DE102011119117B4

DE102011119117B4 - Sorptionstechnisches Gerät zur Speicherung und Wandlung von Energie verschiedener Zustandsformen

Info

Publication number: DE102011119117B4
Application number: DE102011119117.1A
Authority: DE
Inventors: Dieter Kronauer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-11-21
Filing date: 2011-11-21
Publication date: 2015-08-06
Anticipated expiration: 2031-11-22
Also published as: DE102011119117A1

Abstract

Gerät der Sorptionstechnik zur Speicherung und Wandlung von Energie in verschiedenen Zustandsformen, bestehend aus einem von Luft durchströmten, mit einem Feuchtigkeit ab- und desorbierenden Material gefüllten Speicher, wobei der Speicher aus mehreren kastenförmigen Speicherelementen (3) rechteckigen Querschnitts aufgebaut ist, dadurch gekennzeichnet, dass die kastenförmigen Speicherelemente (3) zwei V-förmig angeordnete Wandflächen eines Lufteintrittsraumes bilden und an ihrer Lufteintrittsseite mit einem strömungsrichtenden Gitter (8) aus seitenwandparallelen Blechen versehen sind, vor dem stumpfwinklige Luftumlenkbleche (7) angeordnet sind, die die in den Lufteintrittsraum geleitete Luftströmung in die strömungsrichtenden Gitter (8) vor den kastenförmigen Speicherelementen (3) lenken.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät der Sorptionstechnik zur Speicherung und Wandlung von Energie in verschiedenen Zustandsformen, bestehend aus einem von Luft durchströmten, mit einem Feuchtigkeit ad- und desorbierenden Material gefüllten Speicher.
Solche Geräte sind durch die DE 197 50 838 C2 und die DE 44 14 061 C2 bekannt geworden. Die in diesen Druckschriften beschriebenen Geräte weisen in V-Form angeordnete Speicher auf, die in Einzelherstellung handwerklich gefertigt sind. Der ständig größer werdende Bedarf erfordert eine kostengünstigere industrielle Fertigung. Da die bisher gefertigten Speicher aufgrund ihrer Bauweise die in ihnen lagernde Speichersubstanz in Granulatform auch nur unvollkommen nutzen, ist eine bessere und gleichmäßigere Nutzung der Speichersubstanz aus Gründen einer kompakteren Bauweise bei weniger Bedarf an Speichersubstanz notwendig.
DE 195 39 292 A1 offenbart ein gattungsgemäßes sorptionstechnisches Gerät für die Klimatisierung von Räumen mit einem Speicher, der mit Feuchtigkeit ab- und desorbierendem Material gefüllt ist. Der Speicher ist aus mehreren kastenförmigen Speicherelementen rechteckigen Querschnitts aufgebaut, die zwei V-förmig angeordnete Wandflächen eines Lufteintrittsraumes bilden.
Die Erfindung schafft mit einfachen Mitteln eine kompaktere Bauweise der Speicher, eine leichtere Montage und eine günstigere Nutzung von Speichersubstanz.
Die Erfindung besteht in der Schaffung eines Gerätes der Sorptionstechnik zur Speicherung und Wandlung von Energie in verschiedenen Zustandsformen, bestehend aus einem von Luft durchströmten, mit einem Feuchtigkeit ad- und desorbierenden Material gefüllten Speicher, der sich dadurch auszeichnet, dass der Speicher aus mehreren kastenförmigen Speicherelementen rechteckigen Querschnitts aufgebaut ist, die zwei V-förmig angeordnete Wandflächen eines Lufteintrittsraums bilden und die an ihrer Lufteintrittsseite mit einem strömungsrichtenden Gitter aus seitenwandparallelen Blechen versehen sind, vor dem stumpfwinklige Luftumlenkbleche angeordnet sind, die die in den Lufteintrittsraum geleitete Luftströmung in die strömungsrichtenden Gitter vor den kastenförmigen Speicherelementen lenken.
Der Aufbau eines solchen Speichers wird durch die Verwendung industriell vorgefertigter Speicherelemente erleichtert, die Montagezeit hierfür wesentlich verkürzt und die Kosten durch die industrielle Herstellung und die einfache Montage gesenkt.
Die industriell gefertigten Speicherelemente weisen zweckmäßigerweise gleiche Abmessungen auf, sie können aber auch ein Vielfaches des kleinsten Speicherelementes aufweisen.
