DE3022583C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Nutzung und
Speicherung von Energie aus der Umwelt unter Verwen
dung eines mittels Sorption einer flüchtigen Komponente
arbeitenden Speichermediums, wie es im Oberbegriff des
Anspruches 1 näher beschrieben ist. Ein solches Verfahren
ist aus Solar Energy, 19 (1977) S. 233-238
für die
Energiespeicherung für Trocknungs- oder Heizsysteme bekannt,
wobei beim Energieladen des Speichermediums, d. h. bei der
Desorption von Wasser hieraus, auch die Exergie von kleine
ren Ungleichgewichtszuständen der Temperatur und/oder der
relativen Feuchte, z. B. Luft mit einer Temperatur von 56°C
und einem Wassergehalt von 0,018 kg/kg Luft, ausgenutzt wird.
In dieser Literaturstelle ist jedoch nichts darüber ausge
sagt, daß beim Energieentladen ein gasförmiges, inertes Träger
medium verwendet werden könnte, das sorbierbare flüchtige
Komponente, d. h. Wasser, in höherer Konzentration als bei
der Desorptionsstufe enthält.
Die Speicherung von solarer Energie ist auch in einem Aufsatz in Solar
Energy 23 (1979), S. 489-495, beschrieben, wobei hier die
Adsorptionswärme von Feuchtigkeit an Zeolith-Molekularsieben
ausgenutzt wird. Als Nachteil ist hier angegeben, daß rela
tiv hohe obere Temperaturen erforderlich sind, um die maxi
male Speicherkapazität des verwendeten Zeolith-Materials aus
zunutzen, beispielsweise 250°C, dennoch wird hier angegeben,
daß eine Speicherung der Energie in Zeolith gegenüber einer
Speicherung in Wasser, Gesteinen oder in Latentwärmespeichern
vorteilhaft sei. Weitere Reaktionssysteme zur Wärmespeicherung
und Wärmetransformation sind in VDI-Berichte Nr. 288 (1977),
S. 111-114 beschrieben. Beispiele für solche Systeme sind:
Systeme unter Verwendung von Ammoniak:
Systeme unter Verwendung von Wasser:
Sorptionsmittel sind z. B. Molekularsiebe wie natür
liche oder synthetische Zeolithe, Kieselerdegel und
CaCl₂
Weitere Systeme verwenden als sorbierbare Komponente
Methanol.
Ganz allgemein entsprechen diese Reaktionen oder Sorptionen
der folgenden Gleichung:
wobei A dem Speichermedium im energiebeladenen Zustand in bezug
auf die Komponente B entspricht, d. h. bei Reaktion mit oder
Sorption der Komponente B wird Wärme freigesetzt.
Eine andere Arbeitsweise zur Nutzung von Energie aus der Umwelt
stellen die sogenannten Wärmepumpensysteme dar. Bei diesen Syste
men wird jedoch z. B. elektrischer Strom oder Wärme hoher Tempe
ratur in Nutzwärme unter Ausnutzung des Wärmepumpenefektes
umgewandelt, so daß im Vergleich zu einer direkten Umwandlung
dieser Energie in Wärme eine "Wärmevermehrung" bis zu einem
Faktor in der Größenordnung von 3 erreicht werden kann.
