SE411457C - Anvendning i en vermeackumulator av en i fibrost berarmaterial fixerad sorbent - Google Patents

Description

1714224-s , _ p. 2. värmning kunna göras helt självförsörjande med solenergi med en sol- fångaryta av 40 m2 och en lagringsenhet som kan säsongsvis lagra upp till 7.000 kWh.

Många olika former av lagringsmetoder har på senare tid föreslagits.

Sålunda användes redan idag solvärmelagring genom uppvärmning av t.ex. vatten eller en stenbädd. Ju högre specifik värmekapacitet ma- terialet har desto större lagringsförmåga får värmemagasinet per vo- lymsenhet. Man arbetar också med att utveckla värmemagasin som ut- nyttjar det s.k. latenta värmet och som bygger på lagringsmediers fasomvandlingar. Ett exempel på detta är s.k. smältlagring där man lagrar värmet genom att t.ex. låta ett salthydrat smälta. Ett sådant smältlager har relativ hög lagringskapacitet och innehåller relativt mycket värme per volymsenhet.

En av nackdelarna.med ovannämnda lagringsformer är att värmeförlus- terna under långtidslagring blir mycket stora. Lagringen av värme i vattenmagasin är därför exempelvis inte lämpade för enskilda bostä- der, men kan möjligtvis vara lämpade för stora bostadsområden så att värme kan lagras i mycket stora dammar. För att ytterligare höja lagringskapaciteten och eliminera nackdelarna med värmeförluster ur värmemagasinet har det också föreslagits att lagra solenergi eller andra energiformer genom s.k. kemisk lagring eller destillations- lagring. Vid destillationslagring kan man t.ex. använda sig av vissa kemiska ämnen som kan avge (desorbera) resp. binda (sorbera) en gas.

Vid desorptionen (laddningen) destilleras gasen över till en reci- pient, som i vissa fall kan vara en tank, i vilken gasen kondenserar under värmeavgivning. Vid sorptionen frigöres värme.

För att kunna realisera värmelagringssystemen baserade på destilla- tionslagring krävs att systemen har vissa lämpliga jämnviktsång- trycksdata. Generellt gäller att ångtrycket vid laddningstemperatu- ren överstiger motsvarande ångtryck i recepienten vid dess tempera-. tur. På motsvarande sätt ska vid sorption ångtrycket understiga re- cepientångtrycket. 7714224-8 Man har härtill föreslagit i huvudsak tre olika grupper av sorbenter, nämligen torkmedel, såsom salthydrater, ammoniater och zeoliter.

Salthydrater är vanliga kemikaliska föreningar som har en stor för- måga att binda vatten t.ex. genom sorbtion av vattenånga. Ammonia- terna sorberar ammoniak. Zeoliterna slutligen kan sorbera ett antal olika gaser.

För att kunna erhålla ett användbart system för värmelagring enligt destillationsmetoden måste utöver ovan angivna fysikalisk-kemiska D data andra väsentliga villkor ställas på systemet. Sålunda är det inte bara viktigt att energitätheten är hög i ett lagringssystem utan man måste också kunna åstadkomma ett tillräckligt snabbt värme- uttag. Detsamma gäller regenereringen av värmelagringsenheten, d.v.s. avdrivningen av gasen genom uppvärmning med t.ex. solvärme ska y också vara relativt snabb.

Ett annat krav är att de använda komponenterna är billiga, lättill- gängliga och miljövänliga.

Sorptionen resp. desorptionen av t.ex. salthydrat eller saltammo- niat är snabb så länge det rör sig om en yteffekt. Emellertid har det visat sig att om sorbatet (gasen) diffunderar långsamt in i sorbentkornen sintring lätt kan uppstå. Detta leder till en minsk- ning av sorbentytan och leder därmed till små möjligheter till en acceptabel effekturtagning. Dessa problem är utpräglade för hydra- ter och saltammoniater.

Ett annat viktigt krav för ett destillationssystem är att sorptions- resp. desorptionsförloppet ska kunna upprepas många gånger utan att negativa förändringar inträffar i systemet.

Det har visat sig att särskilt salthydrater i pulver- eller kornform vid upprepad sorption resp. desorption sintrar och klumpar sig så att sorptionsprocessen resp. desorptionsprocessen efter ett fåtal cykler blir mycket långsam. En annan nackdel har varit att kristal- lisationen är inhomogen och om kornen förvaras i en behållare en '771lr22lr-8 behållare en mycket inhomogen och på vissa ställen porös sorbent erhålles. Utöver nämnda iakttagelser vad det gäller strukturföränd- ringar kan också nämnas att såväl hydrater som ammoniater sväller vid gasabsorptionen. Det bör i detta sammanhang påpekas att mekanis- men vid sorptions- och desorptionsprocesserna ännu inte är klarlagd.

Man kan alltså konstatera att man idag fört omfattande teoretiska spekulationer över lämpliga fysikalisk-kemiska system för att kunna *erhålla reversibla system för värmelagring medelst destillering.

Visserligen har hittills ett antal experiment utförts men några praktiska lösningar har inte framkommit.

Enligt föreliggande uppfinning har ovannämnda problem vid destilla- tionslagring överraskande kunnat lösas genom att bärarmaterialet i form av en formkropp exempelvis en skiva eller ett ark impregne- rats med sorbenten i form av en lösning och/eller smälta eller dispersion.

Enligt en lämplig utföringsform av uppfinningen impregneras bärar- materialet med sorbenten i form av en lösning och/eller smälta eller dispersion.

Lämpligen användes härvid som sorbent torkningsmedel, såsom hydrat och företrädesvis hydrat av salterna CaCl2, FeCl2, LiCl, MgCl2, (NH4)2 Zn (SO4)2 eller NH4 Al (S04)2 eller också ammoniater och då företrädesvis ammoniater av salterna CaBr2, FeCl2 och MnCl2._.

