DE3149672A1 - Verfahren und vorrichtung zum klimatisieren unter anwendung von mittels wassersorption arbeitenden speichermedien - Google Patents

Description

PA 3194

DIDIER-WERKE A.G. Wiesbaden

Verfahren und Vorrichtung zum Klimatisieren unter Anwendung von mittels Wassersorption arbeitenden

Speichermedien

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Klimatisieren unter Anwendung von mittels Wassersorption arbeitenden Speichermedien, d. h. ein Verfahren zur Erniedrigung der !Temperatur von beispielsweise Gebäuden oder Bäumen in der. heißen Jahreszeit sowie eine Vorrichtung zur Durchführung • dieses Verfahrens.

Es ist bekannti daß bei der Verdampfung von Wasser oder bei der Desorption von Wasser aus einem mit Wasser beladenen Speichermedium wie einem Trocknungsmittel, ζ. b. Zeolith oder Kieselgel, eine erhebliche Wärmemenge aufgebracht werden muß. Falls eine solche Desorption adiabatisch durchgeführt wird, d. h. ohne Wärmezufuhr zu dem Wasser oder Speichermedium von außen, muß die zur Desorption bzw. Verdampfung erforderliche Wärmemenge aus anderen Quellen entnommen werden, beispielsweise trockener Luft, welche durch dieses Wasser oder Speichermedium bei adiabatischer Verfahrensführung durchgeschickt wird und hierbei Wasserdampf aufnimmt, d.h. beladen wird.

Die vorliegende Erfindung hat sich ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Aufgabe gestellt, bei welcher zur Klimatisierung diese Wasserdampfaufnahme von trockener Luft aus Wasser oder aus mit Wasser beladenem Speichermedium ausgenutzt wird_f sowie durch eine besondere Verfahrensführung ein wesentlich verbesserter Klimatisierungseffekt erreicht werden kann.

Wassersorptionen an Speichermedien können durch die folgende

allgemeine Gleichung wiedergegeben werden: AB + Wärme A + B

wobei A dem Speichermedium im trockenen Zustand und B Wasser im dampfförmigen Zustand in der Luft entsprechen und AB wasserdampf beladenes Speichermedium bedeutet.

Die Erfindung nutzt insbesondere die Erscheinung aus, daß auch bei relativ niedrigen Temperaturen eine Desorption von Wasser aus Speichermedien unter Temperaturerniedrigung möglich ist. Unter dem Ausdruck "verhältnismäßig niedrige Temperaturen" sind Temperaturen zu verstehen, wie sie unter Normalbedingungen auftreten, beispielsweise Temperaturen unterhalb von 40 ⁰C und vorzugsweise unterhalb von 30 ⁰C, d. h. Temperaturen, welche bislang zur Desorption von Wasser aus mit Wasser beladenen Speichermedien wie Zeolith oder Kieselgel nicht ausgenutzt wurden.

Zur Lösung der zuvor beschriebenen Aufgabe der Erfindung dient das Verfahren und die Vorrichtung, wie sie in den Patentansprüchen Λ bzw. 3 näher gekennzeichnet sind.

Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den jeweiligen Unteransprüchen näher beschrieben.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es zunächst erforderlich, eine trockene Luft herzustellen, damit diese trockene Luft entweder aus Wasser oder aua mit Wasser beladenem Speichermedium Wasserdampf unter wesentlich stärkerer Temperaturerniedrigung aufnimmt, als dies beim Durchleiten von nicht vollständig mit Wasserdampf gesättigter Umgebungsluft durch Wasser der FaIl wäre. Die erste Stufe des erfindungsge-

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mäßen Verfahrens wird so durchgeführt, daß Umgebungsluft, die einen beliebigen Feuchtigkeitsgehalt aufweist, mit Hilfe von trockenem Speichermedium vollständig getrocknet wird. Umgebungsluft besitzt selten einen Peuchtigkeitsgehalt r ^ 30 %, übliche feuchtigkeitsgehalt von Umgebungsluft in unseren Breiten während der warmen Jahreszeit liegen bei 50 bis 70 % relativer !Feuchte. Der hier verwendete Ausdruck "feuchte Umgebungsluft" bezeichnet daher solche Umgebungsluft, wie sie in der warmen Jahreszeit zur Verfügung steht, wobei es sich hier auch um relativ trockene Luft mit Eeuchtigkeitswerten bis hinab zur ^ 30 % an heißen Sommertagen handeln kann.