Die Ausnutzung von Sonnenenergie mittels Solarkollektoren, wie
sie bislang angewandt wird, weist jedoch große Nachteile auf,
da zumindest bei den Breitengraden in Europa eine ausreichend
starke Sonneneinstrahlung nur im Sommer gegeben ist, so daß
eine Speicherung der mit Solarkollektoren aufgefangenen Energie
erforderlich wird. Diese Speicherung stellt jedoch wesentliche
Probleme dar, da entweder nur eine Kurzzeitspeicherung, bei
spielsweise in ausreichend großen Wasserspeichern mit entspre
chend aufwendiger Isolation, möglich ist oder spezielle und da
her technisch aufwendige Solarkollektoren verwendet werden
müssen, wenn eine Langzeitspeicherung, beispielsweise in Zeo
lithspeichern, gewünscht wird, da hier die bereits zuvor
genannten hohen Temperaturen zur vollständigen Regenerierung
des Speichers als erforderlich angesehen wurden. Außerdem
ist eine Regenerierung eines solchen Langzeitspeichers prak
tisch nur in den Sommermonaten mit starker, direkter Sonnen
einstrahlung möglich, so daß der Speicher, falls dieser die
einzige Wärmequelle darstellt, eine Kapazität für die gesam
ten Wintermonate aufweisen muß.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei der Nutzung
von Energie, d. h. dem Abziehen von Exergie aus einem
Speichermedium, die gespeicherte Exergie möglichst voll
ständig auszunutzen.
Zur Lösung dieser Aufgabe dient das Verfahren, wie es im
Kennzeichen des Anspruchs 1 näher beschrieben ist.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Ansprüchen 2
und 3 näher beschrieben.
Der im Anspruch 1 und in der Beschreibung verwendete Ausdruck "Exergie" stammt
aus der Thermodynamik und bedeutet die freie Enthalpie bzw.
technische Arbeitsfähigkeit eines Systems, bezogen auf den
Zustand der herrschenden Umgebung. Bei der "Exergie" handelt
es sich um in andere Energieformen umwandelbare Energien.
Der Ausdruck "Anergie", der ebenfalls aus der Thermodynamik
stammt, bedeutet nicht-umwandelbare Energie, beispielsweise
die kalorische Energie der Umgebung, zur Definition siehe
Lueger, "Lexikon der Technik", Verfahrenstechnik, Band 1,
Seiten 128/129 (1972).
Unter dem in Anspruch 1 und in der Beschreibung verwendeten Ausdruck "Exergie von
kleineren Ungleichgewichtszuständen der Umwelt" sind
solche Zustände zu verstehen, bei denen keine großen Tempera
turdifferenzen vorherrschen, wie beispielsweise Fernwärme,
Abwärme, Verbrennungswärme, Gärungs- und Fermentationswärme,
deren Temperaturniveau relativ niedrig liegen kann, z. B.
unterhalb von 100°C und sogar auch unterhalb von 50°C oder 40°C. Die
Verfügung dieser genannten Wärmequellen braucht wegen der
zeitlich dehnbaren und zeitlich beliebig unterbrechbaren
Akkumulation von Energie im Speichermedium nicht auf einen
möglichen zeitlichen Spitzenbedarf an Wärme ausgelegt zu wer
den, sondern auf den Jahresmittelwert an Wärmebedarf. So
läßt sich bespielsweise mit kleinen solaren Einstrahlungen,
wie sie im Winter, während Schlechtwetterperioden oder früh
am Morgen oder spät am Abend anfallen, über Solarkollektoren
die Speicheraufladung weiter betreiben, obwohl im Solarkollek
tor nur Wärme bei einem so tiefen Temperaturniveau anfällt,
das für direkte Wärmeversorgung bislang nicht verwendbar
gewesen wäre. Diese Eigenschaft, daß Wärme mit einer Tempera
tur unterhalb der Temperatur eingesetzt wird, bei der beim Ab
ziehen der Exergie für die Umwandlung in Wärme aus dem Speicher
medium nutzbar wird, wobei hier der an sich bekannte chemische
Wärmepumpeneffekt ausgenutzt wird, gibt den weiteren Vorteil,
daß eine Verkleinerung des Volumens von Jahreslangzeitspeichern
für solare Energie, die beispielsweise für Heizungszwecke ein
gesetzt werden, möglich wird.
