DE102016215368A1

DE102016215368A1 - Anordnung, insbesondere Kältemaschine oder Wärmepumpe

Info

Publication number: DE102016215368A1
Application number: DE102016215368.4A
Authority: DE
Inventors: Roland Burk
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2016-08-17
Filing date: 2016-08-17
Publication date: 2018-02-22
Also published as: US20190203990A1; WO2018033243A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung (1), – mit einem ersten zweiten Wärmereservoir (2a, 2b), – mit einem thermisch und fluidisch mit den Wärmereservoirs (2a, 2b) verbundenen thermochemischen Reaktor (5), – mit einem Wärmeträgerfluidkreislauf (3), in welchem ein Wärmeträgerfluid (F) zum Transport von Wärme zwischen den beiden Wärmereservoirs (2a, 2b) und dem thermochemischen Reaktor (5) angeordnet ist, – mit einem im Wärmeträgerfluidkreislauf (3) angeordneten Wärmezwischenspeicher (100) zum Zwischenspeichern des Wärmeträgerfluids (F), wobei der Wärmezwischenspeicher zur Aufnahme des Wärmeträgerfluids (F) mit zwei unterschiedlichen Temperaturniveaus (T1, T2) ausgebildet ist und hierzu einen ersten Teilspeicher (101a) mit variablem Speichervolumen (102a) und thermisch und fluidisch getrennt zu diesem einen zweiten Teilspeicher (101b) mit variablem Speichervolumen (102b) aufweist, – mit einem im Wärmeträgerfluidkreislauf (3) vorhandenen Ventilsystem (9), welches wenigstens eine verstellbare Ventileinrichtung (10a, 10b) umfasst, mittels welchem der Wärmetransport zwischen den beiden Wärmereservoirs (2a, 2b), dem thermochemischen Reaktor (5) und dem Wärmezwischenspeicher (100) durch das Wärmeübertragungsfluid (F) steuerbar ist,

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung, insbesondere eine Kältemaschine oder Wärmepumpe, sowie ein Verfahren zum Betreiben dieser Anordnung.
Thermochemisch angetriebene Sorptions-Kälteanlagen besitzen ein hohes Energieeinsparungspotenzial, da als Antriebsenergie kostengünstige Ab- oder Überschusswärme genutzt wird und auf diese Weise teure mechanische Antriebsenergie eingespart werden kann. Bei stationären Anwendungen können die elektrischen Netze besonders in warmen Zeit- und Klimazonen mit hohem Kältebedarf entlastet werden. In der kalten Jahreszeit lassen sich die Anlagen auch als Wärmepumpen nutzen, die mittels Brennerwärme zusätzliche Umweltwärme auf ein für Heizzwecke ausreichendes Temperaturniveau heben.
Vor diesem Hintergrund sind aus dem Stand der Technik Vorrichtungen bekannt, bei denen poröse Feststoffe zum Einsatz kommen, mit einem Arbeitsmittel unter Umsetzung von Wärme reagieren und die keine bewegten und damit störanfälligen Verschleißteile im Arbeitsmittelbereich besitzen.
Mit Hilfe solcher thermochemischer Reaktoren realisierte Adsorptionswärmepumpen oder Adsorptionskälteanlagen besitzen gegenüber kontinuierlich arbeitenden Adsorptionssystemen jedoch den Nachteil, dass die periodischen Temperaturwechsel mit zyklierten thermischen Massen zu Effizienzeinbußen führen, die die von der Adsorptionswärmepumpen bzw. Adsorptionskälteanlage erzielte Leistungsdichte bzw. Leistungseffizienz mindern.
In diesem Zusammenhang offenbart die DE 10 2006 043 715 A1 eine Adsorptionswärmepumpe, bei welcher ein Schichtwärmespeicher zum Einsatz kommt.
Dies erlaubt eine zeitlich versetzte Abspeicherung und Wiederverwendung von sensibler und latenter Wärme beim Adsorptionszyklus.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei der Entwicklung von Sorptionswärmepumpen bzw. Sorptionskälteanlagen, insbesondere mit verbesserter Effizienz, neue Wege aufzuzeigen.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Grundgedanke der Erfindung ist demnach, einen thermochemischen Reaktor zur Ausbildung als Adsorptionswärmepumpe oder einer Adsorptionskältemaschine – vorliegend mit einem Wärmezwischenspeicher auszustatten, welcher zwei Teilspeicher zur Aufnahme eines Wärmeträgerfluids mit zwei verschiedenen Temperaturniveaus aufweist. Dieser Wärmezwischenspeicher dient dazu, beim thermischen Zyklieren des thermochemischen Reaktors und beim damit verbundenen Umschalten des Reaktors zwischen zwei verschiedenen Temperaturniveaus in dem Wärmeträgerfluid enthaltene Wärme zwischen zu speichern. Unter dem Begriff „thermochemischer Reaktor” wird verallgemeinernd ein Behälter mit mindestens einem Arbeitsmittel und einer integrierten Wärmeübertragungsstruktur verstanden, mit der mindestens abhängig von einer Temperaturrandbedingung unter Wärmeab- bzw. -zufuhr eine exotherme oder endotherme Reaktion oder Phasenumwandlung zum Ablauf gebracht werden kann. Es kann sich also um einen Sorptionsreaktor oder um einen Phasenwechsler, insbesondere um einen Kondensator und/oder Verdampfer handeln. Derartige speziellere Ausführungsformen, Komponenten bzw. Subkomponenten sind auch unter den Begriffen „Sorber”, „Sorptionsreaktor”, „Thermochemischer Speicher” bzw. „Phasenwechsler” bekannt.
Der vorliegend verwendete, erfindungswesentliche Wärmezwischenspeicher erlaubt die Zwischenspeicherung des Wärmeträgerfluids mit dem Temperaturniveau einer Wärmequelle der Anordnung im ersten Teilspeicher und die simultane Zwischenspeicherung des Wärmeträgerfluids mit dem Temperaturniveau einer Wärmesenke der Anordnung im zweiten Teilspeicher des Wärmezwischenspeichers.
Mit einer Volumenzunahme des ersten Teilspeichers geht beim erfindungswesentlichen Wärmezwischenspeicher eine Volumenabnahme des zweiten Teilspeichers einher und umgekehrt. Da die beiden volumen-variablen Teilspeicher das gleiche Gesamtvolumen aufweisen, erleichtert ein Einbringen des Wärmeträgerfluids mit dem Temperaturniveau der Wärmequelle in den ersten Teilraum ein Abführen des Wärmeträgerfluids mit dem zweiten Temperaturniveau aus dem zweiten Teilspeicher und umgekehrt. Auf diese Weise können unerwünschte Energieverluste des thermochemischen Reaktors beim thermischen Zyklieren, also beim Umschalten zwischen den beiden Temperaturniveaus von Wärmequelle und Wärmesenke, minimiert werden. Im Ergebnis führt dies zu einer verbesserten Effizienz der erfindungsgemäßen Anordnung gegenüber herkömmlichen Anordnungen.
