DE2744468C3 - Vorrichtung zum Messen und gegebenenfalls Regeln des Ladungsgrades von Latentwärmespeichern - Google Patents
Vorrichtung zum Messen und gegebenenfalls Regeln des Ladungsgrades von LatentwärmespeichernInfo
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- C09K5/06—Materials undergoing a change of physical state when used the change of state being from liquid to solid or vice versa
- C09K5/063—Materials absorbing or liberating heat during crystallisation; Heat storage materials
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Description
Zusammensetzung
Schmelzpunkt
LiCIO1 -3 11,0
KF-4M2O
Na,lll'0V 12H2O
CaCl,-6 11,0
KF-4M2O
Na,lll'0V 12H2O
CaCl,-6 11,0
+ X1O0C
+ IH,5°C
+35,20C
+ 29,00C
+ IH,5°C
+35,20C
+ 29,00C
-9,6 "■;
-0,5 '
-4,3 ';■„
-7,3 %
-4,3 ';■„
-7,3 %
πι
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen
und gegebenenfalls Regeln des Ladungsgrades von Latentwärmespeichern, die aus einem Speicherbehälter
bestehen, der ein Speichermaterial enthält.
Latentwärmespeicher zeichnen sich gegenüber Speichern fühlbarer Wärme dadurch aus, daß die thermische
Energie bei einer konstanten, dem jeweiligen Verwendungszweck optimal angepaßten Temperatur gespeichert
werden kann. Dieser Vorteil schließt aber die Schwierigkeit ein, daß die Temperatur des Speichermaterials
nicht zur Indikation des Ladungsgrades herangezogen werden kann.
Da Wärmespeicher praktisch immer in einem System integriert sind (z. B. in einem Heizsystem mit Wärmepumpe,
Sonnenkollektor oder Fernwärme als Energiequelle), wird zur Steuerung und Regelung des Systems
eine Information über den Ladungsgrad des Speichers benötigt.
Zur Speicherung latenter Wärme ist vor allem der Phasenübergang des Schmelzens und Erstarrens einer
Substanz von Interesse, weil die Schmelzwärme vieler Stoffe relativ groß ist und die Änderung des Volumens,
z. B. gegenüber dem Verdampfen, relativ gering ist. So schrumpft beim Erstarren das Volumen von z. B. einigen
Salzhydraten um etwa 0,5 bis 10%, wie aus der folgenden Tabelle hervorgeht:
Volumenandcrung A ρ von einigen Sal/hydralen und
Hutcktika beim Phasenübergang
Hutcktika beim Phasenübergang
Zusammensetzung
Schmelzpunkt
NaF/H2O
MgSCVH2O
NH4HCO3ZH2O
3,5 0C
3,9°C
3,8°C
3,9°C
3,8°C
+8,3 %
+5,3 %
+4,6 %
+5,3 %
+4,6 %
Aus der DE-OS 18 09 088 ist ein Speicher zur Bevorratung von Wärme in fühlbarer Form (spezifische
Wärme) bekannt. Als Wärmespeichermedium dient dabei eine Flüssigkeit, die gleichzeitig auch als
zirkulierendes Wärmetransportmedium fungiert. Der Ladungsgrad dieses Speichers ist durch die Temperatur
des Speichermediums bectimmt. Es werden darum Temperaturfühler zur Indikation des Ladungsgrades
und zur Regelung der Aufheizung benutzt. Im Hinblick auf den bekannten Effekt der thermischen Ausdehnung
von Flüssigkeiten wird in der Offenlegungsschrift zwar die Möglichkeit zur Beobachtung der Niveauänderung
durch ein Schauglas in einem Ausdehnungsgefäß erwähnt. Der Effekt, der in diesem Falle ein zweites
Maß für den Ladungsgrad ist, wird aber nicht zur ltidikat'on und Regelung des Ladungsgrades herangezogen.
Er wäre hierzu auch weniger geeignet, da die Volumenänderung relativ gering ist. Sie liegt in der
Größenordnung von 1 · 10~3 pro Grad und ist nur etwa um den Faktor 4 bis 10 größer als die Ausdehnung der
Speichergefäße, die also noch als Korrektur zu berücksichtigen wäre. Da, wie in der Offenlegungsschrift
dargelegt wird, der Speicher fühlbarer Wärme eine Temperaturschichtur.jT hat, Hefen die Indikation
der Volumenänderung nur einen ungefähren Mittelwert des Ladungsgrades über dem ganzen Speicher. Die
Wärmekapazität der Flüssigkeit ist nämlich lemperalurabhängig; es sind folglich die Mengen und Tempera lurverhältnisse
innerhalb der Schichtungen von Einfluß auf den Ladungsgrad und die Gesamlausdchnung; beide
sind aber nicht bekannt. Es wird also z. B. durch das Volumen nicht angezeigt, welchen talsächlichen Ladungsgrad
die oberen, wärmeren Schichten haben, die ja eigentlich entladen, d. h. genutzt werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, den Ladungsgrad von Latentwärmespeichern auf einfache Weise zu messen
und gegebenenfalls zu regeln.