Bei der Trocknung dieser feuchten Umgebungsluft in einem trockenen Speichermedium wird Wärme freigesetzt, so daß die trockene Luft mit einer wesentlich höheren Temperatur als beim Eintritt aus dem Speichermedium austritt. In der zweiten Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die erhöhte Temperatur dieser getrockneten, aus dem Speichermedium austretenden Luft in einer sogenannten Warmeschüttung erniedrigt, d. h. auf Werte herabgesetzt, welche im allgemeinen nicht höher als die Temperatur liegen, mit welcher die feuchte Umgebungsluft in das trockene Speichermedium eingeführt wurde. Wie im folgenden noch näher erläutert ist es besonders vorteilhaft, eine Warmeschüttung zu verwenden, welche sich auf einer niedrigeren Temperatur als der Temperatur der feuchten, in das Speichermedium eintretenden Umgebungsluft befindet. Dies kann vorteilhafterweise dadurch erreicht werden, daß die Warmeschüttung während der Nacht, zu der die Temperaturen wesentlich tiefer als am Tage liegen, mit solcher "Nachtluft" hinreichend gespült wird, so daß sich die Warmeschüttung auf einer niedrigeren Temperatur befindet als am Tage, wenn eine Klimatisierung durchgeführt werden soll, wobei die am Tage eingespeiste, feuchte Umgebungsluft auf einer höheren Temperatur liegt als die zum Abkühlen der Warmeschüttung verwendete "Nachtluft".

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Die in dem trockenen Speichermedium getrocknete Luft gibt daher in der Warmeschüttung ihre Temperatur an das Värmeschüttungsmaterial ab und verläßt dieses mit einer erniedrigten Temperatur, die im allgemeinen nicht höher liegt als die Temperatur der eingeführten, feuchten Umgebungsluft, und vorteilhafterweise sogar niedriger liegt.

Die Warmeschüttung besitzt die Eigenschaft, daß sie den Luftfeuchtigkeitsgehalt nicht verändert und selbst nur eine geringe Wärmeleitfähigkeit besitzt. Vorteilhafte Materialien für eine solche Wärmespeicherschüttung sind Olivin- oder Basaltmaterialien mit relativ hoher Wärmekapazität jedoch geringer Wärmeleitfähigkeit.

Die aus der Wärmeschüttung austretende, trockene Luft, welche sich auf einer relativ niedrigen Temperatur befindet, d. h. im allgemeinen einer Temperatur maximal derjenigen der eingeführten, feuchten Umgebungsluft, wird dann bei der ersten Ausführungsform dea erfindungsgemäßen Verfahrens entweder durch Wasser, welches sich auf Umgebungstemperatur oder der Temperatur von Leitungswasser befindet, durchgeleitet, oder hiermit in einer geeigneten Einrichtung, z· B. einem Kieselturm oder einer mit Raschigringen gefüllten Kolonne, vorzugsweise im Gegenstrom in Kontakt gebracht, so daß sich diese vorher trockene Luft wieder mit Wasserdampf sättigt, und hierbei als Folge der möglichst adiabatischen Verfahrensführung eine Temperaturerniedrigung der Luft auftritt.

Bei der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die aus der Wärmeschüttung austretende Luft durch ein mit Wasser beladenes Speichermedium in der dritten Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeschickt und nimmt aus diesem Speichermedium Wasser auf, d. h. bewirkt einen Desorption.°vorgang, obwohl sie sich auf einer rela-

tiv niedrigen Temperatur befindet. Durch diesen Desorptionsvorgang wird der die Wärmespeicherschüttung verlassenden Luft jedoch weitere Wärme entzogen, so daß ihre Temperatur noch weiter erniedrigt wird.

Voraussetzung zur Durchführung des Verfahrens ist natürlich, daß die einzelnen Behälter, in denen das Speichermedium, das Wasser wie auch das Wärmespeicherschüttungsmaterial angeordnet ist, möglichst adiabatisch betrieben werden, d. h. eine ausreichende Isolierung aufweisen, so daß nicht durch parasitäre Wärmeströmungen von außen der bei dem erfindungsgemäßen

Verfahren erzielte Klimatisierungseffekt, d. h. Temperaturerniedrigungseffekt, zunichte gemacht wird.

