DE2758727A1

DE2758727A1 - Verfahren und vorrichtung zum speichern und abgeben von waermeenergie niedriger temperatur

Info

Publication number: DE2758727A1
Application number: DE19772758727
Authority: DE
Inventors: Ernst-Aake Brunberg
Original assignee: BRUNBERG ERNST AKE
Current assignee: BRUNBERG ERNST AKE
Priority date: 1976-12-29
Filing date: 1977-12-29
Publication date: 1978-07-06
Also published as: NO147729B; DK576877A; CH629248A5; FR2376371A1; NO774452L; US4186794A; NO147729C; JPS5389044A; NL7714490A; SE403401B; AU3196177A; FI773897A7; GB1566218A; AU514471B2; DE2758727C2; SE7614653L; CA1108496A

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Speichern und Abgeben von W ärmeenergie niedriger Temperatur

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Speicherung von Energie in einem Energieakkumulator und auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Aufgrund des ständig wachsenden Energieverbrauchs und der offensichtlich bevorstehenden Erschöpfung der zur Verfügung stehenden hochgradigen Energiequellen wird zur Zeit viel Mühe darauf verwandt, die außerordentliche Energieverschwendung zu verringern, die heutzutage üblich ist, und neue und verbesserte Verfahren und Systeme zur Speicherung von Energie zu entwickeln.

Eine Vielzahl derartiger Möglichkeiten werden in einer Schrift "Some Physical Chemical Aspects of Heat Storage" ("Einige physikalische und chemische Aspekte der Wärme-

80982>/0975

telefon (οββ) aaaaea

Telex os-aesao TKLBaRAMME MONAPAT TSLEKOmERCR

speicherung") diskutiert, die von Martin Goldstein verfaßt wurde und /"Proceedings of the United Nations Conference on New Sources of Energy", "Solar Energy, Wind Power and Geothermal Energy", Rom, 21. bis 31. August.1961 Volume 5, Solar Energy: II (Vereinigte Nationen, New York, 1964) erschienen ist. In dem Abschnitt "Heats of Vaporization" (Seiten 413 bis 416) beschreibt der Verfasser ein System, das zwei Kammern enthält, nämlich eine " heiße Kammer" und eine "kühle Kammer", die eine verdampfte Flüssigkeit oder Substanz enthalten, die einen niedrigeren Dampfdruck bei einer bestimmten Temperatur in der "heissen Kammer" als in der "kühlen Kammer" aufweist. Diese Substanz kann entweder als eine Komponente einer Lösung vorliegen, wobei die zweite Komponente verhältnismäßig schwer flüchtig ist, oder in einer chemisch gebundenen Form, beispielsweise als Hydrat oder Ammoniak. Die kühle Kammer kann die Flüssigkeit direkt kondensieren und als ein Hydrat niedriger Stabilität absorbieren, oder sie in einer Lösung absorbieren, durch die sie einen höheren Dampfdruck bei einer gegebenen Temperatur hat. Die Zuführung von Wärme zur Speicherkaramer destilliert die Substanz zu der kühlen Kammer, wo sie kondensiert, wobei sie Wärme an die Umgebung abgibt. Als Ergebnis eines Temperaturabfalls auf der warmen Seite fällt der Dampfdruck unter den Dampfdruck auf der kühlen Seite, wodurch die Substanz wieder zurück in die heiße Kammer destilliert, wobei sie beim Kondensieren dort Wärme liefert. In gewissem Sinne wird die Wärme in der Atmosphäre oder Umgebung gespeichert, und daraus wieder, wenn sie benötigt wird, durch das flüssi ge Medium abgezogen.

Bis jetzt ist nicht bekannt, daß das Schema von Goldstein in irgendwelche Systeme, die in der Praxis verwendbar sind, Eingang gefunden hat. Das liegt offensichtlich an der Tatsache, daß Goldstein herausgefunden hat, daß Systeme

80982^/0975

zur Ausführung seines Verfahrens sehr komplex im Aufbau und sehr empfindlich gegenüber Änderungen in der Umgebungstemperatur sind. Weiterhin betrachtete es Goldstein von der Sicht eines Ingenieurs aus als nicht wünschenswert, das System bei einem Druck zu halten, der erheblich unter Atmosphärendruck liegt, was von großer Wichtigkeit ist, wenn die zu verdampfende und kondensierende Substanz oder Flüssigkeit Wasser ist. Unä schließlich konnte Goldstein keine genügend perfekt arbeitende Substanz finden.

Ein System, das auf im wesentlichen denselben Grundzügen beruht, und das sich zwar nicht auf die Speicherung von Energie, jedoch auf Erwärmen und Abkühlen bezieht, ist in dem US-Patent 3642 059 von Greiner offenbart.

Ein grundlegendes Ziel der Erfindung ist es, ein wirkungsvolles und verbessertes Verfahren zur Speicherung von Energie zu schaffen und ein einfaches, kostengünstiges und zuverlässiges System zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen.

Die Wärmeenergie wird in einem Energiespeicher gespeichert und ihm entnommen, wobei der Speicher oder Akkumulator eine Substanz enthält, die weniger Flüssigkeit in dem geladenen, hochenergetischen Zustand des Akkumulators enthält im Vergleich zu dem entladenen, niederenergetischen Zustand des Akkumulators· Bei der Speicherung von Energie wird Dampf von der Substanz weggeführt und einer Dampfkondensations- und -erzeugungsvorrichtung zugeführt, die im Vergleich zu dem Akkumulator auf einer niedrigen Temperatur gehalten wird und in der ein Flüssigkeitsbehälter enthalten ist. Der kondensierte Dampf wird zu dem Akkumulator zurückgeführt und durch die darin enthaltende Substanz bei einen Entzug von Wärmeenergie von dem Akkumulator absorbiert. Erfindungsgemäß wird das den Akkumulator und die Niedertemperaturvorrichtung ent-

80982^0975

haltende System im wesentlichen frei von anderen Gasen als dein genannten Dampf gehalten, so daß der Druck in dem System im wesentlichen durch den Druck des genannten Dampfes gebildet wird.

Ein System zur Speicherung und Abgabe von Wärmeenergie besitzt zumindest einen Energieakkumulator mit einer Substanz, die eine gebunden Flüssigkeit in dem niederenergetischen oder entladenen Zustand des Akkumulators und wesentlich weniger gebundene Flüssigkeit in dem hochenergetischen oder geladenen Zustand des Akkumulators enthält, eine Vorrichtung zum Laden des Akkumulators durch Verdampfung von Flüssigkeit von einer Substanz des Akkumulators aufgund von Wärmezuführung von einer Energiequelle zu der Akkumulatorsubstanz, eine Dampfkondensationsund Erzeugungsvorrichtung, die im Verhältnis zu dem Energieakkumulator eine niedrige Temperat\ir besitzt und einen Flüssigkeitsbehälter zum Sammeln von kondensiertem Dampf von de ? Akkumulatorsubstanz und eine Vorrichtung zur Lieferung des Dampfes von dem Flüssigkeitsbehälter zu der Akkumulatorsubstanz zum Entladen des Akkumulators aufweist, eine Druckreduzierungsvorrichtung,zum Aufrechterhalten der partiellen Drucken von anderen Gasen als dem genannten Dampf auf einem niedrigeren Wert als dem Partialdruck des Dampfes in dem System mit dem Energieakkumulator und der Niedertemperaturvorrichtung, und eine Vorrichtung zur Verwendung der freigegebenen Energie bei dem Entladen des Akkumulators.

