DE4031873A1

DE4031873A1 - Waermespeicheranlage, insbesondere fuer ein kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE4031873A1
Application number: DE4031873A
Authority: DE
Inventors: Erik Johansen
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1990-10-08
Filing date: 1990-10-08
Publication date: 1992-04-09

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmespeicheranlage, insbe sondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem eine Zeolith- Schüttung passierenden Reaktionswasserkreislauf, in den ein Wärmetauscher zur Abgabe der im Zeolith freigesetzten und hierbei eine Wasserdampffront erzeugenden Reaktions wärme eingebunden ist. Eine derartige Wärmespeicheranlage ist beispielsweise aus der DE 39 22 736 C1 bekannt.

In der Erkenntnis, daß die Lebensdauer der Zeolith-Schüt tung für einen Serieneinsatz in Kraftfahrzeugen noch nicht befriedigend ist, hat sich die Erfindung die Auf gabe gestellt, Maßnahmen zur Erhöhung der Zeolith-Lebens dauer aufzuzeigen.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß bei ruhendem Reak tionswasserkreislauf der Absolutdruck in der Zeolith- Schüttung unter Umgebungsdruck liegt. Selbstverständlich kann dann auch im Reaktionswasserkreislauf der Absolut druck unter Umgebungsdruck liegen. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung beschreiben die Unteran sprüche.

Erfindungsgemäß wird insbesondere der Desorptionsprozeß (zur Vereinfachung jedoch auch die Absorption der Zeolith-Schüttung) bei Unterdruck durchgeführt, da hier mit die Reaktionstemperatur von bislang ca. 600°C auf ca. 400°C gesenkt werden kann. Bei dieser niedrigeren Temperatur treten die die Lebensdauer der Zeolith- Schüttung beeinträchtigenden physikalischen und chemi schen Veränderungen nicht auf. Vorteilhafterweise stellen sich bei diesem verringerten Absolutdruck, der vorzugs weise im Bereich von 50 bis 300 mbar liegt, auch ver kürzte Desorptionszeiten ein.

Mit der niedrigeren Desorptionstemperatur ist es möglich, in einem Kraftfahrzeug Warmluft zur Aufladung des Wärme speichers heranzuziehen. Gemäß Anspruch 3 ist hierzu ein Luftkanal vorgesehen, der mit den Merkmalen der Ansprüche 4 und 5 in besonders vorteilhafter Weise weitergebildet wird. Schließlich schlägt Anspruch 6 vor, die Abwärme ei ner Hochleistungsbatterie, die beispielsweise zum Antrieb des Kraftfahrzeuges vorgesehen ist, zur Erzeugung der Warmluft zu nutzen. Alternativ können selbstverständlich auch die Abgase einer das Fahrzeug antreibenden Brenn kraftmaschine herangezogen werden. In diesem Zusammenhang weist Anspruch 7 darauf hin, daß die gespeicherte Wärme nicht nur - wie bekannt - zur schnelleren Erwärmung einer Brennkraftmaschine verwendet werden, sondern auch der Be heizung des Kraftfahrzeug-Innenraumes dienen kann.

Anhand einer Prinzipskizze (Fig. 1) sowie anhand eines schematisch dargestellten, bevorzugten Ausführungsbei spieles (Fig. 2) wird die Erfindung im folgenden erläu tert.

In Fig. 1 ist mit der Bezugsziffer 1 eine Zeolith-Schüt tung bezeichnet, durch die ein in seiner Gesamtheit mit 2 bezeichneter Reaktionswasserkreislauf strömt. Dieser Re aktionswasserkreislauf 2 besteht im wesentlichen aus ei nem Reaktionswasserbehälter 2a, einer Pumpe 2b, zwei Ven tilen 2c, einem Wärmetauscher 2d, sowie einem Kondensator 2e.

Zur Erwärmung der Zeolith-Schüttung 1 ist ein diese umge bender Luftkanal 3 vorgesehen, durch den zur Aufladung des Wärmespeichers in der Zeolith-Desorptionsphase Warm luft strömt. Abgeführt wird diese Warmluft beispielsweise von einer als NaS-Batterie 4 ausgebildeten Hochleistungs batterie, die die Antriebsenergie für ein Fahrzeug, das mit der erfindungsgemäßen Wärmespeicheranlage versehen ist, bereitstellt. Zur weiteren Erwärmung der Batterieab luft ist eine Zusatzheizung 5 vorgesehen.

Durch den Wärmetauscher 2d strömt in einem Hilfskreislauf 6 ein Wärmeträgermedium, das die im Wärmetauscher 2d freiwerdende Wärme an einen Heizungswärmetauscher 7 ab gibt, der der Beheizung des Fahrzeuges, das mit der er findungsgemäßen Wärmespeicheranlage versehen ist, dient. Selbstverständlich befindet sich auch im Hilfskreislauf 6 eine das Wärmeträgermedium fördernde Pumpe 8. Soll der geladene Wärmespeicher, d. h. die Zeolith-Schüttung 1 entladen werden, so werden die Ventile 2c geöffnet und die Pumpe 2b in in Betrieb gesetzt. Das somit in die Zeolith-Schüttung 1 gelangende Reaktionswasser bildet dort eine Wasserdampffront, die zum Wärmetauscher 2d ge langt, dort einen Großteil ihrer Wärmeenergie an den Hilfskreislauf 6 abgibt, danach im Kondensator 2e konden siert und schließlich wieder dem Reaktionswasserbehälter 2a zugeführt wird.