Der große Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt
darin, daß nach Abführung von Nutzwärme Restexergie ausgenutzt wird,
wodurch eine ganz erhebliche Mehrnutzung der aus der Umwelt
oder Umgebung entnommenen Energie möglich wird, so daß u. a. das
Volumen an Speichermedium wesentlich verringert werden kann,
da entladenes Speichermedium während des Abziehens von Exergie
gleichzeitig wieder aufgeladen wird und dann wieder zum Ab
ziehen von Exergie zur Verfügung steht.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird besonders vorteilhaft im
Kolonnenbetrieb und bei Verwendung eines festen Speichermediums
auch chargenweise durchgeführt, da dann der Wirkungsgrad beson
ders gut ist und es außerdem möglich wird, die zum Betrieb des
Verfahrens erforderliche Fremdenergie zum Umpumpen des inerten,
gasförmigen Trägermediums geringer zu halten. Bei
Verwendung eines festen Speichermediums sollte die Höhe einer
Kolonne zur Minimierung der beim Transport des Trägermediums
auftretenden Druckverluste auf Werten zwischen 0,5 und 2 m und
insbesondere von 0,75 bis 1,5 m liegen. Ganz allgemein kann
jedoch gesagt werden, daß diese Fremdenergie oder parasitäre
Energie für den Transport des Trägermediums und ebenso die
Fremdenergie zum Umpumpen eines flüssigen Arbeitsmediums und
auch Speichermediums im Vergleich zu der speicherbaren Energie
gering ist und nur in der Größenordnung von wenigen Prozenten
dieser speicherbaren Energie beträgt.
Besonders voreilhaft ist es, wenn als sorbierbarer Stoff Was
ser verwendet wird, da dieses unbegrenzt zur Verfügung steht
und das Verfahren somit gegen die Atmosphäre offen betrieben
werden kann. Bei Verwendung von anderen sorbierbaren Stoffen
wie Ammoniak oder Methanol ist es natürlich erforderlich, das
erfindgungsgemäße Verfahren in einem gegen die Atmosphäre
geschlossenen Kreislaufsystem durchzuführen, dies erfordert
jedoch nur die zusätzliche Anbringung von entsprechenden Wärme
tauschern.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung und der folgenden
Beschreibung näher erläutert, wobei hier einige experimentell
erzielte Ergebnisse angegeben sind. In der Zeichnung sind:
Fig. 1 ein Fließschema, worin das Speichermedium in zwei
verschiedenen Zuständen dargestellt ist;
Fig. 2 ein Fließschema der Ausführungsform des erfindungs
gemäßen Verfahrens, welches die Nutzwärmegewinnung
im geschlossenen und im offenen Kreis
lauf näher erläutert;
Fig. 3 ein Fließschema für eine nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren arbeitende Anlage zur Beheizung von Gebäu
den.
Die Verfahrensweise der Exergiebeladung des Speichermediums
wird im folgenden näher erläutert, wobei hier ein Zeolith-
Wasser-System verwendet wird. In dem in der Fig. 1 dargestell
ten Speichermedium I befindet sich mit Wasserdampf beladener,
d. h. energetisch entladener Zeolith. Durch diese Kolonne wird
von unten möglichst trockene Umgebungsluft mit der relativen
Feuchte μ u und der Temperatur T u durchgeschickt. Die Kolonne I
dient zugleich als Vorratsbehälter.
Wie bereits zuvor beschrieben, wird selbst bei der Umgebungs
temperatur, auf welcher sich das Speichermedium I befindet,
beispielsweise bei 20°C, Wasserdampf aus dem Zeolith desor
biert und mit dem Luftstrom abgeführt. Die Desorptionswärme
wird bei adiabatischer Prozeßführung, d. h. isolierter Kolonne
I, dem Gasstrom entnommen oder muß bei isothermer Prozeßfüh
rung der Kolonne I fortwährend als Umgebungswärme (Anergie)
zugeführt werden. Es stellt sich schließlich ein Gleichgewicht
zwischen der Wasserbeladung n des Zeoliths und dem Wasserdampf
partialdruck p w des von außen zugeführten Luftstroms ein.