Die Luft mit niedriger Temperatur, die.das Wasser oder Speichermedium nach der dritten Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens verläßt, kann als solche zur Klimatisierung von .Räumen verwendet werden, d. h. in solche fiäume eingeblasen werden, andererseits ist es auch möglich, die niedrige Temperatur dieser Luft in einem Wärmetauscher auszunutzen, d. h. auf andere Medien zu übertragen.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird üblicherweise in Behäl-r tern durchgeführt, die als Kolonnen ausgebildet sind. Hierdurch wird erreicht, daß in den einzelnen Behältern bzw. den darin gelagerten Materialien wie Speichermedien bzw. Wärmespeicherschüttung jeweils eine Front gebildet wird, im Pail des in der ersten Stufe verwendeten, trockenen Speichermediums eine Sprungfunktion in Strömungsrichtung feuchtes Medium/trockenes Medium, im Fall der in der zweiten Stufe des Verfahrens verwendeten Wärmespeicherschüttung eine Temperatur-Sprungfunktion höhere Temperatur/niedrige Temperatur, und im Fall des in der dritten Stufe des Verfahrens verwendeten Speichermediums eine Sprungfunktion trockenes Medium/beladenes Medium.

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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es selbstverständlich ,daß die Einzelmengen von Speichermedien einerseits bzw. Wärmespeicherschüttung andererseits aufeinander abgestimmt sind, so daß die in der Wärmespeicherschüttung vorhandene "Kühlkapazität¹¹ erst dann aufgebraucht ist, wenn das erste, trockene Speichermedium infolge des Durchleitens der feuchten Umgebungsluft im ungünstigsten Fall, d. h. bei hohen Werten der relativen Feuchtigkeit, mit Wasser gesättigt ist, bzw. das mit Wasser beladene Speichermedium, falls es in der dritten Stufe des Verfahrens eingesetzt wird, vollständig von Wasser entladen ist und damit keine weitere Temperaturerniedrigung mehr bewirken kann. Bei geeigneter Anordnung, z. B. in Kolonnenform, wandern die einzelnen Fronten, welche den Sprungfunktionen entsprechen, mit relatiy geringer Breite durch die einzelnen Kolonnen hindurch. Im allgemeinen· beträgt das Verhältnis von Länge zu Breite bzw. Durchmesser der Kolonnen 1,5 : 1 bis 8:1, vorzugsweise 2 : 1 bis 4:1.

Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Vorrichtung wird zweckmäßigerweise so ausgelegt, daß sie den maximalen Klimatisierungsbedarf eines besonders heißen Tages an dem geplanten Anwendungsort zu decken vermag. Während der Nacht kann dann die Wärmespeicherschüttung durch Durchleiten von sogenannter "Nachtluft" wieder abgekühlt werden, so daß die Wärmespeicherschüttung am nächsten Tag, wenn die Klimatisierung wieder durchgeführt werden soll, auf einem niedrigen Temperaturniveau vorliegt, vorteilhafterweise auf einer niedrigeren Temperatur als derjenigen der feuchten Umgebungsluft, die während des Tages in eine solche Klimatisierungsvorrichtung eingeleitet wird.

Um ein Trocknen von mit Wasser beladenem Speiehermedium der ersten Stufe des erfindungsgemäßen Verfahres zu erreichen,

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ist es erforderlich, die "bei diesem Regeneriervorgang eingeAzte Luft mit einer Heizung, z. B. einer elektrischen Heizung oder über einen Wärmetauscher, auf eine höhere Temperatur zu bringen, so daß der Trocknungsvorgang, d. h. das Regenerieren, von mit Wasser beladenem Speichermedium erreicht wird. Bei Verwendung von Kieselgel-als Speichermedium haben sich Temperaturen von unter 100 ⁰C aus ausreichend herausgestellt, z. B, von 80 ⁰C bei Ausgangsluft von 30 ⁰C und 100# relativer Feuchte und von 70 ⁰C bei Ausgangsluft von ebenfalls 30 ⁰C und 50 # relativer Feuchte.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemaßen Verfahrens wird die während des Klimatisierungsvorgangs,

d. h. üblicherweise während des Tages, in der Wärmespeieherschüttung gespeicherte Wärme dazu ausgenutzt, um mit Wasser beladenes 'Speichermedium zu regenerieren. Hierzu ist es lediglich erforderlich, in die WärmeSpeicherschüttung in umgekehrter Strömungsrichtung wie beim Klimatisierungsvorgang Luft einzuleiten, diese Luft nimmt die in der Wärme- Speicherschüttung gespeicherte Wärme auf und tritt nach

weiterer Aufheizung auf die zum Regenerieren erforderliche Temperatur - wie zuvor für den Regeneriervorgang allgemein beschrieben - mit ausreichender Temperatur und in umgekehrter Strömungsrichtung wie beim Klimatisierungsvorgang in das in der ersten Stufe des Verfahrene verwendete, während des vorangegangenen Klimatisierungsbetriebes mit Wasser beladene Speichermedium ein und trocknet dieses.

