DE3345061A1 - Verfahren zur energierueckgewinnung aus einem waermespeichermedium, das einen kristallinen feststoff in form eines stoechiometrischen hydrats bilden kann, sowie unter verwendung dieses verfahrens arbeitender energiespeicher und hiermit versehenes heizsystem, kuehlsystem und energietransformationssystem - Google Patents

Verfahren zur energierueckgewinnung aus einem waermespeichermedium, das einen kristallinen feststoff in form eines stoechiometrischen hydrats bilden kann, sowie unter verwendung dieses verfahrens arbeitender energiespeicher und hiermit versehenes heizsystem, kuehlsystem und energietransformationssystem

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DE3345061A1 DE19833345061 DE3345061A DE3345061A1 DE 3345061 A1 DE3345061 A1 DE 3345061A1 DE 19833345061 DE19833345061 DE 19833345061 DE 3345061 A DE3345061 A DE 3345061A DE 3345061 A1 DE3345061 A1 DE 3345061A1
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Description

  • Verfahren zur Energierückgewinnung aus einem Wärmespeicher-
  • medium, das einen kristallinen Feststoff in Form eines stöchiometrischen Hydrats bilden kann, sowie unter Verwendung dieses Verfahrens arbeitender Energiespeicher und hiermit versehenes Heizsystem, Kühlsystem und Energietransformationssystem Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Energierückgewinnung aus einem Wärmespeichermedium, das einen kristallinen Feststoff in Form eines stöchiometrischen Hydrats bilden kann, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie einen unter Verwendung dieses Verfahrens arbeitenden Energiespeicher und ein mit einem oder mehreren solcher Energiespeicher versehenes Heizsystem, Kühlsystem und Energietransformationssystem.
  • Die Erfindung geht aus von der DE-OS 31 49 660, aus der es bekannt ist, Speichermedien mit Phasenwechsel wie etwa Salzhydrate dadurch zur Wärmespeicherung zu verwenden, daß dem Salzhydrat wie etwa Glaubersalz zur Umwandlung in die flüssige Phase Wärme zugeführt wird, die dann in der flüssigen Phase als latente Wärme gespeichert ist, und bei Abkühlung unter die Schmelztemperatur des Salzhydrats wieder freigegeben wird. Damit ist es möglich, auf relativ kleinem Raum über längere Zeit hinweg, in der ein derartiger Wärmespeicher oberhalb der Schmelztemperatur des Wärmespeichermediums gehalten wird, relativ große Wärmemengen zu speichern. Das Temperaturniveau des Energiespeichers bzw. die Phasenumwandlungstemperatur des Wärmespeichermediums kann durch Wahl eines geeigneten Speichermediunls gut auf eine gewünschte A beitstemperatur abgestimmt werden, und so beispielsweise die Energie auf einem niedrigen exergetischen Niveau von weniger als 100 OC zur Nutzung bereitgestellt und auch zur Ladung des Speichermediums zur Verfügung gestellt werden.
  • Bei der Verwendung von Glaubersalz gelingt auf diese Weise bei einem Exergiepunkt von 35 OC die Speicherung einer Energiedichte von etwa 375 J/cm3, was mehr als dem Dreifachen der Speicherfähigkeit eines gleichen Volumens an Wasser entspricht. Das Problem der Vermeidung einer kompakten Salzblockbildung bei der Überführung des Wärmespeichermediums aus der flüssigen Phase in die kristalline feste Phase sowie das Problem einer guten und homogenen Wärmeübertragung auf das Speichermedium und vom-Speichermedium ist nach der DE-OS 31 49 660 dadurch gelöst, daß als Wärmetauschmittel ein Dispersionsmittel benutzt wird, welches die ausfallenden Kristalle in dispergierter, also fein verteilter Form hält und so als Granulat anfallen läßt.
  • Ein verbleibendes Problem der Wärmespeicherung nach diesem bekannten Verfahren besteht darin, daß während der Speicherphase, in welcher das Wärmespeichermedium in beladenem, flüssigem Zustand ist, ein Temperaturabfall des Wärmespeichermediums unter die Phasenumwandlungstemperatur vermieden werden muß, da sonst unkontrolliert- die Bildung der festen Phase eintritt. Hierzu sind Wärmedämmaßnahmen sowie ggf. externe Heizungsenergie erforderlich, um den ruhenden, beladenen Speicher auf der gewünschten Temperatur zu halten, was bei langen Ruhezeiten des beladenen Speichers etwa zum Ausgleich saisonaler Schwankungen des Energiebedarfs zu nicht unerheblichem Zusatzaufwand führt. Weiterhin ist die pro Volumeneinheit zu speichernde Energie durch die bei der Phasenumwandlung gespeicherte latente Wärme zuzüglich einer geringen Menge an sensibler Wärme begrenzt, so daß weiterhin ein Bedürfnis danach besteht, den Raumbedarf für die Speicherung einer gewünschten Energiemenge noch weiter zu reduzieren. Schließlich können sich in der Praxis Probleme bei einer Teilentladung mt anschließender Ruhezeit eines solchen Energiespeichers ergeben, da die Teilentladung homogen im Speichervolumen verteilt zur teilweisen Phasenumwandlung führt und im Falle einer Unterbrechung der Entladung dagegen Vorsorge getroffen werden muß, daß eine weitere Verfestigung von Wärmespeichermaterial erfolgt, da dies unkontrolliert zu einem Zusammenbacken eines soliden Salzstocks führen könnte, der eine nachfolgende erneute Beladung des Speichers zumindest wesentlich erschwert.
  • Demgegenüber ist es eine wesentliche Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung und einen damit arbeitenden Energiespeicher zu schaffen, die eine Lagerung des beladenen Wärmespeichermediums bei Temperaturen erheblich unter der Reaktions-oder Phasenumwandlungstemperatur ermöglichen, so daß problemlos eine Langzeitlagerung etwa bei Raumtemperatur erfolgen kann.
  • Die Lösung dieser Aufgabe gelingt verfahrenstechnisch durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.
  • Dadurch, daß als Wärmespeichermedium in geladenem Zustand ein kristallines Ausgangshydrat einer niedrigen Hydratationszahl, einschließlich null, verwendet wird, liegt das Wärmespeichermedium im geladenen Zustand nicht flüssig vor, sondern ebenfalls als Salz oder Salzhydrat in kristalliner Form. Es ist daher problemlos bei allen Temperaturen unterhalb der Reaktionstemperatur unbegrenzt lagerbar und ggf.
  • sogar transportfähig. In gewissen Anwendungsfällen könnte das kristalline Ausgangshydrat anderweitig, etwa fabrikmäßig, hergestellt und für die Energierückgewinnung bzw.
  • Entladung zu einer Stelle transportiert werden, ari der die Energie benögigt wird. Dadurch, daß das Wärmespeichermedium im -Anschluß an die Energierückgewinnung wiederum als kristallines Endhydrat vorliegt, könnte dieses wieder ebenso problemlos zu einer zentralen Regenerationsstelle zurücktransportiert werden, wenn auch natürlich für die meisten Anwendungsfälle das Hauptaugenmerk der Erfindung auf einer apparativen Ausbildung liegt, bei der ein und dasselbe Wärmespeichermedium zyklisch vom Ausgangshydrat zur Wärmerückgewinnung in das Endhydrat und von diesem unter Wärmezufuhr wieder in das Ausgangshydrat überführt wird, ohne daß ein Stoffaustausch vorgesehen ist.
  • Dadurch, -daß zur Wärmerückgewinnung dem Ausgangshydrat Wasser zugegeben wird, entwickelt sich Lösungswärme, wenn voraussetzungsgemäß solche Salzhydrate gewählt werden, die bei Überführung in wässrige Lösung Wärme freisetzen. Diese Lösungswärme erhöht die Temperatur des in Lösung gehenden Wärmespeichermediums. Diese Erhöhung der Temperatur lokal jeweils in dem Bereich des Wärmespeichermediums, in dem der Übergang in die Lösung stattfindet, wird so lange zugelassen, bis eine Temperatur erreicht ist, die oberhalb der Schmelztemperatur des Endhydrats liegt, so daß die gebildete Lösung mit einer solchen Temperatur vorliegt.
  • Wenn die Lösung zumindest lokal voll ausgebildet, also das gesamte kristalline Ausgangshydrat in dem betrachteten Bereich in Lösung gegangen ist, so kühlt die Lösung wieder ab, ggf. unterstützt durch Wärmeentzug mittels eines Wärmeträgermediums. Die Verfahrenssteuerung wird dabei so vorgenommen, daß das Wärmeträgermedium, das gegenüber dem Wärmespeichermedium und gegenüber Wasser inert ist, bei einer unterhalb der Schmelztemperatur des Endhydrats, aber oberhalb der Schmelztemperatur eines Hydrats mit demgegenüber höherer Hydratationszahl, sofern ein solches sich bilden könnte, liegenden Temperatur Wärme entzogen wird. Dadurch ist gewährleistet, daß sich aus der Lösung gerade das gewünschte Endhydrat in seiner kristallinen Phase bildet, und nicht ein anderes Hydrat. Die bei dieser Verfestigung freiwerdende Schmelzwärme des Endhydrats wird zusammen mit der im gleichen Zuge ebenfalls erzeugten Lösungswärme vom Wärmeträgermedium als Nutzwärme abgeführt, wobei zunächst lediglich die sensible Wärme für die Erhöhung der Temperatur des Ausgangshydrats auf die Schmelztemperatur des Endhydrats verlorengegangen ist, die jedoch bei einer anschließenden Abkühlung des Endhydrats auf die Ausgangstemperatur des Ausgangshydrats ebenfalls wiedergewonnen werden kann.
  • Es erfolgt also insgesamt ein zweifacher Phasenwechsel des Wärmespeichermediums zunächst durch Hydratation von der niedrigen Hydratationszahl des Ausgangshydrats auf die höhere Hydratationszahl des Endhydrats und sodann durch Kristallisation des Endhydrats, wobei Lösungs- oder-Hydratationswärme und Schmelzwärme freigesetzt werden.
  • Beim bekannten Verfahren der DE-OS 31 49 660 konnte demgegenüber ausschließlich die Schmelzwärme genutzt werden, während die Hydratations- oder Lösungswärme völlig ungenutzt blieb. Diese liegt jedoch für die meisten in Betracht kommenden kristallinen Feststoffe deutlich höher, zum Teil mehr als dreimal so hoch wie die Schmelzwärme, so daß durch das erfindungsgemäße Verfahren die gespeicherte Energiedichte pro Volumeneinheit weit mehr als verdoppelt, für manche in Frage kommende- Salzhydrate sogar vervielfacht wird. Dabei liegt aber das Wärmespeichermedium auch im beladenen Zustand als kristalliner Feststoff vor, und nicht als Schmelze, so daß sich mit der Erfindung neben einer sprunghaften Erhöhung der speicherbaren Energie dichte der wesentliche Vorteil einer Unabhängigkeit des Speichermediums auch im beladenen Ruhezustand von der Aufrechterhaltung irgendwelcher erhöhter Temperaturen ergibt und dieses sowohl im beladenen wie im unbeladenen Zustand als einfaches kristallines Salz vorliegt.
  • Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.
  • So könnte die Steuerung des Wärmeentzugs der gebildeten Lösung zur Verfestigung der kristallinen Phase des Endhydrats durch geeignete Verfahrens steuerung der Zufuhrmenge und/oder der Temperatur eines inerten Wärmeträgermediums wie Öl oder dergleichen gesteuert werden. Besonders bevorzugt ist es jedoch, gemäß Anspruch 2 diesen Wärmeentzug durch Verdampfung des Wärmeträgermediums durchzuführen. Durch geeignete Wahl des Prozeß druckes kann die Verdampfungstemperatur eines geeignet gewählten Wärmeträgermediums knapp unter der Schmelztemperatur des Endhydrats eingestellt werden, wobei diese Schmelztemperatur bekanntlich praktisch druckunabhängig ist. Auf diese Weise wird erreicht, daß die soeben gebildete, mit dem flüssigen Wärmeträgermedium in Kontakt gelangende Lösung das Wärmeträgermedium zu verdampfen beginnt, sobald die Lösung durch die sich entwickelnde ösungswärme die Temperatur der Schmelztemperatur erreicht hat. Zur Verdampfung des Wärmeträgermediums erfolgt dann ein Entzug-einer großen Wärmemenge aus dem Wärmespeichermedium bei der Verdampfungstemperatur des Wärmeträgermediums, also bei einer solchen Temperatur, bei der sich die gewünschte Form des Endhydrats durch Verfestigung aus der Lösung oder Schmelze bildet. Dadurch entsteht ohne weiteres Zutun immer das gewünschte Endhydrat, und sind aufwendige Verf-ahrensmanipulationen zur Herstellung der hierzu erforderlichen Bedingungen entbehrlich. Weiterhin wird die Verdampfungswärme des Wärmeträgermediums zum Abtransport der Nutzwärme genutzt, so daß mit einer begrenzten Menge des Wärmeträgermediums eine große Wärmemenge abgeführt werden kann.
