SE462686B - Foerfarande foer anvaendning och magasinering av energi fraan omgivningen - Google Patents

Description

462 686 2 40 med eller sorption av komponenten B frigives värme.

Av Solar Energy, 12, (1977), sid 233-23% framgår energimagasi- nering i anslutning till tork- och uppvärmningsanläggningar, var- vid man under energiuppladdningen av magasineringsmediet, det vill säga vid motsvarande vattendesorption, även kan utnyttja energin på basis av smärre ojämviktstillstånd med avseende på temperaturen och/eller den relativa fuktigheten, t ex luft med en temperatur av 56oC och en vattenhalt av 0,018 kg/kg luft. I detta litteratur- ställe omnämnes dock icke något beträffande användning av ett arbetsmedium och icke heller framgår några uppgifter enligt vilka det skulle ställa sig möjligt att vid energiurladdning använda ett inert bärarmedium, som innehåller flyktiga komponenter, det vill säga vatten, i högre halter än vid desorptionssteget, och slutligen framgår icke heller några uppgifter enligt vilka det skulle vara möjligt att vidareutnyttja den restenergí som förefinnes i det vid energiurladdning avdragna inerta bärarmediet.

Ett annat arbetssätt för utnyttjande av energi från om- givningen utgör det s.k. värmepumpsystemet. Vid dessa system omvandlas dock exempelvis elektrisk ström eller värme av hög temperatur i användbar värme under utnyttjande av värmepump- effekten, så att i jämförelse med en direkt omvandling av denna energi i värme kan uppnås en "värmetillväxt" upp till en faktor av storleksordningen 3.

Utnyttjande av solenergi medelst solfångare, såsom de hit- tills har använts uppvisar dock stora nackdelar, enär åtmin- stone vid breddgrader i Europa endast ges en tillräcklig stark solstrålning om sommaren, så att en magasinering av med solfångare uppfångad energi blir erforderlig. Denna lagring ger dock väsentliga problem då antingen endast en korttids- _magasinering, exempelvis i tillräckligt stora vattenmagasín med motsvarande påkostad- isolering, är möjlig eller speciella och därför tekniskt påkostade solfångare måste användas om en långtidsmagasinering exempelvis i zeolitmagasin är önskvärt, som här de redan tidigare_nämnda höga temperaturerna för full- ständig regenerering av magasinet har ansetts erforderligt.

Dessutom är en regenerering av sådan»långtidsmagasinering praktiskt taget endast möjlig under sommarmånaderna med stark, direkt solstrålning, så att magasinet, om detta utgör den enda värmekällan, måste uppvisa en kapacitet för de totala vintermånaderna. 462 686 Enligt uppfinningsföremålet eftersträvar man att vid energiut- vinning, det vill säga avdragning av exergi med utgångspunkt från ett magasineringsmedium, utnyttja den magasinerade exergin så Fullständigt som möjligt.

Därvid går man tillväga på sätt som närmare framgår av ingres- sen till patentkravet 1.

Fördelaktiga utföringsformer av förfarandet enligt uppfin- ningen kännetecknas av det som anföres i patentkraven 2-9 och i följande beskrivning.. M Uppfinningen avser även användningen av ett sådant förfar- ande för täckning av uppvärmnings- och/eller köldbehovet hos byggnader eller farkoster eller fartygsdelar eller för varm- vattenberedning eller för täckning av värmebehovet för förvärm- ning av förbränningsmotorer.

Förfarandet enligt uppfinningen är särskilt användbart inom lågtemperaturomrädet, dvs vid temperaturer runt eller under Joo°c. 1 Det i beskrivningen använda uttrycket "exergi" härstammar från termodynamiken och betyder den fria entalpin respektive I tekniska arbetsförmågan hos ett system räknat på tillståndet hos den härskande omgivningen. Vid "exergin" handlar det om i andra energiformer omvandlingsbara energier. Uttrycket "anergi", som likaså härstammar från termodynamiken betyder icke-omvandlingsbar energi, exempelvis kalorienergin hos omgiv- ningen, för definition se Lueger, "Lexikon der Technik, Ver- fahrenstechnik, band “, sid 128/129 (1972). n Med det i beskrivningen använda uttrycket "exergi av mindre ojàmdktsviktstillstånd hos omgivningen" är att förstå sådana tillstånd, vid vilka inga större temperaturdifferenser är vid handen, såsom exempelvis fjärrvärme, spillvärme, förbrännings- värme, jäsnings- och fermentationsvärme, vars temperaturnivåer kan vara relativt låga, exempelvis under från SOOC och till och med även under 40°C. Förfogandet av dessa nämnda värmekällor brukar på grund av"de i den i tidshänseendet tänjbara och i tids- hänseende godtyckligt avbrytbara ackumulationen av energi i magasinsmediet inte utläggas till ett toppbehov av värme i tidshänseende, utan till årsmedelvärdet av värmebehovet.

