WO2018033245A1 - Behältnis zur ausbildung eines wärmezwischenspeichers - Google Patents

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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
    • Y02E60/14—Thermal energy storage

Definitions

  • the invention relates to a container for forming a heat buffer and an arrangement with a thermochemical reactor and such a container.
  • Thermochemically driven sorption refrigeration plants have a high potential for energy savings, since cost-effective excess or excess heat is used as drive energy and in this way the electrical grids are relieved, especially in warm time and climatic zones 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.
  • Such adsorption heat pumps based on thermochemical processes or adsorption refrigeration plants preferably consist of individual thermochemical reactors, in particular sorption reactors, which are thermally cycled with a time delay between a high desorption temperature level and a lower adsorption temperature level, absorbing heat of desorption with a time delay and giving off heat of adsorption.
  • Such sorption reactors as essential components of an adsorption heat pump or -Kälteanlagen -sind z. B. in DE 10 2014 223 058 A1 and DE 10 201 1 079 586 A1.
  • they have the disadvantage over continuous absorption systems that the periodic temperature changes due
  • a solution which temporarily stores the temperature-layered heat produced during the temperature change without mass shifts between the differently tempered fluid circuits and reuses them while largely maintaining the temperature stratification for a time-delayed complementary temperature change.
  • the efficiency of adsorption heat pumps can be significantly increased by taking into account the temperature levels of the stored and stored heat.
  • 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 sensible and latent heat in the adsorption cycle. Such memories maintain a temperature stratification by the temperature-dependent liquid density. In mobile, variable accelerations and vibrations subjected applications such layer heat storage can not be used.
  • the basic idea of the invention is therefore to use a container for temporarily storing a heat carrier fluid, which container has two fluidly separated and thermally isolated partial reservoirs each having a variable volume.
  • This makes it possible to store, depending on requirements, a partial volume of the heat transfer fluid in one or both partial stores - in the latter case with different temperature levels - between, without causing mixing or heat exchange between the fluid masses of the heat transfer fluid accommodated in the two partial stores.
  • the container according to the invention presented here is suitable for use in a reactor, in particular a sorption reactor of an adsorption heat pump, which can receive heat from a heat source of a first temperature level cyclically with the aid of the heat transfer fluid and deliver it to a heat sink of a second temperature level.
  • For heat transfer can serve a heat transfer fluid whose fluid mass may partially have the temperature level of the heat source and partly the heat sink.
  • inventive container allows the intermediate storage of the heat transfer fluid with the temperature level of the heat source in the first part of memory and a volumetrically complementary intermediate storage of the heat transfer fluid with the temperature level of the heat sink in the second part of the container storage.
  • a volume decrease of the second partial memory is accompanied by the container according to the invention and vice versa. Since the two volume-variable partial storage according to the invention have the same total volume, facilitates introduction of the heat transfer fluids with the temperature level of the heat source in the first subspace a discharge of the heat transfer fluid with the second temperature level from the second part of memory and vice versa. In this way, unwanted energy losses during thermal cycling, ie when switching between the two temperature levels of heat source and heat sink, the thermochemical reactor can be minimized. As a result, this leads to an improved efficiency of the cooperating with the container according to the invention reactor, in particular a sorption reactor.
  • An inventive container for forming a heat buffer comprises a housing thermally insulated to the environment, in the interior of which a separating element is arranged, which divides 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 discharging a first heat transfer fluid into or out of the first storage part is present.
  • a second passage for introducing and discharging a second heat transfer fluid into or out of the second storage part is present.
  • the volume-variable first partial accumulator is designed to be complementary to the volume-variable second partial accumulator, so that the total volume formed by the two partial accumulators is constant.
  • the container for simultaneous recording and delivery of a first and a second fluid mass of the heat transfer fluid is formed, wherein the two fluid masses have different temperature levels.
  • the space enclosed by the container wall has a geometry whose one dimension is significantly larger in relation to the other two dimensions, similar to that of a hose.
  • the length of the space is particularly preferably at least a factor of 50 greater than one of the cross-sectional dimensions.
  • Such an elongated structure has the effect that a possibly present temporal temperature gradient of the heat transfer fluid introduced into the partial store remains largely or even completely preserved as a local temperature gradient.
  • an undesirable temperature compensation in the heat transfer fluid can be kept low in an elongated configuration of the container.
  • the large length / cross-sectional ratio of an elongated container thus serves the purpose that a temperature stratification of the incoming and outflowing heat transfer fluid 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 against the inside of a peripheral wall of the tubular body.
  • the tubular body may also have a laying form, which counteracts a resolution of the stored temperature gradient by utilizing the temperature-dependent fluid density at least partially opposite.
  • the tubular body can therefore also be designed as a standing or horizontal coiled tubing.
  • the A- Individual turns of a lying coil prevent a fluid exchange between the individual turns.
  • a temperature-accumulated fluid mass can then be maintained if the stored fluid mass increases from top to bottom in its temperature distribution, that is to say a stable temperature stratification is present.
  • a helical structure is arranged in the interior of a tubular container, which gives the interior of the geometry of a fluid channel with helical geometry.
  • a particularly high length-to-cross-sectional ratio of the container is accompanied, whereby the above-mentioned, undesirable temperature compensation can be counteracted particularly effective in the recorded in the partial storage heat transfer fluid.
  • this embodiment has a low thermal mass of the housing and has a small contact surface to the environment, whereby unwanted heat losses can be reduced.
  • the helical structure may be formed as arranged in the interior of the insert. This allows a relative to the housing separate production of the helical structure, which is used only after its production in the interior of the housing. This is accompanied by a particularly simple assembly of the container, which has an advantageous effect on the manufacturing cost.
  • the helical structure comprises at least ten turns, preferably at least 20 turns.
  • the separating element along the helical fluid channel fluid-tight and low friction be fitted so that it, following the operating principle of a threaded nut on a threaded rod, is movable.
  • the separating element consists of a foamable plastic, preferably of polyamide, silicone foam or the like, and can thereby be made thermally well insulating and inexpensive.
  • 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.
  • the container is to be used in conjunction with a sorption module of an adsorption heat pump or an adsorption refrigeration unit, it can be determined during the thermal cycling of the sorption module when the heat carrier fluid has been completely removed from one of the two partial storage units or a complementary heat transfer fluid has been stored; because in this case, the separating element is at a minimum distance from the first or second passage.
  • the container is realized as a hose-like body, which extends along an extension direction at least partially non-rectilinearly.
  • the separating element for forming the two volume-variable partial storage along the direction of extension is movable on the inside of a peripheral wall of the tubular body. Training as a hose-like, non-hose straight-lined body allows efficient use of arbitrarily shaped space and allows a reduction in heat loss to the environment.
  • the tubular body of the container has a spiral geometry.
  • the body is bounded axially by a bottom plate and a cover plate.
  • the extension direction has a spiral course
  • the tubular body with spiral geometry is formed in an axial direction, which is perpendicular to the extension direction, at least two layers. This variant is very compact.
  • the hose-like body can be formed by a wound in a multi-spiral thin-walled hose.
  • This variant provides two partial storage with large sub-volumes available, but still requires little space in the axial direction.
  • the spiral-like embodiments can be placed vertically, so that separate convection cells form, which prevent dissolution of the temperature stratification between the convection cells.
  • the thin-walled hose can be embedded in an insulating and mechanically supporting hard foam bed. This measure ensures the operationally required mechanical strength of the container.
  • the insulating separating element consists of an elastic and thermally insulating, preferably of Si silicone foam manufactured, molded body. This embodiment is inexpensive to manufacture.
  • the housing forming the elongated tubular hollow body can have any desired cross-sectional geometries.
  • this hollow body can also be constructed from individual elements connected to the outside in a fluid-tight manner.
  • suitable topological laying forms a high space utilization can be achieved, as can be achieved for example by a spiral single or multi-layer winding or spiral shape.
  • a length of the cavity which can be filled with the fluid mass along the axial direction or direction of extension and which corresponds to an inflow or outflow direction of the fluid is at least twenty times, preferably at least fifty times, one transverse to the axial direction or transversely to the direction of extension measured transverse direction.
  • the thermal mass of the fluid mass stored in the container is at least a factor of 20 greater than the thermal mass of the housing wall.
  • the invention further relates to an arrangement, in particular a chiller or a heat pump with a first heat reservoir acting as a heat source and with a second heat reservoir acting as a heat sink.
  • At least one thermochemical reactor of the arrangement is thermally and fluidically connectable or connected to the two heat reservoirs.
  • Such a reactor may preferably be designed as a sorption reactor operating at varying temperature levels or a combined condenser / evaporator of an adsorption chiller or an adsorption heat pump.
