DE2622699C3 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Speicherelement für ein Sorptions-Wärmespeichersystem, bei dem einerseits ein Feststoff als Sorptionsmittel und andererseits ein Sammler für aus dem Sorptionsmittel ausgetriebenes, gegebenenfalls kondensiertes, Sorbat vorhanden sind; die Erfindung betrifft ferner die Verwendung derartiger Speicherelemente zum Aufbau von Speichern und Anlagen größerer Leistung.

Sorptionswärmespeicher-Systeme sind bereits vorgeschlagen worden (siehe z.B.: G. Ale feld »Energiespeicherung durch Heterogen-Verdampfung«, »Wärme« Bd. 81, Heft 5. S. 89-93): sie arbeiten nach dem Prinzip von Sorptions-Kältemaschinen, wobei Stoffsysteme verwendet werden, bei denen Desorption und Absorption möglichst große Wärmetönungen haben. Solche Stoffsysteme sind z. B. Eisen- oder Kalziumchlorid als Sorptionsmittel und Ammoniak oder Methylamin als Sorbat. Bei der technischen Verwirklichung der genannten Speichersysteme ergeben sich in der Praxis Schwierigkeiten, die u. a. beispielsweise durch die schlechte Wärmeleitfähigkeit des — beladenen oder unbeladenen — festen Sorptionsmittel oder die geringen Transportgeschwindigkeiten des Sorbats in das Sorptionsmittel hinein bzw. aus ihm heraus sowie geringe Reaktionsgeschwindigkeiten bei der Desorption und Absorption verursacht sind. Die Überwindung dieser Schwierigkeiten bedingt bisher einen hohen apparativen Aufwand für hohe Drücke und große Temperaturdifferenzen, die für die Wärmezufuhr in das und Abfuhr aus dem Sorptionsmittel notwendig sind, sowie relativ große Wärmeübertragungsflächen. Eine weitere dem System innewohnende Schwierigkeit ist durch das Quellen des Sorptionsmittels bei der Absorption des Sorbats gegeben, wobei unter Umständen erhebliche Quelldriicke entstehen.

Aufgabe der Erfindung ist es, die geschilderten, systembedingten Schwierigkeiten möglichst weitgehend zu mildern und ein konstruktiv möglichst einfaches Speicherelement für die genannten Systeme zu schaffen. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Sorptionsmittel und der Sammler gemeinsam, jedoch durch einen Zwischenraum räumlich voneinander getrennt, in je einem Teilbereich eines gasdicht verschlossenen, rohrartigen Gefäßes angeordnet sind, dessen Länge ein Vielfaches seiner Querabmessungen

beträgl-

Durcb die Erfiiidung wird das Wärmespeichersystem in viele Elemente relativ kleinen Volumens aufgelöst, wodurch lange Wärmetransportwege innerhalb des Sorptionsmittel vermieden werden. Weiterhin sind die Elemente durch ihre rohrartige Form einfach und robust, was ihre Fertigung und Handhabung erleichtert. Durch die gewählte Form ist darüber hinaus möglich, die durch das Temperaturgefälle zwischen dem das Sorptionsmittel enthaltenden und dem als Sorba'.speicher dienenden Teilbereich des Elements gegebenen Wärmeverluste möglichst niedrig zu halten. Die Ausgestaltung als geschlossenes Rohr verleiht dem Gelaß darüber hinaus eine hohe Druckfestigkeit, wodurch neben relativ hohen Arbeitsdrücken auch die erwähnten Quelldrücke auf einfache Weise beherrscht werden können.

Trotz der äußerlichen Ähnlichkeit der Rohrform und der Wirkung, daß Wärme mit Hilfe eines Stoffes von einem Ort zu einem anderen transportiert wird, ist das neuartige Speicherelement von den bekannten Wärmerohren in seiner Zweckbestimmung und seiner Aufgabe völlig verschieden.

Um die Trennung des Sorptionsmittels von dem gespeicherten Sorbat zu verbessern, kann es vorteilhaft sein, wenn in dem Zwischenraum zwischen dem Sammler und dem Sorptionsmittel ein dampfdurchlässiges Trennelement vorgesehen ist. Weiterhin läßt sich der Transport des Sorbats in dem Sorptionsmittel ein System von Strömungswegen für das gas- oder dampfförmige Sorbat vorgesehen ist, wofür das Sorptionsmittel beispielsweise als poröser Körper mit offenen Poren gestaltet oder von einem System poröser Kanäle durchsetzt sein kann.

