DE3875779T2

DE3875779T2 - Chemisches energie-speicher-system.

Info

Publication number: DE3875779T2
Application number: DE8888303262T
Authority: DE
Inventors: Uwe Rockenfeller
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-04-14
Filing date: 1988-04-12
Publication date: 1993-05-27
Anticipated expiration: 2008-04-13
Also published as: ES2036677T3; EP0287319B1; DE3875779D1; USRE34542E; US4823864A; EP0287319A1; AU604871B2; AU1458688A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines chemischen Energie-Speicher-Systems.
Ein für das Verfahren geeignetes System ist aus der JP-A-57- 117745 bekannt.
Aufgrund hoher Kosten für elektrische Energie zum Betreiben von Klimaanlagen oder Wärmepumpen zum Kühlen von Gebäuden, und besonders wegen der erhöhten Nachfrage bei gewerblich genutzten Gebäuden während Stoßzeiten, wurde den verschiedenen thermischen bzw. chemischen Energie-Speicher-Systemen mehr Aufmerksamkeit geschenkt. Diese Art von Energiespeicherung ist vorteilhaft, da das Kühlen und/oder Beheizen von Gebäuden oder das Prozeßkühlen nachts außerhalb der Stoßzeiten vorgenommen werden kann, wenn nämlich die äußere Umgebungstemperatur niedriger ist und der kommunale Energieverbrauch herabgesetzt wird und die Kälte bzw. Wärme gespeichert werden kann.
Die meisten aus dem Stand der Technik bekannten Energie-Speicher-Systeme beruhen auf einem Fest-Flüssig-Phasenwechsel, wobei Energiespeicherung in einem schmalen Temperaturbereich genutzt wird. Systeme auf Wasserbasis mit Eis-Speicherung sind wegen der geringen Flüssigkeitskosten und ihrer Verfügbarkeit besonders wünschenswert. Zu den Nachteilen solcher Systeme zählen jedoch die erforderlichen niedrigen Verdampfungstemperaturen, da der Wärmegradient die Verdampfungstemperaturen weit unter 0ºC drückt, und die Effizienz der Kühlung herabsetzt, unvollständiger oder niedriger Phasenwechsel, oftmals in einer Größenordnung zwischen ungefähr 50% und 55% und die niedrige Gesamtenergiedichte von 186 KJ/kg. Aufgrund der außergewöhnlichen Umweltverträglichkeit und der großen Verfügbarkeit erhält Wasser den Vorzug vor Energie-Speicher-Systemen, die korrosiver, volatiler, teurer und weniger verfügbar sind.
Die JP-A-57-117745 offenbart ein thermisches Energie-Speicher- System mit einem ersten Behälter, der eine wässrige Lösung eines anorganischen Salzes enthält und einem zweiten Behälter, der Wasser enthält. Die Behälter sind über eine Leitung mit einem darin vorgesehenen Einschaltventil verbunden. Während der Ladephase wird Wärme aus einem Sonnenkollektor dazu genutzt, die Salzlösung zu konzentrieren und der im ersten Behälter entstehende Dampf wird im zweiten Behälter kondensiert. Während der Entladephase wird Wasser im zweiten Behälter erhitzt und der entstehende Dampf im ersten Behälter kondensiert und durch Verdünnen der konzentrierten Lösung entsteht Wärme. Während der Ladephase wird Wasser im zweiten Behälter gekühlt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein System der allgemeinen Art, wie es in JP-A-57-117745 offenbart ist, als latentes Speichersystem für Kälte- oder Kühlenergie zb betreiben.
Überdies bedient sich das Verfahren eines Systems mit relativ geringen Kosten und einer einfachen Vorrichtung, um aus der Energiespeicherung kombiniert mit Wärmetauschvorrichtungen nach dem Stand der Technik, wie sie normalerweise in privat und gewerblich genutzten Gebäuden vorhanden sind, Vorteil zu ziehen. Die Erfindung stellt ein Verfahren zum Betreiben eines thermischen Energie-Speicher-Systems zur Verfügung, wobei dieses System folgendes umfaßt:
