DE10047282A1

DE10047282A1 - Speicher-Wärmepumpe mit integriertem, dynamisch geführtem Latentwärmespeicher

Info

Publication number: DE10047282A1
Application number: DE10047282A
Authority: DE
Inventors: Michael Laumen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-03-21
Filing date: 2000-09-23
Publication date: 2001-10-04

Description

Latentwärmespeicher weisen gegenüber thermischen Speichern sensibler Wärme den Vorteil auf, daß sie durch ihre Aufnahme und Abgabe bei einer konstanten Temperatur bei vergleichsweisen hohen Energiedichten je Volumeneinheit zu günstigen exergetischen Wirkungsgraden von Anlagensystemen führen. Als Speichermedium im Sinne des erfindungsgemäßen Oberbegriffs sind hier solche Speichermedien gemeint, die gebräuchlich als PCM (Phase change material) bezeichnet werden, also Materialien die durch temperaturkonstanten, reversiblen Phasenwechsel von fest (s) → flüssig (l) Wärme aufnehmen bzw. von (l)→(s) abgeben. In dem Sonderdruck der Chemie Nachrichten 11/97 S. 1075-1081 sind 16 für solche Anwendungsfälle geeignete Salzhydrate bzw. Paraffine beispielhaft aufgeführt. In diesem Artikel wird weiterhin auf die Möglichkeit hingewiesen, PCM's aus eutektischen Mischungen von Salzhydraten herzustellen um insbesondere zu einer auf den jeweiligen Prozeß angepaßten optimalen Phasenwechseltemperatur zu gelangen.

Solche PCM haben einige Eigenschaften, die einer Nutzung der oben beschriebenen Qualitäten erheblich entgegensteht. Dies ist insbesondere die Eigenschaft, daß sich in der Entladephase das PCM zunächst an der Wärmetauscherfläche verfestigt und somit im fortschreitenden Prozeß aufgrund steigender Wärmeleitwiderstände eine ständig sinkende Entladeleistung in Kauf genommen werden muß. Solche Latentwärmespeicher, die über Wärmetauscherflächen mit den angebundenen Anlagen verbunden sind, nennt man statische Systeme. Man hilft sich, in dem man die Wärmetauscherflächen sehr groß dimensioniert, was natürlich einen Teil der Vorteile von PCM aufgibt, z. B. der geringe Platzbedarf, insbesondere jedoch zu hohen Investitionskosten führt. Ein Anwendungsbeispiel für ein solches statisches System, ein im PKW eingebauter Latentwärmespeicher, wird in der Zeitschrift Chemie heute, Ausgabe 97/98 (Dr. H. Baumann, Fa. Merck) beschrieben. Statische Systeme sind weiterhin eingeschränkt in der Nutzung potentieller PCM, da verfahrenstechnisch kein Einfluß genommen werden kann auf andere thermophysikalischen Probleme, wie z. B. der Beherrschung des Oswald Miers Bereichs, der Kristallkeimbildung und der Aufrechterhaltung zyklenstabiler homogener Mischungen. Eine Zusammenfassung diesbezüglicher Kriterien, ist in der Publikation "Speichersalze im Blickpunkt" von Prof. Dr. R. Kniep im GIT Sonderdruck 1998 erschienen.

In der Offenlegungsschrift DE 195 00 105 A1 ist das Konzept eines dynamisch geführten Latentwärmespeichers offenbart. Hier wird eine Anwendung des Stoffpaares Paraffin als PCM und Wasser als Wärmeträger vorgeschlagen, wobei der stets liquide Wärmeträger in direkten Kontakt mit dem Paraffin steht und die Grenzflächen der Stoffe zum Austausch sensibler Wärme genutzt werden. Grundsätzlich bleibt hier der Nachteil bestehen, daß zwischen Wärmeträger und PCM eine signifikante Temperaturdifferenz bestehen muß, wobei die transferierbare Leistung wesentlich von dieser Differenz abhängt. Der technische Vorteil eines PCM als thermischer Speicher wird in der beschriebenen Apparatur weiterhin dadurch eingeschränkt, daß beschreibungsgemäß nur etwa die Hälfte des Volumens der Apparatur als PCM Lagervolumen genutzt werden können. Weiterhin ist der apparative Aufwand erheblich und die Stoffpaarung schränkt den Anwendungsbereich ein. In der praktischen Anwendung ist dieses System nicht in Erscheinung getreten.