n wird um so kleiner, je kleiner p w und je höher die Umgebungs
temperatur T u ist, wobei der quantitative Zusammenhang von
der verwendeten Zeolithsorte abhängt. Als Beispiel für einen
Zeolith vom X-Typ sei angeführt, daß bei T u = 25°C eine
Verminderung der Wasserbeladung um 27% erreicht wird, d. h.
von 0,29 g Wasser/g Zeolith bei μ = 100% auf 0,21 g Wasser/g Zeolith bei m u = 10%. Solche trockene Umgebungsluft steht
jedoch bei besonderen Wetterlagen und in bestimmten, ariden
Zonen zur Verfügung.
Wegen des Verlaufs der integralen Adsorptionswärme dieses Zeo
lithtyps entspricht dies einer energetischen Aufladung von
21% der Gesamtspeicherkapazität.
Im Anschluß an das "Trocknen" des Speichermediums I in der
Kolonne I liegt dieses als Speichermedium II in der Kolonne II,
wie rechts in Fig. 1 dargestellt, vor. Beim Durchleiten von
Umgebungsluft mit 100% relativer Feuchtigkeit wird die in dem
Speichermedium II gespeicherte Energie über die Kondensations-
und Adsorptionswärme von Wasserdampf an Zeolith als Temperatur
erhöhung der Luft von T u und T o nutzbar. Die 100% feuchte Luft
läßt sich in bekannter Weise durch Befeuchten von Umgebungsluft
darstellen, beispielsweise durch einfaches Leiten von Luft
durch oder über Wasser, wobei die erforderliche Verdunstungswärme
des Wassers aus der Umgebung bei der Temperatur T u,
d. h. als Anergie, aufgenommen wird.
Selbstverständlich ist es auch noch möglich, der dem Speichermedium
zugeführten Umgebungsluft mit einem Feuchtigkeitsdefizit
noch zusätzlich Wärme mit geringem Temperaturniveau, z. B. aus
einem Solarkollektor oder im Wärmetausch aus verbrauchtem Warmwasser
aus Haushalten oder sonstigen Quellen zuzuführen, wodurch
der Wirkungsgrad der energetischen Aufladung des Speichers noch
erhöht werden kann.
Der Aufwand an Fremdenergie zur Umwälzung des Trägermediums
Luft in bezug auf die dabei erreichte, energetische Speicherladung
fällt um so kleiner aus, je geringer die relative Feuchte
µ u der Eingangsluft und je höher die Temperatur T u sind. Zur
Verringerung von Wärmeverlusten und Verlusten aus Strömungswiderständen
wird, wie zuvor beschrieben, vorteilhafterweise
ein festes Speichermedium in Form einer Vielzahl von Kolonnen
eingesetzt, die keine all zu große Füllhöhe aufweisen, so daß
keine zu großen Druckverluste auftreten, wobei diese Kolonnen
zeitlich nacheinander zur Ladung oder Entladung benutzt werden.
Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren
näher erläutert. Für die Erzeugung von Nutzwärme mittels der
im Speichermedium akkumulierten Exergie lassen sich entweder
ein geschlossener oder insbesondere bei Verwendung hygroskopischer
Speichermedien ein offener Kreislauf des Trägermediums
anwenden. Die Verfahrensweisen werden beispielhaft anhand der
Fig. 2 dargestellt.
