DE2758727C2

DE2758727C2 - Verwendung einer in kristallwasserfreiem Zustand und in ihren Hydratisierungsstufen in kristallinem Zustand in gasdurchlässiger Form verbleibenden Substanz als Speichermedium beim Speichern bzw. beim Entnehmen von Wärme

Info

Publication number: DE2758727C2
Application number: DE2758727A
Authority: DE
Inventors: Ernst-Åke Djursholm Brunberg; Ray Farsta Olsson
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-12-29
Filing date: 1977-12-29
Publication date: 1983-08-04
Also published as: CA1108496A; AU514471B2; FR2376371A1; DK576877A; NO147729B; NL7714490A; US4186794A; CH629248A5; SE403401B; NO147729C; GB1566218A; FI773897A; JPS5389044A; AU3196177A; NO774452L; DE2758727A1; SE7614653L

Description

7 76 t Stein, erhitzt von 20° C auf 100° C
332 t Eisen, erhitzt von 20° auf 100° C
108 t Wasser, erhitzt von 20° C auf 100° C
224 t Salzhydratgemisch (Schmelzpunkt bei 13° C)
22 t Lithiumhydrid (Schmelzpunkt 675° C)

Die Erfindung betrifft ein Speichermedium beim Speichern bzw. beim Entnehmen von Wärme mittels einer zwei Kammern aufweisenden Wärmespeichereinrichtung, bei der das in der ersten Kammer angeordnete Speichermedium bei der Wärmespeicherung Wasser abgibt und bei der Wärmeabgabe chemisch Wasser bindet und bei der die zweite Kammer als mit der ersten Kammer in Verbindung stehender Wasservorratsbehälter ausgebildet ist.

In »Proceedings of the United Nations Conference on New Sources of fcnergy«, »Solar Energy, Wind Power and Geothermal Energy«» Rome, 21—31 August 1961, Volume 5, Solar Energy: II -(Vereinigte Nationen, New York 1964), Abschnitt »Heats of V. porization« S. 413 bis 416, wird ein System beschrieben, das zwei Kammern enthält, nämlich eine »heiße Kammer« und eine »kühle Kammer«, die eine verdampfbare Flüssigkeit oder Substanz enthalten, die einen niedrigeren Dampfdruck bei einer bestimmten Temperatur in der »heißen Kammer« als in der »kühlen Kammer« aufweist. Diese Substanz kann entweder als eine Komponente einer Lösung vorliegen, wobei die zweite Komponente verhältnismäßig schwer flüchtig ist, oder in einer chemisch gebundenen Form, beispielsweise als Hydrat oder Ammoniak. Die kühle Kammer kann die Flüssigkeit direkt kondensieren und als ein Hydrat niedriger Stabilität absorbieren, oder sie in einer Lösung absorbieren, von der sie einen höheren Dampfdruck bei eine^r gegebenen Temperatur hat. ^

In der kühlen Kammer kondensiert die unter Zuführung von Wärme in der heißen Kammer verdampfte Substanz und gibt dabei Wärme durch die Wände der kühlen Kammer an die Umgebung ab. Als Ergebnis eines Temperaturabfalls auf der warmen Seite fällt der Dampfdruck unter den Dampfdruck auf der kühlen Seite, wodurch die verdampfbare Substanz durch Wärmezufuhr von der Umgebung durch die Wände der kühlen Kammer wieder zurück in die heiße Kammer destilliert, wobei sie beim Kondensieren dort Wärme ^h0 liefert. Wärme wird dabei in der Atmosphäre oder Umgebung gespeichert, und daraus wieder, wenn sie benötigt wird, durch das flüssige Medium abgezogen. Ein System, das zwar nicht die Speicherung von Wärme betrifft, das jedoch auf demselben Prinzip beruht, ist <" nach der US-PS 36 42 059 bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Substanz zu finden, bei deren Verwendung das eingangs Die Aufnahme von Kristallwasser (H2O als in Dampfphase vorliegend vorausgesetzt) erfordert:

etwa 6 t Na₂S, falls alle Phasenübergänge (0 bis 9 H2O) verwendet werden, oder

etwa 12 t: Na₅S, falls nur die Phasenübergänge 0 bis 4,5 H2O verwendet werden.

