WO2015117847A1 - Wärmespeicher und verfahren zur speicherung thermischer energie - Google Patents

Wärmespeicher und verfahren zur speicherung thermischer energie Download PDF

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WO2015117847A1
WO2015117847A1 PCT/EP2015/051447 EP2015051447W WO2015117847A1 WO 2015117847 A1 WO2015117847 A1 WO 2015117847A1 EP 2015051447 W EP2015051447 W EP 2015051447W WO 2015117847 A1 WO2015117847 A1 WO 2015117847A1
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WO
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fluid
medium
absorber
heat
storage
Prior art date
Application number
PCT/EP2015/051447
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English (en)
French (fr)
Inventor
Vladimir Danov
Theodoros Papadopoulos
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Publication of WO2015117847A1 publication Critical patent/WO2015117847A1/de

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K3/00—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein

Definitions

  • the present invention relates to a heat accumulator and a method for storing thermal energy.
  • Heat storage are used to store thermal energy. Due to the increasing use of regenerative energy sources, for example in solar thermal power plants, such heat accumulators are becoming increasingly important. For example, heat storage play an important role in Stei ⁇ delay of supply of energy supply networks and in improving the energy efficiency of a power plant.
  • the heat storage employed for this purpose it is preferably a thermally insulated container ⁇ nis which is filled with a heat-storing material. This heat-storing material can be heated and then keeps its temperature for a longer period.
  • the heat-storing material may be certain types of bricks, bricks, or a ceramic material.
  • the heat-storing material is flowed through or around a fluid, wherein the fluid has a higher temperature than the heat-storing material. In this way, the heat-storing material is heated.
  • the set ⁇ heated heat-storing material can again transit from the same or another fluid and flow around, wherein the fluid in this case has a temperature which is lower than the temperature of the heat storage material. The fluid heats up and thus removes thermal energy from the heat accumulator.
  • the fluid for example a gas
  • the heat-storing material may adhere to the heat-storing material when the heat accumulator is heated up. al precipitate and condense. This condensed moisture can penetrate into the heat-storing material. Upon further heating of the heat accumulator, this moisture will then evaporate as the temperature of the heat accumulating material continues to rise. This absorption of the moisture and the subsequent re-evaporation leads to a strong mechanical stress of the heat-storing material. This can lead to irreversible damage to the surface or the entire substance of the heat-storing material. In this case, for example, the heat-storing material can be damaged so that it breaks and disintegrates into numerous smaller parts.
  • the heat storage capacity of the material decreases and there is a risk that the fluid can not flow through the heat-storing material sufficiently after destruction of the heat-storing material. In such a case, the heat-storing material must be replaced in the heat storage.
  • the present invention provides a heat store, which can be flowed through by a fluid, with a storage medium, which is designed to absorb heat energy from the fluid. increase and / or release heat energy to the fluid; and an absorber medium configured to receive moisture contained in the fluid when the temperature of the fluid is below a threshold temperature.
  • the present invention further provides a method of storing thermal energy comprising the steps of providing a heat store with a storage medium and an absorber medium; the flow through the thermal storage ⁇ Chers with a fluid; and drying the fluid when the temperature of the fluid is below a threshold temperature, the absorbent medium receiving at least a portion of the moisture contained in the fluid.
  • the present invention is based on the finding that the moisture in a fluid, for example in a gas, precipitates upon impact of the fluid on a relatively cold surface.
  • the moisture in the fluid passes there over at ⁇ of a gaseous phase in a liquid phase.
  • the present invention is based on the finding that the moisture in this liquid phase can be absorbed and held in a particularly efficient manner by suitable materials.
  • the present invention is based on the idea to provide an absorber material in a heat accumulator, on which the moisture of the fluid flowing through can condense and then this condensed moisture can be absorbed by the Ab ⁇ sorber material first. As a result, the moisture is removed from the fluid. Thereafter, the remaining fluid without moisture can deliver its thermal energy to the storage medium in the form of heat-storing material, without this moisture continues to penetrate into the storage medium. The moisture remains in this case initially bound in the absorber medium until the temperature of the heat accumulator has risen so high that no further condensation of moisture is to be feared at the Spei ⁇ chermedium.
  • the fluid which flows through the heat storage is dried so long ⁇ through the absorber medium, ie free of moisture- ⁇ ness, as long as the temperature of the absorber medium is un ⁇ terrenz a limit temperature.
  • This limit temperature usually corresponds to the dew point temperature of the fluid.
  • the dew point temperature is dependent on the relative humidity of the fluid.
  • Tem ⁇ is moreover no danger that the humidity of the fluid is condensed and the moisture is reflected at the storage medium. Therefore, the storage medium ⁇ protected by the heat store during the entire heating process from damage due to moisture penetration.
  • the absorber medium is further configured to receive the liquid absorbed by the absorber medium
  • the absorber medium then releases the absorbed moisture to the fluid when the temperature of the absorber medium exceeds a further limit temperature.
  • the further limit temperature can be set for example by Ma ⁇ material characteristics of the absorber medium. Ins ⁇ particular, the further limit temperature is higher than the limit temperature up to the absorber medium in the
  • Fluid absorbs moisture.
  • the temperature in the absorber medium can be increased. stored moisture can be removed again.
  • the absorber medium is regenerated, that is to say it is finally available for the absorption of further moisture. In this way, the absorber medium can be used again for further re dry processes available without the absorber medium would have to be replaced during operation.
  • the further temperature limit, above which the absorber medium is the humidity of the fluid from ⁇ is higher than the threshold temperature, up to which the absorber medium absorbs the moisture contained in the fluid.
  • absorber medium having entspre ⁇ sponding limit temperatures can be ensured that the regeneration of the absorbent medium, while the moisture- ⁇ ness is removed from the absorber medium again, is located in a work area in which no fear of further condensation of the moisture on the storage medium is.
  • the absorber medium comprises aluminum silicate.
  • the absorber medium comprises a zeolite.
  • Aluminum silicates in particular zeolites (crystalline Alumi ⁇ niumsilikate) are very suitable for holding moisture-ness. They are able to store and bind moisture molecules. The moisture thus bound is reliably bound to a predetermined temperature.
  • the storage medium comprises bricks, bricks and / or ceramics. Stones, bricks and ceramics are particularly suitable as a storage medium for a heat storage for the temporary storage of thermal energy.
  • the absorber medium is arranged in the flow direction of the fluid in front of the storage medium.
  • the storage medium is flowed around or through only a fluid that contains no or only very little moisture ⁇ speed.
  • the storage medium and the absorber medium are arranged with a common storage module.
  • the storage medium is arranged in a spoke module.
  • the absorber medium is also angeord ⁇ net in a separate absorber module.
  • the operating temperature of the heat accumulator is at least 200 ° C.
  • Such heat storage are also known as high-temperature heat ⁇ memory. With heat accumulators having such a high operating temperature, there is no risk during operation at this temperature that moisture of the fluid will precipitate on the storage medium. In addition, condensation of moisture and associated Be ⁇ damage of the storage medium can be excluded by the inventive absorber medium during the Aufhei ⁇ zen of the heat accumulator below the operating temperature.
  • the fluid comprises a gas.
  • the fluid comprises ambient air.