Så kan man exempelvis med små solara instrål- 462 686 ZÛ ningar, såsom exempelvis under vintern under perioder med dåligt väder eller tidigt på morgonen eller sent på kvällen driva magasinsuppladdningen via solfàngarna, ehuru i solfångar- na endast erhålles vid en så låg temperaturnivå att för direkt .värmeförsörjning är detta inte användbart. Denna egenskap att värme insättes med en temperatur under den temperatur, vid vil- ken avlagringen av exergi är användbar för omvandlingen i värme från magasinsmediet, varvid här den i och för sig kända kemiska värmepumpeffekten utnyttjas, ger den ytterligare fördelen att en förminskning av volymen av helårsmagasinet för solenergi är möjlig som'exempelvis insätts för uppvärmningsändamål..

Den andra stora fördelen med förfarandet enligt uppfinning- en ligger däri, att i steget b) utnyttjas restexergi, varigenom etthelt betydande med-utnyttjande av den uromgívningen uttagna energin blir möjlig, så att bland annatrvolymen vid magasins- mediet kan bli väsentligt mindre, enär det urladdade magasins- mediet under awhagfinga1 av exergi samtidigt åter uppladdas och sedan åter står till förfogande för avdragníng av exergi.

Detta steg b) hos förfarandet enligt uppfinningen kan naturligtvis även användas då om energiuppladdningen försig- gick på konventionellt sätt, exempelvis ett magasinmedium såsom zeolit regenererades med luft av ZSOOC.

Förfarandet enligt uppfinningen genomföres särskilt fördel- aktigt vid kolonndrift och vid användning av ett fast magasins- medium även chargevis, enär sedan verkningsgraden är särskilt bra och det dessutom är möjligt att hålla den för drift av för- farandet erforderliga främmande energin för ompumpning av det _inerta gasformiga bärarmediet mindre. Vid användning av ett fast magasinsmedium skulle höjden av en kolonn för mínimering av vid transport av bärarmediet uppträdande tryckförluster ligga pä värden mellan 0,5 och Z m och särskilt vid 0,75 till 1,5 m.

Helt allmänt kan dock sägas, att denna främmande energi eller parasiterande energi för transporten av bärarmediet och ävenså främmande energi för ompumpning av ett flytande arbetsmedium 40 462 686 och även magasinsmedium i jämförelse med den magasinerbara energin är ringa och endast av storleksordningen av några procent av denna magasinerbara energi.

Det är särskilt fördelaktigt om vatten kan användas som sorberbart ämne, enär detta står till förfogande obegränsat och förfarandet därmed kan drivas öppet mot atmosfären. Vid an- vändning av sorberbara ämnen såsom ammoniak eller metanol är det naturligtvis erforderligt att genomföra förfarandet enligt uppfinningen i ett mot atmosfären slutet kretslopp; detta er- fordrar dock endast ytterligare anbringande av motsvarande värme- Aväxlare. Driften av ett slutet system för genomförande av för- farandet enligt uppfinningen användes dock lämpligen endast vid utnyttjande av exergin av små olikhetsviktstillstånd i form av temperaturdifferenser.

Om enligt förfarandet enligt uppfinningen exergin skall utvinnas under omvandling i kyla ur magasinsmedíet, tages denna kyla i form av avdunstningskyla, vilken uppstår om flytande sorberbara komponenter upptages från det uppladdade magasins- mediet. Härtíll är det enbart erforderligt att bringa en behål- lare med flytande sorberbara komponenter i gaskontakt med regenererbart magasinsmedium. = *~"“ _ Uppfinningen skall nedan beskrivas med hjälp av ritning och följande beskrivning, varvid här några experminentellt upp- nådda resultat skall anges. Pâ ritningen är fig_l ett flyt- schema, vari magasinsmedíet visas i två olika tillstånd, fig 2 ett flytschema av utföringsformen enligt förfarandet enligt uppfinningen, vid vilket användes ett arbetsmedium, fig_§ är ett flytschema av utföringsformen av förfarandet enligt uppfin- ningen, vid vilket användningen av ett arbetsmedium med till- satsenergi genomföres genom en solfångare, fig_í är ett flyt- schema av utföringsformen av förfarandet enligt uppfinningen, vilket närmare skildrar nyttiggörandet av värmeutvinning en- ligt steg b) i slutet och i öppet kretslopp, fig_â är ett flyt- schema för en efter förfarandet enligt uppfinningen arbetande anläggning för uppvärmning av byggnader.

