DE4219728C2 - Thermisch aktive Vorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine thermisch aktive Vorrichtung nach Anspruch 1 sowie dessen Betrieb.

Sorptionswärmepumpen und Kältemaschinen sind in vielen Bauformen für die Erzeugung von Prozeßwärme, die Beheizung von Gebäuden, die Kühlung von Häusern oder den Betrieb von Kühlschränken bekannt. Typisch ist hier die Ausfüh­ rung der wärmeaufnehmenden oder abgebenden Maschinenteile als Wärme­ tauscher. R. M. Lazzarin zeigt in seinem Artikel 'Solar-assisted Absorption Heat Pumps Feasibility' in Solar Energy Vol. 26 (1981), Seite 223-230, eine Sorptions­ wärmepumpe zur Hausbeheizung. Wenn die Solarthermische Anlage nicht aus­ reicht, wird aus dem Speicherbehälter Wasser entnommen, das seine Wärme über einen Wärmetauscher an den Verdampfer abgibt. Der Brenner gibt seine Wärme über einen weiteren Wärmetauscher an einen Zwischenkreislauf ab, der dann seinerseits über einen Wärmetauscher den Kocher beheizt. Die Nutzwärme wird über Wärmetauscher im Absorber und Kondensator an das Heizungswasser abge­ geben und zu den Heizkörpern weitertransportiert. Diese geben schießlich Wärme an die Wohnräume ab. Systeme dieser Art führen zu einer großen Temperaturdiffe­ renz, die ausschließlich zum Betrieb der benutzten Wärmetauscher benötigt wird. Im BMFT-Forschungsbericht T 83-242 'Entwicklung von autarken Solarkühlanlagen mit konzentrierenden Kollektoren' von K.-H. Weber (1983) wird das Aufbauschema einer sonnenbetriebenen Absorptionskältemaschine für den Einsatz in Entwick­ lungsländern gezeigt. In konzentrierenden Kollektoren wird Thermoöl erhitzt und über einen Wärmetauscher an die Lösung im Kocher abgegeben. Der Wärmestrom aus dem Kühlhaus wird über einen Wärmetauscher, einen zwischengeschalteten Solekreislauf und einen Verdampferwärmetauscher in die Maschine transportiert. Die Abwärme von Absorber und Kondensator wird über einen Luftwärmetauscher an die Umgebungsluft abgegeben. So ergeben sich Thermoöltemperaturen, die sich mit kostengünstigen Flachkollektoren nicht erzeugen lassen. Gleichzeitig muß die Kältemaschine zwischen Verdampfer und Absorber große Temperaturdifferen­ zen erzeugen können, wodurch das sichere und thermodynamisch günstige Stoff­ system Wasser-Lithiumbromid nicht eingesetzt werden kann.

Edmund Altenkirch macht mehrere Vorschläge, wie der Einsatz einer so großen Anzahl von Wärmetauschern vermieden werden kann. In seinen Patentschriften DRP 607153, DRP 607060, DRP 566334, DRP 592420 und DRP 592420 zeigt er Vorrichtungen, die auf ihrer ganzen Fläche einen Hohlraum bilden, in welchem auf einer Seite Kältemittel und auf der anderen Seite Sorptionsmittel vorhanden ist. Verdampfer und Absorber liegen sich so gegenüber und bilden praktisch die Innen- und Außenwand eines Kühlhauses oder Kühlraums. Diese Konstruktion zeigt jedoch hohe Wärmeverluste durch freie Konvektion und durch den Wärmestrah­ lungsaustausch, da Sorptions- und Kältemittel im allgemeinen hohe Emissions­ zahlen im Wärmestrahlungsbereich zeigen. Sein Vorschlag des Einsatzes eines Strahlungsschildes in den Hohlraum zwischen Absorber und Verdampfer führt zu einer freien Konvektion um dieses herum und zu einer großen Reduktion des Verlustwärmestroms, solange die Strömungsgeschwindigkeit der benötigten Kälte­ leistung angepaßt ist. Elemente dieser Art zeigen aber keine hohen mechanischen Festigkeiten und müssen in der Nähe des Atmosphärendrucks betrieben werden, da sonst die Biegespannungen in den planparallelen Flächen zu groß werden.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, die mechanische Stabilität dieser Vorrichtung zu verbessern, die Konstruktion den heutigen Fertigungsmöglichkeiten anzupassen, den Verlustwärmestrom (durch diese) zu reduzieren, weitere Betriebszustände zu ermöglichen und bei Bedarf einen Betrieb unterhalb des Atmosphärendrucks zu ermöglichen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch das Merkmal des Anspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Durch die Erfindung ist das passive Verhalten des Vorrichtungs mit einer beliebigen thermischen Isolationsschicht vergleichbar. Der Verlustwärmestrom kann durch Variation der Dicke der Isolationsschicht (IS), durch Variation des Arbeits- bzw. Arbeitsmittels und ggf. des Hilfgases beliebig beeinflußt werden. Gleichsam kann der Wärmestrom an der Stelle zurückgepumpt werden, wo er sonst verloren geht: Dem Verlustwärmestrom durch die Isolationsschicht (IS) diffundiert oder strömt das gasförmige Arbeitsmittel mit seiner 'latenten Wärme' entgegen. Darüberhinaus ergibt sich die Möglichkeit, eine vorhandene Temperaturdifferenz, wie sie beispiels­ weise in einem Flachkollektor zwischen Absorber und transparenter Abdeckung oder Gehäuserückwand auftritt, mit dieser Vorrichtung zu nutzen, um Sorptions- und Arbeitsmittel wieder zu trennen.