Beim Regeneriervorgang können selbstverständlich auch über 100 ⁰C liegende Temperaturen angewandt werden, z. B. im Fall von schwieriger zu trocknenden Zeolithen oder um ein besonders schnelles Trocknen des Speichermediums zu erreichen.

Bei Verwendung eines Speichermediums in der dritten Stufe des

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Verfahrens ist es auch möglich, nachts die Stromrichtung der Luft umzuändern, d. h. die nachts abgekühlte und eine relativ hohe Luftfeuchtigkeit aufweisende Luft wird in das in der dritten Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens am Tage benutzte Speichermedium, das beim Klimatisierungsbetrieb weitgehend von Wasser befreit, d. h. getrocknet wurde, eingeleitet, gibt hierin ihre feuchtigkeit ab und belädt dieses Speichermedium wieder mit Wasser, tritt aus diesem Speichermedium bereits mit etwas höherer Temperatur aus und wird dann in die Wärmespeicherschüttung geleitet, welche beim Klimatisierungsbetrieb in der Stufe b des Verfahrens verwendet wurde. Sie tritt dann mit wesentlich höherer Temperatur aus dieser Wärmespeicherschüttung aus, wird, mit Wärme aus anderen Quellen weiter bis auf die erforderliche Regeneriertemperatur aufgeheizt und wird dann durch das beim Klimatisierungsbetrieb in der ersten Stufe a des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzte Speichermedium, das während des Klimatisierungsbetriebes mit Wasser beladen wurde;, eingeleitet, um dieses Speichermedium weitgehend oder . vollständig zu trocknen.

Am nächsten morgen kann der Zyklus dann von neuem beginnen.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden zwei abwechselnd betriebene Wärmespeicherschüttungen eingesetzt. Sobald die erste Warmeschüttung sich fast vollständig auf hoher Temperatur befindet und die Temperatur der diese Wärmespeicherschüttung verlassenden Luft ansteigt, wird auf die zweite, sich noch auf niedriger Temperatur befindliche Wärmespeicherschüttung umgeschaltet, so daß der Klimatisierungsbetrieb weitergehen kann, gleichzeitig wird die erste Wärmespeicherschüttung durch Durchleiten von Umgebungsluft wieder auf niedrige Temperatur gebracht.
Hierdurch wird es möglich, das Volumen an Wärmeschüttungsmaterial zu verringern, da es nicht mehr erforderlich ist,

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die erfindungsgemäße Vorrichtung hinsichtlich der Menge an Wärmeschüttungsmaterial für einen ganzen Tagesbedarf für eine Klimatisierung auszulegen, sondern z. B, die Volumina an Wärmeschüttung so ausgelegt werden können, daß etwa jede Stunde eine Umschaltung erlolgt, wobei dann die eine Wärmeschüttung beim Klimatisierungsvorgang eingeschaltet wird, während die andere Wärmeschüttung gleichzeitig durch Durchleiten von Umgebungsluft abgekühlt wird.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden zwei Wärmespeicherschüttungen und vier Speichermedien angewandt. Bei dieser Ausführungsform ist ein kontinuierlicher Klimatisierungsbetrieb möglich, hierbei handelt es sich um zwei parallel zuein ander aber gegenläufig betriebene erfindungsgemäße Vorrich tungen, die eine Vorrichtung dient der Klimatisierung, während die andere Vorrichtung regeneriert wird.

Hierbei können zwei der Speichermedien selbstverständlich durch Behälter mit Wasser oder Wasserrieseitürme ersetzt

werden, falls die Befeuchtung in der dritten Stufe c des Verfahrens mit Wasser durchgeführt wird.

