WO2018033244A1 - Anordung, insbesondere kältemaschine oder wärmepumpe - Google Patents

Anordung, insbesondere kältemaschine oder wärmepumpe Download PDF

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heat transfer
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Roland Burk
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Mahle International Gmbh
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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
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Definitions

  • the invention relates to an arrangement, in particular a chiller or heat pump, and a method for operating this arrangement.
  • Thermally-driven sorption refrigeration plants have a high energy-saving potential, since cost-effective waste heat or excess heat is used as drive energy and expensive mechanical drive energy can be saved in this way.
  • the electrical networks can be relieved, especially in warm periods and climates with high refrigeration demand.
  • the systems can also be used as heat pumps, which raise additional ambient heat by means of burner heat to a temperature level sufficient for heating purposes.
  • thermochemical reactors have the disadvantage over continuous absorption systems that the periodic temperature changes with cycled thermal masses result in losses in efficiency which reduce the achieved power density or power efficiency.
  • DE 10 2006 043 715 A1 discloses an adsorption heat pump in which a layer heat accumulator is used. This allows a staggered storage and reuse of
  • CONFIRMATION COPY Sensitive and latent heat during the adsorption cycle.
  • layer heat storage can not be used everywhere due to their large volume.
  • the basic idea of the invention is thus to equip a cyclic thermochemical reactor-based arrangement of an adsorption heat pump or an adsorption refrigerator with a heat buffer, which has two partial reservoirs for receiving a heat transfer fluid with two different temperature levels.
  • This heat buffer is used to store in the thermal Zykiieren the thermochemical reactor and the associated switching of the thermochemical reactor between two different temperature levels in the heat transfer fluid between heat.
  • thermochemical reactor is generally understood to mean a container having at least one working medium and an integrated heat transfer structure, with which an exothermic or endothermic reaction or phase transformation can be brought to a minimum depending on a temperature boundary condition under heat removal or supply
  • a sorption reactor or a phase changer in particular a condenser and / or evaporator .
  • sorber sorption reactor
  • thermochemical storage or Phase changer
  • the presently used, essential to the invention heat buffer allows the intermediate storage of the heat transfer fluid with the temperature level of a heat source of the arrangement in the first part of memory and the simultaneous intermediate storage of the heat transfer fluid with the temperature level of a heat sink of the arrangement in the second part of the heat storage buffer store.
  • a volume decrease of the second partial accumulator is accompanied by the heat accumulator essential to the invention, and vice versa. Since the two volume-variable partial storage have the same total volume, introducing the heat transfer fluid with the temperature level of the heat source in the first subspace facilitates removal of the heat transfer fluid with the second temperature level from the second partial storage and vice versa. In this way, unwanted energy losses of the thermochemical reactor during thermal cycling, ie when switching between the two temperature levels of heat source and heat sink, can be minimized. As a result, this leads to an improved efficiency of the arrangement according to the invention over conventional arrangements.
  • An arrangement according to the invention in particular a chiller or a heat pump, comprises a first heat reservoir, which acts as a heat source, and a second heat reservoir, which acts as a heat sink.
  • the arrangement further comprises at least one thermochemically and fluidically connectable or connected to the heat reservoir thermochemical reactor.
  • the thermochemical reactor is an adsorption chiller or an adsorption heat pump or is an essential functional component thereof.
  • the arrangement comprises a heat transfer fluid circuit, in which a heat transfer fluid for transporting heat between the two heat reservoirs and the thermochemical reactor is arranged.
  • a heat buffer for temporarily storing the heat transfer fluid is provided in the heat transfer fluid circuit.
  • the heat buffer has a first partial storage with a variable storage volume.
  • the heat buffer has thermally and fluidly separated from the first part of a second storage partial memory with variable storage volume.
  • At least one, preferably two, present in the heat transfer fluid circuit conveyor of the inventive arrangement is used to drive the heat transfer fluid in the heat transfer fluid circuit.
  • the arrangement comprises a present in the heat transfer fluid circuit valve system, which comprises at least one adjustable valve device.
  • the heat transfer between the two heat reservoirs, the thermochemical reactor and the heat buffer is controllable by the heat transfer fluid.
  • the arrangement according to the invention finally comprises a control / regulation device.
  • thermochemical reactors each having a separate container with a heat transfer structure having a fluid inlet and a fluid outlet.
  • the at least two thermochemical reactors are arranged in a fluidic parallel connection to one another, ie the fluid inlets and the fluid outlets of the at least two thermochemical reactors can be fluidly connected or connected to one another by means of the valve system.
  • the provision of two or a larger number of separate thermochemical reactors allows a time-shifted switching of the existing thermochemical reaction From a high temperature state ⁇ in a state with relative to the temperature ⁇ ⁇ lower temperature T 2 .
  • the staggered switching of the individual thermochemical reactors in conjunction with the heat buffer leads to a particularly low energy loss during the temperature change.
  • valve system for each existing thermochemical reactor comprises a first adjustable valve means, by means of which the fluid inlet of the respective thermochemical storage is selectively connectable to the first or the second heat reservoir.
  • valve system for each existing thermochemical reactor comprises a second adjustable valve means by means of which the fluid outlet of the respective thermochemical reactors is selectively connectable to the first or the second heat reservoir.
  • control / regulating device is set up / programmed for the time-displaced adjustment of the individual first valve devices and for the time-displaced adjustment of the individual second valve devices.
  • control / regulating device is able to adjust the first and second valve devices individually, ie independently of one another, via suitable control lines.
  • the control / regulation device may comprise a control unit and a memory unit. In the latter, a computer program code can be stored, which is processed by the control unit for performing the time-shifted switching operation of the individual first and second valve devices. In said computer program Code is coded the algorithm for time-shifted switching of the first and second valve devices.
  • the intermediate heat storage is fluidly connected in parallel to the second valve devices, so that the fluid inlet of the first heat reservoir communicates fluidically with the first partial reservoir and the fluid inlet of the second heat reservoir communicates fluidically with the second partial reservoir.
  • the first valve device and the second valve device each comprise a 3/2-way switching valve. This allows a simple realization of an optional fluidic connection of the at least one thermochemical reactor with either the first heat reservoir with temperature level Ti or the second heat reservoir with temperature level T 2 .
  • a surge tank for receiving the heat transfer fluid is arranged in the thermal fluid circuit.
  • the heat buffer is designed for simultaneously receiving and delivering a first and a second fluid mass of the heat transfer fluid, wherein the two fluid masses between the two temperature limits Ti and T 2 may have different temperature stratifications. This makes it possible to simultaneously store fluid mass in the heat buffer for performing an energy-efficient temperature change between the temperature levels of the heat sink and the heat source.
  • the first partial storage of the heat buffer is fluidly connected to the first heat reservoir and the second partial storage of the intermediate heat storage fluidly connected to the second heat reservoir.
  • This measure allows a simple supply of heat transfer fluid near the temperature Ti from a thermochemical reactor to be cooled in the heat buffer.
  • this measure allows a simple supply of heat transfer fluid near the temperature T 2 from a thermochemical reactor to be heated in the heat buffer.
  • the heat buffer is realized as a container.
  • the container comprises a housing, in the interior of which a separating element is movably arranged, which subdivides the interior into a volume-variable first partial storage and a thermally isolated from the first partial storage, also volume-variable second partial storage.
  • a first passage for introducing and removing the heat transfer fluid is provided in or from the first part of memory.
  • a second passage is provided in the housing for introducing and removing the heat transfer fluid into or out of the second partial storage.
  • the housing is elongated.
  • the first passage is arranged at a first longitudinal end and the second passage at a second longitudinal end opposite the first longitudinal end.
  • large length / cross-sectional area serves the purpose that a temperature stratification of the incoming or outflowing fluid mass is largely retained and does not mix appreciably during the required storage time.
  • the housing may be formed as a tubular body which extends along an axial direction substantially rectilinear.
  • the separating element for forming the two volume-variable partial storage along the axial direction is movable on the inside of a peripheral wall of the tubular body.
  • a first sensor element is provided on the first passage, by means of which it is possible to determine whether the separating element is in a first end position, in which the separating element has a minimum distance to the first passage.
  • a second sensor element may be provided on the second passage, by means of which it is possible to determine whether the separating element is in a second end position in which the separating element has a minimum distance to the second passage.
  • an operating state in which the heat transfer fluid circuit forms a first partial circuit can be set by the control / regulation device in the at least one adjustable valve device of the valve system.
  • the heat transfer fluid circulates between the thermochemical reactor and the second heat reservoir, in such a way that heat from the thermochemical reactor in the second heat reservoir, ie in the heat sink, is transmitted. In this way, heat can be dissipated from the thermochemical reactor in a particularly effective manner.
  • the first partial store preferably has a maximum volume and the second partial store has a minimum volume. This means that the first partial storage is filled with the heat transfer fluid, which is a Temperature stratification near the temperature level of the heat source has.
  • an operating state in which the heat carrier fluid circuit forms a second partial circuit can be set by the control / regulation device in the at least one adjustable valve device of the valve system.
  • the heat transfer fluid circulates between the thermochemical reactor and the first heat reservoir, so that heat is transferred from the first heat reservoir, that is from the heat source, into the thermochemical reactor.
  • the second partial accumulator preferably has a maximum volume and the second partial accumulator has a minimal volume. This means that the second partial storage is filled with the heat transfer fluid, which has a temperature stratification in the vicinity of the temperature level of the heat sink.
  • an operating state can be set by the control / regulation device in the at least one adjustable valve device of the valve system, in which heat transfer fluid is transported from the first part store of the heat intermediate store into the first heat store. At the same time, heat transfer fluid is transported from the first heat reservoir into the thermochemical reactor and heat transfer fluid is transported from the thermochemical reactor into the second storage unit. In this way, heat can be supplied to the thermoelectric reactor in a particularly effective manner and the sensible heat of low temperature can be stored for a subsequent cooling process.
  • an operating state can be set by the control / regulation device in the at least one adjustable valve device of the valve system, in which heat is transported from the second partial reservoir into the second heat reservoir by means of the heat transfer fluid.
  • thermoelectric reactor heat is transported from the second heat reservoir into the thermochemical reactor and from the thermochemical reactor into the first partial store by means of the heat transfer fluid.
  • heat can be removed from the thermoelectric reactor in a particularly effective manner and the sensible heat of a higher temperature can be stored for a later heating process.
  • the first and the second heat reservoir and the thermochemical reactor for introducing and discharging the heat transfer fluid each have a fluid inlet or a fluid outlet.
  • the heat transfer fluid circuit comprises a first adjustable valve device, by means of which the fluid inlet of the thermochemical reactor is optionally connectable to the fluid outlet of the first or second heat reservoir.
  • the heat transfer fluid circuit comprises a second adjustable valve device, by means of which the fluid outlet of the thermochemical reactor is optionally connectable to the fluid inlet of the first or second heat reservoir.
  • the invention further relates to a method for operating a, preferably previously presented, arrangement with a heat transfer fluid circuit in which at least one thermochemical reactor, two heat reservoirs of different temperature and a heat buffer are arranged and fluidly connected to each other by means of a heat transfer fluid circuit.
  • the heat buffer used for carrying out the method according to the invention has two thermally and fluidly separate partial reservoirs, in which a heat transfer fluid circulating in the heat transfer fluid circuit can be received and released thermally and fluidically separately from one another.
  • thermochemical reactor To carry out a temperature change of the thermochemical reactor from a high to a lower temperature level, temporarily stored, increasingly cool, heat transfer fluid is withdrawn from the second partial store of the intermediate heat store and fed to the heat sink. At the same time initially warm, but increasingly cool heat transfer fluid is removed from the thermochemical reactor and introduced into the first part of the heat accumulator memory.
  • intermediately stored, increasingly warmer Industries etcfiuid is removed in the first partial memory of the heat buffer and fed to the heat source.
  • initially cool but increasingly warmer is removed from the thermochemical reactor and introduced thermally stratified in the second part of the heat storage buffer store.
  • thermochemical reactors are present, each having a separate housing as well a fluid inlet and a fluid outlet.
  • the at least two thermochemical reactors are connected fluidically parallel to one another.
  • the valve system comprises a first adjustable valve device, by means of which the fluid inlet of the respective thermochemical reactor can be selectively connected to the first or the second heat reservoir.
  • the valve system comprises for each existing thermochemical reactor, a second adjustable valve means by means of which the fluid outlet of the respective thermochemical reactor is selectively connectable to the first or the second heat reservoir. The switching of the existing first valve means for connecting the thermochemical reactors with the first or second heat reservoir takes place with a time delay.
  • thermochemical reactors With the switching of the existing second valve means for connecting the thermochemical reactors with the first or second heat reservoir takes place with a time delay.