einen ersten Behälter (12) mit der flüssigen Lösung (16) einer Verbindung aus der Gruppe bestehend aus Hydroxiden von Alkali- und Erdalkalimetallen, Lithiumchlorid, Lithiumbromid, Kalziumchlorid, Kalziumbromid und daraus bestehende Gemische und einem sich über der Oberfläche dieser flüssigen Lösung befindlichen ersten Raum (20), einen zweiten Behälter (14), der die Flüssigkeit (18) ohne diese Verbindung enthält und einem sich über der Oberfläche dieser Flüssigkeit befindlichen zweiten Raum (22),
wobei der erste und der zweite Behälter (12, 14) umgebungsdicht verschlossen sind und ein Vakuum halten können, Verbindungsleitungen, die den ersten Raum (20) mit dem zweiten Raum (22) verbinden, um Flüssigdampf und Druckänderungen darin weiterzuleiten und eine Ventileinrichtung (26), die mit den Verbindungsleitungen zusammenwirkt und die Kommunikation zwischen diesen Räumen (20, 22) regelt,
wobei das Verfahren zum Beladen des Systems folgende Teilschritte vorsieht:
a) das öffnen der Ventileinrichtung (26)
b1) das Erwärmen der Lösung (16) von Umgebungstemperatur auf eine Temperatur über ungefähr 29,4ºC, wobei von dieser Lö-Sung stammender Dampf aus dem ersten Raum (20) durch die Verbindungsleitung in den zweiten Raum (22) gelangt und die die Flüssigkeit (18) zugleich von Umgebungstemperatur auf eine Temperatur unter ungefähr 12,7ºC abgekühlt wird,
c) das Beenden des Erwärmungs- und des Abkühlvorganges wenn die Konzentration dieser Lösung (16) um ungefähr 6% bis 25% größer ist als die Anfangskonzentration der Lösung und das Beenden des Pumpvorganges, und
d) das Schließen der Ventileinrichtung,
wobei das Verfahren zum Entladen des Systems folgende Teilschrit.te vorsieht,
e) das Öffnen der Ventileinrichtung (26) zur Weiterleitung des Dampfes von dem zweiten Raum (22) in den ersten Raum (20),
f1) das Zuleiten der Lösung (16) zu einem ersten Wärmetauscher zur Gewinnung von Wärme, während die Flüssigkeit (18) einem zweiten Wärmetauscher zugeleitet wird, um die aus der gekühlten Flüssigkeit gewonnene thermische Energie dazu zu nutzen, eine Klimaanlage, eine Wärmepumpe oder ein Kühlaggregat zu kühlen;
g) das Schließen der Ventileinrichtung (26) und das Beenden des Pumpvorganges, sobald sich Lösung und Flüssigkeit in der Nähe der Umgebungstemperatur befinden.
Die Erfindung stellt außerdem eine Vorrichtung zur Verfügung, die bei dem Verfahren eingesetzt wird und einen ersten Behälter oder eine Kammer (12) umfaßt, mit einer flüssigen Lösung (16) einer Verbindung aus der Gruppe bestehend aus den Hydroxiden von Alkali- und Erdalkalimetallen, Lithiumchlorid, Lithiumbromid, Kalziumchlorid und Kalziumbromid und Gemische davon, wobei die Lösung eine Anfangskonzentration zwischen 30% und ungefähr 70%, nach Gewicht der Verbindung, haben, und wobei die Flüssigkeit ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Wasser, einem Alkohol, der zwischen 1 und 8 Kohlenstoffatome besitzt, Glycerin oder Glykolether und einem sich über der Oberfläche der flüssigen Lösung (16) befindlichen ersten Raum (20),
einen zweiten Behälter oder eine zweite Kammer (14) mit der Flüssigkeit (18) ohne die genannte Verbindung und einen sich über der Oberfläche dieser Flüssigkeit (18) befindlichen zweiten Raum (22),
diesen ersten wie auch diesen zweiten Behälter (12, 14), beide umgebungsdicht verschlossen und in der Lage eine Vakuum zu halten, Leitungen, welche eine Verbindung zwischen dem ersten Raum (20) und dem zweiten Raum (22) herstellen, so daß Dampf und Druckänderungen darin weitergeleitet werden können, eine Ventileinrichtung (26), die mit den Leitungen in Wirkverbindung steht und die Kommunikation zwischen den beiden Räumen (20, 22) regelt,