  • Besonders vorteilhaft wird dabei gemäß Anspruch 3 ein Wärmeträgermedium gewählt, dessen flüssige Phase schwerer ist als Wasser. Dies ermöglicht es, das Wärmespeichermaterial vor der Entladung mit flüssigem Wärmeträgermedium zu fluten und unter Zugabe von Wasser auf die Oberfläche des flüssigen Wärmeträgermediums dieses sodann gesteuert langsam abzusenken, so daß das Wärmeträgermedium das Wärmespeichermedium schichtweise freilegt und dem Wasser zugänglich macht. Da das Wärmeträgermedium sowohl gegenüber Wasser als auch gegenüber dem Wärmespeichermedium chemisch inert ist, treten keinerlei Reaktionen zwischen dem Wärmeträgermedium und dem überfluteten Wärmespeichermedium einerseits sowie gegenüber dem Wasser andererseits auf.
  • Es kann dann in verfahrenstechnisch sicherer Weise eine gewünschte Vorlagemenge an Wasser auf die Oberfläche des Wärmeträgermediums aufgebracht werden, und letzteres dann langsam abgesenkt werden, so daß die ersten Kristalle dem Wasser zugänglich werden und in Lösung gehen, sowie dabei die lokal umgebenden Medien - Wasser und Wärmeträgermedium - erwärmen. Sobald auf diese Weise eine solche Menge an Wärmespeichermedium in Lösung gegangen ist, daß das Wärmeträgermedium im Bereich der Grenzfläche seine Verdampfungstemperatur erreicht, beginnt dieses zu verdampfen und entzieht so benachbarten Bereichen der gebildeten Lösung bei der Verdampfungstemperatur eine große Wärmemenge, was zur Bildung der kristallinen Phase des Endhydrats führt, die bei der eingestellten Verdampfungstemperatur des Wärmeträgermediums beständig ist. Ein so starker Temperaturabfall der Lösung, daß ggf. vorhandene weitere Hydrate'mit höherer Hydratationszahl ausfallen, wird ohne weiteres Zutun durch geeignete Wahl der eingestellten Verdamplüngstemperatur verhindert. Auch überschüssiges Wasser führt daher nicht zur Bildung höherer Hydratationsstufen, sondern steht für eine Lösung weiteren Ausgangshydrats zur Verfügung, sobald dieses von dem sinkenden Spiegel des Wärmeträgermediums freigegeben wird.
  • Sofern kein weiteres Ausgangshydrat vom Wärmeträgermedium freigegeben wird, dessen Spiegel also durch Nachspeisung entsprechender Mengen flüssigen Wärmeträgermediums konstant gehalten wird, kommt der geschilderte Vorgang zum Erliegen und erfolgt keine Energieabgabe des Wärmespeichermediums mehr. Auf diese Weise ist eine in allen Phasen exakt steuerbare Energierückgewinnung aus dem Wärmespeichermedium mit den sich daraus ergebenden Vorteilen möglich, wie sie etwa aus der US-PS 41 92 144 bekannt sind; dort wird jedoch der Spiegel flüssigen Wärmeträgermediums zur Gewinnung von Nutzwärme durch Verdampfung in darüberliegende Hochtemperaturbereiche des Wärmespeichermediums angehoben, während im vorliegenden Fall umgekehrt durch eine Absenkung des Spiegels eine Aufheizung des freigegebenen Wärmespeichermediums in der Nachbarschaft des Spiegels erfolgt und hieraus die Verdampfungswärme gewonnen wird.
  • Geeignete Stoff-e, die bei Übergang in die Lösung erhebliche Lösungswärme freisetzen und in bestimmten Temperaturbereichen bestimmte Hydratationsstufen bilden stehen bei günstigen Preisen in ausreichenden Mengen zur Verfügung.
  • In Frage kommen insbesondere Laugen wie NaOH, KOH oder LiOH insbesondere in wasserfreier Form als Ausgangshydrat und in Form eines Einhydrats als Endhydrat. Aus dem Gesichtspunkt des Preises und zugleich einer niedrigen Schmelztemperatur des Einhydrats eignet sich besonders Ätznatron als Ausgangshydrat, hier mit Hydratationsstufe null. Eine weitere Absenkung der Schmelztemperatur läßt sich durch eutektische Mischungen etwa von NaOH mit ebenfalls preiswertem KOH erzielen, wobei der Schmelzpunkt des eutektischen Gemisches unterhalb des Schmelzpunktes der niedriger schmelzenden Komponente liegt.
  • Als Wärmeträgermedium eignen sich insbesondere Kohlenwasserstoffe wie etwa Frigen. Trichlortrifluorethan hat beispielsweise bei einem Druck von 1,75 bar eine Verdampfungstemperatur von etwa 64 OC entsprechend der Schmelztemperatur des Einhydrats der Natronlauge, so daß die Nutzwärme von Ätznatron bei der Umwandlung in das Einhydrat bei 64 OC durch Verdampfung von C2C13F3 gewonnen und zur Verfügung gestellt werden kann, sowie umgekehrt zum Erschmelzen des Einhydrats mit einer nur geringfügig höheren Temperatur gearbeitet werden kann, so daß Wärme niedriger Exergie unmittelbar gespeichert werden kann. Eine anschließende Dehydrati der Schmelze zur trzEugun9 des wasserfreien Ätznatrons kann, nachdem das Kondensat des Wärmeträgermediums abgelassen worden ist, bei vermindertem Druck von etwa weniger als 0,4 bar mit gegenüber 64 OC nur mäßig erhöhter Temperatur erfolgen, da die Druckabsenkung zu einer entsprechend niedrigen Verdampfungstemperatur des Wassers führt.
  • Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung mit Bezug auf das Verfahren, den Energiespeicher, das Heizsystem, das Kühlsystem und das Energietransformationssystem werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert.
  • Es zeigt Fig. 1 in einem Fließdiagramm den Prozeßablauf bzw.
  • Phasenverlauf beim Beladen und Entladen von Wärmespeichermedium in Form von Na0H, LiOH und KOH mit Veranschaulichung der zugehörigen endothermen und exothermen Wärmemengen, Fig. 2 anhand von Teildarstellungen (a). bis (g) im Beispielsfalle von NaOH als Wärmespeichermedium die Veränderung der Zustandsgrößen während einer Belade- und Entladephase des Wärmespeichermediums, Fig. 3 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Lage des Schmelzpunktes eines Gemisches aus Einhydrat des NaOH und Einhydrat des KOH in Abhängigkeit vom Mischungsverhältnis, Fig. 4 in Teildarstellungen (a) bis (g) in vergrößerter Darstellung eine Veranschaulichung des Verfahrensablaufs bei Vorbereitung der Entladung, Beginn der Entladung, Lauf der Entladung und des sich einstellenden Zustands bei Unterbrechung der Entladung des Wärmespeichermediums, Fig. 5 eine schaltbildliche Darstellung eines erfin--dungsgemäßen Energiespeichers, Fig. 6 in einer Fig. 5 entsprechenden Darstellung die Einschaltung des Energiespeichers gemäß Fig. 5 in ein mit Sonnenenergie betriebenes Heizsystem, Fig. 7 in einer Fig. 6 entsprechenden Darstellung die Einsc-haltung des Energiespeichers in ein Kühlsystem mit integriertem Kühlkreislauf, Fig. 8 in einer Fig. 7 entsprechenden Darstellung die Einschaltung des Energiespeichers in ein Kühlsystem mit separatem Kühlkreislauf, Fig.9 in einer den Fig. 6 bis 8 entsprechenden Darstellung die Einschaltung des Wärmespeichers in ein Energietransformationssystem mit direkter Einkopplung eines Turbinenkreislaufs und Fig. 10 ineiner Fig. 9 entsprechenden Darstellung die Einschaltung des Energiespeichers in ein Energietransformationssystem zum Antrieb eines externen Turbinenkreislaufs.
  • Zum theoretischen Verständnis des ablaufenden Prozesses ist in Fig. 1 der Phasenverlauf der Einhydrate von NaOH, LiOH und KOH bei einer im Sinne der Erfindung gesteuerten Wärmezufuhr zur Beladung und Wärmerückgewinnung veranschaulicht. In der gesamten Zeichnung ist hierzu die Phase des jeweiligen Stoffes abgekürzt mit s für fest, 1 für flüssig und v für gasförmig angegeben.
  • Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß das Einhydrat des Natriumhydroxids bei Zufuhr einer Wärmemenge ql von 230-J/g bei einer Haltetemperatur T von 64 OC schmilzt, was bedeutet, daß bei dieser Wärmezufuhr bei dieser Temperatur zunehmend die Kristallstruktur durch zu starke Wärmebewegung aufgelöst wird und eine Schmelze entsteht, die Wassermoleküle + und Na -Ionen sowie OH -Ionen enthält. Die Wärmemenge ist die hierzu erforderliche Schmelzwärme, die in der Schmelze als latente Wärme gespeichert ist. Schmelzwärmespeicher etwa der in der DE-OS 31 49 660 erläuterten Art benutzen diese in der Schmelze gespeicherten latente Wärme zur Wärmespeicherung und setzen sie bei Kristallisation, also dem umgekehrten Vorgang, wieder frei.
  • Im Falle einer erfindungsgemäßen Verfahrensführung wird nun der Schmelze bei einer oberhalb von 64 OC, beispielsweise bei 80 OC liegenden Temperatur eine weitere Wärmemenge q2 von 730 J/g zugeführt, um eine Dehydratation zu bewirken. Die Wärmemenge q2 entspricht dabei der Lösungswärme, also derjenigen Wärme, die frei wird, wenn Wasser in flüssiger Form dem wasserfreien Hydroxid zugeführt wird, um die Lösung oder Schmelze zu bilden. Das Austreiben des Wassers aus der Schmelze kann jedoch verfahrenstechnisch nur durch Verdampfung sinnvoll erfolgen, weswegen zusammen mit der Wärmemenge q2 eine weitere Wärmemenge q3 von 810 J/g der Schmelze zugeführt wird, die ausreicht, um das in der Schmelze befindliche Wasser unter Verdampfung aus der Schmelze endgültig auszutreiben.
  • Durch entsprechende Druckabsenkung im Raum über der Schmelze kann hierbei mit gegenüber 100 OC verminderten Temperaturen von beispielsweise 80 OC oder auch weniger gearbeitet werden. Zurück bleiben, bezogen auf das Gewicht der Schmelze, 69 % wasserfreies Hydroxid als kristalliner Feststoff, während 31 % Wasser als Dampf entweichen. Die im entweichenden Dampf gespeicherte Verdampfungswärme q4 des Wassers, die der Wärmemenge q3 entspricht, kann getrennt vom zurückbleibenden Hydroxid durch Kondensation bei Bedarf gleich anschließend wiedergewonnen werden, so daß die Wärmemengen q3 und q4, von unvermeidlichen Verlusten abgesehen, einander ausgleichen.
  • Im zurückbleibenden Hydroxid sind nun sowohl die Schmelzwärme ql wie auch die Lösungswärme q2 gespeichert. Das Hydroxid liegt in kristalliner Form vor und kann bei Raumtemperatur über beliebige Zeiträume gelagert und bei Bedarf auch transportiert werden.
  • Die Wärmemenge ql + q2 kann aus dem wasserfreien Ätznatron wieder in der Weise gewonnen werden, daß zunächst zur Gewinnung der der Wärmemenge q2 entsprechenden exothermen Wärmemenge q5 Wasser zugegeben wird, so daß die Lösungswärme frei wird. Die Schmelzwärme ql kann in enorm der exothermen Wärme q6 wieder dadurch gewonnen werden, daß durch entsprechende Verfahrenssteuerung aus der Schmelze wieder das Einhydrat des NaOH erzeugt wird.
  • Der Phasenverlauf bei LioH und KOH ist entsprechend, wobei jedoch zu beachten ist, daß die Schmelztemperatur des Einhydrat des NaOH lediglich 64 OC beträgt, diejenige des Einhydrat des LiOH aber 184 OC und des KOH 143 OC, so daß die entsprechenden Vorgänge dort auf einem relativ hohen Temperaturniveau oder exergetischen Niveau ablaufen und zum Schmelzen und Dehydratisieren relativ hochexergetische Wärmequellen erforderlich sind, während das Wärmespeichermedium dann auch Wärme relativ hoher Exergie abgibt, die häufig nicht benötigt wird.
  • In Anbetracht der Dichte des kristallinen Einhydrats des NaOH von 1,70 g/cm3 ergibt sich für die Speicherung eine @ 3 Energiedichte des Ätznatron von 1632 J/cm3 oder 453,3 kWh/m3, während die entsprechenden Werte für das Einhydrat der LiOH (Dichte 1,25 g/cm3) und das Einhydrat des KOH (Dichte 3 3 3 1,80 g/cm3) bei 362,8 kWh/m3 bzw. 587,5 kWh/m3 liegen.
  • Sowohl von der zu speichernden Energiedichte als auch von der freien Verfügbarkeit und den Kosten her gesehen erscheinen daher NaOH und KOH bevorzugt.