  • Gaseous fluids in particular ambient air, are particularly well suited for flowing through or around the storage medium during the heating of the heat accumulator or during the removal of heat from the heat accumulator.
  • ambient air is available on a large scale as a cost- effective fluid.
  • the method of storing thermal energy further comprises a step of regenerating the absorber medium.
  • the received by the sublingually ⁇ bermedium humidity of the fluid is dispensed if the fluid temperature exceeds a further temperature limit.
  • the method further comprises a step of heating the storage medium by the fluid, wherein the fluid is dried prior to heating the storage medium.
  • the method further comprises a step of heating the fluid by the heat energy stored in the storage medium, wherein the step of regenerating the absorber medium regenerates the absorber medium by the heated fluid.
  • Figure 1 a schematic drawing of a cavitiesspei ⁇ chers according to an embodiment
  • Figure 2 is a schematic representation of a cakesspei ⁇ chers according to another embodiment; and a schematic representation of außdiag ram for a method for storing thermal cal energy, as it is based on a further embodiment.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a heat storage ⁇ chers 1 according to an embodiment.
  • the heat accumulator 1 comprises a storage module 10 with an inlet 13 and an outlet 14.
  • a storage ⁇ medium 11 is arranged within the storage module 10.
  • the storage medium 11 may be a material having a particularly high saucekapazi ⁇ ty.
  • Such a storage medium can be a particularly large amount of thermal energy spei ⁇ manuals by heating.
  • the storage medium may be artificial or natural stones.
  • bricks or storage media made of ceramic are possible.
  • Alternative storage media 11 that are capable of receiving and storing heat energy ⁇ are also possible beyond.
  • the memory module 10 may further comprise a thermal insulation (not shown) on the outside.
  • ⁇ by thermal losses could be reduced by the release of heat energy to the environment. This improves zusharm ⁇ Lich the efficiency of the heat accumulator.
  • the heat accumulator 1 is flowed through by a heated fluid.
  • the fluid through the inlet 13 in the memory module 10 flows within the memory module 10, the fluid passes through the storage medium 11.
  • the storage medium 11 is first a temperature which is less than the temperature ⁇ structure of the fluid. As long as the temperature of the storage medium 11 is less than the temperature of the fluid, the storage medium ⁇ chermedium is heated by the fluid. 11 The fluid cools down.
  • the storage medium 11 in this case has a structure which allows the fluid to flow through the storage medium 11 or past the storage medium 11.
  • the storage medium 11 can thereby have flow channels ⁇ through which can flow through the fluid.
  • the storage medium 11 it is also possible for the storage medium 11 to have an adapted, for example, rough surface on which the fluid can flow past, thereby transferring thermal energy from the fluid into the storage medium 11 on the preferably large surface of the storage medium 11.
  • further structuring of the storage medium 11 are possible, which allow the fluid to flow past the storage medium 11 or through the storage medium 11, thereby heating the storage medium 11.
  • the so transferred from the fluid into the storage medium 11 heat ⁇ energy can be stored for a period of time. For example, this period may be a period of minutes or hours.
  • storage of heat energy for one or more days is possible.
  • the introduction of solar thermal ⁇ thermal heat energy in the heat storage is possible.
  • thermal energy can be obtained by the solar irradiation, which can be introduced into the heat accumulator 1 by the manner described above.
  • the thermal energy stored in the heat accumulator 1 can be removed again from the heat accumulator 1.
  • the fluid 11 In order to remove the information stored in the heat storage 1 thermal energy while the fluid 11. As long as the temperature of the fluid thereby is less than the temperature ⁇ structure of the storage medium 11 in the memory module 10 can flow into the memory module 10. In this case, the fluid flows through the storage medium, the Fluid are heated by the storage medium 11. In this case, the storage medium 11 cools down in the memory module 10. This process can take place as long as the temperature of the incoming fluid is lower than the temperature of the storage medium 11 in the storage module 10.
  • the storage module 10 is almost completely filled with the storage medium 11
  • a hygroscopic absorber medium 12 In this absorbing medium may be an absorber medium Aluminiumsili ⁇ cate, for example.
  • these are aluminum silicate ⁇ in crystalline form, for example a zeolite. It may be either an artificially synthesized zeolite or a naturally occurring zeolite.
  • Such an absorber medium 12 is capable of absorbing moisture and, in particular, water tie.
  • the moisture thus bound by the absorber medium 12 is initially held by the absorber medium 12 in the structure of the absorber medium. If the temperature of the absorber medium 12, a further temperature ⁇ turschwelle, the absorber medium 12 may make further above this threshold temperature the moisture bound again to the environment. In this way, a reversible binding or dispensing of liquid molecules through the absorber medium 12 is possible.
  • the storage medium 11 During the heating of the heat accumulator 1 and in particular of water present in the memory module 10 the storage medium 11 while the fluid initially flows into the interior of the SpeI ⁇ chermoduls 10 and thereby flows through both the storage medium 11 and absorbent medium 12.
  • the storage medium 11 and the absorber medium 12 is initially a relatively low temperature aufwei ⁇ sen.
  • the moisture of the fluid for example the water contained in the fluid, will condense on the absorber medium 12 and optionally also on the storage medium 11.
  • condensation of moisture can occur if the temperature of the storage medium 11 and the absorbent medium 12 is below the dew point temperature of the fluid ⁇ .
  • the temperature of the storage medium 11 and also the absorber medium 12 rises to a temperature above the dew point temperature of the fluid. If a further limit tempera ⁇ ture then exceeded, the absorber medium 12 can emit the moisture absorbed again. In this case, the moisture emitted by the absorber medium 12 becomes hot Fluid taken up and transported away. However, due to the increased time between ⁇ temperature of the storage medium 12 occurs while 12. Damage to the storage medium 12 by penetrating moisture can be excluded no condensation of moisture on the storage medium.
  • the absorber medium 12 can first be arranged upstream of the storage medium 11 in the flow direction. In this way, the moisture of the fluid will condense to ⁇ next to the absorber medium 12. Then, the freed from moisture fluid can heat the Speicherme ⁇ dium. 11
  • arrangements are also possible in which the storage medium 11 has been coated with an absorber medium 12 on the surface. In this way, the condensing moisture of the fluid can be bound by the absorber medium 12 and further penetration of moisture into the storage medium 12 is prevented.
  • absorber medium 12 and storage medium 11 are adjacent arrangements of absorber medium 12 and storage medium 11 in each of which sufficient absorber medium 12 is arranged in the vicinity of the storage medium 11 in order to absorb and store the moisture condensing on the surface of the storage medium 11 through the absorber medium 12. Further arrangements of absorber medium 12 and storage medium 11 are also possible.
  • absorber medium 12th In this case, in the re ⁇ gel only a relatively small proportion of the storage medium is replaced by the absorber medium 12th
  • up to 10% of the storage medium 11 of a conventional thermal storage ⁇ Chers may be replaced by absorber medium 12 in order to bind the moisture of the fluid.
  • hydroscopic absorber medium 12 for binding the moisture in the fluid during the heating of the heat accumulator 1, it is thus also possible to use as the fluid a particularly inexpensive fluid.
  • a particularly inexpensive fluid can be used in this way as a fluid gases that have almost any residual moisture.
