DE2633974A1 - METHOD AND DEVICE FOR THERMAL ENERGY STORAGE - Google Patents
METHOD AND DEVICE FOR THERMAL ENERGY STORAGEInfo
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Description
United States Energy Research And Development Administration, Washington, D.C. 20545, V.St.A.United States Energy Research And Development Administration, Washington, D.C. 20545, V.St.A.
Verfahren und Vorrichtung zur thermischen EnergiespeicherungMethod and device for thermal energy storage
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung für Speicherung von Energie. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Umwandlung von thermischer Energie in potentielle, chemisch gebundene Energie. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Speicherung und Verwendung von thermischer Energie aus Sonnenquellen. The invention relates to a method and a device for storing energy. In particular The invention relates to a method and a device for converting thermal energy into potential, chemically bound energy. In particular, the invention relates to a method and apparatus for storage and use of thermal energy from solar sources.
Die ansteigenden Kosten für Energie aus fossilen Brennstoffen und Kernbrennstoffen haben die Untersuchung von Alternativenergiequellen angeregt.The rising cost of energy from fossil fuels and nuclear fuel has made the study of alternative energy sources stimulated.
Über ein Viertel des Energieverbrauchs der Welt wird benutzt, um Gebäude zu beheizen und zu kühlen, wobei für diesen Zweck hochkonzentrierte (Hochtemperatur) Energiequellen nicht erforderlich sind. Die Verwendung von SonnenenergieOver a quarter of the world's energy is used to heat and cool buildings, using highly concentrated (high temperature) energy sources for this purpose are not required. The use of solar energy
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zum Beheizen und Kühlen könnte zur Einsparung von Kernbrennstoffen und' fossilen Brennstoffen dienen, so daß letztere dort verwendet werden können, wo sie schwieririger zu ersetzen sind, wie beispielsweise als Ausgangsstoffe für Chemikalien. Die wechselnde Verfügbarkeit von Sonnenstrahlung macht jedoch die Energiespeicherung für solche Zeiten erforderlich, wo keine Sonnenstrahlung verfügbar ist. Übliche Verfahren zur Wärmespeicherung beruhen auf den Effekten der Wärmekapazität oder der Phasenänderung. Obwohl Wasser eine der höchsten spezifischen Wärmen unter den ohne weiteres verfügbaren Materialien aufweist, so besitzt es doch eine ziemlich geringe volumenmäßige Energiespeicherkapazität und macht isolierte Aufbewahrungstanks erforderlich. Es wurde auch die Verwendung von Kiesellagen als billige Möglichkeit der Energiespeicherung vorgeschlagen, wobei aber dabei die gleichen Nachteile wie beim Wasser auftreten und darüberhinaus solche Lagen eine wesentlich geringere Wärmekapazität besitzen. Salzhydrier-Dehydrier-Gleichgewichte besitzen nach vielen Zyklen eine Tendenz zur Übersättigung, und die Schichtung stört die Reversibilität.for heating and cooling could help save nuclear fuel and 'serve fossil fuels so that the latter can be used where they are more difficult are to be replaced, for example as raw materials for chemicals. The changing availability of However, solar radiation makes energy storage necessary for those times when solar radiation is not available is. Usual methods of heat storage are based on the effects of heat capacity or phase change. Although water has one of the highest specific heats of any readily available material, so it has a rather small volumetric energy storage capacity and makes insulated storage tanks necessary. The use of pebbles has also been suggested as a cheap way to store energy, but with the same disadvantages as with water and, moreover, such layers a significant one have lower heat capacity. Salt hydrogenation-dehydrogenation equilibria have a tendency to after many cycles Oversaturation, and the stratification disturbs the reversibility.
Wasserstoff kann exotherm mit einigen intermetallischen (zwischenmetallischen) Verbindungen reagieren und zerlegbare Hydride bilden. Ein Verfahren, welches solche Hydride verwendet, ist in der folgenden Literaturstelle beschrieben: G. Libowitz auf Seite 322 von "Proc. of the 9th Intersociety Energy Conversion Engineering Conference, San Francisco, August 1974. Bei einer Ausbildung dieses Verfahrens wird ein Metallhydrid am Dach eines Wohnhauses in einem abgedichteten Metallbehälter angeordnet, der über ein Rohr mit einem Wasserstoff-Speichertank im Keller des Hauses verbunden ist. Während der Sonnenschein-Perioden wird das Metallhydrid auf ungefähr 2000F erhitzt und das sich aus der Dissoziation ergebende Wasserstoffgas wird im Tank gespeichert. Wenn die Außentemperatur abfällt, wird der Wasserstoff vom Tank freigegeben und fließt in den Be-Hydrogen can exothermically react with some intermetallic (intermetallic) compounds to form decomposable hydrides. A method using such hydrides is described in the following reference: G. Libowitz at page 322 of "Proc. Of the 9th Intersociety Energy Conversion Engineering Conference, San Francisco, August 1974. In one embodiment of this method, a metal hydride is placed on the roof of a residential house is placed in a sealed metal container that is pipe connected to a hydrogen storage tank in the basement of the house. During the sunshine periods, the metal hydride is heated to approximately 200 ° F and the hydrogen gas resulting from the dissociation is stored in the tank When the outside temperature drops, the hydrogen is released from the tank and flows into the
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hälter auf dem Dach zurück, wo der Wasserstoff exotherm mit dem freien Metall unter Bildung des Metallhydrids reagiert, wobei thermische Energie freigegeben wird, die zur Beheizung des Hauses verwendet werden kann.container back on the roof, where the hydrogen exothermic reacts with the free metal to form the metal hydride, releasing thermal energy which can be used to heat the house.