  • the time-shifted switching of the individual thermochemical reactors in conjunction with the heat buffer allows a time-delayed regeneration of sensible heat and thus leads to a particularly low energy loss during the temperature change.
  • FIG. 5 shows the structure of the inventive heat buffer of the arrangement of Figures 1 to 4 in a detailed view
  • FIG. 6 shows a first variant of the heat buffer of FIG. 5, FIG.
  • FIG. 7 shows a second variant of the heat buffer of FIG. 5, FIG.
  • FIGS. 8-1 shows a variant of the arrangement of FIGS. 1 to 4 with a plurality of thermochemical reactors which can be switched over with a time offset from one another.
  • FIG. 1 shows an example of an arrangement 1 according to the invention, in particular a chiller or a heat pump.
  • the arrangement 1 comprises a first heat reservoir 2a with a first temperature ⁇ and a second heat reservoir 2b with a second temperature T 2 .
  • the arrangement 1 comprises a thermochemical reactor 5, which is thermally and fluidically connectable or connected to the two heat reservoirs 2a, 2b.
  • the arrangement 1 comprises a heat transfer fluid circuit 3, in which a heat transfer fluid F for transporting heat between the two heat reservoirs 2a, 2b and the thermochemical reactor 5 is arranged.
  • thermochemical reactor in the present case a device in which conversion processes by supplying and removing heat - known to the person skilled in the art as heat of reaction, sorption heat or phase change heat - are brought to expiration at different temperatures Ti, T 2.
  • the thermochemical reactor 5 can The first temperature Ti has a greater value than the second temperature T 2 , ie, the first heat reservoir 2a acts as a container 15 in the figures only schematically illustrated in which thermochemical reactions take place Heat source, from which heat can be transferred to the thermochemical reactor 5 by means of the heat transfer fluid F.
  • the second heat reservoir 2b acts as a heat sink, to which heat can be transferred from the thermochemical reactor 5 by means of the heat transfer fluid F.
  • a heat buffer 100 for temporarily storing the heat transfer fluid F is present.
  • the heat buffer 100 allows a temperature change of the thermochemical reactor 5 from the temperature Ti to the temperature T 2 and vice versa with very low energy losses.
  • the heat buffer 100 has a first partial storage 101a with a variable storage volume 102a and, thermally and fluidly separated therefrom, a second partial storage 101b with a variable storage volume 102b.
  • the volume-variable first partial memory 101 a of the heat buffer 100 is designed to be complementary to the volume-variable second partial memory 101 b, so that the total volume formed by the two partial memories 101 a, 101 b is always constant.
  • the heat buffer 100 may also be referred to as a sensitive short-term heat storage, regenerator or temperature changer and represents a component of the arrangement 1 essential to the invention, which makes a temperature change in the thermochemical reactor 5 with low energy losses possible in the first place.
  • the intermediate heat storage device 100 is designed to simultaneously receive and dispense a first and a second fluid mass of the heat transfer fluid F with differently layered temperature profiles.
  • the heat buffer 100 is further adapted for simultaneously receiving and discharging the first and second fluid mass of the heat transfer fluid F, wherein the two fluid masses have different temperature layers, which are qualitatively characterized with different gray gradations. The darker the gray level, the higher the local temperature level.
  • FIG. 6 shows a development of the container 103 of FIG. 5.
  • a helical structure 113 is arranged in the interior 107 of the housing 104.
  • This helical structure 113 gives the interior 107 the geometry of a fluid channel 1 14 with helical geometry.
  • the fluid channel 1 14 is thereby limited by the helical structure 1 13 and the housing 104, in particular of its peripheral wall 1 1 1.
  • the helical structure 103 may be formed as an insert 115 disposed in the inner space.
  • the helical structure 1 13 may comprise at least ten turns 16, preferably even at least 20 turns.
  • the separating element 106 is designed to be adjustable along the helical fluid channel 114. That is, the geometric shape of the partition member 106 is selected to be in the Interior space 107 along the fluid channel 114, which is bounded by the peripheral wall 1 1 1 and the helical structure 1 13, is adjustable.
  • FIG. 7 shows a further variant of the example of FIG. 5, in which the container 103 is realized as a hose-like body 17, which extends along an extension E, at least in sections, non-rectilinearly.
  • This variant permits a spatially particularly compact arrangement of the container 103.
  • a length of the housing 104 or the tubular body 117 measured along the extension E is at least ten times, preferably at least twenty times, a transverse direction Q measured transverse to the extension E.
  • the first partial reservoir 101 a of the intermediate heat storage medium 100 is fluidically connected to the first heat reservoir 2 a.
  • the second partial reservoir 101b of the intermediate thermal storage 100 is fluidically connected to the second thermal reservoir 2b.
  • the operating principle of the heat buffer 100 is based on a thermally insulated fluid container with end-side openings and large length / cross-sectional ratio within which an insulating displaceable separating body is arranged, as shown schematically in Figure 5.
  • the heat buffer 100 is realized as a container 103.
  • This container 103 comprises a housing 104.
  • the housing 104 delimits an inner space 107 in which a separating element 106 is movably arranged, which thermally and fluidically connects the two partial reservoirs 101a, 101b isolated from each other.
  • the partition member 106 divides the inner space 107 into a volume-variable first partial accumulator 101 a and a thermally and fluidly isolated from the first partial accumulator 101 a, also volume-variable second partial storage 101 b.
  • the separating element 1 06 of the heat buffer 100 is formed so that it is as fluid-tight as possible in the longitudinal or extension direction displaced by pressure differences between the two partial stores.
  • thermochemical reactor 5 and the heat buffer 100 each have separate containers 15 and 103, respectively.
  • a first passage 108a for introducing and removing the heat carrier fluid F at the temperature Ti into the first partial accumulator 101a or from the first partial accumulator 101a is present in the housing 104. Furthermore, in the housing 104, a second passage 108 b for introducing and removing the heat transfer fluid F with the temperature T 2 in the second part of memory 1 01 b or from the second part of memory 101 b is present.
  • the housing 104 is formed as a tubular body 105 which extends in a straight line along an axial direction A.
  • the separating element 1 06 is located to form the two volume-variable partial storage 101 a, 101 b along the axial direction A movable on the inner side 1 12 a peripheral wall 1 1 1 of the tubular body 105 at.
  • the first passage 108a is disposed at a first longitudinal end 109a.
  • the second passage 1 08b is disposed at a second longitudinal end 109b opposite the first longitudinal end 109a.
  • the heat buffer 100 can be filled with a temperature-layered liquid column of the heat-transfer fluid F, wherein the temperature level applied to the separating element corresponds approximately to the temperature T 2 and the temperature level applied to the outlet 108b approaches to the temperature T 1. 4, the heat transfer fluid F flowing from the left via the first passage 108a can be displaced to the right toward the second passage 108b by initially hot, but always cooling, whereby the intermediate heat store 100 is provided with a temperature-layered liquid column of the heat exchanger.
  • transmission fluid F is filled, wherein the voltage applied to the separator temperature level approximately equal to the temperature Ti and the temperature applied to the outlet 108b temperature level comes close to the temperature T 2 .
  • the liquid column stratified from the temperature Ti to the temperature T 2 is pushed to the right through the second passage 108b until the separator 106 is at the second passage 108b and the temperature-layered liquid column of the heat transfer fluid F is completely exchanged.
  • this partial storage can be used for sliding cooling of a thermochemical reactor 5.
  • a first sensor element 110a is provided on the first passage of the intermediate heat storage device, by means of which it is possible to determine whether the separating element 106 is in a first end position in which it has a minimum distance to the first passage 108a.
  • a second sensor element 110b is provided on the second passage 108b, by means of which it is possible to determine whether the separating element 106 is in a second end position in which it has a minimum distance to the second passage 108b.
  • a conveying device 8 for driving the heat transfer fluid F is provided in the heat transfer fluid circuit 3.
  • valve system 9 which comprises a first adjustable valve means 10a and a second adjustable valve means 10b.
  • the valve system 9 comprises a first adjustable valve means 10a and a second adjustable valve means 10b.
  • the heat transfer between the two heat reservoirs 2a, 2b, the thermochemical reactor 5 and the heat buffer 100 can be adjusted and thus controlled.
  • a control / regulating device 4 is provided, which cooperates with the valve devices 10a, 10b.
  • the first and second heat reservoirs 2a, 2b and the thermochemical reactor 5 each have a fluid inlet 1 1a, 11b, 11c and a fluid outlet 12a, 12b, 12c for introducing and discharging the heat transfer fluid F.
  • the fluid inlet 11b of the thermochemical reactor 5 can optionally be connected to the fluid outlet 12a, 12c of the first or second heat reservoir 2a, 2b.
  • the fluid outlet 12b of the thermochemical reactor 5 optionally with the fluid inlet 1 1 a, 1 1 c of the first or second heat reservoir 2a, 2b connectable.
  • the heat buffer 100 is connected fluidically parallel to the second valve device 10b, so that the fluid inlet 11a of the first heat reservoir 2a communicates fluidically with the first partial reservoir 101a and the fluid inlet 11c of the second heat reservoir 2b fluidly with the second part of memory communicates.
  • the first valve device 10a and the second valve device 10b are each formed as a 3/2-way switching valve 13a, 13b.
  • thermochemical reactor 5 is switched between a first state with temperature Ti of the first heat reservoir 2a and a second state with temperature T 2 of the second heat reservoir 2b.
  • the two valve devices 10a, 10b of the valve system 9 can be adjusted to an operating state, which is shown schematically in FIG.
  • the first partial memory 101 a a maximum volume and the second partial memory 101 b a minimum volume, ie, the first partial memory 101 a of the heat buffer 100 is filled with heat transfer fluid F, which rises from left to right temperature stratification to near the temperature having.
  • the second partial memory 101 b is empty.
  • the heat transfer fluid circuit 3 forms a first partial circuit 14a, in which the heat transfer fluid F circulates between the thermochemical reactor 5 and the second heat reservoir 2b.
  • the heat transfer gerfluid F heat from the thermochemical reactor 5 in the second heat reservoir 2b, that is, heat of reaction is removed from the thermochemical reactor 5 near the temperature level T 2 .
  • thermochemical reactor 5 is now switched to a state with temperature Ti of the first heat reservoir 2a, for which purpose a temperature change is first carried out in order to substantially heat the thermal masses of the reactor 5.
  • the two valve devices 10a, 10b are initially adjusted by the control / regulation device 4 into an operating state shown in FIG.
  • the two valve devices 10a, 10b are set such that heat transfer fluid F is transported from the first part of memory 101 a of the heat buffer 100 into the first heat reservoir 2a.
  • heat transfer fluid F is transported from the first heat reservoir 2a into the thermochemical reactor 5.
  • heat transfer fluid F is transported from the thermochemical reactor 5 into the second partial storage 101 b.
  • the temperature-layered heat transfer fluid F of the first partial reservoir 101 a of the heat buffer 100 is ejected into the heat reservoir 2a, whereby the thermal reactor is heated in sequence to its temperature level Ti.
  • the second part of memory 101 b of the intermediate heat storage 100 is filled with coming from the thermochemical reactor 5 coming, cool and increasingly warmer heat transfer fluid F.
  • the dividing element 106 is located in the above-described The first end position suggested what can be detected by the control / regulation device 4 by means of the first sensor element 110a.
  • the heat carrier fluid circuit 3 forms a second partial circuit 14b, in which the heat carrier fluid F circulates between the thermochemical reactor 5 and the first heat reservoir 2a. In this way, heat transfer fluid F is transported from the first heat reservoir 2a to the thermochemical reactor.
  • heat transfer fluid F is transported from the first heat reservoir into the thermochemical reactor 5.
  • the second partial memory 101b has a maximum volume and the first partial memory 101a has a minimum volume, i. the second part of memory 101 b of the heat buffer 100 is filled with heat transfer fluid F, which has a rising from left to right temperature stratification close to the temperature Ti
  • the first part of memory 101 b is empty.
  • the operating state shown in FIG. 3 may be referred to as "heat supply mode".
  • the two valve devices 10a, 10b can then be adjusted by the control / regulation device 4 into an operating state shown in Figure 4.
  • the two valve devices 10a, 10b are set such that Heat is transferred from the second part storage 101 b into the second heat reservoir 2b by means of the heat transfer fluid F.
  • the thermochemical Reactor 5 transported in the first part of memory 101 a of the heat buffer 100.
  • the separation element 106 is in the second end position mentioned above, which is detected by the control / regulation device 4 with the aid of the second sensor element 110b can.
  • the first partial reservoir 101 a is completely filled with the heat transfer fluid F (see FIG. 1).