Die Offenlegung A1 0 079 452 der Europäischen Anmeldung 82109059.4 beschreibt ein dynamisches System mit doppeltem Phasenwechsel. Hierbei wird ein Wärmeträger, dort als Dispersionsmittel bezeichnet, in direkten Kontakt mit dem Speichermedium gebracht. Prinzipiell erfolgt der Wärmetransport in das PCM durch Kondensation des dampfförmigen Wärmeträgers an der molekularen Oberfläche des soliden PCM und führt dort zur Schmelze. Die thermische Entladung des liquiden PCM wird durch Verdampfung des liquiden Wärmeträgers an der molekularen Oberfläche des PCM realisiert. Dieses Verfahren kann in beiden Prozeßschritten bei minimalen Temperaturgradienten zwischen den Stoffpaaren durchgeführt werden. Prinzipiell ist der Massenstrom des Wärmeträgers in diesem System von der Dampfdruckdifferenz des Wärmeträgers im Speicherraum und dem zum System gehörendem Wärmetauschers abhängig. Dies bedeutet, daß die statischen Druckverluste sowie Strömungswiderstände durch das aufzubauende Druckgefälle überwunden werden müssen.

Aus diesem Grund ist der zum System gehörende Wärmetauscher notwendigerweise mit Temperaturdifferenzen, die erheblich von der jeweiligen Phasenwechseltemperatur des PCM abweichen zu betreiben, was mit signifikanten exergetischen Verlusten behaftet ist.

Die dargestellte Konfiguration hat weitere Nachteile. In der thermisch beladenen Phase steht der Behälter unter dem Dampfdruck des Wärmeträgers, was zu Aufwand hinsichtlich der Druckfestigkeit der Behälter führt. Die dargestellte apparative Ausbildung erlaubt keine Durchströmung des thermisch unbeladenen PCM, sondern impliziert eine Kondensation des Dampfes in der oberen Grenzfläche des kristallinen PCM, mit der Folge der Durchmischung beider PCM Phasen, was insbesondere bei Teilbeladungen und im fortschreitenden Ladeprozeß zu erheblichen Schwierigkeiten in der Prozeßführung führt, da die zur Durchströmung wichtigen Kanäle zunehmend von liquiden PCM verschlossen werden. Die offenbarte Prozeßführung zeigt zwar einen optimalen Lösungsansatz für das Problem des Energietransports aus und in das PCM System, allerdings nur in bezug auf den Mikrobereich der jeweiligen Stoff-Grenzflächen. Insbesondere in Verbindung mit der dargestellten apparativen Ausbildung führt dies jedoch zu keiner dynamische Führung eines PCM-Systems im Sinn einer technischen Anwendbarkeit.

Die Offenlegungsschrift DE 32 40 353 beschreibt eine Wärmepumpe in dessen Kreislauf ein statischer Latentwärmespeicher zugeschaltet ist, insofern trägt diese Schrill nicht zu den erfindungsgemäßen Lösungsansätzen in Bezug auf den Wärmetausch zwischen PCM und Wärmeträger bei. Weiterhin ist der Kompressor so dimensioniert, daß die maximale Kondensatorleistung bei maximaler Temperaturdifferenz zur Verfügung steht. Das Potential zu einer signifikanten Verkleinerung der Baugröße des Verdichters bzw. seiner Motorleistung durch einen Speichers der in einem mittleren Temperaturbereich zwischen Verdampfungs- und Kondensationstemperatur angeordnet ist, fehlt ebenfalls.

Zur Realisierung eines dynamisch geführten PCM Systems im technischen Maßstab, insbesondere mit der Aufgabenstellung die thermische Energie zyklenstabil in und aus dem System zu bringen, bedarf es auch unter dem Gesichtspunkt der Ökonomie, weiterer Problemlösungen.

