DD209902A5 - Energiespeicher - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen kompakten und platzsparend aufgebauten Energiespeicher mit hohem Wirkungsgrad zur Speicherung von latenter Waerme in chemisch reagierenden Speichermedien oder Speichermedien mit Phasenwechsel. Erfindungsgemaess befindet sich in einem Behaelter 24 ein Speichermedium 32 (reziprokes Salzpaar) mit einer bestimmten Reaktionstemperatur. Dieses Speichermedium wird von einem Dispersionsmittel 39 durchstroemt, dessen Verdampfungstemperatur < gleich der Reaktionstemperatur ist. Beim Durchstroemen des Speichermediums verdampft das Dispersionsmittel und nimmt dabei im wesentlichen Verdampfungswaerme auf.Das verdampfte Dispersionsmittel sammelt sich im oberen Teil zwischen dem inneren Behaelter und einem aeusseren Behaelter 25.In dem durch die beiden Behaelter gebildeten Zwischenbereich 26 ist eine Rohrschlange 27 angeordnet,die von einem Waermetraegermittel 30 eines Anlagenkreislaufs durchstroemt ist.Das Dispersionsmittel kuehlt sich an der Rohrschlange 27 ab und kondensiert unter Freigabe der aufgenommenen Verdampfungswaerme. Der sich ausbildende Dispersionsmittelkreislauf wird durch die Druckdifferenz zwischen dem Dispersionsmittelkondensat und dem dampffoermigen Dispersionsmittel aufrechterhalten. Es erfolgt ein direkter Waermeaustausch zwischen dem Speichermedium und dem Dispersionsmittel.

Description

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Energiespeicher

Anwendungsgebiet der Erfindung:

Die Erfindung bezieht sich auf einen Energiespeicher zur Speicherung von latenter Wänae in chemisch reagierenden Speicherraedien oder Speichermedien mit Phasenwechsel«. '·._

Energiespeicher sind für alle Prozesse von Bedeutung, bei denen Energieangebot und Energieverbrauch zeitlich differieren·

!Seiter sind Speicher dort sinnvoll einzusetzen, wo Spitzenlasten die Große einer Energieversorgungseinheit, beispielsweise einer Heizungsanlage, bestimmten* Hier kann ein Speicher dazu dienet?, die Energieversorgungseinheit auf die Größe der durchschnittlichen Leistung zu reduzieren» Dies ist vor allen Dingen für anschlußgebundene Versorgungseinheiten, z.B· elektrische Wärmepumpen¹, von Bedeutung.

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Anzustreben ist ein Speicher, der beide Anforderungen erfüllen kann und der dadurch universell einsetzbar ist.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen:

ein zeitlich versetztes Energieangebot aus der Urawelt (Sommer) und Energieverbrauch (Winter) tritt insbesondere bei der Beheizung von Gebäuden sowohl jahreszeitlich als auch tagesverlaufsabhängig auf. Bei der noch weitgehend üblichen Heizung mit Kohle oder Öl sind die Vorräte sowohl Energieträger als auch Energiespeicher und die erforderliche Heizenergie kann daraus je nach erforderlichem Verbrauch entnommen werden♦ Erst durch die steigenden Preise für öl und Kohle und die Erkenntnis, daß die Vorräte weltweit begrenzt sind und zur Neige gehen, fand wieder eine Rückbesinnung auf ira Prinzip bekannte Einrichtungen in Energieversorgungsanlagen wie Sonnenkollektoren, Wärmepumpen usv?.y satt, die eine Verwertung der "kostenlosen" UmweItenergie gestatten« Da aber das größte Energieangebot aus der Umwelt gerade dann auftritt, wenn keine ^ommer) oder wenig (Wärmeperiode ira Winter) Heizenergie erforderlich ist, könnte durch eine Wärmespeicherung eine erhebliche Verbesserung des Wirkungsgrads einer Versorgungsanlage und eine Reduzierung der Größe erfolgen· Oer maximale Bedarf an Heizenergie ist nur bei extrem tiefen Temperaturen wenige Stunden ira Dahr erforderlich und die in der DIN 4701 vorgeschriebenen Werte zur Errechnung des maximalen Wärmebedarfs werden sogar oft nur.innerhalb eines Dahrzehnts für wenige Stunden erreicht. Der an sich hier naheliegende Einsatz von Energiespeichern wurde meist wegen zu hoher Investitionsund Betriebskosten unterlassen. Unwirtschaftlich sind Speicher dann, wenn sich aus der Summe von Investitionsund Betriebkosten kein wirtschaftlicher Vorteil gegenüber Versorgungslaternativen errechnen läßt.

Die wesentlichen beiden Forderungen an einen Energiespeicher sind:

a) Ein Energiespeicher sollte möglichst verlustfrei arbeiten· Hier sind nicht nur Verluste durch Wännetransraission, sondern auch Energieaufwand zur Aufrechterhaltung des Speicherbetriebs und exergetische Verluste, beispielsweise in Wärmetauschern, gemeint. Indirekt resultiert aus dieser Forderung, daß die Speichertetnperatur der für den jeweils gewünschten Prozeß notwendigen Temperatur angepaßt werden sollte. Dieser Punkt ist das exergetische Minimum, Durch eine Anpassung verbilligt sich die Bereitstellung und die Verluste werden reduziert,

b) Im Speichermedium sollte möglichst viel Energie speicherbar sein, d.h. eine möglichst hohe Energiedichte erreichbar sein, Diese Forderung kann nach bisherigen Erkenntnissen für be- und entladbare Speicher durch die Speicherung latenter Wärmen erfüllt werden. Die Wahl der Speichennedien( und der Betrieb der Speichereinrichtung darf dabei jedoch keinen Aufwand verursachen, der den Betrieb gegenüber anderen Versorgungsalternativen unwirtschaftlich macht.

Alle bisher bekannten Speichersysteme erfüllen die vorgenannten Forderungen nur sehr unvollkommen, so daß sich bisher kein System auf dem Markt durchsetzen konnte, obwohl gerade Versorgungseinheiten wie Wärmepumpen, Kollektoren, Absorber sowie Wärrae-Kraft-Kopplungen in ihre© Wirkungsgrad verbessert werden. Diese Verbesserung betrifft sowohl den rein technischen Wirkungsgrad als auch den Nutzungsgrad der eingesetzten Primärenergie.

Zur Zeit bekannte nutzbare Speichermedien, insbesondere für Gebäudeheizungen, sind Wasser, Salzhydrate und reziproke Salzpaare* Ein Vergleich dieser Speichermedien zeigt, daß die Energiedichte in reziproken Salzpaaren am größten ist» wobei z, Zt. ca· 500 Systeme reziproker Salzpaare bekannt sind·

Bei einem Energiepunkt für alle Systeme von 35⁰C beträgt die Energiedichte für

Wasser δ t 25⁰C 105 KO/dm³

ähnliche Salzhydrate 375 KO/dm³

System 1 630 Kü/dm³

Steine, Schamotte 42 K3/daf

Wasser δ t 25⁰C

Glaubersalz oder

ähnliche Salzhydr

Reziprokes Salzpaar

System 1

Reziprokes Salzpaar

System 2 720 Kü/dra³

Bei einer anergetischen Speicherung ergeben sich Energiedichten von

Eisspeicher 390 KD/dm"⁵

Reziprokes Salzpaar

System 3 1560 Κα/dm³

Die energetische Speicherung, beispielsweise unter der für eine Fußbodenheizung notwendigen Mindesttemperatur von 35⁰C, kann aber nicht direkt mit der exergetischen Speicherung verglichen werden, da hier andere Anlagenkonstellationen notwendig sind und die gespeicherte Energie, beispielsweise durch eine Wärmepumpe, auf ein höheres Temperaturniveau angehoben werden muß.

