WO2020003288A2 - Verfahren und vorrichtung zum erzeugen und speichern von wärme - Google Patents

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WO2020003288A2
WO2020003288A2 PCT/IB2019/055607 IB2019055607W WO2020003288A2 WO 2020003288 A2 WO2020003288 A2 WO 2020003288A2 IB 2019055607 W IB2019055607 W IB 2019055607W WO 2020003288 A2 WO2020003288 A2 WO 2020003288A2
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liquid
heat
reaction
metered amount
solid
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PCT/IB2019/055607
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French (fr)
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Erhard Krumpholz
Steffen PORSCHE
Kim VAN WAGTENDONK
Jens Markus ADAMCZYK
Oliver Opel
Wolfgang Ruck
Thomas Hentschel
Thomas Schneider
Original Assignee
Zehnder Group International Ag
Thermo Store Solution Tec Ug
Trébuchet B.V.
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Publication date
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Publication of WO2020003288A3 publication Critical patent/WO2020003288A3/de

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D20/003—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using thermochemical reactions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D20/0034—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using liquid heat storage material
    • F28D20/0043—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using liquid heat storage material specially adapted for long-term heat storage; Underground tanks; Floating reservoirs; Pools; Ponds
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • 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 method and an apparatus for generating heat and to a method and an apparatus for storing heat.
  • Heat capacity of water its low cost and low environmental risk are particularly popular.
  • the disadvantage here is that the change in temperature of the water in the container is proportional to the amount of heat absorbed or given off by the water. If you store larger amounts of heat, the temperature of the storage tank rises compared to that
  • Ice stores (frozen / thawed water), wax stores (solidified / melted wax), paraffin stores (solidified / melted paraffin), in which the gas phase in normal operation is negligible near the respective melting temperature of the system due to the usually low vapor pressure there.
  • the melting temperatures or melting temperature ranges of such solid / liquid systems can be set in wide ranges by the choice of the molecules (length of the carbon chains, degree of branching, presence of polar groups, etc.) or by mixing different types of molecules. For example, Melting temperatures, i.e. Phase change storage operating temperatures from 0 ° C (ice storage), from about 30 to 60 ° C
  • phase change memories have a much higher energy storage density than sensitive heat stores.
  • phase change memories can be used in buildings, in particular in connection with solar thermal energy and with storage temperatures of, for example, 30 ° C. and 80 ° C., advantageously for heat storage for a period of a few weeks.
  • Seasonal storage of heat is also only possible to a limited extent here, and if so, then only with a high level of measures for heat insulation of the storage.
  • the invention is therefore based on the object of enabling long-term, in particular and at least seasonal, storage of heat without measures for heat insulation of the store.
  • the invention provides, according to a first aspect, a method for generating (releasing, releasing) heat (W) by reaction between, on the one hand, a solid and / or a first liquid (1) and, on the other hand, a gas and / or a second Liquid (2), the heat of reaction (W) which is thereby generated being removed.
  • the solid and / or the first liquid on the one hand and the gas and / or the second liquid on the other hand have a sufficiently high affinity for one another that a large amount of heat is released during the reaction.
  • the gas and / or the second liquid are e.g. Ammonia, water, an alcohol, a ketone, etc.
  • the solid and / or the first liquid (1) used in the process contains an anhydrate, also referred to as salt free from crystal water or dehydrated flydrate, the heat being obtained by reaction with the participation of anhydrate on the one hand and of water and / or water vapor is generated on the other hand.
  • anhydrate also referred to as salt free from crystal water or dehydrated flydrate
  • the heat being obtained by reaction with the participation of anhydrate on the one hand and of water and / or water vapor is generated on the other hand.
  • a metered amount of the anhydrate and, on the other hand, a metered amount of water and / or water vapor are fed to the reaction chamber. Through the metered supply of the anhydrate and the water and / or water vapor, the heat output released in the process can be controlled.
  • the anhydrate or dehydrated hydrate can be in the form of a liquid, e.g. are fed to the reaction space as a non-aqueous slurry or suspension.
  • a metered amount of the anhydrate is expediently fed to the reaction space in the form of solid particles.
  • a metered amount of the anhydrate is preferably fed to the reaction space in the form of a powder.
  • the particles of the powder preferably have an average grain size which is in the range from 100 pm to 800 pm.
  • the metered amount of anhydrate can be fed to the reaction space in the form of pellets (pellets).
  • the pellets preferably have an average size which is in the range from 3 mm to 15 mm.
  • the pellets preferably contain particles of the anhydrate, which are held together by a matrix of binder, it being possible for the binder to be water-soluble or water-insoluble.
  • the proportion of binder in% by weight of the pellets is preferably 1% to 10%, preferably 2% to 5%.
  • Called hydration part of the anhydrate to be bound or pelletized.
  • this binder is used in 1% to 10% by weight of the anhydrate in the pellet, only a negligible part of the anhydrate in the pellet is hydrated by the water content of the binder, so that its potential for later hydration and release of heat is only minimally reduced. It is advantageous that the heat released during pellet production by hydration of a small portion of the pellet material evaporates a portion of the water participating in the partial hydration of the pellet material in the binder of the pellets before it can react with the anhydrate. This ensures very fast drying and solidification of the binder in the pellets.
  • a binder which is soluble in water and in another solvent can also be used for the production of the pellets.
  • the other solvent is preferably a substance which does not react with the anhydrate.
  • low molecular weight volatile organic substances are used. This has the advantage that the other solvent, ie no water, can be used in the production of the pellets, as a result of which the pellet material is not hydrated at all, so that its potential for later hydration and release of heat is not reduced.
  • the pellet material is not hydrated when the pellets are produced, so that its potential for later hydration and release of heat is not reduced.
  • Binder content in% by weight of the pellets used from 1% to 2%.
  • a pellet press is preferably used to produce the pellets from anhydrate.
  • a spray method or a drip method can also be used in preparing the pellets with a binder which is soluble in water and in another solvent and which is dissolved in the other solvent.
  • the suspension or slurry (slurry) of anhydrate, the other solvent and the binder dissolved therein is conveyed through a nozzle. This can be done by gravity, inertia, e.g.
  • the jet emerging from the nozzle can be separated into pellets in the atmosphere of a pellet collecting chamber after the nozzle.
  • a pulsating pressure drop is preferably generated in the fluid flow of the suspension or
  • the use of a drip tower with a nozzle plate in the upper part of the drip tower is particularly preferred.
  • the suspension or slurry is fed into a first chamber above the nozzle plate and the nozzle plate is vibrated, the vibration of the nozzle plate preferably taking place parallel to the direction of gravity, ie alternately up and down.
  • the drops of suspension or slurry emerging from the nozzles on the underside of the vibrating nozzle plate fall into the atmosphere of a second chamber below the nozzle plate. During the fall, the solvent of the binder evaporates, so that solidified pellets arrive at the bottom of the second chamber.
  • a metered amount of water is expediently fed to the reaction space in the form of droplets or as an aerosol. This can be done using an air stream.
  • the average diameter of a droplet is preferably in the range from 100 pm to 2 mm.
  • the metered amount of water can be the reaction chamber in the form of a jet of water is supplied, the cross-sectional area preferably in the range of 0.2mm 2 is up to 500mm 2 and its speed is preferably in the range of 0.5m / s to 10m / s.
  • the metered amount of water is more than stoichiometric with respect to the metered amount of anhydrate, the excess of water based on the stoichiometric molar amount of water preferably being in the range from 2% to 15% and particularly preferably in the range from 5% to 10% lies.
  • the reaction product in which the heat is generated is more or less moist to pasty.
  • the viscosity of the water with the solid particles (paste) dispersed therein is greater than the viscosity of the water.
  • the metered amount of water is sub-stoichiometric with respect to the metered amount of anhydrate, the water deficit based on the stoichiometric molar amount of water preferably being in the range from 2% to 15% and particularly preferably in the range from 5% to 10 % lies.
  • the water deficit based on the stoichiometric molar amount of water preferably being in the range from 2% to 15% and particularly preferably in the range from 5% to 10 % lies.
  • Water deficit is the reaction product in which the heat is generated, more or less dry and more or less free-flowing.
  • the reaction product is usually very good.
  • Reaction product acts as a desiccant and prevents unwanted dampening.
  • the process can be carried out continuously.
  • the metered amount of solid and / or the first liquid (1) is continuously fed to the reaction chamber (R) and a2) the metered amount of gas and / or the second liquid (2) is continuously fed to the reaction chamber (R) ,
  • the process can be carried out at least partially discontinuously.
  • a metered cumulative amount of the solid and / or the first liquid (1) is fed to the reaction space (R) over a period of time and a2) afterwards in a second step a metered amount of the gas and / or the second liquid (2) continuously fed to the reaction chamber (R).
  • a2) a metered cumulative amount of the gas and / or the second liquid (2) is fed to the reaction space (R) in advance in a first step and a) a metered amount of the solid and / or the first liquid (1) is fed to the reaction space (R), the supply at al) preferably taking place continuously.
  • the reaction space is a container, in particular a cartridge. This cartridge can be used as a heating cartridge HK in a heating operation to give off heat.
  • the invention provides, according to a second aspect, a device for carrying out the method described above, the device forming a reaction chamber forming the reaction space (R) with a means (WT) for removing
  • the means for removing heat of reaction expediently contains one
  • WT Water / reaction medium heat exchanger
  • air air / reaction medium heat exchanger
  • the first feed means preferably contains a screw conveyor (SF).
  • the screw conveyor is a twin-screw conveyor with two intermeshing screw shafts which are mutually cleaning during operation and which preferably have an Erdmenger profile.
  • a multi-screw conveyor with several intermeshing can also be used as the screw conveyor
  • Worm shafts are used, of which two adjacent worm shafts clean each other during operation, the worm shafts preferably having an Erdmenger profile.
  • the first feed means can contain a toothed belt conveyor (ZF).
  • ZF toothed belt conveyor
  • the toothed belt conveyor is preferably formed from a polymer material and particularly preferably from a fiber-reinforced polymer material.
  • the toothed belt conveyor preferably has recesses spaced apart from one another along its longitudinal extent or along its length, which extend over the entire transverse extent or over the entire width of the toothed belt conveyor.
  • the depressions preferably have a constant profile along the transverse extent or over the entire width of the toothed belt conveyor. It is particularly advantageous if the profile is a V-profile or a U-profile.
  • the second feed means preferably contains a metering pump (DP) and / or a nozzle, in particular an atomizing nozzle (ZD).
  • DP metering pump
  • ZD atomizing nozzle
  • the atomizing nozzle preferably has a nozzle block with several next to one another
  • the second feed means can contain a feed channel (pump / gravity) (ZK).
  • the reaction space (R) has a container with a filling opening for feeding the solid and / or the first liquid (1) into the container, a closure for closing the filling opening and a semi-permeable wall area which is impermeable to the solid and / or the first liquid (1) and permeable to the gas and / or the second liquid (2).
  • the reaction chamber (R) can have a container with a filling opening for supplying the gas and / or the second liquid (2) into the container and for supplying the solid and / or the first liquid (1) into the container.
  • the semipermeable wall region preferably contains a wall with a multiplicity of holes.
  • the holes in the wall can be round holes or longitudinal holes or cross holes or star holes.
  • the smallest dimension of the holes i.e. the diameter of the round holes or the width of the longitudinal holes is in the range from 50pm to 100pm, preferably in the range from 50pm to 500pm and most preferably in the range from 50pm to 200pm.
  • the reaction space (R) preferably has a container with a filling opening for supplying the gas and / or the second liquid (2) into the container and for supplying the solid and / or the first liquid (1) into the container.
  • the container is a heating cartridge HK, which can be brought into thermal contact with a heating center or a plurality of decentralized heating devices.
  • the heating cartridge can be positively inserted and in thermal contact into a recess in a heating center or a decentralized heating device which is complementary to the cartridge and can be guided out of the latter.
  • the positive connection and the thermal contact by means of a screw connection or
  • the heating cartridge preferably contains a first wall area, which is the above-mentioned semipermeable wall area with the plurality of holes, in particular with the round holes or longitudinal holes or cross holes or star holes.
  • This semi-permeable first wall area can be made of metal or ceramic, e.g. be made of metal ceramic or oxide ceramic, or a combination of metal and ceramic in the manner of a ceramic filter.
  • the heating cartridge preferably contains a second wall area which is made of a highly heat-conducting material, preferably of metal, e.g. Copper, aluminum, steel, etc., or graphite is formed.
  • a highly heat-conducting material preferably of metal, e.g. Copper, aluminum, steel, etc., or graphite is formed.
  • the heating cartridge preferably contains a reaction chamber between the first wall area and the second wall area. This reaction chamber is filled with the anhydrate.
  • the reaction chamber is preferably filled with anhydrate in the form of a solid.
  • the reaction chamber is preferably only partially filled with the anhydrate.
  • the first prevents
  • the first wall area that the solid particles of the anhydrate can escape from the reaction chamber.
  • the first wall area enables water to enter the reaction chamber as liquid or as gas / vapor.
  • reaction chamber of the heating cartridge is metered through the first wall area as liquid or as steam, which water is mixed with the Anhydrate reacts exothermically.
  • the heat of hydration released is released by the second
  • the first wall area and the second wall area of the heating cartridge each have flat areas which are spaced parallel to one another, the space between the spaced flat areas containing anhydrate.
  • anhydrate plate cartridge we call this version of the heating cartridge "anhydrate plate cartridge”.
  • the first wall area and the second wall area of the heating cartridge each have areas in the form of a cylinder jacket, which are arranged concentrically spaced from one another, the space between the spaced-apart concentric areas containing anhydrate.
  • This version of the heating cartridge “Anhydrate hollow cylinder cartridge”.
  • a plurality of heating cartridges are preferably arranged in parallel in terms of fluid technology, the second wall region being contacted by a heat transfer fluid of a heating system.
  • the heating cartridges for heating a single one or more of them are immersed in a water tank. This allows liquid water to enter the reaction chamber of the heating cartridge in a metered manner via the first, semi-permeable wall area. The heat of hydration released in a metered manner in the reaction chamber is conducted into the water of the water tank via the second, highly heat-conducting wall area, whereby its temperature rises in a metered manner.
  • the following parameters can be used individually or in combination to dose the heat output of the heat entered into the water tank by a heating cartridge with a given cartridge geometry.
  • the invention provides, according to a third aspect, a method for storing heat (W) by reaction between a solid and / or a first liquid (1) on the one hand and a gas and / or a second liquid (2) on the other hand, wherein heat of reaction (W) to be stored is supplied.
  • bl on the one hand a metered amount of the solid and / or the first liquid (1) is fed to a reaction chamber (R) and b2) on the other hand a metered amount of heat (W) is fed to the reaction chamber (R).