Der Wärmeübergang zwischen dem Sorptionsmittel und der Umgebung läßt sich günstiger gestalten, wenn in dem Sorptionsmittel wärmeleitende Strukturen vorgesehen sind; das Sorptionsmittel kann dafür z. B. mit Metallspänen durchsetzt sein, die mit dem dann ebenfalls aus einem Metall bestehenden Gefäß wärmeleitend verbunden, z. B. verschweißt, sind. Eine weitere Möglichkeit besteht darin daß das Gefäß in dem von dem Sorptionsmittel erfüllten Teilbereich aus einem Rohr mit Innenrippen besteht.

Die erwähnten Wärmeverluste in Längsrichtung des Gefäßes können weiter vermindert werden, wenn das Gefäß aus einem nichtmetallischen Werkstoff, z. B. Glas oder Kunststoff, besteht.

Weiterhin kann es vorteilhaft sein, wenn der Sammler mit einem, beispielsweise durch Kapillaren, als Adsorbens wirkenden Stoff, z. B. Aktivkohle oder Kieselgur, mindestens teilweise gefüllt ist; dadurch kann das verflüssigte Sorbat im TeMbereich des Sammlers festgehalten und gebunden werden, wodurch eine Verwendung des Elementes von seiner Lage im Raum unabhängig wird, das Element beispielsweise also auch in horizontaler Lage angeordnet sein kann.

Die erfindungsgemäße Verwendung eines Speicherelementes ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl Speicherelemente parallel zueinander in mindestens einem Behälter derart angeordnet sind, daß ihre Zwischenräume in einer Ebene liegen, daß ferner in dieser Ebene des Behälters außerhalb der Elemente eine Trennwand angebracht ist und daß schließlich Medien zur Wärmeübertragung und/oder zur Wärmespeicherung den Behälter außerhalb der Speicherelemente mindestens teilweise ausfüllen.

Vorteilhafterweise wird dabei als Wärmeübertra

gungsmedium eine Flüssigkeit verwendet, deren Siedetemperatur höher liegt als die bei dem gewählten Druck herrschende Austriebtemperatur des Sorbats aus dem Sorptionsmittel. Eine derartige Flüssigkeit ist bei dem <> eingangs erwähnten Stoffsystem beispielsweise Wasser. Weiterhin kann es zweckmäßig sein. Mittel vorzusehen, die einen Zwangumlauf der wärmeübertragenden Medien bewirken.

Um die für die Kondensation des Sorbats in dem id Sammler abzuführende Wärmemenge zu vergrößern, kann weiterhin die Maßnahme getroffen sein, daß der Teil des Behälters, in dem sich der mit flüssigem Sorbat gefüllte Teilbereich der Speicherelemente befindet, mit einem Wärmespeichermedium gefüllt ist, das bei der ι i Temperatur des flüssigen Sorbats eine Phasenumwandlung erfährt, während andererseits die für die Verdampfung des Sorbats beim Entladen des Wärmespeichersystems notwendige Wärmequelle gegebenenfalls mit Vorteil der Kondensator einer Kälteanlage sein kann. jo Schließlich ist es unter Umständen günstig, wenn man die Trennwand des Behälters aus e\"r.r plastischen Masse fertigt; eine derartige Ausbildung per Trennwand bringt vor allem fertigungstechnische Vorteile bei dem Zusammenbau der Behälters.

r> Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert:

F i g. 1 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch ein Speicherelement; in F i g. 1 a gibt ein Detail von F i g. 1 vergrößert wieder;

F i g. 2 und 3 stellen ein erstes Beispiel eines mit dem neuen Speicherelement bestückten Behälters in Längsund Querschnitten H-II₁III-III dar;

F i g. 4 und 5 zeigen in gleicher Darstellung wie F i g. 2 ji und 3 einen zweiten Behälter in Schnitten IV-IV, V-V, wobei Fig.4a ein Detail aus Fig.4 vergrößert wiedergibt;

F i g. 6 und 7 sind zwei Schaltschemata von Wärmespeicheranlagen, in denen Behälter gemäß F i g. 2 und 4 κι verwendet sind;

F i g. 8 zeigt in gleicher Darstellung, jedoch gegenüber F i g. 1 vergrößert, ein Ausführungsbeispiel für den das Sorptionsmittel aufnehmenden Teil des neuen Speicherelementes im Schnitt VIII-VIII von F i g, 9; ti Fig. 9 ist der Schnitt IX-IX von F i g. 8, während

Fig. IO ein Detail aus Fig.8, nochmals vergrößert, wiedergibt.