Mittels Durchströmung der dem Nutzraum zugewandten Seite mit einem entspre­ chend temperierten Medium ergibt sich eine großflächige, konventionelle Heizung oder Kühlung.

Enthält nur eine Seite der Vorrichtung in ihrer sorptions- oder arbeitsmittelfüh­ renden Schicht (AS) ein verdampfbares Medium, das Arbeitsmittel, und wird dieses in der gegenüberliegenden Schicht (AS) sofort abgeführt, ergibt sich eine thermische Diode.

Das Verhalten der Vorrichtung kann bei ihren verschiedenen Betriebsarten dadurch beeinflußt werden, indem ein Hilfsgas zugelassen wird und dessen Partialdruck durch Abpumpen oder Zurückströmen geändert wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und der Zeich­ nungen weiter erläutert.

Die ersten 5 Beispiele zeigen den kontinuierlichen Betrieb der Vorrichtungen: Beispiel 1 benutzt zwei unterschiedliche thermisch aktive Vorrichtungen zum solaren Betrieb eines Kühlhauses. Beispiel 2 zeigt den Einsatz zur solaren Hausbeheizung. In Beispiel 3 wird mit Vorhangfassaden aus Vorrichtungen im Rahmen von Betonsanierungsmaßnahmen gearbeitet. Beispiel 4 zeigt eine Möglichkeit der Prozeßwärmeerzeugung. Beispiel 5 beschäftigt sich mit Kreutzstromwärmetauschern aus Vorrichtungen aufgebaut.

Beispiel 6 zeigt eine Vorrichtung sowohl im kontinuierlichen wie auch im periodi­ schen Betrieb für die Temperaturregelung eines solarthermisch beheizten Warm­ wasserspeicher. Beispiel 7 und 8 zeigen einen ausschließlich periodischen Betrieb für die Beheizung eines Kellerraums sowie zum solaren Betrieb eines Kühl­ schranks.

Eine Anwendung der thermisch aktiven Vorrichtungen ist der Betrieb eines Kühlhauses. Sie können sowohl als Kocher-Kondensator bzw. Resorber oder Absorber-Verdampfer bzw. Entgasereinheit einer kontinuierlich arbeitenden Sorptionsmaschine betrieben werden. Im nachfolgenden Beispiel 1 werden Vorrichtungen als Kocher-Kondensatoreinheit zur Nutzung der Sonnenenergie und solche als Absorber-Verdampfereinheit zur Kälteerzeugung betrieben. Lediglich die Umwälz- und Vakuumpumpen sowie eine elektronische Regelung sollen elektrisch betrieben werden.

