LU82508A1 - Verfahren und einrichtung zum speichern der durch sonnenstrahlung erzeugten waerme - Google Patents

Description

Luxemburg, den 6· Juni 1980, n

Verfahren und Einrichtung zum Speichern der durch » ^ Sonnenstrahlung erzeugten Wärme »

Erfinder und Anmelders Nicolas GATH

15, rue Joseph-Tockert

Luxembourg tel. 44 3k 61

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung, welche es gestattet, die Wärme, welche durch Sonnenstrahlung vornehmlich im Sommer erzeugt wird, zu speichern und diese später vorzugsweise in der kalten Winterjahreszeit zum Heizen von Räumen zu verwenden.

„ Ein solches Verfahren ist in den beiden Patentschriften V:M . ' USA 3,973,552 und USA 4,054,126 beschrieben. Durch Durch- leiten von hocherhitztem Wärmeträgergas wird ein Hydroxid 1 von Calcium, Magnesium oder Barium in Oxid und Wasser dampf zersetzt. Wenn später Wärme benötigt wird, wird - das gleiche Wärmeträgergas mit niedriger Temperatur zu sammen mit Wasserdampf durch die Oxidmasse geleitet.

Hierbei bildet sich aus dem Oxid wieder Hydroxid, das Wärmeträgergas erhitzt sich und kann einem Wärmeaustauscher zugeführt werden, wo es seine Wärme an das Wasser einer WarmwasserZentralheizung äbgibt.

//7 - 2 -

Das Verfahren hat den Nachteil, dass auch die Behälter, in denen das Hydroxid respektiv das später daraus gebildete Oxid gelagert werden, auf die erforderliche Zersetzungstemperatur von mindestens 300 Grad Celsius erhitzt werden müssen. Die aus einem kg Calciumoxid zu gewinnende Wärmemenge ist rund 20 mal geringer als diejenige, die man durch Verbrennung von 1 kg Erdöl erhalten kann.

Die Dichte des Calciumoxidpulvers kann sehr stark variieren und etwa zwischen o,k bis o,8 kg/dm-^ liegen. Da der Behälter nur zu etwa 40 bis 50$ seines Inhaltes ge- * füllt werden soll, benötigt man wohl mindestens einen Behälter von 5° Kubikmeter um die gleiche Wärmemenge zu speichern, wie sie aus 1 Kubikmeter Erdöl zu gewinnen ist. Wenn der ganze Behälter auf 300 Grad erhitzt werden muss, so werden normalerweise die Wärmeverluste durch die Grösse der Behälteroberfläche zu gross. Es erscheint daher problematisch, wie man diese Wärmeverluste ohne allzu kostspielige Massnahmen verringern soll.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Wärmespeicherung zu schaffen, bei der die Wärmeverluste gering sind.

Die Aufgabe wird durch folgende Massnahmen gelöst: 1. Die Wärmespeicherung erfolgt in zwei Phasen. In der ersten Phase wird in einem Behälter (lO) ein Hydroxid von Calcium, Magnesium oder Barium durch Erhitzen auf über 300 Grad Celsius in Oxid und Wasserdampf zerlegt und letzteres zu Wasserdampf kondensiert. In der zweiten Phase wird einer wasserhaltigen Lösung einer hygro skopischen Substanz, die sich in einem Behälter Bhygr (30) befindet, das Wasser weitgehend entzogen, wobei dieses in einem von Luft evakuierten Raum verdampft und mit dem Oxid Hydroxid bildet. Durch häufige Wiederholung dieser Vorgänge soll der Lösung so - 3 - viel Wasser entzogen werden, dass hochkonzentrierte Lösung oder besser noch festes Hydrat oder hydratwasserfreie hygroskopische Substanz entsteht. Die zur Ausführung dieses Verfahrens erforderliche Einrichtung besteht aus drei Behältern, welche durch ein Rohrleitungssystem mit Absperrorganen so miteinander verbunden sind, dass das Wasser, das beim Erhitzen eines in einem ersten Behälter ( 10) befindlichen Hydroxids von Calcium, Magnesium oder Barium als Dampf frei wird, * sich in einem zweiten Behälter ( 20) kondensieren kann, und dass in einer zweiten Phase aus einer hygroskopischen Lösung oder einer festen hygroskopischen Masse, die sich in einem dritten Behälter ( 30) befindet, Wasserdampf in den ersten Behälter ( 10) gelangen kann, wobei die Behälter und das Rohrleitungssystem von Luft evakuiert sind.

2. Die Entnahme von Wärme aus der Wärmespeichereinrichtung erfolgt in folgender Weise. Palls in dem Behälter Bhygr (30) die hygroskopische Masse nur oder fast nur in fester Form vorliegt, so wird ungesättigte Lösung der* hygroskopischen Substanz eingebracht und durch direkten Kontakt mit fester hygroskopischer Masse in eine Lösung von höherer Konzentration verwandelt. Diese Lösung wird in einen Behälter {k6) eingebracht, der nachstehend . als Wärmeerzeugungsbehälter Bw bezeichnet wird.

