DE2622699A1

DE2622699A1 - Speicherelement fuer ein sorptions- waermespeichersystem

Info

Publication number: DE2622699A1
Application number: DE19762622699
Authority: DE
Inventors: Fritz Dr Sc Techn Kesselring; Siegfried Dipl Ing Schilling
Original assignee: Sulzer AG
Current assignee: SCHILLING, SIEGFRIED, DIPL.-ING., RUSSIKON, CH
Priority date: 1976-05-21
Filing date: 1976-05-21
Publication date: 1977-11-24
Also published as: DE2622699B2; DE2622699C3

Description

P. 5041/Wg/IS

Gebrüder Sulzer, Aktiengesellschaft, Winterthur/Schweiz

Speicherelement für ein Sorptionswärmespeicher sys tem

Die Erfindung betrifft ein Speicherelement für ein Sorptions-Wärmespeichersystem, bei dem einerseits ein Feststoff als Sorptionsmittel und andererseits ein Sammler für aus dem Sorptionsmittel ausgetriebenes, gegebenenfalls kondensiertes, Sorbat vorhanden sind; die Erfindung betrifft ferner die Verwendung derartiger Speicherelemente zum Aufbau von Speichern und Anlagen grösserer Leistung.

Sorptionswärmespeicher-Systeme sind bereits vorgeschlagen worden (siehe z.B.:G. Alefeld "Energiespeicherung durch Heterogen-Verdampfung", "Wärme" Bd. 81, Heft 5, S. 89 - 93) -, sie arbeiten nach dem Prinzip von Sorptions-Kältemaschinen, wobei Stoffsysteme verwendet werden, bei denen Desorption und Absorption möglichst grosse Wärmetönungen haben. Solche Stoffsysteme sind z.B. Eisenoder Kalziumchlorid als Sorptionsmittel und Ammoniak oder

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Methylamin als Sorbat. Bei der technischen Verwirklichung der genannten Speichersysteme ergeben sich in der Praxis Schwierigkeiten, die u.a. beispielsweise durch die schlechte Wärmeleitfähigkeit des - beladenen oder unbeladenen - festen Sorptionsmittel oder die geringen Transportgeschwindigkeiten des Sorbats in das Sorptionsmittel hinein bezw. aus ihm heraus sowie geringe Reaktionsgeschwindigkeiten bei der Desorption und Absorption verursacht sind. Die üeberwindung dieser Schwierigkeiten bedingt bisher einen hohen apparativen Aufwand für hohe Drücke und grosse Temperaturdifferenzen, die für die Wärmezufuhr in das und Abfuhr aus dem Sorptionsmittel notwendig sind, sowie relativ grosse Wärmeübertragungsflächen. Eine weitere dem System innewohnende Schwierigkeit ist durch das Quellen des Sorptionsmittel bei der Absorption des Sorbats gegeben, wobei unter Umständen erhebliche Quelldrücke entstehen.

Aufgabe der Erfindung ist es, die geschilderten, systembedingten Schwierigkeiten möglichst weitgehend zu mildern und ein konstruktiv möglichst einfaches Speicherelement für die genannten Systeme zu schaffen. Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass das Sorptionsmittel und der Sammler gemeinsam, jedoch durch einen Zwischenraum räumlich voneinander getrennt, in je einem Teilbereich eines gasdicht geschlossenen, rohrartigen Gefässes angeordnet sind, dessen Länge ein Vielfaches seiner Querabmessungen beträgt.

Durch die Erfindung wird das Wärmespeichersystem in viele Elemente relativ kleinen Volumens aufgelöst, wodurch lange Wärmetransportwege innerhalb des Sorptionsmittels vermieden werden. Weiterhin

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sind die Elemente durch ihre rohrartige Form einfach und robust, was ihre Fertigung und Handhabung erleichtert. Durch die gewählte Form ist es darüberhinaus möglich, die durch das Temperaturgefälle zwischen dem das Sorptionsmittel enthaltenden und dem als Sorbatspeicher dienenden Teilbereich des Elements gegebenen Wärmeverluste möglichst niedrig zu halten. Die Ausgestaltung als geschlossenes Rohr verleiht dem Gefäss darüberhinaus eine hohe Druckfestigkeit, wodurch neben relativ hohen Arbeitsdrücken auch die erwähnten Quelldrücke auf einfache Weise beherrscht werden können.