  • ambient air can be used as be ⁇ Sonder inexpensive and widely available fluid.
  • no particularly complex processing and drying is required To ⁇ bient for use as a fluid for the heat storage.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a heat storage ⁇ chers 1 according to another embodiment.
  • the heat ⁇ memory 1 comprises in this embodiment, a Spei ⁇ chermodul 10, which is filled with a storage medium 11.
  • the heat accumulator 1 according to this embodiment further comprises an absorber module 20 with a
  • Absorber medium 12 In the absorber medium 12 is an absorber medium having the same hygroscopic properties as in the embodiment described above.
  • the absorber medium 12 is an absorber medium having the same hygroscopic properties as in the embodiment described above.
  • the moisture contained in the fluid condense at the absorber medium 12 through the absorber medium 12 be recorded.
  • the temperature within the absorber module 20 may optionally be lowered. In this way, a greater condensation of the ent ⁇ held in the fluid moisture is achieved, so that the moisture can be removed from the fluid particularly efficient.
  • the fluid from the absorber module 20 exits, and is passed through a heat source 30.
  • the fluid heats up.
  • the thus heated fluid is then passed into the memory ⁇ module 10 with the storage medium 11. Since moisture has already been withdrawn from the fluid in the absorber module 20 in advance, it is also possible for moisture to be already removed during the heating up of the liquid
  • Storage medium 11 in the memory module 10 no moisture on the storage medium 11 condense. Thus, the storage medium 11 is heated, at the same time cooling the fluid from ⁇ . Subsequently, the cooled fluid exits from the storage module 10.
  • the fluid first flows into the storage module 10 with the heated storage medium 11. As the fluid flows through the storage module 10 with the heated storage medium 11, the fluid heats up, thereby cooling the storage medium 11. Subsequently, the thus heated fluid is passed into the absorber ⁇ module 20 with the absorber medium 12. In this case, the absorber medium 12 is heated in the absorber module 20. If the temperature in the absorber module 20 with the absorber medium 12 exceeds a predetermined temperature, the moisture bound in the absorber medium 12 will be released to the fluid. Thus, the absorber medium 12 is regenerated in the absorber module 20 and is subsequently available for a renewed drying of fluid.
  • the fluid After the fluid has passed through the absorber module 20 to the absorber medium 12 and may, where appropriate added to the ge in the absorber medium 12 ⁇ Thematic humidity, the fluid may be redirected from a consumer 30th In this consumer 30, the previously stored in the heat storage 1 heat can be used.
  • the operation ⁇ temperature of such a heat accumulator 1 is above 280 ° C.
  • the operating temperature of the heat accumulator 1 also above, for example 320 C lie.
  • the Be ⁇ operating temperature denotes the temperature of the SpeI ⁇ cap- tured 11 in the heat storage 1, when thermal energy to be stored in the heat accumulator.
  • lower temperatures may also occur.
  • the temperature of the storage medium 11 may be below a limit ⁇ temperature at which a condensation of any existing moisture would occur in the fluid.
  • the inventive absorbing this moisture by a hygroscopic medium, absorbers can be prevented that this moisture is a burden on the storage medium 11, and optionally a Bedimensionaldi ⁇ supply of the storage medium could cause.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a method for storing thermal energy, as it is based on a further embodiment.
  • a heat store 1 with a storage medium 11 and an absorber medium 12 is provided.
  • This ready ⁇ te heat storage 1 is traversed in step S2 with a fluid.
  • step S3 while the fluid is dried as the temperature of the fluid a threshold temperature falls ⁇ tet.
  • the absorber medium 12 absorbs at least a portion of the moisture contained in the fluid.
  • step S4 the thus dried fluid then heats the storage medium 11.
  • the fluid is heated by the heat energy stored in the storage medium 11 in step S5.
  • the thus heated fluid can then be supplied directly to a consumer.
  • the fluid thus heated may also initially be used in step S6 for regenerating the absorber medium 12.
  • Absorber medium 12 is heated over a further limit temperature.
  • the water stored in the absorber medium 12 is released and can be absorbed by the fluid.
  • the regenerated absorber ⁇ medium for re-drying the fluid again available.
  • the present invention relates to a Wär ⁇ me Grande and a method for storing thermal energy.
  • a fluid flows through the heat accumulator and heats up a storage medium.
  • the moisture contained in the fluid is absorbed and bound by a hygroscopic absorber medium.
  • a Bebuldi ⁇ supply of the storage medium can be prevented by the moisture contained in the fluid. Therefore, even a not previously aufberei ⁇ tetes fluid for the operation of such a heat storage device, such as conventional ambient air can be used.

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Abstract

Wärmespeicher und Verfahren zur Speicherung thermischer Energie. Ein Fluid durchströmt den Wärmespeicher (1) und erwärmt dabei ein Speichermedium (11). Dabei wird durch ein hygroskopisches Absorbermedium (12) die in dem Fluid enthaltene Feuchtigkeit aufgenommen und gebunden. Auf diese Weise kann eine Beschädigung des Speichermediums durch die in dem Fluid enthaltene Feuchtigkeit vermieden werden. Daher kann für den Betrieb eines derartigen Wärmespeichers auch ein nicht zuvor aufbereitetes Fluid, wie beispielsweise konventionelle Umgebungsluft verwendet werden.

Description

Beschreibung
Wärmespeicher und Verfahren zur Speicherung thermischer Energie
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmespeicher und ein Verfahren zur Speicherung thermischer Energie.
Wärmespeicher dienen der Speicherung thermischer Energie. Durch die zunehmende Nutzung regenerativer Energiequellen, beispielsweise in solarthermischen Kraftwerken, gewinnen solche Wärmespeicher zunehmend an Bedeutung. So spielen beispielsweise Wärmespeicher eine bedeutende Rolle bei der Stei¬ gerung der Versorgungssicherheit von Energieversorgungsnetzwerken und bei der Verbesserung der Energieeffizienz eines Kraftwerks. Bei den hierbei eingesetzten Wärmespeichern handelt es sich vorzugsweise um ein thermisch isoliertes Behält¬ nis, das mit einem wärmespeichernden Material gefüllt ist. Dieses wärmespeichernde Material kann aufgeheizt werden und hält daraufhin über einen längeren Zeitraum seine Temperatur. Beispielsweise kann es sich bei dem wärmespeichernden Material um bestimmte Arten von Steinen, Ziegeln oder um ein keramisches Material handeln. Während des Aufheizens des Wärme¬ speichers wird das wärmespeichernde Material von einem Fluid durch- oder umströmt, wobei das Fluid eine höhere Temperatur als das wärmespeichernde Material hat. Auf diese Weise wird das wärmespeichernde Material aufgeheizt. Während eines nach¬ folgenden Entladevorgangs des Wärmespeichers kann das aufge¬ heizte wärmespeichernde Material von dem gleichen oder einem anderen Fluid erneut durch- bzw. umströmt werden, wobei das Fluid in diesem Fall eine Temperatur hat, die niedriger ist als die Temperatur des wärmespeichernden Materials. Dabei heizt sich das Fluid auf und entnimmt somit dem Wärmespeicher thermische Energie.