Die vorliegende Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt,ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Energiespeicherung vorzusehen, wobei die Notwendigkeit der Speicherung freien Wasserstoffs als ein Gas vermieden wird. Statt dessen werden erfindungsgemäß zwei hydrierbare Metalle verwendet, und das Wasserstoffgas befindet sich in einem Kreislauf zwischen den beiden Metallen. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird ein erstes Metallhydrid auf eine effektive Zersetzungstemperatur erhitzt, wobei das erste Hydrid einen Zersetzungsdruck von 100-2 280 mm Hg bei einer Temperatur von 100 - 3000C sowie eine Bildungswärme von ungefähr 12-17 kcal pro Mol Wasserstoff aufweist, wodurch das Hydrid die thermische Energie absorbiert und sich in ein erstes, hydrierbares Metall und Wasserstoffgas zersetzt oder zerlegt, wobei das Wasserstoffgas auf einen Druck von 760 2 280 mm Hg zusammengedrückt wird und wobei das zusammengedrückte Wasserstoffgas mit einem zweiten hydrierbaren Metall in Berührung gebracht wird, um ein zweites Metallhydrid zu bilden, während das zweite Metall auf einer Temperatur unterhalb der effektiven Zersetzungstemperatur des in Bildung befindlichen Hydrids gehalten wird, und wobei das zweite Hydrid einaiDissoziationsdruck von 760 2 280 mm' Hg bei einer Temperatur von ungefähr 0 - 25 0C und eine Bildungswärme besitzt, die im Bereich von 25 75 % der Bildungswärme des ersten Metallhydrids pro Mol Wasserstoff liegt, wodurch thermische Energie vom zweiten Hydrid freigegeben wird, die wiedergewonnen wird. Dadurch daß man das erste hydrierbare Metall auf eine TemperaturThe present invention seeks to provide a method and apparatus for energy storage that avoids the need to store free hydrogen as a gas. Instead, according to the invention, two hydrogenatable metals are used, and the hydrogen gas is in a circuit between the two metals. By the inventive method, a first metal hydride is heated to an effective decomposition temperature, the first decomposition hydride a pressure of 100-2280 mm Hg at a temperature of 100 - 300 0 C and has a heat of formation of about 12-17 kcal per mole of hydrogen, whereby the hydride absorbs the thermal energy and decomposes or decomposes into a first, hydrogenatable metal and hydrogen gas, wherein the hydrogen gas is compressed to a pressure of 760 2 280 mm Hg and wherein the compressed hydrogen gas is brought into contact with a second hydrogenatable metal, to form a second metal hydride, while the second metal is held at a temperature below the effective decomposition temperature of the hydride under formation, and wherein the second hydride einaiDissoziationsdruck 760 2 280 mm Hg at a temperature of about 0 - 25 0 C and possesses a heat of formation that is in the range of 25 75% of the Heat of formation of the first metal hydride per mole of hydrogen, whereby thermal energy is released from the second hydride, which is recovered. By bringing the first hydrogenatable metal to a temperature
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unterhalb der effektiven Dissoziationstemperatur abkühlt
und aufrechterhält, während Wärme dem zweiten Metallhydrid zugeführt wird, um dieses auf einer effektiven Zersetzungstemperatur zu halten, absorbiert das zweite Hydrid thermische
Energie und wird zerlegt, und zwar unter Freigabe von Wasserstoffgas, welches .sodann mit dem ersten hydrierbaren
Metall in Berührung gebracht wird, um das erste Metallhydrid zu bilden, wodurch zusätzliche thermische Energie freigegeben
wird, die dann wiedergewonnen werden kann.cools below the effective dissociation temperature
and while heat is supplied to the second metal hydride to maintain it at an effective decomposition temperature, the second hydride absorbs thermal energy and is decomposed, releasing hydrogen gas which is then brought into contact with the first hydrogenatable metal, to form the first metal hydride, thereby releasing additional thermal energy which can then be recovered.
Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die Vorrichtung können
mit irgendeiner thermischen Energiequelle zusammen verwendet v/erden, welche eine Temperatur erzeugt, die ausreicht, um
die Dissoziation des ersten Metallhydrids zu bewirken. Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung
sind geeignet für die Ausnutzung von geringer Abfallwärme, die andernfalls an die Atmosphäre weitergegeben
würde, beispielsweise ist die Erfindung bei Kamin- bzw.
Abgasen verwendbar. Insbesondere ist die Erfindung jedoch
zusammen mit einem Sonnenenergie-Kollektor zweckmäßig. Eine derartige Vorrichtung ist der Strahlungsenergie-Kollektor
gemäß DT OS 2 533 530.The method and apparatus according to the invention can be used together with any thermal energy source which generates a temperature which is sufficient to cause the dissociation of the first metal hydride. The method according to the invention and the device according to the invention are suitable for the utilization of little waste heat that would otherwise be passed on to the atmosphere;
Exhaust gases can be used. In particular, however, the invention is
useful together with a solar energy collector. One such device is the radiant energy collector
according to DT OS 2 533 530.
Die vorliegende Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, ein
Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Energiespeicherung
anzugeben, und zwar insbesondere zur Speicherung von thermischer Energie. Die thermische Energie ist dabei vorzugsweise
durch Sonnenstrahlung erzeugt.The present invention has set itself the goal of a
Method and device for energy storage
specify, in particular for the storage of thermal energy. The thermal energy is preferably generated by solar radiation.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben
sich aus den Ansprüchen sowie aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; die Zeichnung
zeigt ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Vorrichtung.Further preferred embodiments of the invention result
from the claims and from the description of exemplary embodiments with reference to the drawing; the drawing
shows a block diagram of the device according to the invention.
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Erfindungsgemäß wird ein erstes Metallhydrid mit der Formel Mg3NiH4 auf ungefähr 1500C erhitzt, wodurch das Hydrid zersetzt oder zerlegt wird, und zwar in ein er-.stes hydrierbares Metall Mg3Ni und Wasserstoffgas, wobei das Wasserstoffgas auf ungefähr 1 520 mm Quecksilber komprimiert wird und in diesem Zustand mit einem zweiten hydrierbaren Metall mit der Formel LaNin. in Kontakt gebracht wird, während das zweite Metall auf eine Temperatur unterhalb der effektiven Zersetzungstemperatur des sich bildenden Hydrids gehalten wird, wodurch der Wasserstoff mit dem zweiten hydrierbaren Metall reagiert und ein zweites Metallhydrid mit der Formel LaNi1-H6-7 bildet, während thermische Energie freigegeben und wiedergewonnen wird. Das Mg0Ni kann dann abgekühlt und auf einer Temperatur unterhalb ungefähr 50 C gehalten werden, während dem LaNi H6-7 Wärme zugeführt wird, um das LaNi5Hg-7 auf einer effektiven Zersetzungstemperatur zu halten, wodurch LaNi^H6-7 zu LaNi1- und Wasserstoff gas zerlegt wird, und wobei das Wasserstoff gas mit dem Mg„Ni in Kontakt gebracht wird, wodurch sich Mg NiH. bildet, während thermische Energie freigegeben und wiedergewonnen wird.According to the invention a first metal hydride having the formula Mg 3 NiH 4 to about 150 0 C is heated, whereby the hydride is decomposed or disassembled, in a He-.stes hydrogenatable metal Mg 3 Ni and hydrogen gas, wherein the hydrogen gas at about 1 520 mm of mercury is compressed and in this state with a second hydrogenatable metal with the formula LaNi n . is brought into contact while the second metal is kept at a temperature below the effective decomposition temperature of the forming hydride, whereby the hydrogen reacts with the second hydrogenatable metal and forms a second metal hydride with the formula LaNi 1 -H 6-7 , while thermal Energy is released and regained. The Mg 0 Ni can then be cooled and maintained at a temperature below about 50 C while heat is applied to the LaNi H 6-7 in order to keep the LaNi 5 Hg -7 at an effective decomposition temperature, whereby LaNi ^ H 6-7 is decomposed to LaNi 1 - and hydrogen gas, and the hydrogen gas is brought into contact with the Mg “Ni, whereby Mg NiH. forms as thermal energy is released and recovered.