Das Speicherelement 1 (Fig. 1) besteht aus einem

rohrförmigen Gefäß 2, das allseits gasdicht geschlossen

>i) und beispielsweise aus Metall, Glas oder einem

Kunststoff hergestellt ist. Im oberen Teilbereich 7 des Gefäßes 2 befindet sich ein als Sorptionsmittel

dienender Feststoff 3, z. B. Kalziumchlorid, während der untere Teilbereich 8 als Sammler IO für das teilweise

> ι verflüssigte Sorbat S, beispielsweise Ammoniak, dient.

Im Teilbereich 8 ist darüber hinaus ein Stoff 4 mi; Kapillarkräfte gebunden wird, die größer sind als die auf das Sorbat wirkende Schwerkraft. Auf diese Weise wird erreicht, daß das Sorbat 5 auch dann im Sammler 10 hi> gehalten wird, wenn das Element nicht in der dargestellten räumlichen Lage, sondern z. B. horizontal verwendet wird.

Der Zwischenraum 9 zwischen beiden Teilbereichen 7 und 8 ist in dem gezeigten Beispiel von einem gas- oder i.i dampfdurchlässigen Trennelement (Propfen) 6 ausgefüllt, das beispielsweise aus Schaumkautschuk besteht und zusätzlich kompressibel sein kann, um beispielsweise — bei Quellendem Sormionsmittel 3 während der

Aufnahme des Sorbats 5 — /um teilweisen Ausgleich des Qiielldmckcs eine Volumenvergrößerung des oberen Teilbereichs 7 zu ermöglichen.

Die Ausbildung des P.lcments 1 als langes, relativ dünnes Rohr ergibt bei sehr geringem Werkstoffaufwand eine hohe Druckfestigkeit, wodurch die Beherrschung der erhöhten Arbeitsdrücke und des Quelldrukkes vereinfacht werden. Die geringe Wanddicke hat den weiteren Vorteil, daO der Wärmeverlust zwischen den verschiedenen Temperaturen aufweisenden, relativ langen Gehäuseteilen auf beiden Seiten des Pfropfens 6 gering wird. Dieser Wärmeverlust kann noch weiter heriibgvscl/.t werden, wenn das Gefäß 2, statt aus Metall, aus Glas oder einem Kunststoff besieht.

Γίη weiterer Vorteil liegt in der einfachen Fertigung von Rohren gegenüber mit Wärmeaustauschern ausgerüsteten druckfesten Behältern. Zudem wird mit den Rohren eine größere Drucksicherheit erreicht.

Zur Verbesserung des Wärmeflusses im Sorptionsmittel 3 kann dieses — was nicht ausdrücklich gezeigt ist — mit Metallspäncn, z. B. F.isenspancn, durchsetzt sein, die für einen verbesserten Wärmeübergang auf das (iefäß 2 und darüber hinaus mit dessen Innenwand wärmeleitend verbunden, beispielsweise verschweißt, sein können, Line andere Möglichkeit zur Steigerung des Wärmeflusses in das oHer aus dem Sorptionsmittel 3 besteht darin, mindestens den oberen Teilbereich 7 des ULi'äßes 2 aus an sich bekannten Rohren mit Innenrippen 50 herzustellen (F i g. 9).

Zur Verbesserung des Transports des zu dcsorbiercn den b/w. zu absorbierenden Sorbats 5 in dem und durch das Sorptionsmittel 3. und damit auch zur Verbesserung der Reaktionsgeschwindigkeit der Sorptionsvorgänge. ist es möglich, in aus der Technik der Absorptions-Käl temaschinen bekannter Weise das Sorptionsmittel 3 als harte poröse Masse mit offenen Poren auszubilden. Alternativ dazu können in dem Sorptionsmittel 3 .Strömiingswege vorgesehen vorgesehen werden, wie später in Verbindung mit Fig. 8—10 näher ausgeführt \«.ird.