  • the two valve devices 10a, 10b are switched back into the operating state shown in FIG. 1 by the control / regulation device 4 and a complete switching cycle of the thermochemical reactor 5 is completed.
  • FIG. 8 shows a development of the arrangement of Figures 1 to 4, in which the arrangement 1 not only a single thermochemical reactor 5, but three such thermochemical reactors 5a, 5b, 5c.
  • Each thermochemical reactor 5a, 5b, 5c has its own housing 20 and a respective fluid inlet 11b and a fluid outlet 12b.
  • the three thermochemical reactors 5a, 5b, 5c are connected in fluidic parallel relationship.
  • the reactors can be regarded as sorption reactors, which desorb a working fluid at high temperature ⁇ - ⁇ and adsorb at a lower temperature T 2 .
  • the desorption heat required for this purpose is obtained from a high-temperature heat reservoir 2a serving as a heat source and is given a time-delayed release of heat of adsorption to a low-temperature heat reservoir 2b serving as a heat sink.
  • the valve system 9 comprises for each of the three thermochemical reactors 5a, 5b, 5c a first adjustable valve device 10a, by means of which the fluid inlet Let 1 1 b of the respective thermochemical reactor 5a, 5b, 5c optionally with the first or the second heat reservoir 2a, 2b of the temperature T] or T 2 is connectable.
  • the valve system 9 further comprises, for each of the three thermochemical reactors 5, a second valve device 10b by means of which the fluid outlet 12b of the respective thermochemical reactor 5a, 5b, 5c can be selectively connected to the first or the second heat reservoir 2a, 2b.
  • the intermediate heat storage 100 is installed in the arrangement 1 such that the first partial storage 101 a communicates fluidically with the first heat storage 2 a and the second partial storage 101 b communicates fluidically with the second heat storage 2 b.
  • thermochemical reactors 5a, 5b, 5c are cycled in a manner analogous to, for example, FIGS. 1 to 4, but with a time offset from one another.
  • FIG. 8 shows a stationary circuit state of the first and second valve devices 10a, 10b in which the sorption reactor 5a having temperature Ti is desorbed from the first heat reservoir 2a by supplying heat, while the second and third sorption reactors 5b, 5c are removed by heat removal from the first heat reservoir 2a second heat reservoir 2b with temperature T 2 are located in the adsorption process.
  • the first part of memory 101 a of the heat buffer 100 is in this case filled with heat transfer fluid F of the temperature Ti, the second part of memory 101 b, however, is empty.
  • FIG. 9 The subsequent switching position of the first and second valve devices is shown in FIG. 9, in which the second sorption reactor 5b is heated up by switching over the first valve device 10a associated with the second sorption reactor 5b.
  • the fluid inlet 1 1b of the second sorption reactor 5b is the same as the first sorption reactor 5a with the first Heat reservoir 2a connected.
  • the third sorption reactor 5c remains connected on the inlet side to the second heat reservoir 2b.
  • the second sorption reactor 5b is heated and the cool heat carrier fluid F stratified up to the temperature T 2 is pushed into the second partial reservoir 101 b of the heat buffer 100.
  • the stored in the first part of memory 101 a of the heat buffer 100 to the temperature Ti stratified heat transfer fluid is pushed into the first heat reservoir 2a.
  • This transient temperature change process in the intermediate heat storage 100 is terminated as soon as the up to the temperature T, stratified heat transfer fluid F in the heat buffer 100 is completely replaced by cooler up to temperature T 2 layered heat transfer fluid F in the heat buffer 100. Then the second part of memory 1 01 b is completely filled and the first part of memory 01 a empty.
  • This scenario shows the illustration of FIG. 10.
  • the sorption reactors 5a and 5b are in the desorption mode and the reactor 5c is in the adsorption mode.
  • the next switching position of the first and second valve devices 10a, 10b according to FIG. 1 serves to cool the first sorption reactor 5a.
  • the first sorption reactor 5a is fluidically connected to the second heat reservoir 2b.
  • the first sorption reactor 5a is cooled while the included initially hot heat transfer fluid F of the temperature ⁇ in the first part of memory 101 a of the heat buffer 100 is pushed.
  • heat transfer fluid F is pushed out of the second part of memory 101 b of the heat buffer 100.
  • This partial process also ends by switching over the second valve device 10b assigned to the first thermochemical store 5a as soon as the first partial store has been completely filled with the same until the first partial storage device. Temperature T1 layered heat transfer fluid F filled and the second part of memory 101 b is completely emptied.
  • This state corresponds to the state according to FIG. 8 with the difference that now the second sorption reactor 5b is in the sole stationary desorption mode.
  • the partial cycles explained above have thus caused the entire cycle to be switched by one sorption reactor.
  • 3 * 4 12 partial cycles are needed until the initial state according to FIG. 8 is reached again.
  • the time-shifted switching of the first and second valve devices 10a, 10b takes place such that at the same time at least one of the sorption reactors 5a, 5b, 5c and at most two of the existing reactors 5a, 5b, 5c have the temperature level Ti of the first heat reservoir 2a.
  • thermochemical reactors can be selected - with the help of the heat buffer 100, the sensible heat of thermochemical to be cycled in a thermo Reactor contained heat transfer fluid F to high proportions back.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung (1), - mit einem ersten zweiten Wärmereservoir (2a, 2b), mit einem thermisch und fluidisch mit den Wärmereservoirs (2a, 2b) verbundenen thermochemischen Reaktor (5), mit einem Wärmeträgerfluidkreislauf (3), in welchem ein Wärmeträgerfluid (F) zum Transport von Wärme zwischen den beiden Wärmereservoirs (2a, 2b) und dem thermochemischen Reaktor (5) angeordnet ist, mit einem im Wärmeträgerfluidkreislauf (3) angeordneten Wärmezwischenspeicher (100) zum Zwischenspeichern des Wärmeträgerfluids (F), wobei der Wärmezwischenspeicher zur Aufnahme des Wärmeträgerfluids (F) mit zwei unterschiedlichen Temperaturniveaus (T1, T2) ausgebildet ist und hierzu einen ersten Teilspeicher (101a) mit variablem Speichervolumen (102a) und thermisch und fluidisch getrennt zu diesem einen zweiten Teilspeicher (101b) mit variablem Speichervolumen (102b) aufweist, mit einem im Wärmeträgerfluidkreislauf (3) vorhandenen Ventilsystem (9), welches wenigstens eine verstellbare Ventileinrichtung (10a, 10b) umfasst, mittels welchem der Wärmetransport zwischen den beiden Wärmereservoirs (2a, 2b), dem thermochemischen Reaktor (5) und dem Wärmezwischenspeicher (100) durch das Wärmeübertragungsfluid (F) steuerbar ist.

Description

Anordnung, insbesondere Kältemaschine oder Wärmepumpe
Die Erfindung betrifft eine Anordnung, insbesondere eine Kältemaschine oder Wärmepumpe, sowie ein Verfahren zum Betreiben dieser Anordnung.
Thermisch angetriebene Sorptions-Kälteanlagen besitzen ein hohes Energieeinsparungspotenzial, da als Antriebsenergie kostengünstige Ab- oder Überschusswärme genutzt wird und auf diese Weise teure mechanische Antriebsenergie eingespart werden kann. Bei stationären Anwendungen können die elektrischen Netze besonders in warmen Zeit- und Klimazonen mit hohem Kältebedarf entlastet werden. In der kalten Jahreszeit lassen sich die Anlagen auch als Wärmepumpen nutzen, die mittels Brennerwärme zusätzliche Umweltwärme auf ein für Heizzwecke ausreichendes Temperaturniveau heben.
Vor diesem Hintergrund sind aus dem Stand der Technik Vorrichtungen bekannt, bei denen poröse Feststoffe zum Einsatz kommen, mit einem Arbeitsmittel unter Umsetzung von Wärme reagieren und die keine bewegten und damit störanfälligen Verschleißteile im Arbeitsmittelbereich besitzen.
Mit Hilfe solcher thermochemische Reaktoren realisierte Adsorptionswärmepumpen oder Adsorptionskälteanlagen besitzen gegenüber kontinuierlich arbeitenden Absorptionssystemen jedoch den Nachteil, dass die periodischen Temperaturwechsel mit zyklierten thermischen Massen zu Effizienzeinbußen führen, die die erzielte Leistungsdichte bzw. Leistungseffizienz mindern.
In diesem Zusammenhang offenbart die DE 10 2006 043 715 A1 eine Adsorptionswärmepumpe, bei welcher ein Schichtwärmespeicher zum Einsatz kommt. Dies erlaubt eine zeitlich versetzte Abspeicherung und Wiederverwendung von
BESTÄTIGUNGSKOPIE sensibler und latenter Wärme beim Adsorptionszyklus. Solche Schichtwärmespeicher sind aufgrund ihres großen Volumens jedoch nicht überall einsetzbar.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei der Entwicklung von Sorptionswärmepumpen bzw. Sorptionskälteanlagen, insbesondere mit verbesserter Effizienz, neue Wege aufzuzeigen.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Grundgedanke der Erfindung ist demnach, eine auf zyklisch zu betreibenden thermochemischen Reaktoren basierende Anordnung einer Adsorptionswärmepumpe oder einer Adsorptionskältemaschinemit einem Wärmezwischenspeicher auszustatten, welcher zwei Teilspeicher zur Aufnahme eines Wärmeträgerfluids mit zwei verschiedenen Temperaturniveaus aufweist. Dieser Wärmezwischenspeicher dient dazu, beim thermischen Zykiieren des thermochemischen Reaktors und beim damit verbundenen Umschalten des thermochemischen Reaktors zwischen zwei verschiedenen Temperaturniveaus in dem Wärmeträgerfluid enthaltene Wärme zwischen zu speichern. Unter dem Begriff„thermochemischer Reaktor" wird verallgemeinernd ein Behälter mit mindestens einem Arbeitsmittel und einer integrierten Wärmeübertragungsstruktur verstanden, mit der mindestens abhängig von einer Temperaturrandbedingung unter Wärmeab- bzw. -zufuhr eine exotherme oder endotherme Reaktion oder Phasenumwandlung zum Ablauf gebracht werden kann. Es kann sich also um einen Sorptionsreaktor oder um einen Phasenwechsler, insbesondere um einen Kondensator und/oder Verdampfer handeln. Derartige speziellere Ausführungsformen, Komponenten bzw. Subkom- ponenten sind auch unter den Begriffen„Sorber",„Sorptionsreaktor",„Thermochemischer Speicher" bzw.„Phasenwechsler" bekannt. Der vorliegend verwendete, erfindungswesentliche Wärmezwischenspeicher erlaubt die Zwischenspeicherung des Wärmeträgerfluids mit dem Temperaturniveau einer Wärmequelle der Anordnung im ersten Teilspeicher und die simultane Zwischenspeicherung des Wärmeträgerfluids mit dem Temperaturniveau einer Wärmesenke der Anordnung im zweiten Teilspeicher des Wärmezwischenspeichers.
Mit einer Volumenzunahme des ersten Teilspeichers geht beim erfindungswesentlichen Wärmezwischenspeicher eine Volumenabnahme des zweiten Teilspeichers einher und umgekehrt. Da die beiden volumen-variablen Teilspeicher das gleiche Gesamtvolumen aufweisen, erleichtert ein Einbringen des Wärmeträgerfluids mit dem Temperaturniveau der Wärmequelle in den ersten Teilraum ein Abführen des Wärmeträgerfluids mit dem zweiten Temperaturniveau aus dem zweiten Teilspeicher und umgekehrt. Auf diese Weise können unerwünschte Energieverluste des thermochemischen Reaktors beim thermischen Zyklieren, also beim Umschalten zwischen den beiden Temperaturniveaus von Wärmequelle und Wärmesenke, minimiert werden. Im Ergebnis führt dies zu einer verbesserten Effizienz der erfindungsgemäßen Anordnung gegenüber herkömmlichen Anordnungen.
Eine erfindungsgemäße Anordnung, insbesondere eine Kältemaschine oder eine Wärmepumpe, umfasst ein erstes Wärmereservoir, welches als Wärmequelle wirkt, sowie ein zweites Wärmereservoir, welches als Wärmesenke wirkt. Die Anordnung umfasst weiterhin wenigstens einen thermisch und fluidisch mit den Wärmereservoirs verbindbaren oder verbundenen thermochemischen Reaktor. Bevorzugt ist der thermochemische Reaktor eine Adsorptionskältemaschine oder eine Adsorptionswärmepumpe oder ist wesentliche funktionale Komponente davon. Weiterhin umfasst die Anordnung einen Wärmeträgerfluidkreislauf, in welchem ein Wärmeträgerfluid zum Transport von Wärme zwischen den beiden Wärmereservoirs und dem thermochemischen Reaktor angeordnet ist. In dem Wärmeträgerfluidkreislauf ist ein Wärmezwischenspeicher zum Zwischenspeichern des Wärmeträgerfluids vorgesehen. Erfindungsgemäß weist der Wärmezwischenspeicher einen ersten Teilspeicher mit variablem Speichervolumen auf. Weiterhin weist der Wärmezwischenspeicher thermisch und fluidisch getrennt zum ersten Teilspeicher einen zweiten Teilspeicher mit variablem Speichervolumen auf.
