DE4031873A1 - Heat storage unit for motor vehicle - incorporates zeolite ballast material and reaction water circuit - Google Patents

Heat storage unit for motor vehicle - incorporates zeolite ballast material and reaction water circuit

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Abstract

In the reaction water circuit (2) there is a heat exchanger (2d) for emission of the reaction heat released by the zeolite and producing a water-steam interface. When the reaction water circuit is inactive, the absolute pressure in the zeolite ballast material (1) is below ambient pressure, being in the range of 50 to 300 mbar. Around the zeolite ballast material is at least one air channel (3) through which hot air flows for loading the heat storage unit in the zeolite desorption phase. The zeolite is located between concentrically arranged pipes, the inner of which forms the outer wall of a first air channel, and the outer the inner wall of a second such channel. USE - As a heat storage unit for a motor vehicle.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmespeicheranlage, insbe­ sondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem eine Zeolith- Schüttung passierenden Reaktionswasserkreislauf, in den ein Wärmetauscher zur Abgabe der im Zeolith freigesetzten und hierbei eine Wasserdampffront erzeugenden Reaktions­ wärme eingebunden ist. Eine derartige Wärmespeicheranlage ist beispielsweise aus der DE 39 22 736 C1 bekannt.The invention relates to a heat storage system, in particular especially for a motor vehicle with a zeolite Fill passing reaction water circuit, in the a heat exchanger to release those released in the zeolite and here a water vapor front generating reaction heat is involved. Such a heat storage system is known for example from DE 39 22 736 C1.

In der Erkenntnis, daß die Lebensdauer der Zeolith-Schüt­ tung für einen Serieneinsatz in Kraftfahrzeugen noch nicht befriedigend ist, hat sich die Erfindung die Auf­ gabe gestellt, Maßnahmen zur Erhöhung der Zeolith-Lebens­ dauer aufzuzeigen.Recognizing that the lifetime of the zeolite bulk device for series production in motor vehicles is not satisfactory, the invention has the on given measures to increase zeolite life to show duration.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß bei ruhendem Reak­ tionswasserkreislauf der Absolutdruck in der Zeolith- Schüttung unter Umgebungsdruck liegt. Selbstverständlich kann dann auch im Reaktionswasserkreislauf der Absolut­ druck unter Umgebungsdruck liegen. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung beschreiben die Unteran­ sprüche.This problem is solved by the fact that when the reak is at rest the absolute pressure in the zeolite Fill is below ambient pressure. Of course can then also be the absolute in the reaction water circuit pressure is below ambient pressure. Advantageous training and Further developments of the invention describe the Unteran claims.

Erfindungsgemäß wird insbesondere der Desorptionsprozeß (zur Vereinfachung jedoch auch die Absorption der Zeolith-Schüttung) bei Unterdruck durchgeführt, da hier­ mit die Reaktionstemperatur von bislang ca. 600°C auf ca. 400°C gesenkt werden kann. Bei dieser niedrigeren Temperatur treten die die Lebensdauer der Zeolith- Schüttung beeinträchtigenden physikalischen und chemi­ schen Veränderungen nicht auf. Vorteilhafterweise stellen sich bei diesem verringerten Absolutdruck, der vorzugs­ weise im Bereich von 50 bis 300 mbar liegt, auch ver­ kürzte Desorptionszeiten ein.According to the invention, in particular, the desorption process (To simplify, however, the absorption of the  Zeolite fill) carried out under negative pressure, since here with the reaction temperature from previously approx. 600 ° C to approx. 400 ° C can be reduced. At this lower one Temperature enter the life of the zeolite Bulk physical and chemi changes. Advantageously pose at this reduced absolute pressure, the preferred is in the range of 50 to 300 mbar, also ver shortened desorption times.

Mit der niedrigeren Desorptionstemperatur ist es möglich, in einem Kraftfahrzeug Warmluft zur Aufladung des Wärme­ speichers heranzuziehen. Gemäß Anspruch 3 ist hierzu ein Luftkanal vorgesehen, der mit den Merkmalen der Ansprüche 4 und 5 in besonders vorteilhafter Weise weitergebildet wird. Schließlich schlägt Anspruch 6 vor, die Abwärme ei­ ner Hochleistungsbatterie, die beispielsweise zum Antrieb des Kraftfahrzeuges vorgesehen ist, zur Erzeugung der Warmluft zu nutzen. Alternativ können selbstverständlich auch die Abgase einer das Fahrzeug antreibenden Brenn­ kraftmaschine herangezogen werden. In diesem Zusammenhang weist Anspruch 7 darauf hin, daß die gespeicherte Wärme nicht nur - wie bekannt - zur schnelleren Erwärmung einer Brennkraftmaschine verwendet werden, sondern auch der Be­ heizung des Kraftfahrzeug-Innenraumes dienen kann.With the lower desorption temperature it is possible Warm air in a motor vehicle for charging the heat memory. According to claim 3, this is a Air duct provided with the features of the claims 4 and 5 further developed in a particularly advantageous manner becomes. Finally, claim 6 proposes the waste heat ner high-performance battery, for example for driving the motor vehicle is provided for generating the To use warm air. Alternatively, of course also the exhaust gases from a fuel that drives the vehicle engine can be used. In this context Claim 7 indicates that the stored heat not only - as is known - for faster heating of a Internal combustion engine are used, but also the Be heating the motor vehicle interior can serve.