Eine erfindungsgemäße Anordnung, insbesondere eine Kältemaschine oder eine Wärmepumpe, umfasst ein erstes Wärmereservoir, welches als Wärmequelle wirkt, sowie ein zweites Wärmereservoir, welches als Wärmesenke wirkt. Die Anordnung umfasst weiterhin einen thermisch und fluidisch mit den Wärmereservoirs verbindbaren oder verbundenen thermochemischen Reaktor. Bevorzugt ist der thermochemische Reaktor wesentliche Komponente einer Adsorptionskältemaschine oder eine Adsorptionswärmepumpe.
Weiterhin umfasst die Anordnung einen Wärmeträgerfluidkreislauf, in welchem ein Wärmeträgerfluid zum Transport von Wärme zwischen den beiden Wärmereservoirs und dem thermochemischen Reaktor angeordnet ist. In dem Wärmeträgerfluidkreislauf ist ein Wärmezwischenspeicher zum Zwischenspeichern temperierten Wärmeträgerfluids vorgesehen. Erfindungsgemäß weist der Wärmezwischenspeicher einen ersten Teilspeicher mit variablem Speichervolumen auf. Weiterhin weist der Wärmezwischenspeicher thermisch und fluidisch getrennt zum ersten Teilspeicher einen zweiten Teilspeicher mit variablem Speichervolumen auf.
Eine im Wärmeträgerfluidkreislauf vorhandene Fördereinrichtung der erfindungsgemäßen Anordnung dient zum Antreiben des Wärmeträgerfluids im Wärmeträgerfluidkreislauf. Weiterhin umfasst die Anordnung ein im Wärmeträgerfluidkreislauf vorhandenes Ventilsystem, welches wenigstens eine verstellbare Ventileinrichtung umfasst. Mittels dieser wenigstens einen verstellbaren Ventileinrichtung ist der Wärmetransport zwischen den beiden Wärmereservoirs, dem thermochemischen Reaktor und dem Wärmezwischenspeicher durch das Wärmeübertragungsfluid steuerbar. Zur Steuerung besagten Ventilsystems umfasst die erfindungsgemäße Anordnung schließlich eine Steuerungs-/Regelungseinrichtung.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Wärmezwischenspeicher zur simultanen Aufnahme und Abgabe einer ersten und einer zweiten Fluidmasse des Wärmeträgerfluids ausgebildet, wobei die beiden Fluidmassen unterschiedliche Temperaturniveaus aufweisen. Dies erlaubt es, im Wärmezwischenspeicher gleichzeitig Fluidmasse mit dem Temperaturniveau der Wärmequelle und Fluidmasse mit dem Temperaturniveau der Wärmesenke zwischen zu speichern.
Besonders bevorzugt ist der erste Teilspeicher des Wärmezwischenspeichers fluidisch mit dem ersten Wärmereservoir verbunden und der zweite Teilspeicher des Wärmezwischenspeichers fluidisch mit dem zweiten Wärmereservoir verbunden. Diese Maßnahme erlaubt eine einfache Rückführung im Zwischenspeicher gespeicherten Wärmeträgerfluids mit dem Temperaturniveau der Wärmequelle in das erste Wärmereservoir. Ebenso erlaubt diese Maßnahme eine einfache Rückführung im Zwischenspeicher gespeicherten Wärmeträgerfluids mit dem Temperaturniveau der Wärmesenke, in das zweite Wärmereservoir.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Wärmezwischenspeicher als Behältnis realisiert. Bei dieser Variante umfasst das Behältnis ein Gehäuse, in dessen Innenraum beweglich ein Trennelement angeordnet ist, welches den Innenraum in einen volumen-variablen ersten Teilspeicher und einen thermisch vom ersten Teilspeicher isolierten, ebenfalls volumen-variablen zweiten Teilspeicher unterteilt. Im Gehäuse ist ein erster Durchlass zum Ein- und Ausleiten des Wärmeträgerfluids in den bzw. aus dem ersten Teilspeicher vorgesehen. Weiterhin ist im Gehäuse ein zweiter Durchlass zum Ein- und Ausleiten des Wärmeträgerfluids in den bzw. aus dem zweiten Teilspeicher vorgesehen.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist das Gehäuse länglich ausgebildet. Dabei ist der erste Durchlass an einem ersten Längsende und der zweite Durchlass an einem dem ersten Längsende gegenüberliegenden, zweiten Längsende angeordnet. Das mit einer länglichen Ausbildung des Gehäuses einhergehende, große Längen-/Querschnittsverhältnis dient dem Zweck, dass eine Temperaturschichtung der ein- bzw. ausströmenden Fluidmasse weitgehend erhalten bleibt und sich während der erforderlichen Speicherzeit nicht nennenswert vermischt.
Zweckmäßig kann das Gehäuse als Rohrkörper ausgebildet sein, der sich entlang einer axialen Richtung im Wesentlichen geradlinig erstreckt. Bei dieser Variante liegt das Trennelement zur Ausbildung der beiden volumen-variablen Teilspeicher entlang der axialen Richtung bewegbar an der Innenseite einer Umfangswand des Rohrkörpers an. Eine derartige Konstruktion ist technisch einfach herzustellen und somit mit geringen Herstellungskosten verbunden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist am ersten Durchlass ein erstes Sensorelement vorgesehen, mittels welchem bestimmbar ist, ob sich das Trennelement in einer ersten Endposition befindet, in welcher das Trennelement einen zum ersten Durchlass minimalen Abstand besitzt. Alternativ oder zusätzlich kann bei dieser Variante am zweiten Durchlass ein zweites Sensorelement vorgesehen sein, mittels welchem bestimmbar ist, ob sich das Trennelement in einer zweiten Endposition befindet, in welcher das Trennelement einen zum zweiten Durchlass minimalen Abstand besitzt. Auf diese Weise kann bei der thermischen Zyklierung des thermochemischen Reaktors festgestellt werden, wann das Wärmeträgerfluid vollständig aus einem der beiden Teilspeicher entnommen wurde; denn in diesem Fall befindet sich das Trennelement in minimalem Abstand zum ersten oder zweiten Durchlass.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Anordnung ist von der Steuerungs-/Regelungseinrichtung in der wenigstens einen verstellbaren Ventileinrichtung des Ventilsystems ein Betriebszustand einstellbar, in welchem der Wärmeträgerfluidkreislauf einen ersten Teilkreislauf ausbildet. In dem ersten Teilkreislauf zirkuliert das Wärmeträgerfluid zwischen dem thermochemischen Reaktor und dem zweiten Wärmereservoir, und zwar derart, dass Wärme vom thermochemischen Reaktor in das zweite Wärmereservoir, also in die Wärmesenke, übertragen wird. Auf diese Weise kann vom thermochemischen Reaktor auf besonders effektive Weise Wärme abgeführt werden.