  • the solid and / or the first liquid (1) and b2) the heat (W) are brought into contact with one another in the reaction space (R) bl), and the released gas and / or the released second liquid (2) is removed from the reaction space (R).
  • the solid and / or the first liquid on the one hand and the gas and / or the second liquid on the other hand have a sufficiently high affinity for one another that a large amount of heat is supplied during the reaction.
  • the gas and / or the second liquid are, for example, ammonia, water, an alcohol, a ketone, etc.
  • the solid and / or the first liquid (1) used in the process contains a flydrate, also referred to as salt containing water or hydrated anhydrate, the heat being obtained by reaction with the participation of hydrate on the one hand and of water and / or water vapor is stored on the other hand.
  • a metered amount of the hydrate and, on the other hand, a metered amount of heat are supplied to the reaction chamber. The metered supply of the hydrate and the heat can be used to control the heat output supplied in the process.
  • a metered amount of the hydrate is expediently fed to the reaction space in the form of solid particles.
  • a metered amount of the hydrate is preferably fed to the reaction space in the form of a powder.
  • the metered amount of hydrate can be fed to the reaction space in the form of pellets (pellets).
  • the metered amount of heat is expediently fed to the reaction space in the form of hot air.
  • the metered amount of heat is preferably fed to the reaction space by means of a fluidized bed.
  • the metered amount of heat is more than stoichiometric with respect to the metered amount of hydrate.
  • the reaction product in which the heat is stored is more or less dry and more or less free-flowing.
  • the flowability of the dry reaction product is usually very good.
  • the excess heat in the dry reaction product eliminates unbound residual water and increases the temperature of the reaction product briefly until it cools down.
  • the metered amount of heat is substoichiometric with respect to the metered amount of hydrate.
  • the deficiency in heat is the reaction product in which the heat is stored, more or less moist to pasty.
  • the process can be carried out continuously.
  • the metered amount of solid and / or the first liquid (1) is preferably fed continuously to the reaction chamber (R) and b2) the metered amount of heat (W) is continuously fed to the reaction chamber (R).
  • the process can be carried out at least partially discontinuously.
  • a metered cumulative amount of the solid and / or the first liquid (1) is supplied to the reaction space (R) over a period of time in a first step and b2) thereafter in a second step a metered amount of heat ( W) continuously fed to the reaction space (R).
  • a metered cumulative amount of heat (W) is supplied to the reaction space (R) in advance in a first step, and then a metered metered amount is subsequently added in a second step
  • the amount of solid and / or the first liquid (1) is fed to the reaction space (R), the feed at b1) preferably being carried out continuously.
  • the reaction space is a container, in particular a cartridge.
  • This cartridge can be used as a charging cartridge LK in a charging operation for storing heat.
  • the invention provides, according to a fourth aspect, a device for carrying out the method described above, the device comprising a reaction chamber forming the reaction space with a means (WT; WB) for supplying
  • the means for supplying heat of reaction expediently contains a heat exchanger (WT).
  • WT heat exchanger
  • the means for supplying heat of reaction preferably contains a fluidized bed (WB).
  • WB fluidized bed
  • the first means preferably contains a screw conveyor (SF).
  • SF screw conveyor
  • the first means contains a toothed belt conveyor (ZF).
  • the means for supplying heat of reaction preferably contains a blower (V).
  • the means for supplying heat of reaction contains a pump (P).
  • the reaction space (R) has a container with a filling opening for feeding the solid and / or the first liquid (1) into the container, a closure for closing the filling opening and a semi-permeable wall area which is suitable for the solid and / or the first liquid (1) is impermeable and permeable to the gas and / or the second liquid (2).
  • the reaction chamber (R) can have a container with a filling opening and / or a heat introduction area for supplying the metered cumulative amount of heat (W) and the metered amount of solid and / or the first liquid (1) into the container, one Closure for closing the filling opening and a semi-permeable
  • Wall area which is impermeable to the solid and / or the first liquid (1) and permeable to the gas and / or the second liquid (2).
  • the container is a charging cartridge LK, which can be brought into thermal contact with a heat source.
  • the container is a charging cartridge LK, which can be brought into thermal contact with a heat source.
  • Charging cartridge is positively inserted and in thermal contact in a recess of a heat source complementary to the cartridge and are led out of this.
  • the positive connection and the thermal contact by means of a screw connection or
  • the charging cartridge preferably contains a first wall area, which is the above-mentioned semipermeable wall area with the plurality of holes, in particular with the round holes or longitudinal holes or cross holes or star holes.
  • This semipermeable first wall area can be formed from metal or from ceramic, for example from metal ceramic or from oxide ceramic, or from a combination of metal and ceramic in the manner of a ceramic filter.
  • the charging cartridge preferably contains a second wall area which is made of a highly heat-conducting material, preferably of metal, e.g. Copper, aluminum, steel, etc., or graphite is formed.
  • a highly heat-conducting material preferably of metal, e.g. Copper, aluminum, steel, etc., or graphite is formed.
  • the charging cartridge preferably contains a reaction chamber between the first wall area and the second wall area.
  • This reaction chamber is filled with the hydrate.
  • the reaction chamber is preferably filled with hydrate in the form of a solid.
  • the reaction chamber is preferably filled with hydrate in the form of a solid.
  • Reaction chamber only partially filled with the hydrate, in particular with a degree of filling in vol.% Of 90% to 100%, in particular from 95% to 100%.
  • the first wall area prevents the solid particles of the hydrate from escaping from the reaction chamber.
  • the first wall area enables water to come out of the
  • Reaction chamber can leak.
  • the reaction chamber of the charging cartridge is metered through the second wall area and also to a lesser extent through the first wall area, which reacts endothermically with the hydrate.
  • the water of hydration or crystal water released is discharged through the first wall area from the cartridge, depending on the reaction conditions in the form of liquid water and / or as water vapor.
  • the first wall area and the second wall area of the charging cartridge each have flat areas which are spaced parallel to one another, the space between the spaced flat areas containing hydrate.
  • this version of the loading cartridge “hydrate plate cartridge”.
  • the first wall area and the second wall area of the charging cartridge each have areas in the form of a cylinder jacket, which are arranged concentrically spaced apart from one another, the space between the spaced apart concentric areas containing hydrate.
  • this version of the loading cartridge “hydrate hollow cylinder cartridge”.
  • a plurality of charging cartridges are preferably arranged in parallel in terms of fluid technology, the second wall area being thermally contacted directly by a heat source or being contacted indirectly by the heat source via a heat transfer fluid.
  • a single one or more of them are positioned in a solar thermal system.
  • the positioning is preferably carried out in a solar thermal system in which large-area captured solar radiation is concentrated in a small area in order to generate heat in this area with temperatures which are sufficiently high to cause rapid and complete dehydration of the hydrate to anhydrate.
  • gaseous water or water vapor can be metered from the first, semi-permeable wall area
  • the charging cartridges are preferably charged with thermal energy in a parabolic trough solar power plant.
  • the charging cartridges are fitted with a heat transfer medium, e.g. Oil brought into thermal contact, which is in a channel running in the focal line of the paraboirs, e.g. Pipe flows to be heated to temperatures of several 100 ° C, in particular to temperatures above 300 ° C.
  • a heat transfer medium e.g. Oil brought into thermal contact
  • the captured one is concentrated in the parabolic trough solar power plant as required
  • Steam engine such as a steam turbine is used to drive an electrical generator to produce electrical energy and / or the captured concentrated solar energy is used to charge the charge cartridge.
  • Excess solar energy captured in the form of an anhydrate can be stored in an anhydrate heating cartridge.
  • a single one or more of them are positioned in or on a power plant which generates a considerable proportion of waste heat during its operation. This is preferably done
  • Nuclear power plants and combustion power plants in which fossil chemical energy sources or regeneratively generated chemical energy sources are burned in order to generate electrical energy in a direct or indirect way, but always with a more or less large amount of waste heat.
  • power plants in this sense are also understood to mean stationary and mobile plants for cogeneration or cogeneration, such as Internal combustion engines (petrol engine or
  • Diesel engine jet engines or fuel cells, in which fossil chemical energy sources or regeneratively generated chemical energy sources are burned in order to generate electrical energy or mechanical energy in a direct or indirect way, but always with a more or less large amount of waste heat.
  • a particularly preferred system is CaO / Ca (OH) 2 It is particularly worth mentioning that the preferred CaO / Ca (OH) 2 system can be operated in terms of energy alone using sustainably available energy sources.
  • the CaO In order to convert chemical energy stored in the anhydrate CaO into heat, the CaO is allowed to react with water using the methods and devices described above, whereby the hydrate Ca (OH) 2 is formed.
  • the hydrate Ca (OH) 2 is supplied with heat at temperatures above 400 ° C, which expels gaseous water.
  • the repeated production of the anhydrate CaO from the hydrate Ca (OH) 2 can also be carried out by means of a solar power plant, in which the solar energy is strongly concentrated in a small area in which temperatures above 400 ° C. can be reached.
  • a parabolic trough solar power plant is particularly suitable for this.
  • the heating cartridge containing anhydrate and the charging cartridge containing hydrate can be designed differently.
  • the heating cartridge containing anhydrate is for the method and the device for producing (dispensing,
  • the hydrate-containing charging cartridge is optimized for the method and the device for storing heat.
  • the heating cartridge containing anhydrate and the charging cartridge containing hydrate have the same shape. Then there is no need to remove the hydrate of the used cartridge after a completed heating process and to refill the cartridge with anhydrate before the next heating process.
  • Figure 1 is a schematic representation of the inventive method for generating heat according to an embodiment.
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of the method according to the invention for storing heat according to an exemplary embodiment
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of the device according to the invention for generating heat according to an exemplary embodiment
  • 4 shows a schematic illustration of the device according to the invention for storing heat according to an exemplary embodiment
  • FIG. 5 shows a schematic illustration of an exemplary application of a method and a device according to the invention
  • FIG. 6a shows a top view of a first embodiment of a cartridge according to the invention in the loading mode
  • 6b shows a sectional view along the sectional plane A-A of the first embodiment of the cartridge in the loading mode
  • 6c shows a sectional view along the sectional plane B-B of the first embodiment of the cartridge in the loading mode
  • FIG. 7a shows a top view of the first embodiment of the cartridge according to the invention in heating mode
  • 7b is a sectional view along the sectional plane A-A of the first embodiment of the cartridge in heating mode
  • 7c shows a sectional view along the sectional plane B-B of the first embodiment of the cartridge in heating mode
  • FIG. 8a shows a plan view of a plate-like cartridge in the loading mode
  • 8b is a sectional view along the sectional plane A-A of the plate-like cartridge
  • 9a is a perspective view of a first variant of a block-like cartridge shown in a transparent manner
  • 9b shows a perspective view of a second variant of a block-like cartridge, which is shown transparently;
  • FIG. 10 shows a stack of block-like cartridges from FIG. 9a, which are connected in series in terms of fluid;
  • FIG. 11 shows a stack of block-like cartridges of FIG. 9a provided with engagement formations, which are connected in series in terms of fluid;
  • FIG. 12 shows a perspective view of a further variant of a plate-like cartridge
  • FIG. 13 is a side view of a vehicle provided with an internal combustion engine, on which two stacks of plate-like cartridges are arranged for the loading process;
  • FIG. 14 shows a sectional view of a further variant of a plate-like cartridge
  • 15 is a sectional view of a cylindrical cartridge.
  • FIG. 1 A method for generating (releasing, releasing) heat W is shown schematically in FIG. 1.
  • Heat W is released during a reaction between, on the one hand, a solid and / or a first liquid 1 and, on the other hand, a gas and / or a second liquid 2.
  • the heat of reaction W that is produced is dissipated.
  • a metered amount of the solid and / or the first liquid 1 is fed to the reaction space R.
  • a metered amount of the gas and / or the second liquid 2 is also fed to the reaction space R.
  • the solid and / or the first liquid 1 and the gas and / or the second liquid 2 are brought into contact with one another in the reaction space R.
  • the heat W released is removed from the reaction space R.
  • a method for storing heat W is shown schematically in FIG. 2.
  • the heat of reaction W to be stored is supplied.
  • a metered amount of the solid and / or the first liquid 1 is fed to a reaction space R.
  • a metered amount of heat W is also fed to the reaction space R.
  • the solid and / or the first liquid 1 and the heat W are brought into contact with one another, i.e. the solid and / or the first liquid 1 is exposed to the heat W.
  • the released gas and / or the released second liquid 2 is removed from the reaction space R.
  • a device or system for performing the method for generating heat is shown schematically.
  • the device contains a reaction chamber forming the reaction space R with a means for removing reaction heat in the form of a heat exchanger WT.
  • the device also contains a first supply means in the form of a screw conveyor SF and / or a toothed belt conveyor ZF for the metered supply of a solid and / or a first liquid 1 into the reaction chamber R.
  • a first supply means in the form of a screw conveyor SF and / or a toothed belt conveyor ZF for the metered supply of a solid and / or a first liquid 1 into the reaction chamber R.
  • the device also contains a second supply means in the form of a metering pump DP and / or an atomizing nozzle ZD for metered supply of a gas and / or a second liquid 2 into the reaction chamber R.
  • a second supply means in the form of a metering pump DP and / or an atomizing nozzle ZD for metered supply of a gas and / or a second liquid 2 into the reaction chamber R.
  • FIG. 4 schematically shows a device or system for carrying out the method for storing heat.
  • the device contains a reaction chamber forming the reaction space with a means for supplying heat of reaction in the form of a heat exchanger WT and / or a fluidized bed WB.
  • the device also contains a first means in the form of a screw conveyor SF and / or a toothed belt conveyor ZF for metered feeding of a solid or a first liquid 1 into the reaction chamber R.
  • the device also contains a second means in the form of a blower or fan V and / or a pump P for discharging a gas or a second liquid 2 from the reaction chamber R.
  • FIG. 5 shows a schematic illustration of an exemplary application of the methods and the devices according to the invention.
  • a cartridge K is used as a heating cartridge HK.
  • Water is added to the cartridge filled with an anhydrate (eg CaO), whereby the anhydrate contained in the cartridge is hydrated, the corresponding hydrate (eg Ca (OH) 2 ) being produced and heat of hydration W being released from the cartridge K.
  • This heat of hydration W can be used for heating, eg hot water heating and indoor air heating.
  • Heat of hydration W can then be used again for heating.
  • a cartridge exchange station is shown in the center of the image of FIG. There, the charged cartridges (anhydrate cartridges) that can be used as heating cartridges HK are exchanged for charging cartridges LK (hydrate cartridges) to be loaded.
  • FIG. 6a shows a top view of a first embodiment of a cartridge K according to the invention in the loading mode.
