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Die Erfindung bezieht sich auf ein
System zum thermischchemischen Ansammeln von Wärmeenergie und ihrer Ausnutzung.
Speziell betrifft die Erfindung ein System der oben genannten Art,
welches das Ansammeln von Wärme
erlaubt, beispielsweise jedoch nicht ausschließlich von Sonnen- und/oder Windenergie
oder Energie aus dem Abfall von Zivilisationsfestmüll oder
jeder Art von Energie, die während
einer günstigen
Saison für
die spezielle Aktivität verfügbar ist,
und welches die Ausnutzung der Energie während einer anderen Saison
gestattet.
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Bekanntermaßen sind durch die Jahre viele Versuche
unternommen worden zur positiven Ausnutzung von Solar- und Windenergie,
wie auch anderer Energiearten wie Energie aus dem Abfall von Zivilisationsfestmüll, also
einer Energie, die während bestimmter
Jahreszeiten reichlich vorhanden ist, speziell in Jahreszeiten,
wo die Energieanforderungen geringer sind, um diese Energie in weniger
günstigen
Jahreszeiten mit höherem
Energiebedarf verfügbar
zu machen. Im Folgenden richten sich einige Teile der Beschreibung
speziell auf Sonnen- und/oder Windenergie, aber es versteht sich,
dass die Erfindung so nicht begrenzt werden kann.
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Bislang erlaubt es keine der bereits
untersuchten Lösungen,
vorteilhaft und ausreichend Solar und/oder Windenergie während des
Sommers anzusammeln, um sie dann im Winter auszubeuten, wenn der
Energiebedarf größer ist,
speziell zum Heizen.
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In der US-A-3,255,554 ist ein System
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 beschrieben. Angesichts dieser Situation hat der
Anmelder ein System realisiert, welches das Sammeln von Energie und
deren Ausbeutung während
der folgenden Saison erlaubt. Die erfindungsgemäße Lösung sieht die Ausnutzung einer
bekannten chemischen Reaktion vor, speziell der Reaktion zwischen
Calcium-Oxyd und Wasser sowie umgekehrt, bei welcher während der
Reaktion zwischen Calcium-Oxyd und Wasser Wärme erzeugt wird, für die umgekehrte
Reaktion von Calcium-Hydroxyd
jedoch Wärme
benötigt
wird. Der Anmelder hat ein System realisiert, welches auf Grundlage
dieser Reaktion die Sonnen- und Windenergie ausnützt, um Calcium-Hydroxyd zu
dissoziieren, und auf diese Weise Calcium-Oxyd und Wasser zu erhalten,
und dann während
des Winters aus der Reaktion des zuvor erhaltenen Calcium-Oxyds
die Wärme
wiedergewinnt.
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Daher besteht eine spezielle Aufgabe
der Erfindung in einem System zum thermo-chemischen Ansammeln von
Wärmeenergie
mit einem Calcium-Oxyd-Regenerationsabschnitt und einem Wärmeerzeugungsabschnitt,
wobei der Calcium-Oxyd-Regenerationsabschnitt eine Energieerzeugungszentrale,
einen Regenerator, eine Calcium-Hydroyd-Zuführeinrichtung zur Zuführung von Hydroxyd-Calcium
innerhalb des Regenerators und einer Vorrichtung zum separaten Extrahieren
von im Generator erzeugten Calcium-Oxyd und Wasser aufweist, wobei
der Wärmeerzeugungsabschnitt
einen Reaktor enthält,
dem Calcium-Oxyd und Wasser zugeführt werden und aus dem die
Definition zwischen Calcium-Hydroxyd
und Wasser erzeugter Wärme
unter das der Regenerierstation zuzuführende Calcium-Hydroxyd mit
Hilfe eines Wärmeaustauschers abgeführt werden;
die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Energieerzeugerzentrale überhitzten
Dampf mit etwa 600°C
oder elektrische Energie liefert, dass die Reaktion zwischen Calcium-Oxyd und
Wasser mit einer stöchiometrischen
Menge von Wasser stattfindet, dass Calcium-Oxyd und Calcium-Hydroxyd an räumlich getrennten
Orten aufbewahrt wird, und dass das im Regenerator erhaltene Calcium-Oxyd durch einen
Wärmeaustauscher
geführt
wird, dessen Tempe ratur sich erniedrigt, und die abgeführte Hitze
wird zur Erhöhung
der Wassertemperatur benutzt, die zu Beginn etwa 40°C beträgt und von
einem weiteren Wärmeaustauscher
kommt, so dass man überhitzten
Dampf erhält,
welcher dem weiteren Wärmeaustauscher
zugeführt
wird, um die Temperatur der aus dem Kondensor kommenden trockenen
Luft zu erhöhen
und sie erhitzt dem Generator zuzuführen.
