DE102011004202A1

DE102011004202A1 - Latentwärmespeicherelement und Energiespeicher

Info

Publication number: DE102011004202A1
Application number: DE102011004202A
Authority: DE
Inventors: Michael Prof. Dr.-Ing. habil. 76879 Kauffeld
Original assignee: Hochschule Karlsruhe Technik und Wirtschaft
Current assignee: Hochschule Karlsruhe Technik und Wirtschaft
Priority date: 2010-02-22
Filing date: 2011-02-16
Publication date: 2011-08-25

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Latentwärmespeicherelement (1) in Form eines verkapselten Schütt- oder Stapelgutes für einen mit einem Wärmeträgerfluid befüllbaren Energiespeicher (4), mit einem Hohlkörper (2) und mindestens einem in dem Hohlkörper (2) angeordneten Latentwärmespeichermedium, wobei der Hohlkörper (2) als röhrenförmiger Hohlkörper (2) oder als kugelförmiger Hohlkörper gestaltet ist und in dem Hohlkörper (2) eine Matrix (3) aus einem Material mit einer gegenüber dem Latentwärmespeichermedium erhöhten Wärmeleitfähigkeit angeordnet ist, in welche das Latentwärmespeichermedium eingebettet ist. Die Erfindung betrifft weiter einen Energiespeicher (4) umfassend einen Behälter (40), welcher zumindest teilweise mit einem Wärmeträgerfluid befüllbar ist, wobei in dem Behälter (40) eine Vielzahl an erfindungsgemäßem Latentwärmespeicherelementen (1) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Latentwärmespeicherelement für einen mit einem Wärmeträgerfluid befüllbaren Energiespeicher, mit einem Hohlkörper und mindestens einem in dem Hohlkörper angeordneten Latentwärmespeichermedium.
Bei erneuerbaren Energieanlagen, wie Windkraft- und/oder Solaranlagen, aber auch bei Energieanlagen mit fossilen Energieträgern oder bei Kernkraftwerken, fällt eine Energieerzeugung nicht immer zeitlich mit einem Energiebedarf zusammen. Für eine zeitliche und/oder räumliche Entkopplung der Energieerzeugung von dem Energiebedarf ist daher als Puffer eine Energiespeicherung erforderlich. Als Energiespeicher sind sogenannte Latentwärmespeicher bekannt, welche eine Enthalpie reversibler thermodynamischer Zustandsänderungen eines Speichermediums, des Latentwärmespeichermediums, nutzen. Besonders vorteilhaft ist dabei die Ausnutzung eines Phasenübergangs fest-flüssig-fest, d. h. Schmelzen-Erstarren-Schmelzen, eines Latentwärmespeichermediums.
Durch den Phasenwechsel fest-flüssig-fest lassen sich bezogen auf das Speichervolumen große Mengen an Energie speichern. Je nach Temperaturbereich des Einsatzgebietes ist beispielsweise die Verwendung von Eis, Paraffin oder Salz als Latentwärmespeichermedium bekannt. Die Wärme wird in der Regel über ein Wärmeträgerfluid in den und aus dem Speicher transportiert. Das Wärmeträgerfluid muss stofflich von dem Latentwärmespeichermedium getrennt geführt werden.
Aus dem Stand der Technik sind für die Speicherung von thermischer Energie verschiedene Arten von Latentwärmespeichern bekannt. Gemäß einer bekannten Bauform ist das Speichermedium in einem geschlossenen Behälter angeordnet, durch welchen von einem Wärmeträgerfluid durchströmte Rohrleitungen verlegt sind. Dabei erstarrt oder schmilzt das Speichermedium während das Wärmeträgerfluid innen in den Rohren oder an einer Oberfläche des geschlossenen Behälters strömt. Latentwärmespeichermedien haben in der Regel eine schlechte Wärmeleitfähigkeit. Um ein Befüllen oder ein Entleeren eines derartigen Speichers zu verbessern und um größere Speicherkapazitäten zur Verfügung zu stellen, ist es daher für derartige Speicherbauformen aus der DE 10 2005 039 672 A1 oder der US 4,268,558 bekannt, einen porösen Körper aus einem Metallschaum vorzusehen, in welchen das Speichermedium eingebettet ist. Auch bei einer Verwendung eines Metallschaums ist derzeit jedoch eine ausführbare Größe nach oben begrenzt. Außerdem ist diese Bauform, bei welcher ein inniger Kontakt des Metallschaums mit den vom Wärmeträgerfluid durchströmten Rohren erforderlich ist, sehr teuer in der Herstellung.