Unter Zugrundelegung der vorgenannten Energiedichten und davon ausgehend, daß es für die vorgenannten Speicher-

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medien (noch nicht bekannte) problemlose Speicheranlagen gibt, ergeben sich für einen geeigneten Speicher für ein Einfamilienhaus folgende Daten:

Bei einem Einfamilienhaus mit Qh max. 14 KW, Fläche 160 m², Ospez. 80 W/m² ergibt sich nach VDI 2067 ein Oahreswärraebedarf von 85,7 Gü/a oder 23.800 KWh/a· Wenn dieses Einfamilienhaus mit Kollektoren und einem Speicher ausgerüstet ist, kann von einer langfristig zu speichernden Wärmemenge von ca* 43 GJ ausgegangen werden. Bei Wasser als Speicherraedium ist weiterhin ein 20 %iger Verlust durch Transmissionen zu veranschlagen, so daß hier ca. 52.000 Gj gespeichert werden müßten.

Hieraus errechnen sich die nachfolgenden Speicherkubaturen:

Wasser	Salzpaar	495	m3
Salzhydrat	115	m3
Reziprokes	59	m3.

Bei der Ausrüstung dieses Hauses mit Kollektoren und einer zusätzlichen Wärmepumpe sinkt die langfristig zu speichernde Energiemenge auf Grund der verbesserten Wärmeausbeute, d.h. die Kollektoren können auch noch bei relativ tiefen Temperaturen als Energiesararaler betrieben werden, auf ca. 13 GO. (Dabei wurde von einer Kollektorfläche von ca. 100 ta ausgegangen.) Bei einer solchen Anlage errechnet sich die Kubatur der zu vergleichenden Speicher auf:

Wasser	Salzpaar	148	m
Salzhydrat	34	m3
Reziprokes	13	m3

Bei einer Lagerung auf energetischem Niveau, beispielsweise bei einer Raaktionstemperatur von 2Q⁰C eines SaIz-

systems 3_# kann das Speichervoluinen auf ca. 8,5 ro weiter reduziert werden» Bei diesem Temperaturniveau besteht normalerweise die Möglichkeit zur Nachladung. Eine Nachladung über Kollektoren ist bis -1O⁰C unproblematisch, so daß unter dieser Voraussetzung ein Speichervolumen von 5 bis 6 m ausreicht. Durch die niedrige Arbeitsteraperatur verbessert sich auch die Energieausbeute der Kollektoren hinsichtlich des Wirkungs- und Nutzungsgrades. Zur Anhebung der Temperatur auf beispielsweise 35⁰C (Fußbodenheizung) im beschriebenen Beispiel kann eine Wärmepumpe eingesetzt werden, die dann mit einer konstanten Lieferziffer von 9 und besser arbeitet, unter Lieferziffer wird hier das Verhältnis zwischen der Arbeitsenergie, die in dia Wärmepumpe gesteckt wird und der "gewonnenen" Exergiemenge bezeichnet. Ein Eisspeicher ermöglicht hingegen nur eine Lieferziffer von etwa 3;,5» was einen weniger wirtschaftlichen Betrieb bedeutet.

Es konnte hier somit gezeigt werden, daß, insbesondere bei der Verwendung von reziproken Salzpaaren, für eine Langzeitspeicherung zum Ausgleich des Energieangebots in warmen Jahreszeiten und des hohen Energieverbrauchs im Winter nur mehr relativ kleine und praktisch realisierbare Speiehergrößen erforderlich sind. Für das gezeigte Beispiel ergibt sich für die erforderliche Wärmepumpe eine ebenfalls praktisch realisierbare AnschluSleistung von maximal 1,6 KW/h.

Ein weiterer Einsatzbereich eines Energiespeichers ist der eines Tagesausgleichsspaichers. Hier soll nicht eine jahreszeitliche langfristige Energiespeicherung vorgenommen werden» Es soll vielmehr in einer Wärmepurapenanlage, beispielsweise mit Solarkollektoren, die Wärmepumpe» insbesondere die Korapressorleistung, auf durchschnittlich anfallende Werte angepaßt und reduziert »erden. Ungünstige

Tagesgänge sollen durch den Tagesausgleichsspeicher sowohl bei tageszeitlichen Teraperaturschwankungen als auch bei raehrtätigen Teraperaturschwankungen aufgefangen werden. Die Reduzierung der Wärraepurapengröße und damit der Anschlußleistung ist von der Speichergröße abhängig. Eine Asulegung auf 50 % der maximalen stündlichen Heizleistung ist realistisch, so daß für eine Wärraepumpenanlage mit normalerweise 1,6 KW/h nur noch eine Anschlußleistung von ca» 0,8 KW/h notwendig wäre. Baä diesem Beispiel müßte ein Tagesausgleichsspeicher von ca· 2 in Speicherinhalt auf exergetischem Niveau eingesetzt werden, Bei einer solchen Auslegung könnte der Betrieb ohne Zusatzheizung auch für den Fall aufrechterhalten werden, daß der maximale Tagesgang 100 Stunden anhält. Ein erhöhtes Sicherheitsbedürfnis nach einer noch sichereren Heizungsanlage kann durch einen größeren Speicher, einen größeren Kompressor oder eine Zusatzheizung befriedigt werden»

Ein weiteres wichtiges Anwendungsgebiet eines exergetischen Speichers wird im Verbund rait zentralen Wärmeyersorgungssysteraen gesehen. Die beim Betrieb von Kraftwerken anfallende Abwärme könnte unabhängig vom Bedarf in ein Verbundnetz eingespeist werden. Das Kraftwerk könnte dabei ohne Rücksicht auf den jeweiligen Warmeverbrauch ausschließlich am Stromverbrauch orientiert gefahren werden. Beim Einsatz von Speichern wäre auch hier eine Reduzierung der Dimensionierung des Verbundnetzes und ein Ausgleich von Energieangebot und Energieverbrauch möglich. Der Wärmetauscher Speicher/Heizungsanlage ist dazu auf die maximale Last auszulegen.

Hit den vorgenannten Speichermedien, Wasser, Salzhydrate und reziproke Salzpaare, wurde bereits mehrfach versucht, praktisch nutzbare Ausführungen von Speichern aufzubauen.

Sei Wasser-Energiespeichern mit Wasser als Speichermediura werden üblicherweise drucklose, isolierte Behälter verwendet. Die notwendige Isolierstärke wird umso größer, je langer die Speicherzeit sein soll. 3ei einer Langzeitspeicherung können Isolierstärken von 1,5 m notwendig werden. Die erforderlichen großen Behälter und Isolierstärken sind teuer und lassen sich in der Regel, zumindest in bereits bestehenden Gebäuden, nicht unterbringen. Nachteilig wirkt sich auch die Verschlechterung des Wärmeaustausches bei der Entladung durch die sinkende Speichertemperatur aus, da die Temperaturdifferenz zwischen dem sich abkühlenden Wasser und dem aufnehmenden Kreislauf, beispielsweise einem Heizkreislauf, ständig kleiner wird.

Wenn Hydrate, wie Glaubersalz oder Parafine, als Speichermedium zur Speicherung latenter Wärmen verwendet werden, muß eine mechanische Mischeinrichtung vorgesehen werden, um ein Ausfallen von Kristallen zu unterbinden· Mechanisch bewegte Rührwerke benötigen zum einen wiederum Energie und sind zus* anderen einem Verschleiß unterworfen , der durch die meist sehr aggressiven Speichermedien noch gefördert wird - Der Wärmeaustausch findet bei bekannten Ausführungen dieser Art über einen Wärmetauscher im Speichennedium statt. Dabei treten beiia Auskühlen des Speichers feste Salzkristalle an der Tauscherfläche auf, was zu einem schlechten Wärmeübergang führt. Dies bedingt notwendigerweise bei der Be- und Entladung eine Obertemperatur bzw» Untertemperatur des Wärmeträgermittels, damit der Wärmeleitwiderstand des den Wärmetauscher umgebenden Materials überwunden wird. Oberteraperaturen können zu unerwünschten, irreversiblen Zustandsänderungen im Speichermaterial führen, die im Laufe der Zeit den Speicher unbrauchbar werden lassen.