Enthält das Fluid, beispielsweise ein Gas, dabei Feuchtigkeit in Form von Wasser, so kann sich beim Aufheizen des Wärmespeichers diese Feuchtigkeit an dem wärmespeichernden Materi- al niederschlagen und kondensieren. Diese kondensierte Feuch tigkeit kann in das wärmespeichernde Material eindringen. Beim weiteren Aufheizen des Wärmespeichers wird diese Feuchtigkeit daraufhin verdampfen, wenn die Temperatur des wärmespeichernden Materials weiter ansteigt. Diese Absorption der Feuchtigkeit und das anschließende erneute Verdampfen führt zu einer starken mechanischen Beanspruchung des wärmespeichernden Materials. Dies kann zu einer irreversiblen Beschädigung der Oberfläche oder der gesamten Substanz des wärmespeichernden Materials führen. Dabei kann beispielsweise das wärmespeichernde Material derart beschädigt werden, dass es bricht und in zahlreiche kleinere Teile zerfällt. Hierdurch sinkt gegebenenfalls die Wärmespeicherfähigkeit des Material und es besteht die Gefahr, dass das Fluid nach der Zerstörun des wärmespeichernden Materials nicht mehr in ausreichendem Maße durch das wärmespeichernde Material hindurchströmen kann. In einem solchen Fall muss das wärmespeichernde Materi al in dem Wärmespeicher ersetzt werden.
Zur Vermeidung dieser negativen Einflüsse durch kondensierende Feuchtigkeit an dem wärmespeichernden Material ist es bei¬ spielsweise möglich, nur ein hochreines Fluid zu verwenden, das keine Feuchtigkeit enthält. Alternativ ist es darüber hinaus auch möglich, das Fluid vor dem Eintritt in den Wärme¬ speicher zu trocknen. Beispielsweise kann es hierzu an einer relativ kalten Oberfläche vorbeigeführt werden, wobei sich in diesem Fall die Feuchtigkeit an dieser kalten Oberfläche be¬ reits vor Eintritt in den Wärmespeicher niederschlagen wird. Dies führt jedoch zu einer Abkühlung des Fluids und somit sinkt die Wirtschaftlichkeit des Wärmespeichers.
Es besteht daher ein Bedarf nach einem Wärmespeicher und einem Verfahren zur Speicherung thermischer Energie, das mit einem Feuchtigkeit enthaltenden Fluid betrieben werden kann.
Hierzu schafft die vorliegende Erfindung einen Wärmespeicher, der von einem Fluid durchströmbar ist, mit einem Speichermedium, das dazu ausgelegt ist, Wärmeenergie aus dem Fluid auf- zunehmen und/oder Wärmeenergie an das Fluid abzugeben; und einem Absorbermedium, das dazu ausgelegt ist, in dem Fluid enthaltene Feuchtigkeit aufzunehmen, wenn die Temperatur des Fluids eine Grenztemperatur unterschreitet.
Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Verfahren zur Speicherung thermischer Energie mit den Schritten des Bereitstellens eines Wärmespeichers mit einem Speichermedium und einem Absorbermedium; des Durchströmens des Wärmespei¬ chers mit einem Fluid; und des Trocknens des Fluids wenn die Temperatur des Fluids eine Grenztemperatur unterschreitet, wobei das Absorbermedium mindestens einen Teil der in dem Fluid enthaltenen Feuchtigkeit aufnimmt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Feuchtigkeit in einem Fluid, beispielsweise in einem Gas, beim Auftreffen des Fluids auf eine relativ kalte Oberfläche niederschlägt. Die Feuchtigkeit in dem Fluid geht da¬ bei von einer gasförmigen Phase in eine flüssige Phase über. Ferner liegt der vorliegenden Erfindung die Erkenntnis zugrunde, dass die Feuchtigkeit in dieser flüssigen Phase durch geeignete Materialien besonders effizient absorbiert und festgehalten werden können.
Daher liegt der vorliegenden Erfindung die Idee zugrunde, in einem Wärmespeicher ein Absorbermaterial vorzusehen, an dem die Feuchtigkeit des durchströmenden Fluids kondensieren kann und daraufhin diese kondensierte Feuchtigkeit durch das Ab¬ sorbermaterial zunächst aufgenommen werden kann. Hierdurch wird dem Fluid die Feuchtigkeit entzogen. Daraufhin kann das verbleibende Fluid ohne Feuchtigkeit seine thermische Energie an das Speichermedium in Form von wärmespeicherndem Material abgeben, ohne dass hierbei weiterhin Feuchtigkeit in das Speichermedium eindringt. Die Feuchtigkeit bleibt in diesem Falle zunächst solange in dem Absorbermedium gebunden, bis die Temperatur des Wärmespeichers so weit angestiegen ist, dass keine weitere Kondensation von Feuchtigkeit an dem Spei¬ chermedium zu befürchten ist. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass an dem Speicherme¬ dium keine Feuchtigkeit kondensiert und auch keine Feuchtig¬ keit in das Speichermedium eindringt. Somit kann das Spei- chermedium während des gesamten Betriebs des Wärmespeichers vor übermäßiger Beanspruchung aufgrund von Feuchtigkeit geschützt werden. Die Gefahr von Beschädigungen des Speichermediums aufgrund von kondensierender und/oder eindringender Feuchtigkeit kann somit weitestgehend ausgeschlossen werden.
Dabei wird das Fluid, das den Wärmespeicher durchströmt, so¬ lange durch das Absorbermedium getrocknet, also von Feuchtig¬ keit befreit, solange die Temperatur des Absorbermediums un¬ terhalb einer Grenztemperatur liegt. Diese Grenztemperatur entspricht in der Regel der Taupunkttemperatur des Fluids. Die Taupunkttemperatur ist dabei abhängig von der relativen Feuchtigkeit des Fluids. Bei einem weiteren Anstieg der Tem¬ peratur besteht darüber hinaus keine Gefahr, dass die Feuchtigkeit des Fluids kondensiert und sich die Feuchtigkeit an dem Speichermedium niederschlägt. Daher ist das Speichermedi¬ um des Wärmespeichers während des gesamten Aufheizvorgangs vor Beschädigungen aufgrund von eindringender Feuchtigkeit geschützt . Gemäß einer Ausführungsform ist das Absorbermedium ferner dazu ausgelegt, die durch das Absorbermedium aufgenommene
Feuchtigkeit an das Fluid abzugeben. Vorzugsweise gibt das Absorbermedium die aufgenommene Feuchtigkeit dann an das Fluid ab, wenn die Temperatur des Absorbermediums eine weite- re Grenztemperatur überschreitet.
Die weitere Grenztemperatur kann beispielsweise durch die Ma¬ terialeigenschaften des Absorbermediums festgelegt sein. Ins¬ besondere ist die weitere Grenztemperatur dabei höher als die Grenztemperatur bis zu der das Absorbermedium die in dem
Fluid enthaltene Feuchtigkeit aufnimmt. Durch das Abgeben der Feuchtigkeit bei Temperatur des Absorbermediums oberhalb der weiteren Grenztemperatur kann die in dem Absorbermedium ge- speicherte Feuchtigkeit wieder entfernt werden. Hierdurch wird das Absorbermedium regeneriert, das heißt es steht an¬ schließend für die Aufnahme weiterer Feuchtigkeit wieder zur Verfügung. Auf diese Weise kann das Absorbermedium für weite re Trockenvorgänge wieder zur Verfügung genutzt werden, ohne dass das Absorbermedium während des Betriebs ausgetauscht werden müsste.
