DE2831325B1

DE2831325B1 - Heat storage with a latent heat storage medium

Info

Publication number: DE2831325B1
Application number: DE2831325A
Authority: DE
Inventors: Robert Kreikenbohm
Original assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Current assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Priority date: 1978-07-17
Filing date: 1978-07-17
Publication date: 1979-08-16

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmespeicher mit einem Latentwärme-Speichermedium, in den unten eine Zuführleitung für eine Wärmeträgerflüssigkeit und oben, über dem sich maximal einstellenden Niveau des Speichermediums eine Absaugleitung für die Wärmeträgerflüssigkeit münden.The invention relates to a heat store with a latent heat storage medium, in the bottom one Feed line for a heat transfer fluid and above, above the maximum level of the Storage medium open a suction line for the heat transfer fluid.

Derartige Wärmespeicher haben den Vorteil, daß sich in einem geringen Volumen große Wärmemengen speichern lassen. Dies wird durch die Ausnutzung der Schmelzwärme eines Stoffes, beispielsweise eines Salzes, erreicht. Im geladenen Zustand liegt das Speichermedium in flüssiger Phase vor. Im entladenen Zustand ist das Speichermedium fest. Es wird ein flüssiges Wärmeträgermedium verwendet, das in direktem Kontakt das Speichermedium durchströmt und sich mit diesem nicht mischt.Such heat accumulators have the advantage that large amounts of heat can be stored in a small volume let save. This is achieved by utilizing the heat of fusion of a substance, for example a Salt, achieved. When charged, the storage medium is in the liquid phase. Im discharged The storage medium is in the fixed state. A liquid heat transfer medium is used, which in direct contact flows through the storage medium and does not mix with it.

Ein Wärmespeicher der eingangs genannten Art ist in der älteren Patentanmeldung P 27 45 492.8-16 beschrieben. In diesen Wärmespeicher wird die Wärmeträgerflüssigkeit unten in tangentialer Richtung eingeleitet, so daß sich im Speichermedium eine Rotationsbewegung mit horizontaler Strömungskomponente ausbildet. Damit die Ladung des festen Speichermediums einsetzen : kann, ist eine Wärmeträgerflüssigkeit führende Auftauleitung vorgesehen, die sich durch das Speichermedium erstreckt. Mit dieser Auftauleitung wird zu Beginn der Ladung des Speichers das Speichermedium nur sehr langsam aufgetaut. Dadurch verzögert sich die Lade- :. dauer des Speichermediums.A heat accumulator of the type mentioned is described in the earlier patent application P 27 45 492.8-16. The heat transfer fluid is introduced into this heat accumulator at the bottom in a tangential direction, see above that a rotational movement with a horizontal flow component is formed in the storage medium. In order to The charge of the solid storage medium can be used: is a thawing line that carries heat transfer fluid provided which extends through the storage medium. With this thawing line, the Charge of the memory the storage medium only thaws very slowly. This delays the charging :. duration of the storage medium.

Andererseits kann bei derartigen Wärmespeichern, bei denen die Wärmeträgerflüssigkeit unten zugeführt wird, bei der Entladung des Speichermediums der Fall auftreten, daß im Bereich der Öffnung der Zuführleitung :. eine diese sperrende Eisbildung auftritt, wenn an sich oben noch warmes Speichermedium zur Erwärmung der Wärmeträgerflüssigkeit zur Verfügung steht.On the other hand, in such heat accumulators, in which the heat transfer fluid is supplied from below will occur during the discharge of the storage medium that in the area of the opening of the supply line :. this blocking ice formation occurs when the storage medium is still warm on top for heating the heat transfer fluid is available.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei Wärmespeichern der eingangs genannten Art den Wärmetausch zu Beginn der Ladung des Speichermediums und gegen Ende der Entladung des Speichermediums zu verbessern. The object of the invention is to facilitate the heat exchange in heat accumulators of the type mentioned at the beginning Beginning of the charging of the storage medium and towards the end of the discharging of the storage medium.

Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe dadurch gelöst, daß die Zuführleitung über die Höhe des Wärmespeichers verteilte Öffnungen aufweist und daß die oberste Öffnung im Bereich der oberen Grenzschicht des entladenen Speichermediums liegt. Die im Bereich der oberen Grenzschicht des Speichermediums liegende obere Öffnung ist so angeordnet, daß durch sie bei erstarrtem Speichermedium der Aufschmelzvorgang eingeleitet werden kann. Bei einem Speichermedium, das schneeartig kristallisiert, kann die oberste Öffnung knapp unterhalb der Grenzschicht liegen, da schneeartig kristallisiertes Speichermedium die oberste Öffnung nicht so zusetzt, daß durch sie keine Wärmeträgerflüssigkeit in das Speichermedium eintreten kann. Ist damit zu rechnen, daß das Speichermedium im erstarrten Zustand auch die oberste Öffnung versperrt, dann wird diese vorzugsweise über das sich bei entladenem -i· Speichermedium maximal einstellende Grenzschichtniveau gelegt.According to the invention, the above object is achieved in that the supply line extends over the height of the heat accumulator has distributed openings and that the uppermost opening in the region of the upper boundary layer of the discharged storage medium. The one located in the area of the upper boundary layer of the storage medium The upper opening is arranged in such a way that the melting process occurs through it when the storage medium has solidified can be initiated. In the case of a storage medium that crystallizes like snow, the top opening just below the boundary layer, since the storage medium crystallized like snow is the top opening does not clog in such a way that no heat transfer fluid can enter the storage medium through it. Is with it it is to be expected that the storage medium also blocks the uppermost opening in the solidified state, then this preferably above the maximum boundary layer level that occurs when the storage medium is discharged placed.

Im Zuge des Aufschmelzens des entladenen Speichermediums werden nacheinander von oben nach unten die einzelnen Öffnungen freigeschmolzen. Die durch die Öffnungen in das Speichermedium eintretende warme Wärmeträgerflüssigkeit lädt den Speicher auf.During the melting of the discharged storage medium the individual openings are melted free one after the other from top to bottom. The through the Openings in the storage medium entering warm heat transfer fluid charges the memory.

Beim Entladen des Speichermediums wird das Erstarren des Speichermediums von unten nach oben fortschreiten. Selbst wenn untere Öffnungen durch • erstarrtes Speichermedium versperrt sind, setzt sich der Wärmetausch durch obere Öffnungen fort. Das Speichermedium laß sich also vollständig entladen.When the storage medium is discharged, the storage medium solidifies from bottom to top progress. Even if the lower openings are blocked by • solidified storage media, the Heat exchange continues through upper openings. The storage medium can therefore be completely discharged.

Die beschriebenen Öffnungen führen somit einerseits zu einem raschen Übergang von dem entladenen . Zustand des Speichermediums zu dessen Ladungszustand und andererseits zu einer vollständigen Entladung gegen Ende der Entladung.The openings described thus lead, on the one hand, to a rapid transition from the discharged one . State of the storage medium to its charge state and, on the other hand, to a complete discharge towards the end of the discharge.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung sind Öffnungsquerschnitte unterer Öffnungen größer als .· Öffnungsquerschnitte oberer Öffnungen. Dadurch ist erreicht, daß dann, wenn das Speichermedium im flüssigen Zustand vorliegt, durch untere Öffnungen eine größere Menge Wärmeträgerflüssigkeit als bei oberen Öffnungen in das Speichermedium eintritt. Dadurch ist ein großer, vorzugsweise ein überwiegender Teil der Wärmeträgerflüssigkeit über eine lange Strecke in Kontakt mit dem Speichermedium. Vorzugsweise beträgt der Öffnungsquerschnitt der untersten ÖffnungIn a preferred embodiment of the invention, opening cross-sections of lower openings are greater than · Opening cross-sections of upper openings. This ensures that when the storage medium is in liquid state is present, a larger amount of heat transfer fluid through lower openings than with upper openings Openings enters the storage medium. As a result, a large, preferably a predominant part of the Heat transfer fluid in contact with the storage medium over a long distance. Preferably is the opening cross-section of the lowest opening

ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED

etwa 70 bis 90% der Summe aller Öffnungsquerschnitte.about 70 to 90% of the sum of all opening cross-sections.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung sind die Öffnungen an Rohrstutzen der Zuführleitung ausgebildet und die Rohrstutzen weisen schräg nach unten. Diese Ausrichtung der Rohrstutzen bzw. der öffnungen führt zu einer weiteren Beschleunigung des Aufschmelzens des Speichermediums.In an advantageous development of the invention, the openings are formed on pipe stubs of the supply line and the pipe sockets point downwards at an angle. This alignment of the pipe socket or the openings leads to a further acceleration of the melting of the storage medium.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung enden die Rohrstutzen im Bereich des Innenumfangs des Wärmespeichers und sind tangential zum Umfang ausgerichtet. Damit setzt die unter Druck in das Speichermedium eintretende Wärmeträgerflüssigkeit dieses in eine Rotationsbewegung, die zur Vermeidung einer Schaumbildung an der Oberfläche günstig ist.In a further embodiment of the invention, the pipe sockets end in the area of the inner circumference of the heat accumulator and are tangent to the circumference. This puts the under pressure in the storage medium entering heat transfer fluid this in a rotational movement to avoid foam formation is favorable on the surface.

Weitere vorteilhafte Fortbildung der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung. Die Zeichnung zeigt einen Wärmespeicher schematisch.Further advantageous developments of the invention emerge from the following description. the Drawing shows a heat accumulator schematically.

An einen Wärmespeicher 1 ist eine Zuführleitung 2 und eine Absaugleitung 3 angeschlossen. In dem Wärmespeicher 1 ist ein Latentwärme-Speichermedium 4 untergebracht, das bis in ein Grenzschichtniveau 5 reicht. Oberhalb des Grenzschichtniveaus 5 sammelt sich Wärmeträgerflüssigkeit 6, die durch eine Mündung 7 der Absaugleitung 3 abzuziehen ist.A supply line 2 and a suction line 3 are connected to a heat accumulator 1. By doing A latent heat storage medium 4 is accommodated in the heat storage device 1, which extends up to a boundary layer level 5 enough. Above the boundary layer level 5, heat transfer fluid 6 collects, which flows through an opening 7 of the suction line 3 is to be withdrawn.

Die Zuführleitung 2 ist mit vier Rohrstutzen 8, 9, 10 und 11 versehen, welche öffnungen 8', 9', 10' und 11' aufweisen. Die Rohrstutzen 8 bis 11 haben etwa die gleichen Abstände voneinander. Sie sind so schräg nach unten gerichtet, daß die aus ihnen austretende Wärmeträgerflüssigkeit eine kleine vertikale Strömungskomponente aufweist. Die Rohrstutzen 8 bis 11 liegen so im Bereich des Innenumfangs des Wärmespeichers 1, daß die aus ihnen austretende Wärmeträgerflüssigkeit dem Speichermedium, wenn es aufgeschmolzen ist, eine Rotationsbewegung aufprägt.The feed line 2 is provided with four pipe sockets 8, 9, 10 and 11, which have openings 8 ', 9', 10 'and 11' exhibit. The pipe socket 8 to 11 have approximately the same distances from one another. You're so weird after directed downwards that the heat transfer fluid emerging from them has a small vertical flow component having. The pipe sockets 8 to 11 are located in the area of the inner circumference of the heat accumulator 1 that the heat transfer fluid emerging from them becomes the storage medium when it is melted is, impresses a rotational movement.

Die Öffnungsquerschnitte der öffnungen 8' bis 11' werden nach unten zunehmend größer. Der Öffnungsquerschnitt der untersten öffnung beträgt etwa 70 bis 90% der Summe aller Öffnungsquerschnitte.The opening cross-sections of the openings 8 'to 11' become increasingly larger downwards. The opening cross-section of the lowermost opening is approximately 70 to 90% of the sum of all opening cross-sections.

Die oberste öffnung 8' liegt oberhalb des Grenzschichtniveaus 5.The uppermost opening 8 'lies above the boundary layer level 5.

Der beschriebene Wärmespeicher arbeitet etwa folgendermaßen:The heat accumulator described works roughly as follows:

Im entladenen Zustand liegt das Speichermedium in fester Form vor. Die Öffnungen 9', 10' und 11' sind dementsprechend versperrt.When discharged, the storage medium is in solid form. The openings 9 ', 10' and 11 'are blocked accordingly.