Die erfindungsgemäße Verwendung ist der Verwendung von anderen Substanzen aus zwei Gründen überlegen:

1. Ein wesentlich geringerer Betrag von Massen für die Speicherung einer gegebenen Energie (neunmal weniger als bei der Verwendung von Wasser).

2. Es erfordert (wie das Salzhydratgemisch) keine großräumigen und teueren Wärmeisolationen bei langandauernder Speicherung. Natriumsulfid, das gemäß der Erfindung verwendet wird, ist darüber hinaus eine preiswerte Substanz,

Die erfindungsgemäße Verwendung wird anhand einer in der Zeichnung dargestellten Einrichtung erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockdiagramm einer Einrichtung zum Heizen eines Hauses und zum Erzeugen von warmem Wasser.

Die Einrichtung weist folgende Hauptbestandteile auf:

Einen Speicher 2i mit dem Speichermedium 23a (z. B. Na2S) und eine in dem Speicher angeordnete Rohrleitung 28 mit einem flüssigen Medium zur Aufnahme oder Abgabe von Wärmeenergie (Q\) beim Laden bzw. Entladen (Speichern bzw. Entnehmen von Wärme).

Einen Sonnenkollektor 22 zum Umsetzen von Sonnenstrahlung 30 in Wärmeenergie, die dem Speicher 21 beim Laden zugeführt wird. Das Transportmedium ist eine Flüssigkeit, vorzugsweise jedoch kein Wasser, falls die Flüssigkeit durch die Rohrleitung 28 des Speichers 21 läuft. (Ein Eindringen von Wasser in den Speicher 21 würde eine schnelle Energieerzeugung und eine Erhöhung des Druckes in dem Speieher 21 herbeiführen, wenn energiereiches Salz verwendet wird.)

Einen Wassertank 23, der ein System zur Zuführung der Wärmeenergie (Q2) aufweist, die für die Wasserverdampfung beim Entladen des Speichers 21 erforderlich ist. Der Wassertank 23 ist in der Erde in einer Tiefe versenkt, die nicht mehr im Frostbereich liegt, und mit

einem Wärmeaustauscher 296 verbunden, um Wärmeenergie aus der Erde in einer Wärmeaustauschwindung 29 aufzunehmen.

Dank der Tatsache, daß der Wassertank 23 mittels der Wärmeaustauschwindung 29 wärmemäßig an eine Zone mit im wesentlichen gleichbleibender Temperatur gekoppelt ist, wird erreicht, daß die Temperatur in dem niedrigtemperierten Teil der Einrichtung sowohl beim Speichern als auch beim Entnehmen von Wärmeenergie im wesentlichen konstant bleibt. ι»

Eine Vakuumpumpe 24 für einen Grenzdruck von etwa 0,5 Torr. Die Vakuumpumpe 24 ist mit dem Speicher 21 über eine Leitung 34 mit einem Venti] V₁ und einem Kondensator25 verbunden.

Der Kondensator 25 weist eine Kühlschlange 25b auf,'⁵ die mit dem Wärmeaustauscher 296 sowie mit der Wärmeaustauschwindung 29 verbunden ist.

Ein Manometer 26, das die Vakuumpumpe 24 elektronisch in Betrieb setzt und das Ventil V_x öffnet, wenn der Partialdruck von anderen Gasen als -^ll Wasserdampf in dem Speicher 21 einen vorbestimmten Wert (von einigen Torr) überschreitet.

Radiatoren 27a zum Heizen des Hauses, und Wärmeaustauscher 27b zur Heißwassererzeugung, die die Wärmeenergie Q\ verwenden, die von dem Speicher 21 entnommen wird.