  • a reaction chamber R which is filled with a hydrate in powder form and is traversed by a tube coil S, which is formed for example from a metal.
  • a hot fluid is allowed to flow through the pipe coil S, the heat W of which flows through the wall of the pipe coil S into the hydrate.
  • the hot fluid can be a hot gas, for example hot air or hot exhaust gas from an internal combustion engine, or a hot liquid, for example hot oil from a parabolic trough power plant.
  • the hydrate is dehydrated by the heat flowing into the hydrate, water (H 2 O) emerging from the cartridge K and the corresponding anhydrate being formed in the reaction space.
  • a hot gas e.g. hot exhaust gas
  • the pipe coil S can also contain small openings (indicated by dashed lines) through which the hot gas penetrates into the hydrate powder and gradually dehydrates it and converts it to the corresponding anhydrate.
  • FIG. 6b shows a sectional view along the sectional plane A-A of the first embodiment of the cartridge K in the loading mode.
  • the reaction chamber R is filled with a hydrate / anhydrate powder (indicated by dots), the hydrate almost completely filling the reaction chamber R in the discharged state, while the anhydrate in the charged state the reaction chamber R fills to a lesser extent.
  • 6c shows a sectional view along the sectional plane B-B of the first embodiment of the cartridge in the loading mode.
  • the reaction space R, part of the tube coil S and the filling with hydrate / anhydrate powder (indicated by dots) can be seen again.
  • FIG. 7a is a top view of the first embodiment of the cartridge K according to the invention in FIG.
  • a reaction space R which is filled with an anhydrate in powder form and is traversed by a tube coil S, which is formed, for example, from a metal.
  • the pipe coil S contains small openings (indicated by dashed lines). Through the coil S water is allowed to flow as liquid and / or as water vapor. The liquid water and / or the water vapor penetrate through the small openings of the pipe coil S into the anhydrate powder, whereby this gradually hydrates and so to the corresponding hydrate is converted.
  • the heat of hydration W released in the process can be given off to at least one highly heat-conducting wall of the cartridge K to a heat transfer fluid for the purpose of heating. In the case of heating using water in the
  • Pipe coil S the water flowing through the pipe coil S can also be used as the heat transfer fluid.
  • the tube coil S with its small openings there is both a metered supply of water into the anhydrate powder and a removal of the heat of hydration W in the water.
  • FIG. 7b shows a sectional view along the sectional plane A-A of the first embodiment of the cartridge K in heating mode.
  • the reaction chamber R is filled with a hydrate / anhydrate powder (indicated by dots), the hydrate almost completely filling the reaction chamber R in the discharged state, while the anhydrate in the charged state the reaction chamber R fills to a lesser extent.
  • FIG. 7c shows a sectional view along the sectional plane B-B of the first embodiment of the cartridge K in heating mode.
  • the reaction space R, part of the tube coil S and the filling with hydrate / anhydrate powder (indicated by dots) can be seen again.
  • FIG 8a shows a top view of a plate-like cartridge K in the loading mode.
  • heat W penetrates into the cartridge K by means of a hot gas, which dehydrates the hydrate contained in the cartridge K and converts it into the corresponding anhydrate.
  • FIG. 9a shows a perspective view of a first variant of a block-like cartridge K which is shown in a transparent manner.
  • a tube coil S extending inside the cartridge K, which is in fluid communication with two diametrically opposite openings O1 and 02 on a first large area of the cartridge K and with two diametrically opposite openings 03 and 04 on a second large area of the cartridge K.
  • FIG. 9b shows a perspective view of a second variant of a block-like cartridge K, which is shown transparently.
  • a tube coil S extending inside the cartridge K, which has a first opening 01 on a first large area of the cartridge K, a second opening 02 on a second large area of the cartridge K and a third opening 03 on an end face or small area the cartridge K is in fluid communication.
  • FIG. 10 shows a stack of block-like cartridges K from FIG. 9a, which are connected in series in terms of fluid.
  • Each of the cartridges K in the stack contains a coil S (not shown) (see Fig. 9a).
  • all coils S of the respective cartridges K are connected in series to form a very long series coil.
  • a hot gas for example a hot exhaust gas, or a hot liquid, for example a hot oil, can be passed through this series coil, whereby a hydrate contained in the respective cartridges K is dehydrated and the cartridges are gradually charged.
  • the water vapor escaping from the hydrate can, like Described above, emerge from the cartridge via a semi-permeable wall area (not shown) of the respective cartridge K.
  • the pipe coil S can also contain small openings (see FIGS. 6a, 7a, 9a, 9b, each indicated by dashed lines) through which the hot gas flows in the Flydrat powder penetrates and gradually dehydrates it and converts it to the corresponding anhydrate.
  • a hot gas for example hot exhaust gas
  • FIG. 11 shows a stack of block-like cartridges K of FIG. 9a which are provided with engagement formations F1 and are connected in series in terms of fluid.
  • the cartridges K can be stacked on top of each other like Lego bricks.
  • FIG. 12 shows a perspective view of a further variant of a plate-like cartridge K with engagement formations F2 and engagement formations F2 ′ complementary thereto.
  • the cartridges can be positively connected to one another by means of the engagement formations F2 and F2 '.
  • FIG. 13 shows a side view of a vehicle provided with an internal combustion engine, on which two stacks of plate-like cartridges K are arranged for their loading process. The two stacks correspond to the stacks shown in FIG. 10.
  • FIG. 14 shows a sectional view of a further variant of a plate-like cartridge K.
  • the cutting plane is orthogonal to a longitudinal axis of the plate-like cartridge K.
  • the cartridge K contains a flat first wall area WB1 (shown as cross hatching), which is formed as a semi-permeable wall area with a large number of holes, in particular with round holes or longitudinal holes or cross holes or star holes.
  • the first wall area WB1 can be made of metal or ceramic, e.g. be made of metal ceramic or oxide ceramic, or a combination of metal and ceramic in the manner of a ceramic filter.
  • the cartridge contains a flat second wall area WB2, which is made of a highly thermally conductive material, preferably of metal, e.g. Copper, aluminum, steel, etc., or graphite is formed.
  • a highly thermally conductive material preferably of metal, e.g. Copper, aluminum, steel, etc., or graphite is formed.
  • the cartridge K contains a reaction chamber R between the flat first wall area WB1 and the flat second wall area WB2. Depending on the charge state of the cartridge K, this reaction chamber R is filled with hydrate or with anhydrate.
  • the left oval-shaped area schematically shows the heating operation of this cartridge K, namely «water in, heat out».
  • the right oval-shaped area schematically shows the loading operation of this cartridge K, namely «heat in, water out».
  • FIG. 1 A sectional view of a cylindrical cartridge K is shown in FIG.
  • the cutting plane is orthogonal to a longitudinal axis of the cylindrical cartridge K.
  • the cartridge K contains a first wall region WB1 in the form of an inner cylinder jacket (shown as cross hatching), which is formed as a semi-permeable wall region with a large number of holes, in particular with round holes or longitudinal holes or cross holes or star holes.
  • the first wall area WB1 can be made of metal or ceramic, e.g. be made of metal ceramic or oxide ceramic, or a combination of metal and ceramic in the manner of a ceramic filter.
  • the cartridge contains a second wall area WB2 in the form of an outer cylinder jacket, which is formed from a highly thermally conductive material, preferably from metal, for example copper, aluminum, steel, etc., or graphite.
  • the cartridge K contains a reaction chamber R between the first wall area WB1 and the second wall area WB2. Depending on the charge state of the cartridge K, this reaction chamber R is filled with hydrate or with anhydrate.
  • the upper oval-shaped area shows schematically the heating operation of this cartridge K, namely «water in, heat out».
  • the lower oval-shaped area schematically shows the loading operation of this cartridge K, namely «heat in, water out».

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen (Abgeben, Freisetzen) von Wärme (W) durch Reaktion zwischen einerseits einem Feststoff und/oder einer ersten Flüssigkeit (1) und andererseits einem Gas und/oder einer zweiten Flüssigkeit (2), wobei die dabei entstehende Reaktionswärme (W) abgeführt wird. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Speichern von Wärme (W) durch Reaktion zwischen einerseits einem Feststoff und/oder einer ersten Flüssigkeit (1) und andererseits einem Gas und/oder einer zweiten Flüssigkeit (2), wobei zu speichernde Reaktionswärme (W) zugeführt wird. Die Erfindung eignet sich besonders gut zur Verwendung mit Salzhydraten als Anhydrat/Hydrat-System, wie z.B. einem CaO/Ca(OH)2-System.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen und Speichern von Wärme
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen von Wärme sowie auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Speichern von Wärme.
Derartige Verfahren und Vorrichtungen sind bekannt.
Erwähnenswert ist die Verwendung von Speichern zur Speicherung sensibler Wärme. Die
Verwendung mit Wasser gefüllter Behälter als Wärmespeicher ist aufgrund der hohen
Wärmekapazität von Wasser sowie dessen geringen Kosten und geringer Gefahr für die Umwelt besonders beliebt. Nachteilig ist dabei, dass die Temperaturänderung des Wassers in dem Behälter proportional zu der aufgenommen bzw. abgegebenen Wärmemenge des Wassers ist. Wenn man grössere Wärmemengen speichert, steigt die Temperatur des Speichers gegenüber der
Umgebungstemperatur innerhalb oder ausserhalb eines Gebäudes stark an, wodurch hohe
Wärmeverluste des Speichers an seine Umgebung durch Wärmeleitung, Wärmestrahlung und Konvektion entstehen. Selbst mit einem hohen Aufwand an Massnahmen zur Wärmeisolation des Speichers ist eine saisonale Speicherung von Wärme kaum möglich. Lediglich die Verwendung riesiger Wasserkörper bei möglichst kleinem Oberfläche/Volumen-Verhältnis kommt hierfür in Frage.
Erwähnenswert ist auch die Verwendung von Speichern zur Speicherung latenter Wärme. Die Verwendung mit Phasenwechselmaterial gefüllter Behälter als Wärmespeicher ist aufgrund der hohen Energiedichte sehr interessant. Besonders beliebt sind Fest/Flüssig-Systeme, wie z.B.
Eisspeicher (gefrorenes/aufgetautes Wasser), Wachsspeicher (erstarrtes/geschmolzenes Wachs), Paraffinspeicher (erstarrtes/geschmolzenes Paraffin), bei denen die Gasphase im Normalbetrieb nahe der jeweiligen Schmelztemperatur des Systems aufgrund des dort üblicherweise geringen Dampfdrucks vernachlässigbar ist. Die Schmelztemperaturen oder Schmelztemperaturbereiche solcher Fest/Flüssig-Systeme können durch die Wahl der Moleküle (Länge der Kohlenstoffketten, Verzweigungsgrad, Vorhandensein polarer Gruppen, etc.) bzw. durch Mischen verschiedener Molekülsorten in weiten Bereichen eingestellt werden. So können z.B. Schmelztemperaturen, d.h. Phasenwechselspeicher-Betriebstemperaturen von 0°C (Eisspeicher), von etwa 30 bis 60°C
(Wachs/Paraffin-Speicher) oder von etwa 60 bis 90°C (gegenüber Wachs/Paraffin noch längere oder mit polaren Gruppen versehene Moleküle) bereitgestellt werden. Diese Phasenwechselspeicher haben gegenüber Speichern sensibler Wärme eine um ein Vielfaches höhere Energiespeicherdichte. Solche Phasenwechselspeicher können in Gebäuden, insbesondere in Verbindung mit Solarthermie und mit Speichertemperaturen von z.B. 30°C und 80°C, vorteilhaft zur Wärmespeicherung für einen Zeitraum von einigen Wochen verwendet werden. Eine saisonale Speicherung von Wärme ist auch hier nur begrenzt möglich und wenn, dann ebenfalls nur mit einem hohen Aufwand an Massnahmen zur Wärmeisolation des Speichers. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine langfristige, insbesondere und zumindest saisonale Speicherung von Wärme ohne Massnahmen zur Wärmeisolation des Speichers zu ermöglichen.
Zur Lösung der Aufgabe stellt die Erfindung gemäss einem ersten Aspekt ein Verfahren bereit zum Erzeugen (Abgeben, Freisetzen) von Wärme (W) durch Reaktion zwischen einerseits einem Feststoff und/oder einer ersten Flüssigkeit (1) und andererseits einem Gas und/oder einer zweiten Flüssigkeit (2), wobei die dabei entstehende Reaktionswärme (W) abgeführt wird. Erfindungsgemäss werden hierbei
al) einerseits eine dosierte Menge des Feststoffs und/oder der ersten Flüssigkeit (1) einem
Reaktionsraum (R) zugeführt; und
a2) andererseits eine dosierte Menge des Gases und/oder der zweiten Flüssigkeit (2) dem
Reaktionsraum (R) zugeführt.
Dazu werden in dem Reaktionsraum
al) der Feststoff und/oder die erste Flüssigkeit (1); und
a2) das Gas und/oder die zweite Flüssigkeit (2) miteinander in Kontakt gebracht, und
die frei werdende Wärme wird aus dem Reaktionsraum (R) abgeführt.
Der Feststoff und/oder die erste Flüssigkeit einerseits und das Gas und/oder die zweite Flüssigkeit andererseits haben eine ausreichend hohe Affinität zueinander, dass bei der Reaktion eine grosse Menge Wärme abgegeben wird. Je nach Wahl des Feststoffs und/oder der ersten Flüssigkeit sind das Gas und/oder die zweite Flüssigkeit z.B. Ammoniak, Wasser, ein Alkohol, ein Keton, etc.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung enthält der in dem Verfahren verwendete Feststoff und/oder die erste Flüssigkeit (1) ein Anhydrat, auch als kristallwasserfreies Salz bzw. dehydratisiertes Flydrat bezeichnet, wobei die Wärme durch Reaktion unter Beteiligung von Anhydrat einerseits und von Wasser und/oder Wasserdampf andererseits erzeugt wird. Dabei werden dem Reaktionsraum einerseits eine dosierte Menge des Anhydrats und andererseits eine dosierte Menge Wasser und/oder Wasserdampf zugeführt. Durch das dosierte Zuführen des Anhydrats und des Wassers und/oder Wasserdampfs kann die bei dem Verfahren frei werdende Wärmeleistung gesteuert werden.
Das Anhydrat bzw. dehydratisierte Hydrat kann in Form einer Flüssigkeit, z.B. als nichtwässrige Aufschlämmung bzw. Suspension dem Reaktionsraum zugeführt werden.
Zweckmässigerweise wird eine dosierte Menge des Anhydrats dem Reaktionsraum in Form von Feststoffpartikeln zugeführt.
