11.05.2020
Zum Erstarrungsvorgang walzenförmiger Phasenwechselmaterialien (PCM-Speicher)
(Bild: 1/2)
Die Speicherung von Wärme unter Ausnutzung des Phasenwechsels zählt zu den in der Energiewirtschaft am häufigsten eingesetzten Verfahren zur Wärmespeicherung. In der Fachliteratur gibt es hierzu bereits zahlreiche Beiträge, die sich dem Thema sowohl theoretisch wie auch praktisch zuwenden. Eine Auswahl beispielhafter Beiträge zum Forschungsgegenstand bilden die im Literaturverzeichnis unter [1-6] erwähnten Arbeiten. Sie wendet sich hauptsächlich Erstarrungsvorgängen walzenförmiger Phasenwechselmaterialien (PCM) zu.
Das Phasenwechselmaterial wird in flüssigem Aggregatzustand in einen walzenförmigen Behälter mit dem Radius R (Abb.1a oder 1b) gefüllt. Die Wand dieses Behälters besteht aus einem sehr gut wärmeleitfähigen Material. Diese Walze kann extern (Abb. 1a) oder intern (Abb. 1b) so abgekühlt werden, dass die kühlende Oberfläche bei einer konstanten Temperatur von TW gehalten wird, die wiederum niedriger ist als die Erstarrungstemperatur des PCM in flüssigem Aggregatzustand (Liquidustemperatur) TF (TW < TF). Der Wärmefluss q erfolgt hierbei hin zur Kühlflüssigkeit. Das erstarrte PCM weist eine konstante Dichte ps, eine konstante spezifische Wärmekapazität cs sowie einen konstanten Wärmeübergangskoeffizienten λS auf. Die Erstarrungswärme des PCM (latente Wärme) beträgt L. Die Erstarrungsfront bildet eine zylindrische, walzenförmige Oberfläche mit der Wärmestrahlung δ, die sich binnen einer Zeit t von der kalten, das flüssige PCM umgebenden Oberfläche mit dem Radius R hin zur Achse der Walze (Abb. 1a) oder von der zylindrischen Oberfläche mit dem Radius R nach außen hin (Abb. 1b) ausdehnt. Mehr Inrormationen sind auf der Lernplattform zu finden.