Wie bereits zuvor ausgeführt, wird als Wärmespeicherschüttungsmaterial vorzugsweise ein Olivin- oder Basaltmaterial verwendet. Ein solches Material besitzt eine geringe Wärmeleitfähigkeit und liegt in Kornform vor, wobei die Kornabmessungen üblicherweise zwischen 1' mm und 40 mm liegen·

Als Speichermedium wird vorteilhafterweise ein Zeolith oder ein Kieselgel, vorzugsweise engporiges Kieselgel, verwendet. Als Zeolithe können sowohl synthetische als auch natürliche Zeolithe verwendet werden, die ein ausreichend hohes Wasserabsorptionsvermögen besitzen. Synthetische Zeolithe sind auch unter der Bezeichnung "Molekularsiebe" im Handel.

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Bei bestimmten Klimazuatänden wird gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens so vorgegangen, daß die Stufen a und b des Verfahrens wiederholt werden, d. h. in einem ersten, trockenen Speichermedium wird zunächst die Hauptmenge der in der Umgebungsluft enthaltenen Feuchtigkeit herausgeholt, diese getrocknete Luft wird dann in einer ersten Wärme speicherschüttung abgekühlt, dann wird in einem zweiten trockenen Speichermedium der Wasserdampfgehalt der zuvor getrockneten Luft weiter herabgestzt, wobei wieder ein Temperaturanstieg der Luft auftritt, die Temperatur dieser Luft wird dann in zweitem Ifönoespeicherschüttungsmaterial wieder abgesenkt. Diese Verfahrensführung ist insbesondere bei sogenanntem Treibhausklima, d. h. hoher Temperatur der Umgebungsluft bei gleichzeitiger hoher relativer Feuchte, vorteilhaft, da in einem solchen Fall eine wesentlich stärkere Temperaturerniedrigung erzielt werden kann.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert; in der Zeichnung sind, schematisch in Form von Fließdiagrammen dargestellt:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in ihrer einfächsteh Ausführungsform;

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit zwei parallel zueinander geschalteten Wärmespeicherschüttungen;

Figji 3 eine erfindungsgemäße Vorrichtung für einen kontinuierlichen Klimatisierungsbetrieb; Fig. 4 eine erfindungsgemSße Vorrichtung, bei der ab- a

wechselnd aufeinanderfolgend zwei Speichermedien für die Stufen a.. und a₂ und zwei Wärmespeicherschüttungen fiir die Stufen b.. und bp vorhanden sind.

In der Stufe c wird immer ein Speichermedium Cp dargestellt.

Die in der Fig. 1 schematisch dargestellte Vorrichtung gemäß der Erfindung umfaßt neben den an sich bekannten und nicht gesondert dargestellten Leitungen, Gebläsen und Kegeleinrichtungen sowie gegebenenfalls Wärmetauscheinrichtungen einen ersten Behälter 1, in welchem sich zu Beginn des Klimatisierungsbetriebs trockenes Speichermedium, ζ. B. engporiges Kieselgel, befindet. Anschließend an diesen Behälter 1 ist ein zweiter Behälter 2 angeordnet, der Wärmespeicherschüttung enthält, die zu Beginn des Klimatisierungs- ; betriebes mit niedriger Temperatur, z. B. der Temperatur der Luft zur Nachtzeit, vorliegt. Weiterhin umfaßt die erfindungsgemäße Vorrichtung einen Behälter 4, welcher zu Beginn des Klimatisierungsbetriebes vollständig mit mit Wasser beladenem Speichermedium, das ebenfalls wieder engporiges Kieselgel wie in dem Behälter 1 sein kann, enthält.

Die für den Regeneriervorgang erforderliche Heizungseinrichtung ist mit H bezeichnet. Zum vollständigen Beladen des Speichermediums im Behälter 4 kann die beim Regenerieren zugeführte Luft durch Durchleiten durch oder Berieseln mit Wasser bei D mit Wasser vollständig oder weitgehend vollständig gesättigt werden. Für die Regenerierung erforderliche Leitungen sind gestricneit dargestell-fc.

Zu Beginn des Betriebs tritt feuchte Umgebüngsluft, d. h. aus der Atmosphäre angesaugte Luft, mit einem bestimmten Feuchtigkeitsgehalt, wie er gerade gegeben ist, in den ersten Behälter 1 ein und wird durch das trockene Speichermedium vollständig von ihrem Wassergehalt befreit. Hierbei wird das

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trockene Speichermedium fortschreitend in die mit Wasser beladene Form umgewandelt. Die den Behälter 1 verlassende, getrocknete Luft tritt dann in den Behälter 2 ein, und gibt hierin ihre beim Trocknungsvorgang aufgenommene Wärme