Wenigstens eine, vorzugsweise zwei, im Wärmeträgerfluidkreislauf vorhandene Fördereinrichtung der erfindungsgemäßen Anordnung dient zum Antreiben des Wärmeträgerfluids im Wärmeträgerfluidkreislauf. Weiterhin umfasst die Anordnung ein im Wärmeträgerfluidkreislauf vorhandenes Ventilsystem, welches wenigstens eine verstellbare Ventileinrichtung umfasst. Mittels dieser wenigstens einen verstellbaren Ventileinrichtung ist der Wärmetransport zwischen den beiden Wärmereservoirs, dem thermochemischen Reaktor und dem Wärmezwischenspeicher durch das Wärmeübertragungsfluid steuerbar. Zur Steuerung besagten Ventilsystems umfasst die erfindungsgemäße Anordnung schließlich eine Steue- rungs-/Regelungseinrichtung.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind wenigstens zwei thermochemische Reaktoren vorgesehen, die jeweils ein separates Behältnis mit einer Wärmeübertragungsstruktur mit einem Fluideinlass und einem Fluidauslass aufweisen. Die wenigstens zwei thermochemischen Reaktoren sind dabei in einer fluidischen Parallelschaltung zueinander angeordnet, d.h. die Fluideinlässe und die Fluidaus- lässe der wenigstens zwei thermochemischen Reaktoren sind mittels des Ventilsystems fluidisch miteinander verbindbar oder verbunden. Die Bereitstellung zweier oder einer größeren Anzahl an separaten thermochemischen Reaktoren erlaubt ein zeitversetztes Umschalten der vorhandenen thermochemischen Reak- toren von einem Zustand mit hoher Temperatur ΤΊ in einen Zustand mit relativ zur Temperatur Ύ^ geringeren Temperatur T2. Das zeitversetzte Umschalten der einzelnen thermochemischen Reaktoren führt in Verbindung mit dem Wärmezwischenspeicher zu einem besonders geringen Energieverlust beim Temperaturwechsel.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst das Ventilsystem für jeden vorhandenen thermochemischen Reaktor eine erste verstellbare Ventileinrichtung, mittels welcher der Fluideinlass des jeweiligen thermochemischen Speichers wahlweise mit dem ersten oder dem zweiten Wärmereservoir verbindbar ist. Bei dieser Variante umfasst das Ventilsystem für jeden vorhandenen thermochemischen Reaktor eine zweite verstellbare Ventileinrichtung, mittels welcher der Fluidauslass des jeweiligen thermochemischen Reaktoren wahlweise mit dem ersten oder dem zweiten Wärmereservoir verbindbar ist. Diese Maßnahme erlaubt eine vorteilhafte Steuerung des zeitversetzten Umschaltprozesses zwischen den auf unterschiedlichen Temperaturniveaus ablaufenden exothermen oder endothermen Teilprozessen.
Besonders bevorzugt ist die Steuerungs-/Regelungseinrichtung zum zeitversetzen Verstellen der einzelnen ersten Ventileinrichtungen und zum zeitversetzen Verstellen der einzelnen zweiten Ventileinrichtungen eingerichtet/ programmiert. Dies bedeutet, dass die Steuerungs-/Regelungseinrichtung die ersten und zweiten Ventileinrichtungen über geeignete Steuerleitungen einzeln, also unabhängig voneinander zu verstellen vermag. Die Steuerungs-/Regelungseinrichtung kann eine Steuerungseinheit sowie eine Speichereinheit umfassen. In Letzterer kann ein Computerprogrammcode abgelegt sein, welcher von der Steuerungseinheit zur Durchführung des zeitversetzten Umschaltvorgangs der einzelnen ersten und zweiten Ventileinrichtungen abgearbeitet wird. In besagtem Computerprogramm- code ist dabei der Algorithmus zum zeitversetzten Umschalten der ersten und zweiten Ventileinrichtungen codiert.
Zweckmäßig ist der Wärmezwischenspeicher fluidisch parallel zu den zweiten Ventileinrichtungen geschaltet, so dass der Fluideinlass des ersten Wärmereservoirs fluidisch mit dem ersten Teilspeicher kommuniziert und der Fluideinlass des zweiten Wärmereservoirs fluidisch mit dem zweiten Teilspeicher kommuniziert.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung umfassen die erste Ventileinrichtung und die zweite Ventileinrichtung jeweils ein 3/2-Wege-Umschaltventil. Dies erlaubt eine einfache Realisierung einer wahlweisen fluidischen Verbindung des wenigstens einen thermochemischen Reaktors entweder mit dem ersten Wärmereservoir mit Temperaturniveau Ti oder dem zweiten Wärmereservoir mit Temperaturniveau T2.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist im Wärmefluidkreislauf ein Ausgleichbehältnis zur Aufnahme des Wärmeträgerfluids angeordnet.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Wärmezwischenspeicher zur simultanen Aufnahme und Abgabe einer ersten und einer zweiten Fluidmasse des Wärmeträgerfluids ausgebildet, wobei die beiden Fluidmassen zwischen den beiden Temperaturgrenzen Ti und T2 unterschiedliche Temperaturschichtungen aufweisen können. Dies erlaubt es, im Wärmezwischenspeicher gleichzeitig Fluidmasse zur Durchführung eines energieeffizienten Temperaturwechsels zwischen den Temperaturniveaus der Wärmesenke und der Wärmequelle zwischen zu speichern.
Besonders bevorzugt ist der erste Teilspeicher des Wärmezwischenspeichers fluidisch mit dem ersten Wärmereservoir verbunden und der zweite Teilspeicher des Wärmezwischenspeichers fluidisch mit dem zweiten Wärmereservoir verbunden. Diese Maßnahme erlaubt eine einfache Zuführung von Wärmeträgerfluid nahe der Temperatur Ti aus einem abzukühlenden thermochemischen Reaktor in den Wärmezwischenspeicher. Ebenso erlaubt diese Maßnahme eine einfache Zuführung von Wärmeträgerfluid nahe der Temperatur T2 aus einem aufzuheizenden thermochemischen Reaktor in den Wärmezwischenspeicher.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Wärmezwischenspeicher als Behältnis realisiert. Bei dieser Variante umfasst das Behältnis ein Gehäuse, in dessen Innenraum beweglich ein Trennelement angeordnet ist, welches den Innenraum in einen volumen-variablen ersten Teilspeicher und einen thermisch vom ersten Teilspeicher isolierten, ebenfalls volumen-variablen zweiten Teilspeicher unterteilt. Im Gehäuse ist ein erster Durchlass zum Ein- und Ausleiten des Wärmeträgerfluids in den bzw. aus dem ersten Teilspeicher vorgesehen. Weiterhin ist im Gehäuse ein zweiter Durchlass zum Ein- und Ausleiten des Wärmeträgerfluids in den bzw. aus dem zweiten Teilspeicher vorgesehen.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist das Gehäuse länglich ausgebildet. Dabei ist der erste Durchlass an einem ersten Längsende und der zweite Durchlass an einem dem ersten Längsende gegenüberliegenden, zweiten Längsende angeordnet. Das mit einer länglichen Ausbildung des Gehäuses einhergehende, große Längen-/Querschnittsverhältnis dient dem Zweck, dass eine Temperaturschichtung der ein- bzw. ausströmenden Fluidmasse weitgehend erhalten bleibt und sich während der erforderlichen Speicherzeit nicht nennenswert vermischt.
Zweckmäßig kann das Gehäuse als Rohrkörper ausgebildet sein, der sich entlang einer axialen Richtung im Wesentlichen geradlinig erstreckt. Bei dieser Variante liegt das Trennelement zur Ausbildung der beiden volumen-variablen Teilspeicher entlang der axialen Richtung bewegbar an der Innenseite einer Umfangswand des Rohrkörpers an. Eine derartige Konstruktion ist technisch einfach herzustellen und somit mit geringen Herstellungskosten verbunden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist am ersten Durchlass ein erstes Sensorelement vorgesehen, mittels welchem bestimmbar ist, ob sich das Trennelement in einer ersten Endposition befindet, in welcher das Trennelement einen zum ersten Durchlass minimalen Abstand besitzt. Alternativ oder zusätzlich kann bei dieser Variante am zweiten Durchlass ein zweites Sensorelement vorgesehen sein, mittels welchem bestimmbar ist, ob sich das Trennelement in einer zweiten Endposition befindet, in welcher das Trennelement einen zum zweiten Durchlass minimalen Abstand besitzt. Auf diese Weise kann bei der thermischen Zyklierung des thermochemischen Reaktors festgestellt werden, wann das Wärmeträgerfluid vollständig aus einem der beiden Teilspeicher entnommen wurde; denn in diesem Fall befindet sich das Trennelement in minimalem Abstand zum ersten oder zweiten Durchlass.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Anordnung ist von der Steuerungs- /Regelungseinrichtung in der wenigstens einen verstellbaren Ventileinrichtung des Ventilsystems ein Betriebszustand einstellbar, in welchem der Wärmeträger- fluidkreislauf einen ersten Teilkreislauf ausbildet. In dem ersten Teilkreislauf zirkuliert das Wärmeträgerfluid zwischen dem thermochemischen Reaktor und dem zweiten Wärmereservoir, und zwar derart, dass Wärme vom thermochemischen Reaktor in das zweite Wärmereservoir, also in die Wärmesenke, übertragen wird. Auf diese Weise kann vom thermochemischen Reaktor auf besonders effektive Weise Wärme abgeführt werden.
Bevorzugt weist in diesem Betriebszustand der erste Teilspeicher ein maximales Volumen und der zweite Teilspeicher ein minimales Volumen auf. Dies bedeutet, dass der erste Teilspeicher mit dem Wärmeträgerfluid gefüllt ist, welches eine Temperaturschichtung in der Nähe des Temperaturniveaus der Wärmequelle besitzt.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Anordnung ist von der Steu- erungs-/Regelungseinrichtung in der wenigstens einen verstellbaren Ventileinrichtung des Ventilsystems ein Betriebszustand einstellbar, in welchem der Wärme- trägerfluidkreislauf einen zweiten Teilkreislauf ausbildet. In diesem zweiten Teilkreislauf zirkuliert das Wärmeträgerfluid zwischen dem thermochemischen Reaktor und dem ersten Wärmereservoir, so dass Wärme vom ersten Wärmereservoir, also von der Wärmequelle, in den thermochemischen Reaktor übertragen wird.