Hier absorbiert die Lösung Wasserdampf, erhitzt sich dabei und gibt über einen Wärmeaustauscher Wa 2 Wärme an das Heizmedium, beispielsweise an das Wasser einer Zentralwarmwasserheizung» ab. Palls bei der voraufgegangenen Wärmespeicherung die Entziehung von Wasser aus der hygroskopischen Lösung nicht bis zur vollständigen Umwandlung in - 4 - feste Masse getrieben wurde, wenn also noch konzentrierte Lösung vorhanden ist, so kann diese natürlich sofort ohne vorheriges Einbringen von weiterer Lösung in den Wärmeerzeugungsbehälter

Bw (46) eingebracht werden. Die hierfür erforder- ,. veinem zusätzlichen Wänaeerzeugpngsbehälter Bw (46) lxche Einrichtung besteht“aus*einem Rohrleitungs- system mit mindestens einem Rohr mit Absperrorgan, welches den dritten Behälter Bhygr (30) so mit dem Wärmeerzeugungsbehälter Bw (46) verbindet, dass Lösung aus dem dritten Behälter (30) in den * Wärmeerzeugungsbehälter Bw (46) gelangen kann und umgekehrt. Der Wärme^rzeugungsbehälter Bw (46) ist über eine Rohrleitung mit Absperrorgan so mit dem zweiten Behälter (20) verbunden, dass Wasserdampf aus dem zweiten Behälter (20) in den Wärmeerzeugungsbehälter Bw (46) gelangen kann. Ein Wärmeaustauscher Wa2 ermöglicht den Ueber- gang der im Wärmeerzeugungsbehälter Bw (46) hervorgerufenen Wärme auf das Heizmedium. Der Zweite und der dritte Behälter, sowie der Wärmeerzeugungsbehälter und die zugehörigen Rohrleitungen müssen von Luft evakuiert sein.

3. Bei der unter Punkt 1 angegebenen Wärmespeicherung entsteht bei der Hydroxidzersetzui^ Wasserdampf von zirka 300 bis 400 Grad Celsius. Die bei dessen Abkühlung und der anschliessenden Kondensation freiwerdende Wärme wird dazu benutzt, Lösung der ‘ hygroskopischen Substanz zu erhitzen und daraus * das Wasser auszutreiben. Man kann auch edlein die » bei der Abkühlung freiwerdende Wärme benutzen.

Die hierzu erforderliche Einrichtung besteht aus einem Wärmeaustauscher Wal^ der auf der ei nen Seite über eine Rohrleitung Hind ein Absperrorgan mit dem ersten Behälter (lC^ in Verbindung steht, ψΦ - 5 - sodass sich der heisse Dampf auf dieser Seite abküh-len und kondensieren kann. Auf der anderen Seite steht der Wärmeaustauscher Va 1 mit hygroskopischer Lösung in direkter Berührung. Letztere befindet sich in einem Behälter, der nachstehend Eindampfungsbehälter El (56) genannt wird. Dieser ist über ein Rohr' una ein Absperrorgan so mit einem Behälter (20) verbunden, dass Dampf, der sich im Eindampfungsbehälter El (56) bildet, in den Behälter (20) gelangen und sich dort kondensieren kann. Der Wärmeaustauscher Wa 1 , der Ein dampfungsbehälter El (56) , der Behälter (20), in dem die Kondensation stattfindet und die zugehörigen Rohrleitungen müssen von Luft evakuiert werden.

h. Auch die bei der unter Punkt 1 beschriebenen Umsetzung von Oxid zu Hydroxid freiwerdende Wärme wird zum Erhitzen von vorzugsweise verdünnter hygroskopischer Lösung und zum Austreiben von Wasserdampf benutzt.

Die hierfür erforderliche Einrichtung besteht aus einem Wärmeaustauscher Wa 3 , welcher auf der einen Seite S3 mit einem flüssigen oder gasförmigen Wärmeübertragungsmittel in Verbindung steht, während er auf der anderen Seite mit hygroskopi- , scher Lösung in Berührung steht. Letztere befindet (66) sich in einem Behälter,'der nachstehend Eindampfungs- behälter E3 Ϊ&ΠίοΓ“' austauscher Wa k ? steht auf der einen Seite mit also Calciumoxid .pder -hydrpxilb „ dem Inhalt des ersten Behälters Ç10JS Verbindung. Auf der anderen Seite ist er über zwei Rohre mit der mit S3 bezeichneten Seite des vorher erwähnten Wärmeaustauschers Wa 3 in Verbindung, so

yY

- 6 - (mo) zwar, dass über das eine Rohr Wärmeübertragungsmittel vom Wärmeaustauscher Wa 3 zum Wärmeaustauscher Wa 4 und über das andere Rohr vom Wärmeaustauscher Wa 4 zum Wärmeaustauscher Wa 3 gelangen kann. Die Behälter und das Rohrleitungssystem müssen von Luft evakuiert sein.