Vorzugsweise wird eine dosierte Menge des Anhydrats dem Reaktionsraum in Form eines Pulvers zugeführt. Vorzugsweise haben die Partikel des Pulvers eine mittlere Korngrösse, die im Bereich von lOOpm bis 800pm liegen.
Alternativ oder ergänzend kann die dosierte Menge des Anhydrats dem Reaktionsraum in Form von Pellets (Presslingen) zugeführt werden. Vorzugsweise haben die Pellets eine mittlere Grösse, die im Bereich von 3mm bis 15mm liegt.
Vorzugsweise enthalten die Pellets Partikel des Anhydrats, welche von einer Matrix aus Bindemittel zusammengehalten werden, wobei das Bindemittel wasserlöslich oder wasserunlöslich sein kann. Vorzugsweise beträgt der Bindemittelanteil in Gew.% der Pellets 1% bis 10%, vorzugsweise 2% bis 5%.
Beim Verwenden eines wasserlöslichen Bindemittels, das beim Herstellen der Pellets aus Anhydrat bzw. dehydratisiertem Hydrat verwendet wird, erfolgt zwangsweise eine Hydratation, auch
Hydratisierung genannt, eines Teils des zu bindenden bzw. pelletisierenden Anhydrats. Wenn dieses Bindemittel in 1 Gew.% bis 10 Gew.% des Anhydrats in dem Pellet verwendet wird, erfolgt durch den Wasseranteil des Bindemittels eine Hydratation nur eines vernachlässigbaren Teils des Anhydrats in dem Pellet, so dass dessen Potential zur späteren Hydratation und Abgabe von Wärme nur minimal verringert wird. Vorteilhaft ist dabei, dass durch die während der Pelletherstellung durch Hydratation eines kleinen Anteils des Pelletmaterials freigesetzte Wärme ein an der teilweisen Hydratation des Pelletmaterials teilnehmender Anteil des Wassers in dem Bindemittel der Pellets verdampft, bevor er mit dem Anhydrat reagieren kann. Dadurch wird eine sehr schnelle Trocknung und Verfestigung des Bindemittels in den Pellets gewährleistet.
Für die Herstellung der Pellets kann auch ein Bindemittel verwendet werden, welches in Wasser und in einem anderen Lösungsmittel löslich ist. Vorzugsweise ist das andere Lösungsmittel eine Substanz, welche mit dem Anhydrat nicht reagiert. Es können z.B. niedermolekulare volatile organische Substanzen verwendet werden. Dies hat den Vorteil, dass man beim Herstellen der Pellets das andere Lösungsmittel, also kein Wasser, verwenden kann, wodurch das Pelletmaterial überhaupt nicht hydratisiert wird, so dass dessen Potential zur späteren Hydratation und Abgabe von Wärme nicht verringert wird.
Auch beim Verwenden eines wasserunlöslichen Bindemittels wird beim Herstellen der Pellets das Pelletmaterial nicht hydratisiert, so dass dessen Potential zur späteren Hydratation und Abgabe von Wärme nicht verringert wird. Um eine Verkapselung der Pellets mit wasserunlöslichem Bindemittel, d.h. eine Abschottung des Pelletmaterials von Wasser zu verhindern, wird vorzugsweise ein
Bindemittelanteil in Gew.% der Pellets von 1% bis 2% verwendet.
Unabhängig von der Art des Bindemittels verwendet man vorzugsweise eine Pelletpresse für die Herstellung der Pellets aus Anhydrat.
Bei der Herstellung der Pellets mit einem Bindemittel, welches in Wasser und in einem anderen Lösungsmittel löslich ist und welches in dem anderen Lösungsmittel gelöst ist, kann auch ein Sprühverfahren oder ein Vertröpfelungsverfahren verwendet werden. Dabei wird die Suspension bzw. Aufschlämmung (slurry) aus Anhydrat, dem anderen Lösungsmittel und dem darin gelösten Bindemittel durch eine Düse befördert. Dies kann durch Schwerkraft, Trägheitskraft, z.B.
Zentrifugalkraft, oder hydraulischen Druck erfolgen. Je nach Viskosität der Suspension bzw.
Aufschlämmung (slurry) kann eine Vereinzelung des aus der Düse austretenden Strahls zu Pellets in der Atmosphäre einer Pellet-Auffangkammer nach der Düse erfolgen.
Vorzugsweise erzeugt man ein pulsierendes Druckgefälle im Fluidstrom der Suspension bzw.
Aufschlämmung, um die Vereinzelung des Fluids zu Pellets zu begünstigen. Besonders bevorzugt ist die Verwendung eines Tropfturmes mit einer Düsenplatte im oberen Teil des Tropfturmes. Dabei wird die Suspension bzw. Aufschlämmung in eine erste Kammer oberhalb der Düsenplatte eingespeist, und die Düsenplatte wird vibriert, wobei die Vibration der Düsenplatte vorzugsweise parallel zur Schwerkraftrichtung erfolgt, d.h. abwechselnd auf und ab. Die an der Unterseite der vibrierenden Düsenplatte aus den Düsen austretenden Tropfen der Suspension bzw. Aufschlämmung fallen in die Atmosphäre einer zweiten Kammer unterhalb der Düsenplatte. Während des Fallens verflüchtigt sich das Lösungsmittel des Bindemittels, so dass am Boden der zweiten Kammer verfestigte Pellets ankommen.
Zweckmässigerweise wird eine dosierte Menge Wasser dem Reaktionsraum in Form von Tröpfchen oder als Aerosol zugeführt. Dies kann mittels eines Luftstroms erfolgen. Vorzugsweise liegt der mittlere Durchmesser eines Tröpfchens im Bereich von lOOpm bis 2mm.
Alternativ oder ergänzend kann die dosierte Menge Wasser dem Reaktionsraum in Form eines Wasserstrahles zugeführt werden, dessen Querschnittsfläche vorzugsweise im Bereich von 0.2mm2 bis 500mm2 liegt und dessen Geschwindigkeit vorzugsweise im Bereich von 0.5m/s bis 10m/s liegt.
Gemäss einer bevorzugten Variante (Nassverfahren) ist die dosierte Menge Wasser bezüglich der dosierten Menge Anhydrat überstöchiometrisch, wobei der Wasserüberschuss bezogen auf die stöchiometrische Molmenge an Wasser vorzugsweise im Bereich von 2% bis 15% liegt und besonders bevorzugt im Bereich von 5% bis 10% liegt. Je nach der Ausprägung des Überschusses an Wasser ist das Reaktionsprodukt, in welchem die Wärme entsteht, mehr oder weniger feucht bis hin zu pastös. Die Viskosität des Wassers mit den darin dispergierten Feststoffpartikeln (Paste) ist grösser als die Viskosität des Wassers.
Gemäss einer weiteren bevorzugten Variante (Trockenverfahren) ist die dosierte Menge Wasser bezüglich der dosierten Menge Anhydrat unterstöchiometrisch, wobei der Wasserunterschuss bezogen auf die stöchiometrische Molmenge an Wasser vorzugsweise im Bereich von 2% bis 15% liegt und besonders bevorzugt im Bereich von 5% bis 10% liegt. Je nach der Ausprägung des
Unterschusses an Wasser ist das Reaktionsprodukt, in welchem die Wärme entsteht, mehr oder weniger trocken und mehr oder weniger rieselfähig. Die Rieselfähigkeit des trockenen
Reaktionsproduktes ist meistens sehr gut. Der Überschuss des Anhydrats in dem trockenen
Reaktionsproduktwirkt als Trockenmittel und beugt einem ungewollten Feuchtwerden vor.
Das Verfahren kann kontinuierlich erfolgen.
Vorzugsweise werden dabei al) die dosierte Menge des Feststoffs und/oder der ersten Flüssigkeit (1) dem Reaktionsraum (R) kontinuierlich zugeführt und a2) die dosierte Menge des Gases und/oder der zweiten Flüssigkeit (2) dem Reaktionsraum (R) kontinuierlich zugeführt.
Alternativ kann das Verfahren zumindest teilweise diskontinuierlich erfolgen.
Bei einer ersten Variante werden al) vorab in einem ersten Schritt eine dosierte kumulierte Menge des Feststoffs und/oder der ersten Flüssigkeit (1) dem Reaktionsraum (R) während eines Zeitraums zugeführt und a2) danach in einem zweiten Schritt eine dosierte Menge des Gases und/oder der zweiten Flüssigkeit (2) dem Reaktionsraum (R) kontinuierlich zugeführt.
Bei einer zweiten Variante werden a2) vorab in einem ersten Schritt eine dosierte kumulierte Menge des Gases und/oder der zweiten Flüssigkeit (2) dem Reaktionsraum (R) zugeführt und al) danach in einem zweiten Schritt eine dosierte Menge des Feststoffs und/oder der ersten Flüssigkeit (1) dem Reaktionsraum (R) zugeführt, wobei das das Zuführen bei al) vorzugsweise kontinuierlich erfolgt. Bei einer besonders bevorzugten Ausführung ist der Reaktionsraum ein Behälter, insbesondere eine Kartusche. Diese Kartusche kann als Heizkartusche HK in einem Heizbetrieb zum Abgeben von Wärme verwendet werden.
Zur Lösung der Aufgabe stellt die Erfindung gemäss einem zweiten Aspekt eine Vorrichtung zur Durchführung des weiter oben beschriebenen Verfahrens bereit, wobei die Vorrichtung eine den Reaktionsraum (R) bildende Reaktionskammer mit einem Mittel (WT) zum Abführen von
Reaktionswärme sowie ein erstes Zufuhrmittel (SF; ZF) zum dosierten Zuführen eines Feststoffs und/oder einer ersten Flüssigkeit (1) in die Reaktionskammer (R) und ein zweites Zufuhrmittel (DP, ZD) zum dosierten Zuführen eines Gases und/oder einer zweiten Flüssigkeit (2) in die
Reaktionskammer (R) aufweist.
Zweckmässigerweise enthält das Mittel zum Abführen von Reaktionswärme einen
Wasser/Reaktionsmedium-Wärmetauscher (WT) oder einen Luft/Reaktionsmedium-Wärmetauscher.
Vorzugsweise enthält das erste Zufuhrmittel einen Schneckenförderer (SF).
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Schneckenförderer ein Doppelschneckenförderer mit zwei kämmenden, sich im Betrieb gegenseitig reinigenden Schneckenwellen ist, welche vorzugsweise ein Erdmenger-Profil aufweisen.
Als Schneckenförderer kann auch ein Mehrschneckenförderer mit mehreren kämmenden
Schneckenwellen verwendet werden, wovon sich jeweils zwei benachbarte Schneckenwellen im Betrieb gegenseitig reinigen, wobei die Schneckenwellen vorzugsweise ein Erdmenger-Profil aufweisen.
Alternativ oder ergänzend kann das erste Zufuhrmittel einen Zahnriemenförderer (ZF) enthalten.
Vorzugsweise ist der Zahnriemenförderer aus einem Polymermaterial gebildet und besonders bevorzugt aus einem faserverstärkten Polymermaterial gebildet.
Vorzugsweise hat der Zahnriemenförderer entlang seiner Längsausdehnung bzw. entlang seiner Länge voneinander beabstandete Vertiefungen, die sich über die gesamte Querausdehnung bzw. über die gesamte Breite des Zahnriemenförderers erstrecken.
Vorzugsweise haben die Vertiefungen ein konstantes Profil entlang der Querausdehnung bzw. über die gesamte Breite des Zahnriemenförderers. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Profil ein V-Profil oder ein U-Profil ist.
Vorzugsweise enthält das zweite Zufuhrmittel eine Dosierpumpe (DP) und/oder eine Düse, insbesondere eine Zerstäubungsdüse (ZD).
Vorzugsweise hat die Zerstäubungsdüse einen Düsenblock mit mehreren nebeneinander
angeordneten Düsenöffnungen.
Alternativ oder ergänzend kann das zweite Zufuhrmittel einen Zufuhrkanal (Pumpe/Schwerkraft) (ZK) enthalten.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn bei der Vorrichtung der Reaktionsraum (R) einen Behälter aufweist mit einer Füllöffnung zum Zuführen des Feststoffs und/oder der ersten Flüssigkeit (1) in den Behälter, einem Verschluss zum Schliessen der Füllöffnung und einem semipermeablem Wandbereich, welcher für den Feststoff und/oder die erste Flüssigkeit (1) undurchlässig und für das Gas und/oder die zweite Flüssigkeit (2) durchlässig ist.
Alternativ kann bei der Vorrichtung der Reaktionsraum (R) einen Behälter aufweisen mit einer Füllöffnung zum Zuführen des Gases und/oder der zweiten Flüssigkeit (2) in den Behälter und zum Zuführen des Feststoffs und/oder der ersten Flüssigkeit (1) in den Behälter.
Vorzugsweise enthält der semipermeable Wandbereich eine Wand mit einer Vielzahl von Löchern.
Die Löchern der Wand können Rundlöcher oder Längslöcher oder Kreuzlöcher oder Sternlöcher sein.
Vorzugsweise liegt die kleinste Abmessung der Löcher, d.h. der Durchmesser der Rundlöcher oder die Breite der Längslöcher, im Bereich von 50pm bis lOOOpm, vorzugsweise im Bereich von 50pm bis 500pm und am bevorzugtesten im Bereich von 50pm bis 200pm liegt.
Vorzugsweise hat bei der Vorrichtung der Reaktionsraum (R) einen Behälter mit einer Füllöffnung zum Zuführen des Gases und/oder der zweiten Flüssigkeit (2) in den Behälter und zum Zuführen des Feststoffs und/oder der ersten Flüssigkeit (1) in den Behälter.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführung ist der Behälter eine Heizkartusche HK, welche mit einer Heizzentrale oder mehreren dezentralen Heizvorrichtungen jeweils in thermischen Kontakt gebracht werden kann. Insbesondere kann die Heizkartusche formschlüssig und in thermischem Kontakt in eine zur Kartusche komplementäre Aussparung einer Heizzentrale oder einer dezentralen Heizvorrichtung eingeführt und aus dieser herausgeführt werden kann. Vorzugsweise wird der Formschluss und der thermische Kontakt mittels einer Schraubverbindung oder einer
Bajonettverbindung hergestellt.
Vorzugsweise enthält die Heizkartusche einen ersten Wandbereich, welcher der oben erwähnte semipermeable Wandbereich mit der Vielzahl von Löchern ist, insbesondere mit den Rundlöchern oder Längslöchern oder Kreuzlöchern oder Sternlöchern. Dieser semipermeable erste Wandbereich kann aus Metall oder aus Keramik, z.B. aus Metallkeramik oder aus Oxidkeramik, oder aus einer Kombination von Metall und Keramik nach der Art eines Keramikfilters gebildet sein.