Bevorzugt weist in diesem Betriebszustand der erste Teilspeicher ein maximales Volumen und der zweite Teilspeicher ein minimales Volumen auf. Dies bedeutet, dass der erste Teilspeicher mit dem Wärmeträgerfluid gefüllt ist, welches im Wesentlichen das Temperaturniveau der Wärmequelle besitzt.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Anordnung ist von der Steuerungs-/Regelungseinrichtung in der wenigstens einen verstellbaren Ventileinrichtung des Ventilsystems ein Betriebszustand einstellbar, in welchem der Wärmeträgerfluidkreislauf einen zweiten Teilkreislauf ausbildet. In diesem zweiten Teilkreislauf zirkuliert das Wärmeträgerfluid zwischen dem thermochemischen Reaktor und dem ersten Wärmereservoir, so dass Wärme vom ersten Wärmereservoir, also von der Wärmequelle, in den thermochemischen Reaktor übertragen wird.
Bevorzugt weist in diesem Betriebszustand der zweite Teilspeicher ein maximales Volumen und der erste Teilspeicher ein minimales Volumen auf. Dies bedeutet, dass der zweite Teilspeicher mit dem Wärmeträgerfluid gefüllt ist, welches im Wesentlichen das Temperaturniveau der Wärmesenke besitzt.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Anordnung ist von der Steuerungs-/Regelungseinrichtung in der wenigstens einen verstellbaren Ventileinrichtung des Ventilsystems ein Betriebszustand einstellbar, bei welchem Wärmeträgerfluid vom ersten Teilspeicher des Wärmezwischenspeichers in das erste Wärmereservoir transportiert wird. Gleichzeitig wird Wärmeträgerfluid vom ersten Wärmereservoir in den thermochemischer Reaktor transportiert und Wärmeträgerfluid vom thermochemischen Reaktor in den zweiten Teilspeicher transportiert. Auf diese Weise kann dem thermoelektrischen Reaktor besonders effektiv Wärme zum Temperaturwechsel von einem niedrigen auf ein höheres Temperaturniveau zugeführt werden. Dieser Prozess wird im Folgenden daher als Aufheizprozess bezeichnet.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Anordnung ist von der Steuerungs-/Regelungseinrichtung in der wenigstens einen verstellbaren Ventileinrichtung des Ventilsystems ein Betriebszustand einstellbar, bei welchem mittels des Wärmeträgerfluids Wärme vom zweiten Teilspeicher in das zweite Wärmereservoir transportiert wird. Gleichzeitig wird mittels des Wärmeträgerfluids Wärme vom zweiten Wärmereservoir in den thermochemischen Reaktor und vom thermochemischen Reaktor in den ersten Teilspeicher transportiert. Auf diese Weise kann dem thermoelektrischen Reaktor besonders effektiv Wärme zum Temperaturwechsel von einem hohen auf ein niedrigeres Temperaturniveau entzogen werden. Dieser Prozess wird im Folgenden daher als Abkühlprozess bezeichnet.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung weisen das erste und das zweite Wärmereservoir sowie der thermochemische Reaktor zum Einleiten und Ausleiten des Wärmeträgerfluids jeweils einen Fluideinlass bzw. einen Fluidauslass auf. Bei dieser Variante umfasst der Wärmeträgerfluidkreislauf eine erste verstellbare Ventileinrichtung, mittels welcher der Fluideinlass des thermochemischen Reaktors wahlweise mit dem Fluidauslass des ersten oder zweiten Wärmereservoirs verbindbar ist. Ebenso umfasst der Wärmeträgerfluidkreislauf eine zweite verstellbare Ventileinrichtung, mittels welcher der Fluidauslass des thermochemischen Reaktors wahlweise mit dem Fluideinlass des ersten oder zweiten Wärmereservoirs verbindbar ist.
Zweckmäßig ist der Wärmezwischenspeicher fluidisch parallel zur zweiten Ventileinrichtung geschaltet, so dass der Fluideinlass des ersten Wärmereservoirs fluidisch mit dem ersten Teilspeicher kommuniziert und der Fluideinlass des zweiten Wärmereservoirs fluidisch mit dem zweiten Teilspeicher kommuniziert.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung umfassen die erste Ventileinrichtung und die zweite Ventileinrichtung jeweils ein 3/2-Wege-Umschaltventil.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer, vorzugsweise vorangehend vorgestellten, Anordnung mit einem Wärmeträgerfluidkreislauf, in welchem ein thermochemischer Reaktor, zwei Wärmereservoirs unterschiedlicher Temperatur und ein Wärmezwischenspeicher angeordnet und mittels eines Wärmeträgerfluidkreislauf fluidisch miteinander verbunden sind.
Der für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens herangezogene Wärmezwischenspeicher weist zwei thermische und fluidisch getrennte Teilspeicher auf, in welchen eine im Wärmeträgerfluidkreislauf zirkulierendes Wärmeträgerfluid thermisch und fluidisch getrennt voneinander aufnehmbar ist.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird für einen Aufheizprozess dem ersten Teilspeicher des Wärmezwischenspeichers zwischengespeichertes auf höherer Temperatur vorliegendes Wärmeträgerfluid entnommen und über das erste Wärmereservoir dem thermochemischen Reaktor zugeführt. Gleichzeitig wird auf niedrigerer Temperatur aus dem thermochemischen Reaktor ausgeschobenes Wärmeträgerfluid abgeführt und in den zweiten Teilspeicher des Wärmezwischenspeichers eingebracht.