Aus der DE 103 32 162 A1 ist es bekannt, einen metallischen Schwamm in Form eines Zylinderrohres auf ein Kupferrohr aufzuschrumpfen und über der so geschaffenen Struktur eine Behälterstruktur zu schieben, welche mit einem Latentwärmespeichermedium befüllt wird.
Gemäß einer anderen Bauform ist das Latentwärmespeichermedium in Hohlkörpern, insbesondere in Kugeln gebunden oder gekapselt. Derartige Latentwärmespeicherelemente, auch als Kapseln bezeichnet, sind in einem mit einem Wärmeübertragungsfluid oder Wärmeträgerfluid befüllten Speicherbehälter angeordnet, wobei das Wärmeträgerfluid außen um die Kugeln fließt oder strömt. Ein derartiger Speicher ist beispielsweise aus EP 1 429 086 A2 bekannt.
Aus der DE 10 2007 002 797 A1 ist die Verwendung von mit Latentwärmespeichermedium gefüllten Hohlkörpern als Latentwärmespeicher in solaren Warmwasserspeichern bekannt, wobei das Latentwärmespeichermedium aus Carbonsäureamiden und/oder Carbonsäureestern besteht. Die Hohlkörper besitzen vorzugsweise im Wesentlichen eine Kugelform, wobei eine Kontaktfläche Einbuchtungen und/oder Höhlungen aufweist.
Um zu verhindern, dass die Latentwärmespeicherelemente über den Rücklauf des Speicherbehälters mit dem Wärmeträgerfluid abfließen, weisen die Latentwärmespeicherelemente vorzugsweise eine Mindestgröße auf. Mit zunehmender Größe verschlechtert sich jedoch eine Wärmeübertragungsrate, sodass beispielsweise ein Eis in einem Hohlkörper trotz noch aufzunehmender Wärme nicht vollständig schmilzt. Daher ist es beispielsweise aus der JP 11153392 A bekannt, in einem sphärischen Hohlkörper einen in das Zentrum des Hohlkörpers weisenden Stab vorzusehen.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Latentwärmespeicherelement und einen Energiespeicher zu schaffen, welcher eine hohe Speicherkapazität aufweist und gute Entlade- und Beladeeigenschaften aufweist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Latentwärmespeicherelement in Form eines verkapselten Schütt- oder Stapelgutes für einen mit einem Wärmeträgerfluid befüllbaren Energiespeicher, mit einem Hohlkörper und mindestens einem in dem Hohlkörper angeordneten Latentwärmespeichermedium, wobei der Hohlkörper vorzugsweise als röhrenförmiger oder kugelförmiger Hohlkörper gestaltet ist, und wobei in dem Hohlkörper eine Matrix aus einem Material mit einer gegenüber dem Latentwärmespeichermedium erhöhten Wärmeleitfähigkeit angeordnet ist, in welche das Latentwärmespeichermedium eingebettet ist.
Die Aufgabe wird weiter gelöst durch einen Energiespeicher umfassend einen Behälter, welcher zumindest teilweise mit einem Wärmeträgerfluid befüllbar ist, wobei in dem Behälter eine Vielzahl an erfindungsgemäßen Latentwärmespeicherelementen angeordnet ist, welche von einem Wärmeträgerfluid umspülbar sind. Die Anzahl der Latentwärmespeicherelemente ist dabei in Abhängigkeit einer Größe des Behälters wählbar, wobei auch große Behälter mit einer Größe von mehr als 40 m³ für den Energiespeicher verwendbar sind.
Das Latentwärmespeicherelement ist als verkapseltes Schütt- oder Stapelgut in den Speicherbehälter eines Energiespeichers einfüllbar. Als verkapseltes Schüttgut werden im Zusammenhang mit der Erfindung abgeschlossene Körper bezeichnet, welcher als Schüttung in einen Behälter einbringbar sind, wobei das Schüttgut sich in dem Behälter frei bewegen kann und nicht in dem Behälter in seiner Lage gesichert ist. Dabei haben sich insbesondere kugelförmige Hohlkörper als vorteilhaft herausgestellt. Als verkapseltes Stapelgut werden im Zusammenhang mit der Erfindung abgeschlossene Körper bezeichnet, welche in geordneter Weise in einem Behälter anordenbar sind. Die einzelnen Körper des Stapelguts sind dabei in einer Ausgestaltung so gestapelt, dass sie einander berühren. In anderen Ausgestaltungen sind Zwischenstücke, Distanzstücke, Halterungen oder dergleichen vorgesehen, welche einen Kontakt zwischen den Körpern verhindern. Ein Stapelaufbau ist dabei in einer Ausgestaltung für eine möglichst enge Packung bei guter Umströmung der einzelnen Körper optimiert.