Gemäß einer Ausführungsform ist die weitere Grenztemperatur, ab der das Absorbermedium die Feuchtigkeit an das Fluid ab¬ gibt höher, als die Grenztemperatur, bis zu der das Absorber medium die in dem Fluid enthaltene Feuchtigkeit aufnimmt.
Durch die geeignete Wahl eines Absorbermediums mit entspre¬ chenden Grenztemperaturen kann sichergestellt werden, dass die Regeneration des Absorbermediums, während die Feuchtig¬ keit aus dem Absorbermedium wieder entfernt wird, in einem Arbeitsbereich liegt, bei dem keine weitere Kondensation der Feuchtigkeit an dem Speichermedium zu befürchten ist.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Absorbermedium Alumi niumsilikat. Vorzugsweise umfasst das Absorbermedium ein Zeolith .
Aluminiumsilikate, insbesondere Zeolithe (kristalline Alumi¬ niumsilikate) eignen sich sehr gut zur Aufnahme von Feuchtig keit. Sie sind in der Lage, Feuchtigkeitsmoleküle einzulager und zu binden. Die so gebundene Feuchtigkeit wird dabei bis zu einer vorbestimmten Temperatur zuverlässig gebunden.
Steigt die Temperatur eines solchen Absorbermaterials weiter an, so werden die gebundenen Feuchtigkeitsmoleküle abgegeben ohne dass sich dabei die Struktur des Zeoliths ändert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Speichermedium Steine, Ziegel und/oder Keramik. Steine, Ziegel und Keramik eignen sich besonders gut als Speichermedium für einen Wärmespeicher zur temporären Speicherung thermischer Energie.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Absorbermedium in Strömungsrichtung des Fluids vor dem Speichermedium angeordnet.
Durch eine derartige Anordnung von Absorbermedium und Speichermedium kann gewährleistet werden, dass die mögliche
Feuchtigkeit des Fluids zunächst an dem Absorbermedium kon¬ densiert und somit nicht bis zu dem Speichermedium vordringen kann. Somit wird das Speichermedium nur von einem Fluid um- bzw. durchströmt, dass keine oder nur sehr geringe Feuchtig¬ keit enthält.
Gemäß einer Ausführungsform sind das Speichermedium und das Absorbermedium mit einem gemeinsamen Speichermodul angeord- net .
Auf diese Weise kann eine besonders kompakte und effiziente Anordnung von Speichermedium und Absorbermedium erreicht werden .
Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist das Speichermedium in einem Speichenmodul angeordnet. Das Absorbermedium ist darüber hinaus in einem separaten Absorbermodul angeord¬ net .
Auf diese Weise ist eine Entfernung der Feuchtigkeit aus dem Fluid möglich, bevor das Fluid in das Speichermodul mit dem Speichermedium strömt. Eine derartige getrennte Anordnung von Speichermedium und Absorbermedium ermöglicht darüber hinaus eine besonders flexible Verschaltung der einzelnen Komponenten des Wärmespeichers.
Gemäß einer Ausführungsform beträgt die Betriebstemperatur des Wärmespeichers mindestens 200°C. Vorzugsweise überschrei¬ tet die Betriebstemperatur des Wärmespeichers 280°C. Derartige Wärmespeicher sind auch als Hochtemperatur-Wärme¬ speicher bekannt. Bei Wärmespeichern mit einer derart hohen Betriebstemperatur besteht während des Betriebs mit dieser Temperatur keine Gefahr, dass sich Feuchtigkeit des Fluids an dem Speichermedium niederschlägt. Darüber hinaus kann durch das erfindungsgemäße Absorbermedium auch während des Aufhei¬ zens des Wärmespeichers unterhalb der Betriebstemperatur eine Kondensation der Feuchtigkeit und eine damit verbundene Be¬ schädigung des Speichermediums ausgeschlossen werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Fluid ein Gas. Vorzugsweise umfasst das Fluid Umgebungsluft.
Gasförmige Fluids, insbesondere Umgebungsluft eignen sich 1 sonders gut zum durch- bzw. umströmen des Speichermediums während des Aufheizens des Wärmespeichers bzw. während der Entnahme von Wärme aus dem Wärmespeicher. Darüber hinaus steht insbesondere Umgebungsluft in großem Maß als kosten¬ günstiges Fluid zur Verfügung.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zur Speicherung thermischer Energie ferner einen Schritt zum Regenerieren des Absorbermediums. Dabei wird die durch das Absor¬ bermedium aufgenommene Feuchtigkeit an das Fluid abgegeben, wenn die Temperatur des Fluids eine weitere Grenztemperatur überschreitet .
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner einen Schritt zum Erwärmen des Speichermediums durch das Fluid, wobei das Fluid vor dem Erwärmen des Speichermediums getrocknet wird.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner einen Schritt zum Erwärmen des Fluids durch die in dem Speichermedium gespeicherte Wärmeenergie, wobei der Schritt zum Regenerieren des Absorbermediums das Absorbermedium durch das erwärmte Fluid regeneriert. Weitere Vorteile und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen. Dabei zeigen:
Figur 1: eine schematische Zeichnung eines Wärmespei¬ chers gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Figur 2: eine schematische Darstellung eines Wärmespei¬ chers gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel; und eine schematische Darstellung eines Ablaufdiag ramms für ein Verfahren zur Speicherung thermi scher Energie, wie es einem weiteren Ausführungsbeispiel zugrunde liegt.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Wärmespei¬ chers 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der Wärmespeicher 1 umfasst ein Speichermodul 10 mit einem Einlass 13 und einem Auslass 14. Innerhalb des Speichermoduls 10 ist ein Speicher¬ medium 11 angeordnet. Bei dem Speichermedium 11 kann es sich um ein Material handeln, das eine besonders hohe Wärmekapazi¬ tät aufweist. Ein derartiges Speichermedium kann durch Erwärmen eine besonders große Menge an thermischer Energie spei¬ chern. Beispielsweise kann es sich bei dem Speichermedium um künstliche oder natürliche Steine handeln. Weiterhin sind auch Ziegelsteine oder Speichermedien aus Keramik möglich. Alternative Speichermedien 11, die dazu geeignet sind, Wärme¬ energie aufzunehmen und zu speichern, sind darüber hinaus ebenso möglich.
Das Speichermodul 10 kann darüber hinaus an der Außenseite eine thermische Isolation (nicht dargestellt) umfassen. Hier¬ durch könnten thermische Verluste durch Abgabe von Wärmeenergie an die Umgebung reduziert werden. Dies verbessert zusätz¬ lich den Wirkungsgrad des Wärmespeichers 1. Zum Einbringen thermischer Energie in den Wärmespeicher 1 wird der Wärmespeicher 1 von einem aufgeheizten Fluid durchströmt. Hierbei strömt das Fluid durch den Einlass 13 in das Speichermodul 10. Innerhalb des Speichermoduls 10 durchströmt das Fluid das Speichermedium 11. Dabei hat das Speichermedium 11 zunächst eine Temperatur, die kleiner ist als die Tempera¬ tur des Fluids. Solange die Temperatur des Speichermediums 11 geringer ist als die Temperatur des Fluids, wird das Spei¬ chermedium 11 durch das Fluid erwärmt. Dabei kühlt sich das Fluid ab. Anschließend tritt das abgekühlte Fluid am Auslass 14 des Speichermoduls 10 wieder aus. Auf diese Weise kann so¬ lange ein Aufheizen des Speichermediums 11 erfolgen, solange die Temperatur des einströmenden Fluids höher ist als die Temperatur des Speichermediums 11 innerhalb des Speichermo¬ duls 10.