Es ist bekannt (DE_OS 28 46 230)y einen Datenwärraespeicher ohne Rühr- und Mischeinrichtung aufzubauen und eine Verfestigung des Wärmespeicherraediums, insbesondere bei Blaubersalz, zuzulassen. Die Be- und Entladung dieses Speichers erfolgt durch ein Wärraeträgermittel, insbesondere ül, das an das Speichermediura sensible Wärme bei der Beladung abgibt oder sensible Wärme bei der Entladung aufnimmt. Das Wärmetauschermediura wird dann, wenn das Wärmespeichermedium in der flüssigen Phase ist, unmittelbar durch das Wärraespeichermedium geleitet, so daß die Aufnahme bzw. Abgabe von sensibler Wärme auf das Wärmetauscher· medium in unmittelbarem Kontakt von Wärmetauscherflüssigkeit und Wännespeicherflüssigkeit erfolgt. Insbesondere für den Fall, daß Glaubersalz als Wärmespeichermedium verwendet wird, verfestigt sich dieses beim Phasenwechsel und verstopft somit das Einleitungsrohr für das Wänsetauschermedium. Um dagegen Abhilfe zu schaffen, ist eine Einrichtung zur Schaffung kanalfönniger Hohlräume in dem sich verfestigenden Wärmespeichermedium vorgeschlagen, so daß durch diese Hohlräume auch bei festem Wärmespeichermedium Wärraetauschennadiusj gepurapt werden kann. Der Wegfall einer Durchraischungseinrichtung, die ein dichtes Zusammenbacken des Wärraespeichermediums verhindern könnte j wird hier durch ein aufwendiges Verfahren zum Herstellen von kanalförmigen Hohlräumen ersetzt, das zudem in Abhängigkeit des Verfestigungsgrades des Wänuespeicheriaediunis gesteuert werden muß· Ein enormer Nachteil besteht darin, daß bei verfestigtem Wärmespeichennedium nur geringe Kontaktflächen zwischen diesem und dem Wärraetauschermediura entlang der kanalförmigen Hohlräume auftreten, so daß ein nur geringer Wärmeübergang besonders von weitab von den Hohlräumen liegenden Bereichen des Wärmespeichermediums möglich ist. Um einen praktisch nutzbaren Energiespeicher zu erhalten, wird daher mit im Vergleich zur Reaktionstemperatur des Speichermediums

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großen Ober- bzw. Untertemperaturen gearbeitet werden müssen, um einen praktisch nutzbaren Wärmeübergang von dem Wärmespeichermedium zum Wärmetauscherraediura zu erhalten, wodurch die oben beschriebenen irreversiblen Prozesse ausgelöst werden können· Ein wä terer Nachteil des bekannten Energiespeichers liegt darin,' daß für die War·» meübertragung zum und vom Speicher ein hoher Hassenfluß an Wä rraetauschermediura erforderlich istf; da vom Wärmetauschermedium nur sensible Wärme abgegeben bzw. aufgenommen wird. Im Anspruch 1 wurde von dem vorbeschriebenen Energiespeicher ausgegangen*

Weiter ist es bekannt, in Energiespeichern das Speichsrraediuia in vorzugsweise Kugelforta zu kapseln. Die Be- und Entladung eines solchen Speichers geschieht dadurch, daß ein Wärmeträgermittel an den gekapselten Speiche rmediuiakugeln vorbeigeleitet wird. Eine Verkrustung eines Wärmeaustauschers tritt durch die Kapselung des Speichermediums nicht auf, nachteilig ist jedoch das aufwendige Verfahren, ein großes erforderliches Speichervolumen durch die Schaffung von Zwischenräumen zwischen den einzelnen Kapseln und eine Verschlechterung des Wärmeübergangs durch die Kapsel um das Speichermedium.

Ein mit gekapseltem Speichenaediura arbeitender Energiespeicher ist beispielsweise aus der US-PS 4 192 144 bekannt. Dieser Speicher wird so geladen, da& überhitzter Dampf von oben her in die dichte Packung von Speichermediumkapseln geleitet wird. Unter Abgabe von sensibler und latenter Wärme kondensiert der Dampf und sammelt sich im unteren Bereich des Energiespeicherbehälters. Das Niveau des Kondensatspiegels ist durch eine steuerbare Einrichtung veränderbar, wodurch eine von oben nach unten schichtförmige Aufladung dieses Energiespeichers möglich ist. Bei der Entladung dieses Energiespeichers wird der

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Flüssigkeitsspiegel in einen geladenen Bereich des Energiespeichers angehoben, wobei die Wärmeträgerflüssigkeit verdampft und zur V/eiterve rwendung, insbesondere zum Betrieb einer Turbine, zur Verfugung steht. Aufgabe des hier gezeigten Energiespeichers ist es, eine gezielte schichtweise Be- und Entladung für eine steuerbare Entladung des Speichers zu ermöglichen. Dazu ist es erforderlich, die Anlage über den Füllstand des VVärraeträgertnittelkondensats zu steuern, wobei eine Durchmischung geladener und nichtgeladener Speicherkapseln durch eine dichte Packung verhindert werden muß· Durch die Art der Be- und Entladung ist eine getrennte Lagerung von Wärraeträgerkondensat und eine Dosiereinrichtung für die Füllung des Speichers notwendig, die in Verbindung mit der für die Funktion notwendigen Kapselung des Speichenaediums zu einem sehr aufwendigen Energiespeicher führt. Da hier gerade keine Durch- und Uraströmung der Speichermediumkapseln oder eine Durchraischung der Speichenaediumkapseln vorgesehen ist, sondern das Speichermedium schichtweise mit Wärnjeträgerdarapf beaufschlagt wird, kann keine effektive: Beladung erwartet werden; so daß die Anwendung im wesentlichen auf den aufgezeigten Fall in Verbindung mit einer Turbine begrenzt sein dürfte. Daraus ergibt sich auch, daS die im Wärmeträgerraedium gespeicherte latente Wärme von untergeordneter Bedeutung ist, da für den Betrieb der Turbine stark überhitzter Dampf erforderlich ist.

Weiter ist es bekannt (US-PS 4 238 296), von einer wärmeren Flüssigkeit (Frischwasser) mit Hilfe eines Kohlenwasserstoffkreislaufs Wärme auf eine kältere Flüssigkeit (Meerwasser) zu übertragen, um das Meerwasser für eine nachgeschaltete Entsalzung vorzuwärmen. Zur Wärmeübertragung wird dabei die durch Verdampfung gespeicherte latente Verdampfungswärme benutzt. Der hier beschriebene Kreis-

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lauf eignet sich jedoch nicht als Wärmeträgermittelkreislauf für einen Wärmespeicher, da in der gezeigten Anordnung ein Kreislaufbetrieb nur in einer Richtung möglich ist und keine Umkehr der Kreislauf richtung, wie sie für den Be- und Entladebetrieb eines Speichers erforderlich ist, durchgeführt werden kann.

