanger tank 2 or storage tank filled so that it has its volume as possible fill in completely. The remaining space is filled with water. The coating 14 of the paraffin particles 12 prevents the paraffin in the liquid State converges and solidifies to form large agglomerates on cooling. Would you can use paraffin and water as a heat store without affecting the paraffin particles are coated, the paraffin would be due to its lower species weight separate from the water in a floating manner.

Das Paraffin würde für sich allein zu einem Block erstarren und wegen der schlechten Wärmeleitung des Paraffins im festen Zustand könnte bei der Erstarrung die Umwandlungswärme nicht in genügender Weise ausgenutzt werden.The paraffin would solidify into a block on its own and because of The poor thermal conductivity of paraffin in the solid state could result in solidification the heat of transformation is not used in a sufficient way.

Anders beim Gegenstand der Erfindung, hier stehen Wasser und Paraffinteilchen in enger Konvektionsverbindung, so dass die Phasenumwandlungswärme ungehindert in das Wasser übertreten kann. Eine Verstärkung des Konvektionseffektes kann noch dadurch erzielt werden, dass das Speichermaterial im Wärmetauscherbehälter umgepumpt wird, wodurch ein noch besserer Wärmeaustausch gewährleistet ist.This is different with the subject matter of the invention, here are water and paraffin particles in close convection connection, so that the phase change heat unhindered in the water can step over. This can increase the convection effect it can be achieved that the storage material is pumped around in the heat exchanger tank, whereby an even better heat exchange is guaranteed.

Das Speichermedium ist ein fliessfähiges Material, das im Bedarfsfall durch Rohrleitungen, z. B. Solarkollektoren, gepumpt werden kann.The storage medium is a flowable material that can be used in case of need through pipelines, e.g. B. solar collectors can be pumped.

Ein Vergleich der Wärmespeicherkapazität eines reinen Wasserwärmespeichers mit einem erfindungsgemässen Latentwärmespeicher ergibt sich aus folgend-em: Wasserspeicher mit nutzbarem Temperaturintervall von 40 - 800 C.A comparison of the heat storage capacity of a pure water heat storage with a latent heat storage device according to the invention results from the following: water-tank with a usable temperature range of 40 - 800 C.

Bei einer Masse von 1000 kg ergibt sich eine nutzbare Wärmemenge in Höhe von 167 MJ.With a mass of 1000 kg, there is a usable amount of heat in Height of 167 MJ.

Latentwärmespeicher der erfindungsgemässen Art mit 70 % Paraffin (Umwandlungstemperatur 500 C); nutzbares Temperatur intervall 40 bis 600 C; Wasseranteil 25 %; Anteil der Kunststoffummantelung 5 %. Es ergibt sich eine nutzbare Wärmemenge von 200 MJ.Latent heat storage of the type according to the invention with 70% paraffin (conversion temperature 500 C); usable temperature range 40 to 600 C; Water content 25%; part of the Plastic coating 5%. This results in a usable amount of heat of 200 MJ.

Der entscheidende Vorteil eines Latentwärmespeichers gegenüber einem üblichen Wasserspeicher ist jedoch nicht die vergrösserte Wärmekapazität, sondern das enge Temperaturintervall, in dem die Wärme abgegeben wird.The decisive advantage of a latent heat storage system over a usual water storage is not the increased heat capacity, but the narrow temperature interval in which the heat is given off.

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Claims (8)

Patentansprüche Latentwärmespeicher mit aus Paraffin bestehendem Speichermedium, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem Kunststoffilm (14) ummantelte Paraffinteilchen (12) das Latentwårmespeichermedium (6) bilden und tier Raum zwischen den ummantelten paraffintejichen (16) mit einer Flüssigkeit, z. B. Wasser, gefüllt ist.Patent claims latent heat storage with storage medium consisting of paraffin, characterized in that paraffin particles coated with a plastic film (14) (12) form the latent heat storage medium (6) and the space between the encased paraffin particles (16) with a liquid, e.g. B. water is filled. 2. Latentwärmespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an Stelle des Kunststoffilms eine Metall£olie oder Glas zur Umhüllung der Paraffinteilchen (12) verwendet werden.2. Latent heat storage device according to claim 1, characterized in that Instead of the plastic film, a metal film or glass to enclose the paraffin particles (12) can be used. 3. Latentwärmespeicher nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ummantelten Paraffinteilchen (16) Kugel-Stiftform form, Plättchenform/oder geometrisch unregelnässige Form aufweisen.3. Latent heat storage device according to Claims 1 and 2, characterized in that that the coated paraffin particles (16) ball-pin shape, platelet shape / or have geometrically irregular shape. 4. Latentwärmespeicher nach Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffummantelung (14) der Paraffinteilchen (12) elastisch oder starr ist.4. Latent heat storage device according to Claims 1 and 3, characterized in that that the plastic coating (14) of the paraffin particles (12) is elastic or rigid is. 5. Latentwärmespeicher nach nsprüchen L bis L, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilchengrösse der Paraffinteilchen 2 bis 10 mm beträgt.5. Latent heat storage according to claims L to L, characterized in that that the particle size of the paraffin particles is 2 to 10 mm. 6. Latentwärmespeicher nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die kunststoffummantelten Paraffinteilchen (16) eine rauhe Oberfläche aufweisen.6. Latent heat storage device according to Claims 1 to 5, characterized in that that the plastic-coated paraffin particles (16) have a rough surface. 7. Latentwärmespeicher nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffummantelung (1t) aus PVC, Polyamid, Polyurethan oder Silikon von ca. 20 bis 100 /um Dicke besteht.7. Latent heat storage device according to Claims 1 to 5, characterized in that that the plastic coating (1t) is made of PVC, polyamide, polyurethane or silicone from about 20 to 100 µm thick. 8. Latentwärmespeicher nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Speichermedium (6) zusammen mit dem Wasser ein fliessfähiges Gemisch bildet.8. Latent heat storage device according to Claims 1 to 7, characterized in that that the storage medium (6) forms a flowable mixture together with the water.
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