Um die Trennung des Sorptionsmittel von dem gespeicherten Sorbat zu verbessern, kann es vorteilhaft sein, wenn in dem Zwischenraum zwischen dem Sammler und dem Sorptionsmittel ein dampfdurchlässiges Trennelement vorgesehen ist. Weiterhin lässt sich der Transport des Sorbats in dem Sorptionsmittel bei der De- bezw. Absorption verbessern, wenn in dem Sorptionsmittel ein System von Strömungswegen für das gas- oder dampfförmige Sorbat vorgesehen ist, wofür das Sorptionsmittel beispielsweise als poröser Körper mit offenen Poren gestaltet oder von einem System poröser Kanäle durchsetzt sein kann.

Der Wärmeübergang zwischen dem Sorptionsmittel und der Umgebung lässt sich günstiger gestalten, wenn in dem Sorptionsmittel wärmeleitende Strukturen vorgesehen sind; das Sorptionsmittel kann dafür zum Beispiel mit Metallspänen durchsetzt sein, die mit dem dann ebenfalls aus einem Metall bestehenden Gefäss wärmeleitend verbunden, z.B. verschweisst, sind. Eine weitere Mög-

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lichkeit besteht darin, dass das Gefäss in dem von dem Sorptionsmittel erfüllten Teilbereich aus einem Rohr mit Innenrippen besteht.

Die erwähnten Wärmeverluste in Längsrichtung des Gefässes können weiter vermindert werden, wenn das Gefäss aus einem nichtmetallischen Werkstoff, z.B. Glas oder Kunststoff, besteht.

Weiterhin kann es vorteilhaft sein, wenn der Sammler mit einem, beispielsweise durch Kapillaren, als Adsorbens wirkenden Stoff, z.B. Aktivkohle oder Kieselgur, mindestens teilweise gefüllt ist; dadurch kann das verflüssigte Sorbat im Teilbereich des Sammlers festgehalten und gebunden werden, wodurch eine Verwendung des Elementes von seiner Lage im Raum unabhängig wird, das Element beispielsweise also auch in horizontaler» Lage angeordnet sein kann.

Die erfindungsgemässe Verwendung eines Speicherelementes ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl Speicherelemente parallel zueinander in mindestens einem Behälter derart angeordnet sind, dass ihre Zwischenräume in einer Ebene liegen, dass ferner in dieser Ebene des Behälters ausserhalb der Elemente eine Trennwand angebracht ist und dass schliesslich Medien zur Wärmeübertragung und/oder zur Wärmespeicherung den Behälter ausserhalb der Speicherelemente mindestens teilweise ausfüllen.

Vorteilhafterweise wird dabei als Wärmeübertragungsmedium eine Flüssigkeit verwendet, deren.Siedetemperatur höher liegt als die bei dem gewählten Druck herrschende Austriebtemperatur des

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Sorbats aus dem Sorptionsmittel. Eine derartige Flüssigkeit ist bei dem eingangs erwähnten Stoffsystem beispielsweise Wasser. Weiterhin kann es zweckmässig sein. Mittel vorzusehen, die einen Zwangumlauf der wärmeübertragenden Medien bewirken.

Um die für die Kondensation des Sorbats in dem Sammler abzuführende Wärmemenge zu vergrössern, kann weiterhin die Massnahme getroffen sein, dass der Teil des Behälters, in dem sich der mit flüssigem Sorbat gefüllte Teilbereich der Speicherelemente befindet, mit einem Wärmespeichermedium gefüllt ist, das bei der Temperatur des flüssigen Sorbats eine Phasenumwandlung erfährt, während andererseits die für die Verdampfung des Sorbats beim Entladen des Wärmespeichersystems notwendige Wärmequelle gegebenenfalls mit Vorteil der Kondensator einer Kälteanlage sein kann.

Schliesslich ist es u.U. günstig, wenn man die Trennwand des Behälters aus einer plastischen Masse fertigt; eine derartige Ausbildung der Trennwand bringt vor allem fertigungstechnische Vorteile bei dem Zusammenbau der Behälters.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert:

Fig. 1 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch ein Speicherelement;

Fig. la gibt ein Detail von Fig. 1 vergrössert wieder;

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-Z-

Fig. 2 und 3 stellen ein erstes Beispiel eines mit dem neuen Speicherelement bestückten Behälters im Längs- und im Querschnitt III-III dar;

Fig. 4 und 5 zeigen in gleicher Darstellung wie Fig. 2 und 3 einen.zweiten Behälter, wobei Fig. 4a ein Detail aus Fig. 4 vergrössert wiedergibt;

Fig. 6 und 7 sind zwei Schaltschemata von Wärmespeicheranlagen, in denen Behälter gemäss Fig. 2 und 4 verwendet sind.