  • Soweit mit Wärme besonders niedriger Exergie gearbeitet werden soll, etwa bei Wärmespeicherung im Haushalt für eine Fußbodenheizung oder dgl., kann eine weitere Absenkung der Schmelztemperatur durch Herstellen von Gemischen der genannten Hydroxide bewirkt werden. Im Bereich des Eutektikums eines solchen Gemisches zeigt sich überraschend eine Absenkung der Schmelztemperatur deutlich noch unter die Schmelztemperatur der niedriger schmelzenden Mischungskomponente, so daß, wie in Fig. 3 veranschaulicht ist, mit einer eutektischen Mischung aus NaOH und KOH eine Absenkung der Schmelztemperatur auf einen Bereich von etwa 50 OC erzielt werden kann.
  • Die Hydratations- oder Lösungswärme kann mit geringem exergetischen Aufwand gewonnen werden, da anders als beispielsweise bei Zeolithen die Absorption, die Temperatur für das Ausdampfen des Wassers durch den Druck stark beeinflußt werden kann. So ist es problemlos möglich, bei 0,5 bar das Einhydrat des NaOH in der Schmelze bei 80 OC völlig zu dehydratisieren. Ein solcher Unterdruck kann in der weiter unten noch näher erläuterten Weise mittels eines Dampfstrahlapparates, beispielsweise einem sogenannten Multiejektor,mit geringer Energie völlig problemlos erzeugt werden. Somit eignet sich ein erfindungsgemäßes Verfahren auch sehr gut für die direkte Nutzung von Sonnenenergie, da die erforderlichen Energiepotentiale mittels thermischer Kollektoren erzeugt werden können. Zudem ist die Rückgewinnung von Abwärme mit einem erfindungsgemäßen Verfahren außerordentlich gut möglich.
  • Die in Fig. 1 veranschaulichten Werte sind in einem Reaktionskalorimeter sowie in einem Mikrokalorimeter empirisch ermittelt worden.
  • In Fig. 2 sind die entsprechenden Veränderungen der Zustandsgrößen am Beispiel eines Prozesses mit NaOH veranschaulicht, wobei die Zufuhr und Abfuhr der entsprechenden Wärmemengen mittels eines Wärmeträgermediums in Form von Trichlortrifluorethan (C2Cl3F3) erfolgt.
  • In Fig. 2a ist der Ruhezustand des entladenen Speichermaterials in einem Speicherbehälter veranschaulicht, wobei also das Einhydrat der NaOH als kristalliner Feststoff bei Umgebungstemperatur von beispielsweise 20 0C unter einem Systemdruck von 0,35 bar lagert. Durch Einführung von gasförmigem C2Cl3F3, nachfolgend gemäß üblichem technischem Sprachgebrauch als R 113 abgekürzkw mit ender Temperatur von oberhalb 64 OC wird zunächst die Wärmemenge q1 (vgl. Fig. 1) zugeführt, wobei ein erhöhter Druck von etwa 1,75 bar aufrechterhalten wird. Bei diesem Druck kondensiert R 113 bei einer Temperatur von 6Q OC, also der Schmelztemperatur des Einhydrats. Auf diese Weise wird das Einhydrat in die Schmelze oder Lösung überführt, die größeres spezifisches Gewicht als R 113 hat, so daß dieses sich an der Oberseite der Schmelze sammelt und als Kondensat abgezogen werden kann. Die bei der Kondensation des R 113 freiwerdende Verdampfungswärme wird für den Schmelzvorgang des Einhydrats aufg-ezehrt.
  • Gemäß Fig. 2wird dem Wärmespeichermedium sodann weitere Energie zugeführt, während gleichzeitig der Druck oberhalb der Schmelze soweit abgesenkt wird, daß das in der Schmelze enthaltene Wasser bei einer gegenüber 100 OC verminderten Temperatur von beispielsweise 80 "C oder auch weniger ausdampft. Die Einbringung der zusätzlichen Wärme kann grundsätzlich auf beliebige Weise erfolgen, im Beispielsfalle sei angenommen, daß R 113 ohne Direktkontakt im rekuperativen Wärmetausch diese Wärme bei erhöhtem Druck und einer Kondensation oberhalb von 80 OC freisetzt, wie dies weiter unten noch näher erläutert ist Dabei ist jedoch darauf zu achten, daß das zurückbleibende kristalline NaOH keinen festen Block bildet, sondern als Schüttgut granulatartig vorliegt, wozu in der weiter unten noch näher erläuterten Weise gasförmiges R 113 durch die Schmelze und die sich bildenden Kristalle hindurchgeleitet werden kann.
  • Durch Einbringung der Wärmemenge q2 und q3 bei einer Temperatur oberhalb von 80 OC wird das Wasser gasförmig als Dampf ausgetrieben und separat aufgefangen sowie bei Bedarf dort zur Frisetzurlg der Wärmemenge q4 wieder kondensiert.
  • Gemäß Fig. 2d erfolgt anschließend eine Abkühlung des erzeugten wasserfreien Ätznatron von 64 °C auf Raumtemperatur, da das Ätznatron am Ende der Beladung zwangsläufig die sensible Temperatur des Dehydratisierungsvorganges angenommen hat. Diese sensible Wärme q kann bei Bedarf durch das Wärmeträgermedium R 113 zurückgewonnen werden, wobei der Druck im Speicherbehälter so eingestellt wird, daß dessen Verdampfung erfolgen kann. Hierdurch wird das gebildete Ätznatron zusätzlich "durchgast" und locker gehalten, und es werden gebildete Strömungskanäle freigehalten.
  • In der Lagerphase gemäß Fig. 2e bleibt somit wasserfreies Hydroxid zurück. Dessen Lagerfähigkeit ist unabhängig von der sensiblen Temperatur. Somit ist die Lagerzeit unbegrenzt, ohne daß dabei Verluste auftreten können. Eine Wärmedämmung ist für die Lagerphase nicht erforderlich.
  • Das bei der Dehydratation entfernte Wasser wird getrennt gelagert. Kondensat des Wärmeträgermediums R 113 kann problemlos zusammen mit dem Ätznatron im Speicherbehälter während der Lagerphase gelagert werden, da keine gegenseitigen Reaktionen stattfinden.
  • Gemäß Fig. 2f kann sodann die Entladephase dadurch eingeleitet werden, daß dem Ätznatron Wasser zugeführt- wird. Hierzu wird in der weiter unten noch näher erläuterten Weise das Ätznatron zunächst mit dem R 113 geflutet, und auf den Spiegel des Kondensats Wasser gegeben, das infolge seiner gegenüber R 113 niedrigeren Dichte dort verbleibt. Wird sodann der Spiegel des Wärmeträgermediums R 113 abgesenkt, so gelangt das Wasser in Berührung mit den ersten auftauchenden Spitzen der Ätznatron-Kristalle. Die hierbei und anschließend ablaufenden Vorgänge sind zur Verdeutlichung in Fig. 4 veranschaulicht. Dabei zeigt Fig. 4a das mit R 113 geflutete Ätznatron bei Umgebungstemperatur von etwa 20 OC und unter dem Systemdruck von 0,35 bar, unter dem oberhalb des Spiegels des flüssigen R 113 dieses Wärmeträgermedium gasförmig vorliegt. Sodann wird gemäß Fig. 4e eine gewisse Menge Wassers auf die Oberfläche des Spiegels des R 113 aufgegeben, und parallel oder anschließend der Spiegel soweit abgesenkt, daß das Wasser in erste Berührung mit Ätznatronkristallen gelangt. Hierdurch wird eine starke exotherme Reaktion ausgelöst, in der die Lösungswärme q5 frei wird. Durch diese lokal freigesetzte Wärme erfolgt eine sofortige Aufheizung der unmittelbaren Umgebung und damit auch des oberflächennahen Wärmeträger--mediums R 113 bis zu dessen Verdampfungstemperatur. Das sofort verdampfende R 113 läßt den Druck im Speicherbehälter sofort ansteigen,und durch ein Drosselventil wird dieser Druck auf etwa 1,75 bar beschränkt und konstant gehalten. Bei diesem eingestellten Druck verdampft R 113 knapp unterhalb der Schmelztemperatur des Einhydrat des NaOH, wobei der Temperaturunterschied nur ganz wenige K, ggf. auch Bruchteile davon betragen kann. Die Wärmeübertragung von der sich bildenden Lösung oder Schmelze auf die Oberfläche des Wärmeträgermediums wird dadurch unterstützt, daß die sich bildende Natronlauge spezifisch schwerer ist als R 113 und somit dazu neigt in dieses abzutauchen und so die Wärmeübergangsfläche weiter zu vergrößern. In Praxis parallel zur Ausbildung der Schmelze oder Lösung erfolgt somit gleichzeitig deren Abkühlung auf eine Haltetemperatur knapp unterhalb der Schmelztemperatur des Einhydrats, so daß sich Kristallisationskeime des Einhydrats bilden können, gleichzeitig aber höhere Hydratationstufen, die erst bei niedrigeren Temperaturen beständig s-ind, von der Bildung ausgeschlossen sind. Auf diese Weise entstehen gemäß Fig. 4c kleine Einhydratkristalle, die von dem aufsteigenden Dampf des R 113 ständig verwirbelt oder dispergiert werden, so daß oberhalb des Spiegels des Wärmeträgermediums ein ähnlicher Dispergierungseffekt auftritt, wie er im Rahmen der DE-OS 31 49 660 durch zielgerichtete Einleitung eines Dispergierungsmittels erreicht wird. Dadurch können ausgebildete Kristallisationskeime zwar bei weiterem Wärmeentzug wachsen und Kristallkörner bilden, aneinanderstoßende Kristallkörner hingegen nicht miteinander verbacken, da die heftige Bewegung dies verhindert. In Abhängigkeit von der gebildeten Anzahl von Keimen bildet sich somit eine entsprechend große Anzahl von diskreten Kristallkörnern ohne gegenseitige- feste Verbindung, wobei trotz Wasserüberschusses bei einer Temperatur oberhalb der Bildungs- oder Schmelztemperatur einer höheren Hydratationsstufe praktisch ausschließlich Einhydrat gebildet wird. Gemäß Fig. 2g wandert so der Spiegel des Wärmespeichermediums im Zuge der Entladung des Speichers allmählich nach unten und gibt immer mehr Ätznatron der Einwirkung des'Wassers frei. An der Oberseite der Reaktionsschicht bleiben kristalline Kristallkörner des Einhydrats hinter der ebenfalls nach unten wandernden Wasserschicht zurück, bis die Wasserschicht die untersten Bereiche des Wärmespeichermediums erreicht hat und der gesamte Speicherinhalt in festes, körniges Einhydrat umgewandelt wurde.
  • Gemäß Fig. 4d ist es jederzeit möglich, diesen Vorgang dadurch zu unterbrechen, daß der Spiegel des Wärmeträgermediums zum Stillstand gebracht wird. Dies wird einfach dadurch erreicht, daß genau die verdampfte und abgeführte Menge an R 113 durch flüssiges R 113 wieder ersetzt wird, während im normalen Betrieb eine etwas geringere Menge ersetzt wird, so daß der Spiegel langsam abfällt. Hierdurch ist ohne weiteres eine kurzzeitige Unterbrechung des Entladevorganges möglich, nämlich so lange, als noch keine zu starke Abkühlung durchAbfuhr sensibler Wärme erfolgt.
  • Soll der Entladevorgang für längere Zeit unterbrochen werden, in der unter der Einwirkung des stehenden Wassers bei entsprechender Abkühlung eine Bildung höherer Hydratstufen zu befürchten ist, so kann ganz einfach Wärmeträgermedium zusätzlich in den Speicherbehälter eingeführt werden, so daß der Spiegel wieder den gesamten Speicherinhalt flutet.
  • Das spezifisch leichtere Wasser wird dabei auch aus dem Bereich des Einhydrats gebracht, das ebenso wie das wasserfreie Ätznatron mit dem Wärmeträgermedium nicht reagiert.
  • Beim erneuten Anfahren des Entladevorgangs kann dann eine geringe Wassermenge schnell durch das Einhydrat hindurch abgesenkt werden, bis die Grenzlinie zum Ätznatron erreicht ist und dort wieder Wärme entwickelt wird, welche Temperatur und Druck auf die stationären Werte anhebt, in denen nur Einhydrat beständig ist. Die Entladeleistung kann in jeder Phase durch die Geschwindigkeit der Absenkung des Spiegels des Wärmeträgermediums bestimmt werden.
  • Der Druck im Speicherbehälter für das Schmelzen gemäß Fig. 2b ist ebenso mit 1,75 bar angegeben wie derjenige für die Verdampfung des Wärmeträgermediums gemi3Fig. 2g bzw. gemäß Fig. 4b,c. Hierbei ist jedoch zu beachten, daß die Drücke geringfügig unterschiedlich sind, derart, daß das im Beispielsfalle verwendete R 113 beim Schmelzen des Wärmespeichermediums eine Verdampfungstemperatur entsprechend der Schmelztemperatur des Wärmespeichermediums oder knapp darüber besitzt, was im Beispielsfalle mit 64 OC angenommen sein soll, und im Falle der Verdampfung des Wärmeträgermediums am Wärmespeichermedium bei der Entladung eine Verdampfungstemperatur knapp unterhalb der Schmelztemperatur des Einhydrats besitzt,- beispielsweise also 63 OC. Hierdurch wird auch deutlich, mit welch geringen Über- und Untertemperaturen die einzelnen Vorgänge ablaufen können, so daß sämtliche Vorgänge schonend über eine Feinab stimmung des Drucks gesteuert werden können.
