DE102020003530B3 - Method for using waste heat for heating purposes by a heating system and heating system with thermochemical energy storage materials - Google Patents

Method for using waste heat for heating purposes by a heating system and heating system with thermochemical energy storage materials Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Nutzung von Abwärme für Heizwecke durch ein Heizsystem, basierend auf mindestens drei gasdicht verschließbaren, gegen Umwelteinflüsse inertisierten Behältnissen, gefüllt mit einer Schüttung aus thermochemischem Energiespeichermaterial, eingefasst in ein stabilisierendes, poröses Hüllmaterial, wobei mindestens ein Behältnis nach einer endothermen Reaktion des Energiespeichermaterials am Ort der Abwärmeproduktion durch Zuführung eines energiebehafteten Fluidstroms und die dadurch gespeicherte Reaktionswärme direkt und/oder zeit- und/oder raumversetzt über eine Lagerung zu einem Ort der Heizwärmebereitstellung transportiert wird und dort durch eine exotherme Reaktion des Energiespeichermaterials durch Zuführung mindestens eines Fluidstroms mit Reagenzien wie Wasser oder Wasserdampf die Reaktionswärme freigesetzt und in Form von Wärme für Heizzwecke an einen Heizkreis beim Heizwärmeverbraucher abgegeben wird und wobei das zumindest eine Behältnis mit dem Energiespeichermaterial nach der Wärmeabgabe wieder direkt und/oder indirekt über eine Lagerung zum Ort der Abwärmeproduktion zurücktransportiert und/oder das Energiespeichermaterial zur Zementproduktion abgegeben oder wiederverwendet wird.Method for using waste heat for heating purposes by a heating system, based on at least three gas-tight, closable containers inerted against environmental influences, filled with a bed of thermochemical energy storage material, encased in a stabilizing, porous shell material, with at least one container after an endothermic reaction of the energy storage material on Place of waste heat production by supplying an energetic fluid flow and the thereby stored reaction heat is transported directly and / or time and / or spatially offset via storage to a place of heating heat supply and there by an exothermic reaction of the energy storage material by supplying at least one fluid flow with reagents such as water or water vapor, the heat of reaction is released and given off in the form of heat for heating purposes to a heating circuit at the heat consumer and the at least one container with the energy storage material al after the heat release, it is transported back directly and / or indirectly via storage to the place of waste heat production and / or the energy storage material is released or reused for cement production.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Heizsystem zur Nutzung von Abwärme für Heizzwecke unter Einbindung von thermochemischen Energiespeichermaterialien gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 näher definierten Art. Ziel dabei ist es, die Bereitstellung der Heizwärme örtlich und zeitlich vom Anfall der, ggf. auch diskontinuierlich, freigesetzten Abwärme, die zurzeit überwiegend an die Umgebung abgeführt wird, zu entkoppeln und das Material zur thermochemischen Energiespeicherung in einem Behältnis einerseits dergestalt inert einzubinden, dass eine vorzeitige Energie-/Wärmefreisetzung durch die Reaktion des Energiespeichermaterials mit eindringenden Fremdsubstanzen verhindert und das Behältnis mit dem Energiespeichermaterial beliebig lange gelagert werden kann und andererseits die beim Beladen des Energiespeichermaterials im Behältnis durch Abwärme anfallende Fortwärme zur Vorwärmung von Energiespeichermaterial in einem anderen Behältnisses genutzt wird. Das Heizsystem soll die im Markt befindlichen, fossil gefeuerten Heizsysteme ablösen oder ergänzen und dadurch einen deutlichen Beitrag zur Reduzierung der Kohlendioxidfreisetzungen leisten.The invention relates to a method and a heating system for using waste heat for heating purposes with the integration of thermochemical energy storage materials according to the type defined in more detail in the preamble of claim 1 , to decouple released waste heat, which is currently mainly dissipated to the environment, and to integrate the material for thermochemical energy storage in a container in such a way that a premature energy / heat release through the reaction of the energy storage material with penetrating foreign substances is prevented and the container with the Energy storage material can be stored for any length of time and, on the other hand, the waste heat generated when the energy storage material is loaded in the container is used to preheat energy storage material in another container. The heating system is intended to replace or supplement the fossil-fired heating systems available on the market and thereby make a significant contribution to reducing carbon dioxide emissions.

Energiespeichermaterialien, die Energie in Form von Reaktionswärme binden können, sind seit langem bekannt. Die bekannteste Stoffpaarung ist hier Calciumhydroxid (Ca(OH)2) und Calciumoxid (CaO). Durch Zufuhr von Wärme, bspw. durch die Durchströmung mit heißer Luft, wird Ca(OH)2 unter Wasserdampffreisetzung in CaO umgewandelt; dafür muss die partialdruckabhängige Onset-Temperatur der Reaktion überschritten und die Reaktionswärme in Höhe von rd. 104 kJ/mol zugeführt werden. Das CaO kann dann zu einem anderen Zeitpunkt und an einem anderen Ort durch Zufuhr von Wasser/Wasserdampf wieder in Ca(OH)2 umgewandelt werden; dabei wird die vormals zugeführte Reaktionswärme wieder frei und kann dann thermisch genutzt werden. So wird in DE 10 2018 131 408 A1 ein thermochemisches Wärmespeichermaterial in Form eines Granulats beschrieben, das aus einem Kern aus reaktivem Speichermaterial und einer Hülle, wobei die Hülle erhalten wird durch in Kontakt bringen des reaktiven Speichermaterials mit einem Additiv und anschließender thermischer Behandlung, besteht sowie ein zugehöriges Herstellungsverfahren vorgestellt, d.h. das reaktive Speichermaterial wird mit einer Beschichtung aus einem energieintensiv erzeugten nanostrukturierten Hüllmaterial versehen, wobei dieses Hüllmaterial mit dem Speichermaterial über mehrere Zyklen (Beladen/Entladen) reagiert und sich dadurch an der Grenzschicht stabile Reaktionsprodukte bilden, die erst dafür sorgen, dass das Granulat über einen längeren Zeitraum stabil bleibt und nicht pulverisiert. Bei der Reaktion entstehen zudem Risse im Hüllmaterial, die es erst ermöglichen, dass Wasser bzw. Wasserdampf an das Speichermaterial gelangen kann.Energy storage materials that can bind energy in the form of reaction heat have long been known. The best-known pairing of substances here is calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ) and calcium oxide (CaO). By supplying heat, for example by flowing hot air through it, Ca (OH) 2 is converted into CaO with the release of water vapor; for this, the partial pressure-dependent onset temperature of the reaction must be exceeded and the heat of reaction of around 104 kJ / mol must be added. The CaO can then be converted back into Ca (OH) 2 again at a different point in time and at a different location by adding water / water vapor; the previously supplied heat of reaction is released again and can then be used thermally. This is how in DE 10 2018 131 408 A1 describes a thermochemical heat storage material in the form of a granulate, which consists of a core of reactive storage material and a shell, the shell being obtained by bringing the reactive storage material into contact with an additive and subsequent thermal treatment, and an associated manufacturing process, ie the reactive one, is presented Storage material is provided with a coating of an energy-intensive, nanostructured shell material, this shell material reacting with the storage material over several cycles (loading / unloading) and thereby forming stable reaction products at the boundary layer, which ensure that the granulate remains for a longer period of time remains stable and not pulverized. During the reaction, cracks also arise in the shell material, which make it possible in the first place for water or water vapor to reach the storage material.

Bekannt ist auch, dass das Hüllmaterial aus einer gesinterten Tonschicht bestehen kann, die eine ausreichende Porosität aufweist, so dass Wasser/Wasserdampf an das Wärmspeichermaterial gelangen und reagieren kann, dabei verändert sich das Volumen des Speichermaterials und wird durch mehrere Zyklen von Beladen und Entladen pulverisiert. Erst durch die stabile poröse Tonschicht kann das Wärmespeichermaterial mehrere Zyklen genutzt werden.It is also known that the shell material can consist of a sintered clay layer that has sufficient porosity so that water / water vapor can reach the heat storage material and react, while the volume of the storage material changes and is pulverized by several cycles of loading and unloading . Only through the stable porous clay layer can the heat storage material be used for several cycles.

In DE 10 2016 217 090 A1 wird ein Verfahren und System zum Speichern und Rückgewinnen von Wärmeenergie mit thermochemischen Energiespeichern in einer Energieerzeugungsanlage vorgestellt. Hier wird die Wärmeenergie gespeichert, um sie zu einem späteren Zeitpunkt in elektrische Energie zu konvertieren. Die rückgewonnene Wärmeenergie kann zudem einerseits wieder der Wärmequelle zur Verfügung gestellt werden. Andererseits kann die rückgewonnene Wärmeenergie mittels einer Turbine in elektrische Energie konvertiert werden. Das beschriebene Verfahren basiert auf der Idee, dass Wärmeenergie, auch Abwärme, in einer Energieerzeugungsanlage oder an einer separaten Stelle wie bspw. in einer Lagerhalle gespeichert werden kann. Diese Erfindung befasst sich also auch mit der zeitlich und örtlich entkoppelten Speicherung von Wärmeenergie in einem Wärmebereitstellungsprozess .In DE 10 2016 217 090 A1 a method and system for storing and recovering thermal energy with thermochemical energy storage in a power generation plant is presented. The thermal energy is stored here in order to convert it into electrical energy at a later point in time. The recovered thermal energy can also be made available to the heat source again. On the other hand, the recovered thermal energy can be converted into electrical energy by means of a turbine. The method described is based on the idea that thermal energy, including waste heat, can be stored in an energy generation system or at a separate location such as, for example, in a warehouse. This invention thus also deals with the temporally and spatially decoupled storage of thermal energy in a heat supply process.

DE 10 2009 052 304 A1 befasst sich mit einem thermochemischen Wärmespeicher zur Aufnahme, Umwandlung, Speicherung und Abgabe von Reaktionswärme durch reversible Umsetzung eines ersten partikulären zu einem zweiten partikulären Feststoff und einem Reaktionsfluid, wobei der Wärmespeicher einen Reaktionsraum, eine hieran angeschlossene Reaktionsfluidleitung und einen Wärmetauscher aufweist, über den mittels einer externen Energiequelle oder eines Verbrauchers Energie zu- oder abgeführt werden kann. Das Besondere ist, dass an den Reaktionsraum zwei Feststoffbehälter zur jeweiligen Aufnahme der partikulären Feststoffe angeschlossen sind und zumindest eine Feststofffördereinrichtung vorgesehen ist, um die partikulären Feststoffe zwischen Reaktionsraum und den Feststoffbehältern zu fördern. Kennzeichnend ist also ein Heizsystem, basierend auf zwei Feststoffbehältern mit verschiedenen Speichermaterialien, die mit einer Feststofffördereinrichtung verbunden sind. DE 10 2009 052 304 A1 deals with a thermochemical heat accumulator for absorbing, converting, storing and releasing reaction heat by reversible conversion of a first particulate to a second particulate solid and a reaction fluid, the heat accumulator having a reaction space, a reaction fluid line connected to it and a heat exchanger via which a external energy source or a consumer energy can be supplied or removed. The special feature is that two solids containers are connected to the reaction chamber for the respective reception of the particulate solids and at least one solids conveying device is provided in order to convey the particulate solids between the reaction chamber and the solids containers. It is characterized by a heating system based on two solids containers with different storage materials, which are connected to a solids conveying device.