Anhand einer Prinzipskizze (Fig. 1) sowie anhand eines schematisch dargestellten, bevorzugten Ausführungsbei­ spieles (Fig. 2) wird die Erfindung im folgenden erläu­ tert.Based on a schematic diagram ( Fig. 1) and using a schematically illustrated, preferred Ausführungsbei game ( Fig. 2), the invention is tert explained below.

In Fig. 1 ist mit der Bezugsziffer 1 eine Zeolith-Schüt­ tung bezeichnet, durch die ein in seiner Gesamtheit mit 2 bezeichneter Reaktionswasserkreislauf strömt. Dieser Re­ aktionswasserkreislauf 2 besteht im wesentlichen aus ei­ nem Reaktionswasserbehälter 2a, einer Pumpe 2b, zwei Ven­ tilen 2c, einem Wärmetauscher 2d, sowie einem Kondensator 2e.In Fig. 1, reference numeral 1 denotes a zeolite bed, through which a reaction water circuit, designated in its entirety by 2 , flows. This action Re water circuit 2 consists essentially of egg nem reaction water tank 2a, a pump 2 b, 2 c tilen two Ven, a heat exchanger 2 d, 2 e and a capacitor.

Zur Erwärmung der Zeolith-Schüttung 1 ist ein diese umge­ bender Luftkanal 3 vorgesehen, durch den zur Aufladung des Wärmespeichers in der Zeolith-Desorptionsphase Warm­ luft strömt. Abgeführt wird diese Warmluft beispielsweise von einer als NaS-Batterie 4 ausgebildeten Hochleistungs­ batterie, die die Antriebsenergie für ein Fahrzeug, das mit der erfindungsgemäßen Wärmespeicheranlage versehen ist, bereitstellt. Zur weiteren Erwärmung der Batterieab­ luft ist eine Zusatzheizung 5 vorgesehen.To heat the zeolite bed 1 , a surrounding air duct 3 is provided, through which warm air flows to charge the heat accumulator in the zeolite desorption phase. This warm air is discharged, for example, from a high-performance battery designed as a NaS battery 4 , which provides the drive energy for a vehicle which is provided with the heat storage system according to the invention. An additional heater 5 is provided for further heating the battery air.

Durch den Wärmetauscher 2d strömt in einem Hilfskreislauf 6 ein Wärmeträgermedium, das die im Wärmetauscher 2d freiwerdende Wärme an einen Heizungswärmetauscher 7 ab­ gibt, der der Beheizung des Fahrzeuges, das mit der er­ findungsgemäßen Wärmespeicheranlage versehen ist, dient. Selbstverständlich befindet sich auch im Hilfskreislauf 6 eine das Wärmeträgermedium fördernde Pumpe 8. Soll der geladene Wärmespeicher, d. h. die Zeolith-Schüttung 1 entladen werden, so werden die Ventile 2c geöffnet und die Pumpe 2b in in Betrieb gesetzt. Das somit in die Zeolith-Schüttung 1 gelangende Reaktionswasser bildet dort eine Wasserdampffront, die zum Wärmetauscher 2d ge­ langt, dort einen Großteil ihrer Wärmeenergie an den Hilfskreislauf 6 abgibt, danach im Kondensator 2e konden­ siert und schließlich wieder dem Reaktionswasserbehälter 2a zugeführt wird.Through the heat exchanger 2 d flows in an auxiliary circuit 6, a heat transfer medium that gives the heat released in the heat exchanger 2 d to a heating heat exchanger 7 , which is used to heat the vehicle, which is provided with the inventive heat storage system. Of course, there is also a pump 8 conveying the heat transfer medium in the auxiliary circuit 6 . If the charged heat accumulator, ie the zeolite bed 1, is to be discharged, the valves 2 c are opened and the pump 2 b is started up. The water of reaction thus entering the zeolite bed 1 forms a water vapor front there, which reaches the heat exchanger 2 d, where it releases a large part of its thermal energy to the auxiliary circuit 6 , then condenses in the condenser 2 e and is finally fed back to the reaction water tank 2 a .