In Fig. 1 sind auch Leitungen 31 und 32 für den Wasserdampf gezeigt, durch die Wasserdampf zu dem Speicher 21 vom Wassertank 23 bzw. vom Speicher 21 zu dem Kondensator 25 führen, und eine Leitung 33 für ^w kondensierten Wasserdampf, durch die das Kondensat von dem Kondensator 25 zu dem Wassertank 23 zugeführt wird, so daß ein erster geschlossener Kreislauf 47 gebildet wird. Die Leitung 31 endet in einem perforierten Rohr 55, mit dessen Hilfe der Dampf in dem Speichermedium 23a verteilt wird.

Ein zweiter Kreislauf 48 wird durch den Sonnenkollektor 22, die Rohrleitung 28 in dem Speicher 21, die Radiatoren 27a und nicht näher bezeichnete Leitungen, die die genannten Komponenten verbinden, gebildet, wobei eine der Leitungen eine Zirkulationspumpe 42 aufweist Eine nicht näher bezeichnete Nebenschlußleitung kann die Radiatoren 27a überbrücken.

Die Einrichtung nach Fig. 1 arbeitet auf folgende Weise:

Beim Laden (Regeneration) des Speichermediums 23a in dem Speicher 21 wird heiße Flüssigkeit von dem Sonnenkollektor 22 durch den Kreislauf 48 geleitet Der Wasserdampf, der in dem Speicher 21 aufgrund der Erwärmung freigesetzt wird, wird durch die Leitungen 31 und 32 dem Kondensator 25 sowie dem Wassertank 23 zugeführt und darin unter dem Einfluß der Kühlschlange 256 und dem Wänr-iaustauscher 29i> kondensiert. Die Flüssigkeit von dem Kondensator 25 fließt nach unten in den Wassertank 23.

Beim Entladen wird heiße Flüssigkeit von dem Speicher 21 zu den Verbrauchereinheiten 27b und 27a durch den Kreislauf 48 geführt. In diesem Prozeß »pumpi« der Speicher 21 Wärmeenergie von dem Wassertank 23, in dem Wasser darin verdampft wird und dem Speicher 21 durch die Leitungen 31 und 32 und 33 zugeführt wird. Wärmeenergie zur Verdampfung des Wassers wird dem Wasser durch den Wärmeaustauscher 29b von der Wärmeaustauschwindung 29 zugeführt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Verwendung einer in kristallwasserfreiem Zustand und in ihren Hydratisierungsstufen auch nach wiederholter Wärmespeicherung und -entnahme bei den bei der Wärmespeicherung auftretenden Temperaturen in kristallinem Zustand in gasdurchlässiger Form verbleibenden Substanz, ζ. B. von NaA als Speichermedium beim Speichern bzw. beim Entnehmen von Wärme mittels einer zwei Kammern aufweisenden Wärmespeichereinrichtung, bei der das in der ersten Kammer angeordnete Speichermedium bei der Wärmespeicherung Wasser abgibt und bei der Wärmeabgabe chemisch Wasser bindet, und bei der die zweite Kammer als mit der ersten Kammer in Verbindung stehender Wasservorratsbehälter ausgebildet ist

erläuterte Wärmespeicherungsverfahren praktisch und wirtschaftlich durchgeführt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Verwendung einer in kristallwasserfreiem Zustand und in ihren Hydratisierungsstufen auch nach wiederholter Wärmespeicherung und -entnahme bei den bei der Wärmespeicherung auftretenden Temperaturen in kristallinem Zustand in gasdurchlässiger Form verbleibenden Substanz, ζ. B. von Na2S, als Speichermeiium.
•o Ausgehend von einem Speichererfordernis für eine Einfamilienvilla von etwa 12 00OkWh oder 0,4 - 10⁵ MJ = 103 · 10⁶ kcal, erfordert diese rein thermische Energiespeicherung folgende Mengen von unterschiedlichen Substanzen: