DE3034608A1

DE3034608A1 - Verfahren zum transport von waermeenergie und speicher zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE3034608A1
Application number: DE19803034608
Authority: DE
Inventors: Helmut Dr.-Ing. 7261 Gechingen Wiedmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-09-13
Filing date: 1980-09-13
Publication date: 1982-04-29
Also published as: IT8168193A0

Description

Verfahren zum Transport von Wärmeenergie und
Speicher zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Transport Von Wärmeenergie durch Latentwärme von einer Wärmequelle zu einem Warmeverbraucher mittels eines wärmeenergiespeichern den Stoffs. Bei bekannten Heizungsanlagen wird als Wärmetrager meist Dampf oder Warmwasser verwendet, die durch Rohrleitungen zum Wärmeverbraucher gelangen, beispielsweise zur Heizungsanlage eines Wohngebäudes und/oder eines Industrieberiebes. Bei der Abkühlung gibt beispielsweise der Wasserdampf seine Verdampfungswärme ab. Derartige Heizungsanlagen, die durch Kraftwerke gespeist werden, sind nur innerhalb eines relativ kleinen Entfernungsbereichs wirtschaftlich.
Der Transport von hochgespanntem Dampf oder Warmwasser über große Entfernungen ist insbesondere wegen der notwendigen Rohrleitungsisolierung sehr beschränkt.
Für die Gebäudeheizung ist es bereits bekannt, Latentwärmespeicher zu verwenden, bei denen die Energie als Schmelzwärme gespeichert wird. Solche Speicher sind beim Gebäude ortsfest angebracht und werden beispielsweise durch Sonnenenergie beladen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Entfernung zwischen der Wärmequelle und dem Wärmeverbraucher gegeniber bekannten Anlagen vergrößert werden kann. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß reversible Schmelzwärmeträger durch Behälter und/oder Rohrleitungen von der Wärmequelle zum Verbraucher und umgekehrt befördert werden.
Bei einer bevorzugten Ausfiihrungsform ist vorgesehen, dfLLt Stoffe verwendet werden, die in dem zwischen der Wärmequii und dem Wärmeverbraucher bestehenden Temperaturintervall Schmelzpunkte haben, daß die Stoffe bei der Warmequelle bizum Überschreiten des SchmeAzpunktes erwärmt werden und anschließend in einem Behälter, der mindestens einen Wärme rauscher enthält, zum Wärmeverbraucher transportiert wi-r,i, dort bis zum Unterschreiten des Schmelzpunkts seine Schmelzwärme abgibt und im gleichen Speicher zur Wärmequelle zurücktransportiert wird.
Der im Behälter enthaltene Wärmetauscher kann sowohl zur Zufuhr von Wärmeenergie zum im Behälter enthaltenen Stoff, also zum Schmelzen des Stoffs, dienen, als auch zur Entnahme der Wärmeenergie beim Wärmeverbraucher. Der Stoff wird also im flüssigen Zustand zum Wärmeverbraucher transportiert, bei der Phasenumwandlung wird die latente Schmelzwärme an den Wärmeverbraucher abgegeben. Im normalen Betrieb wird der einmal eingefüllte Stoff nicht mehr aus dem Behälter entfernt. Vorzugsweise steht der Inhalt der Behälter ledigli.
unter dem normalen Atmosphärendruck oder einem kaum abweichenden Druck,so daß sich besondere Maßnahmen hinsichtlich der Druckfestigkeit des Behälters erübrigen.
Der Vorteil der Erfindung liegt darin, daß bei Verwendung von Stoffen mit hoher Schmelzwärme relativ große Wärmemengen über mittlere bis große Entfernungen transportiert werden können. Vorteilhaft sind die Behälter, wie bei einem Ausfüh--rungsbeispiel der Erfindung vorgesehen, mit den genormten Außenabmessungen von Containern hergestellt. Diese Speicher, insbesondere Container, können ohne Schwierigkeiten mit dem Schiff, der Eisenbahn oder mit Lastkraftwagen oder in der Luft befördert und zwischen den einzelnen Transportmitteln umgeladen werden. Diese Energietransportmöglichkeiten lassen sich zwischen nahezu beliebigen Orten schnell durchfbhreri Die mobilen Behälter können übliche Container oder z. B.
auch in Containern oder ohne Container transportierte Wri. n~-speicher sein. Die Wärmespeicher sind reversibel und ein in sich geschlossenes und über den Wärmetauscher Wärme abgebendes oder aufnehmendes System. Wo es wirtschaftlich 3innvoll ist, kann der Transport des Wärmeträgers auch durch Rohrleitungen erfolgen.