wobei die Vorrichtung im weiteren folgendes umfaßt
einen ersten Wärmeaustauscher, der mit dem ersten Behälter 12 in Wirkverbindung steht und den die Lösung durchfließt,
einen zweiten Wärmeaustauscher, der mit dem zweiten Behälter (14) in Wirkverbindung steht und den die Flüssigkeit durchfließt,
eine erste Pumpeinrichtung (34), welche die Lösung (16) zur Verteilereinrichtung (36) befördert und die Lösung in den ersten Raum (20) leitet, und
eine zweite Pumpeinrichtung (44), welche die Flüssigkeit (18) zur Verteilereinrichtung (46) befördert und die Flüssigkeit in den zweiten Raum (22) leitet.
Die Erfindung wird mit Bezug auf die begleitende Zeichnung näher beschrieben. Darin zeigt
Fig. 1 in einer schematischen Schnittdarstellung, eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems bei direkter Wärmeübertragung,
Fig. 2 in einer schematischen Schnittdarstellung, das erfindungsgemäßen System, wobei ein direktes Expansionssystem Anwendung findet und
Fig. 3 in einer schematischen Schnittdarstellung, ein System, das in einem indirekten Wärmeübertragungsystem Anwendung findet.
Das Energie-Speicher-System wird geladen, indem wässrige Salzlösung und Kühlwasser in getrennten Behältern erwärmt werden, so daß der Unterschied der Flüssigkeitstemperaturen mindestens 16,6ºC und bevorzugt 27,7ºC oder mehr beträgt bis zu einem Unterschied von 100ºC. Die Behälter sind getrennt, wobei aber die Räume über jeder Flüssigkeit in den jeweiligen Behältern solange miteinander kommunizieren, bis die Übertragung der gewünschten Dampfmenge abgeschlossen ist. Danach wird die räumliche Kommunikation aufgehoben, bis die im System gespeicherte Energie wie folgt entladen werden soll.
Fig. 1 zeigt eine Abbildung einer ersten Ausführung eines chemisch thermischen Speichersystems. Die schematisch dargestellte Vorrichtung umfaßt ein Gefäß 10 mit zwei durch eine Platte oder Wand 24 getrennten Innenräumen oder Behältern 12 und 14. Das Gefäß muß luftdicht sein, so daß die beiden Zellen oder Innenräume wahlweise verschiedene Dampfdrücke halten können. Obwohl ein einziges Gefäß 10 mit zwei Behältern dargestellt ist, erweist es sich als günstig, verschiedene Gefäße zu benutzen, wobei eine wichtige Überlegung darin besteht, daß zwei Behälter oder Innenräume notwendig sind, die die zwei unterschiedlichen Flüsigkeiten des Systems aufnehmen und die Mittel zum Transfer des Wasserdampfes und zum Übertragen von unterschiedlichen Dampfdrücken zwischen den Behältern besitzen.
In der dargestellten, bevorzugten Ausführungsform stellt ein Ventil 26 zwischen den Räumen in den beiden Behältern über den Flüssigkeitsständen eine Verbindung her. Das Ventil, in praktischer Weise ein Klappenventil mit einer Öffnung von mehreren Zoll, ist mit praktischen Mitteln zum Öffnen und Schließen des Ventils ausgestattet. Eine erste zusammengesetzte Flüssigkeit 16 befindet sich im ersten Behälter 12 und füllt den Innenraum nur teilweise, so daß über dem Pegel der Flüssigkeit ein Raum 20 verbleibt. In ähnlicher Weise füllt in einem zweiten Behälter 14 eine Flüssigkeit 18 den Innenraum, so daß über dem Pegel der Flüssigkeit ein zweiter Raum 22 verbleibt. Die Räume 20 und 22 kommunizieren miteinander über Ventil 26, das selektiv geöffnet oder geschlossen werden kann, damit Wasserdampf zwischen den beiden Räumen passieren kann, wobei bei geschlossenem Ventil zwischen beiden Behältern unterschiedliche Dampfdrücke aufrecht erhalten werden.