Der entladene Wärmespeicher wird beladen, indem bei ruhendem Reaktionswasserkreislauf, d. h. bei abgesperrten Ventilen 2c, die Zeolith-Schüttung 1 beheizt wird. Hierzu wird Warmluft, die ggf. durch die Zusatzheizung 5 weiter erwärmt wurde, durch den Luftkanal 3 geführt. The discharged heat accumulator is loaded by heating the zeolite bed 1 with the reaction water circuit at rest, ie with valves 2 c shut off. For this purpose, warm air, which may have been further heated by the additional heater 5 , is led through the air duct 3 .

Um in dieser sog. Zeolith-Desorptionsphase, in der die Aufladung des Wärmespeichers erfolgt, keine zu hohen Re­ generierungstemperaturen zu benötigen, liegt bei ruhendem Reaktionswasserkreislauf 2 der Absolutdruck im Kreislauf 2 und in der Zeolith-Schüttung 1 unter dem Umgebungs­ druck. Während bei Umgebungsdruck die während der Bela­ dung auftretende Regenerierungstemperatur ca. 600°C be­ trägt, liegt bei einem Betriebsdruck von ca. 100 mbar diese Temperatur bei 400°C. Mit dieser abgesenkten Tempe­ ratur besteht keine Gefahr, daß sich die Zeolith-Schüt­ tung 1 physikalisch und/oder chemisch verändert. Durch die Absenkung des Betriebsdruckes im Reaktionswasser­ kreislauf 2 ist es somit möglich, die Lebensdauer der Zeolith-Schüttung 1 wesentlich zu erhöhen. Vorteilhafter­ weise verkürzt sich hiermit auch die Dauer der Desorptionsphase.To so-called in this. Zeolite desorption phase during which there is the charging of the heat storage to require no generation temperatures to high Re, is stationary reaction water circuit 2, the absolute pressure in the circuit 2 and pressure in the zeolite bed 1 under the ambient. While at ambient pressure the regeneration temperature occurring during loading is approx. 600 ° C, at an operating pressure of approx. 100 mbar this temperature is 400 ° C. With this lowered temperature there is no danger that the zeolite bed 1 will change physically and / or chemically. By lowering the operating pressure in the reaction water circuit 2 , it is thus possible to significantly increase the life of the zeolite bed 1 . This advantageously also shortens the duration of the desorption phase.

Ein besonders guter Wärmeübergang zwischen der die Desorption der Zeolith-Schüttung 1 einleitenden Warmluft und dem Zeolith stellt sich mit der in Fig. 2 gezeigten Wärmespeicheranlage ein. Vom Reaktionswasserkreislauf 2 ist in Fig. 2 im wesentlichen lediglich die Zeolith- Schüttung 1 sowie der die Warmluft führende Luftkanal 3 dargestellt.A particularly good heat transfer between the hot air initiating the desorption of the zeolite bed 1 and the zeolite is achieved with the heat storage system shown in FIG. 2. From the reaction water circuit 2 2 is substantially only the zeolite bed 1 and the hot air leading air passage 3 shown in Fig..

Im einzelnen befindet sich die Zeolith-Schüttung 1 zwi­ schen konzentrisch angeordneten Rohren 11, 12, die je­ weils stirnseitig von einer Deckplatte 13 verschlossen sind. Über an der Deckplatte 13 angebundene Stutzen 14 kann Warmluft in das bzw. aus dem inneren Rohr 11 ge­ langen, so daß dieses innere Rohr 11 die Außenwand eines ersten Luftkanales 3a bildet. In gleicher Weise bildet das äußere Rohr 12 die Innenwand eines zweiten Luft­ kanales 3b. In particular, the zeolite bed 1 is between tween concentrically arranged tubes 11 , 12 , each of which is closed at the front by a cover plate 13 . About connected to the cover plate 13 nozzle 14 , warm air into or out of the inner tube 11 ge long, so that this inner tube 11 forms the outer wall of a first air duct 3 a. In the same way, the outer tube 12 forms the inner wall of a second air duct 3 b.

Mehrere dieser mit der Bezugsziffer 15 bezeichneten Ein­ heiten von konzentrischen Rohren 11, 12 sind nebeneinan­ der innerhalb eines Behälters 16 angeordnet, so daß die­ ser Behälter 16 seinerseits die Außenwand des zweiten Luftkanales 3b bildet. Im Behälter 16 selbst befinden sich mehrere Schottwände 17, die die über den Luftkanal 3 eintretende Warmluft meanderförmig durch den Behälter 16 führen und somit einem intensiven Wärmeübergang zwischen der Warmluft und der Zeolith-Schüttung 1 förderlich sind.Several of these designated by the reference numeral 15 A units of concentric tubes 11 , 12 are arranged next to one another within a container 16 , so that the water container 16 in turn forms the outer wall of the second air duct 3 b. In the container 16 itself there are a plurality of bulkheads 17 which guide the warm air entering via the air duct 3 through the container 16 in a meandering manner and thus promote an intensive heat transfer between the warm air and the zeolite bed 1 .