  • the term "reactor” thus generally refers to a component which has a reactivity ons or phase change heat (reaction, evaporation or condensation heat) absorbs at different temperature levels and releases again.
  • the arrangement comprises a heat transfer fluid circuit in which a heat transfer fluid for transporting heat between the two heat reservoirs and the reactor is arranged.
  • a previously presented container according to the invention is arranged in the heat transfer fluid circuit, which serves as a temporary heat storage for temporarily storing the heat transfer fluid.
  • the container is designed to accommodate the heat transfer fluid with two different temperature levels.
  • the container has a first partial storage with a variable storage volume and thermally and fluidically separated to this a second partial storage with variable storage volume.
  • a valve system which comprises at least one adjustable valve device is furthermore provided. By means of said, 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.
  • a control / regulating device for controlling the valve system is further provided.
  • FIG. 1 shows the structure of a container according to the invention
  • Fig. 2 shows an exemplary temperature stratification alternatively stored
  • FIG. 3 shows a first variant of the container of FIG. 1
  • FIG. 6 shows a fourth variant of the container of FIG. 1
  • thermochemical reactor 7-10 show an arrangement using the container with a thermochemical reactor in various operating states.
  • FIG. 1 shows an example of a container 103 according to the invention, which can be used as a heat buffer 100.
  • the container 103 includes a housing 04.
  • the housing 104 defines an interior space 107 in which a separating element 106 is movably arranged, which thermally and fluidically isolates the two partial reservoirs 101a, 101b 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 10 a, also volume-variable second partial storage 101 b.
  • the container 103 is designed to simultaneously receive and dispense a first and a second fluid mass of a heat transfer fluid F.
  • the two fluid masses of the heat transfer fluid F can have different temperature levels TT 2 with different temperature stratifications.
  • the volume-variable first partial memory 101 a is complementary to the volume-variable second partial memory 101 b formed so that of the two partial memories 101 a, 101 b formed total volume is independent of the current position of the separating element 106 constant.
  • the entire housing wall is thermally insulated to minimize heat exchange with the environment and has a low thermal mass which is at least a factor of 20 smaller than that of the fluid mass enclosed by it.
  • a first passage 108a for introducing and removing the heat carrier fluid F at the temperature T into the first partial reservoir 101a or from the first partial reservoir 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 101 b and from the second part of memory 101 b available. Since the separating element 106 not only fluidly separates the two partial reservoirs 101 a, 101 b from one another, but also has a thermally insulating effect, neither mixing of the two partial reservoirs 101 a, 101 b is possible. ehern 101 a, 101 b existing fluid masses nor a possible heat transfer so that the different temperature levels T ⁇ T 2 and the optional temperature stratification in the two fluid masses remain completely or at least largely preserved.
  • the housing 04 is formed in the example scenario of Figure 1 as a tubular body 105 which extends along an axial direction A rectilinear.
  • the partition member 106 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 2 of a peripheral wall 1 11 of the tubular body 105 at.
  • the first passage 108 a is arranged at a first longitudinal end 109 a of the tubular body 105.
  • the second passage 108b is disposed at a second longitudinal end 109b opposite the first longitudinal end 109a.
  • the container 103 may be filled with a heat transfer fluid F having a first temperature level Ti when the separating element 106 is arranged at the very left of the first passage 108a.
  • a heat transfer fluid F having a first temperature level Ti By hot, from the left via the first passage 108a incoming heat transfer fluid F with temperature level T 2 , the separator 106 can be moved to the right, the second passage 108b, whereby the container with heat transfer fluid F of the temperature T 2 is filled.
  • the heat transfer fluid F of the temperature Ti is through the second passage 108b through pushed to the right until the separating member 106 is located on the second passage 108b and the heat transfer fluid F to the temperature T 2 without mixing has been completely displaced by hot heat transfer fluid F to the temperature T 2.
  • FIG. 2 shows a diagram in which the temperature of the stored fluid masses is indicated as a function of the length L of the heat buffer 100.
  • the position of the two passages 108a, 108b with respect to the abscissa axis is noted in the diagram of FIG.
  • the lower, dashed line curve 1 18 shows an exemplary temperature distribution of the filled with cool fluid heat buffer 100.
  • the fluid temperature at the leftmost displaced separating element 106 is at the lowest temperature level, in the present case at 35 ° C and increases in the direction of the passage 108b to a temperature of 95 ° C.
  • the upper, solid curve 1 19 shows the temperature distribution when the second partial store is filled, in which the separator 106 has been displaced to the right passage 108 b by the storage of hot and increasingly cooler fluid.
  • the mean temperatures of the two alternatively stored fluid masses differ by the amount shown as a double arrow, from which the heat capacity 100 absorbable by the heat buffer 100 can be calculated.
  • the temperature spread of the stored layered fluid masses may be greater than the mean temperature difference of the alternatively storable fluid masses.
  • separating element 06 of the intermediate heat storage 100 is formed thermally insulating so that the thermal contact between the two different temperature-controlled fluid masses is minimized within the partial storage.
  • the material of the separating element 106 may be an insulating plastic which, owing to its structure, has a low heat transfer between its boundary surfaces. has to the different temperature fluid masses. For example, this is achieved by foamed areas or hollow chambers within the separating element.
  • the separating element made of an elastic plastic, in particular made of a silicone foam, which conforms largely fluid-tight and slidable to the inner contour of the housing.
  • a first sensor element 1 10a may be provided, 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 can be 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.
  • an axial direction along the direction of flow which corresponds to a flow direction for the fluid mass, is at least twenty times, preferably at least fifty times, a transverse direction Q measured transversely to the axial direction A.
  • the length ratio A / Q is therefore preferably> 50.
  • FIG. 3 shows a variant of the example of FIG. 1, in which the container 103 is realized as a hose-like body 17, which extends along an extension direction E, at least in sections, non-rectilinearly.
  • the partition member 106 for forming the two volume-variable partial storage 101 a, 101 b along the extension direction E movable on the inside 112 of the peripheral wall 1 1 1 of the tubular body 117 is located.
  • FIG. 4 shows an advantageous development of the container 103 of FIG. 3.
  • a helical structure 13 is arranged in the interior 107 of the housing 102.
  • This helical structure 113 gives the interior 105 the geometry of a fluid channel 1 4 with helical geometry, which has a large aspect ratio A / Q.
  • the fluid channel 1 4 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 15 arranged in the inner space.
  • the helical structure 113 may comprise at least ten turns 16, preferably even at least 20 turns.
  • the separating element 106 is adjustable along the helical fluid channel 1 14.
  • the geometric shape of the partition member 106 is selected such that it is in the interior 107 along the fluid channel 1 14, which is bounded by the peripheral wall 11 1 and the helical structure 1 13, adjustable, that is displaceable and the total volume in the two variable subspaces 101 a and 101 b divided.
  • a displacement of the separating element is effected by pressure differences between the subspaces 10 a and 101 b.
  • FIG. 5 shows a spatially particularly compact and easily executable variant of the container 103 according to a generalized embodiment according to FIG.
  • the container 103 is formed by a spiral space 120, which is bounded by a bottom plate 121 and a cover plate 122.
  • a peripheral wall 111 is arranged in the interior 107 of the housing 102, which has a spiral-shaped geometry in the cross-section shown in FIG. 5, bottom view.
  • the displaceable separating element 106 subdividing the inner space 107 into two volume-variable partial storages 101a, 101b fills the rectangular cross-section, which in this case is rectangular, in a fluid-tight manner.
  • the container 103 has inside and outside each a passage 108a and 108b and in the region of the respective gene passageway 108 a, 108 b disposed sensor elements 10 a and 1 10 b for detecting the two possible end positions of the separating element 06th
  • FIG. 6 A development of the container 103 of Figure 5 is shown in Figure 6.
  • the spiral space 120 is formed in a special embodiment of Fig. 5 by a 2-ply wound hose coil 123 with a substantially circular inner cross-section.
  • the direction of extension E of the tubular body 117 has a spiral course (see FIG. 5, bottom view).
  • the tubular body 1 17 with a spiral geometry is formed in two layers along an axial direction A, which runs perpendicular to the extension direction E, with a first and a second layer 124a, 124b (see FIG.
  • An advantageous installation position of said helical embodiments is perpendicular to the direction of gravity, d. H. the spiral axis is horizontal. This minimizes the resolution of the optional stratified temperature distributions due to natural convection.
  • the separating element 106 is formed in the example of Figures 5 by a silicone foam body, which divides the inner space 107 in the two required variable-volume memory part 101 a and 101 b fluid-tight and thermally insulating.