Das Beladen des Behälters, also die Speicherung von Wärme energie, kann mit Hilfe von üblichen Sonnenkollektoren durch einen Warmwasserkreislauf erfolgen, das Aufladen ist aber auch durch Wüstensand oder sonstige Erdwärme möglich. Die Erfindung eignet sich somit gut zum Transport von Wärmeenergie aus Gebieten niedriger geographischer Breite in höhere Breiten niedriger Klimazone, beispielsweise aus dem Mittelmeergebiet nach Mitteleuropa. Zum Beladen der Behälter, die auch als Wärmeakkumulatoren bezeichnet werden können, kann mit Vorteil aber auch die Abwärme von Kraftwerken für die Erzeugung von elektrischem Strom verwendet werden, so daß die Erfindung auch innerhalb eines räumlich kleinen Bereichs erfolgreich angewendet werden kann.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist der Stoff, worunter auch ein Stoffgemisch verstanden werden soll, se, gewählt, daß der Schmelzpunkt im human-klimatischen Bereich zwischen 10Celsius und 400 Celsius liegt. Der Vorteil liegt hierbei darin, daß die Umgebungstemperatur in warmen Länder oder die Temperatur, mit der die Abwärme von Kraftwerken zur Verfügung steht, in diesem Temperaturbereich liegt oder zumindest nicht allzu stark von diesem abweicht, so daß das Einspeichern von Wärmeenergie in den den Stoff enthaltenden Behälter auf technisch sehr einfache Weiße möglich ist, wobei dann, wenn das Temperaturnieveau der zur Verfügun stehenden Wärmeenergie zu niedrig ist, die erforderliche Anhebung der Temperatur mit einfachsten Mitteln, beispi e i weise mittels Sonnenkollektoren, möglich ist. Auch bei der Wärmeabgabe beim Wärmeverbraucher ist dieser Temperaturb'-reich günstig, weil er in der Nähe des für Heizzwecke fiir Wohngebäude oder sonstige Arbeitsräume günstigen Bereichs liegt, und auch eine Anhebung der Temperatur mittels Wärmepumpen , beispielsweise dann, wenn eine Zentralheizung betrieben werden soll, ohne Schwierigkeiten möglich ist.
Vorzugsweise wird für die Wärmespeicherung der Übergang fest-flüssig verwendet. Die Erfindung soll jedoch auch solche Ausführungsformen des Verfahrens mit umfassen, bei denen der Übergang einer festen zu einer Flüssigkristall-Phase oder einer Flüssigkristall-Phase zur flüssigen Phase verwendet wird. Dabei kann der Wärmetr#ger in der Form eines Kristallbreies oder in einem flüssigkristallinen Zustand sich befinden.
Als Schmelzwärmeträger sind besonders anorganische und/oder organische Salze gemäß einer Ausfühungsform der Erfindung vorgesehen, die sich durch eine hohe Schmelzwärme auszeichnen.
Bei einer Ausfahrungsform der Erfindung enthalt der w,rmc,-speichernde Stoff Glaubersalz, und zwar besteht er bei einer Ausführungsform ausschließlich aus Glaubersalz (Na2SO4.1OH2O). Dieses hat bekanntlich einen Phasenumwandlungspunkt bei etwa 32 Celsius, bei dem es bei W,armeælifuhr schmilzt. Die für die Umwandlung zuzuführende Wärmemenge beträgt bei Glaubersalz etwa 69 kJ/kg oder (bei einer Dichte des Glaubersalzes von 1,464) etwa 87 kWh/m ; dieser zuletzt genannte Wert liegt etwa 7 % niedriger als fiir Ii: bei 0 Celsius.
Wenn eine niedrigere Temperatur des Umwandlungspunkte oder Schmezpunkts gewünscht wird, kann dies durch Zusatz geei;r neter Verbindungen, insbesonere Halogeniden, z. B. Kochsalz, erfolgen. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung enthält daher der Stoff Glaubersalz und Kochsalz, insbesondere iri einem Molverhältnis 1:1. Der Schmelzpunkt liegt hierbei tlr i 17,9 Celsius. Auch andere Halogenide können zusätzlich verwendet werden.