5 « Die Uebertragung der Wärme innerhalb der Masse des Oxids oder Hydroxids von Calcium, Magnesium oder Barium verbessert man, indem man Oxide oder Hydroxide gewisser Schwermetalle, wie Kobalt, Mangan, Kupfer, Eisen als Staub oder Korn hineinbringt.

Diese Stoffe bewirken eine gute Strahlungsübertragung der Wärme, da sowohl der Wärmeemissionsgrad, ebenso wie der Wärmeabsorptionsgrad wesentlich höher liegt als der der Erdalkalioxide oder -hydroxide. Eine gleichmässige feinste Verteilung dieser Zusätze ist möglich, indem man eine geringe Menge einer Lösung eines Salzes eines dieser Schwermetalle dem benutzten Oxid oder Hydroxid von Calcium, Magnesium oder Barium hinzufügt.

Die wesentlichen Vorteile der Erfindung sind:

Erhitzung eines kleinen statt eines grossen Behälters bei der Speicherung der Wärme. Das Mittel dazu ist die Ueber-tragung des hygroskopischen Zustandes von einer Substanz , auf eine andere, z.B. von Calciumoxid auf eine andere hy groskopische Masse, nämlich wasserarme Natriumhydroxidlösung oder festes Natriumhydroxid.

Erhitzung eines kleinen statt eines grossen Behälters bei der Wärmeent nähme. Das Mittel dazu ist die Ueberführung der festen hygroskopischen Masse in eine Lösung, die über Rohre aus einem grossen Behälter in den eigentlichen kleinen Wärmeerzeugungsbehälter geleitet werden kann. Wesent- - 7 - lieh für den Erfindungsgedanken ist hierbei die Feststellung, dass zum Auflösen der festen Masse nicht Wasser verwendet wird. Dann würde nämlich ein sehr grosser Teil der gespeicherten Wärme in dem Reservebehälter^rei werden. Ohne ganz aussergewöhnliche architekttonische Massnahmen müss^diese Wärme als verloren angesehen werden. Bei normaler Bauweise ist nur die in dem kleinen Wärmeerzeugungsbehälter gebildete Wärme nutzbar. Da zur Ueber-führung der festen hygroskopischen Masse mittelmässig konzentrierte Lösung verwendet wird, ist der Wirkungsgrad wesentlich besser^ als bei Auflösen der festen Masse mit Wasser.

In Figur 1 ist die Ausführung einer ganzen Wärmespeicheranlage dargestellt, in Figur 2 der Behälter (lO) in seinen Einzelheiten, in Figur 3 der Behälter (30) in seinen Einzelheiten. Die Sonnenstrahlen werden durch einen Hohlspiegel oder eine Sammellinse fokussiert und treten durch die Quarz-Glasscheibe (l05) in das Innere des Behälters (lO) ein. Die Quarz-Glasscheibe (105) liegt vermittels eines Abdichtringes (l06) aus Silicongummi auf dem oberen Ende (107) eines geraden Rohrstückes (l08) auf. Im unteren Teil des Rohres ist das Rohr innenseitig mit einer dicken Kupfer schi ch^be legt, die etwa galvanisch auf getragen sein kann. Der Raum im Innern des Rohres (108) ist möglichst luftleer, auch frei von Wasserdampf und steht über das Loch (HO) mit dem zwischen den Decken (162) und (192) befindlichen Raum in Verbindung. Das Rohr (l08) ist von elf übereinanderliegenden Etagen ( 111 bis 12l) umgeben. Jede Etage besitzt in der oberen Abdeckung ein Loch und ein daran angesetztes nach oben geführtes kurzes konisches Rohrstück, z.B. Etage (lll), das Loch (l3l) mit dem kurzen Rohrstück (l^l). Die Etagen sollen etwa bis zu 90% ihres freien Innenraumes mit Calciumhydroxid gefüllt werden, dem etwas Eisenroststückchen zugemischt - 8 - sind. Die Etagen ( 111 bis 12l) sind luftdicht durch die zylindrische Fand (l50), den Boden (l5l) und die Decke (152) gegen den umliegenden Raum abgedichtet. Die zylindrische Fand (l60), der Boden (l6l) und die Decke (162) umschliessen den von den Etagen gebildeten zylindrischen Raum. Der Raum zwischen den Fänden (150) und (l6o) und den Decken (152) und (162) ist durch eine Trennwand (232) in zwei symetrische Hälften geteilt. In die vordere Hälfte (23^) mündet das Eingangsrohr (222), in die hintere Hälfte (236) das Ausgangsrohr {22k), Die Trennwand setzt sich ¥ nicht bis in den zwischen den beiden Böden (151) und (l6l) liegenden Raum fort. Die beiden zylindrischen Fände (170) und (l80) bilden zusammen mit den Böden (l7l) und (181) ein Isoliergefäss, ein sogenanntes Dewar-Gefäss, ebenso die zylindrischen Wände (l90) und (200) mit den Decken (l92) und (202). An der zylindrischen Wand (200) ist ein Rohrstutzen (240) angesetzt. An dieser Stelle sind die zylindrischen Fände (l80), (l90) und (200) durch ein Loch durchbrochen, dessen Mittelachse mit der Mittelachse des Rohrstutzens (2k0) zusammenfällt. Der Rohrstutzen (2ko) soll an eine Vakuumpumpe angeschlossen werden, damit bei geringfügigen Undichtheiten trotzdem ein Vakuum aufrechterhalten werden kann. Die Böden der Etagen sollen durch Auftragschweissung mit einer dicken Kupferschicht bedeckt sein. (122) ist eine Silieongummidichtung.