Weiter ist es bekannt (Latent Heat Energy Storage Using Direcz Contact Heat Transfer, Proc. of the Int« Sol

Energy Soc· Silver dubilee Congr., Atlanta), bei einem Latentwärmespeicher das Be- und Entladen durch einen direkten Kontakt zwischen Speicherraedium und einem Wännetransportraedium durchzuführen. Hierbei wird durch eine wäßrige Salzlösung (Wärmespeichersiediuta) eine Wärmeträgerflüssigkeit geleitet, die eine geringere Dichte aufweist als die wäßrige Salzlösung und mit dieser nicht mischbar ist·. Die Einleitung der Wänneträgerflüssigkeit erfolgt durch einen Diffusor von unten her in die Salzlösung, so daß die Wänneträgerflüssigkeit in der Salzlösung in Tröpfchenform aufsteigt, Wärme abgibt bzw

aufnimmt und sich an der Oberfläche der Salzlösung sammelt· Von dort wird die Wärmeträgerflüssigkeit abgepumpt, über einen Wärmetauscher geführt und anschließend wieder von unten her in die Salzlösung eingebracht· Dieser Kreislauf wird somit mit Hilfe einer Pumpe aufrechterhalten und der Wärmeaustausch erfolgt durch Abgabe bzw. Aufnahme von sensibler Wärme ira Wärmeträgemittel* Der hier beschriebene Energiespeicher entspricht somit im wesentlichen der weiter oben beschriebenen Einrichtung (DE-OS 23 46 230), wobei lediglich kein sich verfestigendes Speichermediura verwendet wird.

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Ziel der Erfindung:

Durch die Erfindung wird ein wesentlich verbesserter Energiespeicher vorgeschlagen, der die vorstehend aufgezeigten Mangel und Nachteile nicht aufweist.

Darlegung des Wesens der Erfindung:

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, einen Energiespeicher zur Speicherung latenter Warme in chemisch reagierenden Speicherniedien oder Speichermedien mit Phasenwechsel zu schaffen, mit dein bei einfachem Speicheraufbau ein verbesserter Wärmeaustausch von und zuni Speicherraediura möglich ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst,

- daß das Wänneträgertnittel ein Dispersionsmittel ist, in dem das Speichermedium verteilt ist;

- daß das Dispersionsmittel mit den Speichermedium chemisch nicht reagiert;

- daß die Verdampfungsteaperaiur das Dispersionsmitte-ls =" der Reaktionstemperatur des Speichermediuras ist, so daß wenigstens ein Teil des Wärmetransportes mit dem Dispersionsmittel über darin latent gespeicherte Wärme erfolgt; und

- daß das Dispersionsmittel einem Wärmetauscher zugeführt wird.

Gemäß Erfindungsanspruch soll das Speichermediura von einem Dispersionsmittel durchströmt werden, dessen Verdampfungstemperatur kleiner oder gleich der Reaktionstemperatur des Speichermediums ist. Zudem soll das Dispersionsmittel mit dem Speichermedium chemisch nicht reagieren. Unter Dispersionsmittel wird hier eine Flüssigkeit verstanden, mit deren Hilfe eine Mischung aus Flüssigkeit und darin ver-

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teilten Feststoffen hergestellt werden kann, wobei die Feststoffe hier reziproke Salzpaare oder andere sich bei Phasenwechsel verfestigende Substanzen sein können. Mit der vorgeschlagenen Anordnung wird erreicht, daß über das Dispersionsmittel ein direkter, inniger Wärmeaustausch mit dem Speichermedium ohne exergetische Verluste stattfindet· Der Wärmetransport wird sowohl durch das Kondensat als auch den an vielen Stellen in feiner Verteilung entstehenden Dampf des Dispersiongsraittels und der dadurch.gespeicherten latenten Wärme bewirkt· Der Wärmeaustausch zwischen Speichenaedium und Dispersionsmittel ist durch die unmittelbare Durchspülung und Durchströmung des im Dispersionsmittel verteilten Speichermediums sehr gut· Zudem sorgt das durchströmende Dispersionsmittel für Bewegung im Speichermaterial, so daß das wärraeführende Dispersionsmittel rait allen Speicherraediurapartikeln zur Be- und Entladung Kontakt findet· Zusätzlich wird dabei, insbesondere durch die in feiner Verteilung im Speichermedium entstehenden Dampfblasen des Dispersionsmittels, ein Verklumpen des Speicherraediusis weitgehend vermieden* Bei der Entladung des Speichers" wird sich daher kein Speichermediumblock bilden, der den Wärmeübergang und damit die Funktion des gesamten Speichers bei einer anschließenden Beladung behindert., sondern das Speichermediura wird in einem schüttfähigen bzw· körnigen Zustand gehalten, der jederzeit ein Durchleiten von Dispersionsmittel bei großer Kontaktfläche erlaubt» Insgesamt gesehen kann dadurch eine mechanische Duchraischungseinrichtung entfallen· Der Verdampfungsdruck des Dispersionsmittels kann zur Aufrechterhaltung eines Dispersionsmittelkreislaufs verwendet werden in der Art, daß das im geladenen Speicher ausdampfende Dis- persionsiaittel dazu genutzt wird, daß in einem Wärmetauscher abgekühlte (flüssige) Dispersionsmittel wieder durch das Speichermedium zu drücken· Der zur Aufrechterhaltung eines Kreislaufs notwendige Druckunterschied zwischen der Dampfaustrittsstelle und der Kondensateinlei-

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tungsstelle im Speichermedium wird sich durch den Strömungswiderstand im Speicherraediuta selbst einstellen. Es kann jedoch bei entsprechender Diraensionierung und Wahl des Speichermittels und Dispersionsraittels notwendig werden, ein Expansionsventil im Dispersiansraittelkreislauf anzubringen« Es ist somit ein geschlossener, selbstinduzierter Dispersionsmittelkreislauf vorgeschlagen, der das Speichermedium in fluidisierbarer Form hält und das Wärmet ragermittel (Dispersionsmittel) den Wärraetransport sowohl beim Be- als auch beim Entladen des Speichers mit relativ wenig Massefluß über latente Wärmen unter Ausnutzung eines Phasenwechsels durchführt. Wesentlich ist dabei, daß bei einem Wärmetransport mit latenter Wärme mit Temperaturen in der gesaraten Anlage gearbeitet werden kann, die in der Größe der Reaktionstemperatur des Speichermediums liegen· Dadurch entfällt vorteilhaft die Notwendigkeit für hohe Ober- bzw. Untertemperaturen, die viele Speichennedien nicht vertragen und die zu irreversiblen Prozessen führen. Die gesamte Anlage kann dabei sehr einfach über den Anlagendruck gesteuert werden.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil des vorgeschlagenen Energiespeichers liegt darin, daß der Wärmetransfer vom Dispersionsmittel zum Speicherraedium sowohl über die kondensierte Phase des Dispersionsaittels, wobei ein sehr guter Wärmeübergang zum Speichermedium erreicht wird, und über die Gasphase, wobei eine sehr innige Durchmischung erreicht wird¹, erfolgt. Zum Anlaufen des Speichers bei der Beladung ist der beschriebene Dispersionsmittelkreislauf über eine kondensierte Phase und eine Gasphase nicht erforderlihc, da der Energiespeicher durch Konvektion des kondensierten Dispersionsraittels anlaufen kann und somit keine zusätzlichen Anlaufhilfsmittel benötigt.

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Ein weiterer Vorteil wird darin gesehen, daß ein geschlossenes System bestehend aus Dispersionsmittel und Speichenaediuni erhalten wird und keine Trennung dieser beiden Medien bei irgenwelchen Betriebszuständen notwendig ist· Dadurch und durch den Wegfall von mechanischen Durchmischungs- oder Pumpeinrichtungen ist der aufgezeigte Energiespeicher praktisch wartungfrei»

Die Unterpunkte haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt·

Ausführungsbeispiel:

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der Zeichnung* Es zeigen:

Fig» 1: eine schematische Darstellung einer

erstsn Ausführungsforra eines Energiespeichers mit integriertem Wärmetauscher j

Fig. 2: eine schematische Darstellung einer

zweiten Ausfuhrungsform eines Energiespeichers mit integriertem Wärmetauscher,

Fig. 3: ein Fließschema und eine schematische

Darstellung einer dritten Ausführungsform eines Wärmetauschers mit separatem Wärmetauscher in Verbindung mit einem Energieabsorber während der Speicherladung,

Fig» 4: die dritte Ausführungsforra gesäS Fig. 3 im Schaltzustand der Speicherentladung,

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Fig· 5: eine vierte Ausführungsform mit externem Wärmetauscher,

Fig. 6: eine fünfte Ausführungsforra mit einem integrierten und einem zusätzlichen externen Wärmetauscher.