DE 10 2014 222 839 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenvorrichtung, wobei eine Speicherung und/oder Bereitstellung von Wärme in und/oder aus einer integrierten Wärmespeichereinheit in Abhängigkeit einer Leistungsanforderung erfolgt. Diese Wärmespeichereinheit umfasst mindestens einen thermochemischen Wärmespeicher und/oder mindestens einen Latent-Wärmespeicher. Die aus dem Wärmespeicher bereitgestellte Wärme kann dann mittels eines Heiz-Wärmetauschers beispielsweise zum Aufwärmen von Brauch- und/oder Heizwasser, genutzt werden. Ziel des vorgeschlagenen Verfahrens in dieser Schrift ist die Verbesserung des Jahresnutzungsgrads der Brennstoffzellenvorrichtung. DE 10 2014 222 839 A1 describes a method for operating a fuel cell device, with storage and / or provision of heat in and / or from an integrated heat storage unit taking place as a function of a power requirement. This heat storage unit comprises at least one thermochemical Heat storage and / or at least one latent heat storage. The heat provided from the heat accumulator can then be used by means of a heating / heat exchanger, for example to warm up service and / or heating water. The aim of the proposed method in this document is to improve the annual efficiency of the fuel cell device.

In WO 2014/173 572 A2 ist ein Kraftwerksystem beschrieben, das eine ortsgebundene Wärmeerzeugungseinheit zur Bereitstellung von thermischer Energie umfasst, einen Wasser-Dampf-Kreislauf , der mit der Wärmeerzeugungseinheit wärmetechnisch verbunden ist, ferner umfasst es eine Stromerzeugungseinrichtung, die durch die in dem Wasser-Dampf-Kreislauf geführte thermische Energie zur Stromerzeugung mit Energie versorgt werden kann, sowie einen thermochemischen Speicher, der mit dem Wasser-Dampf-Kreislauf ebenfalls wärmetechnische verbunden ist, wobei der thermochemische Speicher mit einer Abgasleitung der Wärmeerzeugungseinheit wärmetechnisch verbunden ist, und wobei der thermochemische Speicher zwei Behältnisse aufweist die fluidtechnisch miteinander verbunden sind, wobei in einem ersten Behältnis ein thermochemisches Speichermaterial angeordnet ist, und wobei das erste Behältnis durch thermisch konditioniertes Abgas der Wärmeerzeugungseinheit mit Wärme versorgt werden kann, und wobei das zweite Behältnis mit einem Wärmeübertrager wärmetechnisch verbunden ist, über welchen das zweite Behältnis mit Niedertemperaturwärme mit einem Temperaturniveau von höchsten 150 ° C versorgt werden kann.In WO 2014/173 572 A2 a power plant system is described which comprises a localized heat generation unit for providing thermal energy, a water-steam circuit that is thermally connected to the heat generation unit, furthermore it includes a power generation device that is generated by the thermal energy conducted in the water-steam circuit can be supplied with energy to generate electricity, as well as a thermochemical storage device, which is also thermally connected to the water-steam circuit, the thermochemical storage device being thermally connected to an exhaust pipe of the heat generation unit, and the thermochemical storage device having two containers which are fluidically connected to each other are connected, wherein a thermochemical storage material is arranged in a first container, and wherein the first container can be supplied with heat by thermally conditioned exhaust gas of the heat generating unit, and wherein the second container with a em heat exchanger is thermally connected, via which the second container can be supplied with low-temperature heat at a temperature level of 150 ° C at most.

DE 10 2018 202 646 A1 betrifft Behälter zur Aufnahme, vorzugsweise zum Transport, eines erwärmten oder zu erwärmenden partikelförmigen Feststoffmediums, mit einer Kammer und mit mindestens einem Einlass in die Kammer, über den das partikelförmige Feststoffmedium der Kammer zuführbar ist, wobei in der Kammer ein oder mehrere Festkörper mit mehreren Kanälen angeordnet ist oder mehrere Festkörper mehrere Kanäle bilden, wobei die Kanäle einen an Partikel des partikelförmigen Feststoffmediums angepassten Querschnitt aufweist und wobei die Kanäle jeweils zumindest ein zu der Kammerumgebung des Festkörpers offenes erstes Ende aufweisen, durch das Partikel des partikelförmigen Feststoffmediums zumindest teilweise in die Kanäle eindringbar sind. DE 10 2018 202 646 A1 relates to containers for receiving, preferably for transport, a heated or to be heated particulate solid medium, with a chamber and with at least one inlet into the chamber, via which the particulate solid medium can be fed to the chamber, with one or more solids with several channels in the chamber is arranged or several solids form several channels, the channels having a cross-section adapted to the particles of the particulate solid medium and the channels each having at least one first end open to the chamber environment of the solid, through which the particles of the particulate solid medium can at least partially penetrate into the channels are.

DE 31 30 671 A1 beschreibt ein Verfahren zur Erhöhung der Temperatur von gasförmigem, inertem Trägermedium beim Abziehen von Nutzwärme aus einem mittels Wassersorption arbeitenden Speichermedium. Bei diesem Verfahren wird die Restwärme des Trägermediums nach dem Abziehen der Nutzwärme zur Temperaturerhöhung von Wasser ausgenutzt und dieses Wasser mit höherer Temperatur zur vollständigen oder weitgehend vollständigen Befeuchtung und Temperaturerhöhung des Trägermediums vor dessen Einleiten in das Speichermedium verwendet. Dieses Verfahren ist besondere bei dem Abziehen von Nutzwärme aus dem Speichermedium zur kalten Jahreszeit geeignet. DE 31 30 671 A1 describes a method for increasing the temperature of a gaseous, inert carrier medium when extracting useful heat from a storage medium operating by means of water sorption. In this process, the residual heat of the carrier medium is used to increase the temperature of water after the useful heat has been drawn off, and this water at a higher temperature is used for complete or largely complete moistening and temperature increase of the carrier medium before it is introduced into the storage medium. This process is particularly suitable for extracting useful heat from the storage medium during the cold season.

In DE 10 2016 121 769 A1 wird eine Anlage zur additiven Herstellung dreidimensionaler Objekte vorgestellt; sie besteht aus einer oder mehreren Arbeitsstationen, die zur Durchführung wenigstens eines Arbeitsvorgangs im Rahmen der additiven Herstellung dreidimensionaler Objekte eingerichtet sind. Sie besteht ferner aus wenigstens einer frei positionierbare mobile Lagereinheit, die eine regalartige Lagereinrichtung umfasst, die wenigstens einen Lagerraum umfasst, der zur Lagerung wenigstens eines Pulvermoduls, insbesondere zum Zwecke der Beförderung des Pulvermoduls zwischen unterschiedlichen Arbeitsstationen der Anlage, eingerichtet ist, und aus wenigstens einer fahrerlosen frei bewegbaren mobilen Fördereinheit, die über eine Aufnahmeeinrichtung verfügt, die zur Aufnahme wenigstens einer mobilen Lagereinheit zum Zwecke der Beförderung der Lagereinheit zwischen unterschiedlichen Arbeitsstationen der Anlage eingerichtet ist.In DE 10 2016 121 769 A1 a system for the additive manufacturing of three-dimensional objects is presented; it consists of one or more work stations that are set up to carry out at least one work process in the context of additive manufacturing of three-dimensional objects. It also consists of at least one freely positionable mobile storage unit, which comprises a shelf-like storage device, which comprises at least one storage room, which is set up to store at least one powder module, in particular for the purpose of transporting the powder module between different workstations of the system, and of at least one Driverless, freely movable mobile conveying unit which has a receiving device which is set up to receive at least one mobile storage unit for the purpose of conveying the storage unit between different workstations of the system.

Nachteilig bei dem vorbekannten Stand der Technik ist es, dass die Einbindung eines thermochemischen Speichers innerhalb einer örtlich zusammenhängenden Anlage erfolgt oder verfahrenstechnisch aufwändig zwei Speicherbehälter vorgesehen sind. Verfahrenskonzepte zur Lagerung von Energiespeichermaterialien sind ebenfalls bekannt. Es gibt jedoch keine Vorschläge für eine technische Lösung für ein Heizsystem im Hinblick auf eine zeitlich und örtlich getrennte Nutzung von Abwärme und Bereitstellung von Heizwärme unter besonderer Berücksichtigung einer längeren Speichermateriallagerung oder eines längeren Transportweges des Speichermaterials unter Umgebungsbedingungen. Bei den vorherrschenden Umgebungsbedingungen in Deutschland ist das Speichermaterial in einem nicht gasdichten verschlossenen Speicherbehälter, über dessen Charakteristika im Stand der Technik keine Angaben zu finden sind, permanent feuchter Luft ausgesetzt. Durch den in der Luft enthaltenen Wasserdampf und durch das enthaltene Kohlenstoffdioxid würde über einen längeren Zeitraum eine exotherme Reaktion ablaufen und damit die Reaktionswärme ungewollt freigesetzt, bspw. CaO mit H2O zu Ca(OH)2 bzw. mit CO2 zu CaCO3. Durch diese Speicherentladung während der Lagerung oder des Transportes wäre eine Bereitstellung von Heizwärme extrem zeitverzögert, also Speichern von Energie im Sommer und Entspeichern im Winter, nicht mehr oder nur noch unzureichend möglich.The disadvantage of the known prior art is that the integration of a thermochemical storage unit takes place within a locally coherent system or that two storage containers are provided, which are complex in terms of process technology. Process concepts for storing energy storage materials are also known. However, there are no proposals for a technical solution for a heating system with regard to a temporally and spatially separate use of waste heat and the provision of thermal heat with special consideration of a longer storage material storage or a longer transport route of the storage material under ambient conditions. In the prevailing environmental conditions in Germany, the storage material is permanently exposed to moist air in a non-gas-tight, sealed storage container, the characteristics of which cannot be found in the state of the art. The water vapor contained in the air and the carbon dioxide contained would cause an exothermic reaction to take place over a longer period of time and thus the heat of reaction would be released unintentionally, e.g. CaO with H 2 O to Ca (OH) 2 or with CO 2 to CaCO 3 . As a result of this storage discharge during storage or transport, the provision of heating energy would be extremely time-delayed, i.e. storage of energy in summer and depletion in winter, would no longer be possible or only inadequately possible.