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Vorzugsweise sind die Regeneratorabschnitte
in einem geschlossenen Kreislauf zusammengeschaltet für den Austausch
von Calcium-Oxyd, Calcium-Hydroxyd und Wasser. Ferner können erfindungsgemäß der Regenerator
und Generatorabschnitt getrennt voneinander sein und der Transfer von
Calcium-Oxyd und Calcium-Hydroxyd kann durch Transportmittel erfolgen,
vorzugsweise innerhalb von Reservoiren ohne Kohlendioxyd.
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Weiterhin wird erfindungsgemäß das Calcium-Hydroxyd
in dem Generator nach Erhöhung
der Temperatur auf etwa 500°C
in einen Wärmeaustauscher
eingespeist, vorzugsweise unter Verwendung von überhitztem Dampf, der aus einem
Kondensor kommt, welcher im Regenerator erzeugte feuchte und heiße Luft
ausnutzt.
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Weiterhin lässt man erfindungsgemäß das im
Generator erzeugte Calcium-Oxyd einen Wärmetauscher durchlaufen, welcher
dessen Temperatur absenkt und die abgezogene Wärme zur Erhöhung der Wassertemperatur verwendet,
die zu Beginn etwa 40°C
beträgt
und aus einem weiteren Wärmetauscher
kommt, um so überhitzten
Dampf zu erhalten, der dem weiteren Wärmetauscher zugeführt wird,
um die Temperatur von aus dem Kondensor kommender trockener Luft
zu erhöhen
und sie aufgeheizt in den Regenerator zu schicken. Vom Kondensor
aus dem vom Regenerator kommenden überhitzten Dampf entnommenes
Wasser wird weiter erfindungsgemäß in ein
Speicherreservoir gesammelt, um es im Wärmeer zeugungsabschnitt zu verwenden. In
dem Wärmeerzeugerabschnitt
kann Calcium-Oxyd in einen ersten Wärmetauscher eingebracht werden, um
seine Temperatur auf etwa 30°C
zu erhöhen,
ehe es in den Reaktor gelangt. Erfindungsgemäß kann auch ein zweiter Wärmetauscher
stromabwärts
vom Reaktor vorgesehen werden, welcher die Temperatur des aus dem
Reaktor kommenden Calcium-Hydroxyds
von etwa 100°C
auf etwa 40°C
absenkt.
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Vorzugsweise wird erfindungsgemäß die im zweiten
Wärmetauscher
extrahierte Wärme
teilweise zum Aufheizen von Wasser benutzt, das mit Calcium-Oxyd
im Reaktor reagieren soll, und zum Teil zur Überhitzung des Calcium-Oxyds
innerhalb des ersten Wärmetauschers
benutzt wird.
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Im Folgenden sei die Erfindung lediglich
beispielhaft, jedoch nicht im beschränkenden Sinne anhand einer
bevorzugten Ausführungsform
mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, die ein
Schema des erfindungsgemäßen Systems
veranschaulichen.