Energiuppladdningen av magasinsmedíet sker enligt förfaran- det på följande närmare beskrivet sätt, varvid här användes ett zeolit-vatten-system. I det i fig 1 visade magasinsmedíet I befinner sig med vattenånga, dvs energetiskt urladdat zeolit.

Genom denna kolonn genomskickas underifrån i möjligaste mån 46220168câgivningsluft med den relativa fuktigheten 40 6 AJ 0/11 raturen Tu. Kolonnen I tjänar samtidigt som förrådsbehållare. och tempe- Såsom redan tidigare beskrivits desorberas även vid om- givningstemperaturen på, vid vilken magasinsmediet befinner sig, exempelvis vid ZOOC, vattenånga ur zeoliten och avföres med luftströmmen. Desorptionsvärmet uttages vid adiabatisk processföring, dvs isolerad kolonn I från gasströmmen eller måste vid isoterm processföring kontinuerligt tillföras kolonn I som omgivningsvärme (anergi). Det inställer sig slutligen en jämvikt mellan vattenuppladdningen n hos zeoliten och vatten- _ångpartialtrycket pw hos den från utifrån tillförda luftströmmen. n blir allt mindre ju mindre pw och ju högre temperaturen Tu är, varvid det kvantitativa sammanhanget av den använda zeolit- sorten beror. Som exempel på en zeolit av X-typ kan anföras, att vid Tu = av 27%, dvs av 0,29 g vatten per g zeolit vid §1=100% till 0,21 g vatten per g zeolit vid«ï =10%. Sådan torkad omgivnings- luft står dock till förfogande vid särskilda väderlag och i bestämda torra zoner.

ZSOC uppnås en förminskning av vattenuppladdningen På grund av förloppet hos det integrerade adsorptions- värmet hos denna zeolittyp motsvarar denna en energetisk upp- laddning av 21% hos total magasinskapacitet.

I anslutning till "torkning" av magasinsmediumet I i kolonnen I ligger detta som magasinsmedium II i kolonnen II, såsom framgår till höger i fig 1. Vid genomledníng av omgiv- ningsluften med 100% relativ fuktighet blir den i magasins- mediet II magasinerade energin via kondensation och adsorptions- värme av vattenånga vid zeolit användbar som temperaturförhöj- ning av luften från Tu till TO. Den 100 procent fuktiga luften kan på känt sätt låta sig framställas genom befuktning av om- givningsluft, exempelvis genom enkel ledning av luft genom eller över vatten, varvid det erforderliga avdunstningsvärmet hos vattnet nu upptages ur omgivningen vid temperaturen Tu, dvs som anergi.

Naturligtvis är det även möjligt, att till den till magasinsmediet tillförda omgivningsluften med en fuktighets- deficit tillföra exempelvis från en solfångare eller vid värmeväxling från för- ytterligare värme med ringa temperaturnivå, brukat varmvatten från hushållen eller andra källor, varigenom verkningsgraden hos den energetiska uppladdningen av magasinet 462 686 kan höjas ytterligare.

I fig 2 visas ett flytschema för förfarandet enligt uppfin- ningen under användning av ett arbetsmedium. Som magasinsmedium användes här likaså åtf zeolit som föredraget, fast vatten- absorberande magasinsmeaium, ur vilket adsorptivt bundet vatten kan avlägsnas genom en torkad luftström. Genom desorption av vatten uppladdas magasinsmediet med hänsyn till den omvända reaktionen med adsorption av vattenånga energetiskt. Den för energetisk uppladdning av magasinsmediet erforderliga torra luftströmmen utvinnes med hjälp av ett arbetsmedium, som i före- 'liggande fall likaså skall vara en zeolit ur en exergiskillnad mellan icke fullt med vattenånga mättad omgivningsluft med en relativ fuktighet av'%h< 100% och omgivningstemperaturen Tu och fullständigt med vattenånga mättad omgivningsluft med relativ fuktighet 4Z= 100% och omgivningstemperaturen T". Den 100 procent fuktiga luften låter sig på tidigare beskrivet sätt utvinnas genonlbefuktning av omgivningsluften under täckning av avdunstnings- värmebehovet ur omgivningens anergi. I kolonn 1 (fig 2) befin- ner sig vid driftens början en torr zeolit. Vid genomledning av med vattenånga mättad luft uppstår het torr luft med tempe- raturen TO. Genom försök har man funnittatt vid luft med Tu = ZOOC en temperatur av To = 8500 vid den ur magasins- mediet 1 utträdande luften. Värmet uppstår vid adsorption av vattenånga vid zeolit, och adsorptionsfronten fortsätter vid denna processföring mer eller mindre skarpt unàflifràiuppåti magasinsmedie: 3, dvs det handlar om en kvasi-motströmsprincip.