Vorzugsweise enthält die Heizkartusche einen zweiten Wandbereich, welcher aus einem stark wärmeleitenden Material, vorzugsweise aus Metall, z.B. Kupfer, Aluminium, Stahl, etc., oder Graphit gebildet ist.
Vorzugsweise enthält die Heizkartusche eine Reaktionskammer zwischen dem ersten Wandbereich und dem zweiten Wandbereich. Diese Reaktionskammer ist mit dem Anhydrat gefüllt. Vorzugsweise ist die Reaktionskammer mit Anhydrat in Form eines Feststoffes gefüllt. Vorzugsweise ist die Reaktionskammer mit dem Anhydrat nur teilweise gefüllt. Einerseits verhindert der erste
Wandbereich, dass die Feststoffpartikel des Anhydrats aus der Reaktionskammer austreten können. Andererseits ermöglicht der erste Wandbereich, dass Wasser als Flüssigkeit oder als Gas/Dampf in die Reaktionskammer eintreten kann.
Im Heizbetrieb wird der Reaktionskammer der Heizkartusche durch den ersten Wandbereich hindurch als Flüssigkeit oder als Dampf vorliegendes Wasser dosiert zugeführt, welches mit dem Anhydrat exotherm reagiert. Die freigesetzte Hydratationswärme wird durch den zweiten
Wandbereich hindurch aus der Kartusche abgeleitet.
Gemäss einer ersten bevorzugten Ausführung der Heizkartusche weisen der erste Wandbereich und der zweite Wandbereich der Heizkartusche jeweils ebene Bereiche auf, die parallel zueinander beabstandet angeordnet sind, wobei der Zwischenraum zwischen den voneinander beabstandeten ebenen Bereichen Anhydrat enthält. Diese Ausführung der Heizkartusche nennen wir hier «Anhydrat- Plattenkartusche».
Gemäss einer zweiten bevorzugten Ausführung der Heizkartusche weisen der erste Wandbereich und der zweite Wandbereich der Heizkartusche jeweils Bereiche in Form eines Zylindermantels auf, die konzentrisch zueinander beabstandet angeordnet sind, wobei der Zwischenraum zwischen den voneinander beabstandeten konzentrischen Bereichen Anhydrat enthält. Diese Ausführung der Heizkartusche nennen wir hier «Anhydrat-Hohlzylinderkartusche».
Vorzugsweise werden mehrere Heizkartuschen fluidtechnisch parallel geschaltet angeordnet, wobei der zweite Wandbereich von einem Wärmeträgerfluid eines Heizsystems kontaktiert wird.
Gemäss einer bevorzugten Verwendung der Heizkartuschen zum Heizen werden eine einzige davon oder mehrere in einen Wassertank eingetaucht. Dadurch kann flüssiges Wasser über den ersten, semipermeablen Wandbereich dosiert in die Reaktionskammer der Heizkartusche eindringen. Die in der Reaktionskammer dosiert freigesetze Hydratationswärme wird über den zweiten, stark wärmeleitenden Wandbereich in das Wasser des Wassertanks geleitet, wodurch dessen Temperatur dosiert ansteigt.
Zur Dosierung der Wärmeleistung der durch eine Heizkartusche mit vorgegebener Kartuschen- Geometrie in den Wassertank eingetragenen Wärme können folgende Parameter einzeln oder in Kombination verwendet werden:
- Eintauchtiefe der partiell in das Wasser des Wassertanks eingetauchten Kartusche(n)
- Absenkgeschwindigkeit der partiell in das Wasser des Wassertanks eingetauchten Kartuschen(n)
- Druck im Innern des Wassertanks bzw. Wasserdruck.
Zur Lösung der Aufgabe stellt die Erfindung gemäss einem dritten Aspekt ein Verfahren bereit zum Speichern von Wärme (W) durch Reaktion zwischen einerseits einem Feststoff und/oder einer ersten Flüssigkeit (1) und andererseits einem Gas und/oder einer zweiten Flüssigkeit (2), wobei zu speichernde Reaktionswärme (W) zugeführt wird. Erfindungsgemäss werden hierbei bl) einerseits eine dosierte Menge des Feststoffs und/oder der ersten Flüssigkeit (1) einem Reaktionsraum (R) zugeführt und b2) andererseits eine dosierte Menge Wärme (W) dem Reaktionsraum (R) zugeführt. Dazu werden in dem Reaktionsraum (R) bl) der Feststoff und/oder die erste Flüssigkeit (1) und b2) die Wärme (W) miteinander in Kontakt gebracht, und das frei werdende Gas und/oder die frei werdende zweite Flüssigkeit (2) wird aus dem Reaktionsraum (R) abgeführt.
Der Feststoff und/oder die erste Flüssigkeit einerseits und das Gas und/oder die zweite Flüssigkeit andererseits haben eine ausreichend hohe Affinität zueinander, dass bei der Reaktion eine grosse Menge Wärme zugeführt wird. Je nach Wahl des Feststoffs und/oder der ersten Flüssigkeit sind das Gas und/oder die zweite Flüssigkeit z.B. Ammoniak, Wasser, ein Alkohol, ein Keton, etc. Bei einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung enthält der in dem Verfahren verwendete Feststoff und/oder die erste Flüssigkeit (1) ein Flydrat, auch als kristallwasserhaltiges Salz bzw. hydratisiertes Anydrat bezeichnet, wobei die Wärme durch Reaktion unter Beteiligung von Hydrat einerseits und von Wasser und/oder Wasserdampf andererseits gespeichert wird. Dabei werden dem Reaktionsraum einerseits eine dosierte Menge des Hydrats und andererseits eine dosierte Menge Wärme zugeführt. Durch das dosierte Zuführen des Hydrats und der Wärme kann die bei dem Verfahren zugeführte Wärmeleistung gesteuert werden.
Zweckmässigerweise wird eine dosierte Menge des Hydrats dem Reaktionsraum in Form von Feststoffpartikeln zugeführt.
Vorzugsweise wird eine dosierte Menge des Hydrats dem Reaktionsraum in Form eines Pulvers zugeführt.
Alternativ oder ergänzend kann die dosierte Menge des Hydrats dem Reaktionsraum in Form von Pellets (Presslingen) zugeführt werden.
Zweckmässigerweise wird die dosierte Menge Wärme dem Reaktionsraum in Form von heisser Luft zugeführt.
Vorzugsweise wird die dosierte Menge Wärme dem Reaktionsraum mittels eines Wirbelbetts zugeführt.
Gemäss einer bevorzugten Variante (Trockenverfahren) ist die dosierte Menge Wärme bezüglich der dosierten Menge Hydrat überstöchiometrisch. Je nach der Ausprägung des Überschusses an Wärme ist das Reaktionsprodukt, in welchem die Wärme gespeichert ist, mehr oder weniger trocken und mehr oder weniger rieselfähig. Die Rieselfähigkeit des trockenen Reaktionsproduktes ist meistens sehr gut. Der Überschuss an Wärme in dem trockenen Reaktionsprodukt beseitigt nicht-gebundenes Restwasser und erhöht kurzzeitig bis zum Abkühlen die Temperatur des Reaktionsproduktes.
Gemäss einer weiteren bevorzugten Variante (Nassverfahren) ist die dosierte Menge Wärme bezüglich der dosierten Menge Hydrat unterstöchiometrisch. Je nach der Ausprägung des
Unterschusses an Wärme ist das Reaktionsprodukt, in welchem die Wärme gespeichert ist, mehr oder weniger feucht bis hin zu pastös.
Das Verfahren kann kontinuierlich erfolgen.
Vorzugsweise werden dabei bl) die dosierte Menge des Feststoffs und/oder der ersten Flüssigkeit (1) dem Reaktionsraum (R) kontinuierlich zugeführt und b2) die dosierte Menge Wärme (W) dem Reaktionsraum (R) kontinuierlich zugeführt.
Alternativ kann das Verfahren zumindest teilweise diskontinuierlich erfolgen.
Bei einer ersten Variante werden bl) vorab in einem ersten Schritt eine dosierte kumulierte Menge des Feststoffs und/oder der ersten Flüssigkeit (1) dem Reaktionsraum (R) während eines Zeitraums zugeführt wird und b2) danach in einem zweiten Schritt eine dosierte Menge Wärme (W) dem Reaktionsraum (R) kontinuierlich zugeführt.
Bei einer zweiten Variante werden b2) vorab in einem ersten Schritt eine dosierte kumulierte Menge Wärme (W) dem Reaktionsraum (R) zugeführt bl) danach in einem zweiten Schritt eine dosierte Menge des Feststoffs und/oder der ersten Flüssigkeit (1) dem Reaktionsraum (R) zugeführt, wobei das Zuführen bei bl) vorzugsweise kontinuierlich erfolgt.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführung ist der Reaktionsraum ein Behälter, insbesondere eine Kartusche. Diese Kartusche kann als Ladekartusche LK in einem Ladebetrieb zum Speichern von Wärme verwendet werden.
Zur Lösung der Aufgabe stellt die Erfindung gemäss einem vierten Aspekt eine Vorrichtung zur Durchführung des weiter oben beschriebenen Verfahrens bereit, wobei die Vorrichtung eine den Reaktionsraum bildende Reaktionskammer mit einem Mittel (WT; WB) zum Zuführen von
Reaktionswärme sowie ein erstes Mittel (SF; ZF) zum dosierten Zuführen eines Feststoffs oder einer ersten Flüssigkeit in die Reaktionskammer (R) aufweist und ein zweites Mittel (V; P) zum dosierten Abführen eines Gases oder einer zweiten Flüssigkeit (2) aus der Reaktionskammer (R) aufweist.
Zweckmässigerweise enthält das Mittel zum Zuführen von Reaktionswärme einen Wärmetauscher (WT).
Vorzugsweise enthält das Mittel zum Zuführen von Reaktionswärme ein Wirbelbett (WB).
Vorzugsweise enthält das erste Mittel einen Schneckenförderer (SF).
Alternativ oder ergänzend enthält das erste Mittel einen Zahnriemenförderer (ZF).
Vorzugsweise enthält das Mittel zum Zuführen von Reaktionswärme ein Gebläse (V).
Alternativ oder ergänzend enthält das Mittel zum Zuführen von Reaktionswärme eine Pumpe (P).
Besonders vorteilhaft ist es, wenn bei der Vorrichtung der Reaktionsraum (R) einen Behälter aufweist mit einer Füllöffnung zum Zuführen des Feststoffs und/oder der ersten Flüssigkeit (1) in den Behälter, einem Verschluss zum Schliessen der Füllöffnung und einem semipermeablem Wandbereich, welcher für den Feststoff und/oder die erste Flüssigkeit (1) undurchlässig und für das Gas und/oder die zweite Flüssigkeit (2) durchlässig ist.
Alternativ kann bei der Vorrichtung der Reaktionsraum (R) einen Behälter aufweisen mit einer Füllöffnung und/oder einem Wärmeeinleitungsbereich zum Zuführen der dosierten kumulierten Menge Wärme (W) und der dosierten Menge Feststoff und/oder der ersten Flüssigkeit (1) in den Behälter, einem Verschluss zum Schliessen der Füllöffnung und einem semipermeablem
Wandbereich, welcher für den Feststoff und/oder die erste Flüssigkeit (1) undurchlässig und für das Gas und/oder die zweite Flüssigkeit (2) durchlässig ist.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführung ist der Behälter eine Ladekartusche LK, welche mit einer Wärmequelle in thermischen Kontakt gebracht werden kann. Insbesondere kann die
Ladekartusche formschlüssig und in thermischem Kontakt in eine zur Kartusche komplementäre Aussparung einer Wärmequelle eingeführt und aus dieser herausgeführt werden. Vorzugsweise wird der Formschluss und der thermische Kontakt mittels einer Schraubverbindung oder einer
Bajonettverbindung hergestellt.
Vorzugsweise enthält die Ladekartusche einen ersten Wandbereich, welcher der oben erwähnte semipermeable Wandbereich mit der Vielzahl von Löchern ist, insbesondere mit den Rundlöchern oder Längslöchern oder Kreuzlöchern oder Sternlöchern. Dieser semipermeable erste Wandbereich kann aus Metall oder aus Keramik, z.B. aus Metallkeramik oder aus Oxidkeramik, oder aus einer Kombination von Metall und Keramik nach der Art eines Keramikfilters gebildet sein.
Vorzugsweise enthält die Ladekartusche einen zweiten Wandbereich, welcher aus einem stark wärmeleitenden Material, vorzugsweise aus Metall, z.B. Kupfer, Aluminium, Stahl, etc., oder Graphit gebildet ist.
Vorzugsweise enthält die Ladekartusche eine Reaktionskammer zwischen dem ersten Wandbereich und dem zweiten Wandbereich. Diese Reaktionskammer ist mit dem Hydrat gefüllt. Vorzugsweise ist die Reaktionskammer mit Hydrat in Form eines Feststoffes gefüllt. Vorzugsweise ist die
Reaktionskammer mit dem Hydrat nur teilweise gefüllt, insbesondere mit einem Füllgrad in Vol.% von 90% bis 100%, insbesondere von 95% bis 100%. Einerseits verhindert der erste Wandbereich, dass die Feststoffpartikel des Hydrats aus der Reaktionskammer austreten können. Andererseits ermöglicht der erste Wandbereich, dass Wasser als Flüssigkeit oder als Gas/Dampf aus der
Reaktionskammer austreten kann.
Im Ladebetrieb wird der Reaktionskammer der Ladekartusche durch den zweiten Wandbereich und auch in einem geringeren Anteil durch den ersten Wandbereich hindurch Wärme dosiert zugeführt, welche mit dem Hydrat endotherm reagiert. Das freigesetzte Hydratationswasser bzw. Kristallwasser wird durch den ersten Wandbereich hindurch aus der Kartusche abgeleitet, und zwar je nach Reaktionsbedingungen in Form von flüssigem Wasser und/oder als Wasserdampf.
Gemäss einer ersten bevorzugten Ausführung der Ladekartusche weisen der erste Wandbereich und der zweite Wandbereich der Ladekartusche jeweils ebene Bereiche auf, die parallel zueinander beabstandet angeordnet sind, wobei der Zwischenraum zwischen den voneinander beabstandeten ebenen Bereichen Hydrat enthält. Diese Ausführung der Ladekartusche nennen wir hier «Hydrat- Plattenkartusche».
Gemäss einer zweiten bevorzugten Ausführung der Ladekartusche weisen der erste Wandbereich und der zweite Wandbereich der Ladekartusche jeweils Bereiche in Form eines Zylindermantels auf, die konzentrisch zueinander beabstandet angeordnet sind, wobei der Zwischenraum zwischen den voneinander beabstandeten konzentrischen Bereichen Hydrat enthält. Diese Ausführung der Ladekartusche nennen wir hier «Hydrat-Hohlzylinderkartusche».