In Fig, 1 ist eine erste Ausführungsforra eines Energiespeichers 1 dargestellt, bei dem in einen zweischaligen Behälter 2, bestehend aus einem inneren Behälter 3 und einem äußeren Behälter 4, ein Speichennedium 5 eingebracht ist. Das Speichermedium 5 ist ein chemisch reagierendes Speicherraedium oder Speichermediura mit Phasen· wechsel, beispielsweise ein Salzhydrat oder reziprokes Salzpaar· Da, wie bereits ausgeführt, bei reziproken Salzpaaren hohe Energiespeicherdichten erzielbar sind, wird vorzugsweise eine Energiespeicherfüllung mit reziproken Salzpaaren vorgeschlagen. Für eine energetische Speicherung (Hochtetaperaturspeicherung) eignet sich beispielsweise das Salzpaar 2 KNO₂ + Ba(OH)₂- 8 H₂O, für eine energetische Speicherung (Niedertemperaturspeicherung) kann das reziproke Salzpaar 2 LiNO₃ . 3 H₂O + (NH^)₂ SO₄ verwendet werden. Prinzipiell kann jsdoch jedes Speiche nnedium-, das zur Speicherung von latenten Wärmen bei einer bestimmten Reaktionsteraperatur geeignet ist, eingesetzt werden.

Das Speichertnedium 5 ist im inneren geschlossener. Behälter 3 bis zu einem Niveau 6 eingefüllt. Im Zwischenbebereich 7, zwischen dem inneren und äußeren Behälter 3, 4 strömt ein Wärmeträgermittel 8, das in einem Anlagenkreislauf, beispielsweise einer Heizungsanlage eines Wohnhauses, zirkuliert. Der Anlagenkreislauf ist über einen oberen Anschluß 9 und einen unteren Anschluß 10 am äußeren Behälter 4 geschlossen.

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Ira Zwischenbereich 7 ist eine Rohrschlange 11 angeordnet, die sich in vier Windungsebenen von oben nach unten erstreckt und die in Verbindung mit dem vorbeiströmenden Wärmeträgermittel einen Wärmetauscher 12 bildet. Vom unteren Ende der: Rohrschlange 11 ausgehend ragt ein Standrohr 13 von unten her dicht in den inneren Behälter so weit, daS eine obere öffnung 14 über dem Niveau 6 des Speicheriaediuras 5 zu liegen kommt» Vora oberen Ende der Rohrschlange 11 ausgehend sind dicht zwei Tauchrohre 15» 16 von oben her in den inneren Behälter 3 und das Speichermediutn 5 bis nahezu an den Boden 17 des inneren Behälters 3 geführt. An unteren öffnungen 18, 19 der Tauchrohre 15, 16 sind federbelastete Rückschlagventile 20, eingesetzt.

Die Rohrschlange 11, das Standrohr 13, das Speichennedium 5 und die Tauchrohre 15?, 16 sind von einem Dispersionsmittel 22 durchströmt, das teils als Dampf, teils als Kondensat auftritt. Das Dispersionsmittel 22 ist ein Wärraeträgennittel, das eine Verdampfungstemperatur haben muß, die kleiner oder maximal gleich der Reaktionsteraperatur des Speichersaittels 5 ist. Vorzugsweise Wird auch bei den kleineren Verdampfungsteraperaturen ein Bereich in der Nähe der Reaktionstemperatur angestrebt. Da die Ve rdaaspfungs tempera tür

druckabhängig ist, kann bei bestimmten Kombinationen von Dispersionsmitteln und Salzpaaren die vorgenannte Forderung durch eins Änderung des Drucks (z.B. Öberdruckbetrieb) erreicht werden. Das Dispersionsmittel 22 darf zudem nicht rait dem Speichermedium chemisch reagieren, sich in irgersfeiner Art anlagern oder sonstweiche Veränderungen durch die Anwesenheit des Speichsrtaediuras 5, der Rohrleitungssvandungen oder Behälterwandungen erfahren. Es sind daher inerte Stoffe als Dispersionsmittel zu bevorzugen, beispielsweise Freone, die eine hohe Hydrolisebeständigkeit aufweisen sollen.

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Da die meisten bekannten Salzhydrate und reziproken Salzpaare chemisch aggressiv sind, wird als Werkstoff für die Teile, die mit dem Speichermedium, jedoch auch mit dem Dispersionsmittel Berührung haben, die Verwendung von Kunststoff empfohlen. Der Behälter 2 kann zudem von einer nicht dargestellten Wärmedämmschicht umgeben se in.

Der Energiespeicher 1 nach Fig· I hat folgende Funktion:

Ladung des Energiespeichers 1: Für die Ladung des Energiespeichers 1 wird ein Wärmeträger benötigt, der in seiner Temperatur über der Reaktionstesperatur des Speichermediums 5 liegt, damit die Speicherung latenter Wärme bei hoher Energiedichte ausnützbar wird. Es könnte dazu beispielsweise am oberen Anschluß 9 ein Wärmeträgerraittel aus einem Energieabsorber, beispielsweise einem Sonnenkollektor, einströmen. Bei noch sehr kaltem Energiespeicher wird sich das Wärraeträgermittel an der Wandung des inneren Behälters und der Rohrschlage 11 abkühlen, damit Wärmeenergie an das Dispersionsmittel-Kondensat und das Speicherraedium abgeben und kalter am unteren Anschluß 10 abfließen· Dadurch wird sich das Speichermsdium 5 bis auf die Reaktionstemperatur (z*B. 35⁰C) erwärmen. Da dad Dispersionsmittel 22 bei der Reaktionstemperatur bereits verdampft, stellt sich der nachfolgend beschriebene Kres lauf ein.: In der Mähe des oberen Anschlusses 9, wo das warme Wärraeträgennittel einläuft, verdampft bereits das Dispersionsmittel 22. Durch den hohen Dampfdruck wird das Dispersionsmittel 22 unten aus den Tauchrohren 15, 16 herausgedrückt und durchspült das Speicherraedium 5. In der Nähe des gegenüber dem Anschluß 9 kälteren Anschlusses 10 kann dagegen das Dispersionsmittel nocht kondensiert sein, so daß hier ein wesentlich geringerer Druck herrscht. Dadurch wird das Dispersionsmittel durch das Standrohr 13 gedruckt und an die Stelle

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geringeren Drucks geführt. Es bildet sich somit aufgrund des Dampfdrucks ein Kreislauf des Dispersionsmittels aus, der die Energie zu seiner Aufrechterhaltung dem Wärmeträgermittel entnimmt. Wie sich der geschilderte Kreislauf ausbildet, insbesondere mit welcher Zirkulationsgeschwindigkeit, hängt von der Diraensionierung der Durchströmquerschnitte-, dem Ströraungsquerschnitt in dem gewählten Speichermedium , den Temperaturbedingungen, der Lage der Anschlüsse und der GröBe des Speichervolumens ab. Der Anlauf des Kreislaufs kann bei kodensiertem Dispersionsmittel durch Konvektion erfolgen und ggfs. durch sine Hilfspumpe unterstützt werden.