Insgesamt ist der Einbindung von PCM Speichern in die Anlagentechnologie wenig Aufmerksamkeit geschenkt worden. In aller Regel gehen die Literaturstellen als selbstverständlich davon aus, daß die Energie bei einer Phasenwechseltemperatur gespeichert wird, die einem auf den jeweiligen Versorgungsfall bezogenen, arbeitsfähigem Niveau entspricht.

Das für die Wirtschaftlichkeit von thermischen Speichern entscheidende Kriterium ist die Zyklenzahl der Be- und Entladung, die während einer zum Vergleich herausgezogenen Nutzungsperiode über die im Speicher umgesetzten Energiemenge entscheidet. Thermische Energiespeicherung macht wirtschaftlich nur dann Sinn, wenn die Amortisationskosten des gesamten Versorgungs-Systems, also nicht nur des Speichers, geringer sind, als der alternative Aufwand für nicht regenerative Energieträger. Die Speicherung auf einem arbeitsfähigem Temperaturniveau macht nur dann Sinn, wenn kostenlose oder sehr billige Energie auf oder oberhalb dieses Niveaus zur Verfügung steht und dies in kurzem zeitlichen Abstand und hoher Häufigkeit zur Bedarfssituation Dies ist insbesondere bei der Nutzung regenerativer Energie praktisch nie der Fall.

Diese Probleme werden durch die erfindungsgemäße Ausbildung insgesamt gelöst.

Die direkte Einbindung des PCM in den durch eine Kompressionsmaschine(n) betriebenen Wärmeträgerkreislauf ermöglicht die definierte und steuerbare Einstellung des Druckes in dem das PCM aufnehmenden Behälter. Die durch die Kompressionsmaschine herbeigeführte Zwangsströmung erlaubt eine beliebige Anordnung von apparativen Einrichtungen zur Durchführung einer gewünschten Fluidführung im PCM für jede Phase der Prozeßführung. Durch diese variable Gestaltungsmöglichkeit kann die Fluidführung auch solchen Bedingungen angepaßt werden, die durch die Verwendung unterschiedlicher Stoffpaarungen von PCM und Wärmeträgern erforderlich werden können. Das PCM aufnehmende Behältnis ist erfindungsgemäß so mit der Kompressions maschine(n) verschaltet, daß die molekulare Oberfläche des PCM sowohl als Kondensations- wie auch als Verdampfungsfläche dienen kann. Die Phasenwechseltemperatur des PCM der erfindungsgemäßen Ausbildung ist so gewählt, daß sie zwischen der Kaltverdampfungstemperatur einer zeitlich ersten Beladungsstufe und der Kondensationstemperatur einer zeitlich zweiten Entladungsstufe angeordnet ist. Für die erfindungsgemäße Anordnung muß jeweils in der Be- und Entladephase nur die Hälfte der Arbeit des erforderlichen Temperaturhubs bzw. Druckdifferenz geleistet werden. Ausgehend von den thermodynamische Eigenschaften des für das Anwendungsbeispiels ausgewählten Wärmeträgers R123, führt dies zu einer Reduktion der bereitzustellenden Primärenergieanschlußleistung und Motorstärke von 57% im Vergleich zu einem System mit direkten, einstufigem Hub. Bereits ohne Berücksichtigung des Maschinenwirkungsgrades errechnet sich eine um ca. 15% höherer Primärenergieverbrauch für eine 1.stufigen Verdichtung gegenüber dem 2.stufigem Speichersystem in der erfindungsgemäßen Ausbildung mit einem Kompressor. Dies resultiert insbesondere aus dem kleineren Massen- und Fördervolumenstrom der 2.stufigen Förderung.