  • the advantage of a round cross-sectional profile of a tubular body 117 according to FIG. 6 lies in the fact that the hose used can be made very thin-walled and thus with low thermal mass.
  • the tube spiral 123 can be embedded in a foam structure, in particular in a rigid foam structure, to increase the pressure resistance and thermal insulation towards the environment.
  • the hose be frothed 123 of a supporting and insulating foam material.
  • the arrangement 1 comprises a first heat reservoir 2a having a first temperature Ti and a second heat reservoir 2b having a second temperature T 2 . Furthermore, the arrangement 1 comprises a thermochemical reactor 5, which is thermally and fluidically connectable or connected to the two heat reservoirs 2a, 2b. For this purpose, 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 is understood here to mean a device in which conversion processes by the supply and removal of heat - known to the person skilled in the art as reaction heat or sorption heat - are brought to completion at different temperatures Ti, T 2
  • the first temperature Ti has in the present case a greater value than the second temperature T 2 , ie, the first heat reservoir 2a acts as a heat source, of which by means of the heat transfer fluid F heat
  • 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.
  • Store 100 realized by the above explained with reference to FIGS container 103.
  • thermochemical reactor 5 and the heat buffer 100 each have separate containers 5 and 103, respectively.
  • FIG. 7 reveals that a conveying device 8 for driving the heat transfer fluid F in the heat transfer fluid circuit 3 is provided in the heat transfer fluid circuit 3.
  • a valve system 9 is further provided which comprises a first adjustable valve device 10a and a second adjustable valve device 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 the second heat reservoir 2a, 2b and the thermochemical reactor 5 have for introducing and for discharging the heat transfer fluid F in each case a fluid inlet 1 1 a, 1 1 b, 1 1 c and a fluid outlet 12a, 12b, 12c.
  • 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 can optionally be connected to the fluid inlet 11a, 11c of the first or second heat reservoir 2a, 2b.
  • 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 communicates with the second partial memory.
  • 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 brought between a first state with temperature T 2 of the first heat reservoir 2b and a second state with temperature Ti of the second heat reservoir 2b and back to the initial state becomes.
  • 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 of the temperature T1 and the second partial memory 101 b is empty.
  • the heat carrier fluid circuit 3 forms a first partial circuit 14a, in which the heat carrier fluid F circulates between the thermochemical reactor 5 and the second heat reservoir 2b.
  • the heat transfer fluid F transfers heat from the thermochemical reactor 5 into the second heat reservoir 2b, ie, heat is removed from the thermochemical reactor 5.
  • thermochemical reactor 5 As a result of this heat transfer from the thermochemical reactor 5 into the second heat reservoir 2b, for example, a heat of reaction of the thermochemical reactor 5 at the temperature level T 2 can be dissipated.
  • the thermochemical reactor 5 is now switched to a state with temperature T 1 of the first heat reservoir 2a.
  • the valve devices 10a 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 stored at the temperature level T1 heat transfer fluid F is transported from the first part of memory 101 a heat storage 100 in the first heat reservoir 2a.
  • heat transfer fluid F is transported from the first heat reservoir 2a into the thermochemical reactor 5. Further, the heat carrier fluid F initially discharged at the temperature level T2 is transported from the thermochemical reactor 5 into the second partial reservoir 101b.
  • the first part of memory 101 a of the heat buffer 100 is filled with heat transfer fluid F of the temperature Ti and the second part of memory 101 b filled with heat transfer fluid F of the temperature T2.
  • the temperature of the thermochemical reactor increases from T 2 to J as the displacement of the separator 106 advances.
  • the separation element 106 is in the above-mentioned first end position, which can be detected by the control / regulation device 4 by means of the first sensor element 110a ,
  • the two valve devices 10a, 10b are switched by the control / regulation device 4 into an operating state, which is shown schematically in FIG.
  • the heat transfer fluid circuit 3 forms a second partial circuit 14b, in which the heat transfer 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. In this operating state, heat transfer fluid F is transferred from the first heat reservoir into the thermochemical reactor 5.
  • the second part of memory 101 b, a maximum volume and the first part of memory 101 a to a minimum volume, ie, the second partial memory 101 b of the heat buffer 100 is filled with heat transfer fluid F temperature T 2 and the first part of memory 101 a is empty.
  • the reactor 5 is supplied with heat of reaction at the higher temperature level Ti.
  • the two valve devices 10a, 10b are adjusted by the control / regulation device 4 into an operating state shown in FIG.
  • the two valve devices 10a, 10b are set in such a way that heat carrier fluid F of the cooler temperature T 2 is transported from the second partial reservoir 101b into the second heat reservoir 2b.
  • sensitive heat present at the higher temperature level T 1 is transported by the thermochemical reactor 5 into the first partial reservoir 101 a of the intermediate heat storage device 100.
  • the separating 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 be.
  • the first part of memory 1 01 a is completely filled with the heat transfer fluid F (see Fig. 6).
  • the two Valve devices 10a, 10b switched back to the operating state shown in Figure 7 and a complete switching cycle of the thermochemical reactor 5 is completed.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Behältnis (103) zur Ausbildung eines Wärmezwischenspeichers (100), - mit einem Gehäuse (104), in dessen Innenraum (107) beweglich ein Trennelement (106) angeordnet ist, welches den Innenraum (107) in einen volumen-variablen ersten Teilspeicher (101a) und einen thermisch vom ersten Teilspeicher (101a) isolierten, ebenfalls volumen-variablen zweiten Teilspeicher (101b) unterteilt, - mit einem im Gehäuse (104) vorhandenen ersten Durchlass (108a) zum Ein- und Ausleiten eines Wärmeträgerfluids (F) mit einem ersten Temperaturniveau (T1) in den bzw. aus dem ersten Teilspeicher (101a), - mit einem im Gehäuse (104) vorhandenen zweiten Durchlass (108b) zum Ein- und Ausleiten des Wärmeträgerfluids (F) mit einem zweiten Temperaturniveau (T2) in den bzw. aus dem zweiten Teilspeicher (101b), - wobei der volumen-variable erste Teilspeicher (101a) komplementär zum volumen-variablen zweiten Teilspeicher (101b) ausgebildet ist, so dass das von den beiden Teilspeichern (101a, 101b) gebildete Gesamtvolumen konstant ist.

Description

Behältnis zur Ausbildung eines Wärmezwischenspeichers
Die Erfindung betrifft ein Behältnis zur Ausbildung eines Wärmezwischenspeichers sowie eine Anordnung mit einem thermochemischen Reaktor und einem solchen Behältnis.
Thermochemisch angetriebene Sorptions-Kälteanlagen besitzen ein hohes Energieeinsparungspotenzial, da als Antriebsenergie kostengünstige Ab- oder Überschusswärme genutzt wird und auf diese Weise 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 Systeme bekannt, bei denen poröse Feststoffe zum Einsatz kommen, die ein Arbeitsmittel reversibel ad- und desorbieren können und die keine bewegten und damit störanfälligen Verschleißteile im Arbeitsmittelbereich besitzen.
Derartige, auf thermochemischen Prozessen basierende Adsorptionswärmepumpen oder Adsorptionskälteanlagen bestehen bevorzugt aus einzelnen thermochemischen Reaktoren, insbesondere Sorptionsreaktoren, die zeitlich versetzt zwischen einem hohen Desorptionstemperaturniveau und einem niedrigeren Adsorptionstemperaturniveau thermisch zykliert werden, wobei sie zeitversetzt Desorptionswärme aufnehmen und Adsorptionswärme abgeben. Derartige Sorptionsreaktoren als wesentliche Komponenten einer Adsorptionswärmepumpen oder -Kälteanlagen -sind z. B. in DE 10 2014 223 058 A1 und DE 10 201 1 079 586 A1 beschrieben. Sie besitzen gegenüber kontinuierlich arbeitenden Absorptionssystemen jedoch den Nachteil, dass die periodischen Temperaturwechsel aufgrund
BESTÄTIGUNGSKOPIE der zyklierten thermischen Massen zu Effizienzeinbußen führen, die die von der Adsorptionswärmepumpe bzw. Adsorptionskälteanlage erzielte Leistungsdichte bzw. Leistungseffizienz mindern. Diese Nachteile können durch verschiedene diskontinuierliche Wärme-Rückgewinnungskonzepte zwar vermindert werden, jedoch durch vorliegende zeitlich und örtliche Temperaturgradienten nicht in vollem Maße vermieden werden. Außerdem sind diese Konzepte mit Verschiebungen von Massenanteilen des Wärmeträgers zwischen unterschiedlich temperierten Fluidkreisläufen verbunden.