.5 an die Wärmespeicherschüttung ab. Mit fortschreitendem Betrieb wandert die Temperaturzone durch diese Wärmespeicherschüttung. Die aus dem Behälter 2 austretende, trockene, gekühlte Luft wird dann in den Behälter 4· eingeführt, der zu Beginn des Klimatisierungsbetriebs vollständig mit mit Wasser beladenem Speichermedium gefüllt ist. Diese trockene, in der Wärmespeicherschüttung abgekühlte Luft nimmt aus dem mit Wasser beladenen Speichermedium Wasser auf und erfährt gleichzeitig eine Temperaturerniedrigung, so daß sie nach dem Austritt aus dem Behälter 4· auf einer niedrigen Temperatur vorliegt und für Klimatisierungszwecke benutzt werden kann.

In der Fig. 2 ist eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung gezeigt, wobei hier neben den Behältern 1 und 4 für Speichermedium zwei Behälter 2, 3 für Wärmespeicherschüttungsmaterial vorgesehen sind. Die.Um-. s ehalt einrichtungen sind nicht gezeigt .Bei dieser Ausführungsform kann, wenn die Kühlkapazität einer Wärmespeicherschüttung erschöpft ist, auf . die zweite Wärmespeicherschüttung

25. umgeschaltet werden, so daß dann die erste Wärmespeicherschüttung herabgekühlt werden kann. In der Figur sind die zum Kühlen der Wärmespeicherschüttungen erforderlichen Leitungen nur mit Pfeilen angedeutet.

Die in der Fig. 3 gezeigte Vorrichtung besteht aus zwei Vorrichtungen, wie sie bereits in der Fig. 1 dargestellt sind, wobei die linke Vorrichtung im Klimatisierungsbetrieb und die reöhte Vorrichtung im Eegenerierungsbetrieb zu gleicher

Zeit gefahren werden kann, wobei nach Erschöpfung der Klimatisierungskapazität der einen. Vorrichtung diese auf Eegenerierbetrieb umgeschaltet wird und die vorher im itegenerierbetrieb gefahrene und regenerierte zweite Vorrichtung auf Klimatisierungsbetrieb geschaltet werden kann.

In der Pig. 4 ist eine weitere Ausführungsform mit zwei abwechselnd aufeinanderfolgenden Stufen a^ bzw. a₂ und b₁ bzw. bp dargestellt. Diese Ausführungsform wird insbesondere bei sogenanntem Treibhausklima eingesetzt. Zunächst tritt Umgebungsluft, z. B. Luft relativ höher Temperatur und hoher relativer Peuchte (30 ⁰C und /v 100 i» r) in das erste trockene Speichermedium in dem Behälter 1 und wird dann in das Wärmespeicherschüttungsmaterial in dem Behälter 2 geleitet, wobei ihre Temperatur auf die Temperatur der Wärmespeicherschüttung erniedrigt wird. Anschließend wird die luft erneut durch trockenes Speichermedium in dem Behälter 7 geleitet, dann durch ein zweites Wärmespeicherschüttungsmaterial in dem Behälter 8. Danach wird die nun weitgehend getrocknete und abgekühlte Luft in der Stufe Cp unter Wasseraufnähme und weiterer Temperaturerniedrigung durch mit Wasser beladenes Speichermedium in dem Behälter 4 geleitet.

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Aufgrund erster orientierender Versuche und der hierauf durchgeführten Berechnungen kann erwartet werden, daß folgende Klimatisierungseffekte bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erzielt werden können. Hierbei wurde engporiges Kieselgel mit einer maximalen Wasseraufnahme von 39»4 Gew.fi seines Eigengewichtes und ein Basaltmaterial als Materialien für das Speichermedium bzw. die Wärmespeicherschüttung verwendet.

Beispiel 1

Das Verfahren wird entsprechend dem in Fig. 1 gezeigten Schema durchgeführt. Die Umgebungsluft besitzt eine Temperatur von 30 ⁰C und eine relative Feuchte r = 50 #. Zu Beginn liegt das Kieselgel in der Kolonne 1 in weitgehend getrocknetem Zustand mit einer Restwasser"beladung von. C^ = 0,08 (kg HgO/kg Kieselgel) vor. Nach dem Durchgang durch die Kolonne 1 ist die Temperatur der Luft auf 55 ⁰C angestiegen. In der Wärmespeicherschüttung wird die Temperatur dieser luft auf 30 ⁰G erniedrigt, anschließend wird diese gekühlte Luft in mit Wasser vollständig beladenes Kieselgel mit einer Beladung von CL = 39,4 eingeleitet, WaQh dem Austritt aus diesem Kieselgel in der Kolonne 4 ergibt sich eine Lufttemperatur von 15,9 ⁰C.