Fig. 8 zeigt in gleicher Darstellung, jedoch gegenüber Fig. 1 vergrössert, ein Ausführungsbeispiel für den das Sorptionsmittel aufnehmenden Teil des neuen Speicherelementes im Schnitt VIII-VIII von Fig. 9;

Fig. 9 ist der Schnitt IX-IX von Fig. 8, während

Fig. IO ein Detail aus Fig. 8, nochmals vergrössert, wiedergibt.

Das Speicherelement 1 (Fig. 1) besteht aus einem rohrförmigen Gefäss 2, das allseits gasdicht geschlossen und beispielsweise aus Metall, Glas oder einem Kunststoff hergestellt ist. Im oberen Teilbereich 7 des Gefässes 2 befindet sich ein als Sorptionsmittel dienender Feststoff 3, z.B. Kalziumchlorid, während der untere Teilbereich 8 als Sammler für das teilweise

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verflüssigte Sorbat 5, beispielsweise Ammoniak, dient.

Im Teilbereich 8 ist darüberhinaus ein Stoff 4 mit Kapillarstruktur vorhanden, in dem das flüssige Sorbat 5 durch Kapillarkräfte gebunden wird, die grosser sind als die auf das Sorbat wirkende Schwerkraft. Auf diese Weise wird erreicht, dass das Sorbat 5 auch dann im Sammler 8 gehalten wird, wenn das Element nicht in der dargestellten räumlichen Lage, sondern z.B. horizontal, verwendet wird.

Der Zwischenraum zwischen beiden Teilbereichen 7 und 8 ist in dem gezeigten Beispiel von einem gas- oder dampfdurchlässigen Trennelement (Propfen) 6 ausgefüllt, das beispielsweise aus Schaumkautschuk besteht und zusätzlich kompressibel sein kann, um beispielsweise - bei quellendem Sorptionsmittel 3 während der Aufnahme des Sorbats 5 - zum teilweisen Ausgleich des Quelldruckes eine Volumenvergrösserung des oberen Teilbereichs zu ermöglichen.

Die Ausbildung des Elements 1 als langes, relativ dünnes Rohr ergibt bei sehr geringem Werkstoffaufwand eine hohe Druckfestigkeit, wodurch die Beherrschung der erhöhten Arbeitsdrücke und des Quelldruckes vereinfacht werden. Die geringe Wanddicke hat den weiteren Vorteil, dass der Wärmeverlust zwischen den verschiedenen Temperaturen- aufweisenden, relativ langen Gehäuseteilen auf beiden Seiten des Pfropfens 6 gering wird.Dieser Wärmeverlust kann noch weiter herabgesetzt werden, wenn das Gefäss 2, statt aus Metall, aus Glas oder einem Kunststoff besteht.

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Ein weiterer Vorteil liegt in der einfachen Fertigung von Rohren gegenüber mit Wärmeaustauschern ausgerüsteten druckfesten Behältern. Zudem wird mit den Rohren eine grössere Drucksicherheit erreicht.

Zur Verbesserung des Wärmeflusses im Sorptionsmittel 3 kann dieses - was nicht ausdrücklich gezeigt ist - mit Metallspänen, z.B. Eisenspänen, durchsetzt sein, die für einen verbesserten Wärmeübergang auf das Gefäss 2 und darüberhinaus mit dessen Innenwand wärmeleitend verbunden, beispielsweise verschweisst, sein können. Eine andere Möglichkeit zur Steigerung des Wärmeflusses in das oder aus dem Sorptionsmittel 3 besteht darin, mindestens den oberen Teilbereich 7 des Gefässes 2 aus an sich bekannten Rohren mit Innenrippen 50 herzustellen (Fig. 9).