Die in das Rohr (108) einfallenden Sonnenstrahlen erzeugen in dem Rohr (108) eine starke Hitze, welche durch das Kupferrohr (109) senkrecht und durch den Kupferbelag der Etagenböden horizontal verteilt wird. Der Kupferbelag ist in der Figur 2 nur für eine Etage (ll2) eingezeichnet.

Das Calciumhydroxid erhitzt sich und bildet im luftleeren Raum, bei etwa 320 Grad Celsius, Calciumoxid und Fasser-dampf. Dieser gelangt über die kurzen konischen Rohre (l4l bis 151), das Austrittsrohr (204) und den Hahn (206) - 9 - in den Behälter (20) und kondensiert sich dort. Dieser kann im Erdboden eingegraben sein. Die Hähne (57) und (205) sind hierbei gesperrt. Venn gegen Abend die Sonnenstrahlung so schwach wird, dass keine Zersetzung mehr stattfindet, so wird der Hahn (206) gesperrt und der Hahn (205) geöffnet. Der Behälter (lO) ist jetzt über die Rohrleitung (2Ο7) mit dem Behälter (30) verbunden. Beide Behälter sind luftleer. Der Behälter (30) enthält in seinem Innern eine grosse Zahl kleinerer Behälter, die jeder für sich gesehen nach oben offen sind. Der' Uebersicht wegen sind in Figur 3 nur vier kleine Behälter (31,33,35 39) eingezeichnet. In diesen ist die hygroskopische Masse verteilt. Wenn die Einrichtung noch keine Wärme gespeichert hat, besteht diese Masse aus hygroskopischer Lösung.

Im vorliegenden Fall soll dies Natriumhydroxidlösung sein. Diese Lösung hat bei den vorkommenden Temperaturen einen merklichen Wasserdampfdruck und es fliesst daher Dampf in die Etagenräume des Behälters (lO), wo er vom Calciumoxid sofort gebunden wird und Hydroxid entsteht, so dass ständig wieder Wasserdampf nachströmt. Die Konzentration der Natriumhydroxidlösung nimmt also zu. Im Behälter (lO) entsteht Hitze, während im Behälter (30) die Lösung sich abkühlt. Der Ventilator (8θ) wird eingeschaltet und erzeugt einen Luftstrom. Dieser fliesst über die Leitung (220), das Eingangsrohr (222), in den durch die Trennwand (232) begrenzten vorderen Teil (234) des Zwischenraumes zwischen (150) und (160) nach unten. Der Luftstrom gelangt zwischen die Böden (l5l) und (l6l) und steigt in dem in der Figur 2 nach hinten gelegenen Teil (236) des Zwischenraumes ZiiTfäthè>1 , (15Ο) und (l6o) wieder hoch. Auf diesem Weg hat er von der Calciumhydroxidbildung erzeugte Wärme aufgenommen.

Der Luftstrom gelangt in das Ausgangsrohr (224) und fliesst über die Rohrleitung (226) in den Wärmeaustauscher^^) "Wo). Die Hähne (22l) und (6l) sind geöffnet, die Hähne */ ' (223)> (62) und (65) sind gesperrt. Die Luft umspült im /· i.

_______ -10 - Wärmeaustauscher (6θ) die Aussenwand eines Behälters (66) und erhitzt ihn. Im Innern dieses Behälters wird mit Hilfe einer Pumpe (6k) hygroskopische Lösung über leicht geneigte Blechtafeln geleitet, sodass die Lösung eine grosse freie für die Verdampfung günstige Oberfläche bildet. Durch die vom Behälter (66) aufgenommene Hitze wird Wasserdampf aus der Lösung ausgetrieben. Dann kondensiert sich der Wasserdampf im Behälter (20) und die Konzentration der Lösung im Behälter (66) nimmt zu.

Wenn ein ausreichender Konzentrationsgrad erreicht ist, wird der Hahn (6l) geschlossen, der Hahn (65) geöffnet und die Pumpe (3*0 in Betrieb genommen, sodass die Lösung über die Leitung (37) von oben in den Behälter (30) einfliesst. Dann wird der Hahn (65) geschlossen, die Pumpe (3¾) ausgeschaltet und der Hahn (62) geöffnet.