Die erfindungsgemäße Anordnung realisiert eine Lagerung von Energie wesentlich unterhalb der Arbeitstemperatur, was in Hinsicht des Isolationsaufwandes vorteilhaft ist. Dies impliziert jedoch insbesondere einen auf ca. 60% reduzierten Dampfdruck in der Periode der Lagerung im Vergleich zur Lagerung auf dem Niveau der Arbeitstemperatur. Im Behälter zur Aufnahme des PCM, dem einzigen voluminösen Teil des Systems, herrscht während der gesamten Betriebsphase maximal der Dampfdruck der Phasenwechseltemperatur, was zu einer kostengünstigen Auslegung führt.

Das Zustandsdiagramm für den Wärmeträger gemäß des Ausführungsbeispiels verdeutlicht den prinzipiellen, zeitlich versetzten Prozeß der thermischen Beladung (I) und Entladung (II) des PCM mittels Kondensation und Verdampfung des Wärmeträgers im Direktkontakt mit dem PCM. Die Phasenwechseltemperatur des Speichers ist mit T_SP gekennzeichnet. T₁ bezeichnet die Kaltverdampfungstemperatur der Beladephase. T₂ bezeichnet die Kondensationstemperatur der Entladephase die T_SP nicht unterschreiten darf T₃ bezeichnet die Kaltverdampfungstemperatur der Entladephase, die T_SP nicht überschreiten darf T₄ bezeichnet die Kondensationstemperatur der Entladephase die der Arbeitstemperatur des extern zu versorgenden Systems entsprechen muß.

Ein Ausführungsbeispiel für die Anwendung des erfindungsgemäßen dynamischen Latentspeichersystems in Verbindung mit einer Kollektoranlage für Sonnenenergie zeigt die Abb. 1. Die Speichertemperatur wurde für diesen beispielhaften Anwendungsfall mit 18°C gewählt, dies ist die Schmelztemperatur von KF.4H₂O.

Das Speichersystem besteht in dieser Anordnung aus folgenden Hauptkomponenten.

1. Dem PCM (KF.4H₂O) T_SP = 18°C; Dichte 1,48 g cm³, ΔH 231 kJ kg; (341.880 kJ m³)
2. Einem Verteilsystem im Bodenbereich mit Einlässen in die PCM-Sektion für den Wärmeträger
3. Einem Deckel mit Durchgängen für den Wärmeträger
4. Einen Filter-Auslaß für die liquide Phase des Wärmeträgers in der thermischen Beladephase
5. Einem Dampfdom bzw. Kristallabscheider
6. Einem Verdichter
7. Einem Kondensator
8. Einem Verdampfer
9. Einem Kollektor
10. Einem NT-Heizsystem

Als Wärmequelle dient beispielhaft eine Anlage zur Sammlung von Solarenergie (9), versorgt wird eine NT- Heizung (10) mit etwa 45°C Vorlauftemperatur. Eingesetzt wird ein Speichermedium (1) mit einer Phasenwechseltemperatur von 18°C. In der Entladephase hat der Verdichter somit einen Temperaturhub von 26,5°C zu leisten. Unter Berücksichtigung der spezifischen thermodynamischen Merkmale des beispielhaft gewählten Wärmeträgers R123 bedeutet dies, daß der Verdichter (6) bei konstanter Motorleistung und konstantem Kondensationsdruck (P2, T2) bis -7°C Kaltverdampfungstemperatur Energie aufnehmen kann.

Die gesamte Anlage ist evakuiert und im thermisch entladenen Zustand vom Dampfdruck des Wärmeträgers bei Umgebungstemperatur (ca. 0,8 bar bei 20°C) gekennzeichnet.