In dem ersten Behälter 12 befindet sich eine flüssige Lösung eines Hydroxids eines Alkali- oder Erdalkalimetalles oder Lithium- oder Kalziumchlorid oder -bromid oder Mischungen davon mit Anfangskonzentrationen zwischen ungefähr 30% und ungefähr 70%, bevorzugt zwischen ungefähr 40% und 60%, nach Gewicht. Im zweiten Behälter 14 befindet sich eine Flüssigkeit 18. Das bevorzugte Lösungsmittel in Behälter 12 und die Flüssigkeit in Behälter 14 ist Wasser, obwohl auch niedere Alkohole, Glyzerin, Alkylene, Glykolether und wässrige Lösungen oder deren Mischungen verwendet werden können. Niedere Alkohole sind solche, die zwischen 1 und 8 Kohlenstoffatome besitzen, wobei Methanol und Ethanol bevorzugt sind. Geeignete Glykolether sind Ethylenglykoldimethylether, Diethylenglykoldiethylether, etc. Besonders bevorzugte Salze sind die Hydroxide der Alklali- oder Erdalkalimetalle, besonders jene des Natriums, Kaliums, Cäsiums, Magnesiums, Lithiums, Strontiums und des Kalziums. Mischungen dieser Hydroxide können zusammen mit Lithiumchlorid oder Lithiumbromid oder Kalziumclorid verwendet werden, ebenso wie Nitratsalze dieser Metalle als korrosionshemmende Zusätze in jenen Systemen eingesetzt werden, wo Korrosion ein Problem darstellen könnte. Organische Additive wie langkettige Akohole mit 7 bis 12 Kohlenstoffatomen oder Glykol und seine Derivate können zur Erhöhung der Sorptionsrate und zur Erhöhung des Differentialdruckes verwendet werden und dienen zur Erniedrigung des Gefrierpunktes in den Behältern 12 und 14. Daher müssen Behälter und Gefäße aus Kunstoff, z.B. Kunstoffschläuche und -leitungen, verwendet werden, die gegen wässrige Hydroxidlösungen beständig sind. Auch verwendet werden können solche Materialien, welche mit Verbindungen ausgekleidet oder beschichtet sind, die starken Hydroxidverbindungen gegenüber korrosionsbeständig sind.
Die Vorrichtung umfaßt auch Leitungen, Pumpen und Sprühdüsensysteme, die zum Transport der Flüssigkeiten in die entprechenden Innenraume geeignet sind. Die Leitungen 30 und 32 und Pumpe 34 leiten die wässrige Lösung 16 von Behälter 12 zu einem Wärmetauscher, zum Beispiel dem Kondensator einer Wärmepumpe oder eines Kältekompressors oder einer Abwärmequelle (nicht dargestellt), zum Erwärmen der Lösung auf eine gewünschte Temperatur, die mindestens 16,6ºC und bevorzugt mindestens 27,7ºC über der Temperatur des Wassers im zweiten Behälter 14 liegt. Bevorzugte Lösungstemperaturen liegen zwischen ungefähr 29,4ºC und ungefähr 54,4ºC, obwohl auch höhere Temperaturen angewendet werden können. Die erwärmte Lösung wird dann in den ersten Raum 20 geleitet. Eine bevorzugte Methode zur Rückfuhr der erwärmten wässrigen Lösung in den ersten Behälter umfaßt eine Düse oder eine Sprühdüsensystem 36, welches die erwärmte wässrige Verbindung in Form von Tröpfchen oder feinem Nebel einfach im ersten Raum 20 über der Oberfläche von Flüssigkeit 16 in Behälter 12 versprüht. Ein geeignetes Sprühdüsensystem beliebiger Art kann zu diesem Zwecke verwendet werden. In ähnlicher Weise wird in dem zweiten Behälter 14 Wasser 18 von einer Pumpe 44 über eine Leitung 42 einem Wärmetauscher zugeführt. Dort wird das Wasser, z.B. von einem Klimaanlagen- oder Wärmepumpenverdunster, einem Kühlturm oder einer einer andere evaporativen Kühleinrichtung oder einer Luft-Luft-Vorrichtung gekühlt. Danach wird das gekühlte Wasser mit Hilfe der Sprühdüseneinrichtung 46 über Pumpe 40 in den sich über dem Wasserstand befindlichen zweiten Raum 22 geleitet.