Vom Behälter (30) fliesst verdünnte Lösung in den Behälter (66). Diese wird in gleicher Weise konzentriert und in den Behälter (30) zurückgepumpt. Wenn im Laufe der Zeit durch Wasserentziehung die Lösung im Behälter (30) nahezu gesättigt ist, ist ein weiteres Konzentrieren im Behälter nicht mehr möglich, weil eine starke konzentrierte Lösung beim Zurückfliessen über die Leitung (36) sich abkühlen, festes Hydrat ausscheiden und das Rohr verstopfen kann. In diesem Fall soll der Luftstrom die durch Calciumhydroxid erzeugte Wärme abführen und kann über den Hahn (223) ins Freie geblasen werden.

Solange sich im Behälter (30) ungesättigte Lösung befindet, kann man auch die Wärme, welche beim Kondensieren des bei der Calciumhydroxidzersetzung gebildeten Wasserdampfes frei wird, zum Konzentrieren von ungesättigter Lösung verwenden. Der zu erwartende Vorteil dürfte allerdings gering sein, weil dieser Wasserdampf bei höherer Temperatur und damit höherem Druck kondensiert werden muss. Dies hat zur Folge, dass die Zersetzungstemperatur des Calciumhy-

^|p§W

- 11 - droxids um 50 bis 100 Grad Celsius höher wird.

Es sind zwei Funktionsweisen möglich. Die erste ist folgende: , Hahn (57) wird geöffnet. Die Hähne (205), (206) und (55) werden gesperrt. Der Hahn (52) wird geöffnet bis eine gewisse Menge von verdünnter Lösung in den Behälter (56) eingelaufen ist und wieder geschlossen. Die Pumpe (54) wird eingeschaltet, sodass die Lösung über die eingebauten, leicht geneigten Blechtafeln fliesst und eine grosse freie Oberfläche bildet. Der Wasserdampf, welcher bei der Zersetzung des Calciumhydroxids im Behälter (lO) frei wird, kondensiert sich an den Aussenwänden des Behälters (56) und erhitzt diesen und die darin enthaltene Lösung. Aus dieser wird Wasser als Dampf ausgetrieben, fliesst über den Hahn (5l)» der jetzt geöffnet ist, und kondensiert sich im Behälter (20). Nach beendeter Zersetzung des Calciumhydroxids wird der

Hahn (51) gesperrt. Wenn im

Laufe der Zeit durch Wasserentziehung die Losung im Behälter (30) nahezu gesättigt ist, soll der Hahn (57) gesperrt und der Hahn (206) geöffnet werden, sodass der Wasserdampf direkt in den Behälter (20) gelangt und dort kondensiert.

Da der von der CalciumhydroxidzerSetzung stammende Wasserdampf die Natriumhydroxidlösung auf ungefähr 60 bis 80 Grad Celsius aufheizen muss, liegt auch die Temperatur, bei der er kondensiert, entsprechend hoch, infolgedessen auch sein Dampfdruck. Daher erhöht sich auch die Temperatur, bei welcher das Calciumhydroxid sich zersetzt, um za. 50 - 100 Grad Celsius, also auf zirka 380 Grad Celsius. Diesen Nachteil vermeidet man bei der nachstehenden zweiten Funktionsweise.

;ψΚ> - 12 -

Die Einstellung der Hähne ist die gleiche, ausgenommen dass der Hahn (53) geöffnet ist. Der von der Hydroxidzersetzung stammende Wasserdampf gelangt über den Hahn (57) in den Wärmeaustauscher Wa 1 und kühlt sich an den Aussen-wänden des Behälters (56) von zirka 300 Grad Celsius auf zirka 80 Grad Celsius ab. Nur die durch diese Abkühlung übertragene Wärme wird hier zum Erhitzen und zum Austreiben von Wasserdampf aus der Lösung benutzt. Der Wasserdampf fliesst durch den Hahn (53) in den Behälter (20) und kondensiert erst hier. Dieser Behälter ist sehr gross und seine TEmperatur wird durch die relativ geringe Dampfmenge nur wenig erhöht. Es stellt sich daher ein niedriger Dampfdruck ein und die Zersetzungstemperatur des Calciumhydroxids ist niedriger.