Impregneringen kan härvid genomföras med en smälta eller lösning av sorbenten.

Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen användes CaCl2 som sorbent.

Det fibrösa materialet består lämpligen av högabsorberande högbulki- ga material med en viss styvhet, företrädesvis Éärarmaterial som .v .

P; 771112214-8 cellulosasvamp, företrädesvis papper, kartong, skivor eller andra formkroppar tillverkade av oblekt eller blekt kemisk eller mekanisk massa eller blandningar härav med eller utan tillsats av syntetiska fibrer.

Lämpligen tillverkas det fibrösa materialet genom våtformning eller torrformning i ett eller flera skikt eller enligt moulded pulp-meto- den och behandlas med lämpliga bindemedel och andra medel så att bärarmaterialet har god absorptionsförmåga vid impregnering samt god retentionsförmåga för sorbenten i smälta och vätskefas. Bärarma- terialet kan om så önskas göras våtstark och/eller våtstyvt genom t.ex. fenolbehandling samt före eller i vissa fall efter impregne- ringen bibringas en lämplig form.

Ett lämpligt relativt billigt bärarmaterial erhålles genom använd- ning av ark av s.k. fluffmassa. övriga kännetecken hos uppfinningen framgår av de i bifogade krav angivna särdragen.

Enligt en utföringsform av uppfinningen har utnyttjats ark av cellu- losafiber vilka ark har en hög absorptionsförmåga av vätskor be- stående av smältor eller lösningar. På så sätt har t.ex. salthydra- tet av CaCl2 i smält form eller i lösning bringats att impregnera en bana av cellulosafiber i form av en kartong. Efter torkning och kylning har en mycket hög halt av saltet fixerats i arket. Om tork- ningen genomföras fullständigt utgöres saltet av enbart CaCl2. Det 771lr22lf-8 har därvid överraskande visat sig att saltet inte bara synes till en hög koncentration vara jämnt fördelat i arket utan också att arket kan hanteras med bibehållande av saltkornens lägesfixering i arket. Ännu mer förvånande visar sig absorptionsförloppet. Om t.ex. fuktig luft ledes över det torkade arkets plana ytor, sker en omedelbar absorption av vattenånga under frigörande av värme. Under absorptio- nen blir arket gradvis fuktigt under värmeavgivning{ Det anmärknings- värda är att absorptionen synes ske jämnt över ytan samt att förlop- pet också sker jämnt in mot arkets mitt, vilket yttrar sig i att fuktigheten synes fördela sig jämnt i arket.

CaCl2 är som bekant i sin tekniska form en billig kemikalie och an- vänds t.ex. som vägsalt. En CaCl2 - molekyl kan absorbera upp till 6 vattenmolekyler och lagringskapaciteten ökar naturligtvis med an- talet ahsorberade vattenmolekyler.

Absorptionen sker stegvis och så att första steget är CaCl2 + H20 --ii CaCl2 ' H20 nästa steg är CaCl2 ' H20 + H20 --) CaCl2 ° 2 H20 Det tredje steget ger CaCl2 ' 4 H20 och det sista steget CaCl2 ' 6 H20 Med ovan nämnda iakttagelser som grund kan man anta att vid absorp- tionen av't,ex. salthydratpulver fördelat i ett fibröst ark åt- minstone några av de olika absorptionsstegen enligt ovan kommer att ske samtidigt på olika ställen i arket. Samtidigt sker antagligen fasomvandlingar d.v.s. de olika formerna av hydrat kommer att under_ absorptionsprocessen förefinnas i olika faser i arket. Det har nu "p?7142.2l+-8 överraskande visat sig att hydratets vätskefas också blir jämnt för- delad i arket d.v.s. under absorptionsprocessen förefaller hela arket bli jämnt och gradvis fuktigt. Detta kan tyda på att när sal- tet som är fördelat i arket under absorptionen tar upp så mycket vatten att ämnet övergår till vätskefas, denna vätska sprider sig i arket beroende på t.ex. kapillärkrafterna. Det kan även tänkas att cellulosafibern själv tar upp en del salt i vätskefas.

Det har dock inte kunnat utrönas vad som sker under absorptionspro- cessen i form av fasförändringar och någon uttömmande förklaring har inte heller kunnat lämnas till vad som sker. Man kan emellertid konstatera att som nämnts absorptionen sker mycket jämnt eftersom det från början torkade styva arket gradvis under tillförsel av ånga mjuknar under kraftig värmeavgivning samt att arket förefaller att bli gradvis och jämnt fuktat under absorptionsförloppet. Det har också visat sig att förloppet kan avbrytas när som helst genom att gastillträde förhindras. Därefter kan efter kortare eller längre tid absorptionsförloppet fortsättas genom gastillförsel utan att un- der vilotiden någon som helst värmeavgivning till omgivningen sker.

Desorptionen eller laddningen åstadkommes genom att värme tillföres arket eller formkroppen. I de fall ett salthydrat användes frigöres alltså vattenånga och i de fall ett ammoniat användes frigöres ammo- niak. I en utföringsform enligt uppfinningen bringas en upphettad bärgas, t.ex. torkad luft att svepa över arkets eller formkroppens ytor.