Die erfindungsgemäßen Latentwärmespeicherelemente sind in Energiespeichern mit großen Behältern einsetzbar, wobei durch die erfindungsgemäßen Latentwärmespeicherelemente ein guter Wärmeübergang zwischen dem Wärmeträgerfluid und dem Latentwärmespeichermedium sichergestellt wird. Aufgrund der verbesserten Wärmeleitfähigkeit gegenüber herkömmlichen Latentwärmespeicherelementen wird eine schnelle Bereitstellung der gespeicherten Energie realisiert.
Als Matrix wird dabei im Zusammenhang mit der Erfindung ein beliebiges Materialgebilde bezeichnet, welches Hohlräume oder Poren aufweist, in welche das Latentwärmespeichermedium eingebettet werden kann. In vorteilhaften Ausgestaltungen ist das Materialgebilde offenporig, d. h. es weist zumindest teilweise untereinander und/oder mit der Umgebung in Verbindung stehende Hohlräume oder Poren auf. In anderen Ausgestaltungen sind geschlossene Poren vorgesehen, in welchen das Latentwärmespeichermedium eingeschlossen ist. Ein Einbetten des Latentwärmespeichermediums erfolgt je nach Art der Matrix auf eine geeignete Weise.
Durch die Matrix aus einem Material mit einer gegenüber dem Latentwärmespeichermedium erhöhten Wärmeleitfähigkeit wird ein verbesserter Wärmeübergang zwischen einem Wärmeträgerfluid und dem Latentwärmespeichermedium erzielt. Durch die Einbettung des Latentwärmespeichermediums in die Matrix werden Materialhäufungen oder Klumpenbildungen des Latentwärmespeichermediums und/oder des Materials mit erhöhter Wärmeleitfähigkeit beim Übergang in eine flüssige Phase und einem daran anschließenden Übergang in eine feste Phase verhindert.
Eine Größe und Außenform der Hohlkörper ist je nach Einsatzgebiet geeignet wählbar, sodass eine gleichmäßige Wärmeverteilung innerhalb des Hohlkörpers sichergestellt ist.
In einer Ausgestaltung weist der Hohlkörper zumindest in einem unverformten Zustand eine im Wesentlichen sphärische oder kugelförmige Außenform auf. Durch eine sphärische oder kugelförmige Ausbildung ist eine gute Verteilung bei einer Schüttung der Latentwärmespeicherelemente in einen Behälter gewährleistet. Gleichzeitig wird eine gleichmäßige Wärmeverteilung innerhalb des Hohlkörpers sichergestellt. Eine Größe der sphärischen oder kugelförmigen Hohlkörper ist je nach Einsatzgebiet geeignet wählbar. In vorteilhaften Ausgestaltungen weist der Hohlkörper zumindest in einem unverformten Zustand ein Volumen von maximal 5.000 cm³, insbesondere maximal 2.000 cm³, vorzugsweise im Bereich zwischen 0,5 cm³ und 1.800 cm³, weiter bevorzugt im Bereich zwischen ca. 0,5 cm³ und ca. 600 cm³ auf.
In anderen Ausgestaltungen sind röhrenförmige Hohlkörper vorgesehen. Als röhrenförmiger Hohlkörper wird im Zusammenhang mit der Erfindung ein länglicher Hohlkörper bezeichnet, dessen Länge wesentlich größer ist als sein Querschnitt. Durch die Ausgestaltung der Hohlkörper als röhrenförmige Hohlkörper ist es möglich, Hohlkörper mit einer ausreichenden Größe zur Anordnung einer Matrix in dem Hohlkörper zu schaffen. Die Form erlaubt weiter eine gute Umströmung. Nicht zuletzt bewirken die Form des Hohlkörpers und die Anordnung der Matrix in dem Hohlkörper in Kombination eine optimierte Wärmeübertragungsrate.