Das erste Metallhydrid kann entweder direkt oder indirekt erhitzt werden, solange nur die effektive Zersetzungstemperatur, die von dem speziellen verwendeten Hydrid abhängt, erreicht wird. Beispielsweise kann das Hydrid in einem abgedichteten Behälter angeordnet sein, der so konstruiert ist, daß er als ein flacher P.lattenkollektor dient, der direkt durch Sonnenlicht bestrahlt wird; oder aber der Behälter kann durch irgendeine andere thermische Energiequelle erhitzt werden, wie beispielsweise durch die Restwärme von Kamingasen. Alternativ kann das Hydrid indirekt unter Verwendung von Wärmeübertragungsmedien,The first metal hydride can be heated either directly or indirectly, as long as the effective decomposition temperature, which depends on the particular hydride used, is achieved. For example, the hydride can be placed in a sealed container so constructed is that it serves as a flat plate collector that is directly irradiated by sunlight; or but the container can be heated by any other thermal energy source, such as by the residual heat from fireplace gases. Alternatively, the hydride can be used indirectly using heat transfer media,
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wie beispielsweise Kohlenwasserstofföl, einer Wasser- und Glykolmischung oder einem Silikonöl erhitzt werden/ wobei die Wärme hier von einer Wärmequelle, wie beispielsweise einem Strahlungswärme-Kollektor zum Metallhydrid geführt wird.such as hydrocarbon oil, a water and glycol mixture or a silicone oil are heated / the heat here from a heat source such as a radiant heat collector to the metal hydride to be led.
Die zusammen mit der Erfindung verwendbaren Metallhydride hängen von den Temperaturen ab, die für die Zersetzung des ersten Metallhydrids verfügbar sind. Ebenfalls wichtig sind die effektiven Dissoziationsdrücke oder Temperaturen des Hydrids, welche die treibende Kraft der Reaktion sind, und die Bildungswärme, welche die Wärmemenge bestimmt, die das System speichern kann. Der "effektive" Dissoziationsdruck oder die Temperatur ist derjenige Druck oder diejenige Temperatur, bei welchem bzw. bei welcher das zu zersetzende Metall Wasserstoffgas mit einer verwendbaren Rate abgibt. Mit derzeit verfügbaren Sonnenenergie-Kollektoren oder Konzentriervorrichtungen sind Temperaturen im Bereich von 130 - 185°C erhältlich. Es ist somit vorzuziehen, daß das erste Metallhydrid einen effektiven Zersetzungsdruck von 100 - 2 280 mm Hg bei einer Temperatur von 100 - 300°C sowie eine Bildungswärme von 12-17 kcal pro Mol Wasserstoff aufweist. Mg3NiH4, welches einen Zersetzungsdruck von ungefähr 150 mm Hg bei 150°C und eine Bildungswärme von ungefähr 15,4 kcal pro Mol Wasserstoff aufweist, ist ein zufriedenstellendes erstes Metallhydrid, wobei aber andere Hydride, die diesen allgemeinen Kriterien entsprechen, ebenfalls verwendet werden können.The metal hydrides that can be used with the invention depend on the temperatures available for the decomposition of the first metal hydride. Also important are the effective dissociation pressures or temperatures of the hydride, which are the driving force of the reaction, and the heat of formation, which determines the amount of heat that the system can store. The "effective" dissociation pressure or temperature is that pressure or temperature at which the metal to be decomposed emits hydrogen gas at a usable rate. With currently available solar energy collectors or concentrating devices, temperatures in the range of 130 - 185 ° C are available. It is thus preferable that the first metal hydride has an effective decomposition pressure of 100-2 280 mmHg at a temperature of 100-300 ° C and a heat of formation of 12-17 kcal per mole of hydrogen. Mg 3 NiH 4 , which has a decomposition pressure of about 150 mm Hg at 150 ° C and a heat of formation of about 15.4 kcal per mole of hydrogen, is a satisfactory first metal hydride, but other hydrides meeting these general criteria are also used can be.
Es ist vorzuziehen, daß das zweite Metallhydrid einen effektiven Zersetzungsdruck von 760 - 2 280 mm Hg bei ungefähr 0-2 5°C und eine Bildungswärme -von 25 - 75 % der Bildungswärme des ersten Metallhydrids besitzt, und zwarIt is preferable that the second metal hydride have an effective decomposition pressure of 760-2 280 mm Hg at about 0-2 5 ° C and a heat of formation of 25-75% of the heat of formation of the first metal hydride
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wird dabei eine Bildungswärme von 50 % bevorzugt. Somita heat of formation of 50% is preferred. Consequently
ist LaNi^Hg, welches einen Zersetzungsdruck von ungefähr
T 520 mm Hg bei ungefähr 25°C und eine Bildungswärme von 7,26 kcal pro Mol Wasserstoff aufweist, ein
zufriedenstellendes zweites Metallhydrid, wie dies ebenfalls für SmCo1-H0 [. und FeTiH1 Q[- gilt. Es kann auch
andere Metallhydride geben, die verwendet werden können.is LaNi ^ Hg, which has a decomposition pressure of about T 520 mm Hg at about 25 ° C and a heat of formation of 7.26 kcal per mole of hydrogen
satisfactory second metal hydride, as is also the case for SmCo 1 -H 0 [. and FeTiH 1 Q [ - applies. It can also
there are other metal hydrides that can be used.