Zur Verbesserung des Transports des zu desorbierenden bezw. zu absorbierenden Sorbats 5 in dem und durch das Sorptionsmittel 3, und damit auch zur Verbesserung der Reaktionsgeschwindigkeit der Sorptionsvorgänge, ist es möglich, in aus der Technik der Absorptions-Kältemaschinen bekannter Weise das Sorptionsmittel 3 als harte, poröse Masse mit offenen Poren auszubilden. Alternativ dazu können in dem Sorptionsmittel 3 Strömungswege vorgesehen werden, wie später in Verbindung mit Fig. 8- 10 näher ausgeführt wird.

Eine Konstruktion (Fig. 8 - 10) für ein Speicherelement 1, bei dem ein guter Wärmefluss und ein ausreichend schneller Gastransport

vorhanden sind, und darüberhinaus der bei der Absorption des Sorbats, d.h. bei der Entladung des Speichers, auftretende Quelldruck niedrig gehalten werden kann, hat im- Gefäss 2 beispielsweise an der Grenze zwischen dem Teilbereich 7 und dem Zwischenraum 9 eine Kappe 51, die mit der Gefässwand fest verbunden ist; diese Kappe 51 trägt ein langes dünnes Rohr 52, das zentral in sie eingewalzt oder eingeschweisst ist (Fig. 10). Das Rohr 52 durchsetzt praktisch den ganzen Teilbereich 7 für das Sorptionsmittel 3 in Längsrichtung und ist an seiner Unterseite gegen den Zwischenraum 9 und damit gegen den Sammler 10 für das verflüssigte Sorbat 5 offen, üeber seine Länge und seinen Umfang verteilt hat das Rohr 52 Oeffnungen 53 für den Durchtritt des Sorbats 5. Es ist weiterhin von einem Hohlzylinder 54 aus einem elastischen, porösen Material umschlossen; als geeignete Elastomere, die im Temperaturbereich von -40° bis +200° gegen das erwähnte Stoffsystem beständig sind, haben sich Natur- oder Kunststoff-Kautschuke erwiesen, wobei als Beispielse für die künstlichen Elastomere Kautschuke aus Styrol-Butadien, Isobutylen,Isoprenen, Aethylen-Propylen oder Silikonen genannt seien.

Der Zwischenraum zwischen der Wand des Gefässes 2, das in dem gezeigten Beispiel ein handelsübliches mit Innenrippen 50 (Fig. 9) versehenes Rohr ist, und dem Hohlzylinder 54 ist mit dem eigentlichen Sorptionsmittel 3 gefüllt, dessen Gesamtvolumen durch die Rippen 50 in relativ kleine Teilvolumina unterteilt ist. Das Rohr 52 und der Hohlzylinder 54 ermöglichen eine schnelle und gleichmässige Verteilung bezw. Sammlung des beim Entladen

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in das Sorptionsmittel 3 einströmenden und beim Laden aus ihm austretenden Sorbats 5, während die Unterteilung des Volumens durch die Rippen 50 einen verbesserten Wärmeübergang ergibt. Schliesslich befähigt seine Elastizität den Hohlzylinder 54 dazu, bei ansteigendem Druck im Gefäss 2 sein Volumen zu verringern und einen Teil des Quelldruckes aufzunehmen.

Für eine Bereitstellung eines ausreichenden Volumens für die Quellung des Sorptionsmittels 3 bei der Aufnahme des Sorbats 5 können darüberhinaus ebenfalls aus der Kältetechnik bekannte Massnahmen angewendet werden.

Die Wirkungsweise der Anordnung nach Fig. 1 ist folgende: Vor Inbetriebnahme ist das Sorptionsmittel 3 mit dem Sorbat 5 gesättigt und weist die Temperatur der Umgebung auf. Soll der Speicher 1 geladen, d.h. Wärme gespeichert werden, so wird dem gesättigten Sorptionsmittel 3 über die Wand des Gefässes 2 Wärme zugeführt. Dies hat zur Folge, dass bei Erreichen der Desorptions- oder Austreibetemperatur das Sorbat 5 freigesetzt wird, als Dampf über den Pfropfen 6 in den Stoff 4 mit Kapillarstruktur strömt und dort kondensiert, wobei die Kondensationswärme über die Wand des Gefässes 2 an ein Kühlmittel abgegeben und einer geeigneten Wärmesenke zugeführt wird. Als Wärmesenke kann z.B. jeder Wärmeverbraucher dienen, bei dem die anfallende Kondensationstemperatur eine wirtschaftliche Nutzung gewährleistet. Bei Verwendung eines Ammoniakats, z.B. Kalziumchlorid mit angelagertem Ammoniak, zerfällt dieses bei dem in gewissen