Ein bevorzugter Gedanke lier;t in der chemischen Speicherung von Wärmeenergie in einem Akkumulator und dem Abziehen der Energie von dem Akkumulator, wobei dieser Akkumulator eine Substanz enthält, die weniger Flüssigkeit in dem geladenen, hochenerpretischen Zustand des Akkumulators besitzt gegenüber dem entladenen, niederenergetischen Zustand, wobei derr. Akkumulator eine Dampfkonden-

8 0 9 8 2>/ 0 9 7 5

sier ur^d -erzeugungsvorrichtung iu^eordnet ist, die im Verhältnis zu dem Akkumulator, in dem ein Flüs^igkeits-

aui" niedriger Temperatur behälter enthalten ist,/gehalten wxrd. Dampf wird von der Akkumulatorsubstanz abgezogen und zu der Dampikonciensier- und Erzeugungsvorrichtung geführt, wenn Energie in den Akkumulator gespeichert ist, und zu dem Akkumulator zurückgeführt, wenn Wärmeenergie dem Akkumulator entnoirunan wird. Das den Akkumulator und die Dampfkondensier- und Erzeugungsvorrichtung enthaltende System wird im wesentlichen frei von anderen Gasen als dem genannten Dampf gehalten.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung verdeutlicht.

Fig. 1 ist eine vereinfachte, grundlegende Darstellung einer Vorrichtung zum Speichern oder Akkumulieren und Extranieren von Energie entsprechend der sogenannten "Niederdruckmethode"·

Fig. 2 zeigt die Gleichgewichtskurven für CaGIo» das geeignet ist, ein verdeutlichendes Beispiel für den Übergang zwischen den unterschiedlichen Phasen des Kristallisationswassers zu liefern, wobei der Wasserdampfdruck als Funktion der Temperatur ausgedrückt ist.

Fig. 3 ist ein Blockdiagramm für ein System, um ein Haus und Wasser gemäß der Niederdruckmethode zu heizen.

Fig. 4 stellt eine vereinfachte Abänderung der Vorrichtung nach Fig. 3 dar.

Fig. 5 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform der Vorrichtung gemäß Fig. 4, die teilweise auf der Grundlage nach Fig. 1 abgeändert wurde.

80982^0975

Pig. 6 stellt -ine Abänderung der Vorrichbung nach Pig. dar.

Fig. 7 und Fig. 8 offenbaren drei Wärmeenergieakkumulatoren, die in Serie gekoppelt sind, sowie die Extraktion der Wärmeenergie aus den Akkumulatoren, bzw. die Speicherung der Wärmeenergie in die Akkumulatoren.

Ein Verfahren zum Speichern und Entnehmen von Wärmeenergie, das auf den oben genannten Grundzügen beruht, ist im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben. Die Prozesse laufen ab, ohne daß in dem System Luft oder andere Gase als Wasserdampf (oder lediglich in vernachlässigbaren Mengen) bei der Zuführung von Dampf zu, bzw. bei Entnahme von Dampf von dem Akkumulator vorliegen.

In der Fig. 1 sind mit den Bezugszeichen B^. und Bp zwei Behälter bezeichnet, die vakuumdicht miteinander verbunden sind und mit einer Unterdruckpumpe P, die in der Lage ist, als niedrigsten Druck etwa 0,5 Torr zu liefern. V^, V₂ und V^ sind Ventile, und M ist ein Quecksilbermanometer. Als ein der Verdeutlichung dienendes Beispiel soll angenommen werden, daß der Behälter B_x. mit GaCIp gefüllt ist, und der Behälter B₂ mit H₂O. Sowohl B^ als auch B₂ sind aus Metall, um die Zuführung und Entnahme von Wärmeenergie (in Fig. Λ rait Q^ und Q₂ bezeichnet) zu erleichtern.

Zuerst wird im wesentlichen die gesamte Luft aus dem System durch Betrieb der Pumpe P mit offenen Ventilen V,. und Vp entfernt. Der Druck, der schließlich auf dem Manometer M angezeigt wird, ist im wesentlichen der Dampfdruck des Wassers bei der in 'lern gesaraten System herrschenden Temperatur (beispielsweise 18 Torr bei *20°C). Danach wird das Ventil V₂ geschlossen und das Ventil V, geöffnet.

8098 ϊψ/ 0975

Nach einigem Abpumpen zeiget das Manometer einen Druck, der niedriger als ein Torr ist. Das Ventil V^ wird dann geschlossen und der Prozeß der· Energieentnahme von ß,. beginnt, wenn V, und V₀ beide offen sind..

Der Energieentnahmeprozeß ist in Fig. 2 dargestellt, die den Dampfdruck von Wasser über einer Wasserfläche ( Kurve A) und die Kurven für das Gleichgewicht für CaCIo und dessen Hydrate zeigt, die als Berechnungsbeispiel gewählt wurden, da sie gut geeignet zur Illustration der Grundzüge der vorliegenden Erfindung sind, und zwar bei den Übergängen der Phasen des Kristallisationswassers. In dem Gebiet links der genannten Kurve wird Kristallisationswasser aufgenommen, und in dem Gebiet rechts der genannten Kurve Kristallisationswasser abgegeben. Das Diagramm in Pig. 2 zeigt, daß der Wasserdampfdruck über CaCl₂ und allen Hydraten (H₀O, 2H₂O, 4-H₂O und 6H₀O) bei allen Temperaturen niedriger als der Dampfdruck über einer Wasserfläche ist. Wenn die Behälter B^ und B₂ miteinander verbunden sind, führt der Druckunterschied dazu, daß Wasserdampf von dem Behälter Byj in den Behälter B₂ strömt, wo es als Kristallisationswasser durch CaCl₂ aufgenommen wird, wodurch sukzessive die Hydrate gebildet werden, wodurch wiederum Wärme freigegeben wird und die Temperatur des Behälters B^ ansteigt. Wenn beispielsweise die Temperatur in dem Behälter B₂ tg » 20°C beträgt und diese Temperatur durch Wärmezufuhr (Q₂) zu diesem Behälter teonoäuflerhalb (um die von dem Wasserdampf in B₂ aufgenommene Verdampfungswärme zu kompensieren) konstant gehalten wird, beträgt der Druck P₂ » 18 Torr in dem Behälter B₂- Wenn weiterhin die Anfangetemperatur in dem Behälter B^ t^ = 30°0 oder niedriger ist, liegt der Druckunterschiod zwischen den Behältern B₂ und B^ zu Beginn des Verfahrens bei etwa 17 Torr. Mit einer fortwährenden Aufnahme von Wasser in dem Behälter B^ finden übergänge zu unterschiedlichen Hydraten statt, wodurch gleichzeitig die

80982*1*097 5

Temperatur in B^, ansteigt und der Druckunterschied zwischen den Behältern 3^, um B_p abnimmt. Die freigesetzte Wärmeenergie (CL·) kann nun von dem Behälter B^ abgeführt werden, und ein Gleichgewichtszustand wird erreicht, in dem die Wasserdampfmenge pro Zeiteinheit, die dem Behälter B. zugeführt wird, eine entsprechende Wärmemenge bei den Übergängen zwischen den unterschiedlichen Kristallwasoerphasen freisetzt. Der Prozeß läuft weiter, bis das gesamte CaGIp in CaCIp*6HpO übergeführt wurde, und das V/asser wird weiterhin im Überschuß aufgenommen, bis die Lösung einen Dampfdruck erreicht, der bei der fraglichen Temperatur dem Wasserdampfdruck in dem Behälter Bp gleich kommt .