Die Verwendung industriell gefertigter Speicherelemente hat den weiteren Vorteil, dass nicht luftdurchlässige Seitenwandungen dieser Speicherelemente eine gleichmäßige Durchströmung des in ihnen gelagerten Speichergranulats bewirken, was im Stand der Technik nicht der Fall war, wo die Durchströmung der Speicherkulissen in der Mitte am stärksten war und nach den Seiten hin parabelförmig abfiel.
Die Anordnung von strömungsrichtenden Gittern und stumfpwinkligen Luftumlenkblechen vor den Speicherelementen und den aus ihnen zusammengesetzten Speicherkulissen verstärkt den Vorteil, dass die Speicherkulissen gleichmäßig durchströmt werden.
Ein Vorteil bei diesem Gerät ist es auch, dass das strömungsrichtende Gitter als Lufterwärmer oder -kühler ausgelegt sein kann und an Rohrleitungen angeschlossen sein kann, in denen ein Heiz- oder Kühlmedium fließt.
Jedes der Speicherelemente ist quaderförmig aufgebaut, weist zwei sich gegenüberliegende, nicht durchbrochene Wände auf und weitere zwei sich gegenüberliegende, durchbrochene Wände auf. Durch die nicht durchbrochenen Wände wird eine gleichmäßigere Luftführung erreicht. Beim Zusammenbau mehrerer Speicherelemente zu einer Speicherkulisse werden nicht durchbrochene Wände je zweier Speicherelemente aneinander gelegt.
Jedes Speicherelement weist, vornehmlich an seiner Oberseite, einen verschließbaren Schacht oder eine verschließbare Öffnung auf. Diese dient der Befüllung, der Nachfüllung sowie der Entnahme von Speichersubstanz, wenn diese nach langer Gebrauchsdauer durch Verschmutzung oder ähnlichem an ihrer Ad- und Desorbsfähigkeit verloren hat.
In einem solchen Gerät können mehrere Speichermodule nebeneinander in einer Ebene und/oder übereinander und/oder hintereinander angeordnet sein. Dadurch können die Speicher nach Baukastenart in eine in ihren Dimensionen vorgegebene Speicherkammer eingepasst und eingebaut werden.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, dass die Speicher in V-Form mit zentraler Luftzuführung und außen liegendem Luftaustritt in der Speicherkammer eingebaut sind.
Weiter hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass zwischen den in einer gemeinsamen Ebene liegenden Speichern Kanäle für Steuermittel sowie Zu- und Abführungsrohre für Heiz- oder Kühlmittel angeordnet sind.
Bei diesem Gerät ist es weiter vorteilhaft, wenn die stumpfwinkligen Luftumlenkbleche beweglich an einen gemeinsamen Träger gekoppelt sind und durch Ankopplung an einen gemeinsamen Steuerhebel gemeinsam verschwenkbar sind, um den Luftdurchtritt durch die Speicherelemente jederzeit optimal den Betriebsbedingungen wie Druck, Feuchtigkeit und Temperatur anpassen zu können.
Dieses Gerät kann mit weiteren Ausstattungen versehen sein, so mit einer Zuluftbefeuchtung im Raum vor und zwischen den Speicherkulissen, mit Solarspeicherkulissen, die Sonnenstrahlung auf die Speicherkulissen bringen und diese aufheizen und/oder einer hydraulischen Umschalteinrichtung von Desorption auf Adsorption.
Das Wesen der Erfindung ist nachstehend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Speicherkammer mit darin in V-Form eingebauten Speicherelementen, vor denen Luftleitvorrichtungen angeordnet sind.
2 die Anordnung der Speicherkulissen in vergrößerter Darstellung im Querschnitt.
3 einen Längsschnitt durch ein einzelnes Speicherelement, wie es als industriell gefertigtes Bauteil herzustellen ist.
4 eine perspektivische Ansicht eines Speicherelements, das ein Bauteil jeder Speicherkulisse darstellt.
5–7 Ansichten von Speicherkulissen verschiedener Größe.
8–10 Querschnitte hintereinander geschalteter Speicherkulissen.
11 die Anordnung von Luftumlenkblechen vor dem strömungsrichtenden Gitter vor einem Speichermodul.
12 einen Querschnitt eines Luftumlenkbleches.
13 ein Schaltbild eines sorptionstechnischen Gerätes.
14 ein Schaltbild eines weiteren sorptionstechnischen Gerätes.
In die Speicherkammer 1 (1) sind in V-Form Speicherkulissen 2 eingebaut, die aus mehreren kastenförmigen Speicherelementen 3 zusammengebaut sind, die mit einer Feuchtigkeit ad- und desorbierenden Speichersubstanz gefüllt sind. Diese werden von in der Mittelebene der Speicherkammer 1 eingespeister feuchter, trockener, warmer oder kalter Luft durchdrungen und geben hierbei Energie in Form von Feuchtigkeit oder Trockenheit, Wärme oder Kälte an die in den Speicherelementen 3 lagernde Speichersubstanz ab oder nehmen diese von der in den Speicherelementen 3 lagernden Speichersubstanz auf.