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Wie bereits gesagt, ist die zum Zwecke
der Erfindung benutzte chemische Reaktion die folgende: CaO (Calcium-Oxyd) + H2O
(Wasser) = Ca(OH)2 + Wärme
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Bei dieser Reaktion entstehen 15,5
Kcal/kg Reaktionsoxyd (d. h. 64,92 KJoule/kg Oxyd). Die chemische
Reaktion tritt im System während
der Wintersaison auf, d. h. also während der Periode, wo Heizung
benötigt
wird.
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In einem Reaktor 1, in dem die Reaktion
zwischen Oxyd und Wasser auftritt, wird Wärme erzeugt, die durch Wasserzirkulation
innerhalb eines Zwischenraums 2 durch ein Rohr 3 extrahiert wird:
Das auf etwa 80°C
erwärmte
Wasser wird in die zu beheizenden Räume transportiert, selbst über große Entfernungen.
Am Ausgang des Reaktors 1 hat das entstandene Hydroxyd noch eine
zu hohe Temperatur (etwa 100°C),
um in den Akkumulationshaufen 4 entladen zu werden; der Verlust
an Wärmeenergie
wäre nicht
zu rechtfertigen.
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Bei der in der Figur gezeigten Ausführungsform
transformiert die archimedische Schraube 5 Calcium-Hydroxyd in einem
Wärmetauscher
und bewirkt auf diese Weise einen Wärmeaustausch mit dem zirkulierenden
Wasser, wobei die Temperatur des Calcium-Hydroxyds auf etwa 40°C abgesenkt wird.
Die vom zirkulierenden Wasser im Wärmetauscher 6 aufgenommene
Wärme wird
dann teilweise in das Rohr 7 und den Wärmetauscher 8 zu dem stöchiometrischen
Wasser übertragen,
welches mit dem Oxyd reagiert, und teilweise durch den Wärmetauscher
9 zu demselben Oxyd, welches noch kalt ist und aus dem Vorrat kommt, übertragen.
Während des
Transports des in der kalten Periode gespeicherten Calcium-Oxyds
erschöpft
sich dieses, wie im Folgenden noch beschrieben wird, während die
Menge des Calcium-Hydroxyds
im Vorrat 4 sich vergrößert. In
jedem Fall wird der Abschnitt des erfindungsgemäßen Systems, der es erlaubt,
Calcium-Oxyd zu erhalten, während
jedes sonnigen oder windigen Tages zur Oxydregenerierung aktiviert.
Zu diesem Zweck kann man überhitzten
Dampf bei 600°C
verwenden, der aus einer Sonnenspiegelzentrale kommt und dann in
den Zwischenraum des Regenerators 10 durch das Rohr 11 eingebracht
wird. Andernfalls kann man auch elektrische Energie aus einer Photovoltaik-Zentrale oder einem
Windkraftsystem über die
Widerstände
25 ausnutzen.
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CA (OH)2 benötigt eine
Temperatur von 580°C
bei Atmosphärendruck,
um Oxyd (CaO) und Wasser dissoziieren. Calcium-Hydroxyd bei Umgebungstemperatur wird
zunächst
in einen Wärmetauscher
12 eingebracht, in welchem seine Temperatur erhöht wird, wie im Folgenden noch
deutlich gemacht wird, wobei das in den Regenerator 10 eintretende Calcium-Hydroxyd
eine Temperatur von mehr als 500°C
hat. Daher beginnt Calcium-Hydroxyd
in Calcium-Oxyd und Wasser zu dissoziieren, wobei der Dampf den
Druck von einer Atmosphäre
(10000 Pascal) bei 580°C
erreicht. Der Dampf wird aus dem Rohr 13 durch eine Luftzirkulation
abgezogen, und die Luft-Dampf-Mischung wird im Kondensor 14 abgekühlt. Vom
Kondensor 14 wird das kondensierte Wasser durch ein kleines Reservoir
15 und die Pumpe 16 in das Speicherreservoir 17 transportiert, und es
wird als stöchiometrisches
Wasser für
den Winterzyklus der Pumpe 18 ausgenutzt, welche es zum Wärmetauscher
8 des Wärmeerzeugersystemabschnitts überträgt.