Über einen Abluftkanal 3c wird die durch die Luftkanäle 3a, 3b strömende Warmluft aus dem Behälter 16 abgeführt. An den beiden Stirnseiten der Einheiten 15 befinden sich ferner Eintrittsöffnungen zur Zeolithschüttung 1 sowie Vor- und Rücklaufeitungen 18 für das im Reaktionswasser­ kreislauf 2 umlaufende Reaktionswasser. Vorteilhafter­ weise werden auch diese Leitungen 18 von der in den Luftkanälen 3 geführten Warmluft umströmt. Insgesamt zeichnet sich die gezeigte Wärmespeicheranlage bei nahezu unbegrenzter Lebensdauer durch einen hohen Wirkungsgrad aus.The hot air flowing through the air channels 3 a, 3 b is discharged from the container 16 via an exhaust air channel 3 c. On the two end faces of the units 15 there are also inlet openings for the zeolite bed 1 and supply and return lines 18 for the water of reaction 2 circulating in the water of reaction. The hot air guided in the air ducts 3 also advantageously flows around these lines 18 . Overall, the heat storage system shown is characterized by a high degree of efficiency with an almost unlimited service life.

Claims (7)

1. Wärmespeicheranlage, insbesondere für ein Kraftfahr­ zeug, mit einem eine Zeolith-Schüttung (1) passie­ renden Reaktionswasserkreislauf (2), in den ein Wär­ metauscher (2d) zur Abgabe der im Zeolith freige­ setzten und hierbei eine Wasserdampffront erzeu­ genden Reaktionswärme eingebunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei ruhendem Reaktions­ wasserkreislauf der Absolutdruck in der Zeolith- Schüttung (1) unter Umgebungsdruck liegt.1. Heat storage system, in particular for a motor vehicle, with a zeolite bed ( 1 ) passing reaction water circuit ( 2 ) into which a heat exchanger ( 2 d) for releasing the zeolite released and thereby generating a steam front generating heat of reaction is characterized in that when the reaction water circuit is at a standstill, the absolute pressure in the zeolite bed ( 1 ) is below ambient pressure. 2. Wärmespeicheranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Absolutdruck im Be­ reich von 50 bis 300 mbar liegt.2. Heat storage system according to claim 1, characterized in that the absolute pressure in the loading ranges from 50 to 300 mbar. 3. Wärmespeicheranlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein die Zeo­ lith-Schüttung (1) umgebender Luftkanal (3) vorgese­ hen ist, durch den zur Aufladung des Wärmespeichers in der Zeolith-Desorptionsphase Warmluft strömt.3. Heat storage system according to claim 1 or 2, characterized in that at least one Zeo lith bed ( 1 ) surrounding air duct ( 3 ) is hen vorgese through which hot air flows to charge the heat storage in the zeolite desorption phase. 4. Wärmespeicheranlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Zeolith-Schüt­ tung (1) zwischen im wesentlichen konzentrisch ange­ ordneten Rohren (11, 12) befindet, wobei das innere Rohr (11) die Außenwand eines ersten Luftkanales (3a) und das äußere Rohr (12) die Innenwand eines zweiten Luftkanales (3b) bildet.4. Heat storage system according to claim 3, characterized in that the zeolite fill device ( 1 ) between substantially concentrically arranged tubes ( 11 , 12 ), the inner tube ( 11 ) the outer wall of a first air duct ( 3 a) and the outer tube ( 12 ) forms the inner wall of a second air duct ( 3 b). 5. Wärmespeicheranlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Einheiten (15) von konzentrischen Rohren nebeneinander innerhalb eines Behälters (16) angeordnet sind, der Schott­ wände (17) zur meanderförmigen Führung des die äuße­ ren Rohre (12) umstreichenden Warmluftstromes auf­ weist.5. Heat storage system according to claim 4, characterized in that a plurality of units ( 15 ) of concentric tubes are arranged side by side within a container ( 16 ), the bulkhead walls ( 17 ) for meandering guidance of the outer tubes ( 12 ) encompassing hot air flow . 6. Wärmespeicheranlage nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Warmluft von einer Hochleistungsbatterie (4) des Kraftfahrzeuges bezo­ gen wird.6. Heat storage system according to one of claims 3 to 5, characterized in that the hot air from a high-performance battery ( 4 ) of the motor vehicle is bezo gene. 7. Wärmespeicheranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (2d) des Reaktionswasserkreislaufes (2) Wärme zur Behei­ zung des Kraftfahrzeug-Innenraumes abgibt.7. Heat storage system according to one of claims 1 to 6, characterized in that the heat exchanger ( 2 d) of the reaction water circuit ( 2 ) emits heat for heating the interior of the motor vehicle.
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