Som tidigare nämnts har ett av problemen med destillationslagring hittills varit att man inte lyckats åstadkomma tillräckligt snabba effekturtag. Detta har bl.a. berott på att sorbentkornen sintrar eller bildar porösa strukturer vilket ger en dålig värmeledningsför- måga. Problemet förvärras för varje gång absorptions/desorptionscy- keln upprepas. Sorbentkornen själva har också en relativt dålig värmeledningsförmåga. Om avståndet mellan det område i sorbentmas- san där värmet utvecklas och sorbentlagrets värmeavgivande ytor är stort, blir temperaturfallet för stort och även därigenom förhindras '7714224-8 möjligheterna till ett acceptabelt effekturtag. De förslag som hit- tills avgivits för utformning av lagringsanordningar för att möj-* liggöra ett acceptabelt effekturtag genom att öka de värmeavgivande ytorna i förhållande till tjockleken av sorbentlagret har inte vi- sat sig praktiskt användbara. Det har emellertid överraskande visat sig att även desorptionsförloppet i de olika utföringsformerna en- ligt uppfinningen är snabbt och att desorption ur formkroppen eller arket är homogen. Trots ett stort antal upprepade cykler har inga förändringar i desorptionsförloppet kunnat iakttagas. Genom att man enligt uppfinningen kan förhandsbestäma formkroppens eller arkets dimensioner kan man för ett visst bestämt destillationssystem op- timera effekturtaget i förhållande till lagringskapaciteten. Även om det således visat sig att sorbentkornen ligger jämnt förde- lade i hålrummen i bärarmaterialet och att sorptionsförloppet är mycket jämnt, samt att i den mån saltet förekommer i vätskefas vätskan fördelas i arket antagligen beroende på de verkande kapil- lärkrafterna, förefaller det som om även i detta fall en tilltagande tjocklek av formkroppen kan medföra ett lägre effekturtag på grund av ett ökat temperaturfall när värme transporteras från formkroppens inre till dess värmeavgivande ytor. Man är troligtvis i viss mån begränsad vid val av bärarmaterialets tjocklek.

Enligt föreliggande uppfinning möjliggöres även lagringsanordningar för destillationslagring av värme med högt effekturtag kombinerad med stor effektiv lagringstäthet hos värmelagret. Genom att man en- ligt uppfinningen kan fördela sorbentkornen i ett bärarmaterial i form av en formkropp med en på förhand given dimension, kan på ett mycket enkelt sätt formkroppens värmeavgivande ytor göras åtkomliga för värmeurtag. I en utföringsform enligt uppfinningen utgöres form- kropparna av ett ark- eller skivformigt fibröst material. Genom lämpligt val av tjocklek i förhållande till ytan på detta arkformiga material kan den värmeavgivande ytans storlek anpassas till arkma- terialets tjocklek.

Dessutom har formkropparna i form av t.ex. ark gjorts hanterbara och kan t.ex. bringas att genom lämpliga anordningar staplas intill varandra så att ett mellanrum bildas mellan ytorna. För att uppnå 7714224-8 hög total effektiv lagringskapacitet bör avståndet mellan ytorna vara så litet som möjligt dock utan att motståndet för den vid de- sorptionen avgivna gasen blir för stort. I de fall en bärgas t.ex. upphettad luft användes kan denna med t.ex. en fläkt bringas att pas- sera mellanrummen mellan planytorna.

Enligt uppfinningen möjliggöres således en jämn fördelning av sor- bentkornen i ett bärarmaterial samt en snabb och jämn sorption och desorption vilka förlopp kan återupprepas ett mycket stort antal gånger. Dessutom möjliggöres en hög lagringskapacitet av sorbentkor- nen i bärarmaterialet. Genom lämplig dimensionering av bärarmate- rialet möjliggöres ett optimalt effekturtag samtidigt som den effek- tiva lagringskapaciteten av lagringsbehållaren kan hållas hög.

Några exempel på lagringskapacitet som kan uppnås i form av volym- vikt av sorbenten i bärarmaterialet kommer att ges här nedan. Exem- pel kommer också att ges på utföringsformer av lagringsbehållare som möjliggör snabbt effekturtag vid en mycket hög effektiv lagrings- kapacitet. Exempel kommer också att visa några lämpliga metoder och anordningar inom uppfinningens ram som visar att uppfinningen möj- liggör värmelager för lagring av s.k. lågtemperaturvärme under ca 2000 med en hög lagringstäthet, högt effekturtag och ett utnyttjande av billiga kemikalier och bärarmaterial. Det kommer också att påvi- sas praktiska lösningar av kompletta billiga system för tillvarata- gande av solenergi.

I de nedanstående exemplen redovisas endast försök med värmelagring med hydrat av saltet CaCl2. Detta material är mycket billigt och finns åtkomligt i mycket stora kvantiteter. Uppfinningen är emeller- tid inte begränsad till detta hydrat. Många andra hydrater resp. ammoniater kan komma till användning. Det är även tänkbart att an- vända andra torkmedel för utövande av uppfinningen.

Den tekniska formen av CaCl2 °2H20 förekommer som vanligt vägsalt oftast i form av flingor. Flingorna har en täthet av ca 0,80 g/cm sedan allt vatten avlägsnats genom torkning i minst 90° temperatur. 7714224-så ' En annan teknisk kvalitet kan åstadkommas genom krossning varvid man erhåller pulver, Det torkade pulvret har en volymvikt av ca 0,85 g/cm3.

Som kommer att framgå av nedanstående exempel har det visat sig möj- ligt att lagra förvånansvärt stora mängder salt i fibrösa ark. Det har varit möjligt att t.ex. genom en lämpligt avpassad flerstegs- impregnering av ark av fibrösa material med för impregnering lämpa- de egenskaper uppnå volymvikter av saltet av mellan 0,40 - 0,90 g/cm3.

Man bör observera att i dessa tal har frånräknats volymvikten av fi- bermassan. Det har alltså ganska uppseendeväckande visat sig möj- ligt att genom lämpligt val av material och impregneringsmetod fin- fördela och lägesfixera t.ex. ett salt. I en fibrös volym med en densitet av själva saltet som ligger nära densiteten av salt- pulver fritt lagrat i ett kärl. Man har alltså genom uppfinningen erhållit en möjlighet att lägesfixera och fördela sorbentkornen jämnt i en önskad volym som till sin form och dimension, kan anpas- sas till det system för sorption resp. desorption som väljes samt att sorptionen resp. desorptionen sker i mycket jämnt och kontroller- bart förlopp. Vidare har det genom uppfinningen möjliggjorts att sorptions- och desorptionsförloppet kan återupprepas ett mycket stort antal gånger utan att några förändringar kunnat påvisas.