Diese Aufgabe wird nrfindungsgcmäß dadurch gelöst,
daß der Speicherbehälter zusätzlich zum Speichermaterial eine Flüssigkeit enthält, die über den gesamten
Betricbstcmperatiirbereich des Speichers flüssig bleibt und einen Dampfdruck S1 bar hat, und daß der
Speicherbehälter Einrichtungen zur Messung des Flüssigkeitsniveaiis aufweist, die gegebenenfalls mit
Einrichtungen zum Regeln der Wärme/u- und -ableitung
zum Wärmespeicher verbunden sind.
Gegenstand der Erfindung ist es also, die zuvor
erwähnte relativ kleine Volumenandcrung beim Phasenübergang auszunutzen, um eine integrale Indikation
über den Wärmeinhalt und damit den Ladungsgrad eines Speichers zu erhalten und zur Steuerung und
Regelung heranzuziehen.
Es ist hierzu erforderlich, daß zu dem Speichermaterial
noch eine Flüssigkeit in den Speicherbehälter gegeben wird, die übet den gesamten Temperaturbereich,
in dem der Speicher betrieben wird, flüssig bleibt und einen Dampfdruck S 1 bar hat, so daß sie den
schrumpfenden Speichermaterial überall folgt und alle im Behalter entstehenden Hohlräume ohne Gascin-
Schlüsse ausfüllt Beispiele für derartige Flüssigkeiten
sind Siliconöle und Parafinöle.
Vorzugsweise weist die zusätzliche Flüssigkeit kein Reaktions- und Lösungsvermögen in bezug auf das
Speichermaterial auf. Es ist aber auch möglich, zusätzliche Flüssigkeiten zu verwenden, die mit dem
Speichermaterial reagieren oder dieses lösen, wie z. B. Salzhydrate als Speichermaterial und Wasser als
zusätzliche Flüssigkeit. In diesem Falle wird das Speichermaterial, wie es in der Patentanmeldung P
27 20 1883 vorgeschlagen worden ist, durch geschmeidige bewegliche Trennwände (z. B. Kunststoffolien)
eingeschlossen und von der umgebenden Kontaktflüssigkeit getrennt. Da die Flüssigkeit gleichzeitig im Sinne
der genannten Patentanmeldung als thermisches Kontaktmedium fungieren kann, sollte sie außerdem auch
eine möglichst gute Wärmeleitfähigkeit besitzen.
Zweckmäßigerweise hat die zusätzliche Flüssigkeit ein niedrigeres spezifisches Gewicht als das Speichermaterial
und befindet sich das Flüssigkeitsniveau in einem verengten oberen Teil des Speicherbehälters.
Die Niveauänderung der Kontaktflüssigkeit ist proportional der Menge geschmolzenen Speichermaterials
und ist damit auch ein direktes, integrales Maß für den Inhalt an latenter Wärme (Schmelzwärme) im
Speicher.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher
beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 eine Vorrichtung, bei der die Niveauänderung
durch einen Schwimmer angezeigt wird, und
Fig. 2 eine Vorrichtung, bei der die elektrische Leitfähigkeit der Flüssigkeit zur Füllstandsmessung
ausgenutzt wird.
In den Figuren sind der Speicherbehälter bzw. die
Behälterwände mit 1 und das Speichermaterial mit 2 bezeichnet. Gemäß Fig. 1 ist das Speichermaterial in
Kunststoffolie verpackt; zwischen den einzelnen Speichermaterialpaketen 2 sind Wärmeaustauscher 3
angeordnet. Die Kontaktflüssigkeit, die im Falle der F i g. 2 elektrisch leitend ist, ist mit 4 bezeichnet.