Es wird also eine Lösung gesucht, die die beim Temperaturwechsel anfallende temperaturgeschichtete Wärme ohne Massenverschiebungen zwischen den unterschiedlich temperierten Fluidkreisläufen zwischenspeichert und unter weitgehender Aufrechterhaltung der Temperaturschichtung für einen zeitversetzten komplementären Temperaturwechsel wiederverwendet. Generell kann die Effizienz von Adsorptionswärmepumpen durch Berücksichtigung der Temperaturniveaus der ein- und ausgespeicherten Wärmen signifikant gesteigert werden.
In diesem Zusammenhang offenbart die DE 10 2006 043 715 A1 eine Adsorptionswärmepumpe, bei welcher ein Schichtwärmespeicher zum Einsatz kommt. Dieser erlaubt eine zeitlich versetzte Abspeicherung und Wiederverwendung von sensibler und latenter Wärme beim Adsorptionszyklus. Derartige Speicher erhalten eine Temperaturschichtung durch die temperaturabhängige Flüssigkeitsdichte aufrecht. In mobilen, variablen Beschleunigungen und Vibrationen unterworfenen Anwendungen können derartige Schichtwärmespeicher nicht eingesetzt werden.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei der Entwicklung von Zwischenspeichern für 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, zum Zwischenspeichern eines Wärmeträgerfluids ein Behältnis zu verwenden, welches zwei fluidisch voneinander getrennte und thermisch zueinander isolierte Teilspeicher mit jeweils variablem Volumen aufweist. Dies erlaubt es, je nach Bedarf ein Teilvolumen des Wärmeträgerfluids in einem oder in beiden Teilspeichern - in letzterem Fall mit unterschiedlichem Temperaturniveau - zwischen zu speichern, ohne dass es zur Durchmischung oder zu einem Wärmeaustausch zwischen den in den beiden Teilspeichern aufgenommenen Fluidmassen des Wärmeträgerfluids kommt. Daher eignet sich das hier vorgestellte, erfindungsgemäße Behältnis zur Verwendung in einem Reaktor, insbesondere einem Sorptionsreaktor einer Adsorptionswärmepumpe, der mithilfe des Wärmeträgerfluids zyklisch Wärme von einer Wärmequelle eines ersten Temperaturniveaus aufnehmen und an eine Wärmesenke eines zweiten Temperaturniveaus abgeben kann. Zur Wärmeübertragung kann dabei ein Wärmeträgerfluid dienen, dessen Fluidmasse teilweise das Temperaturniveau der Wärmequelle und teilweise der Wärmesenke aufweisen kann.
Das hier vorgestellte, erfindungsgemäße Behältnis erlaubt die Zwischenspeicherung des Wärmeträgerfluids mit dem Temperaturniveau der Wärmequelle im ersten Teilspeicher und eine volumetrisch komplementäre Zwischenspeicherung des Wärmeträgerfluids mit dem Temperaturniveau der Wärmesenke im zweiten Teilspeicher des Behältnisses.
Mit einer Volumenzunahme des ersten Teilspeichers geht beim erfindungsgemäßen Behältnis eine Volumenabnahme des zweiten Teilspeichers einher und umgekehrt. Da die beiden volumen-variablen Teilspeicher erfindungsgemäß das gleiche Gesamtvolumen aufweisen, erleichtert ein Einbringen des Wärmeträger- fluids 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 beim thermischen Zyklieren, also beim Umschalten zwischen den beiden Temperaturniveaus von Wärmequelle und Wärmesenke, des thermochemischen Reaktors minimiert werden. Im Ergebnis führt dies zu einer verbesserten Effizienz des mit dem erfindungsgemäßen Behältnis zusammenwirkenden Reaktors, insbesondere eines Sorptionsreaktors.
Ein erfindungsgemäßes Behältnis zur Ausbildung eines Wärmezwischenspeichers umfasst ein zur Umgebung hin thermisch isoliertes 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 eines ersten Wärmeträgerfluids in den bzw. aus dem ersten Teilspeicher vorhanden. Weiterhin ist im Gehäuse ein zweiter Durchlass zum Ein- und Ausleiten eines zweiten Wärmeträgerfluids in den bzw. aus dem zweiten Teilspeicher vorhandenen. Erfindungsgemäß ist der volumen-variable erste Teilspeicher komplementär zum volumen-variablen zweiten Teilspeicher ausgebildet, so dass das von den beiden Teilspeichern gebildete Gesamtvolumen konstant ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Behältnis zur simultanen Aufnahme und Abgabe einer ersten und einer zweiten Fluidmasse des Wärmeträgerfluids ausgebildet, wobei die beiden Fluidmassen unterschiedliche Temperaturniveaus aufweisen. Dies erlaubt es, im Wärmezwischenspeicher gleichzeitig Fluidmasse mit dem Temperaturniveau der Wärmequelle und Fluidmasse mit dem Temperaturniveau der Wärmesenke zwischen zu speichern. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besitzt der von der Behälterwand umschlossene Raum eine Geometrie, deren eine Dimension in Relation zu den beiden anderen Dimensionen ähnlich der eines Schlauches signifikant größer ist. Besonders bevorzugt ist also die Länge des Raumes mindestens um einen Faktor 50 größer als einer der Querschnittsdimensionen. An den Enden des dadurch gebildeten langgestreckten Raumes befinden sich Fluid-seitige Anschlüsse zur Zu- bzw. Abführung der ein- und auszuspeichernden temperierten Fluidmassen. Ein solcher, länglicher Aufbau bewirkt, dass ein etwaig vorhandener zeitlicher Temperaturgradient des in den Teilspeicher eingebrachten Wärmeträ- gerfluids als örtlicher Temperaturgradient weitgehend oder sogar vollständig erhalten bleibt. Mit anderen Worten, ein unerwünschter Temperaturausgleich in dem Wärmeträgerfluid kann bei einer länglichen Ausbildung des Behältnisses gering gehalten werden. Das große Längen-/Querschnittsverhältnis eines länglichen Behältnisses dient also dem Zweck, dass eine Temperaturschichtung der ein- bzw. ausströmenden Wärmeträgerfluids 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 vorteilhaften Weiterbildung der vorgenannten einfachsten Grundform kann der Rohrkörper auch eine Verlegeform aufweisen, die einer Auflösung des eingespeicherten Temperaturgradienten durch Ausnutzung der temperaturabhängigen Fluiddichte zumindest abschnittsweise entgegen wirkt. Der Rohrkörper kann also auch als stehende oder liegende Rohrwendel ausgeführt sein. Die ein- zelnen Windungen einer liegenden Wendel verhindern einen Fluidaustausch zwischen den einzelnen Windungen. Bei einer stehenden Rohrwendel kann eine temperaturgeschichtet eingespeicherte Fluidmasse dann aufrecht erhalten werden, wenn die eingespeicherte Fluidmasse in ihrer Temperaturverteilung von oben nach unten zunimmt, also eine stabile Temperaturschichtung vorliegt.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Wendelform mit einer verbesserten Bauraumausnutzung ist im Innenraum eines rohrförmigen Behälters eine wendelartige Struktur angeordnet, welche dem Innenraum die Geometrie eines Fluidkanals mit wendelartiger Geometrie verleiht. Mit einer derartigen wendelartigen Geometrie geht ein besonders hohes Längen-zu-Querschnittsverhältnis des Behältnisses einher, wodurch dem oben erwähnten, unerwünschten Temperaturausgleich in dem im Teilspeicher aufgenommenen Wärmeträgerfluid besonders wirksam entgegengewirkt werden kann. Außerdem besitzt diese Ausführungsform eine geringe thermische Masse des Gehäuses und weist eine geringe Kontaktfläche zur Umgebung hin auf, wodurch unerwünschte Wärmeverluste reduziert werden können.
Zweckmäßig kann die wendelartige Struktur als in dem Innenraum angeordneter Einsatz ausgebildet sein. Dies erlaubt eine gegenüber dem Gehäuse separate Herstellung der wendelartigen Struktur, welche erst nach ihrer Fertigung in den Innenraum des Gehäuses eingesetzt wird. Damit einher geht ein besonders einfacher Zusammenbau des Behältnisses, was sich vorteilhaft auf die Herstellungskosten auswirkt.
Besonders zweckmäßig umfasst die wendelartige Struktur wenigstens zehn Windungen, vorzugsweise wenigstens 20 Windungen. Bevorzugt kann das Trennelement entlang des wendelartigen Fluidkanals fluid- dicht und reibungsarm so eingepasst sein, dass es, dem Funktionsprinzip einer Gewindemutter auf einer Gewindestange folgend, bewegbar ist.