Beispiel 2

Das Verfahren wird entsprechend dem in Fig. 4 gezeigten Schema durchgeführt. Die TJmgebungsluft besitzt wieder eine Temperatur von 30 ⁰G und eine relative Feuchte r = 50$.

Das Kieselgel in den Kolonnen 1 und 7 hat eine WasSerbeladung von Gj β 0,08« Nach Durchgang durch die Kolonne 1 beträgt die Temperatur, ebenso wie beim Beispiel--1, wieder 55 ⁰O, Diese Temperatur wird in der ersten Wärmespeicherschüttung 2 auf 30 ⁰C erniedrigt. Die Luft wird dann mit dieser Temperatur in die zweite Speichermediumkolonne 7 eingeleitet, an deren Ausgang ihre..-Temperatur wieder auf 45 ⁰C angestiegen ist. Beim Durchleiten durch die zweite Wärmespeicherschüttung in der Kolonne 8 wird die Temperatur wieder auf 30 ⁰G erniedrigt. Beim anschließenden Durchleiten durch vollständig mit Wasser beladenes Kieselgel in der Kolonne wird die Temperatur der Luft durch die hierbei erfolgte Wasseraufnahme auf 11,6 C abgesenkt.

Beispiel 3 -

Die Arbeitsweise von Beispiel 1 wird wiederholt, wobei je-

doch eine Umgebungsluft von 30 ⁰C und relativer Feuchte r = 100$, d. h. sogenannte Treibhausluft, verwendet wird. Uach dem Durchgang durch die Kieselgelkolonne 1 wird eine Temperaturerhöhung auf 66,3 ⁰C und nach d-5m Durchgang durch die Kolonne 4 mit mit Wasser beladenem Kieselgel eine Temperaturerniedrigung auf lediglich 23,9 ⁰C gefunden.

Beispiel 4

Die Arbeitsweise von Beispiel 2 wird wiederholt, wobei jedoch eine Umgebungsluft von 30 ⁰C und einer relativen Feuchte von r = 100$ verwendet wird. Nach dem Durchgang durch die Kieselgelkolonne 7 ergibt sich eine Temperatur der austretenden Luft von 58,5 ⁰C und nach dem Durchgang durch die mit Wasser beladenes Kieselgel enthaltende Kolonne

4 eine Endtemperatur von 15,2 ⁰C. ■

Beispiel 5 .

Dieses Beispiel betrifft die Regenerierung der nach dem Klimatisierungsbetrieb mit Wasser mehr oder minder voll-"ständig beladenen Speichermedien¹ in den Kolonnen 1 bzw. 1 und 7.

Es hat sich gezeigt, daß bei Verwendung von Kieselgel nur eine Regeneriertemperatur von 70 ⁰C bei Luft 30 ⁰C und 50 i* relativer Feuchte oder von 80 ⁰G bei Luft von ebenfalls 30 ⁰C jedoch mit 100 $ relativer Feuchte ausreichend ist, um vollständig oder weitgehend vollständig mit Wasser beladenes Kieselgel auf einen Wasserbelädung von Cj< 0,08 zu bringen, d. h. zu regenerieren, so daß es dann als •trockenes Speichermedium¹ wieder beim Klimatisierungs-Vorgang eingesetzt werden kann.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, die in dem Wärmespeicherschüttungsmaterial enthaltene Wärme für den Regeneriervorgang auszunutzen. Im Falle der Beispiele. 1 und 2, bei welcher beim Regeneriervorhang die Luft in .umgekehrter Richtung durch die Wärmespeicherschüttung

durchgeleitet wird, hat die luft "beim Austritt eine Temperatur von 55 ⁰C, so daß durch zusätzliches Aufheizen nur mehr die Temperaturerhöhung auf 70 ⁰C bzw. 80 ⁰C 'bewerkstelligt werden muß. Durch geeignete Steuerung kann die jeweils erforderliche Temperatur außerdem leicht ein geregelt werden.

Im Fäll der Beispiele 3 und 4 "beträgt die Temperatur der aus der Wärmeschüttung austretenden Luft sogar 66,3 ⁰C, so daß eine noch geringere Wärmemenge zur weiteren Aufheizung auf 70 ⁰C bzw. 80⁰C oder auch eine andere gewünschte Regeneriertemperatur erforderlich ist.