Für einen Abkühlprozess wird dem zweiten Teilspeicher des Wärmezwischenspeichers zwischengespeichertes auf niedrigerer Temperatur vorliegendes Wärmeträgerfluid entnommen und über das zweite Wärmereservoir dem thermochemischen Reaktor zugeführt. Gleichzeitig wird auf höherer Temperatur aus dem thermochemischen Reaktor ausgeschobenes Wärmeträgerfluid abgeführt und in den ersten Teilspeicher des Wärmezwischenspeichers eingebracht. Durch Verwendung des erfindungswesentlichen Wärmezwischenspeichers wird Wärme zur Durchführung eines Temperaturwechsels zwischengespeichert und für den jeweils komplementären Temperaturwechsel widerverwendet.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch:
1 bis 4 eine erfindungsgemäße Anordnung in verschiedenen Betriebszuständen,
5 den Aufbau des erfindungswesentlichen Wärmezwischenspeicher der Anordnung der 1 bis 4 in einer Detaildarstellung,
6 eine erste Variante des Wärmezwischenspeichers der 5,
7 eine zweite Variante des Wärmezwischenspeichers der 5.
1 zeigt ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung 1, insbesondere einer Kältemaschine oder einer Wärmepumpe. Die Anordnung 1 umfasst ein erstes Wärmereservoir 2a mit einer ersten Temperatur T₁ und ein zweites Wärmereservoir 2b mit einer zweiten Temperatur T₂. Weiterhin umfasst die Anordnung 1 einen thermochemischen Reaktor 5, der thermisch und fluidisch mit den beiden Wärmereservoirs 2a, 2b verbindbar oder verbunden ist. Hierzu umfasst die Anordnung 1 einen Wärmeträgerfluidkreislauf 3, in welchem ein Wärmeträgerfluid F zum Transport von Wärme zwischen den beiden Wärmereservoirs 2a, 2b und dem thermochemischen Reaktor 5 angeordnet ist.
Unter „thermochemischer Reaktor” wird vorliegend eine Vorrichtung verstanden, in welcher Umwandlungsprozesse durch Zu- und Abfuhr von Wärme – dem Fachmann als Reaktionswärme oder Sorptionswärmen bekannt – bei unterschiedlichen Temperaturen T₁, T₂ zum Ablauf gebracht werden. Der thermochemische Reaktor 5 kann ein in den Figuren nur schematisch dargestelltes Behältnis 15, in welchem thermochemische Reaktionen ablaufen, umfassen. Die erste Temperatur T₁ weist einen größeren Wert auf als die zweite Temperatur T₂, d. h. das erste Wärmereservoir 2a wirkt als Wärmequelle, von welchem mittels des Wärmeträgerfluids F Wärme an den thermochemischen Reaktor 5 übertragen werden kann. Das zweite Wärmereservoir 2b wirkt hingegen als Wärmesenke, an welche mittels des Wärmeträgerfluids F Wärme vom thermochemischen Reaktor 5 übertragen werden kann.
Weiterhin ist ein Wärmeträgerfluidkreislauf 3 ein Wärmezwischenspeicher 100 zum Zwischenspeichern des Wärmeträgerfluids F vorhanden. Der Wärmezwischenspeicher 100 ermöglicht im Zusammenspiel mit den beiden Wärmereservoirs 2a, 2b einen Temperaturwechsel des thermochemischen Reaktor 5 von der Temperatur T₁ auf die Temperatur T₂ und umgekehrt mit sehr geringen Energieverlusten.
Der Aufbau des Wärmezwischenspeichers 100 ist in 5 in einer schematischen Detaildarstellung gezeigt. Gemäß 5 weist der Wärmezwischenspeicher 100 einen ersten Teilspeicher 101a mit variablem Speichervolumen 102a und thermisch und fluidisch getrennt zu diesem einen zweiten Teilspeicher 101b mit variablem Speichervolumen 102b auf. Der volumen-variable erste Teilspeicher 101a des Wärmezwischenspeichers 100 ist komplementär zum volumen-variablen zweiten Teilspeicher 101b ausgebildet, so dass von den beiden Teilspeichern 101a, 101b gebildete Gesamtvolumen stets konstant ist.
Der Wärmezwischenspeicher 100 kann auch als sensibler Kurzzeit-Wärmespeicher, Regenerator oder Temperaturwechsler bezeichnet werden und stellt eine erfindungswesentliche Komponente der Anordnung 1 da, welche einen Temperaturwechsel im thermochemischen Reaktor 5 mit geringen Energieverlusten überhaupt erst möglich macht.
Der Wärmezwischenspeicher 100 ist zur simultanen Aufnahme und Abgabe einer ersten und einer zweiten Fluidmasse des Wärmeträgerfluids F mit unterschiedlicher Temperatur ausgebildet. Der Wärmezwischenspeicher 100 ist ferner zur simultanen Aufnahme und Abgabe der ersten und zweiten Fluidmasse des Wärmeträgerfluids F ausgebildet ist, wobei die beiden Fluidmassen unterschiedliche Temperaturniveaus aufweisen. Der Wärmezwischenspeicher 100 ist ferner so ausgebildet, dass in Strömungsrichtung eingebrachte Temperaturschichtungen in der Zeit zwischen der Einspeicherung und der Ausspeicherung der Fluidmassen aufrecht erhalten werden.
Wie 1 anschaulich belegt, ist der erste Teilspeicher 101a des Wärmezwischenspeichers 100 fluidisch mit dem ersten Wärmereservoir 2a verbunden. Der zweite Teilspeicher 101b des Wärmezwischenspeichers 100 ist hingegen fluidisch mit dem zweiten Wärmereservoir 2b verbunden.
Das Funktionsprinzip des Wärmezwischenspeichers 100 basiert auf einem thermisch isolierten Fluidbehälter mit endseitigen Öffnungen und großem Längen-/Querschnittsverhältnis innerhalb dessen ein isolierender verschiebbarer Trennkörper angeordnet ist, wie dies in 5 schematisch dargestellt ist.
Im Beispielszenario der 5 ist der Wärmezwischenspeicher 100 als Behältnis 103 realisiert. Dieses Behältnis 103 umfasst ein Gehäuse 104. Das Gehäuse 104 begrenzt einen Innenraum 107, in welchem beweglich ein Trennelement 106 angeordnet ist, welches die beiden Teilspeicher 101a, 101b thermisch und fluidisch voneinander isoliert. Das Trennelement 106 unterteilt den Innenraum 107 in einen volumen-variablen ersten Teilspeicher 101a und einen thermisch und fluidisch vom ersten Teilspeicher 101a isolierten, ebenfalls volumen-variablen zweiten Teilspeicher 101b. Vorteilhafterweise ist Trennelement 106 des Wärmezwischenspeichers 100 so ausgebildet, dass es durch Druckdifferenzen zwischen den Teilspeichern leicht beweglich ist und die beiden Teilspeicher gut gegeneinander abdichtet.