  • Selbstverständlich ist es ohne weiteres möglich, den Speicherbehälter bzw. das Wärmespeichermedium nach Bildung der Schmelze gemäß Fig. 2b ohne nachfolgende Dehydratation wieder zu entladen und so als Schmelzwärmespeicher zu nutzen.
  • Da die Schmelze mit einer Temperatur von 64 OC oder etwas höher vorliegt, kann flüssiges R 113 unter entsprechend geringem Druck eingeperlt werden und verdampfen, um so der Schmelze die Wärme wieder zu entziehen und unter Abkühlung auf eine Temperatur unter 64 OC wieder das Einhydrat zu bilden, wobei gemäß der Lehre der DE-OS 31 49 660 das Wärmeträgermedium zugleich als Dispergiermittel zur Verhinderung der Bildung eines Salzblockes dient.
  • In Fig. 5 ist der Aufbau eines erfindungsgemäß arbeitenden Energiespeichers beispielhaft dargestellt. Kernstück des Energiespeichers ist eine Speichereinheit I, die im Beispielsfalle aus einem einzigen Speicherbehälter 1 besteht.
  • In der Praxis ist es jedoch bevorzugt, eine Mehrzahl von Speichereinheiten I modulartig bei einem Energiespeicher zu verwenden. Hierdurch kann aus einer Mehrzahl geeigneter Module jede gewünschte Leistung des Energiespeichers aufgebaut werden, während die Anzahl der zu fertigenden Modulgrößen begrenzt ist. Weiterhin können die einzelnen Module oder Speichereinheiten I eines solchen Energiespeichers auch in unterschiedlichen Betriebszuständen gefahren werden, wie dies weiter unten noch näher erläutert ist, um so die Nutzung der angebotenen Energie niedriger Exergie zu optimieren.
  • Der den Speicherbehälter 1 mit entsprechenden, noch näher zu erläuternden Einbauten und Leitungen enthaltenden Speichereinheit I sind als Hauptbestandteile des Energiespeichers ein Verdampfer 2 und ein Kondensator 3 zugeordnet, die auch bei einer Mehrzahl von Speichereinheiten I nur jeweils einmal vorhanden sein müssen. Über einen Wärmetauscher 5 des Verdampfers 2 kann ein Wärmestrom El niedriger Exergie dem Energiespeicher zugeführt werden, um diesen zu laden, während über einen Wärmetauscher 19 des Kondensators 3 ein Wärmestrom QA niedriger Exergie aus dem Energiespeicher abgezogen werden kann, um diesen zu entladen. Ein Wärmestrom QE2 höherer Exergie, jedoch relativ geringerer Leistung dient in der weiter unten noch näher zu erläuterndeneise zur Einführung einer begrenzten Menge von Energie höherer Exergie in den Energiespeicher insbesondere zur Dehydratation, wie dies weiter unten noch näher erläutert ist, wobei zur Einbringung der Energie des Wärmestromes QE2 im Beispielsfalle ein Dampfstrahlapparat 4 vorgesehen ist. Der Verdampfer 2 und der Kondensator 3 sind ebenso wie der Speicherbehälter 1 bis auf die erforderlichen Zu- und Ableitungen geschlossenwandig ausgebildet, so daß die hierin herrschenden Drücke unterschied- lich vom Umgebungsdruck steuerbar sind, und dienen zugleich als Sammler für auftretende Prozeßflüssigkeiten. Der Wärmestrom QE2 wird in der schematisch veranschaulichten Weise über einen Wärmetauscher in einen Verdampfer 17 des Energiespeichers eingebracht, der als geschlossener Behälter ebenfalls unter Überdruck betrieben werden kann, und aus dem eine relativ geringe-Menge überhitzten Dampfes über ein Ejektorrohr 17a dem Dampfstrahlapparat 4 zugeführt werden kann; in zur Verbesserung der Übersichtlichkeit zeichnerisch nicht. näher dargestellter Weise ist der Dampfstrahlapparat 4 jedoch als sogenannter Multiejektor ausgebildet, mit dem es möglich ist, beispielsweise mit einem Treibgasdruck in Form des überhitzten Dampfes aus dem Verdampfer 17 von 3,8 bar einen Druck von 0,1 bar auf der Saugseite zu erzeugen und dabei die gegenüber dem Treibgas zehnfache Menge von Sauggas anzusaugen. Grundsätzlich brauc-ht jedoch die anhand des Wärmestroms QE2 veranschaulichte Energiequelle nicht thermisch zu sein, sondern kann an die Stelle des Dampfstrahlapparates mit Treibgaserzeugung im Verdampfer 17 etwa auch ein Kompressor beliebiger Bauart treten.
  • Zunächst -sei angenommen, daß der Energiespeicher im entladenen Zustand ist. Im Speicherbehälter 1 liegt dann Speichermaterial, im Beispielsfalle das Einhydrat des NaOH, als kristalliner körniger Feststoff vor, und füllt den Speicherbehälter 1 bis zur strichliert angedeuteten Linie s.
  • Das Speichermaterial ist infolge seiner körnigen Konsistenz und seiner weiter unten noch näher erläuterten Entstehungsweise bei der Entladung des Energiespeichers von einer Vielzahl kleiner Strömungskanäle durchzogen oder durchwirkt, und ;st somit von einem Gasstrom gut und homogen zu durchdringen sowie natürlich auch flüssigkeitsdurchlässig. Im gesamten geschlossenen System wird ein Systemdruck von 0,35 bar eingestellt. Im Verdampfer 2 (der ebenso wie der Kondensator 3 gegenüber der vereinfachten zeichnerischen Darstellung erheblich größeres Flüssigkeitsaufnahmevolumen besitzen kann) liegt flüssiges Wärmeträgermedium beispielsweise mit dem veranschaulichten Flüssigkeitsspiegel vor, im Beispielsfalle C2C13F3, in der Technik bekannt als R 113. Beim Systemdruck von 0,35 bar verdampft R 113 bei gegenüber Umgebungstemperatur von 20 OC nur leicht erhöhter Temperatur, so daß in der gesamten Anlage eine reine Gasatmosphäre aus Dampf von R 113 ohne Fremdgaseinschlüsse vorliegt. R 113 ist gegenüber dem Speichermaterial und Wasser chemisch absolut inert, so daß auf diese Weise im Energiespeicher eine Inertgasatmosphäre erzeugt wird.
  • Über den Wärmetauscher 5 wird sodann Energie in das System eingebracht und im Verdampfer 2 Dampf des Wärmeträgermediums eines gewünschten Druckes und eines gewünschten Überhitzungsgrades erzeugt und nach gesteuerter Öffnung eines drosselnden Regelventiles 6 über eine Einblasvorrichtung 7 in den Speicherbehälter 1 und das Speichermaterial eingebracht. Der Dampf des Wärmeträgermediums kondensiert an den Oberflächen der Kristalle des Wärmespeichermediums, wobei die hierbei freiwerdende Verdampfungswärme des Wärmeträgermediums zunächst die sensible Temperatur des Wärmespeichermediums erhöht, bis die Schmelztemperatur des Einhydrat des NaOH von 64 OC erreicht ist. Der Dampf des Wärmeträgermediums wird im Verdampfer 2 mit einer solchen Temperatur erzeugt, daß er bei Einbringung in das Wärmespeichermaterial eine Temperatur von wenigstens 64 OC besitzt, so daß in jedem Falle die Schmelztemperatur des Speichermaterialserreicht wird. Bei Erreichen der Schmelztemperatur des Wärmespeichermaterials von 64 OC wird die Kondensationsenthalpieoder Verdampfungswärme des Wärmeträgerme di ums für den endothermen Phasenwechsel des Wärmespeichermaterials von fest (s) auf flüssig (1) aufgezehrt. Die dabei erzeugte knapp 70%ige Natronlauge ist schwerer als das Kondensat des R 113 und sinkt daher zum Boden des Speicherbehälters 1 ab, während sich an ihrer Oberseite das Kondensat des R 113 sammelt.
  • Die Einblasvorrichtung 7 muß für eine gut verteilte Einbringung des Dampfes des Wärmeträgermediums sorgen und zugleich verhindern, daß gebildetes Kondensat oder gebildete Natronlauge -in die Gaseintrittsöffnungen der Einblasvorrichtung 7 eindringen. Daher ist die Einblasvorrichtung 7 mit einer geeigneten Einrichtung zur Rücklaufverhinderung versehen, so daß die Einblasöffnungen Rückschlagventileffekt im weitesten Sinne besitzen. Hierzu kann die Einblasvorrichtung 7 zumindest im Bereich der Einblasöffnungen etwa elastisches Material aufweisen, das durch den Dampfinnendruck zur Bildung der Einblasöffnungen verformt wird, bei Gegendruck hingegen einen Rückfluß durch Verschluß dieser Öffnungen verhindert. Als zweckmäßig hat sich für die Einblasvorrichtung 7 etwa eine Ausbildung als Teflonrohr mit Kreuzschlitzen erwiesen, deren Ränder lediglich unter Innendruck aufgebogen werden können, bei Außendruck hingegen abdichten.
  • Mit fortschreitender Bildung der Natronlauge sammelt sich immer mehr Kondensat des Wärmeträgermediums an der Oberseite der Lauge an, wobei zur Erzielung feinperliger Dampfblasen und Verbesserung des Wärmeübergangs der Speicherbehälter 1 auch zu Beginn des Einblasvorganges mit Kondensat des Wärmeträgermediums geflutet sein kann. In jedem Falle ist bei der hier beispielhaft veranschaulichten Materialpaarung eine gegenüber dem Inhalt des- Speicherbehälters 1 größere Menge an Wärmeträgermedium erforderlich, um über dessen Verdampfungswärme die erforderliche Schmelzwärme des Wärmespeichermediums in den Speicherbehälter 1 einzubringen, so daß zu irgendeinem Zeitpunkt der Kondensatspiegel den Deckenbereich des Speicherbehälters 1 erreicht.
  • Zur gesteuerten Abfuhr des Kondensats alleine ist oberhalb des Füllniveaus des Speicherbehälters 1 ein Wannenboden 8 angebracht, der Öffnungsstutzen 8a mit sich über den Wannenboden 8 erhebenden Wänden besitzt. Das aufsteigende Kondensat kann daher über die Wände der der Öffnungsstutzen 8a wie über ein Überlaufwehr auf den Wannenboden 8 strömen, der an seiner tiefsten Stelle mit einem Schwimmerventil 9a versehen ist, das den Eingang einer Rücklauflaittlnr} 9 aP)-schließt und lediglich für Flüssigkeit durch Aufschwimmen des abdichtenden Schwimmerkörpers freigibt. Von der Rück- laufleitung 9 gelangt das Kondensat über eine weitere Rücklaufleitung 10 und ein Rückschlagventil 11 sowie ein intermittierend zu öffnendes und zu schließendes Rücklaufventil 12 wieder in den Verdampfer 2 zurück, wobei ein weiter unten noch näher erläutertes 2-Wege-Ventil 22 natürlich auf Durchlauf von der Rücklaufleitung 10 zum Rückschlagventil 11 steht. Auf diese-Weise kann das Wärmeträgermedium im Kreislauf über den Verdampfer 2 und durch das Wärmespeichermaterial hindurchgeleitet werden, wobei dieser Kreislauf durch Konvektion aufrechterhalten wird. Wenn das gesamte Wärmespeichermaterial erschmolzen ist, so ist sein Spiegel auf das mit 1 bezeichnete Niveau abgesunken, da die-geschmolzene Natronlauge geringeren Raum beansprucht als das kristalline Einhydrat. Durch eine Ablaufleitung 18 mit einem zu öffnenden Ablaufventil 18a kann sodann knapp über dem Spiegel der flüssigen Natronlauge das verbliebene Kondensat über die Rücklaufleitung 10 wieder dem Behälter des Verdampfers 2 zugeführt werden, so daß Natronlauge in geschmolzener Form praktisch alleine im Speicherbehälter 1 vorliegt. Da die Natronlauge, sofern ihre Temperatur nicht auch sensibel wesentlich erhöht worden ist, eine Temperatur von 64 OC oder wenig mehr aufweist, herrscht im gesamten Speicherbehälter 1 am Ende des Vorgangs ein Druck von etwa 1,75 bar oder wenig mehr, da bei 1,75 bar das R 113 bei 64 OC verdampft. Ein an der Oberseite des Speicherbehälters 1 vorgesehenes Regelventil 21 zum Kondensator 3 hin kann während des Beladevorganges als Druckbegrenzungsventil arbeiten und den Druck auf den gewünschten Wert begrenzen, und hierzu bei Bedarf eine geringe Menge Gas des Wärmeträgermediums ablassen; bei entsprechender Steuerung der Verdampfung im Verdampfer 2 sowie des Regelventils 6 geht hierdurch keine nennenswerte Menge an Dampf des Wärmeträgermediums verloren, sondern erfolgt vielmehr die praktisch vollständige Kondensierung im Speicherbehälter 1.