Es sei bemerkt, daß die Metallhydride nicht stöchiometrisch sind und eine Einkristallstruktur über einen weiten Bereich der Wasserstoffzusammensetzung aufrechterhalten. Das Wasserstoff-zu-Metall-Verhältnis ändert sich daher charakteristisch über einen breiten Bereich.' Unterschiede in der Metallhydrid-Formel bezüglich der Wasserstoffzusammensetzung sollen nicht unterschiedliche Metallhydride darstellen. It should be noted that the metal hydrides are not stoichiometric and have a single crystal structure over a wide range the hydrogen composition maintained. The hydrogen to metal ratio therefore changes characteristically over a wide range. ' Differences in the Metal hydride formulas with regard to the hydrogen composition are not intended to represent different metal hydrides.
Es sei ferner bemerkt, daß der Ausdruck "Metall", wie er hier verwendet wird, sich nicht nur auf einzelne Metalle bezieht, sondern auch auf irgendwelche Metallegierungssysteme, welche den obigen Kriterien für Metallhydride und hydrierbare Metalle entsprechen.It should also be noted that the term "metal" as used herein does not apply only to individual metals but also to any metal alloy systems that meet the above criteria for metal hydrides and correspond to hydrogenatable metals.
Abhängig von der für die Zersetzung des ersten Metallhydrids verfügbaren Temperatur kann es erforderlich sein,
das Wasserstoffgas auf einen Druck zusammenzudrücken,
der ausreicht, daß der Wasserstoff mit dem zweiten hydrierbaren Metall bei Umgebungstemperaturen reagiert. Der genaue
erforderliche Druckanstieg hängt von der Zusammensetzung des zweiten hydrierbaren Metalls ab, welches die
Druckgröße bestimmt, die für das Hydrieren auf oder nahe Umgebungstemperatur erforderlich ist. LaNi- benötigt bei
ungefähr 25°C einen Wasserstoffdruck von 1.520 - 2.280 mm Hg,Depending on the temperature available for the decomposition of the first metal hydride, it may be necessary to compress the hydrogen gas to a pressure
sufficient for the hydrogen to react with the second hydrogenatable metal at ambient temperatures. The exact pressure increase required depends on the composition of the second hydrogenatable metal, which determines the amount of pressure required for hydrogenation at or near ambient temperature. LaNi- requires a hydrogen pressure of 1,520 - 2,280 mm Hg at around 25 ° C,
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um LiNi5H6-7 zu bilden. Da MgNiH4 bei 150°C mit einem Druck von ungefähr 150 mm Hg dissoziiert, ist es notwendig, den Wasserstoff auf mindestens ungefähr 1.520 mm Hg unter Druck zu setzen, während . bei 300°C das MgNiH. bei einem Druck von ungefähr 1 520 mm Hg dissoziiert und wenig oder kein zusätzliches Unterdrucksetzen des Wasserstoffs notwendig sein würde.to form LiNi 5 H 6-7 . Since MgNiH 4 dissociates at 150 ° C with a pressure of about 150 mm Hg, it is necessary to pressurize the hydrogen to at least about 1,520 mm Hg while. at 300 ° C the MgNiH. dissociated at a pressure of about 1,520 mm Hg and little or no additional pressurization of the hydrogen would be necessary.