Genom en lämplig utföringsform av uppfinningen där sorbenten t.ex. i form av ett salthydrat bringas att impregnera ett absorbent papper' eller annat arkformigt fibröst material, kan värmeurtaget resp. desorptionen ske snabbt och jämnt genom att gasen bringas i kontakt med arkets plana ytor.

Enligt uppfinningen kan bärarmaterialet lämpligen impregneras med sorbenten i form av en lösning, smälta eller dispersion. Det har där- vid som nämnts visat sig möjligt att uppnå mycket höga koncentratio- ner av sorbent i fibermassan. Detta åstadkommes bl.a. vid t.ex. im- pregnering med ett hydrat genom att detta bringas i lösning eller smälta vid en relativt hög temperatur. Så t.ex. har olika fibermas- sor varmimpregnerats med smältor av tetrahydratet av kalciumklorid med vägsalt som råvara. ll Det har i de flesta fall visat sig att ju högre koncentration av sorbenten i förhållande till vattenhalten desto högre koncentration av saltet i fibermassan har erhållits. Detta är emellertid under förutsättning att smältan eller lösningen vid impregneringstillfäl- let har en låg viskositet. I det nämnda exemplet vid impregnering av vägsalt är viskositeten låg även vid höga koncentrationer och möjliggör en hög halt av sorbent.

Det har även visat sig att impregneringssättet är av betydelse för erhållande av en hög halt av sorbent. För vissa fibermassor och sorbenter kan en flerstegsimpregnering ge en mycket hög halt. För impregnering vare sig det gäller l~stegsimpregnering eller flerstegs- impregnering kan olika i och för sig kända impregneringsmetoder komma till användning. Lämpligen kan någon form av doppimpregnering användas, d.v.s. bärarmaterialet i form av en formkropp t.ex. en skiva eller ett ark doppas i en lämpligen het smälta eller lösning av sorbenter. Om det rör sig om ett bärarmaterial i form av skivor_ eller ark kan doppimpregneringen lämpligen kombineras med att mate- rialet bringas mellan en eller flera valsar, vilket kan bidraga till att pressa ut luften ur fibermassan. Det är viktigt att impreg- neringen sker så fullständigt som möjligt och att hela fibermassan blir homogent impregnerad. På grund av att de för impregnering av sorbenten lämpligaste fibermassorna som regel är mycket bulkiga måste emellertid slutsteget vid impregneringen ske utan alltför stor utpressning av smälta eller lösning. En lätt avskrapning eller pressning av lösningen bör emellertid ske så att ej ett överskott av sorbent medföljer ytan, vilket kan leda till problem vid mate- rialets användning.

Det har även visat sig att formkropparnas egenskaper i olika avseen- den har stor betydelse för resultatet. Som nämnts har försök utförts med såväl porösa svampmaterial som olika fibermaterial. Det har där- vid visat sig att fibrösa material har visat sig speciellt lämpli- ga. Detta har bl.a. enligt uppfinningen visat sig att man genom ett lämpligt val av fibermaterial som undér vid formningen till form- kropp bibringats vissa lämpliga egenskaper kan erhålla en hög halt 7714224-8 7714224-8 12 av sorbent och ett för sorptions-desorptionsprocessen lämpligt mate- rial. Det har även visat sig att det går att erhålla en kombination av fiberbärarmaterial/sorbent som inte endast har lämpliga tekniska egenskaper utan även kan framställas till mycket låga kostnader.

Anledningen till att vissa fibermaterial är lämpliga är inte bara att de möjliggör en mycket hög absorption. Själva sorptions- som desorptionsprocessen blir som nämnts tidigare jämn. Dessutom har det visat sig att ett lämpligt valt fibermaterial är lämpligt eftersom såväl hydrater som ammoniater svälla kraftigt under sorptionen. Ett lämpligt valt fibermaterial har visat sig kunna motstå sådana upprepade formförändringar vid upprepade sorptions/desorptionspro- CeSSer .

Valet av fibermaterial och dess egenskaper samt formkroppens dimen- sioner och egenskaper beror på vilken typ av lagring som avses.

Uppfinningen skall i det följande förklaras närmare under hänvis- ning till nedanstående exempel och ett antal på bifogade ritningar visade utföringsexempel, där fig. l visar ett snitt genom tvâ enligt uppfinningen preparerade, på avstånd från varandra anordnade ark, fig. 2 och 3 ' visar liknande snitt som fig. l, där distansorgan anord- nats mellan arken, ' fig. 4 visar en vy av en enligt uppfinningen framställd värmeacku- mulator och fig. 5 visar en enligt uppfinningen framställd formkropp med inre hålrum.

I fig. 1 visas ett snitt genom två sådana skivformiga formkroppar 1 anordnade på något avstånd från varandra, varigenom maximal gassorp- tion och gasdesorption erhålles över skivornas plana ytor. v7714224-a 13 I de fall formkropparna är skivformiga är det lämpligt att de för att bilda ett paket av skivor med lämpligt avstånd mellan skivorna stödjas och lägesfixeras med lämpliga anordningar.

I fig. 2 och 3 visas att detta avstånd mellan två skivor l kan å- stadkommas genom användning av olika distansorgan.

I fig. 2 visas i snitt hur lägesfixeringen mellan två skivor l å- stadkommits med ett veckat mellanlägg 3, som på grund av veckningen endast i vissa punkter berör och stödjer skivorna. På så sätt kan ett lämpligt antal skivor l anordnas på varandra och bilda ett paket.

I skivorna befintliga sorbenter, exempelvis salthydrater, kan mjukna under sorptionen, men genom användande av mellanlägget 3 stöds ski- vorna och hålles på avstånd från varandra. Genom att det vågformade mellanlägget 3 uppvisar-relativt spetsiga toppar 2 frilägges dock största delen av skivans yta.