Die Beschreibung geht von einem thermisch unbeladenem Zustand des Speichers aus. Das PCM (1) liegt als lose Schüttung mit einem Porenanteil von ca. 15% vor. In der Zeichnung ist die Füllgrenze der soliden Phase mit (s) gekennzeichnet. Der Porenanteil ist mit liquiden Wärmeträger gefüllt. Steigt der Druck im Verdampfer (8) auf einen Wert größer P1, der ein Energieangebot der Wärmequelle (9) signalisiert, wird der Verdichter (6) eingeschaltet und das Druckventil (16) auf den Druck P₁ freigegeben. Desweiteren werden die mit (US) gekennzeichneten Umschaltventile auf die Stellung "Beladen (I) gestellt. Über ein oberhalb des maximalen Pegels für liquides PCM plazierten Filter (4), z. B. aus feinporös gesintertem Edelstahl, wird flüssiges Kältemittel abgesaugt und im Verdampfer (8) bei T₁ verdampft. Der Kompressor saugt den Dampf an und führt ihn über die Leitung (11) die mit einer Rückschlagklappe (12) versehen ist in den Speicherbehälter (3) und dort über eine interne Leitung (13) in eine Kammer, unterhalb des Trennbodens (2). Dieser Trennboden ist mit einer oder mehreren Öffnungen (14) zur PCM-Sektion (1) versehen, die mittels Textilgasze oder anderen geeigneten Einrichtungen das Durchdringen des PCM in die Kammer (2) sowohl in der soliden wie auch in der liquiden Phase verhindert. Die, Kammer (2) unterhalb des Trennbodens ist in der Ausgangsposition ebenfalls mit flüssigem Wärmeträger gefüllt, was bei der Bemessung der diesbezüglichen Füllmenge zu berücksichtigen ist. Anstatt des Trennbodens kann auch ein anderes Verteilsystem zum tragen kommen, z. B. eine Verteilung mittels Rohrsystem etc. Der Dampf gelangt nun über das Verteilsystem(2) durch die Öffnungen (14) in die PCM-Sektion (1) und kondensiert auf der großen Oberfläche der PCM-Kristalle. Durch die freiwerdende Kondensationswärme ändert sich die Phase des PCM von fest nach flüssig. Die flüssige Phase des Wärmeträgers geringerer Dichte setzt sich oberhalb der flüssigen PCM Phase höherer Dichte ab, wodurch der Kreislauf über das Auslassfilter (4) aufrecht erhalten werden kann. Während der Beladephase wandert die liquide Grenzschicht des PCM nach oben, bis sie ihren maximalen, mit (l) gekennzeichneten Pegelstand erreicht. Am Ende der Beladephase ist der Speicher mit liquidem, thermisch beladenen PCM gefüllt, über dem liquider Wärmeträger geringerer Dichte aufschwimmt. Der Pegel des liquiden PCM ist im Beispiel gegenüber dem soliden PCM um 15% niedriger, weil in dieser Phase keine Poren vorliegen, bei dem für das Anwendungsbeispiel aufgeführtem PCM um weitere 2%, wegen des materialspezifischen Volumenunterschieds der Phasen.

Ausgehend von nunmehr einem thermisch beladenen Zustand des Speichers, wird die Entladephase (II) durch das Öffnen des Ventils (15), dem Umschalten der mit (US) gekennzeichneten Ventile auf die Stellung "entladen" und dem Einschalten des Kompressors eingeleitet, sobald der Druck im Kondensator (7) auf einen Wett abfällt, unterhalb des zu T₄ zugehörigen Dampfdrucks. Hierbei läßt das Ventil (16) den Durchgang erst dann frei, wenn der Verdampfungsdruck P₇ unterschritten wird.

Die Verdampfungswärme resultiert aus dem Phasenwechsel des PCM, dadurch herbeigeführt, daß durch den Kompressor oberhalb des liquiden PCM, bzw. Wärmeträgers ein Druck eingestellt wird, der einer Temperatur entspricht, die eine Rekristallisietung im Oswald-Miersbereich auslöst. Die Entladung führt zu einem Absinken des Pegels der liquiden PCM Phase, oberhalb dieser Phase bildet sich eine rekristallisierte Schicht des PCM. Die Direktkontaktverdampfung bewirkt, daß die Kristalle wiederum in einem Schüttgut oder Crasheis ähnlichen Zustand verfestigen, da der expandierende Dampf des Wärmeträgers Kanäle hinterläßt, die das weitere Heranführen des Flüssigen Wärmeträgers an die Oberfläche des noch flüssigen PCM erlauben. Die Entladung kann durch das Schließen des Ventils 8 jederzeit unterbrochen oder reduziert werden.