Eine als Expansionsventil wirkende Einschnürung in den durchströmten Querschnitten kann eine Verbesserung des Kreislaufverhaltens erbringen, wenn die für den Anlauf und das Aufrechterhalten des Dispersionstnittelkreislaufs erforderliche Druckdifferenz zwischen wärmeren und kälteren Stallen nicht ausreicht, bzw. der Strömungswiderstand im Speichermedium nicht die erforderliche Druckdifferenz erbringt.

Das im Ladekreislauf durch das Speichermedium 5 strömende Dispersionsmittel 22 wird ein verbesserter Wärraetransport vom Wärmeträgenaittel 8 über den Wärmetauscher 12 (Rohrschlange 11) zum Speichermedium 5 bewirkt. Da aber insbesondere bei einer Langzeitspeicherung für die Speicherladungen in der Regel ein langer Zeitraum zur Verfügung steht, kann bei der Speicherladung der durch den Dispersionsmittelkreislauf hervorgerufene Durchraischungsprozeß und der direkte Austausch mit dem Speicherraittel möglicherweise nicht eine so hohe Bedeutung haben, so daß auch dann, wenn durch ungünstige Dimensionierung sin Kreislauf nicht in Gang kommt, der Speicher in gewünschter Weise durch einen Obergang vom Wänne.trägerraittai 8 zum Speichertaedium 5 geladen wird. Anders verhält es sich

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allerdings bei der Entladung des Energiespeichers 1, bei der ein Dispersionsmittelkreislauf eine ganz erhebliche Verbesserung bewirkt.

Entladung des Energiespeichers 1: Der Energiespeicher 1 soll nun weitgehend geladen sein. Beispielsweise sollen sich· bei einer Füllung mit reziproken Salzpaaren die Verbindung der Salzpaare.(in einem reversiblen Prozeß) bei der Reaktionstemperatur weitgehend geändert haben. Der Anschluß IO könnte mit dem Rücklauf einer Bodenheizungsanlage verbunden sein und mit Wasser von ca. 20⁹C beaufschlagt sein. Oadurch würde sich der untere Bereich der Rohrschlange 11" abkühlen und das Dispersionsmittel dort als Kondensat auftreten. Ira oberen Bereich der Rohrschlange 11 wäre dagegen die Tenperatur höher, so daß hier das Dispersionsmittel verdampfen kann und in diesem Bereich einen Druck entsprechend dem Dampfdruck erzeugt· Dadurch wird" wiederum ein Dispersionsmittelkreislauf in Gang gesetzt, in der Art, daß aus den Tauchrohren 15, Dispersionsmittel (teilweise bereits vorgewärmt und verdampft) austritt. Beim Durchströmen des auf seiner Reaktionsteraperatur liegenden Speichermediuras 5 verdampft das Dispersionsmittel vollends und tritt dabei in sehr feiner Verteilung in kleinen Dampfblasen auf. Die aufsteigenden Dampfblasen bedingen eine gute Durchmischung des Speichermediums und einen guten Wärmeaustausch. Durch den Dispersionsmittelkreislauf wird ein Energietransport zum Wärmetauscher 12 (Rohrschlange 11) durchgeführt. Durch diesen direkten Wärmetausch kann der Energiespeicher 1 platzsparend gebaut werden und die für die Durchmischung des Speicherraediums 5 erforderliche Bewegungsenergie wird direkt dem Speicherpotential entnommen» Der Wärmeaustausch zwischen dem Dispersionsmittel 22 und dem Wärmeträgermittel 8 findet, dabei außerhalb des eigentlichen Speicherkerns statt.

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Der Enrgiespeicher 1 ist nur prinzipiell dargestellt und könnte beispielsweise auch eine andere Anordnung, insbesondere größere Zahlen von Tauschrohren 15, 16 oder Standrohren 13 aufweisen. Auch die Wärmetauscheinrichtung 12 zwischen dem Dispersionsmittel 22 und dem Wärmetragermittel 8 könnte entsprechend anderer bekannter Wännetauscherkonstruktionen ausgeführt sein. Weiter könnten mehrere Wärraeträgerraittelkreisläufe, beispielsweise ein Be- und Entladekreislauf, an den Energiespeicher 1 angeschlossen sein.

Die in Fig. 2 gezeigte zweite Ausführungsform eines Energiespeichers 23 besteht ebenfalls aus einem inneren und äuSeren Behälter 24, 25, in deren Zwischenbereich eine Rohrschlange 27 eingebracht ist. Die Rohrschlange ist jedoch hier mit einem oberen Anschluß 28 und eines unteren Anschluß 29 am äußeren Behälter 25 verbunden und von einem Wärmeträgenaittel 30 einer Versorgungsanlage, beispielsweise einer Heizungsanlage, durchströmt« Im inneren Behälter 24 ist auch hier bis zu einem Niveau 31 ein Speichermedium 32 eingefüllt· Ober ein Rückschlagventil 33 hat ein Standrohr 34 im inneren Behälter 24 Verbindung mit dem Zwischenbereich 27, Die obere öffnung des Standrohres 34 ist mit zwei von oben her in das Speicherraedium 32 ragenden Tauchrohren 35 und 36 verbunden. Der Deckel des inneren Behälters ist rait Durchströmöffnungen 37, 38 zum Zwischenbereich 26 versehen. Der Zwischenbereich 26, das Standrohr 34, die Tauchrohre 35, 36 und die Durchströraoffnungen 37, 38 sind von eine© Dispersionsmittel 39 durchströmt, das teilweise dampfförmig oder als Kondensat auftritt.

Die zur ersten Ausführungsfonn getroffenen Feststellungen zur Wahl des Speicherraediums, des Oispersionsraittels, des Werkstoffs, der Oruckverhältnisse und dar Art

der Wärmetauscher sind auch hier und entsprechend bei den weiteren Ausführungsbeispielen relevant.

Der Energiespeicher 23 hat folgende Funktion: Ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform tritt auch hier ein Dispersionsraittelkreislauf auf. Für die Entladung des Energiespeichers 23 soll ein Wänneträgermittel 30, beispielsweise aus einem Heizungsrücklauf, unterhalb der Verdampfungstemperatur des Oispersionsmittels 39 am unteren Anschluß 29 zugeführt werden. Dadurch ist in diesem Bereich das Dispersionsmittel flüssig, wie es in der Fig. 2 angedeutet ist. 8eim Durchströmen der Rohrschlange 27 erwärmt sich das Wänneträgerraittsl 30 auf seinen Weg zum Auslaßanschluß 28. Dadurch kommt es über die Verdampfungstemperatur des Dispersionsmittel, so daß in der Nähe des Anschlusses 28 das Dispersionsmittel verdampft ist. Durch den hier vorherrschenden Dampfdruck wird ein Druck auf das flüssige Dispersionsraittel 39 ausgeübt, das ia Standrohr 34 aufsteigt und durch die Tauschrohre 35, 36 im Speicherraedium 32 austritt. Im Speichermedium 32 wird das Dispersionsmittel 39 erwärmt und verdampft. Die aufsteigenden kleinen Dampfblasen treten aus dem Speichermediura aus und durch die Durchströmöffnungen 37, 38 in den Zwischenbereich 26. Damit ist der Dispersionsmittelkreislauf geschlossen Die zum ersten Ausführungsbeispiel gemachten Bemerkungen zur Ingangsetzung des Kreislaufs sind auch hier zu beachten. Ein entsprechender Kreislauf läßt sich auch bei der Beladung des Energiespeichers 23 erzeugen und aufrechterhalten. Für den Energietransport wesentlich ist auch hier, daß im Dispersionsraittel 39 vom Speicherraediura 32 Wärme aufgenommen wird, die in Form von latenter Verdampfungswärme im Dispersionsmittel transportiert und die bei der Kondensation Im Zwisohanbersich 26 (in Fig. 2 durch Tropfhcenbildung angedeutet) wieder frei wird. Dadurch können bei einem relativ ge-