line Konstruktion ([-"ig.8—10) für ein Speicherelement 1. bei dem ein guter Wärmefluß und ein ausreichend schneller Gastransport vorhanden sind, und darüber hinaus der bei der Absorption des Sorbats. d. h. bei der Entladung des Speichers, auftretende Qiielldruck niedrig gehalten werden kann, hat im Gefäß 2 beispielsweise an der Grenze zwischen dem Teilbereich 7 und dem Zwischenraum 9 eine Kappe 51. die mit der Gefäßwand fest verbunden ist; diese Kappe 51 trägt ein langes dünnes Rohr 52, das zentral in sie eingewalzt oder eingeschweißt ist (Fig. 10). Das Rohr 52 durchsetzt praktisch den ganzen Teilbereich 7 für das Sorptionsmittel 3 in Längsrichtung und ist an seiner Unterseite gegen den Zwischenraum 9 und damit gegen den Sammler 10 für das verflüssigte Sorbat 5 offen. Über seine Länge und seinen Umfang verteilt hat das Rohr 52 öffnungen 53 für den Durchtritt des Sorbats 5. Es ist weiterhin von einem Hohlzyiinder 54 aus einem elastischen, porösen Material umschlossen; als geeignete Elastomere, die im Temperaturbereich von —40° bis + 200° gegen das erwähnte Stoffsystem beständig sind, haben sich Natur- oder Kunststoff-Kautschuke erwiesen, wobei als Beispiele für die künstlichen Elastomere Kautschuke aus Styrol-Butadien, Isobutylen. IsoDrenen, Äthylen-Propylen oder Silikonen genannt seien.

Der Zwischenraum zwischen der Wand des Gefäßes Z das in dem gezeigten Beispiel ein handelsübliches mit Innenrippen 50 (F i g. 9) versehenes Rohr ist und dem Hohlzylinder 54 ist mit dem eigentlichen Sorptionsmittel 3 gefüllt, dessen Gesamtvolumen durch die Rippen 50 in relativ kleine Teilvolumina unterteilt is!. Das Rohr 42 und der Hohlzylindcr 54 ermöglichen eine schnelle und gleichmäßige Verteilung bzw. Sammlung des beim Entladen in das Sorptionsmittel 3 einströmenden und beim Laden aus ihm austretenden Sorbats 5, während die Unterteilung des Volumens durch die Rippen 50 einen verbesserten Wärmeübergang ergibt. Schließlich befähigt seine Elastizität den llohl/vlinder 54 dazu, bei ansteigendem Druck im Gefäß 2 sein Volumen zu verringern und einen Teil des (Juelldruckes aufzunehmen.

für eine Bereitstellung eines aiisrci' hcml'-n VoIu mens für die (Jucllimg de«. Sorplionsmittcls 3 bei der Aufnahme des Sorbats 5 können darüber hinaus ebenfalls aus der Kältetechnik bekannte Maßnahmen angewendet werden.

Die Wirkungsweise der Ani.i\!iuiii£ nach f i p. t ist folgende: Vor Inbetricbnahnu ist das Sorptionsmittel 3 mit dem Sorbat 5 gesättigt und weist die Tcn.j.Lralur der Uni_£;cUing auf. Soll der Speicher I geladen, d.h. Wärme gespeichert werden, so wird dem gesättigten Sorptionsmittel 3 über die Wand des Gefäßes 2 Wärme zufi fuhrt. Dies hat zur folge, daß bei Erreichen der Desorptions- oder Austrcibetempcratiir das Sorbat 5 freigesetzt wird, als Dampf über den Pfropfen 6 in den Sk.il 4 nit Kapillarstruküir strömt und doi: kondcn sierl, wobei die Kondensalionswärme über die Wand des Gefäßes 2 an ein Kühlmittel abgegeben und einer geeigneten Wärmesenke zugefühit wird. Als Wärmesenke kann z.B. jeder Wä"mcverb;aui.lier dienen, bei dem die anfallende Kondensationstempcralur eine wirtschaftliche Nutzung gewährleistet. Bei Verwendung eines Ammoniakats, z. B. Kal/iumchlorid mit angelagertem Ammoniak, zerfällt dieses bei dem in gewissen Grenzen wählbaren Vcrflüssigunpsdruck des Ammoniaks stufenweise. Wird bei einem Druck von 10 bar Ammoniak aus dem Sorptionsmittel CaCb ausgetrieben.