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Entfeuchtetes Wasser von etwa 50°C im Kondensor
14 wird wiederum durch das Rohr 19 in den Zyklus eingespeist, nachdem
es im Wärmetauscher
20 vorgeheizt wurde, in welchem es Wärme aufnimmt, die von einem
Wasserrohr 21 transportiert wird, das sie vom Austauscher 22 aufgenommen
hat, in welchem vom Regenerator 10 kommendes heißes Calcium-Oxyd gekühlt wird.
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Die im Kondensor 14 enthaltene Wärme wird benutzt,
um überhitzten
Wasserdampf durch das Rohr 23 in den Wärmeaustauscher 12 zu bringen,
um Calcium-Hydroxyd vorzuheizen, das in den Regenerator 10 eingebracht
wird; da hierbei ein Wärmeüberschuss
entsteht, transportiert zirkulierendes Wasser einen Teil davon zum
Dissipator 24, ehe es wieder in den Kondensor eintritt.
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Durch das soeben beschriebene komplexe System
der Wärmewiedergewinnung
ist es möglich, die
Spiegeloberfläche
der Sonnenzentrale kleiner zu halten und mit dem erfindungsgemäßen System
dieselbe Energie zu gewinnen. Der Regenerator 10 bildet auch eine
Mehrzahl elektrischer Widerstände
25, durch welche es möglich
ist, die Temperatur zu erhalten, die benötigt wird, um die Regeneration
von Calcium-Hydroxyd aus Windenergie durchzuführen. Auch wenn in der gesamten
Beschreibung von der Verwendung von Wärme gesprochen wurde, die durch
den Reaktor 1 in einer Fernheizungsanlage erzeugt wird, kann sie
auch für
andere Zwecke benutzt werden, u. a. das Heizen von Häusern mit
niedriger Enthalpie.
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Für
große
Anlagen, also solche, die in der Lage sind, Endnutzer im Winter
mit etwa 1 Mio. Kcal/Std. zu versorgen, lässt sich ein System anwenden
mit ähnlichen
Merkmalen wie das anhand der Figur beschriebene System: Und ein
solches Supersystem kann für
etwa 100 Familien in unterschiedlichen Wohnanlagen benutzt werden.
Um einzelne Häuser
oder andere Benutzer zu versorgen, wo keine Fernheizung möglich ist,
kann man den Transport von Calcium-Oxyd viermal in jedem Winter
vorsehen. Der Benutzer hat zwei Reservoirs, eines für Calcium-Oxyd,
welches beispielsweise 5 Millionen Kcal (625 Liter Gasöl) liefern
kann und eines für
Hydroxyd, jeweils mit einem Volumen von 30 m3.
An einem entfernten Ort (mehrere Kilometer) vom Regenerationssystem
können
andere CAO-Reservoirs auf Lastwagen befällt werden und es erfolgt ein
Transport zum Ort des Benutzers, wo das Oxyd mit geeigneten Pumpen
in ein leeres Reservoire abgefüllt
wird.
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Sobald der Vorgang abgeschlossen
ist, wird die Pumpe an das mit Hydroxyd gefüllte Reservoire angeschlossen,
und dieses wird in das Lastwagenreservoir entleert, der es zu dem
Vorrat beim Regeneriersystem transportiert, wo es sobald wie möglich regeneriert
wird. Andernfalls ist es auch möglich
mit Oxyd und Hydroxyd gefüllte
Reservoirs direkt zu entleeren oder zu füllen und so den Transport zu
den Benutzern zu vermeiden. Während
der Füll-,
Leerungs- und Transportvorgänge
wird in einem leeren Reservoir befindliche Luft übertragen, während das
Reservoir geleert wird, und auf diese Weise wird es immer kohlendioxydfrei
gehalten. Wenn in diesem Falle Privathäuser mit Fußbodenheizung versehen sind,
können
die Wärmetauscher
6 und 9 weggelassen werden.