Wie die Figuren erkennen lassen, besitzen der thermochemische Reaktor 5 und der Wärmzwischenspeicher 100 jeweils separate Behältnisse 15 bzw. 103.
Wie 5 erkennen lässt, ist im Gehäuse 104 ein erster Durchlass 108a zum Ein- und Ausleiten des Wärmeträgerfluids F mit der Temperatur T₁ in den ersten Teilspeicher 101a bzw. aus dem ersten Teilspeicher 101a vorhanden. Weiterhin ist im Gehäuse 104 ein zweiter Durchlass 108b zum Ein- und Ausleiten des Wärmeträgerfluids F mit der Temperatur T₂ in den zweiten Teilspeicher 101b bzw. aus dem zweiten Teilspeicher 101b vorhanden.
Das Gehäuse 104 ist als Rohrkörper 105 ausgebildet, der sich entlang einer axialen Richtung A geradlinig erstreckt. Das Trennelement 106 liegt zur Ausbildung der beiden volumen-variablen Teilspeicher 101a, 101b entlang der axialen Richtung A bewegbar an der Innenseite 112 einer Umfangswand 111 des Rohrkörpers 105 an. Der erste Durchlass 108a ist an einem ersten Längsende 109a angeordnet. Der zweite Durchlass 108b ist an einem dem ersten Längsende 109a gegenüberliegenden, zweiten Längsende 109b angeordnet.
Wie 5 illustriert, kann bei ganz links, also am ersten Durchlass 108a angeordnetem Trennelement 106 der Wärmezwischenspeicher 100 mit „kaltem„ Wärmeübertragungsfluid F der Temperatur T₂ gefüllt sein. Durch heißes, von links über den ersten Durchlass 108a einströmendes Wärmeübertragungsfluid F der Temperatur T₁ kann das Trennelement 106 nach rechts, zum zweiten Durchlass 108b hin verschoben werden, wodurch der Wärmezwischenspeicher 100 mit Wärmeübertragungsfluid F der Temperatur T₁ gefüllt wird. Gleichzeitig wird Wärmeübertragungsfluid F der Temperatur T₂ durch den zweiten Durchlass 108b hindurch nach rechts ausgeschoben, bis das Trennelement 106 sich am zweiten Durchlass 108b befindet und das Wärmeübertragungsfluid F der Temperatur T₂ ohne Vermischung komplett von heißem Wärmeübertragungsfluid F der Temperatur T₁ verdrängt wurde.
Am ersten Durchlass ist ein erstes Sensorelement 110a vorgesehen, mittels welchem bestimmbar ist, ob sich das Trennelement 106 in einer ersten Endposition befindet, in welcher es einen zum ersten Durchlass 108a minimalen Abstand besitzt. In analoger Weise ist am zweiten Durchlass 108b ein zweites Sensorelement 110b vorgesehen ist, mittels welchem bestimmbar ist, ob sich das Trennelement 106 in einer zweiten Endposition befindet, in welcher es einen zum zweiten Durchlass 108b minimalen Abstand besitzt.
Betrachtet man nun wieder 1, so erkennt man, dass im Wärmeträgerfluidkreislauf 3 eine Fördereinrichtung 8 zum Antreiben des Wärmeträgerfluids F im Wärmeträgerfluidkreislauf 3 vorgesehen ist.
Im Wärmeträgerfluidkreislauf 3 ist ferner ein Ventilsystem 9 vorhanden, welches eine erste verstellbare Ventileinrichtung 10a und eine zweite verstellbare Ventileinrichtung 10b umfasst. Mittels der beiden Ventileinrichtungen 10a, 10b kann Wärmetransport zwischen den beiden Wärmereservoirs 2a, 2b, dem thermochemischen Reaktor 5 und dem Wärmezwischenspeicher 100 eingestellt und folglich gesteuert werden. Zum Steuern der Ventileinrichtungen 10a, 10b des Ventilsystems 9 ist eine Steuerungs-/Regelungseinrichtung 4 vorgesehen, die mit den Ventileinrichtungen 10a, 10b zusammenwirkt.
Das erste und das zweite Wärmereservoir 2a, 2b sowie der thermochemische Reaktor 5 weisen zum Einleiten sowie zum Ausleiten des Wärmeträgerfluids F jeweils einen Fluideinlass 11a, 11b, 11c bzw. einen Fluidauslass 12a, 12b, 12c auf.
Mittels der ersten verstellbaren Ventileinrichtung 10a ist der Fluideinlass 11b des thermochemischen Reaktors 5 wahlweise mit dem Fluidauslass 12a, 12c des ersten oder zweiten Wärmereservoirs 2a, 2b verbindbar. Mittels der zweiten verstellbaren Ventileinrichtung 10b ist der Fluidauslass 12b des thermochemischen Reaktor 5 wahlweise mit dem Fluideinlass 11a, 11c des ersten oder zweiten Wärmereservoirs 2a, 2b verbindbar.
Wie 1 weiter erkennen lässt, ist der Wärmezwischenspeicher 100 fluidisch parallel zur zweiten Ventileinrichtung 10b geschaltet, so dass der Fluideinlass 11a des ersten Wärmereservoirs 2a fluidisch mit dem ersten Teilspeicher 101a kommuniziert und der Fluideinlass 11c des zweiten Wärmereservoirs 2b fluidisch mit dem zweiten Teilspeicher kommuniziert. Die erste Ventileinrichtung 10a und die zweite Ventileinrichtung 10b sind jeweils ein 3/2-Wege-Umschaltventil 13a, 13b ausgebildet.
Im Folgenden wird nun ein vollständiger thermischer Zyklus des thermochemischen Reaktor 5 erläutert, bei welchem der thermochemische Reaktor 5 zwischen einem ersten Zustand mit Temperatur T₁ des ersten Wärmereservoirs 2a und einem zweiten Zustand mit Temperatur T₂ des zweiten Wärmereservoirs 2b umgeschaltet wird.
Von der Steuerungs-/Regelungseinrichtung 4 können die beiden Ventileinrichtungen 10a, 10b des Ventilsystems 9 in einen Betriebszustand verstellt werden, der schematisch in 1 gezeigt ist. In diesem Betriebszustand weisen der erste Teilspeicher 101a ein maximales Volumen und der zweite Teilspeicher 101b ein minimales Volumen auf, d. h. der erste Teilspeicher 101a des Wärmezwischenspeichers 100 ist mit Wärmeträgerfluid F der Temperatur T₁ gefüllt und der zweite Teilspeicher 101b ist leer. In diesem Betriebszustand bildet der Wärmeträgerfluidkreislauf 3 einen ersten Teilkreislauf 14a aus, in welchem das Wärmeträgerfluid F zwischen dem thermochemischen Reaktor 5 und dem zweiten Wärmereservoir 2b zirkuliert. In diesem Betriebszustand überträgt das Wärmeträgerfluid F Wärme vom thermochemischen Reaktor 5 in das zweite Wärmereservoir 2b, d. h. es wird Wärme aus dem thermochemischen Reaktor 5 abgeführt. Als Folge dieses Wärmetransports vom thermochemischen Reaktor 5 in das zweite Wärmereservoir 2b wird Reaktionswärme des thermochemischen Reaktor 5 an das zweite Wärmereservoir der Temperatur T₂ abgeführt.