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ringen Massenfluß an Dispersionsmittel große Energiemengen im Bereich der Reaktionstemperatur auf- und von dem Speicherraedium übertragen werden, Exergetisch gesehen ist dieser Prozeß günstiger als ein üblicher Wärraetauscher, da bis zur Reaktionsteraperatur der Prozeß stabil bleibt und das Angebot eines Energieabsorbers, z.B. eines Solarkollektors, bis zur Reaktionstemperatur voll angenommen wird· Das gleiche gilt für die Entladung, da das Speichennedium 32 das Dispersionsmittel 39 bis zum Erlahmen der Reaktion im Speicherraedium 32 ausdampft. Die beschriebenen Nachteile anderer Methoden entfallen für beide Methoden. Zur Leistungsregelung könnten in die verschiedenen Kreisläufe zusätzlich zu Rückschlagventilen auch Regel- und Steuerungsventile eingebaut sein. Weiter könnte in allen Ausführungsformen eine Abpumpeinrichtung für das Dispersionsmittel für den ruhenden Zustand des geladenen Speichers vorgesehen sein. Dadurch konnte derDruck im Speicherbehälter reduziert werden.

In Fig. 3 und 4 ist eine vierte Ausführungsform eines Energiespeichers dargestellt, bei dem der Wärmetauscher 41 zwischen einem Dispersionsmittel 42 und einem Wärmsträgermittel 43 nicht unmittelbar am Energiespeicher angebracht ist. In einen Behälter 44 ist ein Speichermediusn 45 eingefüllt. Das Speichermedium wird vom Dispersionsmittel 42 durchströmt und in einem Kreislauf der Reihe nach durch eine obere Leitung 46 ein Dreiwegeventil 47, ein Expansionsventil 48, einen Energieabsorber 49, ein weiteres Dreiwegeventil 50, einen Kompressor 51 und zwei weitere Dreiwegeventile 52, 53 zuiTi Energiespeicher 40 geführt. An die beiden Dreiwege ventile 52, 53 ist der Wärmetauscher 41 angeschlossen, an dem der Wärmeträgerraittelkreislauf 43 angedeutet ist.

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Anhand der Fig, 3 soll bei der entsprechenden Stellung der Magnetventile 47, 50, 52, 53 die Ladung des Energiespeichers 40 gezeigt werden. Vom Energiespeicher kommend strömt flüssiges Dispersionsmittel in der Leitung

45 zum Expansionsventil 48. Nach dem Expansionsventil

48 entspannt sich das Dispersionsmittel und nimmt aus dem nachgeschalteten Energieabsorber 49 Energie auf. Der Energieabsorber 49 könnte beispielsweise ein Solarkollektpr oder ein anergetischer Wärmespeicher sein.

Im nachfolgenden Kompressor 51 wird das Disperionsmittel 42 komprimiert und als heißes Gas dem Energiespeicher 40 zugeführt. Hier strömt es durch das Speicherme-* diura und gibt dabei Energie ab, die in Fons von latenter Wärme im Speichermedium 45 gespeichert wird. Der Dispersionsmittelkreislauf wird hier durch den Kompressor 51 eingeleitet und aufrechterhalten.

Anhand der Fig. 4 soll nun der Entladevorgang beschrieben werden. Die Dreiwegeventile 47, 50 sind dabei so geschaltet, daß das Expansionsventil 48 und der Energieabsorber

49 abgetrennt sind und eine direkte Verbindung zwischen den Ventilen 47, 50 besteht· Weiter sind die Dreiwegeventile 52, 53 so geschaltet, daß das Dispersionsmittel 42 durch den Wärmetauscher 41 geführt wird. Der Kompressor 51 saugt aus dem Energiespeicher 40 über die Leitung

46 warmen Dispersionsraitteldampf an. Nach dem Kompressor, der hier im wesentlichen als Pumpe wirkt, tritt das Dispersionsmittel entweder flüssig oder als Heißgas, je nach Auslegung des Kreislaufs, durch den Wärmetauscher 41 und gibt dort Wärme, zum Teil durch seine Abkühlung, zum Teil bei der Kondensation als Verdampfungswärme, an das Wärmeträgerraittel 43 ab. Beim Eintritt des Dispersionsmittels 42 in das Speichermedium 45 soll das Dispersionsmittel wieder flüssig sein, damit im Speichermedium 45 der Verdampfungsvorgang des Dispersionsmittel 42 gewährleistet

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ist und dadurch ein Wännetransport im Dispersionsmittel über die Verdampfungswärme erfolgt. Ura die entsprechenden physikalischen Bedingungen für die Verflüssigung des Dispersionsmittels zu erhalten, kann es notwendig werden, nach dem Wärmetauscher 41 noch ein Expansionsventil (in Fig. 4 mit Bezugszeichen 54 eingezeichnet) vorzusehen.

Der Kreislauf des Dispersionsmittels 42 wird auch hier vom Kompressor 51 aufrechterhalten. Wesentlich dabei ist, daß, ähnlich wie bei den Hilfspumpeneinrichtungen der ersten beiden Ausführungsfarmen, nur das inerte Dispersionsraittel 42 umgeρurapt werden muß und nicht das meist aggressive Speichennediura. Auch hier könnten Durckminde- rer zur Konstanthaltung des Druckes und Regel- oder Steuerventile zur Leistungsregelung eingesetzt sein.

Eine wesentliche Verbesserung und Ausgestaltung dieser Ausführung wird darin gesehen, daß die Be- bzw. Entladung eines Energiespeichers in direkter Kopplung mit einer Kooipressionsraaschine erfolgt, die, vom Dispersionsmittel durchströmt wird> wobei das Speicherraedium als Kondensator bzw. als Verdampfer dient. Bei dieser Wärraepurapenanordnung entfällt ein sonst erforderlicher Wärmetauscher zwischen WärmepuEipenkreis und Speicherkreis.

Fig. 5 zeigt eine vierte Ausführungsform eines Energiespeichers, die ähnlich der in Fig.. 2 gezeigten zweiten Ausführungsform aufgebaut ist. Der Wärmetauscher zwischen dem Dispersionsmittel und dem Wärraeträgerraittel ist hier jedoch nicht in einem doppelwandigen Behälter untergebracht, sondern liegt extern und ist über Leitungen angeschlossen* In einen Behälter 55 ist ein Speichernd ium 56 eingebracht, das von einem Dispersionsmittel 57 durchströmt wird. Das Dispersionsmittel 57 durchläuft einen

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Kreislauf aus dem Behälter 55 durch eine Leitung 58 zu einem nicht rait dem Behälter 55 verbundenen externen Wärmetauscher 59, an den ein Wärraetragermittel-Kreislauf 60 angeschlossen ist. Vom Wärmetauscher 59 ist das Dispersionsmittel 57 in einer weiteren Leitung 61 wieder zurück zum Behälter 55 geführt und strömt von unten her in einem Standrohr 62, das sich in zwei Tauchrohre 63, 65 verzweigt in das Speichermedium 56.

Dieser Energiespeicher funktioniert ebenso wie der in Fig. 2 gezeigte Energiespeicher 23» Die dort gemachten Ausführungen zur Ausbildung eines Disperionsmittelkreislaufs gelten auch hier. Es kann jedoch, wie hier gezeigt, vorteilhaft sein, externe, handelsübliche oder bereits vorhandene Wärmetauscher einzusetzen.

In Fig. 6 ist ein Energiespeicher 65 dargestellt, der in seinem oberen Teil dem in Fig. 1 dargestellten Energiespeicher 1 entspricht. Der dort dargestellte Dispersionsmittelkreislauf in dsr Rohrschlange 11 ist jedoch hier in einer Leitung 66 nach außen zu einem weiteren Wärmetauscher 67 geführt und von dort zurück zu einem Standrohr 68. Bei dieser fünften Ausführungsform eines Energiespeichers 65 ist somit der Dispersionsnaittelkreislauf durch zwei (oder mehrere) Wärmetauscher in Kaskadenschaltung geführt, wobei die zu den Wärmetauschern gehörenden Wärmeträgerraittel-Kreisläufe unabhängig oder miteinander verbunden sein können. Eine ähnliche Kaskadenschaltung mit integrierten oder externen Wärmetauschern kann auch bei den vorgenannten Ausführungsformen vorgenommen werden«

Zusammenfassend wird festgestellt, daß bei einem Energiespeicher zur Speicherung von latenter Wärme ein das Speicherraedium durchströmendes Dispersionsmittal vorgesehen wird, das einen direkten VYärmetausch rait dem Spei-

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chermedium unter Aufnahme bzw. Abgabe latenter im Dispersionsmittel gespeicherter Warme, eine gute Durchraischung des Speichermediums und zudem eine kompakte und platzsparende Bauweise eines Energiespeichers ermöglicht *

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Claims (10)

1. Erfindungsanspruch

   1. Energiespeicher zur Speicherung von latenter Wärme, bei dem in einem Behälter ein chemisch reagierendes Speichermedium oder ein Speichernedium mit Phasenwechsel einer einer bestimmten Reaktionsteraperatur eingebracht ist, und das Speichertaedium von einem Wärmeträgermittel beim Be- und Entladen des Speichermediuras durchströmt ist, gekennzeichnet dadurch, daß das Wärmeträgermittel ein Dispersionsmittel (22; 39; 42; 57) ist, in dem das Speiche rraedium (5; 32; 45; 56) verteilt ist, daß das Dispersionsmittel (22; 39; 42; 57) mit dem Speichertnediura (5; 32; 45; 56) chemisch nicht reagiert, daß die Verdarapfungsteraperatur des Dispersionsmittels (22; 39; 42; 57) kleiner oder gleich der Reaktionsteraperatur des Speichermediuras (5; 32; 45; 56) ist, so daß wenigstens ein Teil des Wärmetransports mit dem Dispersionsmittel (22; 39; 42; 57) über darin latent gespeicherte Wärme erfolgt, und daß das Dispersionsmittel (22; 39; 42; 57) einem Wärmetauscher (12; 27; 41; 59; 67) zugeführt wird.

   2· Energiespeicher nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Behälter (2; 24, 25; 44; 55) zur Angleichung der Reaktionsteraperatur und der Verdarapfungsteraperatur unter Druck betriebbar ist.
2. 3. Energiespeicher nach Punkt !„oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß das Dispersionsmittel (22; 39; 42; 57) innerer oder äußerer Wärmeträger in einem Wärmetauscher (12; 27; 41; 59; 67) zwischen dem Dispersionsmittel (22; 39; 42; 57) und einem Wärmeträgermittal (S; 30; 43) einer Versorgungsanlage ist.

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3. 4. Energiespeicher nach Punkt 1, 2 oder 3, gekennzeichnet dadurch, daß der Behälter (2) aus einem inneren, mit Speichermedium (5) gefüllten Behälter (3) und einem äußeren mit einem Wärraeträgeriaittel (8) eines Anlagenkreislaufs gefüllten Behälter (4) besteht» und daß das Dispersionsmittel (22) in einem Rohrleitungssystem geführt ist, das aus mindestens einem oben offenen Standrohr (13) im inneren Behälter (3) besteht, dessen Eintrittsöffnjjng (14) über dem Niveau des Speicherraediums (5) liegt, der untere Teil des Standrohrs (13) mit einer Rohrschlange (11) zwischen dem äußeren und inneren Behälter (3, 4) verbunden ist und die Rohrschlange (11) in mindestens einem Tauchrohr (15» 16) endet, das von oben her in das Speicherraedium (5) in den inneren Behälter (3) ragt.

   5» Energiespeicher nach einem der Punkte 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß der Behälter aus einem inneren mit Speiche miedium (32) gefüllten Behälter (24) besteht und einem äußeren Behälter (25) besteht, daß zwischen dem inneren und äußeren Behälter (24, 25) (Zwischenraum 25) eine von einem Wärmeträgerraittel (30) eines Anlagenkreislaufs durchströmte Rohrleitungsschlange (27) angebracht ist, daß mindestens ein Standrohr (34) im Speichermedium (32) vorgesehen ist, das an der Unterseite Verbindung mit dem Zwischenraum (26) hat und an der Oberseite mit mindestens einem Tauchrohr (35, 36) verbunden ist, das von oben her in das Speichermedium (32) ragt, daß der innere Behälter (24) an seiner Oberseite über dem Niveau des Speichermediuras (32) Bohrungen (37, 38) zum Zwischenraum (26) aufweist und daß sich im Zwischenraum (25) Dispersionsmittel (39) befindet.

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4. 6. Energiespeicher nach einem der Punkte 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß in den vom Disperionsmittel (22; 39; 42; 57) durchströmten Leitungen oder Bohrungen Leistungsregulierventile und/oder Rückschlagventile (20, 21; 33) eingebaut sind.
5. 7. Energiespeicher nach einem der Punkte 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß eine Abpurapeinrichtung für Kondensat oder Dampf des Dispersionsmittels (22; 39; 42; 57) vorgesehen ist.
6. 8. Energiespeicher nach einem der Punkte 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch, daß eine Unipumpeinrichtung für das Dispersionsmittel (22; 39; 42; 57) vorgesehen ist.
7. 9. Energiespeicher nach einem der Punkte 1 bis 8, gekennzeichnet dadurch, daß das Speichermedium (5; 32; 45; 56) in einem an den Energiespeicher angeschlossenen Wärtne-Kraft-Kreislauf als Kondensator bzw. Verdampfer eingesetzt ist, wobei die Teilung in- inneren und äußeren Behälter entfällt.
8. 10. Energiespeicher nach Punkt 9, gekennzeichnet dadurch, daß an den Energiespeicher (1; 23; 40; 65) zur Speicherladung ein Energieabsorber (49) anschließbar ist, daß zwischen dem Energieabsorber (49) und dem Dispersionsmittelauslauf ein Expansionsventil (48) angeordnet ist und daß zwischen dem Energieabsorber (49) und dem Dispersionsmittelzulauf ein Kompressor (51) angeordnet ist.
9. 11. Energiespeicher nach Punkt 9 oder 10, gekennzeichnet dadurch, daß an den Energiespeicher (1; 23; 40; 65) zur Speicherentladung ein Kompressor (51) und diesem nachgeschaltet ein Wärmetauscher (41) zwischen dem Dispersionsmittel (42) und dem Wärmeträgermittel (43) eines Anlagenkreislaufs anschließbar ist.

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   12· Energiespeicher nach einem der Punkte 1 bis 11, gekennzeichnet dadurch, daß der Wärmetauscher (59, 67) getrennt und im Abstand vom Behälter (2; 24, 25; 44; 55) angeordnet ist»
10. 13. Energiespeicher nach einem der Punkte 1 bis 12» gekannzeichnet dadurch, daß mehrere Wärmetauscher (12; 27; 41; 59; 67) hintereinandergeschaltet sind.

    14· Energiespeicher nach einem der Punkte 1 bis 13, gekennzeichnet dadurch, daS in Modulbauweise eine Mehrzahl von gleichen oder unterschiedlichen Speichereinheiten mit gleichen oder unterschiedlichen Speichermedien zusammengeschaltet ist·

    - Hierzu 2 Blatt Zeichnungen -

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