Besonders bevorzugt besteht das Trennelement aus einem schäumbaren Kunststoff, vorzugsweise aus Polyamid, Silikonschaum oder dergleichen und kann dadurch thermisch gut isolierend und kostengünstig ausgeführt werden.
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. Soll das Behältnis im Zusammenhang mit einem Sorptionsmodul einer Adsorptionswärmepumpe oder einer Adsorptionskältemaschine eingesetzt werden, so kann bei der thermischen Zyklierung des Sorptionsmoduls festgestellt werden, wann das Wärmeträgerfluid vollständig aus einem der beiden Teilspeicher entnommen bzw. ein komplementär temperiertes Wärmeträgerfluid eingespeichert wurde; denn in diesem Fall befindet sich das Trennelement in minimalem Abstand zum ersten oder zweiten Durchlass.
Bei einer weiteren verbesserten Ausführungsform ist das Behältnis als schlauchartig ausgebildeter Körper realisiert, der sich entlang einer Erstreckungsrichtung zumindest abschnittsweise nicht-geradlinig erstreckt. Bei dieser Variante liegt das Trennelement zur Ausbildung der beiden volumen-variablen Teilspeicher entlang der Erstreckungsrichtung bewegbar an der Innenseite einer Umfangswand des schlauchartigen Körpers an. Die Ausbildung als schlauchartiger, nicht- geradliniger Körper ermöglicht eine effiziente Ausnutzung beliebig geformter Bauräume und ermöglicht eine Verringerung der Wärmeverluste zur Umgebung hin.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der schlauchartige Körper des Behältnisses eine spiralförmige Geometrie auf. Vorzugsweise wird der Körper axial durch eine Bodenplatte und eine Deckplatte begrenzt.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform weist die Erstreckungsrichtung einen spiralförmigen Verlauf auf, und der schlauchartige Körper mit spiralförmiger Geometrie ist in einer axialen Richtung, die senkrecht zur Erstreckungsrichtung verläuft, zumindest zweilagig ausgebildet. Diese Variante baut besonders kompakt.
Besonders bevorzugt kann der schlauchartig ausgebildete Körper durch einen in einer Mehrfachspirale gewickelten dünnwandigen Schlauch gebildet sein. Diese Variante stellt zwei Teilspeicher mit großen Teilvolumina zur Verfügung, benötigt aber in axialer Richtung dennoch nur wenig Bauraum.
Zur bestmöglichen Aufrechterhaltung einer Temperaturschichtung des eingespeicherten Fluids können die spiralartigen Ausführungsformen senkrecht gestellt werden, damit sich voneinander getrennte Konvektionszellen ausbilden, die eine Auflösung der Temperaturschichtung zwischen den Konvektionszellen verhindern.
Zweckmäßig kann der dünnwandige Schlauch in ein isolierendes und mechanisch abstützendes Hartschaumbett eingebettet sein. Diese Maßnahme stellt die betriebsmäßig erforderliche mechanische Festigkeit des Behältnisses sicher.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform besteht das isolierende Trennelement aus einem elastischen und thermisch isolierenden, vorzugsweise aus Si- likonschaum gefertigten, Formkörper. Diese Ausführungsform ist kostengünstig herzustellen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung dieses Gedankens kann das den langgestreckten schlauchartigen Hohlkörper bildende Gehäuse beliebige Querschnitts-Geometrien aufweisen. Beispielsweise kann dieser Hohlkörper auch aus einzelnen nach außen hin fluiddicht gefügten Elementen aufgebaut sein. Durch geeignete topologische Verlege-Formen kann ein hoher Bauraum-Nutzungsgrad erreicht werden, wie das beispielsweise durch eine spiralige ein- oder mehrlagige Wickel- oder Spiralform erzielt werden kann.
Besonders bevorzugt beträgt eine entlang der axialen Richtung bzw. Erstre- ckungsrichtung gemessene Länge des mit der Fluidmasse befüllbaren Hohlraums, welche einer Ein- bzw. Ausströmrichtung des Fluids entspricht, wenigstens das Zwanzigfache, vorzugsweise wenigstens das Fünfzigfache, einer quer zur axialen Richtung bzw. quer zur Erstreckungsrichtung gemessenen Querrichtung. Weiterhin bevorzugt ist die thermische Masse der im Behältnis gespeicherten Fluidmasse mindestens um einen Faktor 20 größer als die thermische Masse der Gehäusewand.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Anordnung, insbesondere eine Kältemaschine oder eine Wärmepumpe mit einem als Wärmequelle wirkenden ersten Wärmereservoir und mit einem als Wärmesenke wirkenden zweiten Wärmereservoir. Wenigstens ein thermochemischer Reaktor der Anordnung ist thermisch und fluidisch mit den beiden Wärmereservoirs verbindbar oder verbunden. Ein solcher Reaktor kann vorzugsweise als ein auf wechselnden Temperaturniveaus arbeitender Sorptionsreaktor oder einem kombinierten Kondensator/Verdampfer einer Adsorptionskältemaschine oder einer Adsorptionswärmepumpe ausgebildet sein. Der Begriff„Reaktor" bezeichnet also allgemein eine Komponente, die eine Reakti- ons- oder Phasenwechselwärme (Reaktions-, Verdampfungs- bzw. Kondensationswärme) auf unterschiedlichen Temperaturniveaus aufnimmt und wieder abgibt.
Weiterhin umfasst die Anordnung einen Wärmeträgerfluidkreislauf, in welchem ein Wärmeträgerfluid zum Transport von Wärme zwischen den beiden Wärmereservoirs und dem Reaktor angeordnet ist. Des Weiteren ist im Wärmeträgerfluidkreislauf ein vorangehend vorgestelltes, erfindungsgemäßes Behältnis angeordnet, welches als Wärmezwischenspeicher zum Zwischenspeichern des Wärmeträgerfluids dient. Das Behältnis ist zur Aufnahme des Wärmeträgerfluids mit zwei unterschiedlichen Temperaturniveaus ausgebildet. Hierzu weist das Behältnis einen ersten Teilspeicher mit variablem Speichervolumen und thermisch und fluidisch getrennt zu diesem einen zweiten Teilspeicher mit variablem Speichervolumen auf. Im Wärmeträgerfluidkreislauf ist eine Fördereinrichtung zum Antreiben des Wärmeträgerfluids im Wärmeträgerfluidkreislauf vorhandenen. Im Wärmeträgerfluidkreislauf ist weiterhin ein Ventilsystem, welches wenigstens eine verstellbare Ventileinrichtung umfasst, vorgesehen. Mittels besagter, wenigstens einen verstellbaren Ventileinrichtung ist der Wärmetransport zwischen den beiden Wärmereservoirs, dem thermochemischen Reaktor und dem Wärmezwischenspeicher durch das Wärmeübertragungsfluid steuerbar. In der Anordnung ist weiterhin eine Steuerungs-/Regelungseinrichtung zum Steuern des Ventilsystems vorgesehen.
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, son- dern 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 den Aufbau eines erfindungsgemäßen Behältnisses,
Fig. 2 eine beispielhafte Temperaturschichtung alternativ eingespeicherter
Fluidmassen
Fig. 3 eine erste Variante des Behältnisses der Figur 1
Fig. 4 eine zweite Variante des Behältnisses der Figur 1 ,
Fig. 5 eine dritte Variante des Behältnisses der Figur 1
Fig. 6 eine vierte Variante des Behältnisses der Figur 1.
Fig. 7-10 eine das Behältnis verwendende Anordnung mit einem thermochemi- schen Reaktor in verschiedenen Betriebszuständen.
Die Figur 1 zeigt ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Behältnisses 103, welches als Wärmezwischenspeicher 100 eingesetzt werden kann. Das Behältnis 103 umfasst ein Gehäuse 04. 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 10 a isolierten, ebenfalls volumen-variablen zweiten Teilspeicher 101 b.
Das Behältnis 103 ist zur simultanen Aufnahme und Abgabe einer ersten und einer zweiten Fluidmasse eines Wärmeträgerfluids F ausgebildet. Die beiden Fluidmassen des Wärmeträgerfluids F können unterschiedliche Temperaturniveaus T T2 mit unterschiedlichen Temperaturschichtungen aufweisen. Der volumenvariable erste Teilspeicher 101 a ist komplementär zum volumen-variablen zweiten Teilspeicher 101 b ausgebildet, so dass von den beiden Teilspeichern 101 a, 101 b gebildetes Gesamtvolumen unabhängig von der momentan Position des Trennelements 106 konstant ist.