Sobald die Temperatur der Solaranlage eine Kaltverdampfungstemperatur oberhalb -7°C zuläßt, kann der Heiz- und Ladebetrieb des PCM parallel betrieben werden. Ab 18°C Kaltverdampfungstemperatur (T₁) kann das System direkt, ohne auf gespeicherte Energie zugreifen zu müssen, den Heizbedarf direkt decken.

Solarenergie-Sammelsysteme, z. B. Kollektoren, auf solch niedrigen Arbeitstemperaturen eingestellt auch in nördlichen Breiten in erheblichen mengen zur Versorgung beitragen können, insbesondere deren Nutzungsdauer über das Jahr verlängern. Die Energiebilanz einer Anlage für eine Ausführung der Erfindungsgemäßen Anlage mit einem Kompressor zeigt, daß bei einer Kollektorfläche von 20% im Verhältnis zur Wohnfläche, verbunden mit einem Speicher mit einer kalorischen Speicherkapazität von 58 KWh ein solarer Versorgungsanteil von ca. 42% erzielt werden kann. Die Kosten je KWh Solarenergie betragen < 0,035 Euro, was etwa dem derzeitigen Preis für Brennstoffe entspricht.

Abb. 2 zeigt eine vorteilhafte Weiterführung der erfindungsgemäßen Ausführung der Ansprüche 1-3, die dem 4. Hauptanspruch entspricht.

Hierbei ist die Verdichterarbeit auf zwei Kompressoren verteilt, die sich sowohl zum parallelen Betrieb, wie auch in Reihe schalten lassen.

Im einfachsten Fall wird die erforderliche Kondensationsteistung gleichmäßig auf beide Kompressoren verteilt. Dies würde zu einer zu installierenden Verdichterleistung bzw. Baugröße von etwa je 25% gegenüber einer einstufigen Verdichtung führen. Hinsichtlich der Investitionskosten führt dies dazu, daß bei Kondensationsleistungen wie sie für, Einfamilienhäuser üblich sind, preiswerte Großserienverdichter in gekappselter Bauweise eingesetzt werden können. Weiterhin führt ein verbessertes Teillastverhalten zu günstigeren Werten der Wirtschaftlichkeit, da weite Teile der Betriebszeit mit nur einem Verdichter abgearbeitet werden können.

Durch diese Anordnung können zudem sehr einfach Dimensionierungsprobleme bewältigt werden, die z. B. aus der Problematik der Versorgungssicherheit resultieren. Während der Hauptheizperiode treten etwa 67% Vollaststunden Heizlast auf. Dies bedeutet daß ggfls. nur etwa 33% der Gesamtzeit zur Beladung zur Verfügung stehen. Insofern kann es günstig sein, die Kondensationsleistung beider Kompressoren z. B. auf Werte oberhalb 100% auszulegen, damit verkürzte Nachladezeiten kompensiert werden können oder um beispielsweise günstige Stromtarife oder sonstige Energieangebote, die nur zeitlich begrenzt zur Verfügung stehen, zu nutzen.

Die dargestellte Option, die Kompressoren nicht nur parallel zu schalten, sondern auch in Reihe, gibt dem Anlagensystem zusätzliche Flexibilität hinsichtlich seiner Einsatzmöglichkeiten. Bei Reihenschaltung wird der zu bearbeitende Temperaturbereich erweitert. Unter Beibehaltung der Motorleistung für den Druck- bzw. Temperaturhub des Zustandsdiagramms, kann die Temperatur in der Beladephase bis auf -30°C abgesenkt werden, in der Entladephase bis auf 73°C angehoben werden. Dies kann, obwohl jede Vergrößerung der Temperaturspreizung mit einer Reduktion der Leistung verbunden ist, temporär von großem Nutzen sein, wenn z. B. Brauchwarmwasser anstatt NT-Heizungswasser erzeugt werden soll, oder wenn es sinnvoll erscheint, die Nutzungsstunden des Energiesammelsystems durch temporäre Absenkung der Kreislauftemperatur zu vergrößern. Abb. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführung der Anlage entsprechend Anspruch 4.