Bei A wird Umgebungsluft mit 100% relativer Feuchte, wie
sie bekanntlich durch Befeuchtung und Aufnahme von Verdunstungswärme
aus der Umwelt bei Umgebungstemperatur hergestellt werden
kann (Nutzung der Anergie), in die Kolonne I eingeführt, die
trockene, d. h. energetisch aufgeladenes, hygroskopisches
Speichermedium und insbesondere Zeolith oder Schwefelsäure
enthält. Der Wasserdampf wird in einer praktisch scharfen
Front absorbiert, die bei fortwährender Luftzufuhr durch die
Speicherkolonne von unten nach oben fortschreitet, wobei es
sich hier bei Verwendung eines festen Speichermediums wieder
um einen quasi-Gegenstrombetrieb handelt oder bei Verwendung
eines flüssigen, hygroskopischen Trägermediums wie Schwefelsäure
durch Umpumpen stationär gehalten werden kann, wobei es
sich hier um ein Gegenstromprinzip in flüssig-gasförmigen
Systemen handelt. Wenn bei einem festen Speichermedium die
Adsorptionsfront das obere Ende der Kolonne I erreicht hat und
damit die Exergie aus der Kolonne I völlig abgezogen worden
ist, wird der Luftstrom auf eine nächste, exergetisch geladene
Kolonne umgeschaltet usw.
Die abfließende Luft hat eine zu ihrer Eintrittstemperatur
T A erhöhte Temperatur T f, weil die gesamte Kondensations- und
Adsorptionswärme ihres ursprünglichen Wasserdampfgehalts von
ihr fortgeführt werden muß. Nutzwärme N wird im anschließenden
Wärmetauscher, beispielsweise für Heizzwecke, abgeführt, wobei
sich der Luftstrom T f auf T N abkühlt. T N ist hierbei die
tiefste Temperatur, bei der Nutzwärme verwendet werden kann,
bei Anwendungen für Heizungszwecke liegt dieser Wert beispielsweise
bei 30°C. Der verbleibende Luftstrom hat in
bezug auf die Eintrittstemperatur T A, die meistens der (kalten)
Umgebungstemperatur entsprechen wird, noch restliche Wärmeenergie,
die bei Führung über die Leitung B in einem Wärmetauscher
zurückgewonnen werden kann. Dadurch steigt die Eintritts
temperatur T i der Eingangsluft für die Kolonne I an, was die
Folge hat, daß auch T f ansteigt. Auf das frei wählbare Temperaturniveau
T N der Nutzwärme wird durch diese Verfahrensführung
die positive Temperaturdifferenz T f-T i beaufschlagt,
abgesehen von Temperaturverlusten im unteren Wärmetauscher.
Beispielsweise wurde bei einem Versuch unter Verwendung von
Zeolith als Speichermedium mit T A = 10°C und T N = 30°C ein
Wert für T f = 65°C gefunden, bei einer Anfangstemperatur
T A = 0°C mit T N = 30°C wurde T f = 47°C und T A = -5°C mit
T N = 30°C wurde T f = 41°C erhalten.
Die bei dieser Verfahrensführung über die Leitung B erhaltene
Abluft ist nach dem Austritt aus dem unteren Wärmetauscher
trocken und enthält somit noch Exergie in bezug auf die Sorption
von Wasserdampf an hygroskopischen Speichermedien. Diese
restliche Exergie des Trägermediums läßt sich wieder akkumulieren,
indem sie z. B. durch eine mit Wasserdampf bereits beladene,
d. h. energetisch bereits entladene Kolonne II mit Speichermedium
geführt wird. Die aus dieser Kolonne abströmende Luft
trägt dann Wasserdampf mit sich, wodurch in der Kolonne II
Exergie akkumuliert wird. Beispielsweise wurde bei einer thermisch
isolierten Kolonne mit Zeolith als Speichermedium gefunden,
daß für eine Eintrittstemperatur von 10°C der trockenen
Luft aus dem unteren Wärmetauscher in die Kolonne II die Temperatur
der die Kolonne II verlassenden Luft nahe 0°C lag und
daß diese Luft einen Wasserdampfpartialdruck p II von etwa
5 mbar besaß.
Bei dieser Prozeßführung wird daher bei der gleichen Nutzwärmeproduktion
eine im Mittel verringerte Wasserbeladung des
hygroskopischen Speichermediums um das Verhältnis
f=(p I-p II)/p I
erreicht, wobei p I der Wasserdampfpartialdruck der Eingangsluft
bei A bedeutet. Bei p I=12,3 mbar, d. h. dem Sättigungsdampfdruck
für Wasser bei 10°C, und einem Wert von p II=5 mbar ergibt
sich der Wert f = 0,6, dies entspricht einer effektiven
Speicherkapazitätserhöhung um den Faktor 1,67.