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Grenzen wählbaren Verflüssigungsdruck des Ammoniaks stufenweise. Wird bei einem Druck von 10 bar Ammoniak aus dem Sorptionsmittel CaCl ausgetrieben, so ist die Verflüssigungstemperatur des Ammoniaks 40 C. Dies bedeutet, dass die Temperatur des zur Kondensation benötigten Kühlmittels kleiner als 40 C sein muss, was für eine wirtschaftliche Nutzung der Kondensationswärme unter Umständen Schwierigkeiten ergibt. Dieser Mangel kann vermieden werden, indem man den AustreibungsVorgang bei höherem Druck ablaufen lässt. Wird z.B. bei 30 bar ausgetrieben, so beträgt die Verflüssigungstemperatur 65° C, die die wirtschaftliche Verwendung der Kondensationswärme zum Beispiel für Raumheizung und/oder Brauchwasseraufbereitung erlaubt.

Der Desorptions- oder Austreibevorgang hält unter den oben beschriebenen Bedingungen so lange an, bis das Sorbat 5 restlos ausgetrieben ist. Die für den Austreibeprozess benötigte Wärmemenge ist wesentlich grosser (bei Kalziumchlorid etwa doppelt so gross) als die an das Kühl- oder Kondensationsmittel abgegebene Wärme. Die Wärmedifferenz ist im Sorptionsmittel 3 gespeichert, und zwar zu einem Teil als kapazitive, zum anderen Teil als latente Wärme.

Der Absorptions- oder Entladevorgang des Elements 1 (Wärmeentnahme aus dem Element 1) wird dadurch eingeleitet, dass das Sorptionsmittel 3 zunächst von der Austreibetemperatur auf die entsprechende Absorptionstemperatür, gegeben durch den Sättigungs-

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dampfdruck des Sorbats 5 abgekühlt wird; bei Unterschreiten dieser Temperatur setzt dann der Absorptionsvorgang unter entsprechender Wärmeentwicklung ein. Beide Wärmeanteile werden einem Wärmeverbraucher zugeführt, wobei die notwendige Wärme zur Verdampfung des Sorbats 5 einer geeigneten Wärmequelle, beispielsweise einer Kälteanlage, entzogen wird. Der Entladevorgang ist abgeschlossen, wenn das Absorptionsmittel mit Sorbat gesättigt ist.

Der Sorptionswärmespeicher nach Fig. 2 und 3 enthält mehrere Speicherelemente 1 gemäss Fig. 1 in einem Behälter 11/12; der Behälteroberteil 11 und der Behälterunterteil 12 sind über Flanschen 13 und 14 miteinander verbunden. Zwischen ihnen befindet sich eine Trennwand 15. Ueber einen Eintrittsstutzen und einen Austrittsstutzen 17 ist der Behälteroberteil 11 an einen erst später dargestellten Kreislauf (Fig. 6) eines Wärmeträger-Mediums 18 angeschlossen,das den Wärmetransport zu und von den Elementen·1 übernimmt und beispielsweise Wasser sein kann.

Beim Laden des Speichers 11/12 sind die Stutzen 16 und 17 an eine hier nicht dargestellte Wärmequelle angeschlossen, während sie beim Entladevorgang mit dem Wärmeverbraucher in geeigneter Weise in Verbindung stehen.

Im Behälterunterteil befinden sich ein festes oder flüssiges Wärmespeichermedium 19, das bei der druckabhängigen Kondensationstemperatur für das Sorbat 5 eine Phasenumwandlung erfährt.

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Hierfür eignen sich z.B. Hydrate der Alkalimetalle, die bekanntlich beim Phasenwechsel fest-flüssig und umgekehrt grosse Wärmemengen aufnehmen bezw. freisetzen; ihre relativ niedrige Umwandlungstemperatur liegt bei etwa 30 - 50 C.

Der Ladevorgang spielt sich im Prinzip in gleicher Weise ab, wie an Hand von Fig. 1 bereits beschrieben worden ist; die Kondensationswärme des Sorbats 5 wird jedoch aus dem Behälterunterteil nicht nach aussen abgeführt, sondern im Medium 19 gespeichert.