1 zeigt den Speicherbehälter mit PCM, 2 einen ersten Verdichter, 3 einen zweiten Verdichter, der mit Verdichter 2 sowohl parallel wie in Reihe geschaltet werden kann. 4 bezeichnet den Kaltverdampfer des Systems, 5 den Kondensator. Der Kaltverdampfer 4 ist mit einer Wärmesenke 6 verbunden, der Kondensator 5 mit einem Wärmeabnehmer 7.

Ausgehend von der Beladung im parallelen Betrieb beider Kompressoren, sind die Umschaltventile 8, 9, 10, 11 auf Durchgang geschaltet das Absperrventil 12 ist geöffnet, das Ventil 13 geschlossen.

In der parallel betriebenen Entladephase werden die Ventile 8 und 10 zum Speicher freigeschaltet, das Ventil 12 wird geschlossen, das Ventil 13 geöffnet.

Bei der in Reihe durchgeführten Beladung des Speichers ist das Ventil 10 auf Durchgang geschaltet, das Ventil 11 gibt den Weg zu einem Ausgleichsbehälter 14 frei, das Ventil 9 verschließt den Durchgang zum Ventil 8, das Ventil 12 ist geöffnet, das Ventil 13 geschlossen.

Zur in Reihe durchgeführten Entladung des Speichers wird das Ventil 10 auf Durchgang gestellt, das Ventil 12 geschlossen und das Ventil 13 geöffnet.

In Kenntnis spezifischer Anforderungsdaten zu versorgender Einheiten oder unter Berücksichtigung der thermophysikalischen Eigenschaften der jeweils verwendeter Kältemittel kann es sinnvoll sein, auch Kompressoren unterschiedlicher Leistung zu installieren, oder die Verdichteranzahl zu erhöhen.

Weiterhin kann es anlagenspezifisch sinnvoll sein für den Reihenbetrieb einen weiteren Kondensator in Form eines Hochtemperaturspeichers zu installieren.

Durch Modifizierung der Applikation und/oder Anpassung der PCM/Wärmeträger Stoffpaarungen lassen sich nach dem dargestellten Prinzip zahlreiche Prozesse in der thermischen Verfahrenstechnik optimieren.

Insbesondere ist das Anlagensystem geeignet, eine Kombination aus Gebäudeheizung und Gebäudekühlung unter den beschriebenen Bedingungen günstiger Lieferziffern und kleiner Baugrößen zu realisieren. Die in Kühlperioden freiwerdende Kondensationswärme kann dann zeitversetzt zur Brauchwarmwasserbereitung genutzt werden oder außerhalb der Kühlperiode unter günstigen energetischen Bedingungen an die Umgebung abgegeben werden.

Claims

1. Speicher-Wärmepumpe mit integriertem Latentwärmespeicher mit dynamisch geführter Be- und Entladung des Speichermediums durch Phasenwechsel des Wärmeträgers dadurch gekennzeichnet, daß das PCM (Phase change Material) in den Carnotkreislauf einer oder mehrerer Kompressionsmaschinen integriert ist und die molekulare Oberfläche des PCM als Verdampfungs- und/oder Kondensationsfläche des Wärmeträgers dient.

2. Speicher-Wärmepumpe mit integriertem Latentwärmespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die molekulare Oberfläche des PCM einer, dem System einer oder mehreren zugeordneten Kompressionsmaschinen sowohl als Verdampfungsfläche, wie auch als Kondensationsfläche zugeschaltet werden kann.

3. Zweistufige Speicher-Wärmepumpe mit integriertem Latentwärmespeicher nach den vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenwechseltemperatur des PCM so gewählt wird, daß sie annähernd der mittleren Temperatur zwischen Kaltverdampfungstemperatur des Carnotkreislaufes in der Beladephase des PCM und der Kondensationstemperatur des Carnotkreislaufes in der Entladephase des PCM entspricht.

4. Zweistufige Wärmepumpe mit integriertem Latentwärmespeicher nach den vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Carnotkreislauf durch mindestens zwei Kompressionsmaschinen betrieben wird, die sowohl paralell wie hintereinander geschaltet werden können.