Ein niedrig liegender Schmelzpunkt, vorzugsweise in dem obengenannten Temperaturintervall von 10 Celsius bis 40 Celsius, der also von der Umgebungstemperatur nicht allt sehr abweicht, hat noch den Vorteil, daß die zum Transport verwendeten Behälter oder Container mit einer relativ einfachen Wärmeisolierung auskommen, oder daß in besonderen Fallen auf eine Wärmeisolierung sogar verzichtet werden kann.
Die Erfindung betrifft auch einen Container zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Erfindungsgema'ß enthä der Container, der vorzugsweise in den für Container genorm ten Abmessungen hergestellt ist, den die Latentwarme spei chernden Stoff, und in den Container ist mindestens ein Wärmetauscher eingebaut, dessen Anschlüsse augen zugängl sind. Der Wärmetauscher ist im einfachsten Fall eine Rohe chlange, vorteilhaft kann er jedoch in Form von Platten Wärmeaustauscher ausgebildet sein.
Ein derartiger Container kann unmittelbar mit den unterschiedlichsten Transportmitteln transportiert werden.
kann an der Wärmequelle einfach beispielsweise an eine Warmwasser liefernde Anschlußleitung, die beispielswiese durch Sonnenkollektoren gespeit wird, angeschlossen werden, und nach dem Transport.zum Wärmeverbraucher kann der Container oder Speicher einfach an die Heizungsanlage der Verbrauchers angeschlossen werden. Der Wärmetauscher Wenn vorteilhaft am Deckel des Container hängend angeordnet sein, so daß er beim Abnehmen des Deckels, beispielsweise für Reparaturzwecke, sofort zugänglich ist. Bei einer Ausführungsforin der Erfindung weist der Container eine innenliegende Wärmeisolierung auf. Dadurch werden die äußerer Abmessungen des Containers, die genormt sind, nicht durch die Dicke der Isolierschicht beeinflußt.
Bei einer Ausfahrungsform einer erfindungsgemäßen Anlage zur Durchfiihrung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist zur Wärme--versorgung mehrerer räumlich getrennter Wärmeverbraucher, beispielsweise von Häusern, innerhalb einer Siedlung, eine zentrale Anschlußstation vorgesehen, an die ein oder mehrere der genannten Container angeschlossen werden können, um die einzelnen Wärmeverbraucher mit Wärmeenergie zu versorgen.
Hierzu enthält die zentrale Station die zur Entnahme der Wärme aus dem in den Containern enthaltenen Stoff erforderlichen Einrichtungen, beispielsweise auch die mehrfach erwähnten Wärmepumpen, um durch diese Wasser auf ein höheres Temperaturniveau zu erwärmen. Dieses erwärmte Wasser kann durch Rohrleitungen den einzelnen Heizungsanlagen de Verbraucher zugefiihrt werden. Der Transport üblicher großer Container läßt sich zu einer derartigen zentralen Station kostensparender bewerkstelligen, als der Transport eirr Vielzahl kleiner Container zu den einzelnen Wärmeverbrauchern. Auch ist der Energieverlust durch Abkühlung bei einem großen Container prozentual kleiner als bei einem kleineren Container mit seiner im Verhältnis zum Volumen größeren Oberfläche.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles beschrieben und erläutert. Die einzige Figur zeigt einen schematischen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Container.
Das System gemäß dem Ausführungsbeispiel macht von einem Container 1 Gebrauch, der mit geeignet ausgebildeten Lastkraftwagen, der Eisenbahn, zu Wasser oder in der Ijit't tr:iri: portiert werden kann und die üblichen Containerabmessungen besitzt; in diesen Gontainern sind in der Zeichnung angedeutete Wärmetauscher 2 eingebaut, die amDeckel3 des Containi 1 hängend angeordnet sind. Die Container sind mit einem wärmespeichernden Stoff 4, im Ausführungsbeispiel mit Glaubersalz gefüllt. Die Außenwand 5, der Boden 6 und der Deckel 3 des Containers 1 bestehen in bekannter Weise aus Stahlblech. An der Innenseite weist der Container eine Wärmei ;,;-lierung 8 auf. Die Anschlüsse 9 des Wärmetauschers sind am Deckel 3 von außen her zugänglich, so daß dort Rohrleitungen angeschlossen werden können. Der Container enthält noch einen Einfüllstutzen 10 und ein bis in die Nähe seines Bodens ragendes Tauchrohr 11 zur Entnahme des Wärmeträgers.