Der Dampfdruck in dem System sollte im wesentlichen durch Wasserdampf gebildet werden. Wenn andere Gase vorhanden sind, beispielsweise Luft, wird dies den Durchfluß von Wasserdampf zwischen den Behältern Bp und B,- schwieriger gestalten. Ein Anwachsen des Partialdrucks aufgrund von anderen Gasen würde die Geschwindigkeit des Prozesses rapide verringern.

Das Verfahren der Energieentnahme kann mit einer Energieentnahme bei einer 'Wärmepumpe verglichen werden, jedoch muß keine mechanische Energie der Pumpe zugeführt werden, da der Behälter B^ mit seinem Salz Wärmeenergie von drigeren Temperatur tp auf eine höhere Temperatur t,. pumpt und gleichzeitig eigene Energie freisetzt.

Die Regeneration oder das Trocknen von CaCl₂IeH₂O in dem Behälter B^ findet bei Energiespeicherung statt. Der Prozeß verläuft dann in einer der Energieentnahme umgekehrten Richtung. Die Wärmeenergie Q^ wird dann dem Behälter

8098 2f/ 0975

B_-1 zugeführt , dem eine Temperatur von beispielsweise 10O°G gegeben ist, wohingegen der Behälter Bp auf einer niedrigen Temperatur, beispielsweise +5°C bis +10⁰G gehalten wird. Der Wasserdampfdruck in Bp liegt dann bei etwa 10 Torr. Die Lösung von CaCIp·6HpO, die zu Beginn der Trocknung in dom Behälter B^ vorliegt, hat einen hohen Dampfdruck und kocht, wodurch Wasser freigegeben wird und in Bp gesammelt wird.

Das Trocknen des Salzes (CaGIp) nach dem oben beschriebenen Verfahren ist in der Praxis jedoch nicht auf eine einfache Weise auszuführen. Der Trocknungsprozeß verläuft sehr langsam bei dem Gleichgewichtsübergang

CaCl₂ · 2H₂O -» CaCl₂ · H₅O + H₃O

Der Grund dafür liegt darin, daß das CaGl₂*2H₂O nadeiförmige Kristalle in flüssigem CaCl₂ ^#4-Hp0 bildet, wodurch der Gasdurchlaß sukzessive schwieriger wird und schließlich auf einige wenige Kanäle begrenzt ist, wo das vollständige Trocknen des Salzes zu CaCl₂ in begrenzten Flächen geschieht.

Ein geschlossenes System erlaubt die Verwendung von Salzen, die instabil am Siedepunkt unter Atmosphärendruck sind, die jedoch bei einer niedrigen Temperatur und einem niedrigeren Druck getrocknet werden können. Beispielsweise kann geeigneterweise Na₂S verwendet werden. Na₅S*9H₃O wurde mit einem guten Ergebnis gemäß dem Niederdruckverfahren bei 100°C getrocknet. Na₃S und seine Hydrate blei ben während des gesamten Prozesses in kristalliner Form.

Die oben beschriebenen Prozesse bei Energieentnahme und Energiespeicherung wurden in der Praxis getestet. Die

80982^/0975

endeten Vorrichtungen waren im wesentlichen von der oben beschriebenen Art. Bei Energieentnahme wurde die freigesetzte Energie kalorimetrisch in dem Behälter B^ gemessen. Der Behälter B^ wurde in ein Thermogefäß mit Wasser eingeführt, und das Ansteigen der Wassertemperatur wurde gemessen. Die^e gemessene Energie wurde mit dem theoretisch möglichen Anstieg auf der Grundlage der bekannten CaCl₂ Menge and der Hydratmasse in dem Behälter B^ am Ende des Versuchs verglichen.

Es wurde oben vorausgesetzt, daß das System als ein geschlossenes System bezeichnet wurde, was jedoch nicht absolut notwendig ist. Beim Trocknungsprozeß kann es beim Anwenden des Verfahrens sinnvoll sein, sukzessive die kondensierte "assermenge (mehrere m ) während des Prozesses in dem Behälter Bp zu entfernen. Bei der Energieentnahme ist es dann notwendig, Wasser von außen dem System zuzuführen. Die Wasserentnahme und -zuführung wird derart durchgeführt, daß nicht gleichzeitig fremde Gase in das System eingeführt werden oder, falls eine solche Einbringung eintritt, schnell wieder mit Hilfe der Vakuumpumpe P wieder abgesaugt werden.

Ein Wärmeakkumulator mit NapS gibt theoretisch eine freigesetzte Wärmeenergie von 6800 kJ/kg Salz, oder, in Volumeneinheiten ausgedrückt, etwa soviel wie Holz ab, falls alle Phasenübergänge von null bis 9HoO verwendet werden. Na₂S + 4,5H₂O -^Na₃S · 4,5H₂O liefert etwa die Hälfte dieser freigesetzten Energiemenge.

Na₂Se, LiCl, AlGl₃, Na₂SO₄, NaOH und KOH sind theoretische Beispiele anderer Salze, die erfindungsgemäß verwendet werden können. In der Praxis jedoch hat sich Na₃S ale überlegen in technischen Systemen erwiesen.

809 8 29*097

Ein weiterer Vorteil des Kiederdruckverfahrens liegt darin, daß das System automatisch von Energiespeicherung (Laden) auf Energieabnahme geschaltet wird, da die Richtung des Prozesses von den Temperaturen t^ und t₂ abhängt. Beispielsweise liegt der Gleichgewichtspunkt für CaCl₂ ·Η₂Ο CaClo+HpO bei der Aufnahme bzw. Freigabe von Energie bei t₁ = +65⁰C, wenn t₂ = +5°C (siehe Fig. 2) beträgt. Die Wirkungsweise des Systems ist wie folgt. Wenn t* über 65° C liegt, wird Energie aufgenommen, wobei Wasser dem Behälter B₂ zugeführt wird. Wenn der Behälter B^ abgekühlt wird,d.h. t,. unter 65°C liegt,(und Wärmeenergie verwendet wird), wird das Wasser von Bp nach B^. übertragen.

Demgemäß wird Wärmeenergie automatisch jedesmal dann gespeichert, wenn sie zur Verfügung steht (und ty. über 65°C liegt, wenn CaCl₂ verwendet wird) und die Entnahme von Energie von dem Behälter B^ kann stattfinden, wenn es gewünscht wird. Die Richtung des Prozesses wird automatisch um etwa 65°C gesteuert, wenn t₂ als konstant, und wie in dem Beispiel, als +5°C angenommen wird, ohne daß an sich bekannte Steuermaßnahmen erforderlich sind. Das eben beschriebene Verfahren kann beispielsweise zum Heizen eines Hauses oder zur Erzeugung von warmem Wasser verwendet werden. In dem folgenden Beispiel ist eine derartige Installation unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben.

Dieser. Aufbau enthält folgende Hauptbestandteile:

Einen Akkumulator_21 mit dem Salz 23a (vorzugsweise Na₂S) und eine Rohrleitung 28 mit einem flüssigen Medium zur Aufnahme oder Abgabe von Wärmeenergie (Q>j) beim Lad eh bzw. Entladen. Der Akkumulator entspricht dem Behälter B^ in Fig. 1. Die Aufnahme von Energie durch den Akkumulator 21 findet gemäß Fig. 3 über einen "Sonnenenergiekollektor"

80982^0975

22 statb, kann jedoch auch beispielsweise durch elektrische Wärmeelemente in dem Akkumulator 21 erreicht werden.