Ferner ist es ebenfalls nachteilig, wie beschrieben, dass das Wärmespeichermaterial mit zunehmender Dauer bzw. Betriebszyklen pulverisiert und nicht mehr verwendet werden kann. Es sei denn, es wird in eine kostenintensive gebrannte und poröse Tonschicht oder eine energieintensiv hergestellte Nanostruktur eingelagert. Ein weiterer Nachteil nach dem Stand der Technik ist es, dass beim Beladen des Energiespeichermaterials durch einen heißen Wärmeträgerstrom zwar die endotherme Reaktion von Ca(OH)2 zu CaO und H2O versorgt wird, dass aber ein hoher Anteil des Energiegehalts im Wärmeträger das Behältnis mit dem Energiespeichermaterial ungenutzt verlässt. Die entsprechende Reaktionstemperatur liegt zwischen rd. 450 und 520 °C.Furthermore, it is also disadvantageous, as described, that the heat storage material with pulverized with increasing duration or operating cycles and can no longer be used. Unless it is stored in an expensive, fired and porous clay layer or an energy-intensive nanostructure. Another disadvantage according to the prior art is that when the energy storage material is loaded by a hot heat transfer medium, the endothermic reaction of Ca (OH) 2 to CaO and H 2 O is supplied, but that a high proportion of the energy content in the heat transfer medium is in the container leaves unused with the energy storage material. The corresponding reaction temperature is between around 450 and 520 ° C.

Weiterhin ist im Stand der Technik nicht näher spezifiziert, wie dem Energiespeichermaterial das Reaktionsmittel Wasser optimal zugeführt werden kann. In gasförmiger Weise, also in Form von Wasserdampf, stellt es kein Problem dar, da Wasserdampf sich in der Schüttung des Energiespeichermaterials gut verteilen lässt. Wasserdampf hat aber den Nachteil, dass er beim Wärmeverbraucher erst energieintensiv erzeugt werden muss, während flüssiges Wasser ohne Energieaufwand direkt genutzt werden kann, was sich aber in der Schüttung schlechter verteilen lässt. Der optimale Zugang des Wassers zum Energiespeichermaterial ist eine Grundvoraussetzung, um dann einen konstanten reproduzierbaren Energiestrom aus dem Speicherbehältnis geregelt zur Wärmeversorgung entnehmen zu können.Furthermore, it is not specified in more detail in the prior art how the reactant water can be optimally supplied to the energy storage material. In gaseous form, i.e. in the form of water vapor, there is no problem, since water vapor can be easily distributed in the bulk of the energy storage material. However, water vapor has the disadvantage that it first has to be generated in an energy-intensive manner by the heat consumer, while liquid water can be used directly without any expenditure of energy, which, however, is more difficult to distribute in the bed. The optimal access of the water to the energy storage material is a basic requirement in order to then be able to take a constant, reproducible flow of energy from the storage container in a controlled manner for heat supply.

Ferner ist nach dem Stand der Technik nicht bekannt, dass der noch warme Abluftstrom aus einem Behältnis, in dem das Energiespeichermaterial beladen wird, noch zur Vorwärmung eines anderen Behältnisses mit noch unbeladenem Energiespeichermaterial nutzbar ist, um damit die Energieeffizienz bei der Abwärmenutzung zu erhöhen.Furthermore, according to the prior art, it is not known that the still warm exhaust air flow from a container in which the energy storage material is loaded can still be used to preheat another container with as yet unloaded energy storage material in order to increase the energy efficiency in the use of waste heat.

Es wird daher erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass der Speicherbehälter mit dem thermochemischen Energiespeichermaterial nach der Beladung und der Entladung durch ein Fluid inertisiert wird, so dass das Speichermaterial weder feuchter Luft noch Kohlenstoffdioxid ausgesetzt wird bzw. nur noch einer definierte Menge dieser Substanzen im Behältnis ausgesetzt wird, so dass nur eine geringer, zu vernachlässigende Rückreaktion des Speichermaterials auftritt. Die ungewollte Rückreaktion des Speichermaterials über den Verlauf der Speicherperiode tritt, wenn überhaupt nur in vernachlässigbarem Maße auf.It is therefore proposed according to the invention that the storage container with the thermochemical energy storage material is rendered inert by a fluid after loading and unloading, so that the storage material is neither exposed to moist air nor carbon dioxide or is only exposed to a defined amount of these substances in the container, so that only a small, negligible reverse reaction of the storage material occurs. The unwanted reverse reaction of the storage material over the course of the storage period occurs only to a negligible extent, if at all.

Eine Aufgabe besteht also darin, am Ort der Abwärmenutzung und der Heizwärmebereitstellung und/oder ggf. am Ort der Lagerung der materialgefüllten Speicherbehälter und/oder auf dem Transportweg eine technische Lösung für die Inertisierung des Speicherbehälters nach der Beladung bzw. der Entladung zu entwickeln.One task is therefore to develop a technical solution for the inerting of the storage container after loading or unloading at the place of waste heat utilization and heating provision and / or possibly at the place of storage of the material-filled storage containers and / or on the transport route.

Ferner besteht eine Aufgabe darin, die Energieeffizienz des Heizsystems durch ein verbessertes Wärmemanagement zu optimieren. Dies kann bspw. dadurch erfolgen, dass die bei der Speicherbeladung anfallende Abluft mit dem Wasserdampf aus der endothermen Reaktion des Speichermaterials in einem anderen Prozess genutzt wird oder zur Vorwärmung eines anderen zu beladenden Speichers verwendet wird. Sollte die Abwärme bei der Speicherbeladung zur Vorwärmung eines zweiten Speichers eingesetzt werden, so ist sinnigerweise durch eine Taupunktregelung oder ähnliches in Abhängigkeit des Wasserdampfpartialdrucks eine Kondensation von Wasserdampf im vorzuwärmenden Speicher sicher zu verhindern.Another task is to optimize the energy efficiency of the heating system through improved thermal management. This can take place, for example, in that the exhaust air that occurs during storage is used with the water vapor from the endothermic reaction of the storage material in another process or is used to preheat another storage facility to be loaded. If the waste heat is used to preheat a second storage tank when loading the storage tank, it is sensible to safely prevent condensation of water vapor in the storage tank to be preheated by means of a dew point control or the like, depending on the water vapor partial pressure.

Eine weitere Aufgabe ist, dass das neue Heizsystem so zu konzipieren, dass einerseits ein vorhandenes Heizsystem beim Anwender vollständig ersetzt oder es andererseits in ein vorhandenes Heizsystem integriert wird mit dem Ziel, den fossilen Brennstoffverbrauch, und damit die Kohlenstoffdioxidemissionen, und/oder den elektrischen Energieverbrauch zu senken, dabei ist die Wasserzugabe in das Speicherbehältnis, und damit die Wärmeabgabe an den Wärmeverbraucher, bedarfsabhängig zu regeln . Das erfindungsgemäße Heizsystem eignet sich in optimaler Weise besonders zur Einbindung in eine hybride Wärmepumpen-Heizanlage, die, dem Fachmann bekannt, aus einer elektrisch betriebenen Wärmepumpe in Kombination mit mindestens einem weiteren primären Wärmeerzeuger besteht. Hierbei kann das erfindungsgemäße Heizsystem die Wärmepumpen-Heizanlage oberhalb des Bivalenzpunkts nach DIN EN 14825 bei der Bereitstellung der Heizenergie unterstützen, indem es entweder oberhalb des Bivalenzpunkts in Parallel- oder Serienbetrieb eingebunden wird, oder es unterhalb des Bivalenzpunkts die alleinige Heizwärmeversorgung, im Sinne einer Spitzenlastabdeckung übernimmt, oder die Wärme aus dem Speicherbehältnis genutzt wird, um dem Verdampfer der Wärmepumpe immer einen warmen Luftstrom mit einer Temperatur oberhalb des Bivalenzpunktes zur Verfügung zu stellen, d.h. die Wärmepumpe kann immer unabhängig von der Umgebungstemperatur im ökologisch sinnvoll genutzt werden, also mit einer Primärenergieausnutzung, die größer gleich bei einem fossil gefeuerten Heizsystem ist.Another task is to design the new heating system in such a way that, on the one hand, the user's existing heating system is completely replaced or, on the other hand, it is integrated into an existing heating system with the aim of reducing fossil fuel consumption, and thus carbon dioxide emissions, and / or electrical energy consumption to reduce, the addition of water to the storage container, and thus the heat output to the heat consumer, is to be regulated as required. The heating system according to the invention is particularly suitable for integration into a hybrid heat pump heating system which, known to those skilled in the art, consists of an electrically operated heat pump in combination with at least one other primary heat generator. Here, the heating system according to the invention can follow the heat pump heating system above the bivalence point DIN EN 14825 support the provision of heating energy by integrating it either above the bivalence point in parallel or series operation, or it takes over the sole heating supply below the bivalence point in the sense of a peak load coverage, or the heat from the storage container is used to the evaporator of the heat pump to always provide a warm air flow with a temperature above the bivalence point, ie the heat pump can always be used in an ecologically sensible way regardless of the ambient temperature, i.e. with a primary energy utilization that is greater than or equal to a fossil-fired heating system.

Eine zusätzliche Aufgabe ist es, ein Energiespeichermaterial zu kreieren, das weder energieintensiv noch kostenintensiv hergestellt werden muss, und das nach der Nutzung in optimaler Wiese entsorgt werden kann, besser noch in einem anderen Prozess als Einsatzmaterial stofflich verwertet werden kann.An additional task is to create an energy storage material that does not need to be manufactured in an energy-intensive or cost-intensive manner, and which can be disposed of in the best possible way after use, or which can be better recycled as an input material in another process.