so ist die Verflüssigungstcmperatur des Ammoniaks 40"C. Dies bedeutet, daß die Temperatur des zur Kondensation benötigten Kühlmittels kleiner als 40"C sein muß, was für eine wirtschaftliche Nutzung der Kondensationswärme unter Umständen Schwierigkeiten ergibt. Dieser Mangel kann vermieden werden, indem man den Austreibungsvorgang bei höherem Druck ablaufen läßt. Wird z. B. bei 30 bar ausgetrieben, so beträgt die Verflüssigungstemperatur 65^CC, die die wirtschaftliche Verwendung der Kondensationswärme z. B. für Raumheizung und/oder Brauchwasseraufbereitung erlaubt.

Der Desorptions- oder Austrebevorgang hält unter den oben beschriebenen Bedingungen so lange an, bis das Sorbat 5 restlos ausgetrieben ist. Die für den Austreibeprozeß benötigte Wärmemenge ist wesentlich größer (bei Kalziumchlorid etwa doppelt so groß) als die an das Kühl- oder Kondensationsmittel abgegebene Wärme. Die Wärmedifferenz ist im Sorptionsmittel 3 gespeichert, und zwar zu einem Teil als kapazitive, zum anderen Teil als latente Wärme.

Der Absorptions- oder Entladevorgang des Elements 1 (Wärmeentnahme aus dem Element 1) wird dadurch eingeleitet, daß das Sorptionsmittel 3 zunächst von der Austreibetemperatur auf die entsprechende Absorptionstemperatur, gegeben durch den Sättigungsdampdruck des Sorbats 5, abgekühlt wird; bei Unterschreiten dieser Temperatur setzt dann der Absorptionsvorgang unter entsprechender Wärmeentwicklung ein. Beide

WäritieäMeile werden einem Wärmeverbraucher zugeführt, wobei die notwendige Wärme zur Verdampfung des Sorbats 5 einer geeigneten Wärmequelle, beispielsweise einer Kälteanlage, entzogen wird. Der Entladevorgang ist abgeschlossen, wenn das Absorptionsmittel 5 mit Sorbat gesättigt wird.

Der Sorptionswärmespeicher nach F i g. 2 und 3 enthält mehrere Speicherelemente 1 gemäß F i g. 1 in einem Behälter 11/12; der Behälteroberteil 11 und der Behälterunterteil 12 sind über Flansche 13 und 14 miteinander verbunden. Zwischen ihnen befindet sich eine Trennwand 15. Über einen Eintrittsstutzen 16 und einen Austrittsstutzen 17 ist der Behälteroberteil ti an einen erst später dargestellten Kreislauf (Fig.6) eines Wärmeträger-Mediums 18 angeschlossen, das den Wärmetransport zu und von den Elementen 1 übernimmt und beispielsweise Wasser sein kann.

Beim Laden des Speichers 11/12 sind die Stutzen 16 und 17 an eine hier nicht dargestellte Wärmequelle angeschlossen, während sie beim Entladevorgang mit το dem Wärmeverbraucher in geeigneter Weise in Verbindung stehen.

Im Behälterunterteil befinden sich ein festes oder flüssiges WärmespeichermeHium 19, das bei der druckabhängigen Kondensationstemperatur für das Sorbat 5 eine Phasenumwandlung erfährt.

Hierfür eignen sich z. B. Hydrate der Alkalimetalle, die bekanntlich beim Pbasenwechsel fest-flüssig und umgekehrt große Wärmemengen aufnehmen bzw. freisetzen; ihre relativ niedrige Umwandlungstempera- » tür Hf ^t bei etwa 30—50° C.

Der Ladevorgang spielt sich im Prinzip in gleicher Weise ab, wie an Hand von F i g. 1 bereits beschrieben worden ist; die Kondensationswärme des Sorbats 5 wird jedoch aus dem Behälterunterteil 12 nicht nach außen abgeführt, sondern im Medium 19 gespeichert.