Ein ^onnenkollektor_22 zum Umsetzen von Sonnenstrahlung 30 in Wärmeenergie, die dem Akkumulator beim Laden zugeführt wird. Das Transportinedium ist eine flüssigkeit,' vorzugsweise jedoch kein V/asser, falls die Flüssigkeit durch die Rohrleitung 2ö des Akkumulators 21 läuft (Ein Wassereindringen in den Akkumulator v/ürde eins schnelle Energieerzeugung herbeiführen, und der Druck in dem Akkumulator v/ürde anwachsen, wenn ein energiereiches Salz verwendet wird). Die Komponente 22 kann auch beispielsweise einen Wärmeaustausch in einer Abgasleitung, Rauchgasleitung o.a. bezeichnen.

Ein ^assertank_23i der (wenigstens teilweise) dem Behälter Bp in -Fig. 1 entspricht. Der· Viasserbank ist mit einem System zur Zuführung der Wärmeenergie (Q^) versehen, die für die Wasserverdampfung beim Entladen des Akkumulators 21 erforderlich ist. Der V/asser tank 23 kann mehr oder weniger weit in einen See oder in der Erde in einer Tiefe versenkt werden, die nicht mehr im Frostbereich liegt, und mit einem Wärmeaustauscher 29b verbunden werden, um Wärmeenergie aus der Luft, der Erde oder dem Seewasser aufzunehmen. In diesem Beispiel solL die Wärmeenergie von der Erde in einer Erdwindung 29 aufgenommen werden.

Eine Vnkuum£umge_24 für einen Grenzdruck von etwa 0,5 Torr. Die Pumpe ist mit dem Akkumulator 21 über eine Leitung 3^ mit einem Ventil V^ und einem Kondensator 25 verbunden.

Ein Kondensator 25, der die Wärmeenergie, die in dem Wasserdampf gebunden ist, der von dem Salz des Akkumulators entfernt wird, wenn er aufgeladen wird, falls die;

8 0 9 8 2>/ 0 9 7 5

unten erwähnte Wärmepumpe verwendet wird, gebunden ist.

Ein_den_Druck erfas3endejj>_Teil oder· Manometer 26, da3 die Vakuumpumpe 24 elektronisch in Betrieb setzt und das Vontil V^ öffnet, wenn der Partialdruck von anderen Gasen als Wasserdampf in dem Akkumulator einen vorbestimmten Wert (von einigen Torr) überschreitet.

Radiatoren_27a zum Heizen des Hauses,, und Wärmeaustauscher 27b zur Verbrauchsheißwassererzeugung, die die Wärmeenergie CL· verwenden, die von dem Akkumulator 21 entnommen wird.

Die oben genannten Einheiten oder entsprechende Äquivalente sind ebenfalls in Fig. 3 gezeigt. Um den Nutzungsgrad dec Anlage wesentlich zu erhöhen, ist vorzugsweise auch eine Wärmepumpe 20 vorgesehen, die beim Laden des Akkumulators und bei Entnahme von Wärmeenergie aus dem Akkumulator arbeitet.

In der schematischen Darstellung in Fig. 3 sind auch Leitungen für den Wasserdampf 31 und 32 gezeigt, durch die der Akkumulator 21 mit dem Wassertank 23» bzw. dem Kondensator 25 verbunden ist, und eine Leitung 33 für den kondensierten Wasserdampf, in der das Kondensat von dem Kondensator zu dem Wassertank 23 zurückgeführt wird, so daß ein geschlossener Kreis 47 gebildet wird. Die Leitung 31 endet in einem perforierten Rohr 55» mi* Hilfe dessen der Dampf in die Akkumulatorsubstanz verteilt werden kann.

Eine zweiter'.Kreis 48 wird durch den Sonnenkollektor 22, eine Windung 35 in der Wärmepumpe 20, die Windung 28 in dem Akkumulator 21, die Radiatoren 27a und die Leitungen

80982>/0975

37 bis 41, die die Komponenten verbinden, gebildet, wobei die letztgenannten Leitungen eine Zirkulationspumpe 42 üblicher Art aufweisen. Mit 50 ist eine übliche Nebenschlußleitung hinter den Radiatoren 27a bezeichnet, und die Bezugszeichen V^ bis V^₀ bezeichnen Ventile.

Der Aufbau nach "Pig. 3 besitzt ferner einen Kreislauf 4-9, in dem der Kondensator 25 und die Wärmepumpe 20 aufgenommen sind. Dieser Kreislauf enthält Windungen 4-5 und 44 o.a., die in dem Kondensator und der Wärmepumpe angeordnet sind und deren Wendel durch die Leitungen 4-5 und 46 für ein vorzugsweise verdampfendes Medium miteinander verbunden sind, mit Hilfe dessen die Wärme von dem Kondensator 25 zu dem durch die Akkumulatorwendel 28 in der Wärmepumpe 20 beim Laden des Akkumulators 21 fließenden Mediums gepumpt wird. Der Kreislauf 49 ist in Botrieb, wenn die Ventile Vp und V, in der Position A sind.

Wenn die Ventile V₂, V^ und Vg in der Position U-r sind, ist der Akkumulatorwendel 28 mit dem Wendel 44- der Wärmepumpe 20 über die Versorgungsleitungen 4-5a, die Entladeleitungen 39a und die Zweigleitung 46a verbunden.

Drei Arten von Zirkulationsgattungen sind zu erkennen:

Akkumulation, bezeichnet durch A in den Stellungen der Ventile.

Entladen bei niedrigen Salztemperaturen, bezeichnet durch U_L in den Stellungen der Ventile.

Entladen bei hohen Temperaturen des Salzes, bezeichnet durch Ujt in den Stellungen der Ventile·

80982^0975

Die Ventilstellungen von Vg sind mit A (Akkumulation) und Uj₁T (Entladung sowohl bei hoher als auch bei niedriger Temperatur) bezeichnet.

Beim Laden des Akkumulators 21 wird Wärmeenergie von dem Kondensator 25 (wobei Wärmeenergie freigegeben wird bei der Kondensation des Wasserdampfes, der aus dem Akkumulator strömt) zu dem Zirkulationssystem des Sonnenkollektors 22 und dem Akkumulator 21 über die Leitung 4-3,45, 44, 46, 43 gepumpt, wobei in dem Leitungssystem die Wärmepumpe 20 enthalten ist. Alle Ventile sind in der Stellung A (Akkumulation).

Beim Entladen des Akkumulators bei niedriger Temperatur, wenn eine höhere Temperatur für die Radiatoren 27a und den Wasserheizer 27b als die in dem fließenden Medium aus dem Akkumulator enthaltenden Temperatur notwendig ist, ist die Wärmepumpe 20 zwischen dem Akkumulator und den die Wärme verbrauchenden Einheiten, Radiatoren 27a und Waeser=- heizer 27b, über synchron betriebene Ventile V₁, und Vjverbunden, die synchron auch mit den Ventilen V2 und V, betrieben werden. Alle Ventile sind in der Position U_T (Entladung bei niedriger Temperatur).

Die Temperaturen in verschiedenen Teilen des Systems sind teilweise durch die Substanz (Salz oder Salzgemische), die in dem Akkumulator verwendet werden, und teilweise auch durch technisch-ökonomische Betrachtungsweisen bestimmt, die beispielsweise die Größe und den Aufbau des Sonnenkollektors und die Wärmeabsorptionskapazität des Wassertanks und dessen Energieaufnahmesystem, und des Akkumulators enthalten.