Das Speichermedium 11 weist dabei eine Struktur auf, die es dem Fluid ermöglicht, durch das Speichermedium 11 hindurch bzw. an dem Speichermedium 11 vorbei zu strömen. Beispielsweise kann das Speichermedium 11 dabei Strömungskanäle auf¬ weisen, durch die das Fluid hindurchströmen kann. Ebenso ist es auch möglich, dass das Speichermedium 11 eine angepasste, beispielsweise raue Oberfläche aufweist, an der das Fluid vorbeiströmen kann und dabei an der vorzugsweise großen Oberfläche des Speichermediums 11 thermische Energie von dem Fluid in das Speichermedium 11 übergeht. Darüber hinaus sind auch weitere Strukturierungen des Speichermediums 11 möglich, die es dem Fluid ermöglichen, an dem Speichermedium 11 vorbei bzw. durch das Speichermedium 11 hindurch zu strömen und dabei das Speichermedium 11 zu erwärmen.
Nachdem das Speichermedium 11 in dem Speichermodul 10 des Wärmespeichers 1 erwärmt worden ist, kann daraufhin die so von dem Fluid in das Speichermedium 11 übergegangene Wärme¬ energie für einen Zeitraum gespeichert werden. Beispielsweise kann es sich bei diesem Zeitraum um einen Zeitraum von Minuten oder Stunden handeln. Darüber hinaus ist auch eine Speicherung von Wärmeenergie für einen oder mehrere Tage möglich. Insbesondere ist so zum Beispiel das Einbringen von solar¬ thermisch gewonnener Wärmeenergie in den Wärmespeicher möglich. Hierbei kann am Tage, während die Sonne scheint, durch die Sonneneinstrahlung thermische Energie gewonnen werden, die durch die zuvor beschriebene Weise in den Wärmespeicher 1 eingebracht werden kann. Anschließend kann in der Nacht oder während starker Bewölkung, also zu Zeiten wenn keine ausreichende Sonneneinstrahlung zur Verfügung steht, die in dem Wärmespeicher 1 gespeicherte thermische Energie wieder aus dem Wärmespeicher 1 entnommen werden.
Zur Entnahme der in dem Wärmespeicher 1 gespeicherten thermischen Energie strömt dabei das Fluid in das Speichermodul 10. Dabei durchströmt das Fluid das Speichermedium 11. Solange die Temperatur des Fluids dabei geringer ist als die Tempera¬ tur des Speichermediums 11 in dem Speichermodul 10, kann das Fluid durch das Speichermedium 11 erwärmt werden. Dabei kühlt sich das Speichermedium 11 in dem Speichermodul 10 ab. Dieser Vorgang kann dabei solange erfolgen, solange die Temperatur des eintretenden Fluids geringer ist, als die Temperatur des Speichermediums 11 in dem Speichermodul 10.
Während bei konventionellen Wärmespeichern das Speichermodul 10 nahezu vollständig mit dem Speichermedium 11 ausgefüllt ist, ist in dem erfindungsgemäßen Wärmespeicher 1 gemäß Figur 1 ein Teil des Speichermediums 11 durch ein hygroskopisches Absorbermedium 12 ersetzt. Bei diesem Absorbermedium kann es sich beispielsweise um ein Absorbermedium aus Aluminiumsili¬ kat handeln. Vorzugsweise handelt es sich dabei um Aluminium¬ silikat in kristalliner Form, beispielsweise ein Zeolith. Dabei kann es sich entweder um ein künstlich synthetisiertes Zeolith oder aber auch um ein natürlich vorkommendes Zeolith handeln .
Bei dem Absorbermedium 12 handelt es sich dabei um ein Absorbermedium aus einem Material, das hygroskopische Eigen¬ schaften aufweist. Ein solches Absorbermedium 12 ist in der Lage, Feuchtigkeit, insbesondere Wasser, aufzunehmen und zu binden. Die so durch das Absorbermedium 12 gebundene Feuchtigkeit wird dabei durch das Absorbermedium 12 zunächst in der Struktur des Absorbermediums festgehalten. Überschreitet die Temperatur des Absorbermediums 12 eine weitere Tempera¬ turschwelle, so kann das Absorbermedium 12 oberhalb dieser weiteren Temperaturschwelle die gebundene Feuchtigkeit wieder an die Umgebung abgeben. Auf diese Weise ist ein reversibles Einbinden bzw. Abgeben von Flüssigkeitsmolekülen durch das Absorbermedium 12 möglich.
Während des Erwärmens des Wärmespeichers 1 und insbesondere des in dem Speichermodul 10 vorhandenen Speichermediums 11 strömt dabei das Fluid zunächst in den Innenraum des Spei¬ chermoduls 10 und durchströmt dabei sowohl Speichermedium 11 als auch Absorbermedium 12. Bei einem abgekühlten Wärmespeicher 1 kann dabei das Speichermedium 11 und das Absorbermedium 12 zunächst eine relativ niedrige Temperatur aufwei¬ sen. Bei derart niedrigen Temperaturen wird die Feuchtigkeit des Fluids, beispielsweise das in dem Fluid enthaltene Wasser an dem Absorbermedium 12 und gegebenenfalls auch an dem Speichermedium 11 kondensieren. Eine solche Kondensation von Feuchtigkeit kann auftreten, wenn die Temperatur des Speichermediums 11 bzw. des Absorbermediums 12 unterhalb der Tau¬ punkttemperatur des Fluids liegt. Aufgrund der hygroskopi¬ schen Eigenschaften des Absorbermediums 12 wird dabei diese kondensierende Feuchtigkeit von dem Absorbermedium 12 aufge¬ nommen und innerhalb des Absorbermediums 12 gebunden. Daher wird dabei keine oder nur sehr wenig Feuchtigkeit in das Speichermedium 11 eindringen. Das Speichermedium 11 bleibt dabei selbst bei kondensierender Feuchtigkeit trocken.
Im Weiteren Verlauf des Aufheizens des Wärmespeichers 1 steigt die Temperatur des Speichermediums 11 und auch das Absorbermediums 12 auf eine Temperatur über der Taupunkttemperatur des Fluids an. Wird dabei eine weitere Grenztempera¬ tur überschritten, so kann das Absorbermedium 12 die aufgenommene Feuchtigkeit wieder abgeben. Dabei wird die von dem Absorbermedium 12 abgegebene Feuchtigkeit von dem heißen Fluid aufgenommen und abtransportiert. Aufgrund der zwischen¬ zeitlich angestiegenen Temperatur von dem Speichermedium 12 kommt es dabei jedoch zu keiner Kondensation dieser Feuchtigkeit an dem Speichermedium 12. Eine Beschädigung des Speichermediums 12 durch eindringende Feuchtigkeit kann daher ausgeschlossen werden.