Dies bedeutet für die gegebenen Zahlenwerte, daß auf 1 Volumen
bei der Exergieentladung verbrauchtem Speicher 0,6 Volumenteile
anderes Speichermedium wieder mit Exergie beladen werden, d. h.
im Zyklus zusätzlich zur Verfügung stehen.
Bei einem isothermen Betrieb der Kolonne II lassen sich noch
größere Faktoren der Speicherkapazitätserhöhung erreichen.
Über C-D ist in der Fig. 2 ein alternativer, geschlossener
Kreislauf des Trägermediums dargestellt. Nutzwärme N wird dabei
ausschließlich aus der im Medium der Kolonne I gespeicherten
Energie gewonnen. Der Vorteil des offenen Kreislaufs, wie
er über den Weg A-B in Fig. 2 dargestellt ist, liegt darin, daß
mit dem Wasserdampf, der mit der Eingangsluft in die Kolonne I
eintritt, dessen hohe latente Verdampfungswärme, die von der
Umwelt ausgebracht wurde, zusätzlich als Nutzwärme gewonnen
wird, d. h. daß ein chemischer Wärmepumpeneffekt ausgenutzt
wird.
Für einen Zeolith des X-Typs sind die gewinnbaren Nutzwärmen
pro l Zeolith-Speichermedium wie folgt:
- 1. bei intern geschlossenem Kreislauf C-D nach Fig. 2: Q N = 0,12 kWh/Liter Zeolith
- 2. bei Verwendung von feuchter Eingangsluft im offenen Kreislauf nach A-B gemäß Fig. 2: Q N = 0,26 kWh/Liter Zeolith
- 3. bei Prozeßführung über den Weg A-B wie im Falle 2., jedoch mit der Nutzung der restlichen Exergie der trockenen Abluft bei adiabatischer Kolonne II Q N = 0,42 kWh/Liter Zeolith.
Bei den zuvor beschriebenen, im Labormaßstab durchgeführten
Versuchen wurden Kolonnen mit einem inerten Durchmesser von 3,0 cm
für das Speichermedium mit einer Zeolithfüllung von 1 m Höhe
verwendet. Bei Einsatz von
Schwefelsäure als Speichermedium wurde
in Kolonnen von 3,0 cm innerem Durchmesser, welche mit Raschigringen
als Füllkörper gefüllt waren, gearbeitet.
In der Fig. 3 ist schematisch der Aufbau und die Schaltung einer
Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt,
wobei die Nutzwärme für Heizungszwecke verwendet werden kann.
Bei "EIN" wird möglichst trockene Umgebungsluft zu der Anlage
zugeführt.
"ST" stellt den Ventilator für die Umwälzung des Trägermediums
d. h. der Luft dar. D ist ein Wasserbefeuchter zur Wasserdampf
sättigung.
W₁ entspricht dem unteren Wärmetauscher von Fig. 2, I, II
und III sind Zeolithspeicherkolonnen, 1 und 2 sind Kolonnen,
ebenfalls mit Zeolith
gefüllt, S ist ein Sonnenkollektor und W₂ ist der Wärmetauscher
für das Abziehen der Nutzenergie. Das Wesen dieser
Anlage mit mehreren Zeolithspeichern liegt darin, daß durch
entsprechende Schaltung der Dreiwegeventile ein Speicher,
beispielsweise die Kolonne I als Wärme liefernder Speicher
betrieben werden kann, daß in der Kolonne II die in der aus
der Kolonne I austretenden Luft vorhandene Exergie noch weiter
ausgenutzt wird und daß die Kolonne III bei entsprechender
Sonneneinstrahlung
energetisch beladen
wird.