Beim Entladen des Wärmespeichers 11/12, das durch eine Temperaturabfall im Behälteroberteil 11 - und dadurch einen anfänglichen Druckabfall für das Sorbat 5 im Element 1 - ausgelöst wird, bewirkt die im Speichermedium 19 gespeicherte Wärme eine Verdampfung des Sorbats 5. Die nachfolgende exotherme Absorptions-Reaktion zwischen dem Sorptionsmittel 3 und dem Sorbat 5 im Speicheroberteil 11 erhitzt, wie schon beschrieben, das entstehende Reaktionsprodukt, bei dem vorstehend erwähnten Stoffsystem Kalziumchloridammoniakat auf eine,wesentlich höhere Temperatur als die des Wärmespei chermemediums 19. Für das genannte Stoffsystem ist bei einer Verdampfungstemperatur des Ammoniaks von 30 C- entsprechend einem Druck von 12 bar - die zugehörige Temperatur im Sorptionsmittel 3 bei vollständiger Sättigung des Kalziumchlorids mit 8 NH beispielsweise 85 C. Bei dieser Temperatur kann daher an einen Verbraucher die im System gespeicherte Wärmemenge abgegeben werden.

Abgesehen von einer dichteren Anordnung der Speicherelemente 1

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entspricht der Behälteroberteil 11 (Desorber-Absorber) in Fig. und 5 demjenigen nach Fig. 2 und 3, während sich der Behälteruntei teil 24 (Kondensator-Verdampfer) von demjenigen nach Fig. 2 dadurch unterscheidet, dass er nicht mit einem Speichermedium 19 gefüllt ist, sondern über Anschlussstutzen 20 und 21 ebenfalls in einem Kreislauf (Fig. 7) eines Wärmeträgermediums 22 liegt. Die Speicherelemente in Fig. 4 sind die in Verbindung mit Fig. 1 beschriebenen; sie sind von den Medien 18 und 22 umspült, die durch die Trenn- oder Zwischenwand 15 voneinander getrennt sind. An den Uebergangsstellen zwischen dem Zwischenraum 9 und dem Sorptionsr mittel 3 bezw:..Ldem:.Sammler 10 (Fig. 1) sind die Gefässe 2 der Speicherelemente 1 in diesem Beispiel (Fig. 4 und 4a) in ihrem Querschnitt verengt; diese Einschnürungen 2a können z.B. eingewalzt oder eingezogen sein. Bei Bündelung der Speicherelemente auch in dichtester Packung ergeben sich so freie Querschnitte zwischen ihnen, wodurch Sammel- oder Umlenkkammern 55_für die Wärmeübertragungsmedien 18 bezw. 22 entstehen. Auf diese Weise wird auch bei dichter Packung der Elemente 1 eine gleichmässige Beaufschlagung ihrer gesamten Rohroberfläche durch die Medien 18 bezw. 22 ermöglicht.

Der Behälteroberteil 11 hat wiederum die beiden Funktionen der Wärmeaufnahme beim Ladevorgang und der Wärmeabgabe beim Entladevorgang. Im Behälterunterteil 24 wird über das Medium 22 beim LadeVorgang die Kondensationswärme abgeführt und beim Entladevorgang die Verdampfungswärme zugeführt.

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Fig. 6 zeigt die Anordnung eines Behälters 11/12 nach Fig. 2 als Austreiber-Absorber bezw. als Kondensator-Verdampfer in einer schematisch dargestellten Wärmespeicheranlage. In dieser wird das Wärmeträgermedium 18 mit Hilfe einer Umwälzpumpe 28 in einen Kreislauf 23 umgewälzt, der auf der einen Seite einen Wärmetauscher 30 und auf der anderen Seite einen Wärmetauscher enthält. Der Wärmetauscher 30 ist über einen Heizkreislauf 25 mit einem Wärmeerzeuger 33 und über einen weiteren Kreislauf eines Zwischenmediums mit einem Wärmeverbraucher 32, beispielsweise einer Gebäudeheizung, verbunden.

Ueber eine Leitung 29, die in einem, von einem Motor 27 umschaltbaren, Dreiwegventil 34 mündet, kann im Kreislauf 23 der Wärmetauscher 31 während der Aufladung des Speichers 11/12 mit anfallender Ueberschussenergie kurzgeschlossen werden.