Bevorzugt weist in diesem Betriebszustand der zweite Teilspeicher ein maximales Volumen auf und der zweite Teilspeicher ein minimales Volumen auf. Dies bedeutet, dass der zweite Teilspeicher mit dem Wärmeträgerfluid gefüllt ist, welches eine Temperaturschichtung in der Nähe des Temperaturniveaus der Wärmesenke besitzt.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Anordnung ist von der Steu- erungs-/Regelungseinrichtung in der wenigstens einen verstellbaren Ventileinrichtung des Ventilsystems ein Betriebszustand einstellbar, bei welchem Wärmeträgerfluid vom ersten Teilspeicher des Wärmezwischenspeichers in das erste Wärmereservoir transportiert wird. Gleichzeitig wird Wärmeträgerfluid vom ersten Wärmereservoir in den thermochemischen Reaktor transportiert und Wärmeträgerfluid vom thermochemischen Reaktor in den zweiten Teilspeicher transportiert. Auf diese Weise kann dem thermoelektrischen Reaktor besonders effektiv Wärme zugeführt und dabei die sensible Wärme niedriger Temperatur für einen späteren Abkühlprozess gespeichert werden. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Anordnung ist von der Steu- erungs-/Regelungseinrichtung in der wenigstens einen verstellbaren Ventileinrichtung des Ventilsystems ein Betriebszustand einstellbar, bei welchem mittels des Wärmeträgerfluids Wärme vom zweiten Teilspeicher in das zweite Wärmereservoir transportiert wird. Gleichzeitig wird mittels des Wärmeträgerfluids Wärme vom zweiten Wärmereservoir in den thermochemischen Reaktor und vom thermochemischen Reaktor in den ersten Teilspeicher transportiert. Auf diese Weise kann aus dem thermoelektrischen Reaktor besonders effektiv Wärme abgeführt und dabei die sensible Wärme höherer Temperatur für einen späteren Auf- heizprozess gespeichert werden.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung weisen das erste und das zweite Wärmereservoir sowie der thermochemische Reaktor zum Einleiten und Ausleiten des Wärmeträgerfluids jeweils einen Fluideinlass bzw. einen Fluidauslass auf. Bei dieser Variante umfasst der Wärmeträgerfluidkreislauf eine erste verstellbare Ventileinrichtung, mittels welcher der Fluideinlass des thermochemischen Reaktors wahlweise mit dem Fluidauslass des ersten oder zweiten Wärmereservoirs verbindbar ist. Ebenso umfasst der Wärmeträgerfluidkreislauf eine zweite verstellbare Ventileinrichtung, mittels welcher der Fluidauslass des thermochemischen Reaktors wahlweise mit dem Fluideinlass des ersten oder zweiten Wärmereservoirs verbindbar ist.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer, vorzugsweise vorangehend vorgestellten, Anordnung mit einem Wärmeträgerfluidkreislauf, in welchem wenigstens ein thermochemischer Reaktor, zwei Wärmereservoirs unterschiedlicher Temperatur und ein Wärmezwischenspeicher angeordnet und mittels eines Wärmeträgerfluidkreislaufs fluidisch miteinander verbunden sind. Der für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens herangezogene Wärmezwischenspeicher weist zwei thermisch und fluidisch getrennte Teilspeicher auf, in welchen eine im Wärmeträgerfluidkreislauf zirkulierendes Wärmeträgerfiuid thermisch und fluidisch getrennt voneinander aufnehmbar und abgebbar sind. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zur Zuführung von Wärme aus dem ersten Wärmereservoir in den thermochemischen Reaktor mittels des Wärmeträgerfluids in dem ersten Teilspeicher des Wärmezwischenspeichers zwischengespeichertes Wärmeträgerfiuid entnommen und dem ersten Wärmereservoir zugeführt. Gleichzeitig wird Wärmeträgerfiuid aus dem thermochemischen Reaktor abgeführt und in den zweiten Teilspeicher des Wärmezwischenspeichers eingebracht.
Zur Durchführung eines Temperaturwechsels des thermochemischen Reaktors von einem hohen auf ein niedrigeres Temperaturniveau wird in dem zweiten Teilspeicher des Wärmezwischenspeichers zwischengespeichertes zunehmend kühleres Wärmeträgerfiuid entnommen und der Wärmesenke zugeführt. Gleichzeitig wird anfangs warmes, aber zunehmend kühleres Wärmeträgerfiuid aus dem thermochemischen Reaktor abgeführt und in den ersten Teilspeicher des Wärmezwischenspeichers eingebracht. Zur Durchführung eines Temperaturwechsels des thermochemischen Reaktors von einem niedrigen auf ein höheres Temperaturniveau wird in dem ersten Teilspeicher des Wärmezwischenspeichers zwischengespeichertes zunehmend wärmeres Wärmeträgerfiuid entnommen und der Wärmequelle zugeführt. Gleichzeitig wird anfangs kühles aber zunehmend wärmeres Wärmeträgerfiuid aus dem thermochemischen Reaktor abgeführt und in den zweiten Teilspeicher des Wärmezwischenspeichers thermisch geschichtet eingebracht.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens sind wenigstens zwei thermochemische Reaktoren vorhanden, die jeweils ein separates Gehäuse sowie einen Fluideinlass und einen Fluidauslass aufweisen. Bei dieser Variante sind die wenigstens zwei thermochemischen Reaktoren fluidisch parallel zueinander geschaltet. Dabei umfasst das Ventilsystem für jeden vorhandenen thermochemischen Reaktor eine erste verstellbare Ventileinrichtung, mittels welcher der Fluideinlass des jeweiligen thermochemischen Reaktors wahlweise mit dem ersten o- der dem zweiten Wärmereservoir verbindbar ist. Das Ventilsystem umfasst für jeden vorhandenen thermochemischen Reaktor eine zweite verstellbare Ventileinrichtung, mittels welcher der Fluidauslass des jeweiligen thermochemischen Reaktors wahlweise mit dem ersten oder dem zweiten Wärmereservoir verbindbar ist. Das Umschalten der vorhandenen ersten Ventileinrichtungen zum Verbinden der thermochemischen Reaktoren mit dem ersten oder zweiten Wärmereservoir erfolgt zeitversetzt. Auch das Umschalten der vorhandenen zweiten Ventileinrichtungen zum Verbinden der thermochemischen Reaktoren mit dem ersten oder zweiten Wärmereservoir erfolgt zeitversetzt. Das zeitversetzte Umschalten der einzelnen thermochemischen Reaktoren ermöglicht in Verbindung mit dem Wärmezwischenspeicher eine zeitversetzte Regeneration sensibler Wärme und führt damit zu einem besonders geringen Energieverlust beim Temperaturwechsel.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch:
Fig. 1 bis 4 eine erfindungsgemäße Anordnung in verschiedenen Betriebszu- ständen,
Fig. 5 den Aufbau des erfindungswesentlichen Wärmezwischenspeicher der Anordnung der Figuren 1 bis 4 in einer Detaildarstellung,
Fig. 6 eine erste Variante des Wärmezwischenspeichers der Figur 5,
Fig. 7 eine zweite Variante des Wärmezwischenspeichers der Figur 5,
Fig. 8-1 eine Variante der Anordnung der Figuren 1 bis 4 mit mehreren thermochemischen Reaktoren, die zeitversetzt zueinander umschaltbar sind.
Figur 1 zeigt ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung 1 , insbesondere einer Kältemaschine oder einer Wärmepumpe. Die Anordnung 1 umfasst ein erstes Wärmereservoir 2a mit einer ersten Temperatur ^ und ein zweites Wärmereservoir 2b mit einer zweiten Temperatur T2. Weiterhin umfasst die Anordnung 1 einen thermochemischen Reaktor 5, der thermisch und fluidisch mit den beiden Wärmereservoirs 2a, 2b verbindbar oder verbunden ist. Hierzu umfasst die Anordnung 1 einen Wärmeträgerfluidkreislauf 3, in welchem ein Wärmeträgerfluid F zum Transport von Wärme zwischen den beiden Wärmereservoirs 2a, 2b und dem thermochemischen Reaktor 5 angeordnet ist. Unter„thermochemischer Reaktor" wird vorliegend eine Vorrichtung verstanden, in welcher Umwandlungsprozesse durch Zu- und Abfuhr von Wärme - dem Fachmann als Reaktionswärme, Sorptionswärmen oder Phasenwechselwärme bekannt - bei unterschiedlichen Temperaturen Ti, T2 zum Ablauf gebracht werden. Der thermochemische Reaktor 5 kann ein in den Figuren nur schematisch dargestelltes Behältnis 15, in welchem thermochemische Reaktionen ablaufen, mit einer Wärmeübertragungsstruktur zur Zu- und Abfuhr der Reaktionswärmen umfassen. Die erste Temperatur Ti weist einen größeren Wert auf als die zweite Temperatur T2, d.h. das erste Wärmereservoir 2a wirkt als Wärmequelle, von welchem mittels des Wärmeträgerfluids F Wärme an den thermochemischen Reaktor 5 übertragen werden kann. Das zweite Wärmereservoir 2b wirkt hingegen als Wärmesenke, an welche mittels des Wärmeträgerfluids F Wärme vom thermochemischen Reaktor 5 übertragen werden kann.
Weiterhin ist im Wärmeträgerfluidkreislauf 3 ein Wärmezwischenspeicher 100 zum Zwischenspeichern des Wärmeträgerfluids F vorhanden. Der Wärmezwischenspeicher 100 ermöglicht einen Temperaturwechsel des thermochemischen Reaktors 5 von der Temperatur Ti auf die Temperatur T2 und umgekehrt mit sehr geringen Energieverlusten.
Der Aufbau des Wärmezwischenspeichers 100 ist in Figur 5 in einer schematischen Detaildarstellung gezeigt. Gemäß Figur 4 weist der Wärmezwischenspeicher 100 einen ersten Teilspeicher 101a mit variablem Speichervolumen 102a und thermisch und fluidisch getrennt zu diesem einen zweiten Teilspeicher 101 b mit variablem Speichervolumen 102b auf. Der volumen-variable erste Teilspeicher 101 a des Wärmezwischenspeichers 100 ist komplementär zum volumenvariablen zweiten Teilspeicher 101 b ausgebildet, so dass von den beiden Teilspeichern 101a, 101 b gebildete Gesamtvolumen stets konstant ist. Der Wärmezwischenspeicher 100 kann auch als sensibler Kurzzeit- Wärmespeicher, Regenerator oder Temperaturwechsler bezeichnet werden und stellt eine erfindungswesentliche Komponente der Anordnung 1 dar, welche einen Temperaturwechsel im thermochemischen Reaktor 5 mit geringen Energieverlusten überhaupt erst möglich macht.
Der Wärmezwischenspeicher 100 ist zur simultanen Aufnahme und Abgabe einer ersten und einer zweiten Fluidmasse des Wärmeträgerfluids F mit unterschiedlich geschichteten Temperaturprofilen ausgebildet. Der Wärmezwischenspeicher 100 ist ferner zur simultanen Aufnahme und Abgabe der ersten und zweiten Fluidmasse des Wärmeträgerfluids F ausgebildet ist, wobei die beiden Fluidmassen unterschiedliche Temperaturschichtungen aufweisen, die qualitativ mit unterschiedlichen Grau-Abstufungen gekennzeichnet sind. Je dunkler die Graustufe, desto höher ist das lokal vorliegende Temperaturniveau.
Die Figur 6 zeigt eine Weiterbildung des Behältnisses 103 der Figur 5. Beim Behältnis 103 der Figur 2 ist im Innenraum 107 des Gehäuses 104 eine wendelartige Struktur 113 angeordnet. Diese wendelartige Struktur 113 verleiht dem Innenraum 107 die Geometrie eines Fluidkanals 1 14 mit wendelartiger Geometrie. Der Fluidkanal 1 14 wird dabei von der wendelartigen Struktur 1 13 und vom Gehäuse 104, insbesondere von dessen Umfangswand 1 1 1 begrenzt. Die wendelartige Struktur 103 kann als in dem Innenraum angeordneter Einsatz 115 ausgebildet sein. Die wendelartige Struktur 1 13 kann wenigstens zehn Windungen 1 16, bevorzugt sogar wenigstens 20 Windungen umfassen. Das Trennelement 106 ist entlang des wendelartigen Fluidkanals 114 verstellbar ausgebildet. Das heißt, die geometrische Formgebung des Trennelements 106 ist derart gewählt, dass es im Innenraum 107 entlang des Fluidkanals 114, der durch die Umfangswand 1 1 1 und die wendelartige Struktur 1 13 begrenzt ist, verstellbar ist.
Die Figur 7 zeigt eine weitere Variante des Beispiels der Figur 5, bei welcher das Behältnis 103 als schlauchartig ausgebildeter Körper 1 17 realisiert ist, der sich entlang einer Erstreckungsnchtung E zumindest abschnittsweise nicht-geradlinig erstreckt. Bei dieser Variante liegt das Trennelement 106 zur Ausbildung der beiden volumen-variablen Teilspeicher 101a, 101 b entlang der Erstreckungsnchtung E bewegbar an der Innenseite 1 12 der Umfangswand 11 des schlauchartigen Körpers 1 17 an. Diese Variante erlaubt eine räumlich besonders kompakte Anordnung des Behältnisses 103. Bevorzugt beträgt eine entlang der Erstreckungsnchtung E gemessene Länge des Gehäuses 104 bzw. des schlauchartigen Körpers 117 wenigstens das Zehnfache, vorzugsweise wenigstens das Zwanzigfache einer quer zur Erstreckungsnchtung E gemessenen Querrichtung Q.
Wie Figur 1 anschaulich belegt, ist der erste Teilspeicher 101 a des Wärmezwischenspeichers 100 fluidisch mit dem ersten Wärmereservoir 2a verbunden. Der zweite Teilspeicher 101 b des Wärmezwischenspeichers 100 ist hingegen fluidisch mit dem zweiten Wärmereservoir 2b verbunden.
Das Funktionsprinzip des Wärmezwischenspeichers 100 basiert auf einem thermisch isolierten Fluidbehälter mit endseitigen Öffnungen und großem Längen- /Querschnittsverhältnis innerhalb dessen ein isolierender verschiebbarer Trennkörper angeordnet ist, wie dies in Figur 5 schematisch dargestellt ist.