Kolonnen är termiskt isolerad. Via en kontinuerligt ställbar trevägsventil D1 ledes en delström av den heta torra luften in i en andra kolonn 2 med magasinsmedium 2 . Detta innehåller likaså zeolit, som tidigare genom genomledning av i möjligaste mån torr omgivningsluft med relativñfuktighet'%< 100% bringas till en ringa vattenbelastning, vilket med hjälp av kolonn 3 i fig 2 kan genomföras. På denna grund räcker en delström av luften\vilken i detta fall det gasformiga inerta bärarmediet ' 35 ger, ur kolonnen 1 till vattendesorption ur kolonnen 2 och raflßtrdmæn av denna torra luft ur kolonnen 1 kan som nyttig- ström användas för energetisk uppladdning av magasinsmediet.

Uppdelningsförhållandet nyttigström/totalström av torr luft är fördelaktigare ju mindre vattenbelastning det finns i kolonnen 40 2 och dvs ju torrare den omgivningsluften som står till för- 25 40 fogande är.

När adsorptionsfronten i kolonnen 1 kommer fram skall den vid riktig inställning av uppställningsförhållandet av zeoliten i kolonnen 2 just vara befriad från sin vattenbelastning. Kolon- nen Z kopplas då i stället till kolonnen 1, kolonnen 3 i stället för kolonnen II och kolonnen I i stället för kolonnen 3. På detta sätt möjliggörs en nästan kontinuerlig drift. Till följd av förlustprocessen och irreversibiliteten såväl före garantin för en fördelaktig och en ekonomisk drift med hänsyn till kostnaden för främmande energi för luftcirkulation men med _hänsyn till den erhållna magasinerade energin skulle för detta driftsätt den relativa fuktigheten Ig i möjligaste mån vara ringa och exempelvis inte överskrida 55%.

Förfarandet kan då när ett avbrytande av exergi- magasineringen är nöjligt drivas så, att medelst lämpliga auto- matiska styranordningar vid värden av"Z< 55% hos omgivnings- luften anläggningen urkopplas och sedan automatiskt åter in- kopplas först när_omgivningsluften 'ï< 55 uppnås.

I fig 3 visas ett arbetssätt under användning av zeolit som arbetsmedium med vatten som sorberbar, slutlig komponent och luft som bärarmedium för erhållandeeav exergirik, torr och varm luft, som är avsedd för energiuppladdning av magasins- mediet, varvid denna zeolit eller svavelsyra eller en annan hygroskopisk substans användes. 5 Kolonnerna 1 och Z fylls med arbetsmediet zeolit. Luft från omgivningen, som har en i möjligaste mån låg vattenhalt ledes genom kolonnen 1, vilken innehåller torr zeolit. Därvid frias luften från vattenånga och bringas genom kondensations- och adsorptionsvärme ur denna sorptionsprocess från den vid inträdet härskande temperaturen Tu till den högre temperaturen TO. Därefter höjs dess temperatur i en solfångare S åter till T2. Den varma torra luften genomlöper sedan kolonnen 2, som innehåller vattenångladdad zeolit. Luften lämnar slutligen laddad med vattenånga kolonnen Z. Avgörande är emellertid att till följd av temperaturdifferensen T2 - To ur kolonnen 2 det därvid zeolit adsorberade vattnet snabbt avlägsnas, när kolonnen 2 genom vattenhalten hos den ansugna omgivningsluften med den relativa fuktigheten *gm blir fuktig. Det är därför vid ett arbetssätt möjligt att leda endast en delström genom kolonnen 2 , som i regel tekniskt mätes så via trevägskranen_D2, att -10 9 462 686 kolonnen 2 sedan är torr när kolonnen 1 just är laddad med vatten adsorptivt fullt. Genom anslutande utbyte av kolonnen 1 och och luftuppvärmningsdrift för en exergiuppladdning möjlig med bärarmediet. Restdelen av torkad och varm luft, som avdrages över trevägsventilen D2 över ledningen b står till förfogande Z i strömningsvägen är alltid en möjlig lufttorknings- som nyttigström för exergiöverföring till det egentliga magasinet med magasinsmediet.