Beim Entladen des Akkumulators bei hoher Temperatur, wenn eine genügend hohe Temperatur der Substanz'in dem

80982^0975

Akkumulator vorliege, weraeii axe Venöile Vq und Vg in die Position U_a (Entladung bei hoher Temperatur) gestellt.

Pig. 4 verdeutlicht eine Vereinfachung des Systems/gemäß Fig. 3 ohne die wünschenswerte Y/ärmepumpe und erfordert keine nähere Beschreibung.

Das System nach Fig. 4 arbeitet auf folgende V/eise:

Beim Laden (Regenerntion) der Substanz in dem Akkumulator 21 zirkuliert heiße Flüssigkeit von dem Sonnenenergiekollektor 22. durch einen Kreislauf mit den Leitungen 37 und 45a, dem Rohr 28, der Leitung 39a und 39, den Wärmeverwendungseinheiten 27b und 27 (die mit dem Kreislauf sowohl thermisch gekoppelt als auch getrennt sein können), der Pumpe 42 und der Leitung 41. Der Wasserdampf, der in dem Akkumulator 21 aufgrund der Erwärmung freigesetzt wird, wird durch die Leitungen 31 und 32 zu den Behältern 25 und 23 geführt.und darin unter dem Einfluß der Kühlwindungen 25b und 29b kondensiert. Die Flüssigkeit von dem Behälter 25 fließt nach unten in den Behälter 23.

Beim Entladen wird heiße Flüssigkeit von dem Akkumulator 21 zu den Benutzungseinheiten 27b und 27a durch einen Krieslauf geführt, der das Rohr 28, die Leitungen 39a und 39, die Pumpe 42 und eine Leitung 45a enthält. In diesem Prozeß "pumpt" der Akkumulator 21 Wärmeenergie von dem Behälter? 23, indem V/asser darin verdampft wird und dem Akkumulator 21 durch die Leitungen 31 * 32 und 33 zugeführt wird. Wärmeenergie zur Verdampfung des Wassers wird dem V/asser durch die Rohre 29b von einer Erdwindung 29 zugeführt.

8098 2^/097

In Fig. 5» die eine Abänderung ies rechten Teils des Systems nach Fig. 4 darstellt, sind im Gegensatz zu Fig. im wesentlichen zwei Änderungen aufgenommen. Die erste besteht darin, daß die Vakuumpumpe 24- mit einem Abschnitt 51 der Leitung 32 zwischen dem Energieakkumulator 21 und dem Kondensatorbehälter 25 verbunden wurde. Die Ventile 5^» 53 und 52 in Fig. 5 entsprechen dem Ventil V^ in den Fign. 1,3 und 4·, bzw. den Ventilen V₂ und V, in Fig. 1. Die aweite Änderung besteht im wesentlichen darin, daß der Tank 23 und die Leitung 33 sowie der Kondensatorbehälter 25 in einem einzigen Behälter 50 kombiniert sind, der dem Behälter Bp in Fig. 1 entspricht und einen Wasserr enthaltenden Kondensator und eine Dampferzeugungsvorrichtung darstellt.Zusätzlich hierzu ist ein perforiertes Rohr 55 gezeigt, das sich in den Akkumulator 21 erstreckt.

Das System nach Fig. 5 arbeitet im Prinzip auf die gleiche Weise wie das nach Fig. 4 mit der Ausnahme, daß es in dem System nach Fig. 5 möglich ist, selektiv entweder den Behälter 50 oder den Akkumulator 21 oder beide zugleich mit Hilfe der Vakuumpumpe zu evakuieren.

Die Kreisläufe für die Lieferung von heißer Flüssigkeit von dem Sonnenkollektor zu dem Akkumulator beim Laden und von dem Akkumulator zu den Verbrauchereinheiten beim Entladen sind die gleichen wie die, die unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschrieben wurden.

Beim Laden wird freigesetzter Dampf von dem Akkumulator 21 durch das Rohr 55, die Leitung 32, das Ventil 53, die Leitung 5I und das Ventil 52 zu dem Behälter 50 geführt, der als Kondensator während des Ladeprozesses arbeitet. Beigestzte Wärmeenergie wird durch das Rohr-

80982^/0975

sy tern 29b zu der Erdwindung 29 weggefi'I

Beim Entladen wird das Wasser in dem Behälter 50 verdampft und durch das Ventil 52, die Leitung 51 und das Ventil 53, die Leitung 52 und das Rohr 55 zu dem Akkumulator 21 geführt. Die Wärmeenergie zur Verdampfung wird von der Erdwindung 29 durch das Rohr 29b entnommen. Die Vakuumpumpe 24, sowie die Ventile 5^, 52 und 53 werden durch die auf den Druck ansprechende Vorrichtung 26 gesteuert.

Das System nach Fig. 6 stimmt vollständig mit dem nach Fig. 5 überein mit der Ausnahme, daß der Wasserbehälter 50 mit Einlaß- und Auslaßleitungen 61 bzw. 58 für Wasser versehen ist, die jede mit einem Absperrventil 56 bzw. 57 sowie mit einer Luftzuführlei.tung 60 ausgerüstet sind, wobei die Luftzuführleitung mit einem Absperrventil 59 versehen ist und dazu dient, das Austrocknen von V/asser aus dem Behälter 50 zu ermöglichen oder zu erleichtern.

Das System nach Fig. 6 arbeitet in der nunmehr beschriebenen Weise, wobei die Prozesse beim Laden und Entladen des Akkumulators 21 die gleichen wie die in Fig. 4 und 5 sind. Die Prozesse bei der Überführung des Dampfes zwischen dem Akkumulator 21 und dem Behälter 50 sind grundsätzlich die gleichen wie in Fig. 5 mit dem Unterschied, daß, wenn beim Entladen der Wasserstand in dem Behälter 50 auf einen Mindestwert gesunken ist, ein Wasserstandssensor (nicht dargestellt) die Ventile und Pumpen auf folgende V/eise betätigt: Zuerst wird das Ventil 52 geschlossen, danach das Ventil 56 geöffnet und Wässer dem Behälter 50 von dem Wasserrohr 61 zugeführt ■. Wenn der Höchststand erreicht wird, schließen die Ventile 56 und 53-

8 0 9 8 2ψ/ 0 9 7 5

COPV

Danach läuft die Pumpe 24 an und diu Venbile 5^ und 52 öffnen, wonach fremde Gase (Luft) mit Hilfe der Pumpe evakuiert werden. Nach einsr iroeigneten Punipzeit wird das Ventil 5^ geschlossen, die Pumpe 24 angehalten und das Ventil 53 geöffnet. Das Ventil 57 wird während des ganzen Entladungspr-zesses geschlossen gehalten.

Beim Laden wird der Sensor aktiviert, wenn der Wasserstand in dem Behälter 50 auf einen vorbestimmten Maximalwert angestiegen ist. Das Ventil 53 wird dann geschlossen und die Ventile 57 und 59 geöffnet. Das Wasser wird durch einen Ablauf durch das Ventil 57 und die Leitung 58 entnommen, während gleichzeitig Luft von Atmosphärendruck dem Behälter 50 und das Ventil 59 und die Leitung 60 zugeführt wird. Wenn der Behälter 50 getrocknet wurde, werden die Ventile 57» 59 und 53 geschlossen. Danach wird die Pumpe 24 in Gang genetzt und die Ventile 54 und 52 geöffnet, wodurch die Luft in dem Behälter dann während einer .geeigneten Pumpzeit evakuiert wird. Danach wird das Ventil 5^ geschlossen, die Pumpe 24 abgeschaltet und das Ventil 53 geöffnet.