Grundlage der Aufgabenlösung ist es, dass die Partikel des Energiespeichermaterials so modifiziert werden, dass sie auch während der Änderung des molaren Volumens, die mit der Be- und Entladereaktion einhergeht, ihre strukturelle bzw. morphologische Integrität behalten, so dass durch die gezielte Einstellung der Schüttdichte durch das verwendete Korngrößenband ein optimaler Masse- und Wärmetransport während der Be- und Entladung bei gleichzeitig höchstmöglicher Speicherkapazität sichergestellt ist. Dies ist von besonderer Bedeutung, da folgender Zielkonflikt besteht: Die Durchströmung der Partikelschüttung mit dem Reaktionsmittel ist umso besser, je höher die Porosität ist, allerdings sinkt dann die Wärmeleitfähigkeit und das Speichervermögen des Materials, da immer weniger Masse in der Schüttung vorhanden ist. Sinkt die Porosität, so ist zwar mehr Speichermaterial in der Schüttung und die Wärmeleitfähigkeit steigt, aber das Reaktionsmittel gelangt kaum noch zum Speichermaterial, außerdem steigt der Druckverlust überproportional, und damit die Betriebskosten, an. Für das Energiespeichermaterial wird ein Hüllmaterial aus Ton vorgeschlagen, der nicht gebrannt wird. Auch hier reagiert der Ton an der Grenzschicht mit dem Energiespeichermaterial, wodurch sich einerseits eine stabile Struktur ergibt, andererseits im Ton Risse entstehen, so dass der Zugang des Reaktionsmittels zum Energiespeichermaterial gewährleistet ist. Die Stabilität der Struktur der generierten Partikel aus ungebranntem Ton und Energiespeichermaterial mag zwar nicht so stabil wie nach dem Stand der Technik sein, allerdings lassen sich die Partikel einer solchen Schüttung einfacher herstellen, da der Ton nicht gebrannt werden muss. Vorteilhaft bei der Konzeption eines solchen Energiespeichermaterials, bei dem die thermochemischen Speicherpartikel mit ungebranntem Ton umhüllt sind, ist, dass dieses Material, wenn für die thermochemische Wärmespeicherung nicht mehr verwendbar, direkt in der Zementindustrie eingesetzt wird. Derartige Materialien werden ohnehin in der Zementindustrie benötigt. D.h. bei dem hier vorgeschlagenen Verfahren bzw. Heizsystem wird diese eingesetzte Materialkombination verwendet, um Abwärme für Heizzwecke nutzen zu können. Damit leistet das vorgeschlagene Verfahren bzw. Heizsystem einen substantiellen Beitrag zur Reduzierung der Kohlenstoffdioxidemissionen, und den beteiligten Unternehmen können entsprechende Kohlenstoffdioxidemissionsgutschriften angerechnet werden. Typischerweise werden die Partikel mehrfach zykliert; dies kann solange erfolgen, bis das Material nicht mehr die strukturelle bzw. morphologische Integrität aufweist, und erst dann würde es vollständig für die Zementproduktion „entsorgt“ bzw. recycelt.The basis of the task is that the particles of the energy storage material so be modified so that they retain their structural or morphological integrity even during the change in the molar volume, which is associated with the loading and unloading reaction, so that an optimal mass and heat transport during the Loading and unloading is ensured with the highest possible storage capacity at the same time. This is of particular importance as there is a conflict of objectives: the higher the porosity, the better the flow of the particle bed with the reactant, but then the thermal conductivity and the storage capacity of the material decrease, as there is less and less mass in the bed. If the porosity decreases, there is more storage material in the bed and the thermal conductivity increases, but the reactant hardly ever reaches the storage material, and the pressure loss increases disproportionately, and with it the operating costs. A cladding material made of clay, which is not burned, is proposed for the energy storage material. Here, too, the clay reacts with the energy storage material at the boundary layer, which on the one hand results in a stable structure, on the other hand cracks form in the clay, so that the access of the reactant to the energy storage material is guaranteed. The stability of the structure of the particles generated from unfired clay and energy storage material may not be as stable as in the prior art, but the particles of such a bed can be produced more easily because the clay does not have to be baked. When designing such an energy storage material, in which the thermochemical storage particles are encased in unfired clay, it is advantageous that this material, if it can no longer be used for thermochemical heat storage, is used directly in the cement industry. Such materials are required in the cement industry anyway. In other words, in the method or heating system proposed here, this combination of materials is used in order to be able to use waste heat for heating purposes. The proposed method or heating system thus makes a substantial contribution to reducing carbon dioxide emissions, and the companies involved can be credited with corresponding carbon dioxide emission credits. Typically the particles are cycled multiple times; this can continue until the material no longer has the structural or morphological integrity, and only then would it be completely "disposed of" or recycled for cement production.

Das Energiespeichermaterial, bspw. Kalkstein oder Kalkhydrat, wird bspw. granuliert, dabei wird ein bestimmtes Korngrößenband derart eingestellt, dass die Wärmeein- und -auskopplung im Hinblick auf das optimale Speichervermögen des Materials in der späteren Anwendung beeinflussbar ist. Das angestrebte Korngrößenband liegt vorzugsweise in einem Partikelgrößenbereich von 5 µm und 10 mm. Das granulierte Energiespeichermaterial wird im Anschluss in einer geeigneten Vorrichtung, bspw. ein Tellermischer, mit einer Tonschicht umhüllt. Damit ist es für den Einsatz im erfindungsgemäßen Verfahren / Heizsystem geeignet; die gleichen Materialien sind ansonsten Rohstoffe für die Zementproduktion. Das granulierte Energiespeichermaterial mit der Hüllschicht aus ungebranntem Ton wird als Schüttung in ein gasdicht verschließbares Behältnis eingefüllt, das je nach Anwendung in verschiedenen Speichervolumina ausgeführt sein kann. Dieses Behältnis verfügt über zumindest zwei absperrbare Rohrleitungsanschlüsse, über die Fluide zu- und abgeführt werden können. Sowohl bei der endothermen Reaktion zum Einspeichern von Energie als auch zum Auslösen der exothermen Reaktion wird in zumindest einen Rohrleitungsanschluss Fluid zu- und über zumindest einen weiteren Rohrleitungsanschluss Fluid abgeführt. Ferner kann dieses Behältnis über Einbauten verfügen, die eine Verbesserung der Fluidzuführung zum Energiespeichermaterial ermöglichen, bspw. perforierte Rohrleitungen. Die zugeführten Fluide können als Wärmeträger und/oder Reaktionsmittel dienen. So kann bspw. ein heißer Luftstrom, erzeugt bspw. durch eine industrielle Abwärmequelle, zugeführt werden, wobei hierdurch Wasser aus dem Energiespeichermaterial, bspw. Ca(OH)2, ausgetrieben und CaO gebildet wird. Um eine Rückreaktion mit der Luftfeuchte bzw. dem Kohlenstoffdioxid der Luft mit CaO zu vermeiden, wird das Behältnis mit einen Wasser- und Kohlenstoffdioxidfreiem Fluid, bspw. trockener Luft oder Stickstoff, geflutet und dann gasdicht abgesperrt. Während aus dem Energiespeichermaterial Wasser ausgetrieben wird, verlässt ein immer noch warmer Abluftstrom mit dem ausgetriebenen Wasser das Behältnis. Die fühlbare Wärme dieses Fluidstrom wird genutzt, um ein anderes Behältnis mit Energiespeichermaterial vorzuwärmen, wobei durch eine geeignete Regel- oder Steuervorrichtung dafür zu sorgen ist, dass in diesem Behältnis kein Wasser auskondensiert.The energy storage material, for example limestone or hydrated lime, is granulated, for example, a certain grain size range is set in such a way that the heat input and output can be influenced with regard to the optimal storage capacity of the material in the later application. The desired grain size range is preferably in a particle size range of 5 μm and 10 mm. The granulated energy storage material is then coated with a layer of clay in a suitable device, for example a plate mixer. It is therefore suitable for use in the method / heating system according to the invention; the same materials are otherwise raw materials for cement production. The granulated energy storage material with the shell layer made of unfired clay is poured into a gas-tight closable container as a fill, which can be designed in different storage volumes depending on the application. This container has at least two lockable pipe connections via which fluids can be supplied and discharged. Both in the endothermic reaction for storing energy and in triggering the exothermic reaction, fluid is supplied to at least one pipe connection and fluid is discharged via at least one further pipe connection. Furthermore, this container can have built-in components which enable the fluid supply to the energy storage material to be improved, for example perforated pipelines. The fluids supplied can serve as heat carriers and / or reactants. For example, a hot air stream, generated for example by an industrial waste heat source, can be supplied, whereby water is expelled from the energy storage material, for example Ca (OH) 2 , and CaO is formed. In order to avoid a reverse reaction with the humidity or the carbon dioxide in the air with CaO, the container is flooded with a fluid free of water and carbon dioxide, for example dry air or nitrogen, and then sealed off in a gastight manner. While water is expelled from the energy storage material, a still warm exhaust air flow leaves the container with the expelled water. The sensible heat of this fluid flow is used to preheat another container with energy storage material, a suitable regulating or control device being used to ensure that no water condenses out in this container.

Die Inertisierung des Behältnisses mit dem Energiespeichermaterial kann im Frühjahr/Sommer vorzugsweise mit Stickstoff erfolgen, da hier eine längere Lagerung des Behältnisses bis zur Heizperiode im Herbst/Winter erfolgen muss. Im Herbst/Winter, also in der Heizperiode, kann die Inertisierung dahingegen vorzugsweise mit trockener Luft (oder auch komplett ohne Inertisierung) erfolgen, da hier nur eine kurzzeitige Lagerung des Behältnisses, oder auch keine, erfolgen muss, da eine unverzügliche Nutzung beim Wärmeverbraucher erfolgen kann. Dadurch kann eine Rückreaktion in geringem Umfang mit der Luftfeuchte oder dem Kohlenstoffdioxid der Luft toleriert werden. Eine solche Rückreaktion endet ohnehin von selbst, wenn in dem Behältnis vorhandene Restfeuchte oder vorhandenes Kohlenstoffdioxid verbraucht ist. Durchaus möglich ist es, eine gewisse Rückreaktion im Anschluss an die endotherme Reaktion zum Einspeichern von Wärmeenergie in das Energiespeichermaterial zum Zwecke einer Auto-Trocknung einzusetzen. Mittels eines Druckventils kann der in dem Behältnis herrschende Druck begrenz werden. Ist eine Inertisierung des Behältnisses vorgesehen, kann die Inertisierungsvorrichtung am Ort der Abwärmeproduktion oder auch am Behältnis selbst fest angeordnet sein, wobei es dann entweder am Ort der Lagerung des Behältnisses oder während des Transportes zum Abwärmeproduzenten mit dem Inertisierungsfluid gefüllt wird. Eine weitere Alternative ist es, das Behältnis mit dem Ton umhüllten Energiespeichermaterial, jetzt bestehend aus CaO, im Weiteren als Thermatonit bezeichnet, erst im Bereich der Lagerung zu inertisieren. Erfolgt die Inertisierung des Behältnisses unmittelbar nach dem Beladen, so ist das Speichermaterial noch heiß. Im Laufe der späteren Abkühlung des Speichermaterials und des Inertisierungsfluid entsteht im Behältnis ein Unterdruck, der durch Zufuhr von weiterem Inertisierungsfluid ausgeglichen wird.The container with the energy storage material can be rendered inert in spring / summer, preferably with nitrogen, since the container must be stored for a longer period until the heating season in autumn / winter. In autumn / winter, i.e. during the heating season, the inerting can, on the other hand, preferably take place with dry air (or even completely without inerting), since here only a short-term storage of the container, or even none, has to take place, since it can be used immediately by the heat consumer can. As a result, a reverse reaction to a small extent with the humidity or the carbon dioxide in the air can be tolerated. Such a reverse reaction ends by itself if there is residual moisture in the container or if it is present Carbon dioxide is consumed. It is entirely possible to use a certain reverse reaction following the endothermic reaction to store thermal energy in the energy storage material for the purpose of auto-drying. The pressure prevailing in the container can be limited by means of a pressure valve. If the container is to be inertized, the inerting device can be fixedly arranged at the place of waste heat production or also on the container itself, in which case it is filled with the inerting fluid either at the place of storage of the container or during transport to the waste heat producer. Another alternative is to inertize the container with the clay-coated energy storage material, now consisting of CaO, hereinafter referred to as thermatonite, only in the area of storage. If the container is rendered inert immediately after loading, the storage material is still hot. In the course of the subsequent cooling of the storage material and the inerting fluid, a negative pressure arises in the container, which is compensated for by the supply of further inerting fluid.