Vorzugsweise werden mehrere Ladekartuschen fluidtechnisch parallel geschaltet angeordnet, wobei der zweite Wandbereich unmittelbar von einer Wärmequelle thermisch kontaktiert wird oder mittelbar über ein Wärmeträgerfluid von der Wärmequelle kontaktiert wird.
Gemäss einer ersten bevorzugten Verwendung der Ladekartuschen zum Laden mit Wärmeenergie werden eine einzige davon oder mehrere in einer solarthermischen Anlage positioniert.
Vorzugsweise erfolgt die Positionierung in einer solarthermischen Anlage, in welcher grossflächig eingefangene Sonnenstrahlung auf einen kleinen Bereich konzentriert wird, um in diesem Bereich Wärme mit Temperaturen zu erzeugen, welche ausreichend hoch sind, um eine rasche und vollständige Dehydratation des Hydrats zu Anhydrat bewirken. Dadurch kann gasförmiges Wasser bzw. Wasserdampf über den ersten, semipermeablen Wandbereich dosiert aus der
Reaktionskammer der Ladekartusche austreten. Die in der Reaktionskammer dosiert oder nicht- dosiert aufgenommene Dehydratationswärme wird über den zweiten, stark wärmeleitenden Wandbereich in die Reaktionskammer der Ladekartusche geleitet, wodurch deren Temperatur dosiert oder nicht-dosiert auf einen ausreichend hohen Wert angehoben wird, um eine vollständige Dehydratation des Hydrats zu erzielen.
Vorzugsweise werden die Ladekartuschen in einem Parabolrinnen-Solarkraftwerk mit Wärmeenergie geladen. Dabei werden die Ladekartuschen mit einem Wärmeträgermedium, z.B. Öl, in thermischen Kontakt gebracht, welches in einem in der Brennlinie der Paraboirinnen verlaufenden Kanal, z.B. Rohr, strömt, um auf Temepraturen von mehreren 100°C, insbesondere auf Temperaturen über 300°C erhitzt zu werden.
Gemäss einem besonders bevorzugten Verfahren zum Laden der Ladekartusche mit Wärmeenergie wird in dem Parabolrinnen-Solarkraftwerk je nach Bedarf die eingefangene konzentrierte
Solarenergie zur Erzeugung von Heissdampf wie z.B. Wasserdampf zum Antrieb einer
Dampfmaschine wie z.B. einer Dampfturbine verwendet, um einen elektrischen Generator zur Erzeugung elektrischer Energie anzutreiben, und/oder die eingefangene konzentrierte Solarenergie wird zum Laden der Ladekartusche verwendet. Dadurch kann in Perioden von Spitzenleistungen eines Parabolrinnen-Solarkraftwerks, z.B. bei starker Sonneneinstrahlung im Sommer, der
Überschuss an eingefangener Solarenergie in Form eines Anhydrats in einer Anhydrat-Heizkartusche gespeichert werden.
Gemäss einer zweiten bevorzugten Verwendung der Ladekartuschen zum Laden mit Wärmeenergie werden eine einzige davon oder mehrere in oder an einem Kraftwerk positioniert, welches während seines Betriebs einen erheblichen Anteil an Abwärme erzeugt. Vorzugsweise erfolgt die
Positionierung in dem Kraftwerk in einem Bereich, wo herkömmlicherweise die Abwärme abgeführt wird, um in diesem Bereich Wärme mit Temperaturen zu erzeugen, welche ausreichend hoch sind, um eine rasche und vollständige Dehydratation des Hydrats zu Anhydrat bewirken. Dadurch kann gasförmiges Wasser bzw. Wasserdampf über den ersten, semipermeablen Wandbereich dosiert aus der Reaktionskammer der Ladekartusche austreten. Die in der Reaktionskammer dosiert oder nicht- dosiert aufgenommene Dehydratationswärme wird über den zweiten, stark wärmeleitenden Wandbereich in die Reaktionskammer der Ladekartusche geleitet, wodurch deren Temperatur dosiert oder nicht-dosiert auf einen ausreichend hohen Wert angehoben wird, um eine vollständige Dehydratation des Hydrats zu erzielen.
Als Kraftwerke in diesem Sinne werden hier thermische Grosskraftwerke verstanden, wie z.B.
Kernkraftwerke und Verbrennungskraftwerke, in welchen fossile chemische Energieträger oder regenerativ erzeugte chemische Energieträger verbrannt werden, um auf direktem oder indirektem Wege elektrische Energie zu erzeugen, wobei aber stets ein mehr oder weniger grosser Anteil an Abwärme entsteht.
Als Kraftwerke in diesem Sinne werden hier auch stationäre und mobile Anlagen zur Kraft/Wärme- Kopplung bzw. Kogeneration verstanden, wie z.B. Verbrennungsmotoren (Ottomotor oder
Dieselmotor), Strahltriebwerke oder Brennstoffzellen, in welchen fossile chemische Energieträger oder regenerativ erzeugte chemische Energieträger verbrannt werden, um auf direktem oder indirektem Wege elektrische Energie oder mechanische Energie zu erzeugen, wobei aber stets ein mehr oder weniger grosser Anteil an Abwärme entsteht.
An dieser Stelle sei noch erwähnt, dass die hier beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen besonders gut zur Verwendung mit Hydrat/Anhydrat-Systemen geeignet sind. Eine besonders bevorzugtes System ist CaO/Ca(OH)2 Besonders erwähnenwert ist dabei, dass das bevorzugte CaO/Ca(OH)2-System allein mit nachhaltig verfügbaren Energiequellen energietechnisch betrieben werden kann.
Das gilt zunächst einmal für die einmalige Herstellung von CaO aus CaC03, bei welcher aus CaC03 bei Temperaturen über 900°C gasförmiges CO2 ausgetrieben und CaO-Feststoff (gebrannter Kalk) erhalten wird. Dies kann in einem herkömmlichen Kalzinierungsofen (Kalkofen) unter Verwendung nachhaltig erzeugter chemischer Energieträger erfolgen. Dies kann aber auch mittels eines
Solarkraftwerks erfolgen, in welchem die Solarenergie mittels einer Vielzahl von Spiegeln auf einen kleinen Bereich stark konzentriert wird, in welchem Temperaturen über 1000°C erreicht werden können.
Um in dem Anhydrat CaO gespeicherte chemische Energie in Wärme umzuwandeln, lässt man das CaO unter Verwendung der weiter oben beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen mit Wasser reagieren, wodurch das Hydrat Ca(OH)2 entsteht.
Um wieder Wärme zu speichern, wird dem Hydrat Ca(OH)2 Wärme mit Temperaturen über 400°C zugeführt, wodurch gasförmiges Wasser ausgetrieben wird. Auch die wiederholte Herstellung des Anhydrats CaO aus dem Hydrat Ca(OH)2 kann mittels eines Solarkraftwerks erfolgen, in welchem die Solarenergie auf einen kleinen Bereich stark konzentriert wird, in welchem Temperaturen über 400°C erreicht werden können. Hierfür eignet sich insbesondere ein Parabolrinnen-Solarkraftwerk.
Und wenn man das Anhydrat CaO nicht mehr benötigt, kann man es problemlos entsorgen, indem man es in der Atmosphäre der Erde aussetzt, welche H2O und CO2 enthält, mit denen das CaO nach und nach wieder zu CaC03 reagiert, wodurch der Carbonat-Zyklus wieder geschlossen ist.
Ausserdem sein noch erwähnt, dass die Anhydrat enthaltende Heizkartusche und die Hydrat enthaltende Ladekartusche unterschiedlich gestaltet sein können. In diesem Fall ist die Anhydrat enthaltende Heizkartusche für das Verfahren und die Vorrichtung zum Erzeugen (Abgeben,
Freisetzen) von Wärme optimiert, und die Hydrat enthaltende Ladekartusche ist für das Verfahren und die Vorrichtung zum Speichern von Wärme optimiert.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Anhydrat enthaltende Heizkartusche und die Hydrat enthaltende Ladekartusche die gleiche Gestalt haben. Dann erübrigt sich eine Entnahme des Hydrats der verbrauchten Kartusche nach einem abgeschlossenen Heizvorgang und ein Wiederbefüllen der Kartusche mit Anhydrat vor dem nächsten Heizvorgang.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden, nicht einschränkend aufzufassenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Zeichnung. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemässen Verfahrens zum Erzeugen von Wärme gemäss einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 2 eine schematische Darstellung des erfindungsgemässen Verfahrens zum Speichern von Wärme gemäss einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 3 eine schematische Darstellung der erfindungsgemässen Vorrichtung zum Erzeugen von Wärme gemäss einem Ausführungsbeispiel; Fig. 4 eine schematische Darstellung der erfindungsgemässen Vorrichtung zum Speichern von Wärme gemäss einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Anwendung eines erfindungsgemässen Verfahrens und einer erfindungsgemässen Vorrichtung;
Fig. 6a eine Draufsicht einer ersten Ausführung einer erfindungsgemässen Kartusche im Ladebetrieb;
Fig. 6b eine Schnittansicht entlang der Schnittebene A-A der ersten Ausführung der Kartusche im Ladebetrieb;
Fig. 6c eine Schnittansicht entlang der Schnittebene B-B der ersten Ausführung der Kartusche im Ladebetrieb;
Fig. 7a eine Draufsicht der ersten Ausführung der erfindungsgemässen Kartusche im Heizbetrieb;
Fig. 7b eine Schnittansicht entlang der Schnittebene A-A der ersten Ausführung der Kartusche im Heizbetrieb;
Fig. 7c eine Schnittansicht entlang der Schnittebene B-B der ersten Ausführung der Kartusche im Heizbetrieb;
Fig. 8a eine Draufsicht auf eine plattenartige Kartusche im Ladebetrieb;
Fig. 8b eine Schnittansicht entlang der Schnittebene A-A der plattenartige Kartusche;
Fig. 9a eine Perspektivansicht einer transparent dargestellten ersten Variante einer blockartigen Kartusche;
Fig. 9b eine Perspektivansicht einer transparent dargestellten zweiten Variante einer blockartigen Kartusche;
Fig. 10 einen Stapel aus blockartigen Kartuschen der Fig. 9a, die fluidmässig in Serie geschaltet sind;
Fig. 11 einen Stapel aus mit Eingriffsformationen versehenen blockartigen Kartuschen der Fig. 9a, die fluidmässig in Serie geschaltet sind;
Fig. 12 eine Perspektivansicht einer weiteren Variante einer plattenartigen Kartusche mit
Eingriffsformationen;
Fig. 13 eine Seitenansicht eines mit einem Verbrennungsmotor versehenen Fahrzeugs, an welchem zwei Stapel aus plattenartigen Kartuschen für deren Ladevorgang angeordnet sind;
Fig. 14 eine Schnittansicht einer weiteren Variante einer plattenartigen Kartusche;
Fig. 15 eine Schnittansicht einer zylinderförmigen Kartusche.
In Fig. 1 ist ein Verfahren zum Erzeugen (Abgeben, Freisetzen) von Wärme W schematisch gezeigt.
Die Freigabe von Wärme W erfolgt bei einer Reaktion zwischen einerseits einem Feststoff und/oder einer ersten Flüssigkeit 1 und andererseits einem Gas und/oder einer zweiten Flüssigkeit 2. Die dabei entstehende Reaktionswärme W wird abgeführt. Es wird eine dosierte Menge des Feststoffs und/oder der ersten Flüssigkeit 1 dem Reaktionsraum R zugeführt. Es wird ausserdem eine dosierte Menge des Gases und/oder der zweiten Flüssigkeit 2 dem Reaktionsraum R zugeführt.
In dem Reaktionsraum R werden der Feststoff und/oder die erste Flüssigkeit 1 und das Gas und/oder die zweite Flüssigkeit 2 miteinander in Kontakt gebracht. Die frei werdende Wärme W wird aus dem Reaktionsraum R abgeführt.
In Fig. 2 ist ein Verfahren zum Speichern von Wärme W schematisch gezeigt. Bei einer Reaktion zwischen einerseits einem Feststoff und/oder einer ersten Flüssigkeit 1 und andererseits einem Gas und/oder einer zweiten Flüssigkeit 2 wird die dabei zu speichernde Reaktionswärme W zugeführt.
Es wird eine dosierte Menge des Feststoffs und/oder der ersten Flüssigkeit 1 einem Reaktionsraum R zugeführt. Es wird ausserdem eine dosierte Menge Wärme W dem Reaktionsraum R zugeführt.
In dem Reaktionsraum R werden der Feststoff und/oder die erste Flüssigkeit 1 und die Wärme W miteinander in Kontakt gebracht, d.h. der Feststoff und/oder die erste Flüssigkeit 1 wird der Wärme W ausgesetzt. Das frei werdende Gas und/oder die frei werdende zweite Flüssigkeit 2 wird aus dem Reaktionsraum R abgeführt.
In Fig. 3 ist eine Vorrichtung bzw. Anlage zur Durchführung des Verfahrens zum Erzeugen von Wärme schematisch gezeigt.
Die Vorrichtung enthält eine den Reaktionsraum R bildende Reaktionskammer mit einem Mittel zum Abführen von Reaktionswärme in Form eines Wärmetauschers WT.
Die Vorrichtung enthält ausserdem ein erstes Zufuhrmittel in Form eines Schneckenförderers SF und/oder eines Zahnriemenförderers ZF zum dosierten Zuführen eines Feststoffs und/oder einer ersten Flüssigkeit 1 in die Reaktionskammer R.
Die Vorrichtung enthält ausserdem ein zweites Zufuhrmittel in Form einer Dosierpumpe DP und/oder einer Zerstäubungsdüse ZD zum dosierten Zuführen eines Gases und/oder einer zweiten Flüssigkeit 2 in die Reaktionskammer R.
In Fig. 4 ist eine Vorrichtung bzw. Anlage zur Durchführung des Verfahrens zum Speichern von Wärme schematisch gezeigt.
Die Vorrichtung enthält eine den Reaktionsraum bildende Reaktionskammer mit einem Mittel zum Zuführen von Reaktionswärme in Form eines Wärmetauschers WT und/oder eines Wirbelbetts WB.
Die Vorrichtung enthält ausserdem ein erstes Mittel in Form eines Schneckenförderers SF und/oder eines Zahnriemenförderers ZF zum dosierten Zuführen eines Feststoffs oder einer ersten Flüssigkeit 1 in die Reaktionskammer R.
Die Vorrichtung enthält ausserdem ein zweites Mittel in Form eines Gebläses bzw. Ventilators V und/oder einer Pumpe P zum Abführen eines Gases oder einer zweiten Flüssigkeit 2 aus der Reaktionskammer R.