Im Beispielszenario der Figur 5 ist der Wärmezwischenspeicher 100 als Behältnis 103 realisiert. Dieses Behältnis 103 umfasst ein Gehäuse 104. Das Gehäuse 104 begrenzt einen Innenraum 107, in welchem beweglich ein Trennelement 106 angeordnet ist, welches die beiden Teilspeicher 101a, 101 b thermisch und fluidisch voneinander isoliert. Das Trennelement 106 unterteilt den Innenraum 107 in einen volumen-variablen ersten Teilspeicher 101 a und einen thermisch und fluidisch vom ersten Teilspeicher 101 a isolierten, ebenfalls volumen-variablen zweiten Teilspeicher 101 b. Vorteilhafterweise ist das Trennelement 1 06 des Wärmezwischenspeichers 100 so ausgebildet, dass es durch Druckdifferenzen zwischen den beiden Teilspeichern möglichst fluiddicht leicht in Längs- bzw. Erstreckungs- richtung verschiebbar ist.
Wie die Figuren erkennen lassen, besitzen der thermochemische Reaktor 5 und der Wärmzwischenspeicher 100 jeweils separate Behältnisse 15 bzw. 103.
Wie Figur 5 erkennen lässt, ist im Gehäuse 104 ein erster Durchlass 108a zum Ein- und Ausleiten des Wärmeträgerfluids F mit der Temperatur Ti in den ersten Teilspeicher 101 a bzw. aus dem ersten Teilspeicher 101 a vorhanden. Weiterhin ist im Gehäuse 104 ein zweiter Durchlass 108b zum Ein- und Ausleiten des Wärmeträgerfluids F mit der Temperatur T2 in den zweiten Teilspeicher 1 01 b bzw. aus dem zweiten Teilspeicher 101 b vorhanden.
Das Gehäuse 104 ist als Rohrkörper 105 ausgebildet, der sich entlang einer axialen Richtung A geradlinig erstreckt. Das Trennelement 1 06 liegt zur Ausbildung der beiden volumen-variablen Teilspeicher 101 a, 101 b entlang der axialen Richtung A bewegbar an der Innenseite 1 12 einer Umfangswand 1 1 1 des Rohrkörpers 105 an. Der erste Durchlass 108a ist an einem ersten Längsende 109a angeordnet. Der zweite Durchlass 1 08b ist an einem dem ersten Längsende 109a gegenüberliegenden, zweiten Längsende 109b angeordnet.
Wie Figur 3 illustriert, kann bei ganz links, also am ersten Durchlass 108a angeordnetem Trennelement 106 der Wärmezwischenspeicher 100 mit einer temperaturgeschichteten Flüssigkeitssäule des Wärmeübertragungsfluid F gefüllt sein, wobei das am Trennelement anliegende Temperaturniveau etwa der Temperatur T2 entspricht und am Auslass 108b anliegende Temperaturniveau nahe an das Temperatur T, heranreicht. Entsprechend Figur 4 kann durch zunächst heißes, aber immer kühler werdendes, von links über den ersten Durchlass 108a einströmendes Wärmeübertragungsfluid F das Trennelement 106 nach rechts, zum zweiten Durchlass 108b hin verschoben werden, wodurch der Wärmezwischen- speicher 100 mit einer temperaturgeschichteten Flüssigkeitssäule des Wärme- übertragungsfluids F gefüllt wird, wobei das am Trennelement anliegende Temperaturniveau etwa der Temperatur T-i entspricht und das am Auslass 108b anliegende Temperaturniveau nahe an das Temperatur T2 heranreicht. Gleichzeitig wird die von der Temperatur Ti zur Temperatur T2 geschichtete Flüssigkeitssäule durch den zweiten Durchlass 108b hindurch nach rechts ausgeschoben, bis das Trennelement 106 sich am zweiten Durchlass 108b befindet und die temperaturgeschichtete Flüssigkeitssäule des Wärmeübertragungsfluids F komplett ausgetauscht wurde.
Durch die Temperaturprofile der in den Teilspeichern des Wärmezwischenspeichers abgelegten Flüssigkeitssäulen des Wärmeübertragungsfluids F wird bewirkt, dass bei einem Ausschieben der temperaturgeschichteten Flüssigkeitssäule aus dem zweiten Teilspeicher zunächst warmes, dann aber immer kühler werdendes Wärmeträgerfluid ausgeschoben wird. Damit kann dieser Teilspeicher zur gleitenden Abkühlung eines thermochemischen Reaktors 5 dienen.
Komplementär dazu wird bei einem Ausschieben der temperaturgeschichteten Flüssigkeitssäule aus dem ersten Teilspeicher zunächst kühles, dann aber immer wärmer werdendes Wärmeträgerfluid ausgeschoben. Damit kann dieser Teilspeicher zur gleitenden Aufheizung eines thermochemischen Reaktors 5 dienen. Entsprechend Figur 5 ist am ersten Durchlass des Wärmezwischenspeichers ein erstes Sensorelement 110a vorgesehen, mittels welchem bestimmbar ist, ob sich das Trennelement 106 in einer ersten Endposition befindet, in welcher es einen zum ersten Durchlass 108a minimalen Abstand besitzt. In analoger Weise ist am zweiten Durchlass 108b ein zweites Sensorelement 1 10b vorgesehen ist, mittels welchem bestimmbar ist, ob sich das Trennelement 106 in einer zweiten Endposition befindet, in welcher es einen zum zweiten Durchlass 108b minimalen Abstand besitzt.
Betrachtet man nun wieder Figur 1 , so erkennt man, dass im Wärmeträgerfluid- kreislauf 3 eine Fördereinrichtung 8 zum Antreiben des Wärmeträgerfluids F vorgesehen ist.
Im Wärmeträgerfluidkreislauf 3 ist ferner in Ventilsystem 9 vorhanden, welches eine erste verstellbare Ventileinrichtung 10a und eine zweite verstellbare Ventileinrichtung 10b umfasst. Mittels der beiden Ventileinrichtungen 10a, 10b kann der Wärmetransport zwischen den beiden Wärmereservoirs 2a, 2b, dem thermo- chemischen Reaktor 5 und dem Wärmezwischenspeicher 100 eingestellt und folglich gesteuert werden. Zum Steuern der Ventileinrichtungen 10a, 10b des Ventilsystems 9 ist eine Steuerungs-/Regelungseinrichtung 4 vorgesehen, die mit den Ventileinrichtungen 10a, 10b zusammenwirkt.
Das erste und das zweite Wärmereservoir 2a, 2b sowie der thermochemische Reaktor 5 weisen zum Einleiten sowie zum Ausleiten des Wärmeträgerfluids F jeweils einen Fluideinlass 1 1a, 1 1 b, 1 1 c bzw. einen Fluidauslass 12a, 12b, 12c auf.
Mittels der ersten verstellbaren Ventileinrichtung 10a ist der Fluideinlass 1 1 b des thermochemischer Reaktors 5 wahlweise mit dem Fluidauslass 12a, 12c des ersten oder zweiten Wärmereservoirs 2a, 2b verbindbar. Mittels der zweiten verstell- baren Ventileinrichtung 10b ist der Fluidauslass 12b des thermochemischen Reaktors 5 wahlweise mit dem Fluideinlass 1 1 a, 1 1 c des ersten oder zweiten Wärmereservoirs 2a, 2b verbindbar.
Wie Figur 1 weiter erkennen lässt, ist der Wärmezwischenspeicher 100 fluidisch parallel zur zweiten Ventileinrichtung 10b geschaltet, so dass der Fluideinlass 1 1 a des ersten Wärmereservoirs 2a fluidisch mit dem ersten Teilspeicher 101 a kommuniziert und der Fluideinlass 1 1 c des zweiten Wärmereservoirs 2b fluidisch mit dem zweiten Teilspeicher kommuniziert. Die erste Ventileinrichtung 10a und die zweite Ventileinrichtung 10b sind jeweils als 3/2-Wege-Umschaltventil 13a, 13b ausgebildet.
Im Folgenden wird nun ein vollständiger thermischer Zyklus des thermochemischen Reaktors 5 erläutert, bei welchem der thermochemische Reaktor 5 zwischen einem ersten Zustand mit Temperatur Ti des ersten Wärmereservoirs 2a und einem zweiten Zustand mit Temperatur T2 des zweiten Wärmereservoirs 2b umgeschaltet wird.
Von der Steuerungs-/Regelungseinrichtung 4 können die beiden Ventileinrichtungen 10a, 1 0b des Ventilsystems 9 in einen Betriebszustand verstellt werden, der schematisch in Figur 1 gezeigt ist. In diesem Betriebszustand weisen der erste Teilspeicher 101 a ein maximales Volumen und der zweite Teilspeicher 101 b ein minimales Volumen auf, d.h. der erste Teilspeicher 101 a des Wärmezwischenspeichers 100 ist mit Wärmeträgerfluid F gefüllt, das eine von links nach rechts aufsteigende Temperaturschichtung bis nahe zur Temperatur aufweist. Der zweite Teilspeicher 101 b ist hingegen leer. In diesem Betriebszustand bildet der Wärmeträgerfluidkreislauf 3 einen ersten Teilkreislauf 14a aus, in welchem das Wärmeträgerfluid F zwischen dem thermochemischen Reaktor 5 und dem zweiten Wärmereservoir 2b zirkuliert. In diesem Betriebszustand überträgt das Wärmeträ- gerfluid F Wärme vom thermochemischen Reaktor 5 in das zweite Wärmereservoir 2b, d.h. es wird Reaktionswärme aus dem thermochemischen Reaktor 5 nahe dem Temperaturniveau T2 abgeführt.
Im Zuge der thermischen Zyklierung wird der thermochemische Reaktor 5 nun in einen Zustand mit Temperatur Ti des ersten Wärmereservoirs 2a umgeschaltet, wozu zunächst ein Temperaturwechsel durchgeführt wird, um im Wesentlichen die thermische Massen des Reaktors 5 aufzuheizen. Dazu werden die beiden Ventileinrichtungen 10a, 10b von der Steuerungs-/Regelungseinrichtung 4 zunächst in einen in Figur 2 dargestellten Betriebszustand verstellt. In dem in Figur 2 dargestellten Betriebszustand sind die beiden Ventileinrichtungen 10a, 10b derart eingestellt, dass Wärmeträgerfluid F vom ersten Teilspeicher 101 a des Wärmezwischenspeichers 100 in das erste Wärmereservoir 2a transportiert wird. Weiterhin wird Wärmeträgerfluid F vom ersten Wärmereservoir 2a in den thermochemischen Reaktor 5 transportiert. Ferner wird Wärmeträgerfluid F vom thermochemischen Reaktor 5 in den zweiten Teilspeicher 101 b transportiert.
In diesem Betriebszustand wird das temperaturgeschichtete Wärmeträgerfluid F des ersten Teilspeichers 101 a des Wärmezwischenspeichers 100 in das Wärmereservoir 2a ausgeschoben, wodurch der thermische Reaktor in Folge bis auf dessen Temperaturniveau Ti aufgeheizt wird. Im Gegenzug wird der zweite Teilspeicher 101 b des Wärmezwischenspeichers 100 mit aus dem thermochemischen Reaktor 5 kommendem, kühlem und zunehmend wärmerem Wärmeträgerfluid F befüllt.
Sobald das im ersten Teilspeicher 101 a des Wärmezwischenspeichers 100 zwischengespeicherte Wärmeträgerfluid F vollständig aus dem Wärmezwischenspeichers 100 entnommen ist, befindet sich das Trennelement 106 in der oben er- wähnten ersten Endposition, was von der Steuerungs-/Regelungseinrichtung 4 mittels des ersten Sensorelements 1 10a detektiert werden kann.
Ausgelöst vom ersten Sensorelement 110a werden die beiden Ventileinrichtungen 10a, 10b von der Steuerungs-/Regelungseinrichtung 4 in einen Betriebszustand geschaltet, der schematisch in Figur 3 dargestellt ist.
In dem in Figur 3 schematisch dargestellten Betriebszustand bildet der Wärme- trägerfluidkreislauf 3 einen zweiten Teilkreislauf 14b aus, in welchem das Wärme- trägerfluid F zwischen dem thermochemischen Reaktor 5 und dem ersten Wärmereservoir 2a zirkuliert. Auf diese Weise wird Wärmeträgerfluid F vom ersten Wärmereservoir 2a zum thermochemischen Reaktor transportiert. In diesem Betriebszustand wird Reaktionswärme auf dem Temperaturniveau Ti vom ersten Wärmereservoir in den thermochemischen Reaktor 5 übertragen. In diesem Betriebszustand weisen der zweite Teilspeicher 101 b ein maximales Volumen und der erste Teilspeicher 101a ein minimales Volumen auf, d.h. der zweite Teilspeicher 101 b des Wärmezwischenspeichers 100 ist mit Wärmeträgerfluid F gefüllt, das eine von links nach rechts aufsteigende Temperaturschichtung bis nahe zur Temperatur Ti aufweist Hingegen ist der erste Teilspeicher 101 b leer. Der in Figur 3 gezeigte Betriebszustand kann als„Wärmezuführmodus" bezeichnet werden.