Abb. 1 zeigt einen horizontalen Schnitt durch den Wandaufbau des in Holz­ ständerbauweise errichteten Kühlhauses mit den kälteerzeugenden Vorrichtungen, Abb. 2 einen Schnitt durch das nach Süden ausgerichtete Satteldach mit den Sonnenenergie nutzenden Vorrichtungen, Abb. 3 einen senkrechten Schnitt durch eine kälteerzeugende Vorrichtung nach Abb. 1, Abb. 4 einen senkrechten Schnitt durch eine Sonnenenergie nutzende Vorrichtung, Abb. 5 ein Stück des Solarabsorbers in einer Draufsicht, Abb. 6 ein Stück desselben im Schnitt, Abb. 7 den schematischen Aufbau des Speichers und Abb. 8 den prinzipiellen Aufbau der Vakuumpumpe mit Arbeits- und Inertgasrückgewin­ nung.

Der Kühlraum (1) wird in Abb. 1 von der nur teilweise dargestellten Innenwand (2) umgeben. Diese wird von den in einem festen Rastermaß von beispielsweise 1,25 × 1,25 m aufgestellten Holzständern (3) gehalten. Zwischen diesen befinden sich die Vorrichtungen zur Kälteerzeugung (4). Sie werden außenseitig von den Schrauben (5) gehalten und mittels der Unterlegblechstreifen (6) und der profilier­ ten EPDM-Leisten (7) abgedichtet. Durch Stoßecken und Stoßkanten eintretender Wasserdampf kondensiert bzw. supplimiert an den den Luftspalten (8) zugewand­ ten Vorrichtungseiten. Wasser kann über nicht dargestellte Sammelrinnen am Boden des Kühlhauses dirket abgeführt werden, Eis muß in regelmäßigen Abstän­ den getaut werden. Um Kondenswasser oder eine Vereisung im Kühlraum (1) selbst zu verhindern, wird ein gewisser Luftaustausch zwischen dem Kühlraum (1) und dem Luftspalt (8) ermöglicht. Weitere Kondensatabführvorrichtungen können somit entfallen.

Die Vorrichtungen (4) können sich weiterhin in geringer Schräglage im Boden und in der Decke des Kühlraums (1) befinden.

Das Dach ist durch Außenluft reichlich hinterlüftet und trägt auf seiner Südseite gemäß Abb. 2 als Sonnenkollektor wirkende Vorrichtungen (11). Sie sind an den Dachbalken (12) mittels der Schrauben (13) und einem U-Profil (14) befestigt. Die Abkantungen (15) der Vorrichtungen (11) greifen in das U-Profil (14), so daß kein Regenwasser eindringen kann. Die darunterfolgenden Vorrichtungen werden, ähnlich den Dachpfannen, von den dargestellten überlappt.

Die äußere Form der kälteerzeugenden Vorrichtungen (4) geht aus der Abb. 1 hervor. Sie kann aus verschieden dicken Reinaluminiumblechen, Kunststoffplatten, mineralischen Baustoffen wie Faserzementplatten oder holzhaltigen Baustoffen wie mineralisch gebundenen Spanplatten gefertigt sein. Sie beinhaltet die eigentliche Vorrichtung, wie es in Abb. 3 schematisch dargestellt ist. Der thermodyna­ misch aktive Teil ist von der Kunststoffolie (AW) (21) umgeben. Sie ist an drei oder vier Schmalseiten des quaderförmigen Körpers miteinander verschweißt, wie an den Stellen (22) sichtbar, und weist jeweils oben und unten zwei Löcher auf. An diesen Stellen ist die Folie ringförmig mit jeweils einem Schlauch (23, 24, 25, 26) verbunden, dessen verschweißtes Ende zuvor zu einer Hutkrempe (27) umgeformt wurde. Die beiden oberen Schläuche (23, 24) dienen als Einlauf für das Arbeits- und das Sorptionsmittel. Beide Stoffströme gelangen über die Rohre (28, 29) in die Einlaufbehälter (EV) (30, 31). Dort werden sie von den Saugpappen (AS) (32, 33), beispielsweise aus Baumwoll- oder Natronisolierpapier, mittels kapillarer Kräfte über den Rand der Behälter (30, 31) gehoben und laufen dann in den Pappen an den gegenüberliegenden Außenseiten in die Auffangbehälter (AV) (34, 35). Aus diesen fließt über Schlauch (25) das verbliebene Arbeitsmittel und über Schlauch (26) das Sorptionsmittel ab. Beide Stoffströme können so an ein darunterliegendes Element weitergegeben werden, wenn die Bauhöhe des Kühlhauses das Raster­ maß von beispielsweise 2,50 m übersteigt.