Beim Dimensionieren des Aufbaus nach den Fig. 3 bis 6 zum Heizen eines Hauses mit dem erfindungsgemäßen Verfahren durch die Verwendung von Sonnenenergie und der zur Verfügung stehenden niedertemperierten Wärmeenergie in dem Boden, der Luft etc. sind folgende Bedingungen zu ueachten.

Dor jährliche Verbrauch eines Einfamilienhauses von

ofcw-j 150 m Wohnfläche kann zwischen 30 000 und 10 000 kirfh (1,1 χ 10⁵ HJ bi3 0,36 χ 10^ MJ) liegen, abhängig /on der V/ärmeinolierurig und der jährlichen Mittel Καιροί, itur an dem Ort, nn dem das Haus lie^t. (Der Jnhrosver-

8 0 9 8 2"^*/ 0 9 7 5

0OF

brauch eines normalen Einfamilienhauses, das gemäß dan schwedischen Bauvorschriften von 1975 isoliert ist, liegt un efähr bei 20 000 kWh).

Entsprechend den Forschungen (vergl. Teknisk Tidskrift 1975:14, Seite 17) sind die Speichererfordornisse bei Verwendung von Sonnenenergie in dem Südteil von Schweden etwa 50;ά und im Kord te Ll von Schweden über 6Oo der jährlichen Energieanforderung. Die Speichererfordernisse für eine bestehende, normale Einfamilienvilla kann deshalb mit etwa 12 000 kV/h oder 0,4 χ 10^ MJ = 10,3 x kcal.veranschlagt werden.

Gemäß den zur Verfügung stehenden Daten erfordert diese rein thermische Energiespeicherung unter denoben genannten Bedingungen folgende Kengen von unterschiedlichen Substanzen:

776 t Stein, erhitzt von 20⁰C auf 100°G 332 t Eisen, "
108 t Wasser, "

224 t Salzhydratgemisch (Schmelzpunkt bei 13°C) 22 t Lithiumhydrid (Schmelzpunkt 675°C)

It 11

Il Il

Die Aufnahme von Kristallwasser (HpO als in Dampfphase vorliegend vorausgesetzt) erfordert:

12 t CaGl₂ (spez. Gewicht: 1), entsprechend 9,2 t MgGl₂ (spez. Gewicht: 0,5), entsprechend etwa ^:

18 rn⁵, oder

etwa 6 t Ka₂S, falls alle Ptrisenübergänge (O bis 9 H₂O verwendet werden, oder

etw ι 12 t Iia-jS, f-iLLs nur lie Phasenübergang O bis 4,5 H-,0 verwendet wer;.?n.

8 0 9 8 ΐ\Ί 0 9 7 5

Es ist also auü den obigen Werten deutlich, daß das erfinaungsgemäße Verfahren anderen thermischen Spsichermethoden aus zwei Gründen überleben ist:

1. Ein wesentlich geringerer Betrag von Massen für die Speicherung einer gegebenen Energie im Vergleich au der Verwendung von anderen Substanzen (neunmal weniger als, bei der Verwendung von Wasser)

2. Es erfordert (wie das Salzhydratgemisch) keine großräumigen und teuren Wärmeisolationen bei langandauernder Speicherung.

Kalziumchlorid, Magnesiumchlorid und Natriumsulfid sind darüberhinaus preiswerte Substanzen.

Die Fläche des Sonnenkollektors 22 kann auf der Grundlage des oben erwähnten Artikels Teknisk Tidskraft ebenfalls abgeschätzt werden, aus dem zu entnehmen ist,daß

eine horizontale Fläche von 100 m 56 KWh/Jahr bei 40°C und 39 MWh/Jahr bei 80°C als Temperatur der Transportflüssigkeit, die durch das Zirkulationssystem fließt, abgibt (die Werte beziehen sich auf die Gegend von Stockholm). Der Jahresverbrauch in der vorausgesetzten üblichen Villa liegt etwa bei 20 000 kWh. Das bedeutet nicht, daß die gesamte Wärmeenergie durch den Sonnenkollktor geliefert werden muß. Durch die Verwndung von Wasserdampf, der durch die niedertemperierte Wärmeenergie in der Erde, der Luft u.s.w. gebildet wird, ist theoretisch nur 1/3*7 des genannten Energiebetrages, nämlich 5 400 kWh/Jahr, in einem System gemäß Fig. 3 erforderlich. Die Oberfläche des Sonnenkollektors sollte deshalb (theoretisch) etwa 14 m zur Lieferung einer Flüssigkeit mit einer Temperatur von +80⁰C betragen. Eine Fläche von etwa

20 m ist deshalb bei einem breiten Bereich ausreichend, wenn das vorliegende Verfahren verwendet wird.

80982*70975

Gemäß .'iner we.i boren Entwicklung der Erfindung ist es möglich, verschiedene Akkumulatoren in Heihe zu verbinden, von denen ,jeder eine individuelle, niedertemperierte (bezüglich des Akkumulators) dampferzeugende und kondensierende Vorrichtung mit dem zugehörigen Wasserbehälter besitzt, um ,"jeweils wärmeren Wasserdampf von einem Schritt zum nächsten hindurchzui'ühren, um Temperaturen zu erreichen, die höher als die der Wärmequelle sind, die zur Ladung des Akkumulators verwendet wurde, beispielsweise +150 bis +200⁰C. Dies ist in den Fign. 7 und 8 offenbart, die schema bisch drei Wärmeenergienkkumulatoren darstellen, die in Reihe miteinander verbunden sind und bei. denen die Entnahme von Wärmeenergie bzw. die Speicherung dargestellt sind.

Die Akkumulatoren sind mit B₀₁₁₁ B_0n und B,,, bezeichnet. Jeder Akkumulator ist von einem Substanzbehälter aufgenommen mit einer Speichersubstanz S^, bzw. Sp und S,,. Die Akkumulatoren sind mit Dampfkondensier- und -erzeugungsvorrichtungen mit c?inem Flüssigkeitsbehälter B.,,*, bzw. Β,,ρ und B,,, verbunden. Die Systeme, die B_w^i+B_n^, bzw. Β,,ρ+Β^ρ und B,,,+Dq, enthalten, sind mit I, bzw. II und III bezeichnet. T.,, T^ und T₂. stellen Wärmequellen oder Wärmesenken mit den Teraneratüren t_o, t,< und t-, dar, die im wesentlichen konstant sein sollen. Die Temperatur t^ soll höher als t_Q und niedriger als t~ liegen, die ihrerseits wiederum niedriger als t^ ist. Die nicht gestrichelt gezeichneten Pfeile V stellen den Dampffluß dar, und die gestrichelt gezeichneten Pfeile Q den Wärmefluß.

Beim Entladen sind die Behälter B„. und B„p thermisch mit B_W2 und B_w,, vorzugsweise durch Wärmeaustauscher, verbunden.

8 0 9 8 2\/ 0 9 7 5 COPY

Die Wärmeenergie Q₀ wird von der Wärmequelle 'LV zu dem Flüssigkeitsbehälter B·,,^ des Akkumulators I übertragen, in dem die Flüssigkeit verdampft wird. Der Dampf fließt zu dem Substanzbehälter Bg^ aufgrund des Druckunterschiedes zwischen B₁,,. und Bg*.