Wenn die oben beschriebene Vorrichtung, bevorzugt nachts oder zu einer anderen Zeit bei relativ niedrigen Umgebungstemperaturen betrieben wird, und wenn die Auslastung seitens kommunaler oder lokaler Einrichtungen unterhalb hoher bzw. Höchstanforderungen liegt, wird die wässrige Lösung 16 mit der Kondensatorwärme einer der Wärmepumpen des Systems aufgewärmt oder auf eine andere Praktische Art und Weise auf eine Temperatur über ungefähr 29,4ºC bis ungefähr 54,4ºC gebracht. Zur selben Zeit wird Wasser 18 mittels eines Verdampfers von einer der Wärmepumpen des Gebäudes oder der Klimaanlage auf eine Temperatur unter ungefähr 12,7ºC, bevorzugt unter 1,6 ºC, gekühlt. Da der Dampfdruck der wässrigen Lösung mit, z.B. 42% NaOH, nach Gewicht, bei 4,.8ºC höher ist als der Dampfdruck des Wassers bei 1,1ºC, desorbiert die Lösung über das geöffnete Ventil 26 Wasser in Form von Wasserdampf in den zweiten Raum 22, wo dieser Dampf dann zu flüssigem Wasser 18 kondensiert. Dieser Prozeß hält solange an, bis die Lösung eine Konzentration von ungefähr 52% NaOH, nach Gewicht, erreicht hat. An diesem Punkt ist das System geladen und Ventil 26 wird geschlossen, um in beiden Behältern den ersten Raum vom zweiten Raum abzutrennen und einen unterschiedlichen Dampfdruck aufrechtzuerhalten, der so eine Speicherung im geladenen System über einen unbestimmten Zeitraum hinweg erlaubt.
Soll die in dem durch den oben beschriebenen Ladevorgang geschaffenen System gespeicherte Energie genutzt werden, wird das kalte Wasser zum Beispiel einem Wärmetauscher des Gebäudes zugeleitet und durchläuft die Kühlschlange in der Klimaanlage, um das Gebäude zu kühlen. Während dieser Entladephase wird das Wasser wiederum mittels Pumpe 44 über Leitung 42 zur Klimaanlage des Gebäudes oder zu einer anderen Wärmetauschvorrichtung zum Kühlen gepumpt und über Leitung 40 und mit Hilfe der Sprühdüseneinheit 46 dem zweiten Behälter 14 wieder zugeleitet. In der Entladephase wird das Wasser also erwärmt, indem es über das Wärmeübertragungssystem Gebäudewärme absorbiert oder aufnimmt. Gleichzeitig wird heiße wässrige Lösung 16 über Pumpe 34 und Leitung 32 zu außerhalb gelegenen Wärmetauschern oder Kühleinrichtungen wie zum Beispiel Verdampfungskühlern, Kühltürmen und dergleichen gepumpt, wobei die wässrige Lösung dann gekühlt und über Leitung 30 zurückgeleitet wird und mittels der Sprüheinrichtung 36 in den ersten Raum 20 entladen wird.
Während dieses Entladezyklus muß das Ventil 26 geöffnet werden und aufgrund der Dampfdruckdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Raum 20 bzw. 22 verdampft Wasser im zweiten Raum 22, um so die Flüssigkeit im zweiten Behälter 14 wesentlich zu kühlen. Gleichzeitig wird das verdampfte Wasser in den ersten Raum 20 geleitet, wo es in Lösung 16 absorbiert wird. Dies führt zu Kondensations- und Lösungswärme im ersten Behälter 12. Diese Wärme wird dann durch weiter oben erwähnte äußere Kühleinrichtungen (nicht gezeigt) getauscht. Alternativ dazu, kann die Wärme der Kondensation und der Lösungen im ersten Behälter 12 auch für Heizzwecke verwendet werden, zum Beispiel in einer dualen Temperatur-Speicher-Einrichtung zum Beheizen und Kühlen von Gebäuden.