Zwischen den Einlaufbehältern (30, 31) und den Auffangbehältern (34, 35) befinden sich die Hartschaumisolationen (36, 37), beispielsweise aus geschlossenporigem Polyurethanschaum. Die Pappschichten (32, 33) sind durch die diffusionsoffene Isolationsschicht (IS) (38) voneinander getrennt. Diese kann beispielsweise aus Harnstoff-Formaldehydharzschaum bestehen.

Der Innendruck der Vorrichtungs soll immer geringer als der Atmosphärendruck sein, wodurch sich die Kunststoffolie (21) eng an das Innere des Elementes anlegt. Damit sie sich nicht in die Auffangbehälter (30, 31) hineinziehen kann, sind diese von einem durchgehenden oder zwei geteilten Blechen (39) abgedeckt.

Die Sonnenenergie nutzenden Vorrichtungen (11) aus Zeichnung 2 sind schema­ tisch als Schnitt in Abb. 4 dargestellt. Die transparente Abdeckung (TW) (41), bevorzugt aus Glas, ermöglicht den Einfall des Sonnenlichtes durch den Spalt (Sp) (42) auf den Solarabsorber (Ab) (43). Dieser könnte direkt aus schwarz eingefärb­ ter Saugpappe bestehen. Da dann jedoch die Verluste über die Wärmestrahlung hoch sind, weil keine selektiv wirkende, eingefärbte und mit Sorptionsmittel getränkte Saugpappe bekannt ist, wird der Solarabsorber (43) als beispielsweise mit Schwarzchrom oder Schwarznickel beschichtetes Dünnblech gefertigt. Dahinter liegt die Saugpappe (AS) (44) und die diffusionsoffene Isolation (IS) (45), beispielsweise Steinwolle in einer ersten Schicht direkt am Solarabsorber (43) gefolgt von Polyetherschaum. Damit die Steinwolle die Saugpappe (44) nicht berührt, bleibt hier ein kleiner Luftspalt frei. Die Steinwolle wird mit einer schwarzen Glasfaserschicht abgedeckt, so daß sie sich nicht in den Spalt ausdehnen kann. Der rückwärtige Luftspalt (46) zum Gehäuse (AS, AW) (47) kann zur Fixierung der Einbauten einen groben Kunststoffilz, beispielsweise eine Drainagematte, enthal­ ten.

Das arbeitsmittelhaltige Sorptionsmittel gelangt über ein nicht gezeigtes Rohr in den Einlaufbehälter (EV) (48) und wird dort vom oberen Ende der Saugpappe (44) aufgenommen. Aufgefangen wird das Sorptionsmittel nach Druchlaufen der Saug­ pappe (44) im Sammelbehälter (AV) (49) und wird von dort abgeführt. Das Konden­ sat des Arbeitsmittels entsteht am Gehäuse (47) und der transparenten Abdeckung (41). Es sammelt sich in der untersten Gehäuseecke (50) und wird von dort abge­ führt.

Abb. 5 zeigt die Draufsicht auf ein Stück Solarabsorberblech (43) in starker Vergrößerung. Dreiecke (51) sind an zwei Seiten (52, 53) ausgeklinkt und an der dritten Seite (54) nach hinten gebogen. Abb. 6 zeigt die Stelle der Ausklin­ kung im Schnitt. Das nach hinten gebogene Absorberblechstück klemmt die mit ausgeklinkte Saugpappe ein und fixiert sie auf diese Weise. Die Biegung erfolgt nach oben, so daß für das herabfließende Sorptionsmittel praktisch eine Rinne gebildet wird und dieses darin seitlich wegfließen kann, so daß ein Abtropfen in die Isolationsschicht sicher vermieden wird.

Das Absorberblech selbst kann aus dicht nebeneinanderliegenden Streifen beste­ hen, wie sie für heute übliche Absorber gefertigt werden, die an den Längsseiten nach oben abgekantet sind und so auch über größere Entfernungen die Saug­ pappe mit Sorptionsmittel tragen können.