Mellanlägget 3 kan bestå av många olika material. Dessa bör vara prisbilliga och ej mjukna t.ex. genom fuktning på grund av absorp- tion av hydratlösning. Lämpliga material härtill äro exempelvis här- dat fenolhartsimpregnerat kraftpapper, styva plastfolier, många andra utföringsformer och andra material är naturligtvis tänkbara.

I fig. 3 visas exempel på hur det önskade mellanrummet mellan två plattor l åstadkommits genom att i bärarmaterialet förefinnes upphöj- ningar 4. I ett sådant fall måste själva bärarmaterialet före eller efter impregneringen behandlas så, att åtminstone upphöjningarna 4 är styva och motstå fukt. En sådan uppstyvning kan exempelvis ske genom behandling med en härdplast, exempelvis fenol.

I fig. 4 visas ytterligare en utföringsform för sammanförande av flera skivformiga formkroppar till en kassettliknande anordning.

Formkropparna l som innehåller sorbenten, är parvist placerade med hjälp av mellanlägg 3, som tillåter gaspassage mellan skivorna. Ski- vorna äro inneslutna i ett kassettliknande hölje 7. På motsvarande sätt är ett annat skivpar la placerat i en kassett 8 under kassetten 7714224-8 14 7, så att en spalt 9 bildas mellan kassetterna. Genom spalten 9 kan lämpligt transportmedium tillföras resp. avledas till skivornas yttre planytor.

I fig. 5 utgöres formkropparna l av parallellepipeder som äro läges- fixerade pâ avstånd från varandra och uppvisar i huvudsak kvadra- tiskt tvärsnitt. I resp. formkropp kan hålrum 6 förefinnas för till- försel resp. bortförande av värme.

Som nämnts.har valet av fibermaterial och dess egenskaper stor bety- delse för resultatet. När det gäller ark- eller skivformiga form- kroppar framställes lämpligen dessa på i och för sig känt sätt ge- nom våtformning på en pappers- eller kartongmaskin eller genom s.k. torrformning varvid det torra fibermaterialet blåses på en upptag- ningsanordning. Fiberbindningen vid torrformning kan ske genom s.k. hydrogen bindning d.v.s. genom närvaro av vatten eller med synte- tiska bindemedel. Framställning av formkroppar kan dock även ske på annat sätt t.ex. genom en s.k. moulded-pulp-process.

Det har visat sig att en avgörande faktor för såväl en hög impregne- ringshalt som en jämn sorption/desorption är såväl fibermaterialets som formkroppens egenskaper före impregnering.

Således har det visat sig att en mycket hög bulk d.v.s. en låg vo- lymvikt ger både en hög sorbenthalt som en snabb impregnering. Det har också visat sig att det är i vissa fall fördelaktigt med rela- tivt långa fibrer av t.ex. cellulosa eller bunull. En alltför stor halt av korta fibrer tenderar ibland att täta igen en del hålrum och försämrar impregneringen. 7711æ224-8 _ . ._ ___ Vid t.ex. användning av sorbenter av salthydrat är det även viktigt att bärarmaterialet har en förmåga att efter återfuktning hålla fast hydratet i vätskefas så att vätskan ej rinner ur formkroppen.

Detta åstadkommes bl.a. genom att fibermaterialet och fibermassan har en viss styvhet, d.v.s. kan behålla sin bulkiga struktur trots upprepade sorptions/desorptionscykler. I vissa fall är en tillsats av syntetiska fibrer lämplig.

Det lämpligaste cellulosa-materialet av tekniska skäl är blekt ke- misk cellulosa. Av bl.a. kostnadsskäl skulle man vilja föredraga oblekt sulfatmassa men vissa problem kan uppstå på grund av materia- lets hydrofoba egenskaper, som dock kan avhjälpas med ytaktiva medel.

Termomekanisk massa med relativt hög freeness är också lämplig bl.a. därför att den är billig och fibrerna är styva. med våtmetoden kan man framställa ett bulkigt bärarmaterial med lämpliga egenskaper i form av t.ex. skivor eller ändlösa banor av kartong. Man kan genom lämpliga åtgärder erhålla en volymvikt omkring 0,4 g/cm3 av det färdiga bärarmaterialet. I vissa fall kan man komma ned till 0,2 g/cm3, vilket svarar mot en bulk av 5 m3/g.

Den s.k. torrmetoden möjliggör som regel framställning av mycket bulkiga material. Man kan uppnå en bulk av 5 till 6.

Man kan även använda flerskiktsmaterial, där exempelvis ytskikten utgöres av ett annat fiberslag än i materialets mitt.

För att erhålla tjocka bärarmaterial t.ex. i form av ark eller ski- vor kan flera ark sammanfogas med t.ex. laminering. Denna kan ske genom exempelvis extrudering av en termoplastfilm. Laminaten kan bringas att erhålla en viss ökad styvhet genom lämpligt val av lami- neringsmedel. Om lamineringen sker med en hel film bör den endast utföras med två ark så att sorption kan ske inåt från vardera ytan. önskas flerskiktslaminat kan laminering ske med nät eller medelst på annat sätt för sorbenten och sorbatet genomsläppligt laminerings~ medel. 1714224-a 16 I vissa fall är det lämpligt att exempelvis belägga eller laminera bärarmaterialets ena ytteryta med en film av t.ex. plast. En sådan behandling kan särskilt vad det gäller ackumulatorer som anordnats liggande förhindra att i den händelse bärarmaterialet ej förmår hålla eventuellt bildad sorbatlösning densamma ej droppar ned på underlig- gande ackumulatordelar. Visserligen kan ej sorption ske från den så- lunda behandlade ytan men det har visat sig att om sorbentlösningen blockeras med t.ex. en plastfilm lösningen åter suges upp i bärarma- terialet vid desorptionen. Principiellt skall bärarmaterialet i och för sig vara självbärande före impregnering.