Durch die Zuführung von Inertisierungsfluid kann der Innendruck des Behältnisses immer geringfügig oberhalb des Umgebungsdruckes gehalten werden, um auf diese Weise ein Eindringen von Umgebungsluft mit der darin enthaltenen Luftfeuchte und dem Kohlendioxid in das Behälterinnere zu verhindern. Um dieses für die Zeitdauer zwischen der Beladung und der Entladung auch für einen längeren Zeitraum aufrechtzuerhalten, ist in einem Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass dem Behältnis eine Gasflasche mit Inertisierungsfluid, beispielsweise Stickstoff, zugeordnet ist und mit dem Behältnis eine Transporteinheit bildet.By supplying inerting fluid, the internal pressure of the container can always be kept slightly above the ambient pressure in order to prevent the penetration of ambient air with the humidity and the carbon dioxide contained therein into the interior of the container. In order to maintain this for a longer period of time between loading and unloading, one embodiment provides that a gas bottle with inerting fluid, for example nitrogen, is assigned to the container and forms a transport unit with the container.

Das mit dem Energiespeichermaterial gefüllte und inertisierte Behältnis steht dann als Wärmeträger in einem Heizsystem zur Verfügung. Dieses Behältnis kann beliebig lange eingelagert werden und bedarfsabhängig an einen Wärmeverbraucher abgegeben werden, wobei das Behältnis bei diesem Wärmeverbraucher an ein vorhandenes Heizsystem angeschlossen wird. Nach dem Anschluss wird in das Behältnis bedarfsabhängig Wasser eingedüst, so dass das Energiespeichermaterial, bspw. CaO zu Ca(OH)2, umgewandelt wird; die dabei frei werdende Wärme wird durch einen geeigneten Fluidstrom aus dem Behältnis ausgetragen und in das vorhandene Heizsystem eingespeist. Im einfachsten Falle wird ein Luftstrom verwendet, der die Wärme unmittelbar in eine Warmluftheizung einspeist. Bei einer Warmwasserheizung muss dagegen ein zusätzlicher Wärmeübertrager vorgesehen werden.The container filled with the energy storage material and rendered inert is then available as a heat transfer medium in a heating system. This container can be stored for any length of time and, depending on requirements, be given to a heat consumer, the container being connected to an existing heating system for this heat consumer. After the connection, water is injected into the container as required, so that the energy storage material, for example CaO, is converted to Ca (OH) 2; the heat released in the process is carried out of the container by a suitable fluid flow and fed into the existing heating system. In the simplest case, an air flow is used that feeds the heat directly into a warm air heater. In the case of hot water heating, however, an additional heat exchanger must be provided.

Steht am Ort der Entladung des Behältnisses, also dort, wo Wärme aus dem Behältnis entnommen werden soll, keine Druckluft zur Verfügung, kann bei einer Ausgestaltung des Behältnisses mit einer zur Gewährleistung eines gewissen Überdruckes vorgesehenen Gasflasche dessen Inhalt als Treibmittel genutzt werden, um mit diesem zugeführtes Wasser zu zerstäuben und das zerstäubte Wasser in das Innere des Behältnisses einzutragen. Bei einer solchen Ausgestaltung werden keine zusätzlichen Aktoren zum Zerstäuben von zugeführtem Wasser benötigt. Zugleich wird durch das großvolumige Einbringen von zerstäubtem Wasser eine großvolumige Beaufschlagung der in dem Behältnisinneren befindlichen Energiespeicherpartikel erreicht.If there is no compressed air available at the place where the container is discharged, i.e. where heat is to be extracted from the container, if the container is designed with a gas cylinder provided to ensure a certain overpressure, its contents can be used as a propellant in order to use it to atomize supplied water and to enter the atomized water into the interior of the container. With such a configuration, no additional actuators are required for atomizing the supplied water. At the same time, the large-volume introduction of atomized water achieves a large-volume application of the energy storage particles located in the interior of the container.

Die Wärmeversorgung des Endverbrauchers kann dabei ausschließlich durch das Behältnis mit dem Energiespeichermaterial erfolgen oder zur Unterstützung eines vorhandenen Wärmeerzeugers, bspw. eines fossil gefeuerten Heizkessels oder einer Wärmepumpe, fungieren. Ist das Energiespeichermaterial im Behältnis abreagiert, d.h. entladen, so wird ein Behältnis mit neuem Energiespeichermaterial angeschlossen. Das Behältnis mit dem abreagierten Energiespeichermaterial wird abtransportiert und zwischengelagert bzw. wieder zur Abwärmequelle transportiert und steht damit für einen neuen Heizzyklus zur Verfügung. Sobald sich Struktur und Morphologie des Energiespeichermaterials so verändert haben, dass die Funktion nicht mehr gewährleistet ist, wird es aus dem Heizzyklus ausgeschleust und kann direkt als Rohstoff bspw. der Zementproduktion zugeführt werden.The end consumer can be supplied with heat exclusively through the container with the energy storage material or can act to support an existing heat generator, for example a fossil-fired boiler or a heat pump. If the energy storage material in the container has reacted, i.e. discharged, a container with new energy storage material is connected. The container with the reacted energy storage material is transported away and temporarily stored or transported back to the waste heat source and is thus available for a new heating cycle. As soon as the structure and morphology of the energy storage material have changed in such a way that the function is no longer guaranteed, it is removed from the heating cycle and can be used directly as a raw material, e.g. for cement production.

Ferner kann zum Zweck der Wärmetransformation der Behälter auch im Über- oder Unterdruck betrieben werden. Hierdurch kann über den Be- und Entladeprozess des enthaltenen Materials Abwärme auf ein höheres Temperaturniveau angehoben und damit in Nutzwärme für nachgelagerte Prozesse gewandelt werden. Das Prinzip beruht auf der Abhängigkeit der Be- und Entladetemperatur des Speichermaterials vom Partialdruck des gasförmigen Reaktionspartners. So kann der Beladeprozess unter Nutzung von Abwärme bei tieferer Temperatur und niedrigerem Druck stattfinden, der Entladeprozess jedoch bei höherem Druck und damit auch bei höherer Temperatur. Die einstellbaren Be- und Entladetemperaturen sowie Be- und Entladedrücke und damit auch der erreichbare Temperaturhub sind charakteristisch für die unterschiedlichen Speichermaterialien und hängen von der van't Hoff - Auftragung des jeweiligen Reaktionssystems ab.Furthermore, for the purpose of heat transformation, the container can also be operated under positive or negative pressure. As a result, waste heat can be raised to a higher temperature level via the loading and unloading process of the material contained and thus converted into useful heat for downstream processes. The principle is based on the dependence of the loading and unloading temperature of the storage material on the partial pressure of the gaseous reactant. The loading process can take place using waste heat at a lower temperature and lower pressure, but the unloading process can take place at a higher pressure and thus also at a higher temperature. The adjustable loading and unloading temperatures as well as loading and unloading pressures and thus also the achievable temperature lift are characteristic of the different storage materials and depend on the van't Hoff plot of the respective reaction system.

Die genannten Aufgaben werden gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1 sowie durch eine Vorrichtung nach Anspruch 5. Weiterbildungen des Verfahrens und der Vorrichtung sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche. Dabei ist dem Fachmann klar, dass auch andere Wärmequellen wie bspw. Solarenergie durch das erfindungsrelevante Heizsystem genutzt werden können und dass auch das Energiespeichermaterial mit einem anderen Hüllmaterial eingesetzt werden kann.The stated objects are achieved by a method according to claim 1 and by a device according to claim 5. Further developments of the method and the device are the subject matter of the respective subclaims. It is clear to the person skilled in the art that other heat sources such as, for example, solar energy can also be used by the heating system relevant to the invention, and that too the energy storage material can be used with a different covering material.

Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben. Es zeigen:

  • 1: Verfahrensprinzip
  • 2: Integration des neuen Heizsystems in ein Heiß-/Warmwasser-Heizsystem, Reihenschaltung
  • 3: Integration des neuen Heizsystems in ein Heiß-/Warmwasser-Heizsystem, Parallelschaltung
  • 4: Integration des neuen Heizsystems in ein Wärmepumpen-Heizsystem zur Verhinderung der Unterschreitung des Bivalenzpunktes durch Einbringung der Wärme vor dem Wärmepumpenverdampfer
  • 5: Übergeordnetes Verfahrensprinzip
The invention is described below on the basis of an exemplary embodiment with reference to the accompanying figures. Show it:
  • 1 : Procedural principle
  • 2 : Integration of the new heating system into a hot / warm water heating system, series connection
  • 3 : Integration of the new heating system in a hot / warm water heating system, parallel connection
  • 4th : Integration of the new heating system in a heat pump heating system to prevent falling below the bivalence point by introducing the heat upstream of the heat pump evaporator
  • 5 : Overriding procedural principle

4 zeigt das übergeordnete Verfahrensprinzip. Die Zementrohstoffe Kalkstein bzw. Kalkhydrat 91 und Ton 92 werden als natürliches Produkt aus der Lagerstätte über einen Vorlieferanten bezogen und einem Herstellungsprozess 100 zugeführt. Hier erfolgt nach dem Stand der Technik ein Granulieren des Kalksteins bzw. Kalkhydrats 91 mit anschließender Beschichtung des Granulats mit Ton 92, dabei kann die Partikelgröße durch die Betriebsparameter der Granulierungsvorrichtung eingestellt werden. Das so erzeugte mit Ton umhüllte Energiespeichermaterial 33 (Thermatonit), auch andere Materialien sind hier bekannt, und sollen hier nicht weiter Erwähnung finden, sind aber sinngemäß genauso verwendbar wie CaO und Ca(OH)2, wird dann im erfindungsrelevanten neuartigem Heizsystem 1 als Wärmeträgermaterial verwendet. Bspw. Kalkhydrat 91 im Thermatonit 33 wird bei der Abwärmenutzung 2 in CaO umgewandelt und das verbleibt in der umhüllenden Tonschicht 92. Das Thermatonit gelangt dann zum Wärmeverbraucher 8, wo CaO durch Wasserzufuhr in Ca(OH)2 umgewandelt und die freiwerdende Energie an ein vorhandenes Heizsystem abgegeben wird. Das Thermatonit 33 kann dann zwischen der Abwärmeproduktion 2 und dem Wärmeverbraucher 8 zeitentkoppelt zykliert werden. Nach der Vernutzung des Thermatonits 33 kann es dann, da es aus Zementrohstoffen hergestellt wird, ohne Einschränkungen in der Zementproduktion 110 eingesetzt werden. 4th shows the overriding procedural principle. The cement raw materials limestone and hydrated lime 91 and sound 92 are obtained as a natural product from the deposit via a pre-supplier and a manufacturing process 100 fed. According to the state of the art, the limestone or hydrated lime is granulated here 91 with subsequent coating of the granules with clay 92 , The particle size can be adjusted through the operating parameters of the granulating device. The clay-coated energy storage material produced in this way 33 (Thermatonite), other materials are also known here and should not be mentioned here, but can be used in the same way as CaO and Ca (OH) 2 , then in the novel heating system relevant to the invention 1 used as a heat transfer material. E.g. hydrated lime 91 in thermatonite 33 is used in waste heat 2 converted into CaO and that remains in the enveloping clay layer 92 . The thermatonite then reaches the heat consumer 8th , where CaO is converted into Ca (OH) 2 by adding water and the energy released is transferred to an existing heating system. The thermatonite 33 can then between the waste heat production 2 and the heat consumer 8th can be cycled decoupled from time to time. After using the Thermatonite 33 it can then, since it is made from cement raw materials, without restrictions in cement production 110 can be used.