Im Zuge der thermischen Zyklierung wird der thermochemische Reaktor 5 nun in einen Zustand mit Temperatur T₁ des ersten Wärmereservoirs 2a umgeschaltet. Zum Umschalten des thermochemischen Reaktors in einen Zustand mit Temperatur T₁ werden die beiden Ventileinrichtungen 10a, 10b von der Steuerungs-/Regelungseinrichtung 4 zunächst in einen in 2 dargestellten Betriebszustand verstellt. In dem in 2 dargestellten Betriebszustand sind die beiden Ventileinrichtungen 10a, 10b derart eingestellt, dass Wärmeträgerfluid F vom ersten Teilspeicher 101a des Wärmezwischenspeichers 100 in das erste Wärmereservoir 2a transportiert wird. Weiterhin wird Wärmeträgerfluid F vom ersten Wärmereservoir 2a in den thermochemischen Reaktor 5 transportiert wird. Ferner wird Wärmeträgerfluid F vom thermochemischen Reaktor 5 in den zweiten Teilspeicher 101b transportiert. In diesem Betriebszustand ist der erste Teilspeicher 101a des Wärmezwischenspeichers 100 mit Wärmeträgerfluid F der Temperatur T₁ gefüllt und der zweite Teilspeicher 101b mit Wärmeträgerfluid F der Temperatur T₂ gefüllt. In diesem Betriebszustand erhöht sich die Temperatur des thermochemischen Reaktors von T₂ auf T₁, ohne dass der Wärmequelle 2a dafür nennenswert Wärme entzogen wird.
Sobald das im ersten Teilspeicher 101a des Wärmezwischenspeichers 100 zwischengespeicherte Wärmeträgerfluid F vollständig aus dem Wärmezwischenspeicher 100 entnommen ist, befindet sich das Trennelement 106 in der oben erwähnten ersten Endposition, was von der Steuerungs-/Regelungseinrichtung 4 mittels des ersten Sensorelements 110a detektiert werden kann.
Anschließend werden die beiden Ventileinrichtungen 10a, 10b von der Steuerungs-/Regelungseinrichtung 4 in einen Betriebszustand geschaltet, der schematisch in 3 dargestellt ist.
In dem in 3 schematisch dargestellten Betriebszustand bildet der Wärmeträgerfluidkreislauf 3 einen zweiten Teilkrauslauf 14b aus, in welchem das Wärmeträgerfluid F zwischen dem thermochemischen Reaktor 5 und dem ersten Wärmereservoir 2a zirkuliert. Auf diese Weise wird Wärmeträgerfluid F vom ersten Wärmereservoir 2a zum thermochemischen Reaktor transportiert. In diesem Betriebszustand wird Wärme vom ersten Wärmereservoir in den thermochemischen Reaktor 5 übertragen. In diesem Betriebszustand weisen der zweite Teilspeicher 101b ein maximales Volumen und der erste Teilspeicher 101a ein minimales Volumen auf, d. h. der zweite Teilspeicher 101b des Wärmezwischenspeichers 100 ist mit Wärmeträgerfluid F der Temperatur T₂ gefüllt und der erste Teilspeicher 101b ist leer. In diesem Betriebszustand wird dem thermochemischen Reaktor durch das erste Wärmereservoir mit dem Temperaturniveau T₁ zugeführt.
Anschließend werden die beiden Ventileinrichtungen 10a, 10b von der Steuerungs-/Regelungseinrichtung 4 in einen in 4 dargestellten Betriebszustand verstellt. In dem in 4 dargestellten Betriebszustand sind die beiden Ventileinrichtungen 10a, 10b derart eingestellt, dass mittels des Wärmeträgerfluids F Wärme vom zweiten Teilspeicher 101b in das zweite Wärmereservoir 2b transportiert wird. Gleichzeitig wird Wärme vom thermochemischen Reaktor 5 in den ersten Teilspeicher 101a des Wärmezwischenspeichers 100 transportiert. In diesem Betriebszustand verringert sich die Temperatur des thermochemischen Reaktors von T₁ auf T₂, ohne dass der Wärmesenke 2b dafür nennenswert Wärme zugeführt wird.
Sobald das im zweiten Teilspeicher 101b des Wärmezwischenspeichers 100 zwischengespeicherte Wärmeträgerfluid F vollständig aus dem Wärmezwischenspeicher 100 entnommen ist, befindet sich das Trennelement 106 in der oben erwähnten zweiten Endposition, was von der Steuerungs-/Regelungseinrichtung 4 mit Hilfe des zweiten Sensorelements 110b detektiert werden kann. In diesem Zustand ist der erste Teilspeicher 101a vollständig mit dem Wärmeträgerfluid F gefüllt ist (vgl. 1). Von der Steuerungs-/Regelungseinrichtung 4 werden die beiden Ventileinrichtungen 10a, 10b wieder in den in 1 gezeigten Betriebszustand geschaltet und ein vollständiger Umschaltzyklus des thermochemischen Reaktor 5 ist abgeschlossen.
Die 6 zeigt eine Weiterbildung des Behältnisses 103 der 5. Beim Behältnis 103 der 6 ist im Innenraum 107 des Gehäuses 104 eine wendelartige Struktur 113 angeordnet. Diese wendelartige Struktur 113 verleiht dem Innenraum 107 die Geometrie eines Fluidkanals 114 mit wendelartiger Geometrie. Der Fluidkanal 114 wird dabei von der wendelartigen Struktur 113 und vom Gehäuse 104, insbesondere von dessen Umfangswand 111 begrenzt. Die wendelartige Struktur 103 kann als in dem Innenraum angeordneter Einsatz 115 ausgebildet sein. Die wendelartige Struktur 113 kann wenigstens zehn Windungen 116, bevorzugt sogar wenigstens 20 Windungen umfassen. Das Trennelement 106 ist entlang des wendelartigen Fluidkanals 114 verstellbar, insbesondere verschiebbar, ausgebildet. Das heißt, die geometrische Formgebung des Trennelements 106 ist derart gewählt, dass es im Innenraum 107 entlang des Fluidkanals 114, der durch die Umfangswand 111 und die wendelartige Struktur 113 begrenzt ist, verstellbar ist.