In vorteilhaften Ausgestaltungen ist der Hohlkörper zylindrisch, insbesondere als gerader Zylinder gestaltet. Dabei weist in einer Ausgestaltung der Hohlkörper einen polygonförmigen Querschnitt auf. In anderen Ausgestaltungen ist eine elliptische Grundfläche vorgesehen. In besonders vorteilhaften Ausgestaltungen weist der Hohlkörper eine im Wesentlichen kreiszylindrische Außenform auf. Die kreiszylindrische Außenform zeichnet sich durch einfache Herstellbarkeit und gute Stapelbarkeit unter Beibehaltung von Freiräumen zwischen den einzelnen Hohlkörpern aus.
In vorteilhaften Ausgestaltungen weist der Hohlkörper einen Außendurchmesser im Bereich zwischen ca. 20 mm und ca. 50 mm, vorzugsweise um Bereich zwischen ca. 30 mm und ca. 40 mm auf. Bei dieser Größe ist eine gute Wärmeübertragungsrate bei ausreichendem Bauraum für die Matrix sichergestellt. Als Außendurchmesser wird bei nicht-kreisförmigen Querschnitten ein Außendurchmesser einer Einhüllenden bezeichnet.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung besteht die Matrix zumindest teilweise aus einem Metall, einem Metalloxid und/oder einer Metalllegierung, insbesondere aus Aluminium, Kupfer oder Messing. Dabei besteht in einer Ausgestaltung die Matrix ganz aus einem Metall, einem Metalloxid und/oder einer Metalllegierung. In anderen Ausgestaltungen sind der Matrix weitere Zusatzstoffe zugegeben, welche in einer Ausgestaltung ebenfalls in die Matrix eingebettet sind. In vorteilhaften Ausgestaltungen umfasst das Material der Matrix aufgrund der hohen Wärmeleitfähigkeit und einem vergleichsweise geringen Anschaffungswert Aluminium und/oder Kupfer und/oder Legierungen davon. Die Matrix ist in einer Ausgestaltung aus einem Verbundmaterial, insbesondere einem Recyclingmaterial umfassend Kornbestandteile aus Kunststoff und/oder Metall ausgebildet, welche durch ein Trägermaterial miteinander verbunden sind, so dass Hohlräume gebildet sind.
In einer Weiterbildung der Erfindung besteht die Matrix zumindest teilweise aus Metallschaum, Metallgeflecht und/oder Metallfolie. Als Metallschaum wird im Zusammenhang mit der Erfindung ein poröser Schaum aus metallischen Werkstoffen mit Poren und Hohlräumen bezeichnet. Als Ausgangsmaterial ist in einer Ausgestaltung Aluminium oder eine Aluminiumlegierung verwendet. In anderen Ausgestaltungen ist das Ausgangsmaterial Kupfer. In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird zum Einbetten des Latentwärmespeichermediums in die Matrix ein als Metallschaum und/oder Metallgeflecht ausgebildetes Materialgebilde in ein Bad getaucht, welches mit dem Latentwärmespeichermedium in flüssiger Phase gefüllt ist. In einer anderen Ausgestaltung wird ein Metallfolie umfassendes Materialgebilde in dem mit flüssigem Latentwärmespeichermedium gefüllten Bad in eine für den Hohlkörper geeignete Form komprimiert, insbesondere zusammengeknüllt oder zusammengeballt, um so eine Matrix zu schaffen, deren Hohlräume mit Latentwärmespeichermedium befüllt sind.
In einer weiteren Ausgestaltung ist die Matrix als Verbundwerkstoff mit einem eingebetteten hochwärmeleitfähigen Bestandteil aus der Gruppe umfassend Kohlenstoffnanoröhren, Kohlenstoffnanoröhren-Fullerne-Derivate und Kohlenstoffnanoröhren-Fullerene-Legierungen ausgebildet. Ein Basismaterial der Matrix ist beispielsweise ein Kunststoff.
Das Latentwärmespeichermedium umfasst in vorteilhaften Ausgestaltungen Wasser, Paraffin, Kunststoff, Salz, Salzhydrat, Carbonsäureamide, Carbonsäureester, thermoplastische Kunststoffe und/oder Zucker. Die Wahl des Latentwärmespeichermediums ist dabei in Abhängigkeit einer gewünschten Temperaturanwendung geeignet wählbar, so dass das Latentwärmespeichermedium einen Phasenwechsel flüssig-fest im benötigten Temperaturbereich aufweist.