Vid ett annat driftssätt för erhållande av torr och varm luft kan genom kolonnen 2 till en början hela luftströmmen 'ledas till rask och full desorption av arbetsmediet av vatten och därefter ställs den fulla strömmen som nyttoström till för- fogande för magasinsmediet, till dess kolonnen 1 är fullt lad- dad med vatten. Sedan bytes kolonnen 1 och 2 och cykeln för- nyas. För värmeinkoppling kan solfångaren S även läggas vid stället E enligt fig 3. Vid låg absolut fuktighet hos ytter- luften och/eller hög solinstrålning eller för förtorkning till en början av magasinsmediet kan det vara tillräckligt och för- farandetekniskt fördelaktigt att gå runt kolonnen 1 helt eller delv. via trevägskranen D1.

I stället för en fast drift med~det-periodiska utbytet av kolonnerna 1 och 2, vilka arbetar i kvasi-motströmsdrift kan man vid användning av ett flytande, hygroskopiskt arbetsmedíum köra med en äkta motströmsdrift, vid vilken det flytande arbets- mediet, exempelvis svavelsyra, kontinuerligt pumpas. u Uppbådet av främmande energi för cirkulation av bärar- mediet luft med hänsyn till den därvid uppnådda, energetiska magasinsuppladdningen utfaller allt mindre ju mindre den rela- tiva fuktigheten gu hos ingångsluften och ju högre temperaturen T2 är. För förmínskning av värmeförlusterna och förlusterna av strömningsmotstånden insätts, såsom tidigare beskrivits, med fördel ett fast magasinsmedium i form av ett flertal av kolon- ner, som ingen uppvisar alltför stor fyllhöjd, så att ingen uppträder med för stora tryckförluster, varvid dessa kolonner tidvis används efter varandra för uppladdning eller urladdning.

Vid förfarandena enligt fig 1, 2 och 3 visade exempel, vid vilka energiladdning av magasinsmediet blir möjlig av små olikhetsviktstillstånd av omgivningen, såsom temperaturer under 100°C, varvid dessa kan gå ned till 60°C eller 40°C, eller 40nündre genom solstrålningseffekt. I exemplen bringades respektive 40 ackumulerades häri exergi i hygroshmfiskt magasinsmedium med hjälp av en torkad och/eller varm inert gasström som bärar- medium, som lät sig framställas på olika sätt genom desorption av vattenånga. Detta förfaringssätt kan omskrivas som kontinuer- lig exergiöverföring från den strömmande bärargasen till magasinsmedium och därmed som en kontinuerlig ackumulering av exergi i magasinsmediet.Ett ytterligare olikhetsviktstillstånd är luft med relativ fuktighet'2í 55% Vid de i det följande be- skrivna förfarandena för utvinning av nyttig värme ackumuleras högre temperatur, särskilt för täckning av värmningsbehov av åbyggnader eller farkoster respektive farkostdelar eller för varmvattenberedning eller för täckning av värmebehov för för- värmning av förbränningsmotorer ur exergiinnehållet hos magasins- mediet är det oviktigt ur vilken omgívningskälla exergin förmed- las genom bärargasen i magasinsmediet. Därför möjliggör de be- skrivna förfarandesätten att ur magasinet vinnes nyttigt värme vid högre temperaturer, såsom exempelvis i storleksordningen TOOOC, som någon gång står till förfogande vid uppladdning av magasinet.

Man kan sålunda exempelvis driva magasinsuppladdningen vidare med liten solinstrålning vintertid eller solinstrålning vid mulet väder via solfångare, ehuru vid solfångare endast värme erhålles vid en så låg temperaturnivå som för direkt värmeförsörjning skulle inte vara användbar för värmeutnyttjan- de. .

I det följande förklaras steget b) hos förfarandet närmare.

För erhållande av nyttigt värme medelst den i magasinsmediet ackumulerade exergin kan man använda sig antingen av ett slutet eller speciellt vid användning av hygroskopiska magasinsmedia ett öppet kretslopp hos bärarmedíet. Förfarandet visas som exempel med hjälp av fig 4.

Vid A införes omgivningens luft med 100% relativ fuktighet i kolonnen I, såsom luften på känt sätt erhålles genom befukt- ning och upptagning av avdunstningsvärme från omgivningen vid omgivningstemperatur (användning av anergi), vilken kolonn innehåller torrt, dvs energetiskt uppladdat, hygroskopiskt magasineringsmedium och speciellt zeolit eller svavelsyra. Vat- tenånga absorberas i. en praktiskt taget skarp punkt, som vid kontinuerlig lufttillförsel fortskrider genom magasinerings- kolonnen underifrån och uppåt, varvid det här handlar om använd- . 40 ning av ett fast magasineringsmedium som har en kvasi-motstânds- drift eller vid användning av ett flytande, hygroskopiskt bärar- medium, såsom svavelsyra kan hållas stationärt genom pumpning, varvid det här är frågan om en motströmsprincip i f1ytande-gas- formigt system. När vid ett fast magasineringsmedium adsorptions- fronten har nått den övre änden av kolonnen I och därmed exergin är avdragen från kolonn I, omkopplas luftströmmen till en nästa, exergetískt laddad kolonn osv.