In Fig. 5 ist eine schematische Darstellung einer beispielhaften Anwendung der erfindungsgemässen Verfahren und der erfindungsgemässen Vorrichtungen gezeigt. Man erkennt in der linken Bildhälfte ein Haus, in welchem eine Kartusche K als Heizkartusche HK verwendet wird. Dabei wird der mit einem Anhydrat (z.B. CaO) gefüllten Kartusche Wasser zugeführt, wodurch das in der Kartusche enthaltene Anhydrat hydratisiert wird, wobei das entsprechende Hydrat (z.B. Ca(OH)2) entsteht und Hydratationswärme W aus der Kartusche K freigesetzt wird. Diese Hydratationswärme W kann zum Heizen verwendet werden, z.B. Brauchwasser-Erwärmung und Raumluft-Erwärmung.
Man erkennt in der rechten Bildhälfte ein mit einem Verbrennungsmotor versehenes Fahrzeug, in welchem eine Kartusche K als Ladekartusche LK verwendet wird. Dabei wird der mit einem Hydrat (z.B. Ca(OH)2) gefüllten Kartusche Wärme W zugeführt (Verbrennungsmotor-Abwärme), wodurch das in der Kartusche enthaltene Hydrat dehydratisiert wird, wobei wieder das entsprechende Anhydrat (z.B. CaO) entsteht und Hydratationswärme W in der Kartusche K gespeichert wird. Diese
Hydratationswärme W kann dann erneut zum Heizen verwendet werden.
In der Mitte des Bildes von Fig. 5 ist eine Kartuschen-Tauschstation gezeigt. Dort werden die die als Heizkartuschen HK verwendbaren geladenen Kartuschen (Anhydrat-Kartuschen) gegen zu ladende Ladekartuschen LK (Hydrat-Kartuschen) ausgetauscht.
In Fig. 6a ist eine Draufsicht einer ersten Ausführung einer erfindungsgemässen Kartusche K im Ladebetrieb gezeigt. Man erkennt die Kartusche K mit einem Reaktionsraum R, der mit einem Hydrat in Pulverform gefüllt ist und von einer Rohrschlange S durchzogen ist, welche z.B. aus einem Metall gebildet ist. Durch die Rohrschlange S lässt man ein heisses Fluid strömen, dessen Wärme W durch die Wand der Rohrschlange S in das Hydrat fliesst. Das heisse Fluid kann ein heisses Gas, z.B. heisse Luft oder heisses Abgas eines Verbrennungsmotors, oder eine heisse Flüssigkeit, z.B. heisses Öl aus einem Parabolrinnen-Kraftwerk sein. Durch die in das Hydrat fliessende Wärme wird das Hydrat dehydratisiert, wobei Wasser (H2O) aus der Kartusche K austritt und in dem Reaktionsraum das entsprechende Anhydrat gebildet wird. Das Wasser tritt über einen semipermeablen Wandbereich (nicht gezeigt) der Kartusche K aus. Im Falle des Ladebetriebs mittels eines heissen Gases (z.B. heisses Abgas) kann die Rohrschlange S auch kleine Öffnungen enthalten (gestrichelt angedeutet), durch welche das heisse Gas in das Hydrat-Pulver eindringt und dieses nach und nach dehydratisiert und zu dem entsprechenden Anhydrat umwandelt.
In Fig. 6b ist eine Schnittansicht entlang der Schnittebene A-A der ersten Ausführung der Kartusche K im Ladebetrieb gezeigt. Man erkennt den Reaktionsraum R mit der darin verlaufenden Rohrschlange S. Der Reaktionsraum R ist mit einem Hydrat/Anhydrat-Pulver gefüllt (punktiert angedeutet), wobei im entladenen Zustand das Hydrat den Reaktionsraum R fast vollständig ausfüllt, während im geladenen Zustand das Anhydrat den Reaktionsraum R in einem geringeren Masse ausfüllt.
In Fig. 6c ist eine Schnittansicht entlang der Schnittebene B-B der ersten Ausführung der Kartusche im Ladebetrieb gezeigt. Man erkennt wieder den Reaktionsraum R, einen Teil der Rohrschlange S sowie die Füllung mit Hydrat/Anhydrat-Pulver (punktiert angedeutet).
In Fig. 7a ist eine Draufsicht der ersten Ausführung der erfindungsgemässen Kartusche K im
Heizbetrieb gezeigt. Man erkennt die Kartusche K mit einem Reaktionsraum R, der mit einem Anhydrat in Pulverform gefüllt ist und von einer Rohrschlange S durchzogen ist, welche z.B. aus einem Metall gebildet ist. Die Rohrschlange S enthält kleine Öffnungen (gestrichelt angedeutet). Durch die Rohrschlange S lässt man Wasser als Flüssigkeit und/oder als Wasserdampf strömen. Das flüssige Wasser und/oder der Wasserdampf dringen durch die kleinen Öffnungen der Rohrschlange S in das Anhydrat-Pulver ein, wodurch dieses nach und nach hydratisiert und so zu dem entsprechenden Hydrat umgewandelt wird. Die dabei frei werdende Hydratationswärme W kann über mindestens eine stark wärmeleitende Wand der Kartusche K an ein Wärmeträgerfluid zum Zwecke des Heizens abgegeben werden. Im Falle des Heizbetriebs mittels Wasser in der
Rohrschlange S kann auch das durch die Rohrschlange S strömende Wasser als Wärmeträgerfluid verwendet werden. Somit erfolgt über die Rohrschlange S mit ihren kleinen Öffnungen sowohl eine dosierte Zufuhr von Wasser in das Anhydrat-Pulver als auch ein Abführen der Hydratationswärme W in dem Wasser.
In Fig. 7b ist eine Schnittansicht entlang der Schnittebene A-A der ersten Ausführung der Kartusche K im Heizbetrieb gezeigt. Man erkennt den Reaktionsraum R mit der darin verlaufenden Rohrschlange S. Der Reaktionsraum R ist mit einem Hydrat/Anhydrat-Pulver gefüllt (punktiert angedeutet), wobei im entladenen Zustand das Hydrat den Reaktionsraum R fast vollständig ausfüllt, während im geladenen Zustand das Anhydrat den Reaktionsraum R in einem geringeren Masse ausfüllt.
In Fig. 7c ist eine Schnittansicht entlang der Schnittebene B-B der ersten Ausführung der Kartusche K im Heizbetrieb gezeigt. Man erkennt wieder den Reaktionsraum R, einen Teil der Rohrschlange S sowie die Füllung mit Hydrat/Anhydrat-Pulver (punktiert angedeutet).
In Fig. 8a ist eine Draufsicht auf eine plattenartige Kartusche K im Ladebetrieb gezeigt. Man erkennt im unteren Teil der Kartusche K mittels eines heissen Gases in die Kartusche K eindringende Wärme W, welche das in der Kartusche K enthaltene Hydrat dehydratisiert und in das entsprechende Anhydrat umwandelt. Im oberen Teil der Kartusche K sieht man als Wasserdampf austretendes Wasser.
In Fig. 8b ist eine Schnittansicht entlang der Schnittebene A-A der plattenartige Kartusche K gezeigt. Man erkennt wieder den Reaktionsraum R sowie die Füllung mit Hydrat/Anhydrat-Pulver (punktiert angedeutet).
In Fig. 9a ist eine Perspektivansicht einer transparent dargestellten ersten Variante einer blockartigen Kartusche K gezeigt. Man erkennt eine sich im Innern der Kartusche K erstreckende Rohrschlange S, welche jeweils mit zwei diametral gegenüberliegende Öffnungen Ol und 02 an einer ersten Grossfläche der Kartusche K in Fluidverbindung steht sowie jeweils mit zwei diametral gegenüberliegende Öffnungen 03 und 04 an einer zweiten Grossfläche der Kartusche K in
Fluidverbindung steht.
In Fig. 9b ist eine Perspektivansicht einer transparent dargestellten zweiten Variante einer blockartigen Kartusche K gezeigt. Man erkennt eine sich im Innern der Kartusche K erstreckende Rohrschlange S, welche mit einer ersten Öffnung 01 an einer ersten Grossfläche der Kartusche K, einer zweiten Öffnung 02 an einer zweiten Grossfläche der Kartusche K und mit einer dritten Öffnung 03 an einer Stirnfläche bzw. Kleinfläche der Kartusche K in Fluidverbindung steht.
In Fig. 10 ist ein Stapel aus blockartigen Kartuschen K der Fig. 9a gezeigt, die fluidmässig in Serie geschaltet sind. Jede der Kartuschen K in dem Stapel enthält eine (nicht gezeigte) Rohrschlange S (siehe Fig. 9a). In dem Stapel sind alle Rohrschlangen S der jeweiligen Kartuschen K zu einer sehr langen Serien-Rohrschlange in Serie geschaltet. Durch diese Serien-Rohrschlange kann ein heisses Gas, z.B. ein heisses Abgas, oder eine heisse Flüssigkeit, z.B. ein heisses Öl, hindurchgeleitet werden, wodurch ein in den jeweiligen Kartuschen K enthaltenes Hydrat dehydratisiert und die Kartuschen nach und nach geladen werden. Der dabei aus dem Hydrat austretende Wasserdampf kann, wie weiter oben beschrieben, über einen semipermeablen Wandbereich (nicht gezeigt) der jeweiligen Kartusche K aus der Kartusche austreten. Im Falle des Ladebetriebs mittels eines heissen Gases (z.B. heisses Abgas) kann die Rohrschlange S auch kleine Öffnungen enthalten (siehe Fig. 6a, Fig. 7a, Fig. 9a, Fig. 9b, jeweils gestrichelt angedeutet), durch welche das heisse Gas in das Flydrat-Pulver eindringt und dieses nach und nach dehydratisiert und zu dem entsprechenden Anhydrat umwandelt.
In Fig. 11 ist ein Stapel aus mit Eingriffsformationen Fl versehenen blockartigen Kartuschen K der Fig. 9a gezeigt, die fluidmässig in Serie geschaltet sind. Die Kartuschen K können dabei wie Lego-Steine aufeinander gestapelt werden.
In Fig. 12 ist eine Perspektivansicht einer weiteren Variante einer plattenartigen Kartusche K mit Eingriffsformationen F2 und dazu komplementären Eingriffsformationen F2' gezeigt. Die Kartuschen können dabei mittels der Eingriffsformationen F2 und F2' formschlüssig miteinander verbunden werden.
In Fig. 13 ist eine Seitenansicht eines mit einem Verbrennungsmotor versehenen Fahrzeugs gezeigt, an welchem zwei Stapel aus plattenartigen Kartuschen K für deren Ladevorgang angeordnet sind. Die beiden Stapel entsprechen den in Fig. 10 gezeigten Stapeln.
In Fig. 14 ist eine Schnittansicht einer weiteren Variante einer plattenartigen Kartusche K gezeigt. Die Schnittebene ist orthogonal zu einer Längsache der plattenartigen Kartusche K.
Die Kartusche K enthält einen ebenen ersten Wandbereich WB1 (als Kreuzschraffur gezeigt), welcher als semipermeabler Wandbereich mit einer Vielzahl von Löchern gebildet ist, insbesondere mit Rundlöchern oder Längslöchern oder Kreuzlöchern oder Sternlöchern. Der erste Wandbereich WB1 kann aus Metall oder aus Keramik, z.B. aus Metallkeramik oder aus Oxidkeramik, oder aus einer Kombination von Metall und Keramik nach der Art eines Keramikfilters gebildet sein.
Die Kartusche enthält einen ebenen zweiten Wandbereich WB2, welcher aus einem stark wärmeleitenden Material, vorzugsweise aus Metall, z.B. Kupfer, Aluminium, Stahl, etc., oder Graphit gebildet ist.
Die Kartusche K enthält eine Reaktionskammer R zwischen dem ebenen ersten Wandbereich WB1 und dem ebenen zweiten Wandbereich WB2. Diese Reaktionskammer R ist je nach Ladezustand der Kartusche K mit Hydrat oder mit Anhydrat gefüllt.
Der linke ovalförmige Bereich zeigt schematisch den Heizbetrieb dieser Kartusche K, nämlich «Wasser rein, Wärme raus».
Der rechte ovalförmige Bereich zeigt schematisch den Ladebetrieb dieser Kartusche K, nämlich «Wärme rein, Wasser raus».
In Fig. 15 ist eine Schnittansicht einer zylinderförmigen Kartusche K gezeigt. Die Schnittebene ist orthogonal zu einer Längsache der zylinderförmigen Kartusche K.
Die Kartusche K enthält einen ersten Wandbereich WB1 in Form eines inneren Zylindermantels (als Kreuzschraffur gezeigt), welcher als semipermeabler Wandbereich mit einer Vielzahl von Löchern gebildet ist, insbesondere mit Rundlöchern oder Längslöchern oder Kreuzlöchern oder Sternlöchern. Der erste Wandbereich WB1 kann aus Metall oder aus Keramik, z.B. aus Metallkeramik oder aus Oxidkeramik, oder aus einer Kombination von Metall und Keramik nach der Art eines Keramikfilters gebildet sein.
Die Kartusche enthält einen zweiten Wandbereich WB2 in Form eines äusseren Zylindermantels, welcher aus einem stark wärmeleitenden Material, vorzugsweise aus Metall, z.B. Kupfer, Aluminium, Stahl, etc., oder Graphit gebildet ist.
Die Kartusche K enthält eine Reaktionskammer R zwischen dem ersten Wandbereich WB1 und dem zweiten Wandbereich WB2. Diese Reaktionskammer R ist je nach Ladezustand der Kartusche K mit Hydrat oder mit Anhydrat gefüllt.
Der obere ovalförmige Bereich zeigt schematisch den Heizbetrieb dieser Kartusche K, nämlich «Wasser rein, Wärme raus».
Der untere ovalförmige Bereich zeigt schematisch den Ladebetrieb dieser Kartusche K, nämlich «Wärme rein, Wasser raus».