Der Hohlkörper weist eine Hülle, insbesondere aus Kunststoff und/oder aus Metall, auf. In einer vorteilhaften Ausgestaltung besteht die Hülle aus einem Verbundwerkstoff umfassend Silikon und Polyethylen. Die Hülle weist vorzugsweise eine geringe Dicke von weniger als ca. 1 mm, insbesondere ca. 0.5 mm auf. Das Material der Hülle ist so gewählt, dass eine stoffliche Trennung des Latentwärmespeichermediums zu dem das Latentwärmespeicherelement umspülenden Wärmeträgerfluid sichergestellt ist. Insbesondere ist dabei auch berücksichtigt, dass das Wärmeträgerfluid und die Latentwärmespeicherelemente über längere Zeiträume in Kontakt stehen können. Die Größe des Hohlkörpers ist dabei so gewählt, dass beim Phasenwechsel auftretende Ausdehnungen oder Kontraktionen des Latentwärmespeichermediums möglich sind. Die Hülle umfasst in einer Ausgestaltung mehrere, nach Einbringen des Latentwärmespeichermediums und der Matrix miteinander verbundene, insbesondere miteinander stoffschlüssig verbundene Einzelteile. In vorteilhaften Ausgestaltungen ist eine starre Hülle vorgesehen. In anderen vorteilhaften Ausgestaltungen weist der Hohlkörper eine zumindest teilweise verformbare Hülle auf. In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Hülle an ihrer Oberfläche mehrere konkave Ausnehmungen oder verformbare Eindellungen aufweist. Bei einer mit einem Phasenwechsel, insbesondere bei einer mit einem Phasenwechsel von flüssig zu fest auftretenden Ausdehnung von als Latentwärmespeichermedium vorgesehenem Wasser, verformt sich die Hülle zumindest im Bereich der Ausnehmungen oder Eindellungen. In einer Ausgestaltung wechseln diese Bereiche ihre Form von konkaven Ausbuchtungen in konvexe Ausbuchtungen. In noch einer anderen Ausgestaltung weist der Hohlkörper zwei Hüllen auf, wobei eine verformbare Hülle in einer starren Hülle angeordnet ist.
Der Behälter weist in einer Ausgestaltung ein Puffervolumen auf, in welchem keine Latentwärmespeicherelemente angeordnet sind. In anderen Ausgestaltungen ist kein Puffervolumen vorgesehen. Zwischen den Latentwärmespeicherelementen und/oder an dem Behälter sind in vorteilhaften Ausgestaltungen Halterungen für die Latentwärmespeicherelemente zur Erhöhung einer Stabilität vorgesehen. Die Halterungen weisen dabei in vorteilhaften Ausgestaltungen Durchbrüche auf, um eine Umströmung nicht zu beeinträchtigen. Die zwischen den Latentwärmespeicherelementen angeordneten Halterungen werden auch als Distanzstücke bezeichnet. Die Form und/oder ein Material der Distanzstücke ist dabei entsprechend einer Anwendung geeignet wählbar.
In einer Ausgestaltung des Energiespeichers ist vorgesehen, dass die Latentwärmespeicherelemente in dem Behälter ortsfest montiert sind. Eine Montageeinrichtung umfasst in einer Ausgestaltung an einer Behälterwand angeordnete, als Lagerelemente gestaltete Halterungen.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Zeichnungen schematisch dargestellt sind. Für gleiche oder ähnliche Bauteile werden in den Zeichnungen einheitliche Bezugszeichen verwendet. Als Teil eines Ausführungsbeispiels beschriebene oder dargestellte Merkmale können ebenso in einem anderen Ausführungsbeispiel verwendet werden, um eine weitere Ausführungsform der Erfindung zu erhalten.
In den Zeichnungen zeigen schematisch:
1: in einem Querschnitt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Latentwärmespeicherelements;
2: in einem Querschnitt ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Latentwärmespeicherelements;
3: in einem Querschnitt ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Latentwärmespeicherelements und
4: mehrere, gestapelte Latentwärmespeicherelemente und
5: ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Energiespeichers, welcher mit einer Vielzahl an Latentwärmespeicherelementen befüllt ist.