Fig. 2 zeigt eine weitere Variante oder Ausführungsform eines Systems in dem ein Kälteträger, zum Beispiel ein Kühlmittel, direkt gekühlt werden kann oder während des Entladens des erfindungsgemäßen Energie-Speicher-Systems bei niedriger Temperatur kondensiert wird. Wiederum kann ein aus Fig. 1 bekanntes Gefäß 10 mit zwei Behältern oder Innenräumen mit einer Trennwand 24 zum Abtrennen der beiden Innenräume verwendet werden. Die flüssige Lösung 16 und das Wasser 18 in den jeweiligen Gefäßen entsprechen im wesentlichen den vorstehend Beschriebenen. Dies gilt auch für die Änderung des Dampfdruckes und des Dampfaustausches über Ventil 26 zwischen den Innenräumen 20 bzw. 22, während der Be- und Entladephase wenn das Systems in Betrieb ist. In dieser Ausführung wird das Wasser während der Ladephase durch direkte Exposition an den Verdampferschlangen eines Verdampfers einer Klimaanalage gekühlt. In der Klimaanlage eines Gebäudes kann zum Beispiel eine Kühlleitung 66 Anwendung finden, die im zweiten Inneraum 22 frei zugänglich ist und durch die während der Ladephase kaltes Kühlmittel geleitet wird. Zu diesem Zeitpunkt wird über Pumpe 60 und Leitung 58 Wasser 18 weitergeleitet und mittels der Sprühdüseneinreichtung 46 über dem kalten Rohr oder der zu kühlenden Schlange 66 versprüht. Gleichzeitig, wobei das Ventil 26 während der Ladephase geöffnet ist, wird die wässrige Lösung 16 dadurch erwärmt, daß die Lösung mittels der Pumpe 54 und der Leitung 52 durch die Sprühdüseneinrichtung 36 über das erwärmte Rohr oder die Schlangen 56 eines Kondensators 75 oder einer anderen Wärmeeinrichtung geleitet wird, zum Beispiel der Wärmetauscher einer HVAC-Einrichtung (heating ventilation air conditioning - Wärme- Umluft-Klimatisierung), die das Kältemittel kondensiert. In diesem Falll kann erwärmtes Kältemittel vom Wärmetauscher 75 aus über Pumpe 74 in das Rohr oder die Schlange 56 geleitet werden. Nachdem die Übertragung der Dampfmenge zwischen der flüssigen Lösung 16 und Wasser 18 während dieser Ladephase erreicht ist, wird jedes weitere Erwärmen oder Abkühlen eingestellt und Ventil 26 wird geschlossen, wobei die in den jeweiligen Flüssigkeiten geladene Energie wiederum so lange gespeichert wird, bis ihre Nutzung notwendig wird.
Während des Entladens ist das Ventil 26 geöffnet und die jeweiligen Flüssigkeiten werden durch die entsprechenden Sprühdüsen über die in den Räumen der jeweiligen Behälter vorhandenen Leitungen des Wärmetauschers geleitet. Das Kühlmittel, welches durch Leitung oder Schlange 66 geleitet wird, wird gekühlt, indem das Wasser verdampft, während es über den Schlangen im Raum 22 versprüht wird. Dabei erwärmt sich das Wasser allmählich, während das Kühlmittel aus dem Wärmetauscher 72 gekühlt wird. In ähnlicher Weise wird während dieser Entladephase des Betriebs Wärme von Lösung 16 durch den Wärmetauscher 75 abgezogen, der ein Kühlmittel in ähnlicher Weise durch die in Raum 20 vorhandene Schlange 56 pumpt.
Eine dritte Konfiguration der Vorrichtung, bei der ein indirektes Wärmetauschsystem Anwendung findet, ist in Fig. 3 dargestellt. In dieser Vorrichtung, die im wesentlichen der aus Fig. 2 entspricht, wird ein Wärmetauscher 76 dazu benutzt, eine Lösung 16 während der Lade- und Entladephase je nach Betriebszustand direkt zu erwärmen bzw. abzukühlen, indem eine wärmeübertragende Flüssigkeit mittels Pumpe 74 durchgepumpt wird. Der dargestellte Wärmetauscher, in dessen System Wasser verwendet wird, unterscheidet sich geringfügig dadurch, daß die Pumpe 77 ein warmeübertragendes Material wie zum Beispiel Wasser, Ammoniak, Methanol, Glykol-Wasser-Mischungen und dergleichen durch an unberschiedlichen Stellen des Gebäudes, worin das System zur Anwendung gelangt, gelegene Wärmetauscher 71, 73 und 79 leitet. Die Pumpe 77 pumpt das Hilfskühlmitel über Rohr 70 einfach zu dem entsprechenden Wärmetauscher, wobei dieses Rohr 70 in Raum 22, in dem das Wasser auf die weiter oben in Verbindung mit der Vorrichtung aus Fig. 2 beschriebene Art und Weise versprüht wird, frei zugänglich ist.