Da die Bildungswärme des zweiten Hydrids ungefähr die Hälfte der Bildungswärme des ersten Hydrids ist, setzt die Hydrierung des zweiten hydrierbaren Metalls eine thermische Energiemenge frei, die ungefähr gleich der Hälfte der thermischen Energie ist, die in das erste Metallhydrid eingegeben wurde. Um somit ein Mol Wasserstoff aus dem ersten Metallhydrid freizugeben, benötigt man die Eingabe von ungefähr 15f4 kcal an thermischer Energie, während die Hydrierung von LaNi1. durch ein Mol Wasserstoff ungefähr 7,3 kcal thermische Energie für die Wiedergewinnung verfügbar macht. Um das Verfahren umzukehren und die "thermische Energie zu erhalten, die nunmehr als potentielle, chemisch gebundene Energie im ersten hydrierbaren Metall gespeichert ist, muß man das erste hydrierbare Metall auf eine Temperatur unterhalb der Dissoziationstemperatur des Hydrids, die für MgNi ungefähr 50°C beträgt,abkühlen und das zweite Metallhydrid auf die Zersetzungstemperatur, die für LaNi5Hg-7 oberhalb ungefähr O0C liegt erwärmen. Wegen des größeren Zersetzungsdrucks des zweiten Metallhydrids fließt Wasserstoff zum ersten hydrierbaren Metall und kombiniert sich mit diesem zur Bildung des ersten Hydrids, und zwar unter Freigabe thermischer Energie, die sodann wiedergewonnen werden kann. Die durch Hydrierung des ersten hydrierbaren Metalls freigegebene Wärmemenge kann dadurch gesteuert werden, daß man die Menge des für die Rekombination verfügbaren Wasserstoffs steuert.Since the heat of formation of the second hydride is approximately half the heat of formation of the first hydride, the hydrogenation of the second hydrogenatable metal releases an amount of thermal energy that is approximately equal to half the thermal energy input into the first metal hydride. Thus, in order to release one mole of hydrogen from the first metal hydride, one needs the input of about 15 f 4 kcal of thermal energy, during the hydrogenation of LaNi 1 . makes about 7.3 kcal of thermal energy available for recovery by one mole of hydrogen. In order to reverse the process and obtain the "thermal energy" which is now stored as potential, chemically bound energy in the first hydrogenatable metal, the first hydrogenatable metal must be brought to a temperature below the dissociation temperature of the hydride, which is approximately 50 ° C. for MgNi , cool and heat the second metal hydride to the decomposition temperature, which for LaNi 5 Hg -7 is above approximately 0 ° C. Because of the higher decomposition pressure of the second metal hydride, hydrogen flows to the first hydrogenatable metal and combines with it to form the first hydride, and while releasing thermal energy which can then be recovered, the amount of heat released by hydrogenation of the first hydrogenatable metal can be controlled by controlling the amount of hydrogen available for recombination.
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Wenn das zweite Metallhydrid zersetzt wird, so muß thermische Energie vorgesehen werden, um das Hydrid auf einer Temperatur oberhalb der effektiven Zersetzungstemperatur für dieses spezielle Metallhydrid zu halten. Weil diese effektive Temperatur niedrig ist, kann thermische Energie aus den im wesentlichen unbegrenzten Reserven an thermischer Energie, die in der Umgebung vorhanden sind, herausgezogen werden.When the second metal hydride is decomposed, thermal energy must be devoted to the hydride at a temperature above the effective decomposition temperature for that particular metal hydride. Because this effective temperature is low, thermal energy can be drawn from the essentially unlimited reserves of thermal energy that is present in the environment can be extracted.
In der gleichen Weise ist es wichtig, daß die Temperatur des hydrierbaren Metalls, da das Metall durch den Wasserstoff berührt wird, auf einer Temperatur unterhalb der effektiven Zersetzungstemperatur des sich bildenden Hydrids gehalten wird, um die Hydrierreaktion zu vervollständigen und die ganze verfügbare thermische Energie zu extrahieren. Dies wird als ein Teil des thermischen Energie-Wiedergewinnungsschrittes erreicht.In the same way it is important that the temperature of the hydrogenatable metal, since the metal is replaced by the hydrogen is touched, at a temperature below the effective decomposition temperature of the hydride being formed is held to complete the hydrogenation reaction and extract all of the available thermal energy. This is achieved as part of the thermal energy recovery step.
Die Wiedergewinnung der thermischen Energie, die durch das Hydrieren von entweder dem ersten oder dem zweiten hydrierbaren Metall freigegeben wird und die Aufrechterhaltung der Temperatur unterhalb der effektiven Zersetzungstemperatur kann durch irgendwelche üblichen Warmeaustauschverfahren, die dem Fachmann bekannt sind, erfolgen, beispielsweise dadurch, daß man ein Wärmeaustauschmedium, wie beispielsweise eine Flüssigkeit oder ein Gas, durch die hydrierbaren Metalle strömen läßt und die vom Medium wiedergewonnene Wärme zu Raumheizzwecken verwendet.The recovery of the thermal energy generated by releasing the hydrogenation of either the first or the second hydrogenatable metal and maintaining it the temperature below the effective decomposition temperature can be achieved by any conventional heat exchange process, which are known to the person skilled in the art, take place, for example, by using a heat exchange medium such as, for example a liquid or gas through which hydrogenatable metals can flow and that recovered from the medium Heat used for space heating purposes.