Wenn der Dampf von dem Flüssigkeitsbehälter B,,,. durch die Substanz S1 in dem Behälter Bg^ absorbiert wird, wird Wärmeenergie Q^ bei der Temperatur t* freigesetzt, die zu dem Flüssigkeitsbehälter Β,,ρ übertragen wird, in dem die Flüssigkeit verdampft wird. Der Dampf fließt zu dem Behälter Bg₂ aufgrund des Druckunterschieies B..^ und Bgp.

Wenn der Dampf von dem Behälter B.,^ durch die Substanz S2 absorbiert wird, wird Wärmeenergie Qo* bei der Temperatur t~ freigesetzt. Diese Energie wird zu dem Wasserbehälter B.,₇ übertragen, in dem die Flüssigkeit verdampft v/ird. Dampf fließt zu dem Substanzbehälter B,,_x aufgrund des Druckunterschiedes zwischen B.., und Bg,.

Wenn Dampf von dem Behälter By₃, durch die Substanz in dem Behälter B₀, absorbiert wird, wird Wärmeenergie mit einer Temperatur von etwa t, freigesetzt und zu der Wärmesenke T,, d.h. einem Wärmeverbraucher bei einem Temperaturwert t, zugeführt.

Bei einer Speicherung der Warmeenergie sind die thermischen Verbindungen Q^o ^und Qox» Bg-i ~ Bup»¹¹¹¹^ ^«p ~ ^W3 unterbrochen.

Die Akkumulatoren Bg^, Bg₂ und Bg, v/erden parallel mit Wärmeenergie Q^, von der Wärmequelle T^ bei einer Temperatur t^ geladen. Der in dem Ladungs- oder Speicherungsprozeß i.ebilddte Dampf kondensiert in den Flüssigkeits-

8098 2^0975

behältern B_y1 , B^ und B.^, riia mit den jeweiligen Akkumulatoren B^, Bqp und Bq^ verbunden sind, wobei Wärmeenergie zu einer Wärmesenke bei einem Temperaturwert tß abgezogen Wird. Ein Teil der Energiemenge Q^, wird als Dehydrationsenergie in den Akkumulatoren gespeichert.

Als eine Vorbereitung zur Entnahme von -Energie steigt t^ auf den Wert t* in Β,,ρ und auf tp in B,,,-,.

Die hochtemperierte Wärmeenergie mit t,, beispielsweise 200 G, kann zur Erwärmung eines geeigneten Gases verwendet werden, das in einem Garnot-Zyklus Wärmeenergie in mechanische Energie konvertiert, die ihrerseits leicht in elektrische Energie umgesetzt werden kann. Durch oben beschriebene Verfahren kann jeder m eines Sonnenkollektors 390 x 3,7 kWh/Jahr oder eine mittlere Wirkung durch das ganze Jahr hindurch von I70 W abgeben, d.h.

ein Sonnenkollektor mit 20 m Fläche liefert eine mittlere V/irkung von 3,4 kW. Nur ein Teil davon kann in elektrische Form umgesetzt werden. Ein Wärmeverlust wird beispielsweise dadurch verursacht, daß das Salz in jeder Akkumulatorstufe oder jedem Schritt aufgewärmt werden muß, was einen Verlust von mechanisch verwendbarer Wärmeenergie von ca. 10?o pro Schritt bedeutet. Drei Schritte reduzieren die Wirkung auf etwa 2,4 kW. In dem Carnotzyklus wird maximal 20$, d.h. etwa 0,48 kW in mechanische Energie umgesetzt, und der elektrische Generator liefert schließlich etwa 0,4 kW kontinuierlich. Bei üblichem Elektrizitätsverbrauch werden mehrfach größere Mengen in der Größe von einigen Kilowatt abgegeben, ohne daß Beschränkungen durch das Akkumulatorsystem verursacht werden. Die Wärmeenergie, die von dem Akkumulator entnommen wur de und nicht in elektrische Energie umgesetzt wurde, ging nicht verloren, da sie zum Erwärmen verwendet werden kann.

8 0 9 8 2V 0 9 7 5

Es ist nicht auszuschließen, daß in Zukunft eine direkte therrao-elektrische Energiekonversion verwendet werden kann.

Der elektrische Energieverbrauch in dem genannten Haus kann zwischen 7 000 und 10 000 kWh/Jahr veranschlagt werden. Ein Sonnenkollektor mit einer Fläche von etwa 50 in reicht dann, um das Haus vollständig sowohl mit elektrischer Energie als auch mit Wärmeenergie zu versorgen.

Eine Installation für eine kombinierte Erzeugung von elektrischer und Wärmeenergie gemäß der Erfindung in einem Einfamilienhaus hat drei deutliche Vorteile gegenüber:· anderen Verfahren:

Keine direkten Ausgaben für Brennstoff (öl, Kohle) oder elektrische Energie.

Das Haus muß nicht an ein elektrisches Verteilungssystem angeschlossen werden.

Die gesamte Installation ist gegenüber der Umgebung abgeschirmt, das bedeutet, daß keine Verbrennungsprodukte erzeugt werden, und die Installation stellt eine natürliche Verbindung mit dem ökologischen selbst vom Gesichtspunkt der Wärmeenergie dar.

Die oben beschriebenen Ausführungsformen, die in den Figuren gezeigt sind, sind natürlich nur als Beispiele und nicht als Begrenzung zu sehen und können, was ihre Einzelheiten anbelangt, im Rahmen der Ansprüche abgeändert werden. Somit deckt die Erfindung, obwohl die obigen Ausführungen hauptsächlich mit Wasser und Wasserdampf beschrieben wurden, auch andere Flüssigkeiten und

80982^0975

Dämpfen als Wasser und Wasserdampf ab. Gleichermaßen kann ein Wärmeaustauscher■verwendet werden, der beispielsweise in einer Durchflußgasleitung oder in einem Kessel angeordnet ist, anstatt oder als Ergänzung für einen Sonnenkollektor verwendet werden. Die in Reihe miteinander verbundenen System können auch mehr oder weniger Stufen als die offenbarten drei besitzen, d,h, zwei, ier oder fünf Stufen. Zusätzlich hierzu können neue Ausführungsformen, die ebenfalls im Rahmen der Ansprüche liegen, durch Kombinieren non Einzelheiten der verschiedenen obigen Ausführungen in geeigneter V/eise erstellt werden.

8 0 9 8 2%J 0 9 7 5

Claims

A. GRUNECKER Owi ΙΛΟ H. KINKELDEY W. STOCKMAIR K. SCHUMANN Ort ·■=»>'.AT UPL -r.-'ώ P. H. JAKOB G. BEZOLD ort Rlm :.αγ ;>?-_ οΐλι 8 MÜNCHEN MAXIMIUAIMSTHASSE *3 29· Dezember 1977 P 12 Patentansprüche

1. Verfahren zur Speicherung von Wärmeenergie in einem Energieakkumulator und zur Entnahme von Wärmeenergie aus dem Energieakkumulator, dadurch gekennzeichnet , daß der Akkumulator (B,.; 21) eine Substanz enthält, die weniger Flüssigkeit in dem geladenen, hochenergetischen Zustand des Akkumulators im Gegensatz zum entladenen, niederenergetischen Zustand enthält, wobei Dampf von deir Substanz abgezogen und zu einer Dampfkondensier- und Erzeugungsvorrichtung (Bp; 25» 23, 31 - 33;·* 50), die auf eineir niedrigen Temperatur im Vergleich zum Akkumulator^ gehalten wird und in der ein Flüssigkeitsbehälter (B₂; 23; 50)enthalten ist, bei der Speicherung von Energie überführt und zu dem Akkumulator zurückgeführt und von der Substanz darin bei der Abgabe von Wärmeenergie von dem Akkumulator (B.*; 21) absorbiert wird, wobei das System (B^+Bo; 21 + 25 + + 23 + 31-33; 21 + 55 + 32 +51» 50), das den Akkumulator und die Dampfkondensier- und Erzeugungsvorrichtung enthält, im wesentlichen frei von anderen Gasen als Dampf