Die Anlage nach Fig. 6 funktioniert beispielsweise wie folgt: Beim Ladevorgang des Speichers 11/12 hat das -Dreiwegventil 34 die Durchflussstellung II-I. Das im Wärmetauscher 30 aufgeheizte Wärmeträgermedium 18 fliesst, umgewälzt durch die Pumpe 28, über das Dreiw.egventil 34 und den Speicheroberteil 11 zum Wärmetauscher 35 zurück. Hierbei wird vom Wärmeerzeuger 33 über den Wärmetauscher 30 Wärme auf den Speicheroberteil 11 übertragen. Diese Wärmezufuhr bewirkt in der beschriebenen Weise eine Desorption des Sorbats 5 aus dem Sorptionsmittel 3 der Speicherelemente

Beim Entladevorgang hat das Dreiwegventil 34 die Durchflussrichtung III-I. Hierbei fliesst das Wärmeträgermedium 18 dann vom Wärmetauscher 31, wiederum gefördert durch die Pumpe 28,

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über das Dreiwegventil 34, den Speicheroberteil 11 und den Wärmetauscher 30 zurück zum Wärmetauscher 31. Dem umlaufenden Wärmeträgermedium 18 wird hierbei vom Wärmeverbraucher 32 über den Wärmetauscher 31 einerseits Wärme entzogen, andererseits jedoch vom Wärmeerzeuger 33 über den Wärmetauscher 30 und aus dem Speicheroberteil 11 Wärme zugeführt. Der Entladevorgang der Elemente 1 im Speicher 11/12 vollzieht sich dabei in der beschriebenen Weise.

Selbstverständlich ist es jedoch auch möglich, die Anlage ohne Kurzschlussleitung 29 und Ventil 34 zu betreiben, wobei dann bei einem Ueberschuss aus dem Wärmeerzeuger 33 gelieferter Wärme der Speicher 11/12 automatisch geladen und bei einem Defizit im Wärmeangebot selbsttätig entladen wird.

Der oberhalb einer Trennlinie 35 gelegene Teil H der Anlage nach Fig. 7, der auch als "Hochtemperaturteil" bezeichnet werden kann, entspricht dem oberen Teil der Anlage nach Fig. 6 in Aufbau und Wirkungsweise. Der Behälter 11/12 ist jedoch in der Anlage nach Fig. 7 durch einen solchen 11/24 ersetzt, wie er in Fig. 4 gezeigt und bereits beschrieben worden ist. Durch sein Unterteil 24 zirkuliert das Wärmeträgermedium 22 in einem Kreislauf 36, in dem direkt ein Wärmeerzeuger 41 und ein Wärmeverbraucher 42 gelegen sind. Sowohl der Verbraucher 42 als auch die Wärmequelle 41 sind über Kurzschlussleitungen 37 und 39 mit Hilfe von ebenfalls durch Motoren 40 und 43 umschaltbare Dreiwegventile 45 und 46 beim Ladebezw. Entladevorgang des Wärmespeichers 11/24 kurzzuschliessen.

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-χι- ■

Der Strom des Wärmeträgermediums 22 im Kreislauf 36, das z.B. Wasser sein kann, wird aufrechterhalten durch eine Pumpe 44.

Der Lade- und Entladevorgang verläuft für den Hochtemperaturteil H wie bereits geschildert. Die Abfuhr der Kondensationswärme aus dem Speicherunterteil 24 des Niedertemperaturteils N der Anlage vollzieht sich in folgender Weise: Das Dreiwegventil hat die Durchflussrichtung II-III und das Dreiwegventil 46 diejenige I-III. Als Kühlmittel fliesst das Wärmeträgermedium 28, gefördert durch die Pumpe 44, vom Behälterunterteil 24 über das Ventil 45 und das Ventil 46 zum Verbraucher 42 (z.B. zu einer Heizung oder einer Brauchwasserbereitung); vom Verbraucher 42 gelangt es zurück zum Behälterunterteil 24.