  • Im Kondensator 3 liegt ständig eine gewisse Menge an flüssigem R 113 vor, wobei Überschußmengen über eine Ablaufleitung 20 mit einem Ablaufventil 20a der Rücklaufleitung 10 und damit dem Verdampfer 2 zugeführt werden können.
  • Kaltdampf aus dieser Vorratsmenge des R 113 im Kondensator 3 kann gegebenenfalls auch schon während des beschriebenen Beladevorganges des Energiespeichers zusammen mit im Verdampfer 17 erzeugtem Treibdampf im Dampfstrahlapparat 4 zur zusätzlichen Einbringung von Energie in das Wärmespeichermaterial benutzt werden, wenn der Wärmestrom QEO ständig zur Verfügung steht und genutzt werden soll. In jedem Falle aber wird zur folgenden Dehydratation der flüssigen -Natronlauge der Verdampfer 17 in Betrieb genommen und liefert über die Ejektorrohre 17a des Multiejektors Treibdampf mit etwa 4 bar, der im Dampfstrahlapparat 4 durch entsprechende Einstellung eines auf der Saugseite vorgeschalteten Regelventiles 4a etwa die mehrfache Menge an Kaltdampf-aus dem Kondensator 3 ansaugt und am Ausgang des Diffusors des Dampfstrahlapparates 4 so Mischdampf mit einer Temperatur von 85 OC erzeugt. Dieser Mischdampf wird über eine Dampfleitung 13 einem Wärmetauscher 14 im Inneren des Speicherbehälters 1 zugeführt, an dessen Ende ein Regelventil 15 für eine Druckhaltung derart sorgt, daß der Dampf im Wärmetauscher -14 bei einer Temperatur von etwa 85 OC oder einer anderen gewünschten, erhöhten Temperatur kondensieren kann. Die dabei im Wärmetauscher 14 freiwerdende Verdampfungswärme des Mischdampfes wird dem Wärmespeichermaterial zugeführt, das im Anschluß an die vorherige Erschmelzung als flüssige Lauge vorliegt und den Wärmetauscher 14 umspült. Das flüssige Kondensat wird hinter dem Regelventil 15 über eine Speiseleitung 16a mittels einer Pumpe 16 in der veranschaulichten Weise wieder dem Kondensator 3 oder dem Verdampfer li, je nach Bedarf, zugeführt, wobei über die Speiseleitung 16a im Bedarfsfalle auch Wärmeträgermedium unmittelbar aus dem Verdampfer 2 in flüssiger Form in den Kondensator 3 oder den Verdampfer 17 umgepumpt werden kann.
  • Mittels des Kompressors oder Dampfstrahlapparates 4 wird somit Energie, die gegenüber der hauptsächlich zu speichernden Energie höhere Exergie besitzen kann, dazu genutzt, Wärme auf einem höheren Energieniveau in den Speicherbehälter 1 einzubringen, und aus der Schmelze oder Lösung der Natronlauge das Wasser auszutreiben. Hierzu wird das Regelventil 21 geöffnet, so daß der Unterdruck an der Saugseite des Dampfstrahlapparates 4 sich auch an der Oberseite der Natronlauge im Speicherbehälter l einstellt, so daß eine Druckabsenkung auf weniger als 0,4 bar problemlos möglich ist. Bei einem solchen verminderten Druck geht das in der Schmelze oder Lösung enthaltene Wasser bei niedriger Temperatur von beispielsweise 80 OC oder auch noch weniger in die Dampfphase über und kann über das Regelventil 21 dem Kondensator 3 zugeführt werden. Hier kann die Verdampfungswärme des Wasserdampfes durch Kondensation an dem Wärmetauscher 19 sofort wieder gewonnen werden, wobei das kondensierte Wasser in nicht näher dargestellter Weise getrennt vom Wärmeträgermedium im Kondensator 3 aufgefangen werden kann. Durch berührungsfreie Führung und rekuperativen Wärmetausch zwischen dem Mischdampf in der Dampfleitung 13 bzw. im Wärmetauscher 14 und dem Wärmespeichermedium kann somit ebenfalls R 113 in besonders günstiger Weise zur weiteren Aufheizung der Schmelze verwendet werden, was natürlich durch von der Einblasvorrichtung 7 eingeblasenes R 113 nur durch sehr starke Überhitzung und ausschließliche Nutzung sensibler Wärme möglich wäre, da R 113 bei Bedingungen, unter denen Wasser verdampft, nicht kondensieren kann. Diese Nutzung latenter Wärme des R 113 gelingt jedoch durch den viel höheren Druck in dem'Wärmetauscher 14 bei gleichzeitig entsprechend niedrigem Druck im Speicherbehälter 1.
  • Bei der.Ausdampfung des Wasser aus der Schmelze verdampfen natürlich auch Reste von R 113 im Speicherbehälter 1, soweit diese nicht über die Ablaufleitung 18 abgezogen werden konnten. Der Abzug des kondensierten Wärmeträgermediums über die Ablaufleitung 18 dient jedoch zur Begrenzung dieser Menge an R 113 auf ein Minimum, um nicht unnötige Energie für dessen Verdampfung aufwenden zu müssen. Der Abzug des Kondensats über die Ablaufleitung 18 wird durch die ober- halb des Kondensats gebildete Gasblase erhöhten Drucks begünstigt, zumal wenn nach Abschalten des Wärmestroms QE1 der Verdampfer 2 erkaltet und so ein ausgeprägtes Drucks gefälle zum Verdampfer 2 hin sich einstellt.
  • Anstelle einer Dehydratation des Wärmespeichermaterials mittels der über den Wärmetauscher 14 zugeführten Wärme höherer Temperatur kann natürlich auch die zuvor gebildete Schmelze wieder entladen werden, was im Betrieb als Kurzzeitspeicher von Interesse sein kann, zumal wenn der Wärmestrom QE2 nicht genutzt werden soll oder zur Verfügung steht.
  • Ein Entladen der Schmelze kann dadurch erfolgen daß über die Pumpe 16 Wärmeträgermedium in den Kondensator 3 umgepumpt wird, derart, daß der dortige Kondensatspiegel veranschaulichten Weise knapp unterhalb des Wärmetauschers 19 steht und hohen statischen Druck erzeugt. Das 2-Wege-Ventil 22 wird- derart umgeschaltet und das Ventil 20a geöffnet, daß kondensiertes Wärmeträgermedium über die Rücklaufleitung 10 und ein Rückschlagventil 7a bei geschlossenem Regelventil 6 der Einblasvorrichtung 7 zugeführt wird, wo das Kondensat durch den statischen Druck in die Schmelze hineingedrückt wird. Gleichzeitig wird am Wärmetauscher 19 der Wärmestrom QA abgezogen und hierzu bei geöffnetem Regelventil 21 Dampf des Wärmeträgermediums kondensiert, so daß sich ein Druck einstellt, bei dem das Kondensat des Wärmeträgermediums bei den 640C Umwandlungstemperatur der Schmelze mit Gewißheit heftig verdampft.
  • Da das Kondensat des Wärmeträgermediums leichter ist als die Natronlauge, steigt es von der Einblasvorrichtung 7 auf und bildet Dampfblasen, welche die Schmelze feinperlig von unten nach oben durchströmen. Durch die entzogene Wärme bilden sich Kristallkeime und Kristallkörner des Einhydrats zurück, wobei der durchperlende Dampf eine körnige Schüttung und eine entsprechende Gasdurchlässigkeit des sich bildenden kristallinen festen Wärmespeichermaterials gewährleistet.
  • Die bei der Entladung aus der Schmelze auftretende Verdampfungstemperatur orientiert sich in erster Linie an der Temperatur des aufzuheizenden Mediumstromes im Wärmetauscher 19, kann jedoch nach unten über eine Drosselung des Regelventils 21 begrenzt werden, so daß über das Regelventil 21 eine Leistungsregelung bei der Entladung aus der Schmelze erfolgen kann.
  • Auch bei der Entladung aus der Schmelze kann der Dampfstrahlapparat 4 eingesetzt werden, wenn, was nicht näher dargestellt ist, die Dampfleitung 13 mit einem anderen Wärmeverbraucher als dem Wärmetauscher 14 des gerade zu entladenden Speicherbehälters 1 verbunden wird. Auf diese Weise kann bei mehreren modulartigen Speichereinheiten I der Wärmetauscher 14 eines anderen Speicherbehälters 1 an die Dampfleitung 13 angeschlossen werden, so daß die Schmelzwärme eines Moduls mit für die Dehydratation eines anderen Moduls verwendet werden kann. Allgemein ist es mittels des Dampfstrahlapparates 4 möglich, die im Speicher als Schmelzwärme eingelagerte Energie für beliebige Prozesse frei zusetzen, und zwar im Rahmen desjenigen exergetischen Niveaus, das der Dampfstrahlapparat 4 zu erzeugen vermag.
  • Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird jedoch in der weiter oben bereits geschilderten Weise über den Wärmetauscher 14 zusätzliche Energie höheren exergetischen Niveaus in die gebildete Schmelze eingebracht. Hierzu wird zunächst Wärmeträgermedium aus dem Bereich des Kondensators 3, der zur Aufnahme des ausgetriebenen Wassers, dient, bei Bedarf über die Ablaufleitung 20 und die Rücklaufleitung 10 in den Verdampfer 2 abgelassen. Durch Betrieb des Dampfstrahlapparates 4 bei geöffnetem Regelventil 21 wird sodann Unterdruck über der Schmelze und im Kondensator 3 erzeugt. Die gleichzeitige Wärmezufuhr durch Kondensierung des Mischdampfes bei hohem Druck im Wärmetauscher 14 wird nun bei 80 OC oder weniger das Wasser aus der Schmelze ausgetrieben. Zur Verbesserung der Konvektion und insbesondere der Dispersion des Wärmespeichermediums wird gleichzeitig über den Verdampfer 2 und die Einblasvorrichtung 7 überhitzter Dampf des Wärmeträgermediums in den Speicher eingeleitet. Bei entsprechend starker Überhitzung des Dampfes des Wärmeträgermediums kann hierdurch natürlich weitere sensible Energie in begrenztem Umfange in den Speicherbehälter 1 eingebracht werden, jedoch ist wesen licher die Erzeugung eines feinperligen Gas stromes im Zuge der Verfestigung der Schmelze unter Ausbildung von Ätznatron, um dessen Gasdurchlässigkeit und feinkörnige Ausbildung zu gewährleisten.
  • Der aus dem Speicherbehälter 1 auf diese Weise austretende Wasserdampf wird am Wärmetauscher 19 des Kondensators 3 oberhalb der Schmelztemperatur des Wärmespeichermediums von im Beispielsfalle 64°C kondensiert, so daß am Wärmetauscher 19 die Verdampfungswärme des Wassers bei beispielsweise 70 OC freigegeben werden kann. Der überhitzte Dampf des Wärmeträgermediums, der zur Dispersion diente, entspannt beim Durchströmen des Speichermediums 1 im wesentlichen adiabat und verläßt den Speicherbehälter 1 gasförmig, um ebenso wie der Wasserdampf in den Kondensator 3 überzutreten, und verläßt den Kondensator 3 über das Saugrohr des Dampfstrahlapparates 4, so daß keine Kondensation des Wärmeträgermediums hierbei erfolgt. Die als Treibgas für den Dampfstrahlapparat 4 nicht benötigte Menge des Wärmeträgermediums sammelt sich im Behälter des Verdampfers 17 und kann durch eine geeignete Niveaubegrenzung im Verdampfer 17 über ein Ventil 23 und die Rücklaufleitung 10 in den Verdampfer 2 zurückgeleitet werden Am Ende befindet sich sämtliches Wasser im Kondensator 3, während im Speicherbehälter 1 wasserfreies Ätznatron in schüttgutartiger Konsistenz, von Kanälen durchzogen, vorliegt. Die bei der Rückkondensation des ausgetriebenen Was-sers am Wärmetauscher 19 freiwerdende Verdampfungswärme des Wassers kann entweder für den Prozeß zurückgewonnen werden, z.B. zur Verdampfung des Wärmeträgers im Verdampfer 2, so daß also der erzeugte Wärmestrom QA als Speisewärmestrom QE1 genutzt wird, oder aber in einem externen Prozeß verwendet werden.
  • Das dehydratisierte Wärmespeichermedium kann nun im Speicherbehälter 1 oder in einem anderen geschlossenen Behälter bei beliebiger Temperatur, so auch bei Raumtemperatur, beliebig lange gelagert werden. Das Material darf jedoch nicht mit Umgebungsluft in Berührung kommen, da es sehr hygroskopisch ist.