Als Werte für die Bemessung eines nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren arbeitenden Systems sei noch angegeben, daß in
Europa die solare Einstrahlung um dein 50. Breitengrad rund
1100 kWh m-2 a-1 beträgt. Das Verhältnis der mittleren Einstrahlung
im Juli und im Januar beträgt rund 8 : 1. Ein Standard-
Einfamilienhaus mit Vollwärmeschutz benötigt rund 25 000 kWh
a-1, wozu eine Kollektorfläche von rund 75 m² erforderlich wäre.
Ein Warmwasser-Jahresspeicher hätte eine irreale Größe von
rund 400 m³ bei einer angenommenen Jahres-Zyklenzahl von 1,5.
Das (praktische) Heizöläquivalent für einen solchen Speicher
wäre rund 3 m³ a-1. Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
unter Verwendung eines mit Zeolith arbeitenden Speichers
ergeben sich aus der zuvor genannten Betriebsweise A-B nach
Fig. 2 unter Nutzung der Restexergie der trockenen Abluft eine
Speicherkapazität von 20 m³ bei einer Jahres-Zyklenzahl von
1,5. Geht man davon aus, daß durch die Nutzung solarer Strahlung
in den Übergangsmonaten vor und nach dem Winter und im
Winter selbst eine Zyklenzahl von über 2 realisierbar ist, würde
sich die Speichergröße auf 15 m³ Zeolith reduzieren. Eine solche
Zeolithmenge würde natürlich vorteilhafterweise in eine größere
Anzahl von Speicherkolonnen aufgeteilt, beispielsweise bis zu
20 Speicherkolonnen. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird
es daher möglich, auch Sorptionsmaterialien wie Zeolithe zur
Heizung von Einfamilienhäusern einzusetzen, da einerseits
Niedertemperaturquellen für die Aufladung des Zeolithspeichers
verwendet werden können und andererseits bei der Entladung des
Zeolithspeichers durch die Nutzung der restlichen Exergie eine
um etwa 70% höhere Energieausbeute in Form von Wärme möglich
wird.
Claims (3)
1. Verfahren zur Nutzung und Speicherung von Energie
aus der Umwelt unter Verwendung eines mittels Sorption
einer flüchtigen Komponente arbeitenden Speichermediums,
in welchem beim Energieladen Exergie über ein gasförmiges
inertes Trägermedium für diese Exergie in dem Speichermedium
zu hoher Dichte akkumuliert wird und die gespeicherte
Exergie bei Bedarf beim Entladen mittels eines ebenfalls
gasförmigen, inerten Trägermediums aus dem Speicher für die
Umwandlung in Wärme oder Kälte von gewünschtem Niveau
abgezogen wird, wobei beim Energieladen die Exergie von
kleineren Ungleichgewichtszuständen der Umwelt in Form von
Temperaturen unter 100°C und/oder der relativen Feuchte
von 55% akkumuliert wird,
dadurch gekennzeichnet, daß
die in dem beim Energieentladen abgezogenen, gasförmigen,
inerten Trägermedium nach Abführung von Nutzwärme enthaltende
Restexergie durch Durchleiten des aus dem Speichermedium austretenden,
von sorbierbarer, flüchtiger Komponente befreiten,
inerten Trägermediums durch mit sorbierbarer, flüchtiger
Komponente beladenes Speichermedium zur Desorption der
Komponente in dem Speichermedium akkumuliert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
als Speichermedium eine hygroskopische Substanz, als
sorbierbare, flüchtige Komponente Wasser und als Trägermedium
Luft verwendet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
als Speichermedium ein Zeolith verwendet wird.