1 zeigt das Heizsystem 1 als Verfahren zur Abwärmenutzung für Heizzwecke, dabei kann die Heizwärme zeit- und raumentkoppelt zur Verfügung gestellt werden. Im Bereich der Abwärmeproduktion 2 wird die anfallende Abwärme, repräsentiert durch einen heißen Fluidstrom 23, in einem Wärmeübertrager 21 abgekühlt, dabei wird ein kalter Fluidstrom 25, vorzugsweise Luft, erhitzt. Der dabei entstehende heiße Fluidstrom 26 wird dann durch eine Fördervorrichtung 20 über eine Anschlussvorrichtung 24 und einer Anschlussvorrichtung 31 in ein Speicherbehältnis 32 geleitet; hier befindet sich das Thermatonit 33 mit dem Energiespeichermaterial Ca(OH)2, oder einem ähnlichen Material. Das Thermatonit 33 ist hier vorzugsweise als Schüttung angeordnet, dabei kann das Speicherbehältnis über Einbauten, hier nicht dargestellt, verfügen, die eine bessere Verteilung des heißen Fluidstroms 26 in der Schüttung ermöglichen. Durch die im heißen Fluidstrom 26 enthaltene Abwärme wird das Ca(OH)2 in CaO umgewandelt; das dabei freiwerdende Wasser wird mit dem abgekühlten heißen Fluidstrom, jetzt ein warmer Fluidstrom 37, über eine Anschlussvorrichtung 30 aus dem Behältnis 32 geleitet. Bei diesem Vorgang wird also im Thermatonit Energie in Form von Reaktionswärme gespeichert; nach diesem Beladevorgang ist Ca(OH)2 vollständig zu CaO umgewandelt. Bei einem Teilbeladevorgang ist noch anteilig Ca(OH)2 vorhanden. Nach Beendigung dieses Beladevorgangs wird das Behältnis 32 mittels einer geeigneten Inertisierungsvorrichtung 27, die sich genau wie die Anschlussvorrichtung 24 auf dem Gelände des Abwärmeproduzenten befinden kann, ggf. über eine weitere Anschlussvorrichtung, hier nicht dargestellt oder ebenfalls über die Anschlussvorrichtung 24, 31 mit einem Inertisierungsfluid 35 geflutet. Alternativ kann die Inertisierungsvorrichtung 27 am Behältnis 32 angeordnet sein bzw. auf der Transportvorrichtung des Behältnisses, bspw. ein LKW, beides hier nicht dargestellt. Ist die Inertisierungsvorrichtung 27 am Behältnis 32 angeordnet, so kann das Fluid während der Lagerung 54 oder des Transportes 41 zum Abwärmeproduzenten 2 mit einen Inertisierungsfluid 35 wieder befüllt werden. Die warme Abluft mit dem ausgetriebenem Wasser 37 wird über die Anschlussvorrichtung 30 einem weiteren Behältnis 36 mit kaltem Thermatonit über die Anschlussvorrichtung 24 zugeführt, dadurch wird das Thermatonit vorgewärmt. Durch eine geeignete Regel- oder Steuervorrichtung 38 wird dafür gesorgt, dass in diesem Behältnis 36 kein Wasser auskondensiert und es mit dem gesamten Abluftstrom 39 das System verlässt. Das Behältnis 32 mit dem Thermatonit mit CaO wird dann alternativ direkt 52 und/oder über eine Lagerung 5 und 40, 50, 60 zur Heizwärmebereistellung 8 transportiert; die Wärmeabgabe erfolgt hier durch Zugabe von Wasser, bspw. durch Zerstäuben oder in Aerosolform, oder Wasserdampf 74 über eine geeignete Fördervorrichtung 72, die auch am Behältnis 32, 70 festangeordnet sein kann, wodurch CaO zu Ca(OH)2 umgewandelt und die Reaktionswärme freigesetzt wird. Nach dieser Entladung wird das Behältnis 70 mit dem Thermatonit mit dem Ca(OH)2 direkt 53 und/oder über die Lagerung 5 und 61, 54, 41 zurück zur Abwärmeproduktion 2 transportiert, und steht dort wieder als Behältnis 32 zur Wärmeaufnahme bereit. Die freigewordene Reaktionswärme wird durch einen Fluidstrom 73, vorzugsweise Umgebungsluft, über eine Fördervorrichtung 71 aus dem Behältnis 70 ausgetragen und einem Wärmeverbraucher 85 direkt oder über einen Wärmeübertrager 82 zugeführt. Das Behältnis 70 wird dabei über die Anschlussvorrichtung 24 und eine Anschlussvorrichtung 80 an ein vorhandenes oder ein neu zu errichtendes Heizsystem beim Wärmeverbraucher 85 angeschlossen. Handelt es sich um ein konventionelles Warmwasserheizsystem, dann wird im Wärmeübertrager 82 ein kalter Fluidstrom 84, also der Heizkreisrücklauf, aufgewärmt und dann als warmer 81 Fluidstrom, also Heizkreisvorlauf, zur Verfügung gestellt. Wird das beladene Behältnis 32 nicht direkt zur Heizwärmebereitstellung 8 transportiert, so wird es über einen längeren Zeitraum in einem Lagerraum 50 zwischengelagert, dabei erfolgt die Inertisierung des Behältnisses 32 entweder bei der Beladung bei der Abwärmeproduktion 2 oder bei Beginn der Lagerung im Lagerraum 50 durch eine geeignete Inertisierungsvorrichtung 51, die dem Behältnis 32 ein entsprechendes Inertisierungsfluid 55 zuführt. Der Lagerraum 54 für das entladene Behältnis 70 kann bei Bedarf ebenfalls durch eine geeignete Inertisierungsvorrichtung 51' inertisiert werden. Die genannten Anschlussvorrichtungen 24, 80 verfügen über gasdichte Absperrventile, ebenso wie die Anschlussvorrichtung 30 sowie alle nicht dargestellten Anschlussvorrichtungen. Die Anschlussvorrichtungen 24, 80 und/oder die Anschlussvorrichtung 31 umfassen ebenfalls, hier nicht dargestellt, Regel- oder Steuervorrichtung mit entsprechender Sensorik, die das Be- und Entladen der Behältnisse 32, 70 beeinflussen und sicherstellen. Ist die Inertisierungsvorrichtung 27 am Behältnis 32 angeordnet, so kann damit während der Transportfahrt zur Lagerung oder zum Wärmeverbraucher der im Behältnis durch die Abkühlung des Speichermaterials entstehende Unterdruck ausgeglichen werden. 1 shows the heating system 1 as a method for utilizing waste heat for heating purposes, whereby the heating energy can be made available in a time and space decoupled manner. In the area of waste heat production 2 is the resulting waste heat, represented by a hot fluid flow 23 , in a heat exchanger 21 cooled, thereby creating a cold fluid stream 25th , preferably air, heated. The resulting hot fluid flow 26th is then by a conveyor 20th via a connection device 24 and a connection device 31 in a storage container 32 directed; this is where the thermatonite is located 33 with the energy storage material Ca (OH) 2 , or a similar material. The thermatonite 33 is preferably arranged here as a bed, while the storage container can have built-in components, not shown here, which better distribute the hot fluid flow 26th enable in the bulk. By in the hot fluid stream 26th waste heat contained is converted Ca (OH) 2 into CaO; The water released in the process becomes, with the cooled, hot fluid flow, now a warm fluid flow 37 , via a connection device 30th from the container 32 directed. During this process, energy is stored in the thermatonite in the form of heat of reaction; after this loading process, Ca (OH) 2 is completely converted to CaO. In the case of a partial loading process, a proportion of Ca (OH) 2 is still present. After completion of this loading process, the container 32 by means of a suitable inerting device 27 that are just like the connector 24 can be located on the site of the waste heat producer, possibly via a further connection device, not shown here, or also via the connection device 24 , 31 with an inerting fluid 35 flooded. Alternatively, the inerting device 27 on the container 32 be arranged or on the transport device of the container, for example a truck, both not shown here. Is the inerting device 27 on the container 32 arranged, so the fluid can during storage 54 or transportation 41 to the waste heat producer 2 with an inerting fluid 35 be refilled. The warm exhaust air with the expelled water 37 is via the connection device 30th another container 36 with cold Thermatonit via the connection device 24 supplied, thereby the Thermatonit is preheated. By means of a suitable regulating or control device 38 will ensure that in this container 36 no water condenses out and it does so with the entire exhaust air flow 39 leaves the system. The container 32 with the thermatonite with CaO is then alternatively direct 52 and / or storage 5 and 40 , 50 , 60 for the provision of heating energy 8th transported; the heat is given off here by adding water, for example by atomization or in aerosol form, or water vapor 74 via a suitable conveyor device 72 that are also on the container 32 , 70 can be fixed, whereby CaO is converted to Ca (OH) 2 and the heat of reaction is released. After this discharge, the container 70 with the thermatonite with the Ca (OH) 2 directly 53 and / or about storage 5 and 61 , 54 , 41 back to waste heat production 2 transported, and is there again as a container 32 ready to absorb heat. The released heat of reaction is generated by a fluid stream 73 , preferably ambient air, via a Conveyor 71 from the container 70 discharged and a heat consumer 85 directly or via a heat exchanger 82 fed. The container 70 is done via the connection device 24 and a connection device 80 to an existing or a new heating system at the heat consumer 85 connected. If it is a conventional hot water heating system, then in the heat exchanger 82 a cold stream of fluid 84 , i.e. the heating circuit return, warmed up and then warmer 81 Fluid flow, so heating circuit flow, made available. Will the loaded container 32 not directly for the provision of heating energy 8th transported, it will be stored in a storage room for a longer period of time 50 temporarily stored, during which the container is rendered inert 32 either during loading during waste heat production 2 or at the beginning of storage in the storage room 50 by a suitable inerting device 51 that the container 32 a corresponding inerting fluid 55 feeds. The storage room 54 for the unloaded container 70 can, if necessary, also by means of a suitable inerting device 51 ' be inerted. The connection devices mentioned 24 , 80 have gas-tight shut-off valves, as well as the connection device 30th as well as all connection devices not shown. The connection devices 24 , 80 and / or the connection device 31 also include, not shown here, regulating or control devices with appropriate sensors that load and unload the containers 32 , 70 influence and ensure. Is the inerting device 27 on the container 32 arranged, the negative pressure created in the container by the cooling of the storage material can thus be compensated for during the transport journey to storage or to the heat consumer.