Den bortströmmande luften har en i förhållande till sin inträdestemperatur TA förhöjd temperatur Tf, emedan hela konden- sations- och adsorptionsvärmet hos dess ursprungliga vattenång- halt måste ledas bort från den. Nyttovärmet QN avledes i anslutan- de värmeväxlare, exempelvis för värmningsändamål, varvid luft- strömmen Tf avkyls till TN. TN är härvid den lägsta tempera- turen vid vilken nyttigvärmet kan användas; vid användningen för uppvärmníngsändamål ligger detta värde exempelvis vid SOOC.

Den återstående luftströmmen har med hänsyn till inträdestempe- raturen TA som för det mesta motsvarar den kalla omgivnings- temperaturen, ytterligare restvärmeenergi, som vid ledning över ledningen B kan återvinnas i en värmeväxlare. Därvid stiger in- trädestemperaturen till Ti hos ingångsluften för kolonnen I som har till följd att även Tf stiger. Till den fritt valbar^ temperaturnivån TN hos nyttovärmet fylls den genom detta för- faringssätt positiva temperaturdifferensen Tf - Ti på oavsett av temperaturförluster i den undre värmeväxlaren.

Exempelvis erhölls vid ett försök för under användning av zeolit som magasinsmedium med TA = 10°C och TN = BOOC ett värde för Tf = 65°C, och vid en begynnelsetemperatur av TA = OOC med TN = so°c blev Tf = 47°c eeh vid TA = -s°c med TN = so°c blev Tf = 41°c.

Den vid detta förfarande via ledningen B erhållna avgående luften är torr efter utträdet från den undre värmeväxlaren och innehåller sålunda ännu exergi med hänsyn till sorptionen av vattenånga vid hygroskopiska magasineringsmedier. Dessa rest- exergier hos bärarmedíet låter sig åter.ackumuleras, i det att de exempelvis ledes genom en med vattenånga redan uppladdad, dvs energet'skt redan urladdad kolonn II med magasinerings- medium. D; från denna kolonn bortströmmande luften bär sedan vattenånga med sig, varigenom i kolonn II ackumuleras exergi.

Exempelvis befanns vid en termiskt isolerad kolonn med zeolit 12 462 686 ' som magasineringsmedium att för en ingångstemperatur av 1000 den torra luften från den undre värmeväxlaren i kolonnen II temperaturen hos kolonnen II lämnande luften låg nära OOC och att denna luft besatt' ett vattenångspartialtryck pl: med ca mbar.

Vid denna processföring uppnås därför vid samma nyttig- värmeproduktion en i medeltal förminskad vattenbelastníng hos det hygroskopiska magasíneringsmedíet enligt förhållandet: f = (P1 ' P11)/P1 varvid pl betyder vattenångpartialtrycket hos ingångsluften vid A. Vid pl = 12,3 mbar, dvs mättnadsångtrycket för vatten vid °C och ett värde av pII = 5 mbar erhålles värdet f = 0,6, vilket motsvarar en effektiv magasineringskapacitetsförhöjning för faktorn 1,67.

Detta betyder för de givna värdena, att på 1 volymdel vid exergíurladdning förbrukad magasin 0,6 volymdelar av annat magasinsmedium åter laddas med exergi, dvs i cykeln dessutom står till förfogande.

Vid en isoterm drift av kolonnen II kan ännu större faktorer hos magasineringskapacitetsförhöjningenluppnås.

Via C-D visas i fig 4 ett alternativt, slutet kretslopp av bärarmediet. Nyttigvärme QN utvinnes därvid uteslutande ur den i mediet från kolonn I magasinerade energin. Fördelen med det öppna kretsloppet, såsom det visas via vägen A-B i fig 4, ligger däri, att med vattenångan som inkommer med ingångsluften i kolonn I,vars höga latenta förångningsvärme som införes från om- givningen, utvinnes dessutom som nyttigvärme, dvs att en kemisk värmepumpeffekt utnyttjas.