Priority Applications (17)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19803022583 DE3022583A1 (de) | 1980-06-16 | 1980-06-16 | Verfahren zur nutzung und speicherung von energie aus der umwelt |
IT22041/81A IT1137496B (it) | 1980-06-16 | 1981-05-29 | Procedimento per l'utilizzazione e l'accumulo di energia ricavata dall'ambiente |
CH3696/81A CH651915A5 (de) | 1980-06-16 | 1981-06-05 | Verfahren zur nutzung und speicherung von energie aus der umwelt. |
SU813297950A SU1200858A3 (ru) | 1980-06-16 | 1981-06-10 | Способ производтства и аккумулировани тепловой энергии |
US06/272,525 US4484617A (en) | 1980-06-16 | 1981-06-11 | Method of using and storing energy from the environment |
SE8103710A SE462686B (sv) | 1980-06-16 | 1981-06-12 | Foerfarande foer anvaendning och magasinering av energi fraan omgivningen |
IL63095A IL63095A (en) | 1980-06-16 | 1981-06-14 | Process for utilization and storage of energy from the environment |
CA000379728A CA1162451A (en) | 1980-06-16 | 1981-06-15 | Method for utilizing and storing environmental energy |
GB8118287A GB2083200B (en) | 1980-06-16 | 1981-06-15 | Method of storing and using energy from the environment |
ZA814021A ZA814021B (en) | 1980-06-16 | 1981-06-15 | A method of utilizing the storing energy from the environment |
BE0/205095A BE889221A (fr) | 1980-06-16 | 1981-06-15 | Procede en vue d'utiliser et d'accumuler l'energie de l'environnement |
ES503071A ES503071A0 (es) | 1980-06-16 | 1981-06-15 | Metodo para la acumulacion deenergia procedente del medio ambiente. |
JP56090983A JPS5762395A (en) | 1980-06-16 | 1981-06-15 | Method of utilizing as well as accumulating energy from environment |
FR8111755A FR2484618B1 (fr) | 1980-06-16 | 1981-06-15 | Procede pour l'utilisation et l'accumulation de l'energie provenant de l'environnement |
AT0265981A AT394200B (de) | 1980-06-16 | 1981-06-15 | Verfahren zur nutzung und/oder speicherung von energie aus der umwelt |
NL8102905A NL8102905A (nl) | 1980-06-16 | 1981-06-16 | Werkwijze voor het gebruiken en opslaan van energie uit de omgeving. |
GB08413674A GB2140152B (en) | 1980-06-16 | 1984-05-29 | Method of storing and using energy from the environment |
Applications Claiming Priority (1)
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US5817167A (en) * | 1996-08-21 | 1998-10-06 | Des Champs Laboratories Incorporated | Desiccant based dehumidifier |
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GB2444949B (en) * | 2006-12-20 | 2010-03-10 | Ari Antero Minkkinen | Apparatus and method for energy recovery |
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GB1202787A (en) * | 1967-11-29 | 1970-08-19 | Union Carbide Corp | Gas dehydration |
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US3894528A (en) * | 1974-06-25 | 1975-07-15 | Broyles & Broyles Inc | Solar energy collection method and apparatus |
GB1503850A (en) * | 1975-08-19 | 1978-03-15 | Us Energy | Method and apparatus for thermal energy storage |
DE2732320A1 (de) * | 1976-07-19 | 1978-01-26 | Gen Electric | Verfahren und vorrichtung fuer den waermeaustausch zur thermischen energiespeicherung |
DE2705145A1 (de) * | 1977-02-08 | 1978-08-10 | Daimler Benz Ag | Verfahren zur rueckgewinnung von verbrennungsabwaerme |
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GB1587725A (en) * | 1977-09-02 | 1981-04-08 | Highgate D J | Thermal storage |
US4272268A (en) * | 1977-10-17 | 1981-06-09 | Leonard Greiner | Chemical heat pump |
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US4291755A (en) * | 1978-10-10 | 1981-09-29 | Sun Power Systems Inc. | Method and apparatus for accumulating, storing and releasing thermal energy |
CH639477A5 (de) * | 1979-04-18 | 1983-11-15 | Sulzer Ag | Verfahren zum waermeaustausch in einem latentwaermespeicher sowie vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens. |
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