Für eine effiziente Trocknung des Fluids sind dabei verschie¬ dene Anordnungen von Speichermedium 11 und Absorbermedium 12 möglich. Beispielsweise kann das Absorbermedium 12 zunächst in Strömungsrichtung vor dem Speichermedium 11 angeordnet werden. Auf diese Weise wird die Feuchtigkeit des Fluids zu¬ nächst an dem Absorbermedium 12 kondensieren. Anschließend kann das von der Feuchtigkeit befreite Fluid das Speicherme¬ dium 11 erwärmen. Darüber hinaus sind auch Anordnungen möglich, bei denen das Speichermedium 11 mit einem Absorbermedium 12 an der Oberfläche beschichtet worden ist. Auf diese Weise kann die kondensierende Feuchtigkeit des Fluids durch das Absorbermedium 12 gebunden werden und ein weiteres Eindringen der Feuchtigkeit in das Speichermedium 12 wird dabei verhindert. Ferner ist auch eine benachbarte Anordnung von Absorbermedium 12 und Speichermedium 11 möglich, bei denen jeweils ausreichend Absorbermedium 12 in der Nachbarschaft des Speichermediums 11 angeordnet ist, um auch die an der Oberfläche des Speichermediums 11 kondensierende Feuchtigkeit durch das Absorbermedium 12 aufzunehmen und zu speichern. Weitere Anordnungen von Absorbermedium 12 und Speichermedium 11 sind darüber hinaus ebenso möglich. Dabei wird in der Re¬ gel nur ein relativ geringer Anteil des Speichermediums durch das Absorbermedium 12 ersetzt. Beispielsweise können bis zu 10 % des Speichermediums 11 eines konventionellen Wärmespei¬ chers durch Absorbermedium 12 ersetzt werden, um die Feuchtigkeit des Fluids zu binden. Je nach Feuchtigkeit des ver¬ wendeten Fluids und weiteren Eigenschaften des Wärmespeichers 1 ist es jedoch auch möglich, mehr oder weniger Anteile des Speichermediums 11 durch Absorbermedium 12 zu ersetzen. So können beispielsweise auch nur bis zu 5 % oder gegebenenfalls auch nur bis zu 2 % des Speichermediums 11 durch Absorbermedium 12 ersetzt werden.
Durch den Einsatz von hydroskopischem Absorbermedium 12 zur Bindung der Feuchtigkeit in dem Fluid während des Aufheizens des Wärmespeichers 1 ist es somit auch möglich, als Fluid ein besonders kostengünstiges Fluid zu verwenden. Beispielsweise können auf diese Weise als Fluid Gase verwendet werden, die eine nahezu beliebige Restfeuchtigkeit aufweisen. Ein spezi¬ elles Aufbereiten der Gase, wie zum Beispiel ein Entfeuchten des Fluids, ist dabei nicht erforderlich. Somit kann als be¬ sonders kostengünstiges und weit verfügbares Fluid beispiels¬ weise Umgebungsluft verwendet werden. Auch in diesem Fall ist keine besonders aufwändige Aufbereitung und Trocknung der Um¬ gebungsluft zur Verwendung als Fluid für den Wärmespeicher erforderlich .
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Wärmespei¬ chers 1 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Der Wärme¬ speicher 1 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel ein Spei¬ chermodul 10, das mit einem Speichermedium 11 ausgefüllt ist. Darüber hinaus umfasst der Wärmespeicher 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ferner ein Absorbermodul 20 mit einem
Absorbermedium 12. Bei dem Absorbermedium 12 handelt es sich dabei um ein Absorbermedium mit den gleichen hygroskopischen Eigenschaften wie in dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel. Während des Einbringens von thermischer Energie in den Wärmespeicher 1 strömt dabei das Fluid entlang der durchgezo¬ genen Linie zunächst in das Absorbermodul 20 mit dem Spei¬ chermedium 12. Dabei kann die in dem Fluid enthaltene Feuchtigkeit an dem Absorbermedium 12 kondensieren und durch das Absorbermedium 12 aufgenommen werden. Für eine effiziente Trocknung des Fluids kann dabei gegebenenfalls die Temperatur innerhalb des Absorbermoduls 20 abgesenkt werden. Auf diese Weise wird eine stärkere Kondensierung der in dem Fluid ent¬ haltenen Feuchtigkeit erreicht, so dass die Feuchtigkeit aus dem Fluid besonders effizient entzogen werden kann. Anschlie¬ ßend tritt das Fluid aus dem Absorbermodul 20 aus und wird durch eine Wärmequelle 30 geleitet. Dabei erwärmt sich das Fluid. Das so erwärmte Fluid wird daraufhin in das Speicher¬ modul 10 mit dem Speichermedium 11 geleitet. Da dem Fluid je¬ doch bereits zuvor in dem Absorbermodul 20 Feuchtigkeit ent- zogen wurde, kann auch bereits während des Aufheizens des
Speichermediums 11 in dem Speichermodul 10 keine Feuchtigkeit an dem Speichermedium 11 kondensieren. Somit wird das Speichermedium 11 erwärmt, wobei sich gleichzeitig das Fluid ab¬ kühlt. Anschließend tritt das abgekühlte Fluid aus dem Spei- chermodul 10 aus.
Zur Entnahme der thermischen Energie aus dem Wärmespeicher 1 fließt dabei das Fluid entlang des gestrichelten Verlaufs. Dabei strömt das Fluid zunächst in das Speichermodul 10 mit dem erwärmten Speichermedium 11. Während das Fluid durch das Speichermodul 10 mit dem erwärmten Speichermedium 11 strömt, erwärmt sich das Fluid und kühlt dabei das Speichermedium 11 ab. Anschließend wird das so erwärmte Fluid in das Absorber¬ modul 20 mit dem Absorbermedium 12 geleitet. Dabei wird das Absorbermedium 12 in dem Absorbermodul 20 erwärmt. Überschreitet dabei die Temperatur in dem Absorbermodul 20 mit dem Absorbermedium 12 eine vorgegebene Temperatur, so wird die in dem Absorbermedium 12 gebundene Feuchtigkeit an das Fluid abgeben. Somit wird das Absorbermedium 12 in dem Ab- sorbermodul 20 regeneriert und steht anschließend für eine erneute Trocknung von Fluid zur Verfügung. Nachdem das Fluid durch das Absorbermodul 20 mit dem Absorbermedium 12 geströmt ist und dabei gegebenenfalls die in dem Absorbermedium 12 ge¬ bundene Feuchtigkeit aufgenommen hat, kann das Fluid weiter durch einen Verbraucher 30 geleitet werden. In diesem Verbraucher 30 kann die zuvor in dem Wärmespeicher 1 gespeicherte Wärme genutzt werden.