Die gesamte Gehäusewand ist zur Minimierung eines Wärmeaustauschs mit der Umgebung thermisch isoliert und besitzt eine geringe thermische Masse, die mindestens um einen Faktor 20 kleiner ist, als die der von ihr umschlossenen Fluidmasse.
Wie Figur 1 erkennen lässt, ist im Gehäuse 104 ein erster Durchlass 108a zum Ein- und Ausleiten des Wärmeträgerfluids F mit der Temperatur T in den ersten Teilspeicher 101a 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 101 b bzw. aus dem zweiten Teilspeicher 101 b vorhanden. Da das Trennelement 106 die beiden Teilspeicher 101 a, 101 b nicht nur fluidisch voneinander trennt, sondern auch thermisch isolierend wirkt, ist weder eine Vermischung der in den beiden Teilspei- ehern 101 a, 101 b vorhandenen Fluidmassen noch eine Wärmeübertragung möglich, so dass die unterschiedlichen Temperaturniveaus T^ T2 und deren optionale Temperaturschichtungen in den beiden Fluidmassen vollständig oder zumindest weitgehend erhalten bleiben.
Das Gehäuse 04 ist im Beispielszenario der Figur 1 als Rohrkörper 105 ausgebildet, der sich entlang einer axialen Richtung A geradlinig erstreckt. Das Trennelement 106 liegt zur Ausbildung der beiden volumen-variablen Teilspeicher 101 a, 101 b entlang der axialen Richtung A bewegbar an der Innenseite 1 2 einer Umfangswand 1 11 des Rohrkörpers 105 an. Der erste Durchlass 108a ist an einem ersten Längsende 109a des Rohrkörpers 105 angeordnet. Der zweite Durchlass 108b ist an einem dem ersten Längsende 109a gegenüberliegenden, zweiten Längsende 109b angeordnet.
Wie Figur 1 anschaulich belegt, kann bei ganz links am ersten Durchlass 108a angeordneten Trennelement 106 das Behältnis 103 mit einem Wärmeübertra- gungsfluid F mit erstem Temperaturniveau Ti gefüllt sein. Durch heißes, von links über den ersten Durchlass 108a einströmendes Wärmeübertragungsfluid F mit Temperaturniveau T2 kann das Trennelement 106 nach rechts, zum zweiten Durchlass 108b hin verschoben werden, wodurch das Behältnis mit Wärmeübertragungsfluid F der Temperatur T2 gefüllt wird. Gleichzeitig wird das Wärmeübertragungsfluid F der Temperatur Ti durch den zweiten Durchlass 108b hindurch nach rechts ausgeschoben, bis das Trennelement 106 sich am zweiten Durchlass 108b befindet und das Wärmeübertragungsfluid F der Temperatur T2 ohne Vermischung komplett von heißem Wärmeübertragungsfluid F der Temperatur T2 verdrängt wurde.
Um einen gleitenden Aufheiz- oder Abkühlprozess eines thermochemischen Reaktors noch effizienter zu gestalten können die in den Teilspeichern 101 a, 101 b eingelagerten Fluidmassen zusätzlich auch Temperaturschichtungen aufweisen, wie dies in Fig. 2 beispielhaft schematisch dargestellt ist. Die Figur 2 zeigt ein Diagramm, in welchem die Temperatur der eingelagerten Fluidmassen als Funktion der Länge L des Wärmezwischenspeichers 100 angegeben ist. Zur Verdeutlichung ist im Diagramm der Figur 2 die Position der beiden Durchlässe 108a, 108b in Bezug auf die Abszissenachse vermerkt.
Die untere, gestrichelt gezeichnete Kurve 1 18 zeigt eine beispielhafte Temperaturverteilung des mit kühlem Fluid gefüllten Wärmezwischenspeichers 100. Dabei liegt die Fluidtemperatur am ganz nach links verschobenen Trennelement 106 auf dem niedrigsten Temperaturniveau, im vorliegenden Fall bei 35°C und steigt in Richtung des Durchlasses 108b auf eine Temperatur von 95°C an.
Die obere, durchgezogene Kurve 1 19 zeigt die Temperaturverteilung bei gefülltem zweiten Teilspeicher, bei dem das Trennelement 106 durch Einspeichern von heißem und zunehmend kühler werdendem Fluid zum rechten Durchlass 108b verschoben wurde. Die mittleren Temperaturen der beiden alternativ eingespeicherten Fluidmassen unterscheiden sich durch den als Doppelpfeil dargestellten Betrag, aus dem sich die vom Wärmezwischenspeichers 100 aufnehmbare Wärmekapazität berechnen lässt. Wie in diesem Beispiel dargestellt, kann die Tem- peraturspreizung der eingespeicherten geschichteten Fluidmassen größer sein, als der mittlere Temperaturunterschied der alternativ einspeicherbaren Fluidmassen.
Vorteilhafterweise ist Trennelement 06 des Wärmezwischenspeichers 100 thermisch isolierend ausgebildet damit der Wärmekontakt zwischen den beiden unterschiedlich temperierten Fluidmassen innerhalb der Teilspeicher minimiert wird. . Das Material des Trennelements 106 kann ein isolierender Kunststoffsein, der durch seine Struktur einen geringen Wärmedurchgang zwischen seinen Grenzflä- chen zu den unterschiedlich temperierten Fluidmassen aufweist. Beispielsweise wird dies durch aufgeschäumte Bereiche oder Hohlkammern innerhalb des Trennelementes erreicht. Besonders bevorzugt ist das Trennelement aus einem elastischen Kunststoff insbesondere aus einem Silikonschaum gefertigt, der sich weitgehend fluiddicht und verschiebbar an die Innenkontur des Gehäuses anschmiegt.
Am ersten Durchlass kann ein erstes Sensorelement 1 10a vorgesehen sein, 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 kann am zweiten Durchlass 108b ein zweites Sensorelement 1 10b vorgesehen sein, 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.
Zweckmäßig beträgt eine entlang der Durchströmungsrichtung axialen Richtung, - diese entspricht einer Durchströmungsrichtung für die Fluidmassen - gemessene Länge des Gehäuses 104 bzw. des Rohrkörpers 105 wenigstens das Zwanzigfache, vorzugsweise wenigstens das Fünfzigfache, einer quer zur axialen Richtung A gemessenen Querrichtung Q. Das Längenverhältnis A/Q ist also vorzugsweise > 50.
Die Figur 3 zeigt eine Variante des Beispiels der Figur 1 , bei welcher das Behältnis 103 als schlauchartig ausgebildeter Körper 1 17 realisiert ist, der sich entlang einer Erstreckungsrichtung E zumindest abschnittsweise nicht-geradlinig erstreckt. Bei dieser Variante liegt das Trennelement 106 zur Ausbildung der beiden volumen-variablen Teilspeicher 101 a, 101 b entlang der Erstreckungsrichtung E bewegbar an der Innenseite 112 der Umfangswand 1 1 1 des schlauchartigen Körpers 117 an. Die Figur 4 zeigt eine vorteilhafte Weiterbildung des Behältnisses 103 der Figur 3. Beim Behältnis 103 der Figur 4 ist im Innenraum 107 des Gehäuses 102 eine wendelartige Struktur 13 angeordnet. Diese wendelartige Struktur 113 verleiht dem Innenraum 105 die Geometrie eines Fluidkanals 1 4 mit wendelartiger Geometrie, die ein großes Längenverhältnis A/Q aufweist. Der Fluidkanal 1 4 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 15 ausgebildet sein. Die wendelartige Struktur 113 kann wenigstens zehn Windungen 16, bevorzugt sogar wenigstens 20 Windungen umfassen. Das Trennelement 106 ist entlang des wendelartigen Fluidkanals 1 14 verstellbar ausgebildet. Das heißt, die geometrische Formgebung des Trennelements 106 ist derart gewählt, dass es im Innenraum 107 entlang des Fluidkanals 1 14, der durch die Umfangswand 1 11 und die wendelartige Struktur 1 13 begrenzt ist, verstellbar, also verschiebbar ist und das Gesamtvolumen in die beiden variablen Teilräume 101 a und 101 b unterteilt. Eine Verschiebung des Trennelementes wird durch Druckdifferenzen zwischen den Teilräumen 10 a und 101 b bewirkt.