Claims

1. Verfahren zum Betreiben eines chemischen Energiespeicher-Systems mit

einem ersten Behälter (12) mit einer flüssigen Lösung (16) einer Verbindung aus der Gruppe bestehend aus Hydroxiden von Alkali- und Erdalkalimetallen, Lithiumchlorid, Lithiumbromid, Kalziumchlorid, Kalziumbromid und Gemischen daraus, und einem sich über dem Pegel der flüssigen Lösung befindlichen ersten Raum (20);

einem zweiten Behälter (14), der die Flüssigkeit (18) ohne die Verbindung enthält, und einem sich über dem Pegel der Flüssigkeit befindlichen zweiten Raum (22);

wobei der erste und der zweite Behälter (12, 14) umgebungsdicht verschlossen sind und ein Vakuum halten können, wobei Verbindungsleitungen vorgesehen sind, die den ersten Raum (20) mit dem zweiten Raum (22) verbinden, um Flüssigkeitsdampf und Druckänderungen darin weiterzuleiten und wobei eine Ventileinrichtung (26) vorgesehen ist, die mit den Verbindungsleitungen zusammenwirkt um eine Kommunikation zwischen den Räumen (20, 22) zu regeln, und

wobei das Verfahren das Beladen des Systems mit folgenden Verfahrensschritten umfaßt:

a) Öffnen der Ventileinrichtung (26);

b1) Erwärmen der Lösung (16) von Umgebungstemperatur auf eine Temperatur über in etwa 29,4ºC, wobei von dieser Lösung stammender Dampf aus dem ersten Raum (20) durch die Verbindungsleitung in den zweiten Raum (22) strömt und die Flüssigkeit (18) gleichzeitig von Umgebungstemperatur auf eine Temperatur unter in etwa 12,7ºC abgekühlt wird,

c) Beenden des Erwärmungs- und des Abkühlvorganges, sobald die Konzentration der Lösung (16) um etwa 6% bis 25% höher ist als die Anfangskonzentration der Lösung; und Beenden des Pumpvorganges; und

d) Schließen der Ventileinrichtung,

wobei das Verfahren desweiteren das Entladen des Systems mit folgenden Verfahrensschritten umfaßt

e) Öffnen der Ventileinrichtung (26) zur Weiterleitung des Dampfes aus dem zweiten Raum (22) in den ersten Raum (20) ,

f1) Zuführen der Lösung (16) zu einem ersten Wärmetauscher zur Gewinnung von Wärme, während die Flüssigkeit (18) gleichzeitig einem zweiten Wärmetauscher zugeleitet wird, um die aus der gekühlten Flüssigkeit gewonne thermische Energie dazu zu nutzen, eine Klimaanlage, eine Wärmepumpe oder ein Kühlaggregat zu kühlen;

g) Schließen der Ventileinrichtung (26) und Beenden des Pumpvorganges, sobald Lösung und Flüssigkeit sich der Umgebungstemperatur nähern.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1 mit folgenden Zwischenschritten:

b2) Weiterleiten der Lösung (16) und der Flüssigkeit (18) an eine erste bzw. zweite Verteilereinrichtung (36, 46), die im ersten Raum (20) bzw. im zweiten Raum (22) vorgesehen ist, und Versprühen der Lösung und der Flüssigkeit von den Verteilereinrichtungen (36, 46) aus; und

b2) Weiterleiten der Lösung (16) und der Flüssigkeit (18) an eine erste bzw. zweite Verteilereinrichtung (36, 46), die im ersten Raum (20) bzw. im zweiten Raum (22) vorgesehen ist, und Versprühen der Lösung und der Flüssigkeit von den Verteilereinrichtungen (36, 46) aus.