Abb. 7 zeigt den prinzipiellen Aufbau des Speichers mit den Förderpumpen. Die Flüssigkeiten werden in drei getrennten, nicht isolierten Speichern aufbewahrt. Der größte Speicher (61) beinhaltet das mit Arbeitsmittel beladene Sorptionsmittel. Dieses wird über Leitung (62) mittels der Umwälzpumpe (63) über die Vorlauflei­ tung (64) den Einlaufgefäßen (48) der Sonnenenergie nutzenden Vorrichtungen zugeführt. Die Rücklaufleitung (65) führt das konzentrierte Sorptionsmittel aus den Auffangbehältern (49) in den Speicher (66). Das Arbeitsmittel gelangt über Leitung (67) aus der Sammelvorrichtung (50) in den Speicher (68).

Das kälteerzeugende Vorrichtung (4) wird über Leitung (69), Absperrventil (70) und Leitung (71) dosiert mit Arbeitsmittel versorgt. Es gelangt über die Schläuche (23) in die Einlaufbehälter (30). Das Sorptionsmittel wird analog über Leitung (72), Absperrventil (73), Leitung (74) und die Schläuche (24) in die Einlaufbehälter (31) transportiert. Absperrventil (85) ermöglicht die Füllung der Auffangbehälter (31) mit Arbeitsmittel für den Abtauvorgang.

Das (beim Normalbetrieb) nicht verbrauchte Arbeitsmittel gelangt über die Schläu­ che (25) oder den analogen Schläuchen der am tiefsten liegenden Vorrichtungen einer vertikal angeordneten Reihenschaltung über Leitung (75) in den Gasabschei­ deraum (77). Das arbeitsmittelbeladene Sorptionsmittel gelangt analog über die Schläuche (26) bzw. den der untersten Vorrichtungen über Leitung (76) in den Gas­ abscheider (77). Aus dem Gasraum des Abscheiders (77) führt eine Leitung zur Vakuumpumpe. Aus dem Flüssigkeitsraum wird die arbeitsmittelbeladene Sorp­ tionslösung über Leitung (79) durch die Sorptionsmittelpumpe (80) und Leitung (81) in den Speicher (61) zurückgefördert. Druckausgleichsleitungen (82, 83) sind zwischen den Gasräumen der Speicher (61, 66, 68) vorgesehen. Wenn die Leitun­ gen (65, 67) oder ihre Verlängerungen so dünn sind, daß sich eine Kolbenströmung bestehend aus Gas und Flüssigkeit ausbilden kann, oder an einer Stelle U-förmig verlegt sind, so daß sich Flüssigkeitsstopfen bilden können, sind weitere Über­ strömleitungen zwischen dem Gasraum des Speichers (68) und den Gasräumen der Sonnenenergie nutzenden Vorrichtungen (11) vorzusehen. Dasselbe gilt für die Gasräume der kälteerzeugenden Vorrichtungen (4), die bei entsprechenden Verbindungsleitungen Überströmleitungen zum Gasraum des Gasabscheiders (77) benötigen.

Abb. 8 zeigt das Prinzip der Vakuumsteuerungsvorrichtung. Die kälteerzeu­ genden Vorrichtungen werden je nach Lastzustand mehr oder weniger tief im Vakuum betrieben. Die Vakuumpumpe (91) fördert Hilfsgas und Arbeitsmitteldampf aus dem Sammelrohr (92), der Leitung (78) und letztlich aus den kälteerzeugen­ den Vorrichtungen. Das Absperrventil (93) ist dabei geschlossen, so daß das gepumpte Gas-Dampf-Gemisch durch den Sorptionsmittelbehälter (SB) (94) und Absperrventil (95) in die Atmosphäre gelangt. Überschüssiges Gas-Dampf- Gemisch aus den Sonnenenergie nutzenden Vorrichtungen (11) gelangt über den Gasraum des Speicherbehälters (66), Rohr (96) und Absperrventil (97) in die Vakuumsteuerungsvorrichtung.