In Figur 5 ist eine räumlich besonders kompakte und einfach ausführbare Variante des Behältnisses 103 gemäß einer verallgemeinerten Ausführung nach Figur 3 dargestellt. Das Behältnis 103 wird durch einen Spiralraum 120 gebildet, der durch eine Bodenplatte 121 und eine Deckplatte 122 begrenzt ist. Beim Behältnis 103 der Figur 5 ist im Innenraum 107 des Gehäuses 102 eine Umfangswand 111 angeordnet, die in dem in Figur 5, untere Darstellung, gezeigten Querschnitt eine spiralförmige Geometrie besitzt. Das den Innenraum 107 in zwei volumenvariable Teilspeicher 101a, 101 b unterteilende verschiebbare Trennelement 106 füllt den in diesem Falle rechteckigen Querschnitt fluiddicht aus. Das Behältnis 103 besitzt innen und außen je einen Durchlass 108a und 108b und im Bereich des jeweili- gen Durchlasses 108a, 108b angeordnete Sensorelemente 10a und 1 10b zur Erkennung der beiden möglichen Endpositionen des Trennelementes 06.
Eine Weiterbildung des Behältnisses 103 der Figur 5 ist in Figur 6 dargestellt. Dort wird der Spiralraum 120 in einer Spezialausführung von Fig. 5 durch eine 2- lagig gewickelte Schlauchspirale 123 mit weitgehend rundem Innenquerschnitt gebildet. Die Erstreckungsrichtung E des schlauchförmigen Körpers 117 weist einen spiralförmigen Verlauf auf (vgl. Figur 5, untere Darstellung). Der schlauchartige Körper 1 17 mit spiralförmiger Geometrie ist entlang einer axialen Richtung A, die senkrecht zur Erstreckungsrichtung E verläuft, zweilagig mit einer ersten und einer zweiten Lage 124a, 124b (vgl. Figur 5, obere Darstellung) ausgebildet.
Eine vorteilhafte Einbaulage der genannten spiralförmigen Ausführungsformen ist senkrecht zur Richtung der Schwerkraft, d. h. die Spiralachse liegt horizontal. Damit wird eine Auflösung der optional geschichteten Temperaturverteilungen durch natürliche Konvektion minimiert.
Vorteilhafterweise wird das Trennelement 106 im Beispiel der Figuren 5 durch einen Silikonschaumkörper gebildet, der den Innenraum 107 in die zwei erforderlichen volumenvariablen Teilspeicher 101 a und 101 b fluiddicht und thermisch isolierend unterteilt.
Der Vorteil eines runden Querschnittsprofils eines schlauchförmigen Körpers 117 gemäß Figur 6 liegt darin, dass der verwendete Schlauch sehr dünnwandig und damit mit geringer thermischer Masse ausgeführt werden kann. Optional (nicht dargestellt) kann die Schlauchspirale 123 zur Steigerung der Druckfestigkeit und thermischen Isolation zur Umgebung hin in eine Schaumstruktur, insbesondere in eine Hartschaumstruktur eingebettet werden. Alternativ dazu kann die Schlauch- spirale 123 von einem stützenden und isolierenden Schaummaterial umschäumt sein.
Im Folgenden wird anhand der Figuren 7 bis 10 eine das Behältnis 103 verwendende Anordnung 1 mit einem thermochemischen Reaktor 5 in verschiedenen Be- triebszuständen erläutert.
Die Anordnung 1 umfasst entsprechend Figur 7 ein erstes Wärmereservoir 2a mit einer ersten Temperatur Ti 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 Wärmeträger- fluidkreislauf 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 oder Sorptionswärmen 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, umfassen. Die erste Temperatur Ti weist im vorliegenden Fall 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. Im Beispielszenario der Figur 8 wird der Wärmezwi- schenspeicher 100 durch das vorangehend anhand der Figuren erläuterte Behältnis 103 realisiert.
Wie die Figuren erkennen lassen, besitzen der thermochemische Reaktor 5 und der Wärmzwischenspeicher 100 jeweils separate Behältnisse 5 bzw. 103.
Der Darstellung der Figur 7 entnimmt man, dass im Wärmeträgerfluidkreislauf 3 eine Fördereinrichtung 8 zum Antreiben des Wärmeträgerfluids F im Wärmeträgerfluidkreislauf 3 vorgesehen ist. Im Wärmeträgerfluidkreislauf 3 ist ferner ein 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 thermochemischen 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 1 a, 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 verstellbaren Ventileinrichtung 10b ist der Fluidauslass 12b des thermochemischen Reaktors 5 wahlweise mit dem Fluideinlass 1 1 a, 11 c des ersten oder zweiten Wärmereservoirs 2a, 2b verbindbar. Wie Figur 7 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 ein 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 T2 des ersten Wärmereservoirs 2b und einem zweiten Zustand mit Temperatur Ti des zweiten Wärmereservoirs 2b und wieder zurück in den Anfangszustand gebracht wird.
Von der Steuerungs-/Regelungseinrichtung 4 können die beiden Ventileinrichtungen 10a, 10b des Ventilsystems 9 in einen Betriebszustand verstellt werden, der schematisch in Figur 7 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 der Temperatur T1 gefüllt und der zweite Teilspeicher 101 b ist leer. In diesem Betriebszustand bildet der Wärmeträgerflu- idkreislauf 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 Wärmeträgerfluid F Wärme vom thermochemischen Reaktor 5 in das zweite Wärmereservoir 2b, d.h. es wird Wärme aus dem thermochemischen Reaktor 5 abgeführt. Als Folge dieses Wärmetransports vom thermochemischen Reaktor 5 in das zweite Wärmereservoir 2b kann beispielsweise eine Reaktionswärme des thermochemischen Reaktors 5 auf dem Temperaturniveau T2 abgeführt werden. Im Zuge der thermischen Zyklierung wird der thermochemische Reaktor 5 nun in einen Zustand mit Temperatur T1 des ersten Wärmereservoirs 2a umgeschaltet. Zum Umschalten des thermochemischen Reaktors in einen Zustand mit Temperatur Ti wird zunächst nur die Ventileinrichtungen 10a von der Steuerungs- /Regelungseinrichtung 4 zunächst in einen in Figur 8 dargestellten Betriebszustand verstellt. In dem in Figur 8 dargestellten Betriebszustand sind die beiden Ventileinrichtungen 10a, 10b derart eingestellt, dass auf dem Temperaturniveau T1 gespeicherte 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 das anfangs auf dem Temperaturniveau T2 ausgeschobene Wärmeträgerfluid F vom thermochemischen Reaktor 5 in den zweiten Teilspeicher 101 b transportiert. In diesem Betriebszustand ist der erste Teilspeicher 101 a des Wärmezwischenspeichers 100 mit Wärmeträgerfluid F der Temperatur Ti gefüllt und der zweite Teilspeicher 101 b mit Wärmeträgerfluid F der Temperatur T2 gefüllt. In diesem Betriebszustand erhöht sich die Temperatur des thermochemischen Reaktors von T2 auf J mit fortscheitender Verschiebung des Trennelementes 106.
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 erwähnten ersten Endposition, was von der Steuerungs-/Regelungseinrichtung 4 mittels des ersten Sensorelements 1 10a detektiert werden kann.
Anschließend werden die beiden Ventileinrichtungen 10a, 10b von der Steue- rungs-/Regelungseinrichtung 4 in einen Betriebszustand geschaltet, der schematisch in Figur 9 dargestellt ist. In dem in Figur 9 schematisch gezeigten Betriebs- zustand bildet der Wärmeträgerfluidkreislauf 3 einen zweiten Teilkreislauf 14b aus, in welchem das Wärmeträgerfluid 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 Wärmeträgerfluid F 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 101 a ein minimales Volumen auf, d.h. der zweite Teilspeicher 101 b des Wärmezwischenspeichers 100 ist mit Wärmeträgerfluid F der Temperatur T2 gefüllt und der erste Teilspeicher 101 a ist leer. In diesem Betriebszustand wird dem Reaktor 5 Reaktionswärme auf dem höheren Temperaturniveau Ti zugeführt.
Anschließend werden die beiden Ventileinrichtungen 10a, 10b von der Steue- rungs-/Regelungseinrichtung 4 in einen in Figur 10 dargestellten Betriebszustand verstellt. In dem in Figur 10 dargestellten Betriebszustand sind die beiden Ventileinrichtungen 10a, 10b derart eingestellt, dass Wärmeträgerfluids F der kühleren Temperatur T2 vom zweiten Teilspeicher 101 b in das zweite Wärmereservoir 2b transportiert wird. Gleichzeitig wird sensible, auf dem höheren Temperaturniveau T1 vorliegende Wärme vom thermochemischen Reaktor 5 in den ersten Teilspeicher 101 a des Wärmezwischenspeichers 100 transportiert.