Beim Entladevorgang wird innerhalb des Niedertemperaturteils N die notwendige Wärme zur Verdampfung des Sorbats 5 dem Behälterteil 24 vom Wärmeerzeuger 41 geliefert. Das Ventil 45 hat dazu die Durchlaufrichtung I-III, das Ventil 46 diejenige I-II. Das jetzt als Heizmedium wirkende Wärmeträgermedium 22 fliesst, umgewälzt durch die Pumpe 44, vom Wärmeerzeuger 41 wiederum über das Ventil 45 und Ventil 46 zum Speicherunterteil 24 und von dort zurück zum Wärmeerzeuger 41. Als für die Verdampfung notwendige Wärme kann dabei beispielsweise der auf andere Weise nur schwer wirtschaftlich einsetzbare Wärmeinhalt der Umgebung (Luft, Erde, Grundwasser) dienen; es ist jedoch auch möglich, dafür gegebenenfalls die Abwärme eines Kälteerzeugers zu benützen oder diese Wärme einem Sonnenkollektor zu entnehmen.

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Claims

Patentansprüche

il.J Speicherelement für ein Sorptions-Wärmespeichersystern, bei dem einerseits ein Feststoff als Sorptionsmittel und andererseits ein Sammler für aus dem Sorptionsmittel ausgetriebenes, gegebenenfalls kondensiertes Sorbat vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Sorptionsmittel (3) und der Sammler (10) gemeinsam, jedoch durch einen Zwischenraum (9) räumlich voneinander getrennt, in je einem Teilbereich (7, 8) eines gasdicht geschlossenen, rohrartigen Gefässes (2) angeordnet sind, dessen Länge ein Vielfaches seiner Querabmessungen beträgt.
2. Speicherelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Zwischenraum (9) zwischen dem Sammler (10) und dem Sorptionsmittel (3) ein dampfdurchlässiges Trennelement (6) vorgesehen ist.
3. Speicherelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Sorptionsmittel (3) ein System von Strömungswegen für das gas- oder dampfförmige Sorbat (5) vorgesehen ist.
4. Speicherelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Sorptionsmittel (3) ein poröser Körper mit offenen Poren ist.
5. Speicherelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des rohrartigen Gefässes (2) an den Uebergangsstellen vom Zwischenraum (9) zum Sorptionsmittel (3) bezw. zum Sammler (10) Einschnürungen (2a) hat.

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ORSGiNAL INSPECTED

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6. Speicherelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Sorptionsmittel (3) wärmeleitende Strukturen vorgesehen sind.
7. Speicherelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Sorptionsmittel (3) mit Metallspänen durchsetzt ist, die mit dem ebenfalls aus einem Metall bestehenden Gefäss (2) wärmeleitend verbunden, z.B. verschweisst, sind.
8. Speicherelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gefäss (2) in dem von dem Sorptionsmittel (3) erfüllten Teilbereich (7) aus einem Rohr mit Innenrippen (50) besteht.
9. Speicherelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gefäs3 (2) aus einem nichtmetallischen Werkstoff, z.B. Glas oder Kunststoff, besteht.
10. Speicherelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammler (10) mit einem als Adsorbens wirkenden Stoff, z.B. Aktivkohle oder Kieselgur, mindestens teilweise gefüllt ist.
11. Verwendung eines Speicherelements nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl Speicherelemente (1) parallel zueinander in mindestens einem Behälter (11/12; 11/24) derart angeordnet sind, dass ihre Zwischenräume (9) in einer Ebene liegen, dass ferner in dieser Ebene des Behälters (11/12; 11/24) ausserhalb der Elemente (1) eine Trennwand (15) angebracht ist, und dass schliesslich Medien (18, 19, 22) zur Wärmeübertragung und/oder zur Wärmespeicherung den Behälter (11/12; 11/24) ausserhalb der Speicherelemente (1) mindestens teilweise ausfüllen.

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12. Verwendung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch Mittel
(28, 44) , die einen Zwangsumlauf der wärmeübertragenden Medien (18; 22) bewirken.
13. Verwendung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Wärmeübertragungsmedium (18) eine Flüssigkeit dient, deren Siedetemperatur höher liegt als die bei dem gewählten Druck
herrschende Austreibetemperatur des Sorbats (5) aus dem Sorptionsmittel (3) .
14. Verwendung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Teil des Behälters (11/12), in dem sich der mit flüssigem Sorbat (5) gefüllte Teilbereich (8) der Speicherelemente (1)
befinden, mit einem Wärmespeichermedium (19) gefüllt ist, das bei der Temperatur des flüssigen Sorbats (5) eine Phasenumwandlung erfährt.
15. Verwendung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (15) aus einer plastischen Masse besteht.
16. Verwendung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Wärmequelle (33) für die Verdampfung des gespeicherten
Sorbats (5) eine Kälteanlage dient.