Jede Speicherkulisse 2 ist aus mehreren Speicherelementen 3 zusammengebaut, die durch quer zur Oberfläche der Speicherkulisse 2 stehende Wände 4 (das sind die luftundurchlässigen Wände der Speicherelemente 3) unterteilt sind. Die Speicherelemente 3 weisen in oder an ihrer Oberseite einen verschließbaren Schacht 6 oder eine verschließbare Öffnung auf, durch die die Speichersubstanz 3 ein- und nachfüllbar ist, durch die aber auch z. B. langzeitig in Betrieb befindliche Speichersubstanz wieder herausnehmbar ist. Der Schacht 6 einer jeden Speicherkulisse 2 ist durch einen Deckel 13 verschließbar.
Jede Speicherkulisse 2 und damit auch jedes Speicherelement 3 weist an seiner Lufteintritts- und meist auch an seiner Luftaustrittsseite ein strömungsrichtendes Gitter 8 auf. Vor jeder Speicherkulisse 2 befinden sich stumfpwinklige Luftumlenkbleche 7, die den in der Mitte der Speicherkammer 1 eingespeisten Luftstrom zu den Seiten auf die strömungsrichtenden Gitter 8 vor den Speicherelementen 3 umlenken.
Die Speicherelemente 3 sind als gesonderte, in die Speicherkulissen 2 einsetzbare Baukörper gefertigt. Sie bestehen aus quader- oder kastenförmigen Gefäßen, die auf zwei gegenüberliegenden Seiten aus luftdurchlässigen Wänden 10 und auf den dazwischen liegenden Seiten aus zwei luftundurchlässigen Wänden 11 bestehen. Zwischen diesen vier Wänden lagert die Speichersubstanz, eine Chemikalie, die Feuchtigkeit aufnehmen und abgeben kann, meist in Granulatform.
Durch diesen Aufbau des Gerätes wird eine gleichmäßige Durchströmung der gesamten in den Speicherelementen 3 und -kulissen 2 lagernden Speichersubstanz erreicht: Die Luftumlenkbleche 7 richten die in die Speicherkammer 1 einströmende Luft genähert senkrecht auf die Oberfläche der Speicherelemente 3 und -kulissen 2 in das strömungsrichtende Gitter 8, wodurch ein sehr gleichmäßiger in die Speichermodule eintretender Luftstrom erzeugt wird, der seine Strömungsrichtung im Inneren des Speichers kaum ändert. Dadurch wird eine gleichmäßige Nutzung der gesamten Speichersubstanz erreicht.
Die strömungsrichtenden Gitter 8 vor und/oder hinter einer Speicherkulisse 2 können mit Rohren 14 einer Beheizungs- oder Kühlvorrichtung 9 ausgestattet sein, sie können aber auch zur Wärmerückgewinnung dienen.
Die 5–7 zeigen Ansichten von Speicherelementen verschiedener Bauhöhe, aber gleicher Breite. Solche Speicherelemente lassen sich zu Speicherkulissen individueller Größe und Breite zusammenbauen und so örtlichen Raumgrößen anpassen. Da die Speicherelemente industriell in großen Stückzahlen preiswert herstellbar sind und in bereits bestehende Räume durch normal große Türen ohne besondere Transportmittel einbringbar sind, ergeben sich auch montagetechnische Vorteile.
Die 8–10 zeigen Querschnitte hintereinander geschalteter gleichgebauter Speicherelemente und -kulissen. Mit solchen lässt sich erreichen, dass die die ad- oder desorbierende Speichermasse durchstreichende Luft sehr stark ent- oder befeuchtet oder erwärmt oder kühlt.
In 11 ist die Anordnung von Luftumlenkblechen 7 im Querschnitt vor dem strömungsrichtenden Gitter 8 eines Speichermoduls dargestellt. Diese Luftumlenkbleche 7 zweigen jedes einen Teil der Randströmung aus dem in die Speicherkammer 1 geleiteten Luftstromes ab und leiten diesen in das strömungsrichtende Gitter 8.
Der in 12 gezeigte Querschnitt eines Luftumlenkbleches veranschaulicht denstumpfen Winkel des Luftumlenkbleches 7.
13 zeigt ein Schaltbild eines sorptionstechnischen Gerätes, dessen Speicher mit ihren Speicherkulissen 2 in V-förmiger Anordnung in einer Speicherkammer 1 stehen.
14 zeigt ein Schaltbild eines weiteren sorptionstechnischen Gerätes mit drei Speicherkammern für jeweils ein Paar in V-förmiger Anordnung untergebrachten Speicherkulissen 2.
Bezugszeichenliste