2 zeigt partiell die Einbindung des neuen Heizsystems in ein Heiß-/Warmwasser-Heizsystem mit Reihenschaltung. Das beladene Behältnis 32 mit Thermatonit mit CaO wird entladen und wird dabei zum Behältnis 70 mit Thermatonit mit Ca(OH)2. Die dabei freiwerdende Wärme wird über den Wärmeübertrager 82 in einen Heiß-/Warmwasserkreislauf 81, 84 eingespeist, dabei kann der Wärmeverbraucher 86 monovalent mit Heizwärme versorgt werden oder diese Wärme wird heizungsunterstützend für eine vorhandene, konventionelle Heizwärmeerzeugungsanlage 86 eingespeist. Wärmeübertrager 82 und konventionelle Heizwärmeerzeugungsanlage 86 sind in Reihe geschaltet. 2 partially shows the integration of the new heating system in a hot / warm water heating system with series connection. The loaded container 32 with Thermatonit with CaO is discharged and becomes a container 70 with thermatonite with Ca (OH) 2 . The heat released in the process is transferred to the heat exchanger 82 in a hot / warm water circuit 81 , 84 fed in, the heat consumer can 86 be supplied monovalently with heating or this heat is used to support the heating of an existing, conventional heating system 86 fed in. Heat exchanger 82 and conventional heating systems 86 are connected in series.

3 zeigt partiell die Einbindung des neuen Heizsystems in ein Heiß-/Warmwasser-Heizsystem mit Parallelschaltung. Das beladene Behältnis 32 mit Thermatonit mit CaO wird entladen und wird dabei zum Behältnis 70 mit Thermatonit mit Ca(OH)2. Die dabei freiwerdende Wärme wird über den Wärmeübertrager 82 in einen Heiß-/Warmwasserkreislauf 81, 84 eingespeist, dabei kann der Wärmeverbraucher 86 monovalent mit Heizwärme versorgt werden oder diese Wärme wird heizungsunterstützend für eine vorhandene, konventionelle Heizwärmeerzeugungsanlage 86 eingespeist. Wärmeübertrager 82 und konventionelle Heizwärmeerzeugungsanlage 86 sind parallel geschaltet. 3 partially shows the integration of the new heating system in a hot / warm water heating system with parallel connection. The loaded container 32 with Thermatonit with CaO is discharged and becomes a container 70 with thermatonite with Ca (OH) 2 . The heat released in the process is transferred to the heat exchanger 82 in a hot / warm water circuit 81 , 84 fed in, the heat consumer can 86 be supplied monovalently with heating or this heat is used to support the heating of an existing, conventional heating system 86 fed in. Heat exchanger 82 and conventional heating systems 86 are connected in parallel.

4 zeigt eine besondere Einbindung des neuen Heizsystems in ein Wärmepumpen-Heizsystem, wobei die Unterschreitung des Bivalenzpunktes bzw. die generelle Einstellung der wärmequellenseitigen Verdampfer-Eingangstemperatur durch eine geregelte Mischung, Regler hier nicht dargestellt, der kalten Umgebungsluft 83 mit der heißen Abluft aus dem Behältnis 70 durch eine entsprechende Zugabe von Reaktionsmittel, in diesem Fall, Wasser 74 in das Behältnis 70 erfolgt. Dem Wärmeverdampfer der Wärmepumpe wird damit ein Fluidstrom zugeführt, dessen Temperatur einstellbar ist. 4th shows a special integration of the new heating system in a heat pump heating system, whereby the lowering of the bivalence point or the general setting of the heat source side evaporator inlet temperature by a controlled mixture, controller not shown here, of the cold ambient air 83 with the hot exhaust air from the container 70 by adding a corresponding reactant, in this case water 74 into the container 70 he follows. A fluid flow, the temperature of which is adjustable, is thus fed to the heat evaporator of the heat pump.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
HeizsystemHeating system
22
Abwärmeproduktion/ AbwärmequelleWaste heat production / waste heat source
33rd
SpeicherbeladungMemory loading
44th
Transporttransport
55
Lagerungstorage
66th
Transporttransport
77th
SpeicherentladungStorage discharge
88th
HeizwärmebereitstellungHeating provision
2020th
FördervorrichtungConveyor
2121
WärmeübertragerHeat exchanger
2222nd
kalter Fluidstromcold fluid flow
2323
heißer Fluidstromhot fluid stream
2424
Anschlussvorrichtung für ein SpeicherbehältnisConnection device for a storage container
2525th
kalter Fluidstromcold fluid flow
2626th
heißer Fluidstromhot fluid stream
2727
InertisierungsvorrichtungInerting device
3030th
AnschlussvorrichtungConnection device
3131
AnschlussvorrichtungConnection device
3232
Speicherbehältnis während der BeladungStorage container during loading
3333
mit Ton umhülltes Energie-/Wärmespeichermaterial, auch als Thermatonit bezeichnetEnergy / heat storage material encased in clay, also known as thermatonite
3535
InertisierungsfluidInerting fluid
3636
Speicher während der VorwärmphaseStorage tank during the preheating phase
3737
warmer Fluidstrom mit Wasserdampfwarm fluid stream with water vapor
3838
Regel- oder SteuervorrichtungRegulation or control device
3939
Abluft mit WasserdampfExhaust air with steam
4040
Transportmedium, beladener Speicher zur LagerungTransport medium, loaded memory for storage
4141
Transportweg, entladener Speicher von der Lagerung zur BeladungTransport route, discharged storage from storage to loading
5050
Lagerraum für beladene SpeicherStorage room for loaded storage
5151
InertisierungsvorrichtungInerting device
51'51 '
InertisierungsvorrichtungInerting device
5252
direkter Transport, entladener Speicher zur Beladungdirect transport, discharged storage for loading
5353
direkter Transport, beladener Speicher zur Entladungdirect transport, loaded storage for unloading
5454
Lagerraum für entladene SpeicherStorage room for unloaded stores
5555
InertisierungsfluidInerting fluid
6060
Transportweg, beladener Speicher von der Lagerung zur EntladungTransport route, loaded storage facility from storage to unloading
6161
Transportweg, entladener Speicher zur LagerungTransport route, discharged storage for storage
7070
Speicherbehälter während der EntladungStorage container during discharge
7171
Gebläsefan
7272
FördervorrichtungConveyor
7373
FluidstromFluid flow
7474
Wasser/ WasserdampfWater / steam
8080
Anschlussvorrichtung für SpeicherbehältnisConnection device for storage container
8181
warmer Fluidstromwarm fluid flow
8282
WärmeübertragerHeat exchanger
8383
AbluftExhaust air
8484
kalter Fluidstromcold fluid flow
8585
WärmeverbraucherHeat consumer
8686
konventionelle Heizwärmeerzeugungsanlageconventional thermal heat generation system
8787
EnergiezufuhrEnergy supply
8888
UmwälzpumpeCirculation pump
8989
Heizsystem beim WärmeverbraucherHeating system at the heat consumer
9090
LagerstätteDeposit
9191
Kalkstein/ -hydratLimestone / hydrate
9292
Tonvolume
100100
Energiespeichermaterialerzeugung durch GranulierungEnergy storage material generation through granulation
110110
ZementproduktionCement production
111111
Zementcement
120120
Mischermixer
121121
WärmepumpenverdampferHeat pump evaporator
122122
WärmepumpenverdampferHeat pump evaporator
122122
WärmepumpenkondensatorHeat pump condenser
123123
ExpansionsventilExpansion valve
124124
WärmepumpenarbeitsfluidHeat pump working fluid
125125
HeizungsvorlaufHeating flow
126126
HeizungsrücklaufHeating return
127127
temperaturgeregelter Fluidstromtemperature controlled fluid flow
128128
WärmepumpenverdichterHeat pump compressor
129129
heißer Fluidstromhot fluid stream

Claims (6)