Um einen„Abkühlmodus" einzuleiten, können anschließend die beiden Ventileinrichtungen 10a, 10b von der Steuerungs-/Regelungseinrichtung 4 in einen in Figur 4 dargestellten Betriebszustand verstellt werden. In dem in Figur 4 dargestellten Betriebszustand sind die beiden Ventileinrichtungen 10a, 10b derart eingestellt, dass mittels des Wärmeträgerfluids F Wärme vom zweiten Teilspeicher 101 b in das zweite Wärmereservoir 2b transportiert wird. Gleichzeitig wird durch Ausschieben heißen Wärmeträgerfluids sensible Wärme vom thermochemischen Reaktor 5 in den ersten Teilspeicher 101 a des Wärmezwischenspeichers 100 transportiert.
Sobald das im zweiten Teilspeicher 101 b des Wärmezwischenspeichers 100 zwischengespeicherte Wärmeträgerfluid F vollständig aus dem Wärmezwischenspeichers 100 entnommen ist, befindet sich das Trennelement 106 in der oben erwähnten zweiten Endposition, was von der Steuerungs-/Regelungseinrichtung 4 mit Hilfe des zweiten Sensorelements 1 10b detektiert werden kann. In diesem Zustand ist der erste Teilspeicher 101 a vollständig mit dem Wärmeträgerfluid F gefüllt ist (vgl. Fig. 1 ). Von dem Sensorelement 1 10b ausgelöst werden durch die Steuerungs-/Regelungseinrichtung 4 die beiden Ventileinrichtungen 10a, 10b wieder in den in Figur 1 gezeigten Betriebszustand geschaltet und ein vollständiger Umschaltzyklus des thermochemischen Reaktors 5 ist abgeschlossen.
Figur 8 zeigt eine Weiterbildung der Anordnung der Figuren 1 bis 4, bei welcher die Anordnung 1 nicht nur einen einzigen thermochemischen Reaktor 5 aufweist, sondern drei solche thermochemischen Reaktoren 5a, 5b, 5c. Jeder thermoche- mische Reaktor 5a, 5b, 5c besitzt ein eigenes Gehäuse 20 und einen jeweiligen Fluideinlass 1 1 b sowie einen Fluidauslass 12b. Wie Figur 8 erkennen lässt, sind die drei thermochemischen Reaktoren 5a, 5b, 5c fluidisch parallel zueinander geschaltet. In dem vorliegenden Beispiel können die Reaktoren als Sorptionsreaktoren aufgefasst werden, die ein Arbeitsmittel bei hoher Temperatur Τ-ι desorbieren und bei geringerer Temperatur T2 adsorbieren. Die dafür benötigten Desorptions- wärme erhalten sie aus einem als Wärmequelle dienenden Hochtemperatur- Wärmereservoir 2a und geben Adsorptionswärme an ein als Wärmesenke dienendes Niedertemperatur-Wärmereservoir 2b zeitversetzt ab.
Das Ventilsystem 9 umfasst für jeden der drei thermochemischen Reaktoren 5a, 5b, 5c eine erste verstellbare Ventileinrichtung 10a, mittels welcher der Fluidein- lass 1 1 b des jeweiligen thermochemischen Reaktors 5a, 5b, 5c wahlweise mit dem ersten oder dem zweiten Wärmereservoir 2a, 2b der Temperatur T] bzw. T2 verbindbar ist. Das Ventilsystem 9 umfasst für jeden der drei thermochemischen Reaktoren 5 weiterhin eine zweite Ventileinrichtung 10b, mittels welcher der Flu- idauslass 12b des jeweiligen thermochemischen Reaktors 5a, 5b, 5c wahlweise mit dem ersten oder mit dem zweiten Wärmereservoir 2a, 2b verbindbar ist. Der Wärmezwischenspeicher 100 ist derart in der Anordnung 1 verbaut, dass der erste Teilspeicher 101 a fluidisch mit dem ersten Wärmereservoir 2a kommuniziert und der zweite Teilspeicher 101 b fluidisch mit dem zweiten Wärmereservoir 2b kommuniziert.
Im Beispiel der Figuren 8 bis 1 1 werden die drei thermochemischen Reaktoren 5a, 5b, 5c in analoger Weise zum Beispiel der Figuren 1 bis 4, jedoch zeitversetzt zueinander zykliert.
In Figur 8 ist ein stationärer Schaltungszustand der ersten und zweiten Ventileinrichtungen 10a, 10b dargestellt, bei dem der Sorptionsreaktor 5a mit Temperatur Ti durch Wärmezufuhr aus dem ersten Wärmereservoir 2a desorbiert wird, während sich der zweite und der dritte Sorptionsreaktor 5b, 5c durch Wärmeabfuhr an das zweite Wärmereservoir 2b mit Temperatur T2 im Adsorptionsprozess befinden. Der erste Teilspeicher 101 a des Wärmezwischenspeichers 100 ist hierbei mit Wärmeträgerfluid F der Temperatur Ti gefüllt, der zweite Teilspeicher 101 b ist hingegen leer.
Die darauf folgende Schaltstellung der ersten und zweiten Ventileinrichtungen ist in Figur 9 dargestellt, bei der der zweite Sorptionsreaktor 5b dadurch aufgeheizt wird, dass die dem zweiten Sorptionsreaktor 5b zugeordnete erste Ventileinrichtung 10a umgeschaltet wird. In der Folge ist der Fluideinlass 1 1b des zweiten Sorptionsreaktors 5b ebenso wie der erste Sorptionsreaktor 5a mit dem ersten Wärmereservoir 2a verbunden. Der dritte Sorptionsreaktor 5c bleibt einlassseitig mit dem zweiten Wärmereservoir 2b verbunden. Dadurch wird der zweite Sorptionsreaktor 5b erwärmt und das kühle bis zur Temperatur T2 geschichtete Wärmeträgerfluid F in den zweiten Teilspeicher 101 b des Wärmezwischenspeichers 100 geschoben. Das im ersten Teilspeicher 101 a des Wärmezwischenspeichers 100 gespeicherte bis zur Temperatur Ti geschichtete Wärmeträgerfluid wird in das erste Wärmereservoir 2a geschoben.
Dieser instationäre Temperaturwechselprozess im Wärmezwischenspeicher 100 ist beendet, sobald das bis zur Temperatur T, geschichtete Wärmeträgerfluid F im Wärmezwischenspeicher 100 vollständig gegen kühleres bis zur Temperatur T2 geschichtetes Wärmeträgerfluid F im Wärmezwischenspeicher 100 ausgetauscht ist. Dann ist der zweite Teilspeicher 1 01 b vollständig gefüllt und der erste Teilspeicher 01 a leer. Dieses Szenario zeigt die Darstellung der Figur 10. Dabei befinden sich die Sorptionsreaktoren 5a und 5b im Desorptionsmodus und der Reaktor 5c im Adsorptionsmodus.
Die nächste Schaltstellung der ersten und zweiten Ventileinrichtungen 10a, 1 0b gemäß Fig. 1 dient der Abkühlung des ersten Sorptionsreaktors 5a. Hierzu wird der erste Sorptionsreaktor 5a fluidisch mit dem zweiten Wärmereservoir 2b verbunden. In Analogie zum Aufheizprozess wird hierbei der erste Sorptionsreaktor 5a gekühlt und dabei das enthaltene anfangs heiße Wärmeträgerfluid F der Temperatur ^ in den ersten Teilspeicher 101 a des Wärmezwischenspeichers 100 geschoben. Gleichzeitig wird das im Wärmezwischenspeicher 100 gespeicherte Wärmeträgerfluid F aus dem zweiten Teilspeicher 101 b des Wärmezwischenspeichers 100 herausgeschoben. Auch dieser Teilprozess endet durch Umschal- tung der dem ersten thermochemischen Speicher 5a zugeordneten zweiten Ventileinrichtung 10b, sobald der erste Teilspeicher vollständig mit dem bis zur Tempe- ratur T1 geschichteten Wärmeträgerfluid F gefüllt und der zweite Teilspeicher 101 b vollständig geleert ist.
Dieser Zustand entspricht dem Zustand nach Fig. 8 mit dem Unterschied, dass sich nun der zweite Sorptionsreaktor 5b im alleinigen stationären Desorptionsmo- dus befindet. Die vorangehend erläuterten Teilzyklen haben also bewirkt, den Gesamtzyklus um einen Sorptionsreaktor weiter zu schalten. Um einen Gesamtzyklus abzuschließen werden also 3 * 4 = 12 Teilzyklen benötigt, bis wieder der Anfangszustand entsprechend Figur 8 erreicht wird.
Im vorangehend erläuterten Beispiel erfolgt das zeitversetzte Umschalten der ersten und zweiten Ventileinrichtungen 10a, 10b derart, dass gleichzeitig wenigstens einer der Sorptionsreaktoren 5a, 5b, 5c und höchstens zwei der vorhandenen Reaktoren 5a, 5b, 5c das Temperaturniveau Ti des ersten Wärmereservoirs 2a besitzen. Damit ist es möglich, die Zeitanteile für die Desorption und Adsorption jeden Sorptionsreaktors unabhängig von der Zahl der eingesetzten Sorptionsreaktoren zu optimieren.
Auch bei der vorangehend anhand der Figuren 8 bis 1 1 beschriebenen Variante der erfindungsgemäßen Anordnung mit drei thermochemischen Reaktoren - in weiteren Varianten kann eine andere Anzahl an thermochemischen Reaktoren gewählt werden - kann mit Hilfe des Wärmezwischenspeichers 100 die sensible Wärme des in einem thermisch zu zyklierenden thermochemischen Reaktors enthaltenen Wärmeträgerfluids F zu hohen Anteilen zurück gewonnen werden. Dies gilt je nach Volumenauslegung auch für einen Teil der sensiblen Wärme ortsfester Wärmespeichermassen bis hin zu Anteilen darin umgesetzter latenter Wärmemengen, im vorliegenden Fall von z. B. Sorptionswärmen.
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Claims

Ansprüche
Anordnung (1 ), insbesondere Kältemaschine oder Wärmepumpe,
mit einem als Wärmequelle wirkenden ersten Wärmereservoir (2a) und mit einem als Wärmesenke wirkenden zweiten Wärmereservoir (2b),
mit wenigstens einem thermisch und fluidisch mit den Wärmereservoirs (2a,
2b) verbindbaren oder verbundenen thermochemischen Reaktor (5, 5a, 5b,
5c),
mit einem Wärmeträgerfluidkreislauf (3), in welchem ein Wärmeträgerfluid (F) zum Transport von Wärme zwischen den beiden Wärmereservoirs (2a, 2b) und dem wenigstens einen thermochemischen Reaktor (5) angeordnet ist, mit einem im Wärmeträgerfluidkreislauf (3) angeordneten Wärmezwischenspeicher (100) zum Zwischenspeichern des Wärmeträgerfluids (F), wobei der Wärmezwischenspeicher zur Aufnahme des Wärmeträgerfluids (F) mit zwei unterschiedlich geschichteten Temperaturverteilungen zwischen den Temperaturen der Wärmereservoire (Ti , T2) ausgebildet ist und hierzu einen ersten Teilspeicher (101 a) mit variablem Speichervolumen (102a) und thermisch und fluidisch getrennt zu diesem einen zweiten Teilspeicher (101 b) mit variablem Speichervolumen (102b) aufweist,
mit wenigstens einer, vorzugsweise zwei, im Wärmeträgerfluidkreislauf (3) vorhandenen Fördereinrichtung(en) (8) zum Antreiben des Wärmeträgerfluids (F) im Wärmeträgerfluidkreislauf (3),
mit einem im Wärmeträgerfluidkreislauf (3) vorhandenen Ventilsystem (9), welches wenigstens eine verstellbare Ventileinrichtung ( 0a, 10b) umfasst, mittels welchem der Wärmetransport zwischen den beiden Wärmereservoirs (2a, 2b), dem thermochemischen Reaktor (5) und dem Wärmezwischenspeicher (100) durch das Wärmeübertragungsfluid (F) steuerbar ist,
mit einer Steuerungs-/Regelungseinrichtung (4) zum Steuern des Ventilsystems (9).