Der entladene Wärmespeicher wird beladen, indem bei ruhendem Reaktionswasserkreislauf, d. h. bei abgesperrten Ventilen 2c, die Zeolith-Schüttung 1 beheizt wird. Hierzu wird Warmluft, die ggf. durch die Zusatzheizung 5 weiter erwärmt wurde, durch den Luftkanal 3 geführt.

Um in dieser sog. Zeolith-Desorptionsphase, in der die Aufladung des Wärmespeichers erfolgt, keine zu hohen Re generierungstemperaturen zu benötigen, liegt bei ruhendem Reaktionswasserkreislauf 2 der Absolutdruck im Kreislauf 2 und in der Zeolith-Schüttung 1 unter dem Umgebungs druck. Während bei Umgebungsdruck die während der Bela dung auftretende Regenerierungstemperatur ca. 600°C be trägt, liegt bei einem Betriebsdruck von ca. 100 mbar diese Temperatur bei 400°C. Mit dieser abgesenkten Tempe ratur besteht keine Gefahr, daß sich die Zeolith-Schüt tung 1 physikalisch und/oder chemisch verändert. Durch die Absenkung des Betriebsdruckes im Reaktionswasser kreislauf 2 ist es somit möglich, die Lebensdauer der Zeolith-Schüttung 1 wesentlich zu erhöhen. Vorteilhafter weise verkürzt sich hiermit auch die Dauer der Desorptionsphase.

Ein besonders guter Wärmeübergang zwischen der die Desorption der Zeolith-Schüttung 1 einleitenden Warmluft und dem Zeolith stellt sich mit der in Fig. 2 gezeigten Wärmespeicheranlage ein. Vom Reaktionswasserkreislauf 2 ist in Fig. 2 im wesentlichen lediglich die Zeolith- Schüttung 1 sowie der die Warmluft führende Luftkanal 3 dargestellt.

Im einzelnen befindet sich die Zeolith-Schüttung 1 zwi schen konzentrisch angeordneten Rohren 11, 12, die je weils stirnseitig von einer Deckplatte 13 verschlossen sind. Über an der Deckplatte 13 angebundene Stutzen 14 kann Warmluft in das bzw. aus dem inneren Rohr 11 ge langen, so daß dieses innere Rohr 11 die Außenwand eines ersten Luftkanales 3a bildet. In gleicher Weise bildet das äußere Rohr 12 die Innenwand eines zweiten Luft kanales 3b.

Mehrere dieser mit der Bezugsziffer 15 bezeichneten Ein heiten von konzentrischen Rohren 11, 12 sind nebeneinan der innerhalb eines Behälters 16 angeordnet, so daß die ser Behälter 16 seinerseits die Außenwand des zweiten Luftkanales 3b bildet. Im Behälter 16 selbst befinden sich mehrere Schottwände 17, die die über den Luftkanal 3 eintretende Warmluft meanderförmig durch den Behälter 16 führen und somit einem intensiven Wärmeübergang zwischen der Warmluft und der Zeolith-Schüttung 1 förderlich sind.

Über einen Abluftkanal 3c wird die durch die Luftkanäle 3a, 3b strömende Warmluft aus dem Behälter 16 abgeführt. An den beiden Stirnseiten der Einheiten 15 befinden sich ferner Eintrittsöffnungen zur Zeolithschüttung 1 sowie Vor- und Rücklaufeitungen 18 für das im Reaktionswasser kreislauf 2 umlaufende Reaktionswasser. Vorteilhafter weise werden auch diese Leitungen 18 von der in den Luftkanälen 3 geführten Warmluft umströmt. Insgesamt zeichnet sich die gezeigte Wärmespeicheranlage bei nahezu unbegrenzter Lebensdauer durch einen hohen Wirkungsgrad aus.

Claims

1. Wärmespeicheranlage, insbesondere für ein Kraftfahr zeug, mit einem eine Zeolith-Schüttung (1) passie renden Reaktionswasserkreislauf (2), in den ein Wär metauscher (2d) zur Abgabe der im Zeolith freige setzten und hierbei eine Wasserdampffront erzeu genden Reaktionswärme eingebunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei ruhendem Reaktions wasserkreislauf der Absolutdruck in der Zeolith- Schüttung (1) unter Umgebungsdruck liegt.

2. Wärmespeicheranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Absolutdruck im Be reich von 50 bis 300 mbar liegt.

3. Wärmespeicheranlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein die Zeo lith-Schüttung (1) umgebender Luftkanal (3) vorgese hen ist, durch den zur Aufladung des Wärmespeichers in der Zeolith-Desorptionsphase Warmluft strömt.

4. Wärmespeicheranlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Zeolith-Schüt tung (1) zwischen im wesentlichen konzentrisch ange ordneten Rohren (11, 12) befindet, wobei das innere Rohr (11) die Außenwand eines ersten Luftkanales (3a) und das äußere Rohr (12) die Innenwand eines zweiten Luftkanales (3b) bildet.

5. Wärmespeicheranlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Einheiten (15) von konzentrischen Rohren nebeneinander innerhalb eines Behälters (16) angeordnet sind, der Schott wände (17) zur meanderförmigen Führung des die äuße ren Rohre (12) umstreichenden Warmluftstromes auf weist.

6. Wärmespeicheranlage nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Warmluft von einer Hochleistungsbatterie (4) des Kraftfahrzeuges bezo gen wird.

7. Wärmespeicheranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (2d) des Reaktionswasserkreislaufes (2) Wärme zur Behei zung des Kraftfahrzeug-Innenraumes abgibt.