Verfahren zur Nutzung von Abwärme für Heizwecke durch ein Heizsystem 1, basierend auf mindestens drei gasdicht verschließbaren, gegen Umwelteinflüsse inertisierten Behältnissen 32, 70, 36 gefüllt mit einer Schüttung aus thermochemischem Energiespeichermaterial, eingefasst in ein stabilisierendes, poröses Hüllmaterial, 33, wobei über eine Fördervorrichtung 72 dem Behältnis 70 ein Fluid zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass a. in mindestens einem Behältnis 32 Reaktionswärme durch eine endotherme Reaktion des Energiespeichermaterials 33 am Ort der Abwärmeproduktion 2 durch Zuführung eines energiebehafteten Fluidstroms 26 gespeichert wird und das mindestens eine Behältnis 32 direkt 52 und/oder zeit- und/oder raumversetzt 40, 60 über eine Lagerung 5, 50 zu einem Ort der Heizwärmebereitstellung 8 transportiert wird und dort durch eine exotherme Reaktion des Energiespeichermaterials durch Zuführung mindestens eines Fluidstroms 73, 74 mit Reagenzien wie Wasser oder Wasserdampf die Reaktionswärme freigesetzt und in Form von Wärme für Heizzwecke an einen Heizkreis 89 beim Heizwärmeverbraucher 85 abgegeben wird und dass das zumindest eine Behältnis 70 mit dem Energiespeichermaterial nach der Wärmeabgabe wieder direkt 53 und/oder indirekt 61, 41 über eine Lagerung 5, 54 zum Ort der Abwärmeproduktion 2 zurücktransportiert und/oder das Energiespeichermaterial 33 zur Zementproduktion 110 abgegeben oder wiederverwendet wird, b. mindestens ein Behältnis 32 im Falle des indirekten Transports 40, 60 zur Heizwärmebereitstellung 8 zentral oder dezentral in einem Lagerraum 50 zwischengelagert wird, c. mindestens ein Behältnis 70 im Falle des indirekten Transports 61, 41 zur Abwärmeproduktion 2 zentral oder dezentral in einem Lagerraum 54 zwischengelagert wird, d. mindestens ein Behältnis 32 am Ort der Abwärmeproduktion 2 und/oder während des Transports 40 zur Lagerung 5 und/oder im Lagerraum 50 mit einem Inertisierungsfluid dergestalt gegen Umwelteinflüsse inertisiert wird, dass Luftfeuchte und Kohlenstoffdioxid der Luft keine Reaktionen im Energiespeichermaterial 33 hervorrufen können, e. mindestens ein Behältnis 70 während des Transports 61 zur Lagerung 5 und/oder im Lagerraum 54 mit einem Inertisierungsfluid dergestalt gegen Umwelteinflüsse inertisiert wird, dass Luftfeuchte und Kohlenstoffdioxid der Luft keine Reaktionen im Energiespeichermaterial 33 hervorrufen können, f. in mindestens einem Behältnis 36 Energiespeichermaterial vorgewärmt wird.Method for the use of waste heat for heating purposes by a heating system 1, based on at least three gas-tight closable containers 32, 70, 36 inerted against environmental influences filled with a bed of thermochemical energy storage material, encased in a stabilizing, porous covering material, 33, with a conveying device 72 a fluid can be fed to the container 70, characterized in that a. Heat of reaction is stored in at least one container 32 through an endothermic reaction of the energy storage material 33 at the site of waste heat production 2 by supplying an energy-laden fluid flow 26 and the at least one container 32 is stored directly 52 and / or offset in time and / or space 40, 60 via a storage 5 , 50 is transported to a place of the heating heat supply 8 and there the reaction heat is released through an exothermic reaction of the energy storage material by supplying at least one fluid flow 73, 74 with reagents such as water or water vapor and given in the form of heat for heating purposes to a heating circuit 89 at the heating heat consumer 85 and that the at least one container 70 with the energy storage material after the heat release is transported back directly 53 and / or indirectly 61, 41 via storage 5, 54 to the location of waste heat production 2 and / or the energy storage material 33 is released or reused for cement production 110 rd, b. in the case of indirect transport 40, 60 for heating heat supply 8, at least one container 32 is temporarily stored centrally or decentrally in a storage room 50, c. In the case of indirect transport 61, 41 for waste heat production 2, at least one container 70 is temporarily stored centrally or decentrally in a storage room 54, d. at least one container 32 at the location of the waste heat generation 2 and / or during transport 40 for storage 5 and / or in the storage room 50, an inerting fluid is used to render it inert against environmental influences in such a way that air humidity and carbon dioxide in the air cannot cause any reactions in the energy storage material 33, e. at least one container 70 is made inert against environmental influences during transport 61 for storage 5 and / or in storage room 54 with an inerting fluid such that humidity and carbon dioxide in the air cannot cause any reactions in energy storage material 33, f. energy storage material is preheated in at least one container 36 . Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abluft mit dem Wasser bzw. Wasserdampf 37, die bei der endothermen Reaktion im Behältnis 32 freigesetzt wird, ausgetragen und in einem weiteren Behältnis 36 mit Energiespeichermaterial 33 zur Vorwärmung genutzt wird, dass durch eine Regel- oder Steuervorrichtung 38 eine Kondensation von Wasser im Energiespeichermaterial 33 des Behältnisses 36 verhindert wird und dass das Behältnis 36 nach der Inertisierung und dem Abtransport des Behältnisses 32 dessen Stelle einnimmt.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the exhaust air with the water or water vapor 37, which is released in the endothermic reaction in the container 32, is discharged and used in a further container 36 with energy storage material 33 for preheating Condensation of water in the energy storage material 33 of the container 36 is prevented and that the container 36 takes its place after the inertization and the removal of the container 32. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass durch die Fördervorrichtung 72 dem Behältnis 70 Wasser 74 als Reagenzmittel in fein zerstäubter Form oder Wasserdampf zugeführt wird, wobei die Fördervorrichtung 72 entweder am Ort der Wärmeversorgung installiert ist oder am Behältnis 32, 70 fest angeordnet ist oder dass die unter Druck stehende Inertisierungsvorrichtung am Behältnis 32, 70 zum Zerstäuben eines Wasserstroms genutzt wird.Procedure according to Claim 1 characterized in that the container 70 water 74 is supplied as a reagent in finely atomized form or water vapor through the conveying device 72, wherein the conveying device 72 is either installed at the location of the heat supply or is fixedly arranged on the container 32, 70 or that the pressurized Inerting device on the container 32, 70 is used to atomize a stream of water. Heizsystem 1 zur Verwendung in einem Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass a. die Abwärme in Form eines heißen Fluidstroms 26 im Behältnis 32 dem Energiespeichermaterial 33 zugeführt und dort durch eine endotherme Reaktion in Form von Reaktionswärme gespeichert wird, b. das Behältnis 32 nach der Energiespeicherung durch ein inertes Fluid 35, bereitgestellt durch eine Inertisierungsvorrichtung 27, inertisiert wird, c. das Behältnis 32 dann mit der gespeicherten Energie direkt 52 oder über eine Lagerung 5 zur Heizwärmebereitstellung 8 indirekt 40, 60 transportiert wird, d. die im Energiespeichermaterial 33 gespeicherte Reaktionswärme durch Zufuhr von Wasser/Wasserdampf 74 und einem Fluidstrom 73 als Wärmeträger durch eine exotherme Reaktion in Form von fühlbarer Wärme direkt oder über einen Wärmeübertrager 82 zur Wärmeversorgung eines Wärmeverbrauchers 85 nutzbar ist, e. das Behältnis 70 nach der Abgabe der gespeicherten Energie direkt 53 oder über eine Lagerung 5 zur Abwärmequelle 2 indirekt 61, 41 transportiert wird, f. die Partikelgrößenverteilung in der Schüttung aus Energiespeichermaterial 33 einstellbar ist, g. die Behältnisse 32, 70 über Einbauten verfügen, die eine bessere Verteilung der jeweils zugeführten Fluide 26, 35, 73, 74 in der Schüttung aus Energiespeichermaterial 33 umfasst, und ermöglichen, h. eine Öffnung des Behältnisses 32 gebildet wird durch eine Anschlussvorrichtung 31, über die alle für die endotherme Reaktion und die Inertisierung erforderlichen Fluidströme 26, 35 zuführbar sind und die eine Regel- oder Steuervorrichtung mit Sensorik zur Beeinflussung der endothermen Reaktion und der Inertisierung des Energiespeichermaterials 33 die weitere Öffnung gebildet wird durch eine Anschlussvorrichtung 30, über die alle Fluide das Behältnis 32 verlassen können, i. eine Öffnung des Behältnisses 70 gebildet wird durch die Anschlussvorrichtung 31, über die bei der exothermen Reaktion freiwerdende Reaktionswärme in Form von fühlbarer Wärme durch den Fluidstrom 70 abführbar ist und die eine Regel- oder Steuervorrichtung mit Sensorik zur Beeinflussung der exothermen Reaktion durch Beeinflussung der Masse des zugeführten Fluidstrom 74 im Energiespeichermaterial 33 umfasst, und die weitere Öffnung gebildet wird durch eine Anschlussvorrichtung 30 über die alle erforderlichen Fluide 72, 74 dem Behältnis 70 zugeführt werden, j. in einem Behältnis 36 Energiespeichermaterial vorgewärmt wird.Heating system 1 for use in a method according to Claims 1 until 3 , characterized in that a. the waste heat in the form of a hot fluid flow 26 in the container 32 is fed to the energy storage material 33 and is stored there in the form of reaction heat by an endothermic reaction, b. the container 32 is rendered inert after the energy storage by an inert fluid 35, provided by an inerting device 27, c. the container 32 is then transported with the stored energy directly 52 or indirectly 40, 60 via a storage 5 for the provision of heating heat 8, d. the heat of reaction stored in the energy storage material 33 can be used directly or via a heat exchanger 82 to supply heat to a heat consumer 85 by supplying water / steam 74 and a fluid flow 73 as a heat carrier through an exothermic reaction in the form of sensible heat, e. the container 70 is transported 61, 41 directly 53 or indirectly via a storage 5 to the waste heat source 2 after the output of the stored energy, f. the particle size distribution in the bulk of energy storage material 33 is adjustable, g. the containers 32, 70 have internals which include better distribution of the respectively supplied fluids 26, 35, 73, 74 in the bulk of energy storage material 33, and enable, h. an opening of the container 32 is formed by a connection device 31, via which all fluid flows 26, 35 required for the endothermic reaction and the inertization can be supplied and which has a regulating or control device with sensors for influencing the endothermic reaction and the inertization of the energy storage material 33 Another opening is formed by a connection device 30, via which all fluids can leave the container 32, i. an opening of the container 70 is formed by the connection device 31, via which the reaction heat released in the exothermic reaction can be dissipated in the form of sensible heat through the fluid flow 70 and which has a regulating or control device with sensors for influencing the exothermic reaction by influencing the mass of the supplied fluid flow 74 in the energy storage material 33, and the further opening is formed by a connection device 30 via which all required fluids 72, 74 are supplied to the container 70, j. is preheated in a container 36 energy storage material. Heizsystem 1 nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Inertisierungsvorrichtung 27 gebildet wird durch ein Reservoir oder eine Herstellungsmöglichkeit eines Inertisierungsfluids 35 und stationär an der Abwärmequelle 2 angeordnet ist und/oder stationär in den Lagerräumen 50, 54 verfügbar ist und/oder dass an den Behältnissen 32, 70 ein Reservoir eines Inertisierungsfluids 35 fest angeordnet ist, welches während der Lagerung 50 und/oder dem Transport 41 auf einer Transportvorrichtung zur Abwärmequelle 2 wieder füllbar ist.Heating system 1 after Claim 4 characterized in that the inerting device 27 is formed by a reservoir or a possibility of producing an inerting fluid 35 and is arranged stationary on the waste heat source 2 and / or is available stationary in the storage rooms 50, 54 and / or that a reservoir is located on the containers 32, 70 an inerting fluid 35 is fixedly arranged, which can be refilled during storage 50 and / or transport 41 on a transport device to waste heat source 2. Heizsystem 1 nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass es in einer vorhandenen Heizwärmeerzeugungsanlage 89, bestehend aus mindestens einer Wärmepumpe 86, die alleinige Heizwärmeversorgung unterhalb des Bivalenzpunktes übernimmt.Heating system 1 according to the Claims 4 and 5 , characterized in that it takes over the sole heating supply below the bivalence point in an existing heating heat generation system 89, consisting of at least one heat pump 86.
DE102020003530.2A 2020-06-12 2020-06-12 Method for using waste heat for heating purposes by a heating system and heating system with thermochemical energy storage materials Active DE102020003530B3 (en)

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DE102020003530.2A DE102020003530B3 (en) 2020-06-12 2020-06-12 Method for using waste heat for heating purposes by a heating system and heating system with thermochemical energy storage materials
DE202021001986.3U DE202021001986U1 (en) 2020-06-12 2021-06-07 Heating system with thermochemical energy storage materials

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DIN EN 14825
Norm DIN EN 14825 2019-07-00. Luftkonditionierer, Flüssigkeitskühlsätze und Wärmepumpen mit elektrisch angetriebenen Verdichtern zur Raumbeheizung und -kühlung - Prüfung und Leistungsbemessung unter Teillastbedingungen und Berechnung der jahreszeitbedingten Leistungszahl; Deutsche Fassung EN 14825:2018

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