Die Meß- und Regelvorrichtung gemäß der Erfindung
befindet sich bei den Figuren in einem verengten oberen Teil 5 des Speicherbehälters 1. Darin sind das obere bzw.
das untere Niveau der Koniakiflüssigkeit mit 6 bzw. 7 bezeichnet.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, kann die Niveauänderung
durch einen Schwimmer 8 angezeigt und direkt auch zur Schaltung eines Steuer- und Regelvorganges, z. B. zum
ι» Schließen oder Öffnen eines Ventils in einem mit
Flüssigkeitskreislauf betriebenen Wärmetransportsystem benutzt werden. Hierzu dienen eine Skala 9 und
elektrische Schalter 1OA und lOß zur Steuerung (mit Zeiger zur Skala 9). Die Niveauänderung kann aber
ι "> auch indirekt, z. B. mit Potentiometer oder kapazitivem
Wegaufp.ehmer, indiziert werden. Anstatt durch Schwimmer kann die Indikation und Regelung auch
über gebräuchliche Druckschalter erfolgen. Durch Einfärben der Flüssigkeit kann mit einer Lichtschleuse
-«' gearbeitet werden.
Ablauf der Regelvorgänge: Ist der Speicher voll aufgeladen, so bricht der Kontakt beim Schalter 10A ab
und der Aufladevorgang wird somit unterbrochen. Ist der Speicher entleert (z. B. auf 5%), so wird der Schalter
-"> 1OS geschlossen und damit das Signal für die Aufladung
gegeben. Bei dazwischenliegenden Stellungen des Schwimmers 8 befindet sich der Speicher in normaler
Be- bzw. Entladung.
Besitzt die Flüssigkeit, wie bei der Vorrichtung nach
in Fig. 2, eine elektrische Leitfähigkeit, z.B. durch
Auflösung von Salz in Wasser, so kann auch durch die veränderliche Eintauchtiefe einer Tauchelektrode 11,
/,. B. eines Metallstabes, und die damit verbundene
Änderung des elektrischen Widerstandes eine kontinu-
'"· ierliche Indikation des Beladungsgrades und eme
Systemsteuerung erfolgen. Die Gegenelektrode 12 zur Tauchelektrode ist zweckmäßigerweise an der Behälterwand
angebracht. Beide Elektroden sind über eine Stromquelle mit einem Widerstands-Meßgerät 13 mit
i" elektronischer Steuerung verbunden.
Hierzu 2 Müll /xichnuniicn
Claims (4)
1. Vorrichtung zum Messen und gegebenenfalls Regeln des Ladungsgrades von Latentwärmespeichern,
die aus einem Speicherbehälter bestehen, der ein Speichermaterial enthält, dadurch gekennzeichnet,
daß der Speicherbehälter (1) zusätzlich zum Speichermaterial (2) eine Flüssigkeit (4) enthält,
die über den gesamten Betriebstemperaturbereich des Speichers flüssig bleibt und einen Dampfdruck
< 1 bar hat, und daß der Speicherbehälter Einrichtungen
zur Messung des Flüssigkeitsniveaus aufweist, die gegebenenfalls mit Einrichtungen zum
Regeln der Wärmezu- und -ableitung zum Wärmespeicher verbunden sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Flüssigkeit (4) kein
Reaktions- und Lösungsvermögen in bezug auf das Speichermaterial (2) aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
da3 die zusätzliche Flüssigkeit (4) durch geschmeidige bewegliche Trennwände vom
Speichermaterial (2) getrennt ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Flüssigkeit (4)
ein niedrigeres spezifisches Gewicht ais das Speichermaterial (2) hat und daß sich das FlüEsigkeitsniveau
(6, 7) in einem verengten oberen Teil (5) des Speicherbehäiters (1) befindet.
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WO2002012814A1 (de) * | 2000-08-03 | 2002-02-14 | Globe Thermal Energy Ag | Latentwärmespeicher |
DE102012020335B4 (de) * | 2012-10-17 | 2018-12-13 | H.M. Heizkörper GmbH & Co. KG | Latentwärmespeicher mit einer Vorrichtung zur Bestimmung des Aggregatzustandes eines Phasenwechselmaterials und Verfahren zur Bestimmung des Aggregatzustandes eines Phasenwechselmaterials eines Latentwärmespeichers |
DE102014102234A1 (de) * | 2014-02-21 | 2015-08-27 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Wärmespeichervorrichtung und Verfahren zum Herstellen einer Wärmespeichervorrichtung |
DE102021122516A1 (de) * | 2021-08-31 | 2023-03-02 | Viessmann Climate Solutions Se | Verfahren zum betreiben eines energieversorgungssystems und energieversorgungssystem zur bereitstellung von kühlleistung und/oder heizleistung |
-
1977
- 1977-10-03 DE DE2744468A patent/DE2744468C3/de not_active Expired
Also Published As
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