För en zeolit av X-typ är dess utvinnbara nyttovärme per 1' zeolit-magasineringsmedium enligt följande: 1. vid internt slutet kretslopp C-D enligt fig 4: QN = 0,12 kWh/liter zeolit 2. vid användning av fuktig ingångsluft i öppet kretslopp enligt A-B enligt fig 4: QN = 0,26 kWh/liter zeolit 3. vid processledning via vägen A-B såsom i fall 2, dock med utnyttjande av restexergin hos den torra avgående luften vid adiabatisk kolonn II QN = 0,42 kWh/liter zeolit. v _ 462 ess Vid de tidigare beskrivna i laboratorieskala genomförda försöken användes kolonner med en inre diameter av 3,0 cm för magasineringsmediet med en zeolitfyllning av 1 m höjd och för arbetsmediet samma kolönn, dock med en zeolitfyllning av 60 cm höjd. Vid insats av svavelsyra som magasineringsmedium eller som arbetsmedium arbetades i kolonner av 3,0 cm inre dia- meter,,vilken var fylld med Raschig-ringar som fyllkroppar.

I fig S visas schematiskt konstruktionen och kopplingen av en anläggning för genomförande av förfarandet enligt uppfinning- en, varvid nyttigvärmet kan användas för uppvärmningsändamål.

I Vidf"1NFLÜDE" tillföras i möjligaste mån torn omgivande luft ftill anläggningen.

"ST" visar ventilatorn för cirkulation av bärarmediet, dvs luften. D är en vattenbefuktare för vattenångmättning.

W1 motsvarar den undre värmeväxlaren i fig 4, I, II och III är zeolitmagasinskolonnerna, 1 och 2 är kolonner för arbets- mediet, i föreliggande fall likaså .fyllda med zeo1it,.S är en solfångare och W2 är en värmeväxlare för avdragning av nytto- energi. Fördelen med denna anläggning med flera zeolitmagasin ligger däri, att genom motsvarande koppling av trevägsventilen kan ett magasin exempelvis kolonnen~I*drivas som värmeleverande magasin, att i kolonnen II den i den ur.kolonnen I utträdande luften förhandenvarande exergín ännu åter utnyttjas och att kolonnen III vid motsvarande solbestrålning och drift av tork- ningssystemet med kolonnerna 1 och 2 energetiskt belastas med I arbetsmedium. I Som värde för mätningen av ett enligt förfarandet arbetande system kan anges att i Europa solsträlningen vid den 50:e bredd- »graden uppgår till ca 1100 kWh m-2 a_1. Förhållandet mellan medelinstrålning i juli och i januari uppgår till ca 8:1. štandardenfamiljshus med fullvärme erfordrar ca 25000 kWh a_1, vartill en kollektoryta av ca 75 m2"vore erforderligt. Ett varm- vatten-årsmagasin hade en overklig storlek av ca 400 m3 vid ett antaget årscykeltal av 1,5.Den Qnaktifiæü . värmeolje- ekvivalenten för ett sådant magasin vore ca 3 m3 a_1. Vid an- vändning av förfarandet enligt uppfinningen under användning av ett med . blit arbetande magasin erhöll av det tidigare nämnda driftsättet A-B enligt fig 4 under användning av rest- exergi den torra avgående luften en magasinskapacitet av 20 m3 40 vid ett årscykeltal av 1,5. Utgår man därifrån att genom ut- 14 462 686 nyttjande av solstrålning i övergångsmånaderna före och efter vintern och i det på vintern även vid ett cykeltal av över 2 är realiserbart skulle magasinsstorleken reduceras till 15 ms zeolit. En sådan zeolitmängd skulle naturligtvis vara fördel- aktigt att uppdela i ett större antal magasinskolonner, exempel- vis upp till 20 magasinskolonner. Genom förfarandet är det där- för möjligt att även insätta sorptionsmaterial såsom zeolit för uppvärmning av enfamiljshus, enär å ena sidan lågtemperatur- källor för uppladdning av zeolitmagasin skulle kunna användas och å andra sidan vid urladdning av zeolitmagasinen genom nytt- 'jande av restexergi.ett ca 70% högre energiutbyte skulle vara möjligt i form av värme.

Som särskilt fördelaktigt har det vidare visat sig vara att använda kiselgel och särskilt finporigt kiselgel som magasine- rings- och arbetsmedium.

Vid förfarandet enligt fig 1 införes i en kolonn I luft med en relativ fuktighet av gu = 3,2% och med en temperatur Tu = 75°C. I kolonnen I befann sig med vattenånga uppladdad energetiskt urladdad tätporig kiselgel, vars vattenhalt uppgick till 30 viktdelar vatten på 100 viktdelar torkad kiselgel. Vid genomledning av luft torkades denna kiselgel i kolonnen I till en vattenhalt av 2,7 viktdelar på 100 viktdelar torkad kiselgel. 7s°c och y = s,z% erhölls ur omgivningens luft av ZOOC och en relativ7ëuktighet av íí= 52,6%, varvid denna omgivningsluft värmdes i en solfångare till 75°C.