Zur Entnahme von Wärme sollen die Hähne (42), (52) und (62) gesperrt sein. Die Pumpe (3*0 wird eingeschaltet, der Hahn (45) geöffnet und Lösung in den Behälter (30) gepumpt. Durch Auflösen von fester hygroskopischer Masse geht sie in nahezu konzentrierte Lösung über. Sie wird dann durch Oeffnen des Hahnes (42) in den Behälter (46) einlaufen gelassen, nachdem vorher die Pumpe (34) ausgeschaltet und der Hahn (45) gesperrt wurde. Die Pumpe (44) wird eingeschaltet und die konzentrierte Lösung fliesst im Innern des Wärmeerzeugungsbehälters (46) über mehrere leicht geneigte Flächen, sodass die Lösung eine für die Kondensation günstige grosse freie Fläche bildet. Der Hahn (4l) wird geöffnet und es fliesst Wasserdampf aus dem Behälter (20) in den Behälter (46). Er kondensiert sich, verdünnt die Lösung und erhitzt diese. Die Wärme wird über die Aussenwand des Behälters (46) an das ihn umspülende Wasser einer Zentralwarmwasserheizungsanlage übertragen. Die Anschlussrohre für die Zufuhr des Heizungswassers sind mit den Bezugszeichen (47) und (49) gekennzeichnet.

- 13 -

Der Behälter (30) muss sehr gross dimensioniert werden, da er eine grosse WärmeSpeichermasse in Form von Hydroxid, Hydrat oder Lösung aufnehmen muss. Die im Behälter (4θ) vorhandene Menge an Lösung ist demgegenüber sehr klein. Normalerweise würde diese geringe Menge nach dem Einpumpen in den Behälter (30) in der grossen hygroskopischen Masse versickern und keine Lösung mehr herauskommen. Um dies zu vermeiden, kann man den Behälter (30) in mehrere Behälter unterteilen, etwa einen kleinen, einen mittleren und einen grossen. Zuerst wird die Masse des kleinen, dann die des mittleren und zuletzt die des grossen Behälters benutzt. Wenn mit der Benutzung des grossen Behälters begonnen wird, hat man die wesentliche grössere Menge an Lösung zur Verfügung, die durch die Benutzung des mittleren Behälters entstanden ist.

Eine andere Lösung dieser Schwierigkeit besteht darin, dass man das Rohr (37) an der Unterseite des Bodens des Behälters (30) anschliesst. An der Eintrittsstelle des Rohres in den Behälter soll eine Kugel aus Stahl, Kupfer oder alkalifestem Kunststoff aufliegen. Sie soll von einem Gummikörper überdeckt s.ein, der die Form einer unten sehr breiten Glocke hat. Wenn der Behälter Lösung enthält, drückt diese den Gummikörper, mit dem äusseren Rand der Glockenform, dicht auf die Bodenfläche auf.

Der übrige Teil des Gummikörpers wird nicht auf den Boden aufgedrückt, behält also die Glockenform bei, weil * er von der Kugel gestützt wird. Eine geringe unter dem

Gummikörper befindliche Menge von Lösung kann unter die Kugel in das Rohr ablaufen, da die Kugel das Rohrende nicht dicht abschliesst. Die Pumpe {3k) soll eine Pumpe sein, welche die Lösung unter einen Druck von einer Atmosphäre setzen kann. Wenn sich nun nach längerer Wärmespeicherung die Lösung im Behälter (30) in eine dicke Schicht fester Hydrate umgewandelt hat und die - ih - Wärmeentnähme erfolgen soll, so wird bei Einschaltung der Pumpe (3*0 ein Druck von einer Atmosphäre unter dem

Gummikörper erzeugt. Wenn der Gummikörper im unten auf- liegenden Teil einen Durchmesser von etwa o,60 m hat, so so wirkt auf die darüberliegende HydratSchicht eine Kraft * , h von o,3 *o,3 *3,14’ 10 kg= 2826 kg. Dxe Hydratschicht wird etwas vom Behälterboden abgehoben und Lösung hineingepumpt. Damit man auch Lösung wieder abfliessen lassen kann, kann man einen hydraulischen Zylinder so anbringen, dass er den Rand des Gummikörpers hochhebt.

Der in der Beschreibung mit Wa 1 bezeichnete Wärmeaustauscher wird durch die Behälter (50) und (56), der Wärmeaustauscher Wa 2 durch die Behälter (4θ) und (46), der Wärmeaustauscher Wa 3 durch die Behälter (6θ) und (66) gebildet.

In sämtlichen Behältern und Rohrleitungen soll ein von Luft freies Vakuum aufrecht erhalten werden, ausser in den Rohrleitungen (220) und (226) und dem an diese angeschlossenen Raum im Behälter (io). Zu diesem Zweck ist eine Vakuumpumpe (90) über einen Hahn (9l) an die Rohrleitung (92) angeschlossen und kann bei Bedarf in Funktion treten. Auch der Anschlusstutzen (24θ) wird an diese Vakuumpumpe angeschlossen.

Die Behälter, Rohrleitungen, Hähne und sonstige Armaturen können aus Stahl oder Kupfer hergestellt werden. Die der Hitze ausgesetzten Wände des Behälters (lO) sollen aus entsprechend temperaturbeständigem Stahl, z.B. rostfreiem Stahl, hergestellt sein.

- 15 -

Es ist vorteilhaft, im Wärmerzeugungsbehälter (46) eine Lösung von 0,52 Gewichtsanteil NaOH durch Wasserdampfaufnahme in solche von 0,42 Gewichtsanteil NaOH umzuwandeln und diese dann durch neue Lösung von 0,52 Gewichtsanteil zu ersetzen.