Hierdurch ist es möglich, den überwiegenden Teil der zur Regenerierung erforderlichen Wärmemenge rückzugewinnen, so daß das erfindungsgemäße Verfahren sehr wirtschaftlich· betrieben werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist weiter den Vorteil auf, daß es auch mit einer Umgebungsluft von 100 $ relativer Feuchte, unabhängig von der speziellen Temperatur dieser Umgebuhgsluft betrieben werden kann. Bei bekannten Verfahrensweisen zur Klimatisierung, welche die Wasseraufnahme von Luft zur Kühlung ausnutzen, ist ein Betrieb bei vollständig öder weitgehend vollständig gesättigter Luft entweder nicht mehr oder nur mit einem sehr schlechten Effekt möglich, während das erfindungsgemäße Verfahren, insbesondere bei der Ausführungsförm mit Hintereinanderschaltung von jeweils zwei Stufen a.. und a^ bzw. b.. und bp eine erhebliche Temperaturerniedrigung ergibt.

Claims (11)

15. Dezember 1981 PA 3194

DIDIER-WERKE A.G. Wiesbaden

Patentansprüche

1, Verfahren zum Klimatisieren unter Anwendung von mittels ' Wassersorption arbeitenden Speichermedien, dadurch gekennzeichnet, daß

ä) feuchte ümgebungsluft zunächst in einem trockenen Speiehermedium von der in ihr enthaltenen Feuchtigkeit ganz oder weitgehend befreit wird,

b) in einer zweiten Stufe des Verfahrens die Temperatur dieser getrockneten luft in einer zwischengeschalteten den Ljkupifeuchtigkeitsgehalt nicht veränderten Wärmespeicherschüttung erniedrigt wird, und

c) in einer dritten Stufe des Verfahrens die Temperatur dieser trockenen, gekühlten Luft beim Durchleiten durch c.) Wasser oder Cp) ein mit Wasser beladenes

Speiehermedium weiter erniedrigt wird. "

2. Verfahren nach Anspruch 1» dadurch gekennzeichnet, daß • es unter Anwendung von zwei abwechselnd betriebenen Wärmespeieherschüttungen in Stufe b) betrieben wird.

3-, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die feuchte Umgebungsluft zunächst in einer ersten Stufe a₁ durch trockenes Speichermedium und in einer ersten Stufe b-] durch eine erste Wärmespeicherschüttung und anschließend in einer zweiten Stufe a 2 durch ein zweites trockenes Speichermedium und in einer zweiten

Stufe "bp durch eine zweite Wärmespeicherschüttung vor Durchführung der dritten Stufe durchgeleitet wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Stufe b in der Wärmespeicherschüttung gespeicherte Wäree zum Regenerieren von mit Wasser beladenem Speichermedium ausgenutzt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Klimatisierung und Regenerierung von Speichermedium unter Anwendung von wenigstens zwei Wärmespeicherschüttungen und wenigstens zwei Speichermedien gleichzeitig durchgeführt . werden.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Wärmespeicherschüttung ein Olivin- oder Basaltmaterial verwendet wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Speichermedium ein Zeolith oder Kieselgel verwendet wird.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit an sich "bekannten Leitungs--, Heiz-, Gebläse- und Regeleinrichtungen sowie gegebenenfalls Wärmetauscheinrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß sie hintereinandergeschaltet umfaßt;

a) wenigstens einen ersten Behälter (1) für trockenes Speichermedium,

b) wenigstens einen Behälter (2) für die Wärmespeicherschüttung und

c) wenigstens einen Behälter (4) für Wasser oder für mit Wasser beladenes Speichermedium.

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9« Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwei Behälter (2, 3) für Wärmespeicherschüttung umfaßt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwei Behälter (1, 5) für trockenes Speichermedium, zwei Behälter (2, 3) für Wärmespeicherschüttung und zwei Behälter (4, 6) für Wasser oder für mit Wasser beladehes Speichermedium, wobei jeweils einer dieser Behälter in einer Gruppe hintereinandergeschaltet und die beiden Gruppen parallel zueinander geschaltet sind, umfaßt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwei Behälter (1, 7) für trockenes Speichermedium und zwei Behälter (2, 8) für Wärmespeicherschüttung, welche abwechselnd hintereinandergeschaltet sind, umfaßt.