1 zeigt schematisch einen Querschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels eines Latentwärmespeicherelements 1 in Form eines verkapselten Stapelguts. Das in 1 dargestellte Latentwärmespeicherelement 1 umfasst einen röhrenförmigen Hohlkörper 2, welcher eine im Wesentlichen kreiszylindrische Außenform aufweist. In der dargestellten Querschnittsansicht ist der Hohlkörper 2 somit als Kreisring sichtbar. Im Inneren des Hohlkörpers 2 ist eine Matrix 3 mit Hohlräumen 30 angeordnet. In den Hohlräumen 30 der Matrix 3 ist ein nicht dargestelltes Latentwärmespeichermedium eingebettet. Bei der in der 1 dargestellten Matrix 3 handelt es sich um ein schaumförmiges Gebilde, beispielsweise einen Metallschaum oder um einen Schaumstoff aus Kunststoff, in welchen beispielsweise Kohlenstoffnanoröhren eingebettet sind, um eine Wärmeleitfähigkeit zu erhöhen.
2 zeigt ein Latentwärmespeicherelement 1 ähnlich 1, wobei bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 die Matrix 3 als ein Geflecht, insbesondere als ein Metallgeflecht ausgebildet ist.
Zum Herstellen der Latentwärmespeicherelemente 1 gemäß den 1 oder 2 wird die beispielsweise als Metallschaum oder Metallgeflecht ausgebildete Matrix 3 in ein Bad mit einem flüssigen Latentwärmespeichermedium getaucht. Dabei wird das Latentwärmespeichermedium in den Hohlräumen 30 eingebettet. Der Hohlkörper 2 ist beispielsweise durch zwei Halbschalen gebildet. In der Herstellung wird die Matrix 3 wird mit dem eingebetteten Latentwärmespeichermedium zwischen den Halbschalen aufgenommen und anschließend werden die Halbschalen zusammengefügt und miteinander verbunden, beispielsweise miteinander verschweißt, verklebt oder auf andere Weise stoffschlüssig verbunden. Dieser Schritt wird vorzugsweise durchgeführt, während sich das Latentwärmespeichermedium in einer festen Phase befindet. In anderen Ausgestaltungen ist eine Kreisröhre vorgesehen, welche mit der Matrix 2 und dem eingebetteten Latentwärmerspeichermedium befüllt und an den Stirnflächen nach dem Befüllen verschlossen wird.
3 zeigt schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Latentwärmespeicherelements Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 umfasst die Matrix 3 eine Metallfolie. Die Metallfolie wird vorzugsweise in einem Bad mit flüssigem Latentwärmespeichermedium zusammengeknüllt und so geformt, dass sie in den Hohlkörper 2 eingeschlossen werden kann. Beim Zusammenknüllen wird das Latentwärmespeichermedium in Hohlräume 30 eingeschlossen.
4 zeigt schematisch mehrere, aufeinander gestapelte Latentwärmespeicherelemente 1 in einer perspektivischen Darstellung. Die Latentwärmespeicherelemente 1 sind dabei derart gestapelt, dass Kontaktberührungen zwischen einzelnen Latentwärmespeicherelementen 1 verhindert sind. In anderen Ausgestaltungen berühren die gestapelten Latentwärmespeicherelemente 1 sich gegenseitig. Zur Erhöhung einer Sicherheit der Stapelung und/oder zur Distanzhaltung sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel Halterungen 7 vorgesehen, welche zwischen den Latentwärmespeicherelemente 1 angeordnet sind. Die Latentwärmespeicherelemente 1 weisen in einer Ausgestaltung einen Durchmesser D von ca. 30 mm auf. Eine Länge L ist wesentlich größer als der Durchmesser D, wobei ein Verhältnis zwischen Länge L und Durchmesser D in der Zeichnung nicht maßstabsgetreu wiedergegeben ist.