8O98ϊψίO97S

(oaaiaaaeea mix m-mmo tbibqwm monapat teuckoricrbi*

ORIGINAL INSPfiCtlO

gehalten wird, so daß der Druck in dem System im wesentlichen durch den Dampfdruck gebildet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampf Wasserdampf ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzichnet, daß die Temperatur in dem Flüssigkeitsbehälter (B₂; 25, 25, 31-33; 50) unter etwa 10⁰C zumindest während des Ladens des Akkumulators gehalten wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Akkumulatoren, von denen jeder eine Dampfkondensier- und Erzeugungsvorrichtung (B₂; 25, 23, 31-33; 50) enthält, die auf einer niedrigen Temperatur im Vergleich zu dem Jeweiligen Akkumulator (B^; 21) gehalten wird und in eier ein Flüssigkeitsbehälter (Bp; 23; 50) enthalten ist, in Serie miteinander verbunden sind, wobei bei der Entladung Wärmeenergie von dem Flüssigkeitsbehälter des ersten Akkumulators, während der Behälter auf niedriger Temperatur gehalten wird, durch diesen ersten Akkumulator zu dem Flüssigkeitsbehälter des zweiten Akkumulators gepumpt wird, wobei dieser Behälter auf einer höheren Temperatur als der Flüssigkeitsbehälter des ersten Akkumulators gehalten wird, Wärmeenergie von dem zweiten Behälter durch den zweiten Akkumulator zu dem Flüssigkeitsbehälter eines dritten Akkumulators gepumpt wird, wobei dieser Behälter auf einer noch höheren Temperatur als der Flüssigkeitsbehälter des zweiten Akkumulators, und so weiter, gehalten v.'ird.

5· Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Substanz entnommene Wärmeenergie während des Prozesses in mechanische und/oder elektrische Energie umgesetzt wird.

80982^/0975

6. VorrichUing zur üurchfünrun^ des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 5, gekennzeichnet durch wenigstens einen Energieakkuaulator (B.*; 21) mit einer Substanz (23a), die eins gebundene Flüssigkeit in dem niederenergetischen oder entladenen Zustand des Akkumulators enthaltend wesentlich weniger Flüssigkeit in dem hochenergetischen oder geladenen Zustand des Akkumulators, Vorrichtungen (22 + 28) zum Laden des Akkumulators durch Verdampfen von Flüssigkeit des Akkumulators aufgrund der Zuführung von Wärme ((L·) von einer Energiequelle (22) zu der Akkumulatorsubstanz(23a), eine Dampferzeugungs- und Kondensiervorrichtung (Bp; 25; 23; 51-33» 50)» aie eine niedrige Temperatur im Verhältnis zum Energieakkumulator besitzt und einen Flüssigkeitsbehälter (Bp; 23; 50) aufweist, zum Sammeln von kondensiertem Dampf von der Akkumulatorsubstanz, eine Vorrichtung (31* 33; 52, 5% 53, 32, 55) zur Lieferung von Dampf von dem Flüssigkeitsbehälter zu der Akkumulatorsubstanz zum Entladen des Akkumulators, eine Druckreduzierungsvorrichtung (P; 24) zum Aufrechterhalten des Partialdruckes von anderen Gasen als dem genannten Dampf auf einem niedrigeren Wert als dem Partialdruck des Dampfes in dem System mit dem Energieakkumulator (B,.; 21) und der Niedrigtemperaturvorrichtung (B₂; 25, 23, 31-33» 50), und eine Vorrichtung zur Verwendung der freigesetzten Energie beim Entladen des Akkumulators.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit Wasser ist und der Dampf Wasser·¹-dampf.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7» gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zum Aufrechterhalten der Temperatur in dem Flüssigkeitsbehälter unter etwa 10°C zumindest während des Entladens des Akkumulators.

80982^/0975

9. Vorrichtung nach Anspruch 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein grundsätzlicher Anteil der Akkumulatorsubstanz (23a) aus Kristallen besteht, die Kristallisationswasser in dem niederenergetischen oder entladenen Zustand des Akkumulators (B^; 21) enthalten und im wesentlichen frei von Kristallisationswasser im hochenergetischen oder geladenen Zustand des Akkumulators sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 6 bis 9i dadurch gekennzeichnet, dadurch gekennzeichnet, daß die Substanz im wesentlichen NapS enthält.

11. Vorrichtung nach Anspruch 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Akkumulator (21) und der Behälter (23) zum Befeuchten der Akkuraulatorsubstanz (23a) in einem im wesentlichen geschlossenen System enthalten sind, das vorzugsweise einen ersten geschlossenen Kreis (4-7) bildet.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsbehälter (509 einen Flüssigkeitseinlaß (60) und einen Flüssigkeitsauslaß (58) aufweist.

13· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Reduzierung des Drucks eine Vakuumpumpe (P; 24) aufweist, die mit dem Kondensator (B2; 25) und/oder dem Flüssigkeitsbehälter (23; 50) und/oder dem Akkumulator (B^; 21) mit Hilfe von Leitungen (34; 5I, 32), die mit einem Absperrventil (V^-V,; 52*-5*0 versehen sind, verbindbar ist,

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 13» dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Zuführung von Wärme (Q.) zu der Akkumulatorsubstanz (23a)

80982^/0975

einen Sonnenenergiekollektor (22) aufweist, der mit dem Akkumulator (21) verbunden ist und vorzugsweise in einem zweiten Kreislauf für ein insbesondere flüssiges Wärmeübertra^ungsfluid angeschlossen ist, wobei der zweite Kreislauf eine Wärmeübertragungswindung (28) enthält, die in der Akkumulatorsubstanz (2~a) eingebettet ist.

15· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Lieferung von Wärme (Q^ ) zu der Akkumulatorsubstanz (25a) einen Wärmeaustauscher aufweist, der in einer Abgasleitung angeordnet ist und vorzugsweise in einem zweiten Kreislauf für ein insbesondere flüssiges Wärmeübertragungsfluid enthalten ist, wobei der zweite Kreislauf eine Wärmeübertragungswindung (28) aufweist, die in der Akkumulatorsubstanz (23a) eingebettet ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (27a, 27b) zur Verwendung der freigesetzten Energie in einem dritten Kreislauf für ein insbesondere flüssiges Wärmeübertragungsfluid enthalten ist, wobei der dritte Kreislauf eine Wärmeübertragungswindung (28) enthält, die durch die Akkumulatorsubstanz verläuft·

17· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 16, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur Speicherung von Wärmeenergie in dem Akkumulator durch ein ohmisches Aufheizen der Akkumulatorsubstanz.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 17» dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Lieferung von Wärme (Q^) zur Akkumulatorsubstanz (23a) einen Wärmeaustauscher aufweist, der in einem Abgaslurchlaß oder ähnlichem angeordnet ist und mit dem Akkumulator (21)

80982^/0975

verbunden ist und vorzugsweise in einem zweiten Kreislauf für ein insbesondere flüssiges Wärmeübertragungsfluid enthalten ist, wobei der zweite Kreislauf eine V/ärmeübertragungswindune; (28) enthält, die in der Akkumulatorsubstanz (28a) eingebettet ist.

8 0 9 8 2%/ 0 9 7 5