3. Verfahren nach Patentanspruch 2 mit folgenden weiteren Zwischenschritten:

b3) Versprühen der Lösung und der Flüssigkeit über den jeweiligen Wärmetauscher (56, 66, 70); und

f3) Versprühen der Lösung und der Flüssigkeit über den jeweiligen Wärmetauscher (56, 66, 70).

4. Vorrichtung zur Verwendung nach dem Verfahren aus einem der Ansprüche 1 bis 3, mit

einem ersten Behälter oder einer Kammer (12) mit einer flüssigen Lösung (16) einer Verbindung aus der Gruppe bestehend aus den Hydroxiden von Alkali- und Erdalkalimetallen, Lithiumchlorid, Lithiumbromid, Kalziumchlorid und Kalziumbromid und Gemischen daraus, wobei die Lösung eine Anfangskonzentration zwischen etwa 30 Gew.-% und etwa 70 Gew.-% aufweist und wobei die aus der Gruppe ausgewählte Flüssigkeit aus Wasser, einem Alkohol, der zwischen 1 und 8 Kohlenstoffatome besitzt, Glycerin und Glykolether besteht, und einem sich über dem Pegel der flüssigen Lösung (16) ausgebildeten ersten Raum (20); einem zweiten Behälter oder einer zweiten Kammer (14) mit der Flüssigkeit (18) ohne die Verbindung, und einem sich über dem Pegel der Flüssigkeit (18) befindlichen zweiten Raum (22);

wobei sowohl der erste als auch der zweite Behälter (12, 4) umgebungsdicht verschlossen ist und ein Vakuum halten kann, wobei Leitungen vorgesehen sind, die eine Verbindung zwischen dem ersten Raum (20) und dem zweiten Raum (22) herstellen, so daß Dampf und Druckänderungen darin weitergeleiten werden können, und wobei eine Ventileinrichtung (26) vorgesehen ist, die mit den Leitungen zusammenwirken und die Kommunikation zwischen den beiden Räumen (20, 22) regelt;

wobei die Vorrichtung des weiteren folgendes umfaßt:

einen ersten Wärmeaustauscher, der mit dem ersten Behälter 12 wirkverbunden ist und den die Lösung durchfließt;

einen zweiten Wärmeaustauscher, der mit dem zweiten Behälter (14) wirkverbunden ist und den die Flüssigkeit durchfließt;

eine erste Pumpeinrichtung (34), die die Lösung (16) zur Verteilereinrichtung (36) fördert und die Lösung in den ersten Raum (20) leitet; und

eine zweite Pumpeinrichtung (44), die die Flüssigkeit (18) zur Verteilereinrichtung (46) fördert und die Flüssigkeit in den zweiten Raum (22) leitet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei der der erste Wärmetauscher eine Verdampfungskühlung oder eine Luft-Luft-Kühlung (75,

76), eine erste zusätzliche Wärmeübertragungseinrichtung mit einer ersten Leitungsschleife mit einer darin befindlichen wärmeübertragenden Flüssigkeit und eine damit kooperierende Pumpe (74) aufweist, die die wärmeübertragende Flüssigkeit durch die Leitungsschleife pumpt, wobei sich die Leitungsschleife zwischen dem ersten Raum (20) und der Verdampfungs- oder Luft-Luft-Kühlung (75, 76) erstreckt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei der zweite Wärmetauscher einen Wärmepumpenverdampfer (71, 73, 79; 72) und eine zweite zusätzliche Wärmeübertragungseinrichtung mit einer zweiten Leitungsschleife mit einer darin befindlichen wärmeübertragenden Flüssigkeit und eine damit kooperierenden Pumpe (77) aufweist, die die wärmeübertragende Flüssigkeit durch die Leitungsschleife pumpt, wobei sich die zweite Leitungsschleife zwischen dem zweiten Raum (22) und dem Verdampfer (71, 73, 79, 72) erstreckt.