Diese Anschlüsse können auch zur Temperaturmessung dienen oder zum Einführen von Impfkristallen, wenn die Phasenum-Wandlung, also die Kristallisation beschleunigt werden soll.
Solche Gontainer werden in ein Gebiet hoher Sonneneistrahlung transportiert, beispielsweise nacli Nordsfrika, wo der Inhalt mit Hilfe von Sonnenkollektoren, z.B. mit dem Wärmetauscher zugeführtem Warmwasserm über den Schmelzpunkt hinaus erwärmt wird, so daß das Salz durch Schmelzen in den entsprechend höheren Energiezustand iibergeht. Der Conta wird dann in nördliche Breite niedriger Klimazone, z.h. nach Mitteleuropa, transportiert und dort zu Stationen gebracht, die ein odermehr Gebnude mit Wärme versorgen. An dieser Stationen werden die Wärmetauscher der Container .;n einen Wasserkreislauf angeschlossen, der die in dem Container enthaltene latent gespeicherte Energie übernimmt, damit diese Energie nach Bedarf mit einer Wärmepumpe oder mittels Zusatzenergie zur Heizung der an die zentrale Station andeschlossenen Gebäude verwendet werden kann. Auch industrieller Energiebedarf kann durch die Stationen gedeckt werden.
Im Ausführungsbeispiel ist der Container als Zwanzig-Fuß-Container ausgebildet, hat also die genormten Außenmaße von 2 435 mm Höhe und Breite und 6 059. mm Lange. Der Rauminhalt.
der sich aus diesen Abmessungen ergibt, beträgt etwa 35 m² Wenn dieser Container das im Containerverkehr festgesetztzulässige Gesamtgewicht von etwa 20 t nicht überschreiten noll, darf er nicht vollständig mit Glaubersalz gefü sein Es ist auch jederzeit,möglich mehrere erfindungsgemäß-Wärmespeicher als einzeine geschlossene Systeme verschie ner Wärmekapazitäten und Volumen in international üblichen Containern zu verfrachten, um hiermit örtlich verschiedene Beladungs-und Verbraucherstellen einzeln zu erreichen.

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zum Transport von Wärmeenergie von einer / Wärmequelle zu einem Wärmeverbraucher mittels eines Wärmeenergie speichernden Stoffs, dadurch gekennzeichnet, daß reversible Schmelzwärmeträger durch Behälter und/odeF Rohrleitungen von der Wärmequelle zum Verbraucher und umgekehrt befördert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daS ein Stoff verwendet wird, der in dem zwischen der Wärmequelle'und dem Wärmeverbraucher bestehenden Temperaturintervall seinen Schmelzpunkt hat, daß er Stoff bei der Wärmequelle bis zum Überschreiten des Schmelzpunkte erwärmt wird, daß der Stoff anschließend in einem Behälter, der mindestens einen Wärmetauscher enthält, zu Wärmeverbraucher transportiert wird, dort bis zum Unterschreiten des Schmelzpunkts seine Schmelzwärme abgibt und im gleichen Behälter zur Wärmequelle zurücktransportiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, der Schmelzpunkt im human-klimatischen Bereich zwischen 10Celsius und 40°Celsius liegt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnt, daß der Stoff im abgekühlten Zustand in festen Aggregatzustand vorliegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoff Sm abgekühlten Zustand als flüssig-kristalline Masse vorliegt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoff aus einem anorganischen und/oder organischen Salz besteht.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der wärmespeichernde Stoff Glaubersalz enthält, insbesondere aus Glaubersalz besteht.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der wärmespeichernde Stoff zusätzlich Kochsalz oder andere Halogenide enthält.
9. Container zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Container (1) den wärmespeichernden Stoff (4) enthält und daß in den Container mindestens ein Wärmetauscher (2) eingebaut ist, dessen Anschlüsse (9) außen zugänglich sind.
10. Container nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß er mehrere Wärmespeicher verschiedener Kapazität enthält.
11. Anlage zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Wärmevesorgung einer Mehrzahl von Energie-Verbrauchern eine zentrale Station vorgesehen ist, die Einrichtungen zur Entnahme; von Wärmeenergie aus bei der Station abgestellten Containern und Einrichungen zur Verteilung der entnonmenen Wärmeenergie an die einzelnen Verbraucher enthält.