Die 7 zeigt eine weitere Variante des Beispiels der 5, bei welcher das Behältnis 103 als schlauchartig ausgebildeter Körper 117 realisiert ist, der sich entlang einer Erstreckungsrichtung E zumindest abschnittsweise nicht-geradlinig erstreckt. Bei dieser Variante liegt das Trennelement 106 zur Ausbildung der beiden volumen-variablen Teilspeicher 101a, 101b entlang der Erstreckungsrichtung E bewegbar an der Innenseite 112 der Umfangswand 111 des schlauchartigen Körpers 117 an. Diese Variante erlaubt eine räumlich besonders kompakte Anordnung des Behältnisses 103. Bevorzugt beträgt eine entlang der Erstreckungsrichtung E gemessene Länge des Gehäuses 104 bzw. des schlauchartigen Körpers 117 wenigstens das Zehnfache, vorzugsweise wenigstens das Zwanzigfache einer quer zur Erstreckungsrichtung E gemessenen Querrichtung Q.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006043715 A1 [0005]

Claims

Anordnung (1), insbesondere Kältemaschine oder Wärmepumpe, – mit einem als Wärmequelle wirkenden ersten Wärmereservoir (2a) und mit einem als Wärmesenke wirkenden zweiten Wärmereservoir (2b), – mit einem thermisch und fluidisch mit den Wärmereservoirs (2a, 2b) verbindbaren oder verbundenen thermochemischen Reaktor (5), vorzugsweise einer Adsorptionskältemaschine oder einer Adsorptionswärmepumpe, – mit einem Wärmeträgerfluidkreislauf (3), in welchem ein Wärmeträgerfluid (F) zum Transport von Wärme zwischen den beiden Wärmereservoirs (2a, 2b) und dem thermochemischen Reaktor (5) angeordnet ist, – mit einem im Wärmeträgerfluidkreislauf (3) angeordneten Wärmezwischenspeicher (100) zum Zwischenspeichern des Wärmeträgerfluids (F), wobei der Wärmezwischenspeicher zur Aufnahme des Wärmeträgerfluids (F) mit zwei unterschiedlichen Temperaturniveaus (T₁, T₂) ausgebildet ist und hierzu einen ersten Teilspeicher (101a) mit variablem Speichervolumen (102a) und thermisch und fluidisch getrennt zu diesem einen zweiten Teilspeicher (101b) mit variablem Speichervolumen (102b) aufweist, – mit einer im Wärmeträgerfluidkreislauf (3) vorhandenen Fördereinrichtung (8) zum Antreiben des Wärmeträgerfluids (F) im Wärmeträgerfluidkreislauf (3), – mit einem im Wärmeträgerfluidkreislauf (3) vorhandenen Ventilsystem (9), welches wenigstens eine verstellbare Ventileinrichtung (10a, 10b), vorzugsweise zwei verstellbare Ventileinrichtungen (10a, 10b), umfasst, mittels welchem der Wärmetransport zwischen den beiden Wärmereservoirs (2a, 2b), dem thermochemischen Reaktor (5) und dem Wärmezwischenspeicher (100) durch das Wärmeübertragungsfluid (F) steuerbar ist, – mit einer Steuerungs-/Regelungseinrichtung (4) zum Steuern des Ventilsystems (9).
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmezwischenspeicher (100) zur simultanen Aufnahme und Abgabe einer ersten und einer zweiten Fluidmasse des Wärmeträgerfluids (F) ausgebildet ist, wobei die beiden Fluidmassen unterschiedliche Temperaturniveaus (T₁, T₂) aufweisen.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teilspeicher (101a) des Wärmezwischenspeichers (100) fluidisch mit dem ersten Wärmereservoir verbunden (2a) ist und der zweite Teilspeicher (101b) des Wärmezwischenspeichers (100) fluidisch mit dem zweiten Wärmereservoir (2b) verbunden ist.
Anordnung einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der volumen-variable erste Teilspeicher (101a) komplementär zum volumen-variablen zweiten Teilspeicher (102b) ausgebildet ist, so dass von den beiden Teilspeichern (101a, 101b) gebildete Gesamtvolumen konstant ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmezwischenspeicher (100) als Behältnis (103) ausgebildet ist, wobei das Behältnis (103) umfasst: – ein Gehäuse (104), in dessen Innenraum (107) beweglich ein Trennelement (106) angeordnet ist, welches den Innenraum (107) in einen volumen-variablen ersten Teilspeicher (101a) und einen thermisch vom ersten Teilspeicher (101a) isolierten, ebenfalls volumen-variablen zweiten Teilspeicher (101b) unterteilt, – einen im Gehäuse (104) vorhandenen ersten Durchlass (108a) zum Ein- und Ausleiten eines Wärmeträgerfluids (F) mit einem ersten Temperaturniveau (T₁) in den bzw. aus dem ersten Teilspeicher (101a), – einen im Gehäuse (104) vorhandenen zweiten Durchlass (108b) zum Ein- und Ausleiten des Wärmeträgerfluids (F) mit einem zweiten Temperaturniveau (T₂) in den bzw. aus dem zweiten Teilspeicher (101b), – wobei der volumen-variable erste Teilspeicher (101a) komplementär zum volumen-variablen zweiten Teilspeicher (101b) ausgebildet ist, so dass das von den beiden Teilspeichern (101a, 101b) gebildete Gesamtvolumen konstant ist.
Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (104) länglich ausgebildet ist, wobei der erste Durchlass (108a) an einem ersten Längsende (109a) und der zweite Durchlass (108b) an einem dem ersten Längsende (109a) gegenüberliegenden, zweiten Längsende (109b) angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (104) als Rohrkörper (105) ausgebildet ist, der sich entlang einer axialen Richtung (A) im Wesentlichen geradlinig erstreckt, wobei das Trennelement (106) zur Ausbildung der beiden volumen-variablen Teilspeicher (101a, 101b) entlang der axialen Richtung (A) bewegbar an der Innenseite (112) einer Umfangswand (111) des Rohrkörpers (105) anliegt.
Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass am ersten Durchlass (108a) ein erstes Sensorelement (110a) vorgesehen ist, mittels welchem bestimmbar ist, ob sich das Trennelement (106) in einer ersten Endposition befindet, in welcher das Trennelement (106) einen zum ersten Durchlass (108a) minimalen Abstand besitzt, und/oder dass am zweiten Durchlass ein zweites Sensorelement (110b) vorgesehen ist, mittels welchem bestimmbar ist, ob sich das Trennelement (106) in einer zweiten Endposition befindet, in welcher das Trennelement (106) einen zum zweiten Durchlass minimalen Abstand besitzt.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von der Steuerungs-/Regelungseinrichtung (4) in der wenigstens einen verstellbaren Ventileinrichtung (10a, 10b) des Ventilsystems (9) ein Betriebszustand einstellbar ist, in welchem der Wärmeträgerfluidkreislauf (3) einen ersten Teilkreislauf (14a) ausbildet, und in welchem das Wärmeträgerfluid (F) zwischen dem thermochemischen Reaktor (5) und dem zweiten Wärmereservoir zirkuliert, so dass Wärme vom thermochemischen Reaktor (5) in das zweite Wärmereservoir (2b) übertragen wird.
Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in diesem Betriebszustand der erste Teilspeicher (101a) ein maximales Volumen aufweist und der zweite Teilspeicher (101b) ein minimales Volumen aufweist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von der Steuerungs-/Regelungseinrichtung (4) in der wenigstens einen verstellbaren Ventileinrichtung (10a, 10b) des Ventilsystems (9) ein Betriebszustand einstellbar ist, in welchem der Wärmeträgerfluidkreislauf (3) einen zweiten Teilkreislauf (14b) ausbildet, in welchem das Wärmeträgerfluid (F) zwischen dem thermochemischen Reaktor (5) und dem ersten Wärmereservoir (2a) zirkuliert, so dass Wärme vom ersten Wärmereservoir (2a) in den thermochemischen Reaktor (5) übertragen wird.
Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in diesem Betriebszustand der zweite Teilspeicher (101b) ein maximales Volumen aufweist und der erste zweite Teilspeicher (101a) ein minimales Volumen aufweist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von der Steuerungs-/Regelungseinrichtung in der wenigstens einen verstellbaren Ventileinrichtung (10a, 10b) des Ventilsystems (9) ein Betriebszustand einstellbar ist, bei welchem mittels des Wärmeträgerfluids (F): – Wärmeträgerfluid (F) vom ersten Teilspeicher (101a) in das erste Wärmereservoir (2a) transportiert wird, und – Wärmeträgerfluid (F) vom ersten Wärmereservoir (100) in den thermochemischer Reaktor transportiert wird, und – Wärmeträgerfluid (F) vom thermochemischen Reaktor (5) in den zweiten Teilspeicher (101b) transportiert wird.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von der Steuerungs-/Regelungseinrichtung (4) in der wenigstens einen verstellbaren Ventileinrichtung (10a, 10b) des Ventilsystems (9) ein Betriebszustand einstellbar ist, bei welchem mittels des Wärmeträgerfluids (F): – Wärmeträgerfluid (F) vom zweiten Teilspeicher in das zweite Wärmereservoir (2b) transportiert wird, und – Wärmeträgerfluid (F) vom zweiten Wärmereservoir (2b) in den thermochemischen Reaktor (5) transportiert wird, – Wärmeträgerfluid (F) vom thermochemischen Reaktor (5) in den ersten Teilspeicher (101a) transportiert wird.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Wärmereservoir (2b, 2b) sowie der thermochemische Reaktor (5) zum Einleiten und Ausleiten des Wärmeträgerfluids (F) jeweils einen Fluideinlass (11a, 11b, 11c) bzw. einen Fluidauslass (12a, 12b, 12c) aufweisen, – der Fluideinlass (11b) des thermochemischen Reaktor (5) mittels der ersten verstellbaren Ventileinrichtung (10a) mittels welcher wahlweise mit dem Fluidauslass (12a, 12c) des ersten oder zweiten Wärmereservoirs (10a, 10b) verbindbar ist, – der Fluidauslass (12b) des thermochemischen Reaktor (5) mittels der zweite verstellbaren Ventileinrichtung (10b) wahlweise mit dem Fluideinlass (11a, 11c) des ersten oder zweiten Wärmereservoirs (2a, 2b) verbindbar ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmezwischenspeicher (100) fluidisch parallel zur zweiten Ventileinrichtung (10b) geschaltet ist, so dass der Fluideinlass (11a) des ersten Wärmereservoirs fluidisch mit dem ersten Teilspeicher (101a) kommuniziert und der Fluideinlass (11c) des zweiten Wärmereservoirs (2b) fluidisch mit dem zweiten Teilspeicher (101b) kommuniziert.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ventileinrichtung (10a) und die zweite Ventileinrichtung (10b) jeweils ein 3/2-Wege-Umschaltventil (13a, 13b) umfassen.
Verfahren zum Betreiben einer Anordnung (1), insbesondere nach eine der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Wärmeträgerfluidkreislauf (3), in welchem ein thermochemischer Reaktor (5), zwei Wärmereservoirs (2a, 2b) unterschiedlicher Temperaturniveaus (T₁, T₂) und ein Wärmezwischenspeicher (100) angeordnet sind, wobei der Wärmezwischenspeicher (100) zwei thermische und fluidisch getrennte Teilspeicher (101a, 101b) aufweist, in welchen eine im Wärmeträgerfluidkreislauf (3) vorhandenes Wärmeträgerfluid (F) thermisch und fluidisch getrennt voneinander aufnehmbar ist, – gemäß welchem für einen Aufheizprozess aus dem ersten Wärmereservoir (2a) in den thermochemischen Reaktor (5) mittels des Wärmeträgerfluids (F) in dem ersten Teilspeicher (101a) des Wärmezwischenspeichers (100) zwischengespeichertes Wärmeträgerfluid (F) entnommen und dem ersten Wärmereservoir (2a) zugeführt wird und gleichzeitig Wärmeträgerfluid (F) aus dem thermochemischen Reaktor (5) abgeführt und in den zweiten Teilspeicher (101b) des Wärmezwischenspeicher (100) eingebracht wird, – gemäß welchem für einen Abkühlprozess aus dem thermochemischen Reaktor (5) in das zweite Wärmereservoir (2b) mittels des Wärmeträgerfluids (F) in dem zweiten Teilspeicher (101b) des Wärmezwischenspeichers (100) zwischengespeichertes Wärmeträgerfluid (F) entnommen und dem zweiten Wärmereservoir (2b) zugeführt wird und gleichzeitig Wärmeträgerfluid (F) aus dem thermochemischen Reaktor (5) abgeführt und in den ersten Teilspeicher (101a) des Wärmezwischenspeichers (100) eingebracht wird.