Genom val av material och tillverkningsprocess kan man alltså fram- ställa ett material t.ex. i skivform som är lämpat såväl för impreg- nering med en hög halt av sorbent som för att ge en slutprodukt bärare/sorbent med lämpliga sorptions/desorptionsegenskaper.

Det har visat sig att bärarmaterialet sväller under impregneringen.

Detsamma gäller den färdiga formkroppen av sorbent/bärare under sorptionen. Det är därför nödvändigt att fibermassan kan motstå svällningar under upprepade sorptions/desorptions-processer¿ Man skulle kunna tro att skivorna eller arken måste vara relativt tunna för att möjliggöra en tillräckligt snabb sorption d.v.s. ett acceptabelt effektuttag.

Det har emellertid överraskande visat sig att även tjocka skivor el- ler ark kan lämna ett mycket stort effektuttag.

Fig. l illustrerar hur absorptionen sker även i ett förhållandevis tjockt skivmaterial. Skivorna l och 2 visas i fig. 1 i tvärsnitt och skuggmarkeringen visar ett mjukt skikt av hydrat som under sorp- tionen ökar i tjocklek och från båda ytorna i arket gradvis tränger inåt. Försök har visat att sorptionen sker förvånande jämnt inåt och även möjliggör höga effektuttag, ända tills det centrala skiktet av sorbent sorberat gasen.

Tack vare denna förvånande effekt kan man alltså ytterligare höja effektiva lagringskapaciteter genom val av tjocka ark- eller skiv- material; 1? Nedanstående tabell visar exempel på nâgra olika salthalter efter impregnering av olika bärarmaterial med hydrat av kalciumklorid som har uppnåtts. Impregneringen har skett med lika koncentration av salthydratet samt vid 95° temperatur. värdena har framräknats med hänsyn till svällningen efter impreg- nering och torkning och avser endast det torra saltets volymvikt, d.v.s. fibermassans volymvikt har frånräknats. Som jämförelse för värdena har ett försök med impregnering av ett svampmaterial med- tagits. 7714224-8 1714224-s Jia' 'Bärarmaterial Det ímpregnerade och torkade materialet nr. typ densitet tjocklek torra saltets g/cm3 mm densitet tjocklek antal impreg- g/cm3 mm neringar 1 aenuiosasvamp 50,09 4,5 0,12 5,0 1 2 luftfilterpapper (lätt fenolimpreg- nerat) 0,30 0,50 0,35 0,53 l 3 impregneringspapper för laminatplattor (oblekt kraft) 0,50 0,l6 0,30 0,20 l 0 impregneningspapper för täckskiktet för laminatpapper (blekt cellulosa) något _ våtstarkt 0,55 0,00 0,05 0,05 l ' " ' 0,55 0,00 0,57 0,52 2 6 - " - 0,55 0,00 0,75 0,57 3 7 högabsorberande högbulkig kartong (våtformad blekt cellulosa) 0,05 l,96 0,65 2,80 l 8 våtformad bulkig skiva av blekt cellulosa 0,00 9,0 0,55 10,2 1 9 torrformad bulkíg skiva termomeka- nisk massa 0,29 3,0 0,75 0,l 1 7714224-8 19 Av tabellen framgår att man redan vid l-stegsimpregnering kan upp- nå en mycket hög volymvikt av det torra saltet genom användande av ett lämpligt bärarmaterial (nr 7, 8 och 9) främst med hög bulk. Man kan även uppnå hög volymvikt av det torra saltet genom flerstegsim- pregnering (nr 5 och 6). Väsentligt är emellertid som nämnts även fibermaterialets förmåga att efter sorption kunna kvarhålla vätske-9 fasen i den mån en sådan förekommer. I detta avseende är fiberma- terialets egenskaper av stor betydelse. Det har t.ex. visat sig att det impregnerade materialet motsvarande prov 3 hade sämre för- måga att kvarhålla vätskefasen efter sorption än t.ex. materialet enligt prov 7 och 9. Undersökningen har visat att fiberlängd, fiber- finhet och fiberstyvhet har stor betydelse. I vissa fall har det även visat sig att en hög salthalt ger en sämre förmåga att kvarhål- la vätskefasen. I Fibermaterialets egenskaper vid vätning synes ha betydelse för sorp- tions/desorptionsförloppet. Således synes ett fibermaterial med hydrofila egenskaper vara att föredraga. Egenskaperna synes kunna påverkas genom lämpligt val av pH eller vad det gäller termomeka- nisk massa genom tillsats av blekt massa.

Följande exempel utfört i en försöksanläggning avser att visa exem- pel på vilka lagringstätheter, energi- och effektuttag som kan er- hållas med en anordning enligt uppfinningen.

Exempel 1 Ett högabsorberande bärarmaterial 1 form av en bulkig kartong med god fasthållningsförmåga för hydratets vätskefas impregnerades med hydrat av vägsalt. Bärarmaterialet och den sålunda impregnerade formkroppen var av samma slag som nr 7 i den tidigare visade tabel- len. Flera plattor staplades på varandra till ett lamellpaket. Plat- torna hade vardera tjockleken 3 mm i torrt tillstånd. Torra saltets volymvikt var 0,65 g/cm3. Mellanrummet mellan plattorna var 1 mm.

Plattorna var 7,9 cm breda och 6,9 cm långa. Paketets totala volym (bruttovolym) var 0,12 dm3. Paketet placerades i en luftkanal med tvärsnittsarean 2,1 cmz och bredden 7,9 cm. En fläkt blåste fuktig ytterluft genom paketet före sorbenttanken (paketet) och efter tan- '7714224-8 ken kunde fukthalten och temperaturen avläsas. Luftströmmen i kana- len kunde också mätas. Försöket pågick i 40 minuter. Genom tempera- tur, fukthalt- och luftmängdsmätningar kunde temperaturstegring av torra termometern registreras samtidigt som effektuttag och energi- uttag kunde beräknas. Försöket avbröts sedan ungefär hälften av den lagrade energin uttagits.