Beim Entladen des Wärmespeichers 11/12, das durch eine Temperaturabfall im Behälteroberteil 11 — und dadurch einen anfänglichen Druckabfall für das Sorbat 5 im Element 1 — ausgelöst wird, bewirkt die im «o Speichermedium 19 gespeicherte Wärme eine Verdampfung des Sorbats 5. Die nachfolgende exotherme Ansorptions-Reaktion zwischen dem Sorptionsmittel 3 und dem Sorbat 5 im Speicheroberteil 11 erhitzt, wie schon beschrieben, das entstehende Reaktionsprodukt, «5 bei dem vorstehend erwähnten Stoffsystem Kalziumchloridammoniakat auf eine wesentlich höhere Temperatur als die des Wärmespeichermediums 19. Für das genannte Stoffsystem ist bei einer Verdampfungstemperatur des Ammoniaks von 30° C — entsprechend einem so Druck von 12 bar — die zugehörige Temperatur im Sorptionsmittel 3 bei vollständiger Sättigung des Kalziumchlorids mit 8NH3 beispielsweise 85° C Bei dieser Temperatur kann daher an einen Verbraucher die im System gespeicherte Wärmemenge abgegeben werden.

Abgesehen von einer dichteren Anordnung der Speicherelemente 1 entspricht der Behälteroberteil 11 (Desorber-Absorber) in F i g. 4 und 5 demjenigen nach Fig.2 und 3, während sich der Behälterunterteil 24 (Kondensator-Verdampfer) von demjenigen nach Fig.2 dadurch unterscheidet, daß er nicht mit einem Speichermedium gefüllt ist, sondern über Anschlußstutzen 20 und 21 ebenfalls in einem Kreislauf (F i g. 7) eines Wärmeträgermediums 22 liegt Die Speicherelemente in F i g. 4 sind die in Verbindung mit F i g. 1 beschriebenen; sie sind von den Medien 18 und 22 umspült, die durch die Trenn- oder Zwischenwand 15 voneinander getrennt sind. An den Übergangsstellen zwischen dem Zwischenraum 9 und dem Sorptionsmittel 3 bzw. dem Sammler 10 (Fig. 1) sind die Gefäße 2 der Speicherelemente 1 in diesem Beispiel (Fig.4 und 4a) in ihrem Querschnitt verengt; diese Einschnürungen la können z. B. eingewalzt oder eingezogen werden. Bei Bündeluni; der Speicherelemente auch in dichtfester Packung ergeben sich so freie Querschnitte zwischen ihnen, wodurch Sammel- oder Umlenkkammern 55 für die Wärmeübertragungsmedien 18 bzw. 22 entstehen. Auf diese Weise wird auch bei dichter Packung der Elemente 1 eine gleichmäßige Beaufschlagung ihrer gesamten Rohr oberfläche durch die Medien 18 bzw. 22 ermöglicht.

Der Behälteroberteil 11 hat wiederum die beiden Funktionen der Wärmeaufnahme beim Ladevorgang und der Wärmeabgabe beim Entladevorgang. Im Behälterunterteil 24 wird über das Medium 22 beim Ladevorgang die Kondensationswärme abgeführt und beim Entladevorgang die Verdampfungswärme zugeführt.

Fig.6 zeigt die Anordnung eines Behälters 11/12 nach F i g. 2 als Austreiber-Absorber bzw. als Kondensator-Verdampfer in einer schematisch dargestellten Wärmespeicheranlage. In dieser wird das Wärmeträgermedium 18 mit Hilfe einer Umwälzpumpe 28 in einen Kreislauf 23 umgewälzt, der auf der einen Seite einen Wärmetauscher 30 und auf der anderen Seite einen Wärmetauscher 31 erhält. Der Wärmetauscher 30 ist über einen Heizkreislauf 25 mit einem Wärmeerzeuger 33 und über einen weiteren Keislauf 26 eines Zwischenmediums mit einem Wärmeverbraucher 32, beispielsweise einer Gebäudeheizung, verbunden.

Über eine Leitung 29, die in einem, von einem Motor 27 umschaltbaren, Dreiwegventil 34 mündet, kann im Kreislauf 23 der Wärmetauscher 31 während der Aufladung des Speichers U/12 mit anfallender Überschußenergie kurzgeschlossen werden.

Die Anlage nach F i g. 6 funktioniert beispielsweise wie folgt: Beim Ladevorgang des Speichers U/12 hat das Dreiwegventil 34 die Durchflußstellung H-I. Das im Wärmetauscher 30 aufgeheizte Wärmeträgermedium 18 fließt, umgewälz: durch die Pumpe 28, über das Dreiwegeventil 34 und den Speicheroberteil 11 zum Wärmetauscher 35 zurück. Hierbei wird vom Wärmeerzeuger 33 über den Wärmetauscher 30 Wärme auf den Speicheroberteil 11 übertragen. Diese Wärmezufuhr bewirkt in der beschriebenen Weise eine Desorption des Sorbats 5 aus dem Sorptionsmittel 3 der Speicherelemente 1.