2. Anordnung nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens zwei thermochemische Reaktoren (5a, 5b, 5c) vorhanden sind, die jeweils ein separates Gehäuse (20) sowie einen Fluideinlass (1 1 b) und einen Fluidauslass (12b) aufweisen,
wobei die wenigstens zwei thermochemischen Reaktoren (5a, 5b, 5c) fluidisch parallel zueinander geschaltet sind.
3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Ventilsystem (9) für jeden vorhandenen thermochemischen Reaktor (5a, 5b, 5c) eine erste verstellbare Ventileinrichtung (10a) umfasst, mittels welcher der Fluideinlass (1 1 b) des jeweiligen thermochemischen Reaktors (5a, 5b, 5c) wahlweise mit dem ersten oder dem zweiten Wärmereservoir (2a, 2b) verbindbar ist,
das Ventilsystem (8) für jeden vorhandenen thermochemischen Reaktor (5a, 5b, 5c) eine zweite verstellbare Ventileinrichtung (10b) umfasst, mittels welcher der Fluidauslass (12b) des jeweiligen thermochemischen Reaktors (5a, 5b, 5c) wahlweise mit dem ersten oder dem zweiten Wärmereservoir (2a, 2b) verbindbar ist.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungs-/Regelungseinrichtung (4) zum zeitversetzen Verstellen der einzelnen ersten Ventileinrichtungen (10a) und zum zeitversetzen Verstellen der einzelnen zweiten Ventileinrichtungen (10b) eingerichtet/programmiert ist.
5. Anordnung nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
im Wärmeträgerfluidkreislauf (3) ein Ausgleichbehältnis (21 ) zur Aufnahme des Wärmeträgerfluids (F) angeordnet ist.
6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die ersten Ventileinrichtungen (10a) und die zweiten Ventileinrichtung (10b) jeweils als 3/2-Wege-Umschaltventil (13a, 13b) ausgebildet sind.
7. Anordnung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest ein 3/2-Wegeventil (13a, 13b) als selbstschaltendes Ventil ausgebildet ist.
8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Wärmezwischenspeicher (100) fluidisch parallel zu den zweiten Ventileinrichtungen (10b) geschaltet ist, so dass der Fluideinlass (11 a) des ersten Wärmereservoirs fluidisch mit dem ersten Teilspeicher (101a) kommuniziert und der Fluideinlass (1 1c) des zweiten Wärmereservoirs (2b) fluidisch mit dem zweiten Teilspeicher (101 b) kommuniziert.
9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmezwischenspeicher (100) zur simultanen Aufnahme und Abgabe einer ersten und einer zweiten Fluidmasse des Wärmeträgerfluids (F) ausgebildet ist,
wobei die beiden Fluidmassen unterschiedliche Temperaturniveaus (T^ T2) oder Temperaturschichtungen aufweisen.
10. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Teilspeicher (101 a) des Wärmezwischenspeichers (100) fluidisch mit dem ersten Wärmereservoir verbunden (2a) ist und der zweite Teilspeicher (101 b) des Wärmezwischenspeichers (100) fluidisch mit dem zweiten Wärmereservoir (2b) verbunden ist.
1 1. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der volumen-variable erste Teilspeicher (101 a) komplementär zum volumenvariablen zweiten Teilspeicher (102b) ausgebildet ist, so dass von den beiden Teilspeichern (101a, 101 b) gebildete Gesamtvolumen konstant ist.
12. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Wärmezwischenspeicher (100) als Behältnis (103) ausgebildet ist, wobei das Behältnis (103) umfasst:
ein Gehäuse (104), in dessen Innenraum (107) beweglich ein Trennelement (106) angeordnet ist, welches den Innenraum (107) in einen volumenvariablen ersten Teilspeicher (101 a) und einen thermisch vom ersten Teilspeicher (101 a) isolierten, ebenfalls volumen-variablen zweiten Teilspeicher (101 b) unterteilt, einen im Gehäuse (104) vorhandenen ersten Durchläse (108a) zum Ein- und Ausleiten eines Wärmeträgerfluids (F) mit einem ersten Temperaturniveau oder (Ti) oder daran anschließende Temperaturschichtung in den bzw. aus dem ersten Teilspeicher (101 a),
einen im Gehäuse (104) vorhandenen zweiten Durchlass (108b) zum Ein- und Ausleiten des Wärmeträgerfluids (F) mit einem zweiten Temperaturniveau (T2) oder daran anschließende Temperaturschichtung in den bzw. aus dem zweiten Teilspeicher (101 b),
wobei der volumen-variable erste Teilspeicher (101 a) komplementär zum vo- lumen-variablen zweiten Teilspeicher (101 b) ausgebildet ist, so dass das von den beiden Teilspeichern (101 a, 101 b) gebildete Gesamtvolumen konstant ist.
13. Anordnung nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
am ersten Durchlass (108a) ein erstes Sensorelement (1 10a) vorgesehen ist, mittels welchem bestimmbar ist, ob sich das Trennelement (106) in einer ersten Endposition befindet, in welcher das Trennelement (106) einen zum ersten Durchlass (108a) minimalen Abstand besitzt, und/oder dass
am zweiten Durchlass ein zweites Sensorelement (1 10b) vorgesehen ist, mittels welchem bestimmbar ist, ob sich das Trennelement (106) in einer zweiten Endposition befindet, in welcher das Trennelement (106) einen zum zweiten Durchlass minimalen Abstand besitzt.
14. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
von der Steuerungs-/Regelungseinrichtung (4) in der wenigstens einen verstellbaren Ventileinrichtung (10a, 10b) des Ventilsystems (9) ein Betriebszustand einstellbar ist, in welchem der Wärmeträgerfluidkreislauf (3) einen ers- ten Teilkreislauf (14a) ausbildet, und in welchem das Warmeträgerfluid (F) zwischen dem thermochemischen Reaktor (5) und dem zweiten Wärmereservoir Wärme transportiert, so dass Wärme vom thermochemischen Reaktor (5) in das zweite Wärmereservoir (2b) übertragen wird.
15. Anordnung nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet, dass
in diesem Betriebszustand der erste Teilspeicher (101a) ein maximales Volumen aufweist und der zweite Teilspeicher (101 b) ein minimales Volumen aufweist.
16. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
von der Steuerungs-/Regelungseinrichtung (4) in der wenigstens einen verstellbaren Ventileinrichtung (10a, 10b) des Ventilsystems (9) ein Betriebszustand einstellbar ist, in welchem der Wärmeträgerfluidkreislauf (3) einen zweiten Teilkreislauf (14b) ausbildet, in welchem das Warmeträgerfluid (F) zwischen dem thermochemischen Reaktor (5) und dem ersten Wärmereservoir (2a) Wärme transportiert, so dass Wärme vom ersten Wärmereservoir (2a) in den thermochemischen Reaktor (5) übertragen wird.
17. Anordnung nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet, dass
in diesem Betriebszustand der zweite Teilspeicher (101 b) ein maximales Volumen aufweist und der erste zweite Teilspeicher (101 a) ein minimales Volumen aufweist.
18. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass von der Steuerungs-/Regelungseinrichtung in der wenigstens einen verstellbaren Ventileinrichtung (10a, 10b) des Ventilsystems (9) ein Betriebszustand einstellbar ist, bei welchem mittels des Wärmeträgerfluids (F):
Wärmeträgerfluid (F) vom ersten Teilspeicher ( 01 a) in das erste Wärmereservoir (2a) transportiert wird, und
Wärmeträgerfluid (F) vom ersten Wärmereservoir (100) in den thermochemi- scher Reaktor transportiert wird, und
Wärmeträgerfluid (F) vom thermochemischen Reaktor (5) in den zweiten Teilspeicher (101 b) transportiert wird.
19. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
von der Steuerungs-/Regelungseinrichtung (4) in der wenigstens einen verstellbaren Ventileinrichtung (10a, 10b) des Ventilsystems (9) ein Betriebszustand einstellbar ist, bei welchem mittels des Wärmeträgerfluids (F):
Wärmeträgerfluid (F) vom zweiten Teilspeicher in das zweite Wärmereservoir (2b) transportiert wird, und
Wärmeträgerfluid (F) vom zweiten Wärmereservoir (2b) in den thermochemischen Reaktor (5) transportiert wird,
Wärmeträgerfluid (F) vom thermochemischen Reaktor (5) in den ersten Teilspeicher (101 a) transportiert wird.
20. Verfahren zum Betreiben einer Anordnung (1 ), insbesondere nach eine der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Wärmeträgerfluidkreislauf (3), in welchem wenigstens ein thermochemischer Reaktor (5, 5a, 5b, 5c), zwei Wärmereservoirs (2a, 2b) unterschiedlicher Temperaturniveaus (T T2) und ein Wärmezwischenspeicher (100) angeordnet sind, wobei der Wärmezwischenspeicher (100) zwei thermische und fluidisch getrennte Teilspeicher (101 a, 101 b) aufweist, in welchen eine im Wärmeträgerfluidkreislauf (3) vorhandenes Wärmeträgerfluid (F) thermisch und fluidisch getrennt voneinander aufnehmbar ist,
gemäß welchem zur Zuführung von Wärme aus dem ersten Wärmereservoir (2a) in den thermochemischen Reaktor (5) mittels des Wärmeträgerfluids (F) in dem ersten Teilspeicher (101 a) des Wärmezwischenspeichers (100) zwischengespeichertes Wärmeträgerfluid (F) entnommen und dem ersten Wärmereservoir (2a) zugeführt wird und gleichzeitig Wärmeträgerfluid (F) aus dem thermochemischen Reaktor (5) abgeführt und in den zweiten Teilspeicher (101 b) des Wärmezwischenspeicher ( 00) eingebracht wird,
gemäß welchem zur Abführung von Wärme aus dem wenigstens einen thermochemischen Reaktor (5, 5a, 5b, 5c) in das zweite Wärme reservoir (2b) mittels des Wärmeträgerfluids (F) in dem zweiten Teilspeicher (10 b) des Wärmezwischenspeichers (100) zwischengespeichertes Wärmeträgerfluid (F) entnommen und dem zweiten Wärmereservoir (2b) zugeführt wird und gleichzeitig Wärmeträgerfluid (F) aus dem thermochemischen Reaktor (5, 5a, 5b, 5c) abgeführt und in den ersten Teilspeicher (10 a) des Wärmezwischenspeichers (100) eingebracht wird.
21. Verfahren nach Anspruch 20,
dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens zwei thermochemische Reaktoren (5a, 5b, 5c) vorhanden sind, die jeweils ein separates Gehäuse (20) sowie einen Fluideinlass (1 1 b) und einen Fluidauslass (12b) aufweisen,
wobei die wenigstens zwei thermochemischen Reaktoren (5a, 5b, 5c) fluidisch parallel zueinander geschaltet sind,
das Ventilsystem (9) für jeden vorhandenen thermochemischen Reaktor (5a, 5b, 5c) eine erste verstellbare Ventileinrichtung (10a) umfasst, mittels welcher der Fluideinlass (1 1 b) des jeweiligen thermochemischen Reaktors (5a, 5b, 5c) wahlweise mit dem ersten oder dem zweiten Wärmereservoir (2, 2b) verbindbar ist,
das Ventilsystem (9) für jeden vorhandenen thermochemischen Reaktor (5a, 5b, 5c) eine zweite verstellbare Ventileinrichtung (10b) umfasst, mittels welcher der Fluidauslass (12b) des jeweiligen thermochemischen Reaktors (5a, 5b, 5c) wahlweise mit dem ersten oder dem zweiten Wärmereservoir (2a, 2b) verbindbar ist,
wobei gemäß dem Verfahren das Umschalten der vorhandenen ersten Ventileinrichtungen (10a) zum Verbinden der thermochemischen Reaktoren (5a, 5b, 5c) mit dem ersten oder zweiten Wärmereservoir (2a, 2b) zeitversetzt erfolgt,
wobei gemäß dem Verfahren das Umschalten der vorhandenen ersten Ventileinrichtungen (10a) zum Verbinden der thermochemischen Reaktoren (5a, 5b, 5c) mit dem ersten oder zweiten Wärmereservoir (2a, 2b) zeitversetzt erfolgt.
22. Verfahren nach Anspruch 21 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
das zeitversetzte Umschalten der ersten und zweiten Ventileinrichtungen (10a, 10b) derart erfolgt, dass wenigstens einer der thermochemischen Reaktoren (5a, 5b, 5c) und höchstens zwei der vorhandenen thermochemischen Reaktoren (5a, 5b, 5c) gleichzeitig das Temperaturniveau (T-,) des ersten Wärmereservoirs (2a) besitzen.
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