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Erzeugen (Abgeben, Freisetzen) von Wärme (W) durch Reaktion zwischen einerseits einem Feststoff und/oder einer ersten Flüssigkeit (1) und andererseits einem Gas und/oder einer zweiten Flüssigkeit (2) (Ammoniak, Wasser, Alkohol, Keton), wobei die dabei entstehende Reaktionswärme (W) abgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass
al) einerseits eine dosierte Menge des Feststoffs und/oder der ersten Flüssigkeit (1) einem
Reaktionsraum (R) zugeführt wird und dass
a2) andererseits eine dosierte Menge des Gases und/oder der zweiten Flüssigkeit (2) dem
Reaktionsraum (R) zugeführt wird,
wobei in dem Reaktionsraum (R)
al) der Feststoff und/oder die erste Flüssigkeit (1) und
a2) das Gas und/oder die zweite Flüssigkeit (2)
miteinander in Kontakt gebracht werden und die frei werdende Wärme aus dem Reaktionsraum (R) abgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Feststoff und/oder die erste Flüssigkeit (1) ein Anhydrat ist, wobei die Wärme durch Reaktion unter Beteiligung von Anhydrat einerseits und von Wasser und/oder Wasserdampf andererseits erzeugt wird, wobei dem
Reaktionsraum (R) einerseits eine dosierte Menge des Anhydrats und andererseits eine dosierte Menge Wasser und/oder Wasserdampf zugeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine dosierte Menge des Anhydrats dem Reaktionsraum (R) in Form von Feststoffpartikeln zugeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine dosierte Menge des Anhydrats dem Reaktionsraum (R) in Form eines Pulvers zugeführt wird, wobei die Partikel des Pulvers eine mittlere Korngrösse haben, die vorzugsweise im Bereich von lOOpm bis 800pm liegen.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die dosierte Menge des Anhydrats dem Reaktionsraum (R) in Form von Pellets (Presslingen) zugeführt wird, wobei die Pellets eine mittlere Grösse haben, die vorzugsweise im Bereich von 3mm bis 15mm liegt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Pellets Partikel des Anhydrats aufweisen, welche von einer Matrix aus Bindemittel zusammengehalten werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel wasserlöslich ist.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel wasserunlöslich ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Bindemittelanteil in Gew.% der Pellets 1% bis 10%, vorzugsweise 2% bis 5% beträgt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die dosierte Menge Wasser dem Reaktionsraum (R) in Form von Tröpfchen oder als Aerosol zugeführt wird, wobei der mittlere Durchmesser eines Tröpfchens vorzugsweise im Bereich von lOOpm bis 2mm liegt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die dosierte Menge Wasser dem Reaktionsraum (R) in Form eines Wasserstrahles zugeführt wird, dessen
Querschnittsfläche vorzugsweise im Bereich von 0.2mm2 bis 500mm2 liegt und dessen
Geschwindigkeit vorzugsweise im Bereich von 0.5m/s bis 10m/s liegt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die dosierte Menge Wasser bezüglich der dosierten Menge Anhydrat überstöchiometrisch ist, wobei der
Wasserüberschuss bezogen auf die stöchiometrische Molmenge an Wasser vorzugsweise im Bereich von 2% bis 15% liegt und besonders bevorzugt im Bereich von 5% bis 10% liegt.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die dosierte Menge Wasser bezüglich der dosierten Menge Anhydrat unterstöchiometrisch ist, wobei der
Wasserunterschuss bezogen auf die stöchiometrische Molmenge an Wasser vorzugsweise im Bereich von 2% bis 15% liegt und besonders bevorzugt im Bereich von 5% bis 10% liegt.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren kontinuierlich erfolgt.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass
al) die dosierte Menge des Feststoffs und/oder der ersten Flüssigkeit (1) dem Reaktionsraum (R) kontinuierlich zugeführt wird und dass
a2) die dosierte Menge des Gases und/oder der zweiten Flüssigkeit (2) dem Reaktionsraum (R) kontinuierlich zugeführt wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zumindest teilweise diskontinuierlich erfolgt.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass
al) vorab in einem ersten Schritt eine dosierte kumulierte Menge des Feststoffs und/oder der ersten Flüssigkeit (1) dem Reaktionsraum (R) während eines Zeitraums zugeführt wird und dass a2) danach in einem zweiten Schritt eine dosierte Menge des Gases und/oder der zweiten Flüssigkeit (2) dem Reaktionsraum (R) kontinuierlich zugeführt wird.
18. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass
a2) vorab in einem ersten Schritt eine dosierte kumulierte Menge des Gases und/oder der zweiten Flüssigkeit (2) dem Reaktionsraum (R) zugeführt wird und dass
al) danach in einem zweiten Schritt eine dosierte Menge des Feststoffs und/oder der ersten Flüssigkeit (1) dem Reaktionsraum (R) zugeführt wird.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Zuführen bei al) kontinuierlich erfolgt.
20. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens gemäss einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine den Reaktionsraum (R) bildende Reaktionskammer mit einem Mittel (WT) zum Abführen von Reaktionswärme sowie ein erstes Zufuhrmittel (SF; ZF) zum dosierten Zuführen eines Feststoffs und/oder einer ersten Flüssigkeit (1) in die Reaktionskammer (R) und ein zweites Zufuhrmittel (ZD) zum dosierten Zuführen eines Gases und/oder einer zweiten Flüssigkeit (2) (Ammoniak, Wasser, Alkohol, Keton) in die Reaktionskammer (R) aufweist.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Abführen von Reaktionswärme einen Wasser/Reaktionsmedium-Wärmetauscher (WT) oder einen
Luft/Reaktionsmedium-Wärmetauscher aufweist.
22. Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Zufuhrmittel einen Schneckenförderer (SF) aufweist.
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneckenförderer ein Doppelschneckenförderer mit zwei kämmenden, sich im Betrieb gegenseitig reinigenden
Schneckenwellen ist, welche vorzugsweise ein Erdmenger-Profil aufweisen.
24. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneckenförderer ein Mehrschneckenförderer mit mehreren kämmenden Schneckenwellen ist, wovon sich jeweils zwei benachbarte Schneckenwellen im Betrieb gegenseitig reinigen, wobei die Schneckenwellen vorzugsweise ein Erdmenger-Profil aufweisen.
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Zufuhrmittel einen Zahnriemenförderer (ZF) aufweist.
26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnriemenförderer aus einem Polymermaterial gebildet ist.
27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnriemenförderer aus einem faserverstärkten Polymermaterial gebildet ist.
28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass der
Zahnriemenförderer entlang seiner Längsausdehnung bzw. entlang seiner Länge voneinander beabstandete Vertiefungen aufweist, die sich über die gesamte Querausdehnung bzw. über die gesamte Breite des Zahnriemenförderers erstrecken.
29. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen ein konstantes Profil entlang der Querausdehnung bzw. über die gesamte Breite des Zahnriemenförderers haben.
30. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil ein V-Profil oder ein U- Profil ist.
31. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Zufuhrmittel eine Dosierpumpe (DP) und/oder eine Düse, insbesondere eine Zerstäubungsdüse (ZD) aufweist.
32. Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Zerstäubungsdüse einen Düsenblock mit mehreren nebeneinander angeordneten Düsenöffnungen hat.
33. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Zufuhrmittel einen Zufuhrkanal (Pumpe/Schwerkraft) (ZK) aufweist.
34. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 33, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens gemäss Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktionsraum (R) einen Behälter aufweist mit einer Füllöffnung zum Zuführen des Feststoffs und/oder der ersten Flüssigkeit (1) in den Behälter, einem Verschluss zum Schliessen der Füllöffnung und einem semipermeablem Wandbereich, welcher für den Feststoff und/oder die erste Flüssigkeit (1) undurchlässig und für das Gas und/oder die zweite Flüssigkeit (2) durchlässig ist.
35. Vorrichtung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass der semipermeable Wandbereich eine Wand mit einer Vielzahl von Löchern aufweist.
36. Vorrichtung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Löcher der Wand Rundlöcher oder Längslöcher oder Kreuzlöcher oder Sternlöcher sind.
37. Vorrichtung nach Anspruch 35 oder 36, dadurch gekennzeichnet, dass die kleinste Abmessung der Löcher, d.h. der Durchmesser der Rundlöcher oder die Breite der Längslöcher, im Bereich von 50pm bis lOOOpm, vorzugsweise im Bereich von 50pm bis 500pm und am bevorzugtesten im Bereich von 50pm bis 200pm liegt.
38. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 37, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens gemäss Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktionsraum (R) einen Behälter aufweist mit einer Füllöffnung zum Zuführen des Gases und/oder der zweiten Flüssigkeit (2) in den Behälter und zum Zuführen des Feststoffs und/oder der ersten Flüssigkeit (1) in den Behälter.
39. Verfahren zum Speichern von Wärme (W) durch Reaktion zwischen einerseits einem Feststoff und/oder einer ersten Flüssigkeit (1) und andererseits einem Gas und/oder einer zweiten Flüssigkeit (2) (Ammoniak, Wasser, Alkohol, Keton), wobei die dabei zu speichernde Reaktionswärme (W) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass
bl) einerseits eine dosierte Menge des Feststoffs und/oder der ersten Flüssigkeit (1) einem
Reaktionsraum (R) zugeführt wird und dass
b2) andererseits eine dosierte Menge Wärme (W) dem Reaktionsraum (R) zugeführt wird, wobei in dem Reaktionsraum (R)
bl) der Feststoff und/oder die erste Flüssigkeit (1) und
b2) die Wärme (W) miteinander in Kontakt gebracht werden und das frei werdende Gas und/oder die frei werdende zweite Flüssigkeit (2) aus dem Reaktionsraum (R) abgeführt wird bzw. werden.
40. Verfahren nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, dass der Feststoff und/oder die erste Flüssigkeit (1) ein Hydrat ist, wobei die Wärme durch Reaktion unter Beteiligung von Hydrat einerseits und von Wasser und/oder Wasserdampf andererseits gespeichert wird, wobei dem Reaktionsraum (R) einerseits eine dosierte Menge des Hydrats und andererseits eine dosierte Menge Wärme zugeführt wird.
41. Verfahren nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass eine dosierte Menge des Hydrats dem Reaktionsraum in Form von Feststoffpartikeln zugeführt wird.
42. Verfahren nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, dass eine dosierte Menge des Hydrats dem Reaktionsraum (R) in Form eines Pulvers zugeführt wird.
43. Verfahren nach Anspruch 41 oder 42, dadurch gekennzeichnet, dass die dosierte Menge des Hydrats dem Reaktionsraum (R) in Form von Pellets (Presslingen) zugeführt wird.
44. Verfahren nach einem der Ansprüche 39 bis 43, dadurch gekennzeichnet, dass die dosierte Menge Wärme dem Reaktionsraum (R) in Form von heisser Luft zugeführt wird.
45. Verfahren nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, dass die dosierte Menge Wärme dem Reaktionsraum (R) in Form eines Wirbelbetts zugeführt wird.
46. Verfahren nach einem der Ansprüche 40 bis 45, dadurch gekennzeichnet, dass die dosierte Menge Wärme bezüglich der dosierten Menge Flydrat überstöchiometrisch ist.
47. Verfahren nach einem der Ansprüche 40 bis 46, dadurch gekennzeichnet, dass die dosierte Menge Wärme bezüglich der dosierten Menge Hydrat unterstöchiometrisch ist.
48. Verfahren nach einem der Ansprüche 39 bis 47, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren kontinuierlich erfolgt.
49. Verfahren nach Anspruch 48, dadurch gekennzeichnet, dass
bl) die dosierte Menge des Feststoffs und/oder der ersten Flüssigkeit (1) dem Reaktionsraum (R) kontinuierlich zugeführt wird und dass
b2) die dosierte Menge Wärme (W) dem Reaktionsraum (R) kontinuierlich zugeführt wird.
50. Verfahren nach einem der Ansprüche 39 bis 47, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zumindest teilweise diskontinuierlich erfolgt.
51. Verfahren nach Anspruch 50, dadurch gekennzeichnet, dass
bl) vorab in einem ersten Schritt eine dosierte kumulierte Menge des Feststoffs und/oder der ersten Flüssigkeit (1) dem Reaktionsraum (R) während eines Zeitraums zugeführt wird und dass
b2) danach in einem zweiten Schritt eine dosierte Menge Wärme (W) dem Reaktionsraum (R) kontinuierlich zugeführt wird.
52. Verfahren nach Anspruch 50, dadurch gekennzeichnet, dass
b2) vorab in einem ersten Schritt eine dosierte kumulierte Menge Wärme (W) dem Reaktionsraum (R) zugeführt wird und dass
bl) danach in einem zweiten Schritt eine dosierte Menge des Feststoffs und/oder der ersten Flüssigkeit (1) dem Reaktionsraum (R) zugeführt wird.
53. Verfahren nach Anspruch 52, dadurch gekennzeichnet, dass das Zuführen bei bl) kontinuierlich erfolgt.
54. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens gemäss einem der Ansprüche 39 bis 53 dadurch gekennzeichnet, dass sie eine den Reaktionsraum (R) bildende Reaktionskammer mit einem Mittel (WT; WB) zum Zuführen von Reaktionswärme sowie ein erstes Mittel (SF; ZF) zum dosierten Zuführen eines Feststoffs oder einer ersten Flüssigkeit in die Reaktionskammer (R) aufweist und ein zweites Mittel (V; P) zum dosierten Abführen eines Gases oder einer zweiten Flüssigkeit (2) (Ammoniak, Wasser, Alkohol, Keton) aus der Reaktionskammer (R) aufweist.
55 Vorrichtung nach Anspruch 54, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Zuführen von Reaktionswärme einen Wärmetauscher (WT) aufweist.
56. Vorrichtung nach Anspruch 54 oder 55, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Zuführen von Reaktionswärme ein Wirbelbett (WB) aufweist.
57. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 54 bis 56, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Mittel einen Schneckenförderer (SF) aufweist.
58. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 54 bis 57, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Mittel einen Zahnriemenförderer (ZF) aufweist.
59. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 54 bis 58, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Zuführen von Reaktionswärme ein Gebläse (V) aufweist.
60. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 54 bis 59, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Zuführen von Reaktionswärme eine Pumpe (P) aufweist.
61. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 54 bis 60, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens gemäss Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktionsraum (R) einen Behälter aufweist mit einer Füllöffnung zum Zuführen des Feststoffs und/oder der ersten Flüssigkeit (1) in den Behälter, einem Verschluss zum Schliessen der Füllöffnung und einem semipermeablem Wandbereich, welcher für den Feststoff und/oder die erste Flüssigkeit (1) undurchlässig und für das Gas und/oder die zweite Flüssigkeit (2) durchlässig ist.
62. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 54 bis 60, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens gemäss Anspruch 51 oder 52, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktionsraum (R) einen Behälter aufweist mit einer Füllöffnung und/oder einem Wärmeeinleitungsbereich zum Zuführen der dosierten kumulierten Menge Wärme (W) und der dosierten Menge Feststoff und/oder der ersten Flüssigkeit (1) in den Behälter, einem Verschluss zum Schliessen der Füllöffnung und einem semipermeablem Wandbereich, welcher für den Feststoff und/oder die erste Flüssigkeit (1) undurchlässig und für das Gas und/oder die zweite Flüssigkeit (2) durchlässig ist.
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