  • Die Entladephase wird dadurch eingeleitet, daß das wasserfreie Wärmespeichermaterial im Speicherbehälter 1 mit flüssigem Wärmeträgermedium überflutet wird, so daß das mit bezeichnete Niveau des erzeugten wasserfreien Wärmespeichermaterials gerade erreicht wird. Beispielsweise über die Leitung 20 und Leitung 18 wird sodann Wasser aus dem Kondensator 3 auf den Spiegel des gegenüber Wasser schwereren Wärmeträgermediums aufgebracht. In der Grenzschicht gerät nach geringfügiger Absenkung des Spiegels des Wärmeträqermediums nun Wasser in Kontakt mit dem wasserfreien Wärmespeichermaterial, so daß Lösungswärme freigesetzt wird.
  • Hierdurch verdampft in der weiter oben im einzelnen bereits geschilderten Weise Wärmeträgermedium an der Grenzschicht und wirkt bezüglich des sich darüber bildenden festen Einhydrats als Dispersionsmittel, damit dieses wieder in körniger, gasdurchlässiger Form vorliegt. Die Verdampfungstemperatur des Wärmeträgermediums wird durch entsprechende Steuerung des Drucks so eingestellt, daß sie nicht wesentlich unterhalb der druckunabhängigen Schmelztemperatur des Einhydrats liegt, um eine partielle Ausbildung höherer Hydratstufen zu vermeiden, deren zu niedrig liegende Schmelztemperatur eine technische Nutzung der Schmelzwärme nicht zulassen würde. Bei der beispielhaft hier verwendeten Stoffpaarung wird daher durch Drosselstellung des Regelventils 21 ein Druck in der Größenordnung von 1,75 bar aufrechterhalten, derart, daß die Verdampfungstemperatur des Wärmeträgermediums beispielsweise bei 63 OC liegt.
  • Durch die Verdampfung sinkt der Spiegel des Wärmeträgermediums und ermöglicht einen Zugang des Wassers zu tieferen Schichten des wasserfreien Wärmespeichermediums. Die durch das Wasser aus dem wasserfreien Wärmespeichermedium gewonnene Wärme pro Volumeneinheit ist jedoch wesentlich größer als die in derselben Volumeneinheit abführbare Verdampfungswärme des Wärmeträgermediums, so daß ständig flüssiges Wärmeträgermedium nachgefüllt werden mu, jedoch weniger als verdampft. Hierdurch wird die Sinkgeschwindigkeit des Niveaus des flüssigen Wärmeträgermediums im Speicherbehälter 1 und damit die Geschwindigkeit der Freisetzung von Wärme-auf dem wasserfreien Wärmespeichermaterial, also die Entladeleistung, gesteuert. Die Nachfüllung von flüssigem Wärmespeichermedium kann beispielsweise aus dem Verdampfer 2 über die Pumpe 16 über den Behälter des nicht betriebenen Verdampfers 17 sowie über das Ventil 23, die Rücklaufleitung 10 und bei entsprechender Schaltung des 2-Wege-Ventils 22 die Einblasvorrichtung 7 erfolgen. In der weiter oben bereits geschilderten Weise kann durch Erhöhung der Nachfüllmenge ein Stillstand des Niveaus des Wärmeträgermediums im Speicherbehälter 1 oder auch eine Rückflutung bereits gebildeten Einhydrats erfolgen, um den Entladevorgang abzustoppen oder zu unterbrechen. Ebenso wie zuvor im Zusammenhang mit der Entladung der Schmelze beschrieben kann über die Leitung 20 zum Nachfüllen auch flüssiges Wärmeträgermedium aus dem Kondensator 3 genutzt werden, aus dem durch Kondensation des erzeugten und am Regelventil 21 entspannten Dampfes des Wärmeträgermediums der Wärmestrom QA als Entladeleistung abgezogen worden ist.
  • Der Entladevorgang ist abgeschlossen, wenn das gesamte Wasser vom Wärmespeichermedium aufgenommen wurde und sich das Einhydrat zurückgebildet hat.
  • Grundsätzlich kann eine Vielzahl von Stoffen, die bei Überführung in die Lösung Wärme freisetzen und wenigstens ein stöchiometrisches Hydrat bilden können, für das erfindungs- gemäße Verfahren eingesetzt werden, wobei das Wärmeträgermedium an die Eigenschaften des jeweils gewählten Stoffes für das Wärmespeichermaterial angepaßt zu wählen ist. Eine Verwendung von NaOH und/oder KOH ist jedoch infolge sehr guter Eignung bei guter Verfügbarkeit und geringem Preis derzeit bevorzugt. Bei einem Preis von DM 750,- je Tonne Ätznatron entfällt pro Kubikmeter Speicherinhalt an Investitionskosten ca. DM 880,- auf das Wärmespeichermedium.
  • Dies ergibt einen Investitionspreis von ca. DM 1,95 je kWh zu speichernder Energie. Bei der Substitution von Öl mit einem Preis 0,08 pro kWh errechnen sich lediglich 24,5 Zyklen zur Vollamortisation, bei der Substitution von Strom mit einem Preis von DM 0,15 pro kWh ergeben sich sogar nur 13 Zyklen. Da eine beliebige Anzahl von Speichermodulen oder Speichereinheiten I mit den entsprechenden Zusatzaggregaten wie Verdampfer 2, Kondensator 3, Dampfstrahlapparat 4 sowie zugehörigen Regelanlagen betrieben werden kann, ist mit wachsender Speicherkubatur von einem sinkenden spezifischen Systempreis je kWh zu speichernder Energie auszugehen.
  • Nachfolgend wird anhand der Fig. 6 bis 10 die Einschaltung eines Wärmespeichers der in Fig. 5 veranschaulichten Bauart in ein Heizsystem, ein Kühlsystem und ein Energietransformationssystem erläutert.
  • In Fig. 6 ist der Aufbau eines Heizsystems für ein Einfamilienhaus mit Solarheizung beispielhaft veranschaulicht.
  • Dabei soll als besondere Aufgabenstellung vorgegeben sein, daß die Nutzung der hochexergetischen Energiequelle QE2 nur nachts erfolgen soll, etwa um billigen Nachtstrom zu nutzen. Um dies zu erzielen ist gemäß Fig. 6 zusätzlich zum eigentlichen Energiespeicher der aus Fig. 5 ersichtlichen Bauart ein Pufferspeicher 27 vorgesehen, der mit einem thermischen Sonnenkollektor 24 zusammenarbeitet. Im Sonnenkollektor 24 wird ein geeignetes Medium wie Wasser erwärmt und umgepumpt, wobei die im Kollektor 24 gesammelte Energie mittels eines Wärmetauschers 24a an ein Wärmespeichermedium im Pufferspeicher 27 abgegeben wird. Als Wärmespeichermedium für den Pufferspeicher 27 kommt beispielsweise CaCl2 mit einer Schmelztemperatur von 26,8 OC in Frage. Je nach Sonneneinfall wird die Umpumpgeschwindigkeit des Wassers oder dgl. im Sonnenkollektor 24 so gewählt, daß die Temperatur des Wassers beim Schmelzpunkt des Wärmespeichermediums im Pufferspeicher 27 oder etwas darüber liegt, so daß Wärmespeichermedium erschmolzen und die Schmelzwärme als latente Wärme gespeichert wird. Hierzu kann auf einen Speicher der aus der DE-OS 31 49 660 bekannten Bauart zurückgegriffen werden, so daß die gewählte Darstellung nur als Schemazeichnung zu verstehen ist.
  • Zum-Entladen des Pufferspeichers 27 wird der Wärmestrom gE2 zur Erzeugung von überhitztem Treibdampf im Verdampfer 17 herangezogen, und wird eine Zulaufleitung 25 für das Wärmetr-ägermedium des EnergiespeichersXeröffnet, so daß dieses unter statischem Druck in die Schmelze verteilt eindringen kann. Der Innenraum des Pufferspeichers 27 liegt über eine Saugdampfleitung 28 und ein Regelventil 4b an der Saugseite des Dampfstrahlapparates 4, so daß im Pufferspeicher 27 Unterdruck erzeugt wird, derart, daß das Wärmeträgermedium, hier R 113, bei der Schmelztemperatur des Wärmespeichermaterials des Pufferspeichers 27 verdampft und im Dampfstrahlapparat 4 als Saugdampf genutzt wird.
  • Im Dampfstrahlapparat 4 kann nun zunächst Dampf mit einer Temperatur von im Beispielsfalle etwa 65 OC erzeugt werden, der bei geschlossenem Regelventil 15 und einem geöffnetem Steuerorgan 26a zu einer weiteren Mischdampfleitung 26 und über den Verdampfer 2 und das geöffnete Regelventil 6 der Einblasvorrichtung 7 zugeführt wird. Es erfolgt damit das Erschmelzen des Wärmespeichermaterials im Speicherbehälter 1 in der weiter oben bereits erläuterten Weise mit dem einzigen Unterschied, daß das dampfförmige Wärmeträgermedium nicht am Wärmetauscher 5, sondern im Dampfstrahlapparat 4 erzeugt worden ist. Der Wärmetauscher 5 ist bei dieser Betriebsart außer Betrieb, und könnte in der Anlage X durch ein Regelventil 25a .
  • vollständig entfallen, so daß die Dampfleitung 26 unmittelbar zur Einblasvorrichtung 7 führt. Jedoch kann auch etwa zur Verfügung stehende Abwärme als Wärme QE1 zusätzlich zum Sonnenkollektor 24 genutzt werden, um mit Wärme niedriger Exergie eine Aufladung des Wärmespeichermediums zumindest bis zur Bildung der Schmelze etwa während des Tages zu erzielen.
  • Für die zweite Beladungsphase wird das Regelventil 15 gedrosselt geöffnet, und das Steuerorgan 26ageschlossen, so daß im Dampfstrahlapparat 4 gebildeter Dampf höherer Temperatur, beispielsweise von 85 OC, in den Wärmetauscher 14 eingeführt wird. Sofern durch Leistung des Verdampfers 2 kein Dampf für die gleichzeitige Dispersion des Wärmespeichermediums zur Verfügung steht, kann ein Teil des überhitzten Dampfes über das Steuerorgan26a und die Dampfleitung 26 der Einblasvorrichtung 7 zugeführt werden, um dort dispergierendes dampfförmiges Wärmeträgermedium zuzuführen. Gegebenenfalls kann das Steuerorgan26a als federbelastetes Rückschlagventil ausgebildet sein, welches eine Rückströmung aus der Dampfleitung 26 in die Dampfleitung 13 ausschließt, bei einem bestimmten Überdruck in der Dampfleitung 13 jedoch in einem gewünschten Maße öffnet. Bei geschlossenem Regelventil 15 strömt dann der gesamte Dampf aus der-Dampfleitung 13 in die Dampfleitung 26, während nach gedrosselter Öffnung der Druck des Dampfes in der Dampfleitung 13 für einen Teilstrom in die Dampfleitung 26 sorgt.
  • Mittels des Regelventils 4a kann, wie im Zusammenhang mit Fig.5 im einzelnen erläutert ist, auch aus dem Kondensator 3 Kaltdampf dem Dampfstrahlapparat 4 zusätzlich zu dem Dampf aus der Saugdampfleitung 25a zugeführt werden, so daß die Betriebsweise des Energiespeichers im übrigen im wesentlichen unverändert gegenüber den Erläuterungen zu Fig. 5 ablaufen kann. Das Heizsystem des Hauses ist selbstverständlich an den Wärmetauscher 19 angebunden und wird über den Wärmestrom QA betrieben.
  • Auch bei diesem System kann anstelle des Dampfstrahlapparates 4 auch ein anderer Verdichter verwendet werden.
  • In jedem Falle ergibt sich gegenüber einer Verwendung der am Sonnenkollektor 24 anfallenden oder im Pufferspeicher 27 gespeicherten Wärme als Wärme strom QE1 für den Wärmetauscher 15 des Verdampfers 2 der Vorteil, daß eine direkte Einkopplung des Sonnenkollektors in den Speisekreis des Energiespeichers möglich ist, obwohl der Sonnenkollektor bezogen-auf die Schmelztemperatur des Wärmespeichermediums von 64 OC eine anergetische Energiequelle ist, deren Nutzung sonst die zusätzliche Verwendung von fremdenergiegespeisten Wärmepumpen benötigen würde.
  • Speziell durch den Pufferspeicher 27- ergibt sich der Vorteil einer Kurzzeitspeicherung etwa der Leistung eines Tages zur intermittierenden Nutzung des Wärmestroms QE2 je nach Tarifgestaltung, Verfügbarkeit oder dgl. Als weiterer Vorteil ergibt sich eine konstante Vorlauftemperatur des Wassers oder dgl. im Kreislauf des Sonnenkollektors 24, woraus ein hoher Jahreswirkungsgrad des Sonnenkollektors 24 resultiert, der auf sehr niedrigem Temperaturniveau arbeiten kann.
  • Unter Berücksichtigung der meteorologischen Daten gemäß DIN 4710 ergeben sich für ein Einfamilienhaus bei Anwendung eines Heizsystemes gemäß Fig. 6 die in der Tabelle veranschaulichten Betriebszustände während der Heizperiode.
  • Wie aus der Tabelle ersichtlich ist, übersteigt der Heizbedarf die Kollektorleistung zwischen Oktober und März.