Man könnte hei einer ersten kritischen Beurteilung des Verfahrens zu der Auffassung gelangen, dass es eigentlich keinen Zweck habe, die verdünnte "verbraucht e" Lösung bei der Wärmespeicherung bis zum festen Hydrat zu entwässern,wenn diesesvor dem eigentlichen wärmeerzeugenden Prozess in eine Lösung von 0,52 Gewichtsanteil NaOH umgewandelt wird. Dann könne man auch gleich die Lösung in der richtigen, benötigten Konzentration herstellen.

In Wirklichkeit spart man viel Lagerraum für die verdünnte Lösung und benötigt weniger Natriumhydroxid, wie sich aus Folgendem ergibt.

In Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens kann man 1 Kg konzentrierte Lösung mit 0,52 Gewichtsanteil NaOE herstellen, aus 0,629 kg einer Lösung, die 0,42 Gewichtsanteil NaOH enthält,' der man durch Einleiten in den BehälterOO) 0,5708 kg Natriumhydroxid-Hydrat zusetzt. Durch Wasserdampfabsorption entsteht bei der Wärmeentnahme daraus eine Mënge von 1,238 kg einer Lösung mit 0,42 Gewichtsanteil NaOH. Davon werden 0,629 kg zur Herstellung von 1 kg neuer Lösung von 0,52 Gewichtsanteil NaOH verwendet,indem 0,3708 kg Natriumhydroxid-Monohydrat aufgelöst werden, welche 0,2557 hg NaOH enthalten.

Wenn aber die Wärmespeichereinrichtung die verdünnte . Lösung nur bis zu einer Lösung von 0,52 Gewichtsanteil - 16 -

NaOH entwässert, so ist für 1 kg der konzentrierten Lösung mit 0,52 Gewichtsanteil NaOH eine Menge von 0,52 kg Natriumhydroxid nötig.

Man braucht also hei der Installation einer Anlage von gleicher Speicherkapazität die doppelte Menge an Natriumhydroxid und die doppelte Behältergrösse zum Lagern der verdünnten Lösung, wenn man letztere nur bis zu einer Konzentration von 0,52 Gewicht san-teil NaOH entwässert, anstatt bis zmfesten Monohydrat. Die Erklärung für diese überraschende Feststellung liegt darin, dass ein Teil der verbrauchten Lösung ein zweites Mal den Wärmeentwicklungsprozess mitmacht. Die Tatsache, dass das feste Monohydrat in dem grossen Lagerbehälter (30) gelöst wird , wo allerdings auch Wärme entwickelt wird, die wegen der Grösse des Behälters oft gärnicht ausgenutzt werden kann, wirkt sich also nicht in dem Masse aus, dass kein nennenswerter Vorteil mehr übrig bliebe.

Denjenigen Teil der verdünnten Lösung, welcher nicht zur Herstellung neuer konzentrierter Lösung benötigt wird, kann man durch Öffnen, des Hahnes (TT) in den Behälter (TO) zwecks Lagerung abfliessen lassen.

Die vorstehende Rechnung basiert auf der Annahme, dass die Herstellung neuer konzentrierter Lösung nur periodisch erfolgt, nachdem die im Behälter (46) sich verdün-„ nende Lösung einen gewissen Verdünnungsgrad erreicht hat.

Es dürfte vorteilhafter sein, wenn kontinuierlich neue konzentrierte Lösung aus dem Behälter (30) in den Behälter (46) zufliesst. Für diese Betriebsart erscheint es aber unerlässlich, das die aus dem Behälter (46) kommende wärmere Lösung ihre Wärme über einen Wärmeaustauscher (106) - 17 - an die aus dem Behälter (30) Kommende Kältere Lösung überträgt. Derselbe sollte zweckmässigerweise am besten nach dem Gegenstromprinzip arbeiten.

In Figur 1 ist der Behälter (225) über einen Hahn(227) mit dem Rohr(224) verbunden. Er enthält Wasser und ist von Luft evakuiert. Während der Arbeitsphase, in der Calciumoxid in Calciumhydroxid umgewandelt wird, kann man den Hahn so einstellen, dass Wasser sehr langsam, beispielsweise tropfenweise in das Hohr (224) gelangt und infolge der Schwerkraft in den Raum zwischen den Decken (162) und (192) und die Wände (160) und (190) fliesst. Hier verdampft es normalerweise sehr schnell, sodass die Decken oder Wände nur kurzzeitig durch kleine Spritzer benetzt werden. Der Dampf gelangt über das Rohr (226) in den von den Behältern (60) und (66) gebildten Wärmeaustauscher, wo er sich kondensiert und Wärme an den Behälter (66) abgibt. Hierbei ist der Hahn (61) geöffnet, während die Hähne (221),(62) und (65) gesperrt sind. Der Hahn(223) ist wie durch die punktierten Linien angegeben mit der Luftpumpe (90) verbunden, welche die so in Verbindung stehenden Rohre und Behälter von Luft evakuiert. Diese Anordung ist eine Alternative zur Verwendung des Ventilators (80), der Luft zur Wärmeübertragung benutzt.