Tritt beispielsweise aus Sonnenkollektoren heiße Wärmeträgerflüssigkeit in die Zuführleitung 2 ein, dann kann die Wärmeträgerflüssigkeit zunächst nur durch die öffnung 8' austreten. Die durch die öffnung 8' austretende Wärmeträgerflüssigkeit schmilzt das Speichermedium im Bereich des Grenzschichtniveaus 5 auf. Durch die schräg nach unten gerichtete Ausrichtung des Rohrstutzens 8 pflanzt sich das Aufschmelzen nach unten fort. Durch die Absaugleitung 3 wird die abgekühlte Wärmeträgerflüssigkeit abgesaugt und im Beispielsfalle zu den Sonnenkollektoren geleitet.If, for example, hot heat transfer fluid from solar collectors enters the supply line 2, then the heat transfer fluid can initially only exit through the opening 8 '. The through the opening 8 ' Exiting heat transfer fluid melts the storage medium in the area of the boundary layer level 5 on. Due to the obliquely downward alignment of the pipe socket 8, the melting is replenished down below. Through the suction line 3, the cooled heat transfer fluid is sucked off and in the Sample trap headed to the solar panels.

Sobald durch die öffnung 8' das Speichermedium bis zur öffnung 9' aufgeschmolzen ist, tritt auch durch die öffnung 9' heiße Wärmeträgerflüssigkeit in das Speichermedium ein. Dadurch wird dieses im Querschnittsbereich des Wärmespeichers 1 unterhalb der öffnung 9' aufgeschmolzen. Entsprechendes gilt für die öffnungen 10' und 11'. Im Zuge des Freiwerdens unterer öffnungen wird die Strömungsgeschwindigkeit der aus oberen öffnungen austretenden Wärmeträgerflüssigkeit geringer, so daß im Endergebnis bei vollständig aufgeschmolzenem Speichermedium die Wärmeträgerflüssigkeit überwiegend durch die öffnung 11' austritt, so daß sie zum Wärmeaustausch mit dem Speichermedium praktisch dessen gesamte Höhe durchströmtAs soon as the storage medium has melted through the opening 8 'up to the opening 9', it also passes through the Opening 9 'hot heat transfer fluid into the storage medium. This is in the cross-sectional area of the heat accumulator 1 melted below the opening 9 '. The same applies to openings 10 'and 11'. In the course of becoming free lower openings becomes the flow velocity of the heat transfer fluid exiting from the upper openings less, so that in the end result, when the storage medium is completely melted, the heat transfer fluid predominantly exits through the opening 11 ', so that it flows through practically the entire height of the storage medium for heat exchange with the storage medium

Nach der Ladung des Speichermediums steht dieses zur Entladung zur Verfügung. Bei der Entladung wird kalte Wärmeträgerflüssigkeit aus Wärmeverbrauchern durch die Zuführleitung 2 in das flüssige, warme Speichermedium 4 geleitet und erwärmt durch die Absaugleitung 3 den Wärmeverbrauchern zugeführtAfter the storage medium has been charged, it is available for discharge. When discharging will cold heat transfer fluid from heat consumers through the supply line 2 into the liquid, warm Storage medium 4 passed and heated through the suction line 3 supplied to the heat consumers

Gegen Ende der Entladung des Speichermediums wird dieses zunächst unten kristallisieren. Dadurch setzt sich die Öffnung 11' zu. Der Wärmetausch kann jedoch durch die öffnungen 10', 9' und 8' weitergehen, bis sich auch die öffnungen 10' und 9' zugesetzt haben. Wenn auch das Speichermedium oberhalb der öffnung 9' erstarrt ist, ist die Entladung beendetTowards the end of the discharge of the storage medium, it will initially crystallize at the bottom. This sets the opening 11 'to. The heat exchange can, however, continue through the openings 10 ', 9' and 8 'until it is also the openings 10 'and 9' have clogged. Even if the storage medium is above the opening 9 ' has solidified, the discharge is ended

Die über die Höhe des Speichermediums verteilten öffnungen führen sowohl dann, wenn nach nur teilweiser Ladung eine Entladung erfolgen soll als auch dann, wenn nach teilweiser Entladung eine Ladung erfolgt dazu, daß der jeweilige Wärmeaustausch ohne Verzögerung eintreten kann.The openings distributed over the height of the storage medium lead both if after only partial charge a discharge should take place as well then, if after partial discharge a charge takes place to that the respective heat exchange without Delay can occur.