  • Während dieser Zeit muß somit zusätzlich auf gespeicherte Energie zurückgegriffen werden, woraus sich die vorzuhaltende Leistung zu Beginn der Heizperiode ergibt, die bis zum Ende der Heizperiode Energie verfügbar halten muß. Da der Exergiestrom zur Erhöhung der bei ca. 25 C zur Verfügung gestellten Kollektorenergie auf ca. 650nicht aus der gespeicherten niedrigen Exergie entnommen werden kann, sondern Fremdenergie benötigt, ergibt sich eine gegenüber der ins- TABELLE SEP. OKT. NOV. DEZ. JAN. FEB. MRZ. APR.
  • QH HEIZBEDARF 0,4 1,4 3,0 4,1 4,4 3,9 2,2 0,7 MWh QK KOLLEKTORLEIST. 0,95 0,71 0,37 0,27 0,29 0,43 0,76 0,77 MWh QHv VORZUHALTENDE - 16,2 15,5 12,9 9,0 4,9 1,5 - MWh LEISTUNG QE EXERGIESTROM - 0,15 0,07 0,05 0,06 0,09 0,16 - MWh # = 4,75 QSp SPEICHERLEISTUNG - 15,6 15,10 12,60 8,70 4,65 1,35 - MWh VORZUHALTEND gesamt vorzuhaltenden Leistung etwas geringere vorzuhalten de Speicherleistung.
  • Bei einer spezifischen Speicherkapazität Von 0,453 MWh/m3 muß in einem solchen Gebäude ein Speichervolumen von 34,5 m3 installiert werden. Dies beansprucht beispielsweise einen Kellerraum von den Maßen 2,6 x 2,7 x 5,0 m Die vom Sonnenkollektor 24 dem Energiespeicher zugeführte Leistung bis zum Beginn des Speicherbetriebs im Oktober beträgt 2 12,3 MWh bei einer Kollektorfläche von ca. 25 m g eingestellt auf eine Abgabetemperatur von 25 OC, Exergetisch müssen ca. 4,2 MWh als Exergiestrom in das System eingebracht werden. Sofern der Exergiestrom mittels Öl erzeugt wird, ergäben sich Heizkosten von ca. DM 335,- pro Jahr.
  • Bei einer Standzeit von 20 Jahren substituiert das Heizsystem mindestens fossilen Brennstoff für 315 MWh, was einem Öläquivalent von rund 35.000 1 entspricht.
  • Neben einer Nutzung der Sonnenenergie für die gesamte Heizung, mit Ausnahme des Exergiestromes,können erfindungsgemäße Energiespeicher jedoch auf vielen Gebieten zur Systemoptimierung eingesetzt werden, beispielsweise zur Spitzenlastdeckung bei leitungsgebundenen Energieversorgungssystemen zur Vermeidung hoher Tarifzuschläge für die Spitzenlast, oder als Kälteperioden-Speicher in Verbindung mit Wärmepumpenanlagen, wobei bei großer Xälte anstelle eines Betriebs der Wärmepumpen mit niedriger Leistungsziffer auf den Energiespeicher zurückgegriffen wird. Für das als Beispiel berechnete Haus wäre für einen solchen Anwendungsfall ein Speicher mit einem Fassungsvermögen von 375 kWh zu installieren, der lediglich einen Raum von 0,85 m3 einnehmen würde.
  • Ausgehend von einem Energiespeicher nach Fig. 5 kann die eingelagerte Energie auch anders als zu Heizzwecken verwendet werden. Solche Anwendungsfälle sind der Einsatz der eingelagerten Energie als Antrieb für eine Kältemaschine oder eine Gasturbine.
  • Für beide Fälle könnte sowohl der aus dem Speicherbehälter 1 ausströmende Frischdampf wie auch im Wärmetauscher 19 produzierter Dampf eines externen Wärmeträgers mit Phasenwechsel zu Antriebszwecken genutzt werden. Da im'letzteren Falle vor allem der Druck für die Wirksamkeit des Antriebs bestimmend ist, wird man hier vorzugsweise ein niedersiedendes Wärmeträger-Fluid wählen.
  • Solche Kühl- oder Energietransformationssysteme lassen sich mit Gewinn bei der Kälteerzeugung oder Stromerzeugung aus Solarenergie oder Abwärme einsetzen. Für die Stromerzeugung aus Solarenergie oder Abwärme kann das System gegenüber einer beispielsweise photovoltaischen Umsetzung den Vorteil des Speichereffekts erzielen. Zudem läßt eine solche, mit thermischen Sonnenkollektoren betriebene Anlage ähnliche elektrische Wirkungsgrade wie photovoltaische Elemente erwarten, so daß aufgrund der hohen Investitionskosten für photovoltaische Elemente neben technischen Vorteilen auch ein zu erwartender wirtschaftlicher Vorteil zugunsten der Erfindung sprechen.
  • Noch gravierender ist der wirtschaftliche Vorteil beim Einsatz als Kältemaschine. Hier wird im Vergleich zu herkömmlichen Kälteaggregaten thermische Energie direkt ohne Umwandlungsverluste als Antriebsmedium eingesetzt. Bei hohem Einstrahlungsangebot, beispielsweise in südlichen Ländern, sollte für den Betrieb ein zusätzlicher Einsatz weiterer Energiequellen überflüssig sein.
  • Eine Ausführungsform eines solchen Kühlsystems ist in Fig.7 veranschaulicht. Hierbei wird der beim Entladen des Speicherbehälters 1 auftretende Verdampfungsdruck des Wärmeträgermediums als Antrieb für einen Verdichter in Form des Dampfstrahlapparates 4 genutzt. Mittels des Regelventils 21 kann der Dampf des Wärmeträgermediums hierzu einer Dampfleitung 30 zugeführt werden, die im Beispielsfalle im Ver- dampfer 17 mündet, jedoch auch unmittelbar an die Ejektorrohre 17a angeschlossen sein könnte Das Kälteaggregat besteht aus einem Verdampfer 31 mit einem Wärmetauscher 32, der in der üblichen Weise ein geeignetes Kühlmittel enthält, dem die zur Verdampfung des Wärmeträgermediums im Verdampfer 31 erforderliche Energie in Form eines Energiestroms QA2 entzogen wird. Im Beispielsfalle aus der Rücklaufleitung 10 oder unmittelbar aus dem Kondensator 3 kann Wärmeträgermedium über ein Regelventil 33a in einer Zuleitung 33 in flüssiger Form dem Verdampfer 31 zugeführt werden. Aus dem Verdampfer 31 wird gasförmiges Wärmeträgermedium über eine Saugdampfleitung 34 mit einem Regelventil 4b dem Verdichter in Form des Dampfstrahlapparates 4 zugeführt.
  • Durch Öffnen des Regelventils 4b wird im Verdampfer 31Unterdruck erzeugt. Der über die Saugdampf leitung 34 abgesaugte Kaltdampf mischt sich im Diffusor des Dampfstrahlapparates 4 mit dem Frischdampf aus der Dampfleitung 30 zu einem Dampf mittleren Drucks, der im Entladebetrieb über ein Regelventil 35 in der Dampfleitung 13 über eine Dampfleitung 36 dem Kondensator 3 zugeführt werden kann, um dort zu kondensieren. Die Kondensationswärme QAl wird als Abwärme über den Wärmetauscher 19 abgeführt. Über das Regelventil 33a und das Ventil 20 wird Kondensat des Wärmeträgermediums in den Verdampfer 31 gedrückt, wobei mittels des Regelventils 33a entsprechend der Temperatur des Kältekreislaufs mit dem Wärmetauscher 32 eine Leistungsregulierung erfolgen kann.
  • Wenn gemäß der in Fig. 7 veranschaulichten Schaltung der Verdampfer 17 unverändert auch noch mit dem Wärmestorm QE2 hoher Exergie betrieben werden kann, so ergibt sich die zusätzliche Möglichkeit, daß der Verdampfer 31 auch während der Beladephase des Energiespeichers arbeiten und den Energiestrom QA2 kühlen kann, wenn also in der Dampfleitung 30 kein Druck herrscht. Der Betrieb des Dampfstrahlapparates 4 kann während der Beladephase dennoch durch Verdampfung mittels des Wärmestroms QE2 aufrechterhalten werden, wobei der Dampfstrahlapparat 4 in die Dampfleitung 13 und den Wärmetauscher 14 fördert, was während der Beladephase zwar nicht in jedem Betriebszustand nötig, jedoch möglich ist und die Erwärmung des Wärmespeichermediums unterstützt.
  • Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 8 ist der Wärmetauscher 19 des Kondensators 3 als Verdampfer in einen externen Kreislauf einbezogen. Im Wärmetauscher 19 erzeugter Dampf wird hierbei über eine Dampfleitung 40 einem Verdichter wie einem Dampfstrahlapparat 41 als Treibdampf zugeführt und mit Saugdampf aus einem Verdampfer 42 gemischt. Der erzeugte Mischdampf wird über eine Dampfleitung 43 einem Kondensator 44 zugeführt und kondensiert dort unter Abgabe einer Wärmemenge1 an einen Wärmetauscher 45. Das Kondensat wird über eine Ableitung 46 einem Ausgleichsbehälter 47 zugeführt.
  • Über eine Leitung 48 und ein Regelventil 49 kann kondensiertes Wärmeträgermedium in der üblichen Weise in den Verdampfer 42 eingeführt werden und verdampft durch den durch Abzug des Saugdampfes erzeugten Unterdruck, wobei die Verdampfungswärme einem Wärmetauscher 49 entzogen wird, der ein externes Kältemittel enthält und so dem Kreislauf dieses Kältemittels die Energie QA2 entzieht. Über eine mit einer Pumpe und einem Rückschlagventil versehene Zuleitung 46 a wird nicht in den Verdampfer 42 eingeleitetes Wärmeträgermedium wieder dem Wärmetauscher 19 zugeführt und dort in die Dampfleitung 40 hinein verdampft.
  • Im externen Kreislauf des Kältemittels mit dem Wärmetauscher 49 wird ein niedrigsiedender Wärmeträger eingesetzt, der bei der gegebenen Temperatur einen höheren Verdampfungsdruck aufweist als das Wärmeträgermedium, im Beispielsfalle R 113. Hieraus resultiert, daß der Verdichter oder Dampfstrahlapparat 41 auf der Saugseite des Verdampfers 42 einen niedrigeren Absolutdruck aufbaut und aufgrund der thermophysikalischen Eigenschaften des Wärmeträgers eine für den Energiestrom QA2 niedrigere Kühltemperatur erzielt wird, als dies bei einer Ausbildung des Systems gemäß Fig. 7 möglich wäre.
  • In den Fig. 9 und 10 ist ein Einsatz eines erfindungsgemäßen Energiespeichers zur Stromerzeugung beispielhaft veranschaulicht. Ein wesentliches Problem, Energiequellen niederer exergetischer Qualität zur Stromgewinnung einzusetzen, besteht darin, daß bei direkter Umsetzung aufgrund der Diskon tinuität von Angebot und Nachfrage, sowie durch die Unmöglichkeit angepaßter Leistungsabgabe, wirtschaftlic') arbeitende Anlagen nicht zu erstellen sind. Eine Speicherung des erzeugten Stromes scheidet für die meisten Anwendungsfälle wegen zu hohen technischen Aufwandes aus.
  • Gemäß Fig. 9 wird, ähnlich wie im Falle des Kühlsystems nach Fig. 7, in der Entladephase aus dem Speicherbehälter 1 austretender Frischdampf des Wärmeträgermediums über das Regelventil 21 in eine Dampfleitung 50 geleitet und direkt einer Gasturbine 51 zugeführt, über deren Welle- ein Generator 52 betrieben wird. Der Frischdampf aus der Dampfleitung 50 gibt in der Gasturbine 51 unter isenthalper Entspannung Energie ab, die im Generator 52 in elektrische Energie umgeformt wird. Der entspannte Dampf wird über eine Abdampfleitung 53 einem Kondensator 54 zugeführt und dort kondensiert. Aus dem Kondensator 54 wird Kondensat über ein Schwimmerventil 55a und eine Leitung 55 mit einem Rückschlagventil abgezogen und durch die Pumpe 16 erneut unter Druck gesetzt und wieder dem Kreislauf zugeführt. Die bei der Kondensation im Kondensator 54 freiwerdende Verdampfungswärme des Abdampfes aus der Leitung 53 wird über einen Wärmetauscher 56 als Wärmestrom2 wiedergewonnen.
  • Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 10 wird ähnlich wie beim Kühlsystem gemäß Fig. 8 im Wärmetauscher 19 des Kondensators 3 Dampf eines niedersiedenden Wärmeträgers des externen Kreislaufs erzeugt und in eine Dampf leitung 60 eingespeist. Der Dampf in der Leitung 60 wird wiederum einer Gasturbine 61 zugeführt, auf deren Welle ein Generator 62 betrieben wird. Der entspannte Abdampf der Gasturbine 61 wird über eine Abdampf leitung 63 einem Kondensator 64 zugeführt, in dem er kondensiert. Die bei der Kondensation frei- werdende Verdampfungswärme wird in einem Wärmetauscher 66 abgeführt und so ein Wärmestrom QA als Abwärme erzeugt.