In der Figur 1 wird bei Betrieb der Pumpe (34) Lösung durch die Rohrleitung (37) von oben in den Behälter (30) einlaufen gelassen. Wie in Figur 3 ersichtlich, sind im Innern kleinere Behälter schräg gegeneinander geneigt so untergebraeht, dass die Lösung zuerst in den oberen Behälter einläuft. Überlaufende Lösung fliesst von jedem Behälter in den jeweils darunterliegenden.

Vom untersten gelangt die Lösung auf den Boden des Hauptbehälters (30) . Diese Anordnung ermöglicht eine gleich-

(J

- 18 - mâssige Verteilung der sich bildenden festen Hydrate in den kleineren Behältern, wenn im Sommer Wärme gespeichert wird. Man kann dann die Pumpe (34) dazu benutzen, um periodisch in grösseren Zeitabständen Lösung aus dem Behälter (70) in den Behälter (30) zu pumpen. Labei werden alle 'Behälter gleichmässig bis zujflüberläufen gefüllt.

Claims (5)

1. Einrichtung zum Speichern der durch Sonnenstrahlung erzeugten Wärme, bestehend aus zwei Behältern, welche durch ein RohrleitungsSystem so miteinander verbunden sind, dass das Wasser, das beim Erhitzen eines im ersten Behälter (10) h · · * befindlichen Hydroxids von Calcium, Magnesium oder Barium als Dampf frei wird, sich in dem zweiten Behälter (20) kondensieren kann, gekennzeichnet durch einen dritten Behälter (30), durch einen Wärmeerzeugungsbehälter (46), durch einen Wärmeaustauscher Wa2 und durch ein RohrleitungsSystem mit Absperrorganen, die so miteinander verbunden sind, dass hygroskopische Lösung aus dem dritten Behälter (30) in den Wärmeerzeugungsbehälter (46) gelangen kann und umgekehrt.

-2. Einrichtung zum Speichern der durch Sonnenstrahlung erzeugten Wärme nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Wärmeaustauscher Wal mit einem Behälter (56) und einem RohrleitungsSystem das den Wärmeaustauscher Wal so mit dem Behälter (io) und mit dem Behälter (20) verbindet, dass der von der Hydroxidzersetzung stammende Wasserdampf vom Behälter (io) in den Wärmeaustauscher Wal gelangen, sich dort abkühlen und weiter in den Behälter (20) gelangen und hier kondensieren kann, wobei die vom Wärmeaustauscher Wal aufgenommene Wärme in den Behälter (56) gelangt, der * hygroskopische Lösung enthält, wobei der Behälter (56) über ein Rohr mit dem Behälter (20) verbunden ist.

3· Einrichtung zum Speichern der durch Sonnenstrahlung erzeugten Wärme nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrleitungssystem so angelegt ist, dass der von der Hydroxidzersetzung stammende Wasserdampf vom Behälter (io) in den Wärmeaustauscher Wal gelangen, sich dort abkühlen und auch dort kondensieren kann.

4. Einrichtung zum Speichern der durch Sonnenstrahlung erzeugten Wärme nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Wärmeaustauscher Wa3 mit einem Behälter (66) und einem Rohrleitungssystem, welches den Wärmeaustauscher . Wa3 so mit einem im Behälter (io) enthaltenen Wärmeaus tauscher verbindet, dass ein Wärmeübertragungsmedium, beispielsweise Luft oder Wasser, in den Wärmeaustauscher im Behälter (10) geleitet werden kann, um so die durch Umsetzung von Oxid in Hydroxid freiwerdende Wärme aufzunehmen, und dass das Wärmeübertragungsmittel weiter in den Wärmeaustauscher Wa3 fliessen kann, wo es Wärme an den Behälter (66) abgibt, der hygroskopische Lösung enthält, wobei der Behälter (66) über ein Rohr mit dem Behälter (20) verbunden ist,

5. Verfahren zum Speichern von durch Sonnenstrahlen erzeugter Wärme, hei welchem hygroskopische Masse vom Lagerbehälter in einen Behälter Bw transportiert wird, wobei Bw der Behälter ist, in dem infolge von Wasserdampfaufnahme durch hygroskopische Masse Wärme frei wird, dadurch gekennzeichnet, dass feste hygroskopische Masse, etwa ein Hydrat von ïiaOH, EOH oder CaClg » oder die entsprechenden wasserfreien Stoffe, also NaOE, XOH CaClg in konzentrierte oder nahezu gesättigte Lösung verwndelt wird, indem ungesättigte Lösung in den Lagerbehälter befördert wird, wo sie sich durch Auflösen von fester hygroskopischer Masse konzentriert.