Beim Entladevorgang hat das Dreiwegeventil 34 die Durchflußrichtung HI-I. Hierbei fließt das Wärmeträgermedium 18 dann vom Wärmetauscher 31, wiederum gefördert durch die Pumpe 28, über das Dreiwegeventil 34, den Speicheroberteil 11 und den Wärmetauscher 30 zurück zum Wärmetauscher 31. Dem umlaufenden Wärmeträgermedium 18 wird hierbei vom Wärmeverbraucher 32 über den Wärmetauscher 31 einerseits Wärme entzogen, andererseits jedoch vom Wärmeerzeuger 33 über den Wärmetauscher 30 und aus dem Speicheroberteil 11 Wärme zugeführt Der Entladevorgang der Elemente 1 im Speicher 11/12 vollzieht sich dabei in der beschriebenen Weise.

Selbstverständlich ist es jedoch auch möglich, die Anlage ohne Kurzschlußleitung 29 und Ventil 34 zu betreiben, wobei dann bei einem Überschuß aus dem Wärmeerzeuger 33 gelieferte Wärme der Speicher U/12 automatisch geladen und bei einem Defizit im

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Wärmeangebot selbsttätig entladen wird.

Der oberhalb einer Trennlinie 35 gelegene Teil H der Anlage nach F i g. 7, der auch als »Hochtemperaturteil« bezeichnet werden kann, entspricht dem oberen Teil der Anlage nach Fig.6 in Aufbau und Wirkungsweise. Der Behälter 11/12 ist jedoch in der Anlage nach Fig.7 durch einen solchen 11/24 ersetzt, wie er in Fig.4 gezeigt und bereits beschrieben worden ist. Durch sein Unterteil 24 zirkuliert das Wärmeträgermedium 22 in einem Kreislauf 36, in dem direkt ein Wärmeerzeuger 41 und ein Wärmeverbraucher 42 gelegen sind. Sowohl der Verbraucher 42 als auch die Wärmequelle 41 sind über Kurzschlußleitungen 37 und 39 mit Hilfe von ebenfalls durch Motoren 40 und 43 umschaltbare Dreiwegventile 45 und 46 beim Lade bzw. Entladevorgang des Wärmespeichers 11/24 kurzuschließen.

Der Strom des Wärmen ägermediums 22 im Kreislauf 36, das z. B. Wasser sein kann, wird aufrechterhalten durch eine Pumpe 44.

ίο

hat die Durchflußrichtung 11-1II und das Dreiwegventil 46 diejenige II!¹. Als Kahlmittel fließt das Wärmeträgermedium 28, gefördert durch die Pumpe 44, vom Behälterunterteil 24 über das Ventil 45 und das Ventil 46

s zum Verbraucher 42 (z. B. zu einer Heizung oder einer Brauchwasserbereitung); vom Verbraucher 42 gelangt es zurück zum Behälterunterteil 24.

Beim Entladevorgang wird innerhalb des Niedertemperaturteils yVdie notwendige Wärme zur Verdampfung des Sorbats 5 dem Behälterteil 24 vom Wärmeerzeuger 41 geliefert. Das Ventil 45 hat dazu die Durchlaufrichtung I-Itl, das Ventil 46 diejenige Ι-Π. Das jetzt als Heizmedium wirkende Wärmeträgermedium 22 fließt, umgewälzt durch die Pumpe 44, vom Wärmeerzeuger

υ 41 wiederum über das Ventil 45 und Ventil 46 zum Speicherunterteil 24 und von dort zurück zum Wärmeerzeuger 41. Als für die Verdampfung notwendi ge Wärme kann dabei beispielsweise der auf andere Weise nur schwer wirtschaftlich einsetzbare Wärmein-