Sobald das im zweiten Teilspeicher 101 b des Wärmezwischenspeichers 1 00 zwischengespeicherte Wärmeträgerfluid F vollständig aus dem Wärmezwischenspeicher 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 1 01 a vollständig mit dem Wärmeträgerfluid F gefüllt (vgl. Fig. 6). Von der Steuerungs-/Regelungseinrichtung 4 werden die beiden Ventileinrichtungen 10a, 10b wieder in den in Figur 7 gezeigten Betriebszustand geschaltet und ein vollständiger Umschaltzyklus des thermochemischen Reaktors 5 ist abgeschlossen.
Man kann den Figuren 8 und 10 entnehmen, dass die während der sogenannten Temperaturwechselphasen jeweils in den Temperaturwechsler ein- und ausgespeicherten Fluidmassen hinsichtlich der ein- und ausgebrachten Temperaturen örtlich geschichtet verlagert werden, wodurch ein hoher Wärmerückgewinnungsgrad erreicht werden kann. Diese Temperaturschichtung wird durch die unterschiedlichen Graufärbungen qualitativ illustriert, wobei der Schwärzungsgrad das lokale Temperaturniveau symbolisiert. Man erkennt, dass beidseitig des Trennelementes die größte Temperaturdifferenz der eingelagerten Fluidmassen vorliegt, weshalb dieses gut isolierend ausgebildet sein muss.
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Claims

Ansprüche
1. Behältnis (103) zur Ausbildung eines Wärmezwischenspeichers (100),
mit einem Gehäuse (104), in dessen Innenraum (107) beweglich ein Trennelement (106) angeordnet ist, welches den Innenraum (107) in einen volu- men-variablen ersten Teilspeicher (101 a) und einen thermisch vom ersten Teilspeicher (101 a) isolierten, ebenfalls volumen-variablen zweiten Teilspeicher (101 b) unterteilt,
mit einem im Gehäuse (104) vorhandenen ersten Durchlass (108a) zum Ein- und Ausleiten eines Wärmeträgerfluids (F) mit einem ersten Temperaturniveau 0 ) in den bzw. aus dem ersten Teilspeicher (101 a),
mit einem im Gehäuse (104) vorhandenen zweiten Durchlass (108b) zum Ein- und Ausleiten des Wärmeträgerfluids (F) mit einem zweiten Temperaturniveau (T2) in den bzw. aus dem zweiten Teilspeicher (101 b),
wobei der volumen-variable erste Teilspeicher (101 a) komplementär zum volumen-variablen zweiten Teilspeicher (101 b) ausgebildet ist, so dass das von den beiden Teilspeichern (101a, 101 b) gebildete Gesamtvolumen konstant ist.
2. Behältnis nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Behältnis (103) zur simultanen Aufnahme und Abgabe einer ersten und einer zweiten Fluidmasse des Wärmeträgerfluids ausgebildet ist, wobei die beiden Fluidmassen unterschiedliche Temperaturniveaus (T^ T2) aufweisen. Behältnis nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die beiden Teilspeicher (101 a, 101 b) länglich ausgebildet sind,
wobei der erste Durchlass (108a) an einem ersten Längsende (109a) und der zweite Durchlass (108b) an einem dem ersten Längsende (109a) gegenüberliegenden, zweiten Längsende (109b) angeordnet ist.
Behältnis nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Gehäuse (104) als Rohrkörper (105) ausgebildet ist, der sich entlang einer axialen Richtung (A) im Wesentlichen geradlinig erstreckt,
wobei das Trennelement (106) zur Ausbildung der beiden volumen-variablen Teilspeicher ( 01a, 101 b) entlang der axialen Richtung (A) bewegbar an der Innenseite ( 12) einer Umfangswand ( 1 ) des Rohrkörpers (105) anliegt. Behältnis nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
im Innenraum (107) eine wendelartige Struktur (1 13) angeordnet ist, welche dem Innenraum (107) die Geometrie eines Fluidkanals (1 14) mit wendelartiger Geometrie verleiht.
Behältnis nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die wendelartige Struktur als in dem Innenraum ( 07) angeordneter Einsatz (1 15) ausgebildet ist.
Behältnis nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
die wendelartige Struktur (113) wenigstens zehn Windungen (1 16), vorzugsweise wenigstens 20 Windungen (1 16), umfasst.
8. Behältnis nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Trennelement (106) entlang des wendelartigen Fluidkanal (1 14) verstellbar ausgebildet ist.
9. Behältnis nach einem der Ansprüche 5 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
die wendelartige Struktur (113) aus einem Kunststoff, vorzugsweise aus Polyamid, besteht.
10. Behältnis nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Trennelement (106) aus einem Kunststoff, vorzugsweise aus Polyamid oder aus einem Silkonschaum, besteht.
1 1. Behältnis nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
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.
12. Behältnis nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Behältnis (103) als schlauchartig ausgebildeter Körper (1 17) realisiert ist, der sich entlang einer Erstreckungsrichtung (E) zumindest abschnittsweise nicht-geradlinig erstreckt,
wobei das Trennelement (106) zur Ausbildung der beiden volumen-variablen Teilspeicher (101a, 101 b) entlang der Erstreckungsrichtung (E) bewegbar an der Innenseite ( 12) einer Umfangswand (1 11 ) des schlauchartigen Körpers (1 17) anliegt.
13. Behältnis nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
der schlauchartige Körper (1 17) des Behältnisses (103) eine spiralförmige Geometrie besitzt und vorzugsweise axial durch eine Bodenplatte und eine Deckplatte begrenzt ist.
14. Behältnis nach Anspruch 12 oder 13,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Erstreckungsrichtung (E) einen spiralförmigen Verlauf besitzt und der schlauchartige Körper (1 17) mit spiralförmiger Geometrie in einer axialen Richtung (A) , die senkrecht zur Erstreckungsrichtung verläuft, zumindest zweilagig mit einer ersten und einer zweiten Lage (124a, 124b) ausgebildet ist.
15. Behältnis nach einem der Ansprüche 12 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, dass
dadurch gekennzeichnet, dass
der schlauchartig ausgebildete Körper (1 17) durch einen in einer Mehrfachspirale gewickelten dünnwandigen Schlauch gebildet ist.
16. Behältnis nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass
der dünnwandige Schlauch in ein isolierendes und mechanisch abstützendes Hartschaumbett eingebettet ist.
17. Behältnis nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
das isolierende Trennelement (106) aus einem elastischen und thermisch isolierenden, vorzugsweise aus Silikonschaum gefertigten Formkörper besteht.
18. Behältnis nach einem der Ansprüche 4 bis 12.
dadurch gekennzeichnet, dass
eine entlang der axialen Richtung (A) bzw. Erstreckungsrichtung (E) gemessene Länge des Teilspeichers (101 a, 101 b) wenigstens das Zwanzigfache, vorzugsweise wenigstens das Fünfzigfache einer quer zur axialen Richtung (A) bzw. quer zur Erstreckungsrichtung (E) gemessenen Querrichtung (Q) beträgt.
19. Anordnung, insbesondere Kältemaschine oder Wärmepumpe,
mit einem als Wärmequelle wirkenden, ersten Wärmereservoir und mit einem als Wärmesenke wirkenden, zweiten Wärmereservoir,
mit einem thermisch und fluidisch mit den Wärmereservoirs verbindbaren o- der verbundenen thermochemischen Reaktor, vorzugsweise einer Adsorptionskältemaschine oder einer Adsorptionswärmepumpe,
mit einem Wärmeträgerfluidkreislauf, in welchem ein Wärmeträgerfluid zum Transport von Wärme zwischen den beiden Wärmereservoirs und dem ther- mochemischer Reaktor angeordnet ist,
mit einem im Wärmeträgerfluidkreislauf angeordneten und als Wärmezwischenspeicher des Wärmeträgerfluids ausgebildeten Behältnis nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Zwischenspeichern temperierter Fluidmassen,
wobei das Behältnis zur Aufnahme des Wärmeträgerfluids mit zwei unterschiedlichen Temperaturniveaus ausgebildet ist und hierzu einen ersten Teilspeicher mit variablem Speichervolumen und thermisch und fluidisch getrennt zu diesem einen zweiten Teilspeicher mit variablem Speichervolumen aufweist,
mit einer im Wärmeträgerfluidkreislauf vorhandenen Fördereinrichtung zum Antreiben des Wärmeträgerfluids im Wärmeträgerfluidkreislauf,
mit einem im Wärmeträgerfluidkreislauf vorhandenen Ventilsystem, welches wenigstens eine verstellbare Ventileinrichtung umfasst, mittels welchem der Wärmetransport zwischen den beiden Wärmereservoirs, dem thermochemi- scher Reaktor und dem Wärmezwischenspeicher durch das Wärmeübertra- gungsfluid steuerbar ist,
mit einer Steuerungs-/Regelungseinrichtung zum Steuern des Ventilsystems.
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