Es sei nunmehr auf die in der Zeichnung gezeigte erfindungsgemäße Vorrichtung Bezug genommen. Dort ist eine thermische Energiequelle 10 dargestellt, die beispielsweise eine Sonnenenergiekonzentrationsvorrichtung sein kann, und welche thermische Energie auf ein Wärmeübertragungsmedium überträgt,Reference is now made to the device according to the invention shown in the drawing. There is a thermal one Energy source 10 shown, for example, a solar energy concentration device can be, and which thermal energy transfers to a heat transfer medium,
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welches durch eine Pumpe 14 durch eine Heizschleife 12 gedrückt wird. Wenn das Wärmeübertragungsmedium durch ein erstes Metallhydridbett 16 läuft, gibt es thermische Energie an das Metallhydrid ab und zersetzt dieses in ein erstes hydrierbares Metall, welches im ersten Bett verbleibt und Wasserstoffgas, welches von dem Bett durch eine Gasleitung 18 strömt, wobei das Gas durch einen Kompressor 20 zusammengedrückt wird. Das zusammengedrückte Wasserstoffgas setzt seinen Lauf durch Leitung 18 fort und fließt durch ein strömungssteuerbares Steuerventil 19 zu einem zweiten Metallhydridbett 22, welches ein zweites hydrierbares Metall enthält, das mit dem Wasserstoff reagiert und ein zweites Metallhydrid bildet und dabei thermische Energie freigibt, die von dem Bett dadurch wiedergewonnen wird, daß man ein Wärmewiedergewinnungsströmungsmittel durch Pumpe 25 durch eine erste Wärmewiedergewinnungsschleife 24 zirkuliert.which by a pump 14 through a heating loop 12 is pressed. When the heat transfer medium passes through a first metal hydride bed 16 there is thermal Energy from the metal hydride and decomposes it into a first hydrogenatable metal, which in the first Bed remains and hydrogen gas emitted from the bed flows through a gas line 18, the gas being compressed by a compressor 20. The squeezed Hydrogen gas continues through line 18 and flows through a flow controllable control valve 19 to a second metal hydride bed 22, which contains a second hydrogenatable metal, which with the hydrogen reacts and forms a second metal hydride, thereby releasing thermal energy from the bed is recovered that one is a heat recovery fluid by pump 25 through a first heat recovery loop 24.
Durch Abkühlung des ersten Metallhydridbetts 16 auf eine Temperatur unterhalb der effektiven Dissoziationstemperatur für das Metallhydrid, während dem zweiten Metallhydridbett 22 Wärme zugeführt wird, um das Hydrid auf einer Temperatur oberhalb der effektiven Dissoziationstemperatur zu halten, zersetzt sich das zweite· Hydridbett in ein zweites hydrierbares Metall- und Wasserstoffgas..Die Strömung des Wasserstoffgases von Bett 22 wird durch Ventil gesteuert, wenn es zurück durch Gasleitung 18 zum ersten hydrierbaren Metallbett 16 läuft, wo der Wasserstoff mit dem Metall reagiert und das erste Metallhydrid bildet, während thermische Energie freigegeben wird, die dadurch wiedergewonnen wird, daß man durch eine Pumpe 28 ein Wärmewiedergewinnungsströmungsmittel durch eine zweite Wärmewiedergewinnungsschleife 26 zirkuliert.By cooling the first metal hydride bed 16 to a Temperature below the effective dissociation temperature for the metal hydride, during the second metal hydride bed 22 Heat is added to keep the hydride at a temperature above the effective dissociation temperature to hold, the second hydride bed decomposes into a second hydrogenatable metal and hydrogen gas. The flow The hydrogen gas from bed 22 is valve controlled when it returns through gas line 18 to the first hydrogenatable metal bed 16 runs where the hydrogen with the metal reacts and forms the first metal hydride, while thermal energy is released thereby is recovered by a pump 28 a heat recovery fluid circulated through a second heat recovery loop 26.
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Das folgende Beispiel soll die Erfindung erläutern, ist aber nicht einschränkend zu verstehen.The following example is intended to explain the invention, but is not to be understood as restrictive.