Im Rahmen der Erfindung liegen zahlreiche weitere Ausgestaltungen. So ist es beispielsweise möglich, mehrere Zuführleitungen und/oder mehrere öffnungen in jeder Höhenlage vorzusehen. Die Rohrstücke brauchen nicht gleich lang zu sein. Sie können auch so angeordnet sein, daß der jeweils obere Rohrstutzen auf den Mündungsbereich des darunterliegenden Rohrstutzens gerichtet ist Durch die Bemessung der Öffnungsquerschnitte und die Ausrichtung und Anordnung der Rohrstutzen hinsichtlich Anzahl und Abständen lassen sich um Bedarfsfall gewünschte Lade- und Enladecharakteristiken erreichen.Numerous further refinements lie within the scope of the invention. For example, it is possible several supply lines and / or several openings to be provided at any altitude. The pipe pieces do not need to be the same length. They can also be arranged so that the respective upper pipe socket on the mouth area of the pipe socket below is directed by the dimensioning of the opening cross-sections and the alignment and arrangement of the Pipe sockets in terms of number and spacing can be tailored to the required loading and unloading characteristics reach.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patentansprüche:Patent claims:

1. Wärmespeicher mit einem Latentwärme-Speichermedium, in den unten eine Zuführleitung für eine Wärmeträgerflüssigkeit und oben über dem sich maximal einstellenden Niveau des Speichermediums eine Absaugleitung für die Wärmeträgerflüssigkeit münden, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführleitung (2) über die Höhe des Wärmespeichers (1) verteilte Öffnungen (8', 9', 10', 11') aufweist und daß die oberste Öffnung (8') im Bereich der oberen Grenzschicht (5) des entladenen Speichermediums (4) liegt.1. Heat storage with a latent heat storage medium, in the bottom a supply line for a heat transfer fluid and above the maximum level of the storage medium open a suction line for the heat transfer fluid, characterized in that the Feed line (2) has openings (8 ', 9', 10 ', 11') distributed over the height of the heat accumulator (1) and that the uppermost opening (8 ') in the region of the upper boundary layer (5) of the discharged storage medium (4) lies.

2. Wärmespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die oberste Öffnung (8') über dem sich bei entladenem Speichermedium (4) maximal einstellenden Grenzschichtniveau (5) liegt.2. Heat accumulator according to claim 1, characterized in that the uppermost opening (8 ') over the maximum boundary layer level (5) when the storage medium (4) is discharged.

3. Wärmespeicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Öffnungsquerschnitte unterer Öffnungen (9', 10', 11') größer sind als Öffnungsquerschnitte oberer Öffnungen (8', 9', 10').3. Heat accumulator according to claim 1 or 2, characterized in that opening cross-sections lower openings (9 ', 10', 11 ') are larger than opening cross-sections of upper openings (8', 9 ', 10').

4. Wärmespeicher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungsquerschnitt jeder Öffnung (9', 10', 11') größer ist als der Öffnungsquerschnitt der über ihr liegenden Öffnung (8', 9', 10').4. Heat accumulator according to claim 3, characterized in that the opening cross section each Opening (9 ', 10', 11 ') is larger than the opening cross-section of the opening (8', 9 ', 10') above it.

5. Wärmespeicher nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungsquerschnitt der untersten Öffnung (H') etwa 70 bis 90% der Summe aller Öffnungsquerschnitte beträgt.5. Heat accumulator according to claim 3 or 4, characterized in that the opening cross section the lowest opening (H ') is about 70 to 90% of the sum of all opening cross-sections.

6. Wärmespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (8', 9', 10', 11') gleiche Abstände voneinander haben.6. Heat accumulator according to one of the preceding claims, characterized in that the Openings (8 ', 9', 10 ', 11') are equally spaced from one another.

7. Wärmespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (8', 9', 10', 11') an Rohrstutzen (8, 9, 10, 11) der Zuführleitung (2) ausgebildet sind.7. Heat accumulator according to one of the preceding claims, characterized in that the Openings (8 ', 9', 10 ', 11') are formed on pipe sockets (8, 9, 10, 11) of the supply line (2).

8. Wärmespeicher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrstutzen (8, 9, 10, 11) schräg nach unten weisen.8. Heat accumulator according to claim 7, characterized in that the pipe socket (8, 9, 10, 11) point downwards at an angle.

9. Wärmespeicher nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrstutzen (8, 9, 10, 11) im Bereich des Innenumfangs des Wärmespeichers (1) enden und tangential zum Umfang ausgerichtet sind.9. Heat accumulator according to claim 7 or 8, characterized in that the pipe socket (8, 9, 10, 11) end in the area of the inner circumference of the heat accumulator (1) and tangential to the circumference are aligned.