Resultat framgår av nedanstående tabell.

Effektuttag (värmeinnehållsförändring per tidsenhet i utgående luft och vattenånga) tid min. efter start 4 30,3 watt 0 23,4 watt I 18,9 watt l6,0 watt medelvärde 20,7 watt Energiuttag: 10,4 wh Lufthastighet genom lamellerna 6 m/sek.

På basis av ovanstående försöksresultat kunde energiuttag, effekt- duttag, och energitäthet beräknas med följande resultat: Energiuttag (endast 70 % av det möjliga) 295 kwh/ton torrt salt 110 kwh/m3 bruttovolym Effektuttag max 254 kw/m3 paketvolym min 133 kw/m3 paketvoiym Effektuttag max 0,56 kw/m2 lamellyta min 0,30 kw/m2 lamellyta Som synes sfiönk effektuttaget under försöket. Samtidigt observerades att utgående fukthalt ökade. Det tolkas så att ângabsorption minska- de. Mer konstanta förhållanden har kunnat anordnas genom val av be- tydligt längre absorptionssträcka. Då hade det i första delen sti- gande överskottet av fukt absorberats i-följande delar med åtföl- 7714224-8 21 jande temperaturstegring och således effektuttaget kunna hållas relativt konstant.

Försöket visar även mycket högt effektuttag per m2 skivyta trots relativt blygsamma ingående fuktmängder i luften. I ovanstående försök var den salthalten 0,38 g torrt salt per cm3 bruttovolym lagringstank.

Som tidigare nämnts är det i de flesta fall eftersträvansvärt att uppnå en mycket hög salthalt för att på så sätt erhålla en stor lag- ringskapacitet per volymenhet. I det följande visas exempel på im- pregnering och olika lagringskapaciteter som erhållits medelst impregnering med hydrat av kalciumklorid.

Exempel 2 Som bärarmaterial valdes en högabsorberande kartong med mycket hög bulk. Kartongens tjocklek var 2,0 mm och densiteten 0,24 g/cm3 vilket svarar mot en bulk 4,25 cm3/g. Fibermaterialet var blekt cel- lulosa. Sorbentsaltet var vägsalt, d.v.s. CaCl2 ° 2H2O.

Först utfördes ett försök, som avsåg att åstadkomma högsta möjliga volymvikt salt. En smälta av kalciumkloridhydrat framställdes där proportionerna var 75 vikt-% salt och 25 vikt-% vatten, d.v.s. smäl- tan innehöll huvudsakligen CaCl2 ' 2H2O. Impregnering skedde medelst doppning av arket vid en smälttemperatur av ll0° C. Ett annat för- sök utfördes med en smälta med proportionerna 52 vikt-% CaCl2 och '7714224-8 22 48 vikt-% vatten. Smältans/lösningens sammansättning var uppenbar- ligen en blandning av CaCl2 ' 4 H20 och CaCl2 ' 6 H20. V Efter impregneringarna torkades arken och volymvikten torrt salt bestämdes. Samtidigt registrerades tjockleksförändringarna under impregnering och torkning.

Resultaten av första försöket framgår av nedanstående tabell. gßärarmaterial Det impregnerade materialet ____________________ tjocklek densitet tjocklek densitet densitet mm g/cm3 vått torrt torrt salt fibermassan mm mm 2,00 0,24 3,55 3,20 0,70 0,15 Vid impregnering med smältan med högre vattenhalten enligt det andra försöket erhölls en densitet av det torra saltet av 0,47 g/cm3.

Som synes av tabellen ovan sväller materialet kraftigt vid impreg- neringen vilket leder till en sänkning av fibermassans densitet. 0 Anmärkningsvärt är att den sammanlagda densiteten av torrt salt och fibermassa i det impregnerade och torkade materialet är 0,85 g/cm3 vilket i stort sammanfaller med det fria pulvrets densitet. Det framgick vidare av försöken att det torra saltets densitet blir lägre vid en högre värmehalt i hydratsmältan. Det visade sig också att svällningen vid impregneringen var avsevärt mindre vilket i detta fall innebar en högre densitet av fibermassan och en lägre densitet av det torra saltet. Vid impregnering med samma vattenhalt i hydratsmältan blev svällningen större vid längre impregneringstid.

Man kan alltså även påverka densiteten medelst impregneringstiden.

Det bör i detta sammanhang påpekas att det inte alltid är eftersträ- vansvärt med största möjliga halt av torrt salt. I vissa fall kan en extremt hög halt salt och motsvarande låga halt av fibrer vid t.ex. stora effektuttag leda till sorptionssvårigheter. En optime- 771422li-8 23 ring av densitet hos det torra saltet och fibermassan bl.a. med hänsyn till önskade effekt- och energiuttag är därför nödvändig.

En beräkning av vilka salthalter per bruttovolymenhet som kan upp- nås med användning av plattor som sammansättes till lamellpaket på samma sätt som beskrivits i exempel l visar att plattorna enligt första försöket ger en salthalt av 0,56 g/cm3 bruttovolym och plat- torna enligt andra försöket 0,47 g/cm3. Vid ett sorptionsförlopp med tillgodogörande av energiuttag av torrt CaCl2 t.o.m. bildandet av CaCl2 ~ 4H20 blir maximalt uttagbar energimängd, d.v.s. maximal lagringskapacitet 280 kwh/m3 bruttovolym lagertank i första fallet vilket får anses som mycket högt.