Unter Verwendung der oben beschriebenen Vorrichtung zirkuliert man Silikonöl durch den Strahlungsenergiekollektor/ wo das Silikonöl auf ungefähr 150C erhitzt wird und dann durch ein Bett läuft, welches einen Fuß Mg2NiH. enthält, welches auf ungefähr 150°C erhitzt ist, und wobei 1.300 Mol an H„ bei 150 mm Hg Zersetzungsdruck freigegeben werden, während die Zersetzung in die hydrierbare Legierung Mg Ni erfolgt. Dies macht ungefähr 80.500 BTU an Energie erforderlich. Das Wasserstoffgas wird durch einen Kompressor auf einen Druck von ungefähr 1.520 mm Hg zusammengedrückt, was ungefähr 7.000 BTU an Energie erforderlich macht, und der zusammengedrückte Wasserstoff wird über ein Bett aus LaNi5 geleitet, welches zu LaNi5H6-hydriert wird, und zwar unter Freigabe von 38.000 BTU, die zur Erwärmung·eines Hauses oder eines Raumes während des Tages verwendet werden können. Wenn in der Nacht keine Sonnenenergie mehr verfügbar ist, wird das Bett Mg~Ni auf eine Temperatur unterhalb seiner effektiven Dissoziationstemperatur oder unterhalb ungefähr 50 C abgekühlt. Das Bett aus LaNi5H6-7, welches sich auf ungefähr 25°C befindet, liegt oberhalb seiner Dissoziationstemperatur; auf diese Weise zersetzt sich das LaNi5H6-7 nunmehr zu LaNi5 und Wasserstoffgas, welches sich auf einem effektiven Druck zur Rekombination mit der Mg_Ni-Legierung befindet und 80.500 BTU freigibt, die zur Beheizung eines Hauses oder Raums während der Nachtzeit verwendet werden können. Da die Dissoziationstemperatur und der Druck von LaNi5H6-7 so niedrig sind, kann die Wärme zur Aufrechterhaltung desUsing the apparatus described above, silicone oil is circulated through the radiant energy collector / where the silicone oil is heated to about 150C and then passed through a bed containing one foot of Mg 2 NiH. which is heated to about 150 ° C, and wherein 1,300 moles of H "are released at 150 mm Hg decomposition pressure while the decomposition takes place into the hydrogenatable alloy Mg Ni. This requires approximately 80,500 BTU of energy. The hydrogen gas is compressed by a compressor to a pressure of approximately 1,520 mm Hg, which requires approximately 7,000 BTU of energy, and the compressed hydrogen is passed over a bed of LaNi 5 which is hydrogenated to LaNi 5 H 6 with approval of 38,000 BTU, which can be used to warm a house or a room during the day. If solar energy is no longer available during the night, the Mg ~ Ni bed is cooled to a temperature below its effective dissociation temperature or below approximately 50.degree. The bed of LaNi 5 H 6-7 , which is at about 25 ° C, is above its dissociation temperature; In this way, the LaNi 5 H 6-7 now decomposes to LaNi 5 and hydrogen gas, which is at an effective pressure for recombination with the Mg_Ni alloy and releases 80,500 BTU, which are used to heat a house or room during the night can. Since the dissociation temperature and pressure of LaNi 5 H 6-7 are so low, the heat can be used to maintain the
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Hydrids auf einer Temperatur oberhalb dessen effektiver Dissoziationstemperatur bei Temperaturen bis hinunter zu ungefähr 0°C zugeführt werden, um den Wasserstoff freizugeben. Durch die Verwendung eines Steuerventils zur Unterbrechung oder Regulierung der zur Reaktion mit dem Mg Ni verfügbaren Wasserstoffmenge kann die für die Raumheizung verfügbare Wärmemenge auf diese Weise gesteuert werden.Hydrids at a temperature above its effective dissociation temperature at temperatures down to at about 0 ° C to release the hydrogen. By using a control valve to interrupt or regulate the amount of hydrogen available for reaction with the Mg Ni can be used for the Space heating available amount of heat can be controlled in this way.
Aus der vorstehenden Beschreibung und dem erwähnten Beispiel erkennt man, daß das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung in wirkungsvoller Weise thermische Energie speichern, wobei sich insbesondere eine wirkungsvolle Möglichkeit ergibt, thermische Energie von Sonnenquellen auszunutzen und zu speichern.From the above description and the example mentioned it can be seen that the method according to the invention and the device according to the invention effectively store thermal energy, in particular is an effective way of utilizing and storing thermal energy from solar sources.
Es sei bemerkt, daß die Erfindung nicht auf die hier speziell angegebenen Metallhydride beschränkt ist, sondern daß auch irgendwelche anderen Metallhydride verwendet werden können, die dem Erfindungskonzept entsprechen.It should be noted that the invention is not limited to the metal hydrides specifically specified here, but rather that any other metal hydrides can be used which correspond to the inventive concept.
Insbesondere fällt die Verwendung von Metallhydriden -, wie beispielsweise Mg NiH. oder anderen geeigneteren Metallhydriden, unter die Erfindung, also Hydriden, die mit Solarkollektoren wie beispielsweise Kraftwerktürmen verwendet werden, wo Temperaturen von 500 - 700°C zu erwarten sind. Das hier beschriebene Zwei-Metallhydrid-System ist auch für die thermische Energiespeicherung bei diesen mit höheren Temperaturen arbeitenden Kollektoren verwendbar. The use of metal hydrides - such as Mg NiH, for example - falls in particular. or other more suitable metal hydrides under the invention, i.e. hydrides used with solar collectors such as power station towers, where temperatures of 500-700 ° C are expected. The two-metal hydride system described here can also be used for thermal energy storage in these collectors which operate at higher temperatures.
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