UCl UdUC- UIlU ii,iiuaucvuigaii£ VCIIiIUIi lui utii tu liäliucf

Hochtemperaturteil H wie bereits geschildert. Die Abfuhr der Kondensationswärme aus dem Speicherunterteil 24 des Niedertemperaturteils N der Anlage vollzieht sich in folgender Weise: Das Dreiwegventil 45 , LTuc, vjrümjVVaSSCr/uiCriCii; C3

ist jedoch auch möglich, dafür gegebenenfalls die Abwärme eines Kälteerzeugers zu benützen oder diese Wärme einem Sonnenkollektor zu entnehmen.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1. Speicherelement für ein Sorptions-Wärmespeichersystem, bei dem einerseits ein Feststoff als Sorptionsmittel und andererseits ein Sammler für aus dem Sorptionsmittel ausgetriebenes, gegebenenfalls kondensiertes Sorbat vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Sorptionsmittel (3) und der Sammler (10) gemeinsam, jedoch durch einen Zwischenraum (9) räumlich voneinander getrennt, in je einem Teilbereich (7,8) eines gasdicht geschlossenen, rohrartigen Gefäßes (2) angeordnet sind, dessen Länge ein Vielfaches seiner Querabmessungen beträgt

   2. Speicherelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Zwischenraum (9) zwischen dem Sammler (10) und dem Sorptionsmittel (3) ein dampfdurchlässiges Trennelement (6) vorgesehen ist.

   3. Speicherelement nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Sorptionsmittel (3) ein System von Strömungswegen für das gas- oder dampfförmige Sorbat (5) vorgesehen ist.

   4. Speicherelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Sorptionsmittel (3) ein poröser Körper mit offenen Poren ist.

   5. Speicherelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des rohrartigen Gefäßes (2) an den Übergangsstellen vom Zwischenraum (9) zum Sorptionsmittel (3) bzw. zum Sammler (10) Einschnürungen (2a; hat.

   6. Speicherelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Sorptionsmittel (3) wärmeleitende Strukturen vorg' ;ehen sind.

   7. Speicherelement nt"h Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Sorptionsmittel (3) mit Metallspänen durchsetzt ist, die mit dem ebenfalls aus einem Metall bestehenden Gefäß (2) wärmeleitend verbunden, z. B. verschweißt, sind.

   8. Speicherelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäß (2) in dem von dem Sorptionsmittel (3) erfüllten Teilbereich (7) aus einem Rohr mit Innenrippen (50) besteht.

   9. Speicherelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäß (2) aus einem nichtmetallischen Werkstoff, z. B. Glas oder Kunststoff, besteht

   10. Speicherelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammler (10) mit einem als Adsorbens wirkenden Stoff, z. B. Aktivkohle oder Kieselgur, mindestens teilweise gefüllt ist.

   11. Verwendung von Speicherelementen nach Anspruch 1, bei Speichern oder Anlagen mit einer Vielzahl von Speicherelementen, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherelemente (1) parallel zueinander in mindestens einem Behälter (11/12; 11/24) derart angeordnet sind, daß ihre Zwischenräume (9) in einer Ebene liegen, daß ferner in dieser Ebene des Behälter (U/12; 11/24) außerhalb der Elemente (1) eine Trennwand (15) angebracht ist, und daß schließlich Medien (18, 19, 22) zur Wärmeübertragung und/oder zur Wärmespeicherung den Behälter (11/12; 11/24) außerhalb der Speicherelemente (1) mindestens teilweise ausfüllen.

   12. Verwendung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch Mittel (28, 44), die einen Zwangsumlauf de r wärmeübertragenden Medien (18; 22) bewirken.

   U. Verwendung nach Anspruch II, dadurch

   gekennzeichnet, daß als Wärmeübertragungsnvedium (18) eine Flüssigkeit dient, deren Siedetemperatur höher liegt als die bei dem gewählten Druck herrschende Austreibetemperatur des Sorbats (5) aus dem Sorptionsmittel (3),

   14. Verwendung nach Anspruch II, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil des Behälters (11/12), in dem sich der mit flüssigem Sorbat (5) gefüllte Teilbereich (8) der Speicherelemente (1) befindet, mit einem Wärmespeichermedium (19) gefüllt ist, das bei der Temperatur des flüssigen Sorbats (5) eine Phasenumwandlung erfährt.

   15. Verwendung nach Anspruch H, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (15) aus einer plastischen Masse besteht.

   16. Verwendung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Wärmequelle (33) für die Verdampfung des gespeicherten Sorbats (5) eine Kälteanlage dient