Der Betrieb eines Wärmespeichers 1 gemäß den zuvor beschrie- benen Ausführungsbeispielen erfolgt dabei in der Regel bei
Temperaturen oberhalb 200°C. Vorzugsweise liegt die Betriebs¬ temperatur eines derartigen Wärmespeichers 1 oberhalb 280 °C. In bevorzugten Anwendungsfällen kann die Betriebstemperatur des Wärmespeichers 1 auch oberhalb z.B. 320 C liegen. Die Be¬ triebstemperatur bezeichnet dabei die Temperatur des Spei¬ chermediums 11 in dem Wärmespeicher 1, wenn thermische Energie in dem Wärmespeicher gespeichert werden soll. Dabei können jedoch zu Beginn der Speicherung von thermischer Energie in dem Wärmespeicher 1 innerhalb des Speichermoduls 10 mit dem Speichermedium 11 auch geringere Temperaturen auftreten. Gerade in solchen Fällen kann innerhalb des Speichermoduls 10 die Temperatur des Speichermediums 11 unterhalb einer Grenz¬ temperatur liegen, bei der eine Kondensation von gegebenenfalls vorhandener Feuchtigkeit in dem Fluid auftreten würde. Durch das erfindungsgemäße Absorbieren dieser Feuchtigkeit durch ein hygroskopisches Absorbermedium kann jedoch verhindert werden, dass diese Feuchtigkeit zu einer Belastung für das Speichermedium 11 wird und gegebenenfalls eine Beschädi¬ gung des Speichermediums 11 hervorrufen könnte.
Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Speicherung thermischer Energie, wie es einem weiteren Ausführungsbeispiel zugrunde liegt. In einem Schritt Sl wird zunächst ein Wärmespeicher 1 mit einem Speichermedium 11 und einem Absorbermedium 12 bereitgestellt. Dieser bereitgestell¬ te Wärmespeicher 1 wird in Schritt S2 mit einem Fluid durchströmt. In Schritt S3 wird dabei das Fluid getrocknet, wenn die Temperatur des Fluids eine Grenztemperatur unterschrei¬ tet. Dabei nimmt das Absorbermedium 12 mindestens einen Teil der in dem Fluid enthaltenen Feuchtigkeit auf.
In Schritt S4 erwärmt das so getrocknet Fluid daraufhin das Speichermedium 11.
Zur Entnahme der thermischen Energie aus dem Wärmespeicher 1 wird in Schritt S5 das Fluid durch die in dem Speichermedium 11 gespeicherte Wärmeenergie erwärmt. Das so erwärmte Fluid kann daraufhin direkt einem Verbraucher zugeführt werden. Alternativ kann das so erwärmte Fluid jedoch auch zunächst im Schritt S6 zum Regenerieren des Absorbermediums 12 verwendet werden. Dabei wird durch das Erwärmen des Fluids das Absorbermedium 12 über eine weitere Grenztemperatur erwärmt. Durch diese Erwärmung wird das in dem Absorbermedium 12 ge- speicherte Wasser freigegeben und kann durch das Fluid aufge- nommen werden. Anschließend steht das regenerierte Absorber¬ medium für ein erneutes Trocknen des Fluids wieder zur Verfü- gung .
Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung einen Wär¬ mespeicher und ein Verfahren zur Speicherung thermischer Energie. Ein Fluid durchströmt den Wärmespeicher und erwärmt dabei ein Speichermedium. Dabei wird durch ein hygroskopisches Absorbermedium die in dem Fluid enthaltene Feuchtigkeit aufgenommen und gebunden. Auf diese Weise kann eine Beschädi¬ gung des Speichermediums durch die in dem Fluid enthaltene Feuchtigkeit vermieden werden. Daher kann für den Betrieb eines derartigen Wärmespeichers auch ein nicht zuvor aufberei¬ tetes Fluid, wie beispielsweise konventionelle Umgebungsluft verwendet werden.

Claims

Patentansprüche
1. Wärmespeicher (1) zur Speicherung thermischer Energie, der von einem Fluid durchströmbar ist, mit:
einem Speichermedium (11), das dazu ausgelegt ist, Wärmeener¬ gie von dem Fluid aufzunehmen und/oder Wärmeenergie an das Fluid abzugeben; und
einem hygroskopischen Absorbermedium (12), das dazu ausgelegt ist, in dem Fluid enthaltene Feuchtigkeit aufzunehmen, wenn die Temperatur des Absorbermediums eine Grenztemperatur unterschreitet .
2. Wärmespeicher (1) nach Anspruch 1, wobei das Absorbermedium (12) ferner dazu ausgelegt ist, die durch das Absorbermedium (12) aufgenommene Feuchtigkeit an das Fluid abzuge¬ ben, wenn die Temperatur des Absorbermediums eine weitere Grenztemperatur überschreitet.
3. Wärmespeicher (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die weitere Grenztemperatur, ab der das Absorbermedium (12) die Feuchtigkeit an das Fluid abgibt, höher ist, als die Grenztempera¬ tur, bis zu der das Absorbermedium (12) die in dem Fluid enthaltene Feuchtigkeit aufnimmt.
4. Wärmespeicher (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Absorbermedium (12) Aluminiumsilikat, vorzugsweise ein Zeolith, umfasst.
5. Wärmespeicher (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Speichermedium (11) Steine, Ziegeln und/oder Keramik umfasst .
6. Wärmespeicher (1 ) nach einem der Ansprüche bis 5, wobei das Absorbermedium in Strömungsrichtung des Fl ids vor dem Speichermedium angeordnet ist.
7. Wärmespeicher (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Speichermedium (11) und das Absorbermedium (12) in einem gemeinsamen Speichermodul (10) angeordnet sind.
8. Wärmespeicher (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Speichermedium (11) in einem Speichermodul (10) angeord¬ net ist und das Absorbermedium (12) in einem separaten Absorbermodul (20) angeordnet ist.
9. Wärmespeicher (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Betriebstemperatur des Wärmespeichers (1) mindestens 200 Grad Celsius beträgt.
10. Wärmespeicher (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Fluid ein Gas umfasst.
11. Wärmespeicher (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Fluid Umgebungsluft umfasst.
12. Verfahren zur Speicherung thermischer Energie, mit den Schritten :
Bereitstellen (Sl) eines Wärmespeichers (1) mit einem Spei¬ chermedium (11) und einem hygroskopischen Absorbermedium (12) ;
Durchströmen (S2) des Wärmespeichers (1) mit einem Fluid;
Trocknen (S3) des Fluids, wenn die Temperatur des Fluids eine Grenztemperatur unterschreitet, wobei das Absorbermedium (12) mindestens eines Teils der in dem Fluid enthaltenen Feuchtigkeit aufnimmt.
13. Verfahren nach Anspruch 12, ferner umfassen einen Schritt (S6) zum Regenerieren des Absorbermediums (12), wobei die durch das Absorbermedium (12) aufgenommene Feuchtigkeit an das Fluid abgegeben wird, wenn die Temperatur des Fluids eine weitere Grenztemperatur überschreitet.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, ferner umfassend einen Schritt (S4) zum Erwärmen des Speichermediums (11) durch das Fluid, wobei das Fluid vor dem Erwärmen des Spei¬ chermediums (11) getrocknet wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, ferner umfassend einen Schritt (S5) zum Erwärmen des Fluids durch die in dem Speichermediums ( 11 ) gespeicherte Wärmeenergie, wobei der Schritt (S6) zum Regenerieren des Absorbermediums (12) das Absorbermedium (12) durch das erwärmte Fluid regene riert .
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