  • Über ein Schwimmerventil 65a und eine Kondensatleitung 65 gelangt das Kondensat in einen Ausgleichsbehälter 67. Vom Ausgleichsbehälter 67 schließlich führt eine Rückleitung 68 mit einer Pumpe und einem Rückschlagventil wieder zur Eingangsseite des Wärmetauschers 19, wo erneut die Verdampfung zur Speisung der Dampfleitung 60 erfolgt. Dadurch, daß im externen Kreislauf mit der Dampfleitung 60 ein vom Wärmeträgermedium unterschiedlicher niedersiedender Wärmeträger verwendet werden kann, ergibt sich im externen Kreislauf bei gleicher Temperatur ein höherer Verdampfungsdruck, der in der Gasturbine 61 genutzt werden kann.
  • In ähnlicher Weise kann der Frischdampf des Wärmeträgermediums bei der Entladung des Wärmespeichermediums im Speicherbehälter 1 direkt oder indirekt auch in kondensationsfreien Prozessen wie dem Ericson-, Joule-Brayton-oder Stirling-Prozeß verwendet werden.
  • Bei den Ausführungsformen gemäß den Fig. 7 bis 10 ist die Arbeitsweise des eigentlichen Energiespeichers unverändert und entspricht derjenigen gemäß Fig. 5 mit Einbringung der Wärme über den Verdampfer 2 oder derjenigen gemäß Fig.6 mit Einbringung der Wärme über die Saugdampfleitung 25a zum Beladen des Wärmespeichermaterials. In jedem Falle wird beim Entladen Frischdampf des Wärmeträgermediums an der Oberseite des Speicherbehälters 1 bzw. am Regelventil 21 erzeugt, der entweder unmittelbar als Treibdampf in den Systemen gemäß Fig. 7 und 9 oder zur Zuführung von Wärme zum Wärmetauscher 19 bei seiner Kondensation verwendet wird, um gemäß den Systemen in den Fig. 8 und 10 hierdurch Treibdampf eines niedersiedenden Wärmeträgers in einem externen Kreislauf zu erzeugen. Daher ist es möglich, einen erfindungsgemäßen Energiespeicher mit einer entsprechenden Mehrzahl peripherer Leitungen und Geräte- zu versehen, um z.B.
  • wahlweise kühlen oder Strom erzeugen zu können.
  • - L e e r s e i t e -

Claims (33)

  1. Patentansprüche 1. Verfahren zur Energierückgewinnung aus einem Wärmespeichermedium, das einen kristallinen Feststoff in Form eines stöchiometrischen Hydrats bilden kann, welches bei Überführung in wässrige Lösung Wärme freisetzt, dadurch gekennzeichnet, a) daß als Wärmespeichermedium ein kristallines Ausgangshydrat einer niedrigen Hydratationszahl, einschließlich null, verwendet wird, b) daß dem-Ausgangshydrat Wasser zugegeben wird, t) daß die sich bei der Wasserzugabe entwickelnde Lösungswärme zur Erwärmung der Lösung auf eine Temperatur herangezogen wird, die oberhalb derjenigen Temperatur liegt, bei der ein Endhydrat einer bestimmten, gegenüber dem Ausgangshydrat höheren Hydratationszahl schmilzt, und d) daß der abkühlenden Lösung bei einer unterhalb der Schmelztemperatur des Endhydrats, jedoch oberhalb der Schmelztemperatur sich gegebenenfalls bildender anderer Hydrate mit gegenüber dem Endhydrat höherer Hydratations- zahl, liegenden Temperatur zur Verfestigung in der kristallinen Phase des Endhydrats Wärme entzogen und mittels eines gegenüber dem Wärmespeichermedium und Wasser inerten Wärmeträgermediums als Nutzwärme abgeführt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeentzug des Schrittes d) durch Verdampfung des Wärmeträgermediums im Direktkontakt erfolgt.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wärmeträgermedium gewählt wird, dessen flüssige Phase schwerer ist als Wasser.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zu Beginn der Wasserzugabe des Schrittes b) das Wärmespeichermedium wenigstens annähernd vollständig durch das Wärmeträgermedium geflutet ist.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wärmeträgermedium gewählt wird, dessen flüssige Phase leichter ist als die Schmelze des Endhydrats.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, -dadurch gekennzeichnet, daß der sich beim Schritt d) bildende Dampf des Wärmeträgermediums gedrosselt abgeführt wird.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampfdruck des Wärmeträgermediums auf einen konstanten Wert geregelt wird.
  8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß verdampftes Wärmeträgermedium zu einem Teil durch flüssiges Wärmeträgermedium kontinuierlich ersetzt wird.
  9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Wärmespeichermedium eine Lauge wie insbesondere Na0H, KOH oder LiOH verwendet wird
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Wärmespeichermedium eine insbesondere eutektische Mischung zweier Laugen, insbesondere von NaOH und KOH, verwendet wird.
  11. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Wärmeträgermedium ein Kohlenwasserstoff, im-Falle von NaOH als Wärmespeichermedium insbesondere C2Cl3F3 verwendet wird.
  12. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das als Endhydrat vorliegende Wärmespeichermedium auf die Schmelztemperatur des ndhydrats sowie weiter zumindest auf die Verdampfungstemperatur des Wassers in der Schmelze erwärmt und so das Endhydrat wieder in das Ausgangshydrat umgewandelt wird.
  13. 13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß während der Verdampfung des Wassers über dem Wärmespeichermedium ein niedrigerer Druck als Atmosphärendruck aufrechterhalten wird.
  14. 14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung des Endhydrats auf seine Schmelztemperatur dadurch erfolgt, daß das Wärmeträgermedium in gasförmiger Phase mit dem Wärmespeichermedium in Kontakt gebracht und an diesem kondensiert wird.
  15. 15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung des Endhydrats auf die Verdampfungstemperatur des Wassers in der Schmelze durch rekuperativen Wärmetausch mit dem Wärmeträgermedium erfolgt, das bei erhöhtem Druck unter Freisetzung seiner Verdampfungswärme kondensiert.
  16. 16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß während der Erwärmung des Endhydrats auf die Verdampfungstemperatur des Wassers in der Schmelze gasförmiges Wärmeträgermedium als Dispersionsmittel fein verteilt in das Wärmespeichermedium eingebracht wird.
  17. 17. Energiespeicher unter Verwendung des Verfahrens nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 16, mit einem geschlossenen Speicherbehälter (1) für das Wärmespeichermedium, mit einem Einlaß (Einblasvorrichtung 7) und einem Auslaß für Wärmeträgermedium, sowie mit einem dem Einlaß für das Wärmeträgermedium vorgeordneten Verdampfer (2) und einem dem Auslaß für das Wärmeträgermedium nachgeordneten Kondensator (3), dadurch gekennzeichnet, daß im Speicherbehälter eine zusätzliche Heizeinrichtung (Wärmetauscher 14) vorgesehen ist.
  18. 18. Energiespeicher nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung als im Wärmespeichermedium angeordneter Wärmetauscher (14) ausgebildet ist, an dessen Eingang ein Verdichter (Dampf strahlapparat 4) für dampfförmiges Wärmeträgermedium angeschlossen ist.
  19. 19. Energiespeicher nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdichter als Dampfstrahlapparat (4) ausgebildet ist, dessen Treibdampf in einem Verdampfer (17) durch Fremdenergie (QE2) hoher Exergie gespeist ist.
  20. 20. Energiespeicher nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß im Bodenbereich des Speicherbehälters (1) eine Einblasvorrichtung (7) zum feinperligen Einblasen von dampf förmigem Wärmeträgermedium vorgesehen ist.
  21. 21. Energiespeicher nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Einblasvorrichtung (7) alternativ flüssi- ges Wärmeträgermedium unter einem gegenüber dem statischen Druck des Wärmespeichermediums im Bereich der Einblasvorrichtung (7) höheren Druck zuführbar ist.
  22. 22. Energiespeicher nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß im oberen Bereich des Speicherbehälters (1) ein Wannenboden (8) angeordnet ist, der von aus dem Inneren des Speicherbehälters (1) aufsteigender Flüssigkeit über einen Uberlauf (Öffnungsstutzen 8a) erreichbar ist, und der eine Rückleitung (9) zur Ableitung sich sammelnder Flüssigkeit aus dem Bereich-des Speicherbehälters t1) aufweist.
  23. 23.. Heizsystem unter Verwendung eines Energiespeichers nach einem der Ansprüche 17 bis 22, der durch Solarenergie niedriger Exergie speisbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das in einem thermisch arbeitenden Sonnenkollektor (24) umlaufende Heizmedium einem als Latentwärmespeicher ausgebildeten Pufferspeicher (27) Wärme zuführt und dort bei oder geringfügzg über der Umwandlungs- oder Reaktionstemperatur-des dortigen Speichermediums speichert, und daß dem Speichermedium des Pufferspeichers (27) Wärmeträgermedlum unter einem solchen Druck zugeführt wird, daß die Verdampfungstemperatur des Wärmeträgermediums niedriger liegt als die Umwandlungs- oder Reaktionstemperatur des Speichermediums des Pufferspeichers, und der so am Speichermedium des Pufferspeichers (27) erzeugte Dampf des Wärmeträgermediums in den Energiespeicher einspeisbar ist.
  24. 24. Heizsystem nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der im Pufferspeicher (27) erzeugte Dampf des Wärmeträgermediums dem Verdichter (Dampfstrahlapparat 4) als Saugdampf zuführbar ist.
  25. 25. Heizsystem nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckleitung (Dampfleitung 13) des Verdichters (Dampfstrahlapparat 4) mit dem Wärmetauscher (14) der Heizeinrichtung des Energiespeichers und/oder mit der Einblasvorrichtung (7) des Energiespeichers für das gasförmiges Wärmeträgermedium in Strömungsverbindung bringbar ist.
  26. 26. Kühlsystem unter Verwendung eines Energiespeichers nach einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß einem Verdampfer (31) eines Kühlaggregats flüssiges Wärmeträgermedium zuführbar ist, und im Verdampfer (31) ein solcher Unterdruck erzeugbar ist, daß das Wärmeträgermedium unter Entzug der Verdampfungswärme aus einem Wärmetauscher (32) des-Kältemittelkreislaufs in die dampfförmige Phase überführbar ist sowie dampfförmig wieder dem Energiespeicher zuführbar ist.
  27. 27. Kühlsystem nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer (31) über eine Saugdampfleitung (34) mit der Saugseite des dem Wärmetauscher (14) der Heizeinrichtung des Energiespeichers vorgeschalteten Verdichters (Dampfstrahlapparat 4) verbunden ist.
  28. 28. Kühlsystem nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Verdichter (Dampf strahlapparat 4) erzeugte Dampf hohen Druckes unmittelbar dem Kondensator (3) zuleitbar ist.
  29. 29. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 26 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß des Speicherbehälters (1) für Frischdampf des Wärmeträgermediums mit der Treibgasseite des als Dampfstrahlapparat (4) ausgebildeten Verdichters verbindbar ist.
  30. 30. Kühlsystem unter Verwendung eines Energiespeichers nach einem der Ansprüche 17 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (19) des Kondensators (3) des Energiespeichers Teil eines Kreislaufs eines externen, niedrig siedenden Wärmeträgers ist, und daß vom Ausgang des Wärmetauschers (19) eine Dampfleitung (40) zu einem Dampfstrahlapparat (41) führt, dessen Saugseite an den Verdampfer (42) eines Kälteaggregats angeschlossen ist, und dessen Druckseite an einen Kondensator (44) angeschlossen ist.
  31. 31. Energietransformationssystem mit einem Energiespeicher nach einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß des Speicherbehälters (1) für Frischdampf des Wärmeträgermediums mit der Hochdruckseite einer Gasturbine (51) verbindbar ist.
  32. 32. Energietransformationssystem nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß der Abdampf der Gasturbine (51) in einem Kondensator (54) kondensierbar und als Kondensat des Wärmeträgermediums wieder dem Energiespeicher zuführbar ist.
  33. 33. Energietransformationssystem mit einem Energiespeicher nach einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (19) des Kondensators (-3) Teil des externen Kreislaufs eines niedrig siedenden Wärmeträgers ist, und daß der Ausgang des Wärmetauschers (19) über eine Dampfleitung (60) mit der Eingangsseite einer Gasturbine (61) in Verbindung steht.
DE19833345061 1983-12-13 1983-12-13 Verfahren zur energierueckgewinnung aus einem waermespeichermedium, das einen kristallinen feststoff in form eines stoechiometrischen hydrats bilden kann, sowie unter verwendung dieses verfahrens arbeitender energiespeicher und hiermit versehenes heizsystem, kuehlsystem und energietransformationssystem Withdrawn DE3345061A1 (de)

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DE19833345061 Withdrawn DE3345061A1 (de) 1983-12-13 1983-12-13 Verfahren zur energierueckgewinnung aus einem waermespeichermedium, das einen kristallinen feststoff in form eines stoechiometrischen hydrats bilden kann, sowie unter verwendung dieses verfahrens arbeitender energiespeicher und hiermit versehenes heizsystem, kuehlsystem und energietransformationssystem

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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