5 zeigt schematisch einen erfindungsgemäßen Energiespeicher 4 umfassend einen Behälter 40 mit einem Zulauf 41 und einem Ablauf 42 für ein nicht dargestelltes Wärmeträgerfluid. In dem Behälter 40 sind Latentwärmespeicherelemente 1 angeordnet, welche von dem Wärmeträgerfluid zur Aufnahme oder Abgabe von Wärme umspült werden. Die Latentwärmespeicherelemente 1 sind dabei gestapelt, wobei in vorteilhaften Ausgestaltungen zwischen den Latentwärmespeicherelementen 1 in 5 nicht dargestellte Halterungen 7 gemäß 4 vorgesehen sind.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist in dem Behälter 40 weiter ein Wärmetauscher 5 angeordnet, durch welchen beispielsweise über einen Solarkollektor gewonnene Wärme in den Speicherbehälter 40 einbringbar ist. Alternativ oder zusätzlich sind in weiteren Ausgestaltungen in dem Behälter 40 weitere Leitungen und/oder Wärmetauscher für eine Beladung und/oder eine Entnahme von Wärme vorgesehen.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der gesamte Behälter 40 mit Latentwärmespeicherelementen gefüllt. In anderen Ausgestaltungen ist der Behälter 40 nur teilweise mit Latentwärmespeicherelementen 1 gefüllt.
Die Latentwärmespeicherelemente 1 sind in vorteilhaften Ausgestaltungen ortsfest in dem Behälter 40 montiert. Die Montage erfolgt dabei in einer Ausgestaltung mittels nicht dargestellter, an einer Behälterwand angeordneter, als Lagerelemente gestalteter Halterungen.
Der Behälter ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Schichtspeicherbehälter ausgebildet. In anderen Ausgestaltungen sind wanneförmige oder flache Behälter vorgesehen. In wieder anderen Ausgestaltungen weist der Behälter eine kreiszylindrische Außenkontur auf.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005039672 A1 [0004]
US 4268558 [0004]
DE 10332162 A1 [0005]
EP 1429086 A2 [0006]
DE 102007002797 A1 [0007]
JP 11153392 A [0008]

Claims

Latentwärmespeicherelement in Form eines verkapselten Schütt- oder Stapelgutes für einen mit einem Wärmeträgerfluid befüllbaren Energiespeicher (4), mit einem Hohlkörper (2) und mindestens einem in dem Hohlkörper (2) angeordneten Latentwärmespeichermedium, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Hohlkörper (2) eine Matrix (3) aus einem Material mit einer gegenüber dem Latentwärmespeichermedium erhöhten Wärmeleitfähigkeit angeordnet ist, in welche das Latentwärmespeichermedium eingebettet ist.
Latentwärmespeicherelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper eine im Wesentlichen sphärische oder kugelförmige Außenform aufweist.
Latentwärmespeicherelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (2) als röhrenförmiger Hohlkörper (2) gestaltet ist, insbesondere dass der Hohlkörper (2) eine im Wesentlichen kreiszylindrische Außenform aufweist.
Latentwärmespeicherelement nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (2) einen Außendurchmesser im Bereich zwischen ca. 20 mm und ca. 50 mm, vorzugsweise um Bereich zwischen ca. 30 mm und ca. 40 mm aufweist.
Latentwärmespeicherelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix (3) zumindest teilweise aus einem Metall, einem Metalloxid und/oder einer Metalllegierung, insbesondere aus Aluminium, Kupfer und/oder Messing, besteht, wobei vorzugsweise die Matrix (3) zumindest teilweise aus Metallschaum, Metallgeflecht und/oder Metallfolie besteht.
Latentwärmespeicherelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix (3) als Verbundwerkstoff mit einem eingebetteten hochwärmeleitfähigen Bestandteil aus der Gruppe umfassend Kohlenstoffnanoröhren, Kohlenstoffnanoröhren-Fullerne-Derivate und Kohlenstoffnanoröhren-Fullerene-Legierungen ausgebildet ist.
Latentwärmespeicherelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Latentwärmespeichermedium Wasser, Paraffin, Kunststoff, Salz, Salzhydrat, Carbonsäureamide, Carbonsäureester, thermoplastische Kunststoffe und/oder Zucker umfasst.
Latentwärmespeicherelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (2) eine Hülle aus einem Verbundwerkstoff, insbesondere einem Verbundwerkstoff umfassend Silikon und Polyethylen, aufweist.
Energiespeicher umfassend einen Behälter (40), welcher zumindest teilweise mit einem Wärmeträgerfluid befüllbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Behälter (40) eine Vielzahl an Latentwärmespeicherelementen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 angeordnet ist, welche von einem Wärmeträgerfluid umspülbar sind.
Energiespeicher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Latentwärmespeicherelementen (1) und/oder an dem Behälter Halterungen für die Latentwärmespeicherelemente (1) vorgesehen sind.
Energiespeicher nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Latentwärmespeicherelemente (1) in dem Behälter (40) ortsfest montiert sind.