Sådan omgivningsluft står utan svårighet till förfogande om sommaren.vid_stark solstrålning vid vilken den önskade tempe- Luften med en temperatur Tu = raturförhöjningen till 7506 i en sälfångare likaså är möjlig.

En på detta sätt till en vattenhalt av 2,7 viktdelar torkad, dvs energetiskt uppladdad kiselgel kan lagras godtyckligt länge och den levererar när det enligt fig 1 som kolonn II med omgiv- ningsluft av Tu = 10°C och 3f= 100% en övertemperatur TO vid utträde ur kolonn II av ca 40°C. Detta är tillräckligt för uppvärmningsändamål, exempelvis för byggnader under den kalla årstiden.

Claims (9)

lg i 462 ass Pategtkrav

1. Förfarande för nyttiggorande och/eller magasinering av energi fràn omgivningen under användning av ett medelst sorptioner arbetande magasineringsmedium i vilket genom ener- giuppladdning exergin ackumuleras till hög täthet i magasine- ringsmediet med utgångspunkt fràn mindre ojämviktstillstánd beträffande temperaturen och/eller den relativa fuktigheten genom desorption av en sorptiv vid magasineringsmediet bunden flyktig komponent via att gasformigt, inert bärarmedium, som uppvisar en endast ringa halt sorberbar, flyktig komponent, och den upplagrade energin vid behov avdras genom urladdning medelst ett likaså gasformigt, inert bärarmedium, som innehål- ler en sorberbar, flyktig komponent för omvandling till värme eller kyla av önskad nivå, k ä n n e t e c k n a t därav, att a) vid energiuppladdningen det gasformiga, inerta bärarme- diet med ringa halt sorberbar, flyktig komponent före inmatning i magasineringsmediet först får passera ett arbetsmedium fritt från sorberbar, flyktig komponent för ett i möjligaste man fullständigt avlägsnande av den sorberbara, flyktiga komponenten, och att man insätter en delström av det från sorberbar, flyktig komponent avlägsnade bärarmediet för energiuppladdning av arbets- mediet samt använder den återstående delströmmen av detta bärarmedium för desorption av magasineringsmediet, b) vid energiurladdningen ett gasformigt, inert bärarme- dium användes som innehåller den sorberbara, flyktiga komponenten i högre koncentration än vid desorptionsste- get och/eller c) den vid energiurladdningen avdragna, i det gas iga, inerta bärarmediet ingående restexergin använde cr energiuppladdning av ett ytterligare magasinerix,sme- dium, i vilket icke nagon eller endast ringa exergi finns ackumulerad.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att det fràn sorberbar komponent vid steg a) i möjli- gaste màn fullständigt befriade gasformiga inerta bärarmediet eller det gasformiga inerta bäramediet före passagen genom 462 686 arbetsmediet vid steg a) tillförs värme, speciellt sàdant som härrör frán en även vid ringa mängd infallande solstràlning och lag temperaturstegring arbetande solfångare eller också härrör fràn värmekällor med lág temperaturnivä.

3. Förfarande enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t därav, att värme med en temperatur under den temperatur insät- tes, vid vilken värmet nyttiggöres vid avdragning av exergi i form av värme från magasineringsmediet, eventuellt under nyttiggörande av kemisk värmepumpeffekt.

4. Förfarande enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a t därav, att som magasineringsmedium användes en hygroskopisk substans, som sorberbar, flyktig komponent vatten och som bärarmedium luft.

5. Förfarande enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a t därav, att som magasineringsmedium användes zeolit.

6. Förfarande enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a t därav, att man genomför ackumulering av exergin i magasineringsmediet och/eller avdragning av exergin från magasineringsmediet och/eller befriandet av bärarmediet frán sorberbara flyktiga komponenter i arbetsme- diet såväl som dess regenerering genom ett motströmsförfaran- de.

7. Förfarande enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a t därav att man vid användning av fasta magasineringsmedier och/eller fasta arbetsmedier insätter dessa chargevis. _

8. Förfarande enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a t därav, att man insätter det fasta magasineringsmediet i form av ett flertal med detta magasineringsmedium fyllda kolonner.

9. Användning av förfarandet enligt nagot av föregående patentkrav för att tillgodose uppvärmnings- och/eller köldbe- hovet hos byggnader och fartyg vid beredning av varmvatten, eller för tillgodoseende av värmebehovet vid förvärmning av förbränningsmotorer.