1: Speicherkammer
2: Speicherkulisse
3: Speicherelement
4: Innenwand
5: Speicherwand
6: verschließbarer Schacht
7: Luftumlenkblech
8: strömungsrichtendes Gitter
9: Heiz- oder Kühlrohr
10: luftdurchlässige Wand
11: luftundurchlässige Wand
13: Deckel
14: Rohre zur Beheizung oder Kühlung oder Wärmerückgewinnung

Claims

Gerät der Sorptionstechnik zur Speicherung und Wandlung von Energie in verschiedenen Zustandsformen, bestehend aus einem von Luft durchströmten, mit einem Feuchtigkeit ab- und desorbierenden Material gefüllten Speicher, wobei der Speicher aus mehreren kastenförmigen Speicherelementen (3) rechteckigen Querschnitts aufgebaut ist, dadurch gekennzeichnet, dass die kastenförmigen Speicherelemente (3) zwei V-förmig angeordnete Wandflächen eines Lufteintrittsraumes bilden und an ihrer Lufteintrittsseite mit einem strömungsrichtenden Gitter (8) aus seitenwandparallelen Blechen versehen sind, vor dem stumpfwinklige Luftumlenkbleche (7) angeordnet sind, die die in den Lufteintrittsraum geleitete Luftströmung in die strömungsrichtenden Gitter (8) vor den kastenförmigen Speicherelementen (3) lenken.
Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die strömungsrichtenden Gitter (8) als Lufterwärmer oder -kühler oder Wärmerückgewinner ausgelegt sind, indem sie an Rohrleitungen (14) angeschlossen sind, in denen ein Heiz- und Kühlmedium fließt.
Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mit einem Feuchtigkeit ab- und desorbierenden Material gefüllten kastenförmigen Speicherelemente (3) auf zwei gegenüberliegenden Seiten luftdurchlässige Wandungen (10) aufweisen, von denen die eine, vor der das strömungsrichtende Gitter (8) angeordnet ist, als Lufteintrittsseite dient.
Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die kastenförmigen Speicherelemente (3) auf den an die luftdurchlässigen Wandungen (10) angrenzenden Seiten luftundurchlässige Wandungen (11) aufweisen.
Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Speicherelemente (3) zu einer Speicherkulisse (2) mit in einer gleichen Ebene liegenden Lufteintrittsseiten zusammengebaut sind.
Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Speicherelement (3) einen verschließbaren Schacht (6) oder eine verschließbare Öffnung für einen Wechsel des Sorptionsmateriales aufweist.
Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere zu Speicherkulissen (2) zusammengebaute Speicherelemente (3), ebenso wie ganze Speicherkulissen (2), nebeneinander in einer Ebene und/oder übereinander und/oder hintereinander angeordnet sind.
Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherkulissen (2) in V-Form aufgestellt sind, mit zentraler Luftzuführung im Inneren des V und außen liegendem Luftaustritt.
Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den in einer gemeinsamen Ebene liegenden Speichern Kanäle für Steuermittel und für Heiz- und Kühlwasserrohre (14) angeordnet sind.
Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die stumpfwinkligen Luftumlenkbleche (7) beweglich an einen gemeinsamen Träger gekoppelt sind und durch Ankopplung an einen gemeinsamen Steuerhebel gemeinsam verschwenkbar sind.