Genom användande av plattor med hög salthalt och användning av tjoc- kare plattor kan salthalten av exempelvis CaCl2 av upp till 0,55 - 0,65 g/cm3 bruttovolym uppnås. Eftersom saltet i detta fall har en täthet som fritt pulver av ca 0,85 g/cm3 inses att man kan uppnå en mycket hög lagringskapacitet. I exempel l är den %f%% = 45 % av pulvrets och i exempel 2 gfšg = 66 %. Man torde alltså genom lämplig dimensionering av lamellsystemet jämte lämpligt val av fibermaterial och impregneringsmetod maximalt kunna uppnå ¥ 70 % eller något mera.

Avslutningsvis skall framhållas att även om föreliggande exempel och principiella system huvudsakligen exemplifierats som system för bostadsuppvärmning och med desorption medelst solfångare, uppfin- ningen ej är begränsad till dessa användningsområden.

Desorption kan ske centralt genom t.ex. tillvaratagande av över- skottsvärme eller alstras av centrala solfångaranläggningar och de sålunda laddade paketen med sorbent distribueras på lämpligt sätt.

Vidare kan uppfinningen utnyttjas för_värmelagring på många andra områden än för uppvärmning av bostäder.

I de anförda exemplen har sorbenten varit vägsalt, Uppfinningen kan emellertid som nämnts utövas med användande av andra torkmedel, såsom hydrater, ammoniater och zeoliter._

Claims (20)

.-..-.~_u--uøcu-vw-nn-uvw~u|un~n---~ -~ M-w-euuu-nlwv-fi* 771142210-8 2ü P a t e n t k r_a v

1. Användning i en värmeackumulator för kontrollerad upp- tsgning, lagring och avgivning av värme medelst på torkme- del, såsom salthydrater; ammoniater eller zeoliter baserade destillatipnslagrinqasystem av en 1 fibröst bärarmaterial fixerad sorbent, som är framställd genom att bärarmaterialet -2 form av en formkropp exempelvis en skiva eller ett ark impregnerahšmed sorbenten 1 form av en lösning och/eller smälta eller dispersion.

2. Användning enligt krav l, k ä n n e t e c k n a d avd att bärarmaterialet impregnezats med sorbenten 1 form av en lösning och/eller smälta eller dispersion. A

3. Användning enligt krav l och 2, k ä n n e t e c kgn a d av att sorbenten utgöres av torkningsmedel, såsom hydrat.

4. Användning enligt ett eller flera av kraven 1 - 3, k ä n n e t e c k,n s d av att sorbenterna utgöras av hydrat av salterna C612, FeCl2, LiCl, MgCl2, (NH¿)2 Zn (S0¿)2 eller »nH¿ A1 (so¿)2.

5. Användning enligt krav l, k ä n n e t e c~k n a d av att sorbenterna utgöres av ammonlater av salterna Ca Brz, Fe C12, Mn C12.

6. -6. Användning enligt ett eller flera av kraven 1 - 5, k ä n n e t e c k n a d av att impregneringen utförts med en smälta av sorbenten.

7. Användning enligt ett eller flera av kraven l - 5, »k ä n n e t e c k n a d av att impregnerlngen utförts med en sorbentlösning.

8. Användning enligt ett eller flera av kraven l - S, k ä n n e t e c k n a d av att sorbentlösningen och/eller fsmältan innehåller lägst 50 vikt-8 bundet vatten. , g ' d2¿g 7714224-s

9. Ånvändning enligt ett eller flera av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att sorbenten utgöres av CaCl2»

10. Användning enligt ett eller flera av föregående krav, k ä n,n eat e c k n a d av att impregneringen genomförts vid förhöjd temperatur.

11. ll. Användning enligt ett eller flera av kraven l - 10, k ä n n e t e c k n a d av att impregneringen utförts 1 flera steg;

12. Användning enligt krav 1 - ll, k ä n n e t e c k n a d I av att bärarmaterialet i form av en formkrópp, exempelvis en skiva eller ett ark doppats i en het smälta eller lösning av sorbenten,

13. Användning enligt krav 12, k ä n n e t e c k n a d av att doppimpregneringen kombinerats med ett avlägsnande av i materialet befintlig luft, exempelvis genom att materialet behandlats mellan en eller flera valsar. I

14. Användning enligt krav 13, k ä n n e t e c k n a di av att det fibrösa materialet före impregneringen formats till ark- eller skivformiga formkroppar genom våtformning, torr- formning eller en s.k. moulded-pulp~process. V

15. Användning enligt ett eller flera av kraven l 4 14, k ä n n e t e c k n a d av att det använda bärarmaterialet består av högabsorberande högbulkiga material.

16. Användning enligt krav 15, k ä n n e t e c k n'a d av att bärarmaterialet utgöres av papper, kartong, skivor eller andra formkroppar tillverkade av oblekt eller blekt kemisk eller mekanisk massa eller blandningar härav.

17. Användning enligt krav l - 16, k ä n n e t e c k n a d av att det fibrösa materialet innehåller en hög andel långa fibrer, företrädesvis cellulosafibrer. 771422Å-A8 23

18. Användning enligt krav l - 17, k 8 n n e t e c k n a d av att bärarmaterialet innehåller syntetiska fibrer.

19. 'Användning enligt krav 1 - 18, k ä n n e t e c k n a d av att man får erhållande av en förbättrad våtstyrka, form- berhet och formstyvhet utfört en lätt Impregnering av form- kroppen med en hårdplast, exempelvis fenol.

20. -Användning enligt krav l - 19. k ä n n e t e c k n a d av att en bana av Bulklgt fibröat material impregnerats med en sorbent 1 smälta eller lösning och därefter torkat: och kylts. ' 21, Användning-enligt ett eller flera av kraven l - 20, k ä n n e t e c k n a d av att bärarmaterialet uppvisar god retentlonsíörnqa för eorbenten. Aurönoa PuaL1xA11oNER: Sverige 391 708 (c0ks 39/08) Tyskland 2 312 0ß0 (8010 39/16)