Die Anlage arbeitet wie folgt: Das arbeitsmittelhaltige Sorptionsmittel aus Speicher (61) wird entsprechend der Temperatur des Solarabsorbers (43) und der Umge­ bungstemperatur einschließlich der Stahlungstemperatur des Himmels dosiert durch die getaktete oder drehzahlgeregelte Pumpe (63) den Einlaufbehältern (48) der Sonnenenergie nutzenden Vorrichtungen (11) zugeführt. Während die Sorp­ tionslösung sich anschließend durch die Kapillaren der Saugpappen (44) nach unten bewegt, wird sie von dem Solarabsorber (43) erhitzt. Das Arbeitsmittel verdunstet aus dem Sorptionsmittel und diffundiert durch die noch anwesende Luft, die Isolationsschicht (45) und die dreieckigen Öffnungen (51) des Solarabsorber­ blechs (43) zum von der Umgebung gekühlten Gehäuse (47) oder zur transparen­ ten Abdeckung (41). Dort kondensiert das reine Arbeitsmittel unter Wärmeabgabe. Die Isolationsschicht (45) dient der Reduzierung der Wärmeverluste. Die Diffusi­ onswiderstände von dem Luftspalt (42) und der Isolationsschicht (45) sind so aufeinander abgestimmt, daß sich eine gleichmäßige Außentemperatur der Vorrichtung, also eine gleichmäßige Temperatur des Gehäusese (47) und der transparenten Abdeckung (41), einstellt. Die Rückführung des konzentrierten Sorp­ tionsmittels und des Arbeitsmittels erfolgt wie beschrieben in die Speicher (66) und (68). Zusätzlich kann ein in kontinuierlich betriebenen Sorptionsmaschinen üblicher Gegenstromwärmetauscher, auch Temperaturwechsler genannt, zwischen die beiden Sorptionsmittelströme geschaltet werden. Dieser läßt sich direkt in die Vorrichtungen (11) integrieren, so daß kein zusätzliches Bauteil oder eine spezielle Dimensionierung notwendig wird.

Die Sonnenenergie nutzende Vorrichtung stellt so nicht, wie ein gewöhnlicher Sonnenkollektor, thermische Energie mit einem geringen exergetischen Anteil zur Verfügung, sondern gibt den anergetischen Anteil wieder an die Umgebung ab. Die verbliebene Exergie wird in der Trennung des einen Stoffstroms in zwei verschie­ dene gespeichert. Die unterschiedlichen chemischen Potentiale sind mit den unterschiedlichen elektrischen Potentialen einer Stromversorgung durchaus vergleich­ bar.

Die gespeicherte Exergie wird durch die Wiedervereinigung der beiden Stoffströme zu einem einzigen im Vorrichtung (4) genutzt, um Kälte zu erzeugen. Die beiden Stoffströme Arbeitsmittel und Sorptionsmittel gelangen durch die im wesentlichen über den Vergleich von Soll- und Isttemperatur des Kühlraums (1) sowie den Innendruck der kälteerzeugenden Vorrichtungen gesteuerten Absperrventile (70, 73) in die Einlaufbehälter (30, 31) und stehen sich in Höhe der Isolationsschicht (38) in den Pappschichten (32) und (33) gegenüber. Das Arbeitsmittel verdunstet hier in das zumindest in Spuren vorhandene Hilfsgas unter Erzeugung der Kälteleistung. Der Arbeitsmitteldampf diffundiert durch Hilfsgas und Isolationsschicht (38) zur sorptionsmittelgetränkten Pappe (33). Dort wird der Dampf durch Sorption bei erhöhter Temperatur und unter Wärmeabgabe verflüssigt. Im Idealfall ist das Arbeitsmittel am unteren Ende der Saugpappe (32) vollständig verdunstet. Real ist aber immer eine geringe Menge unverdampft zurückzuführen, damit sich Zusätze ohne eigenen Dampfdruck nicht unzulässig anreichern können. Bei dieser Betriebsart können die beiden Auffangbehälter (34, 35) sowie deren Anschlußteile durch einen einzigen ersetzt werden. Alternativ ist ebenso die Rückführung des überschüssigen Arbeitsmittels in den Speicher (68) möglich. Die Verunreinigungen müssen dann überwacht und durch Arbeitsmittelabfluß zum Speicher (61) beseitigt werden.

Die kälteerzeugenden Vorrichtungen müssen beim Einsatz von einem Arbeitsmittel, welches zu einem großen Teil aus Wasser besteht, im Vakuum betrieben werden, damit den gebräuchlichen Sorptionsmaschinen ähnliche Temperaturdifferenzen erzeugt werden können. Hierzu wird die Vakuumsteuerungsvorrichtung in Abb. 8 verwendet. Wird der Betriebsdruck gesenkt, weil der Kältebedarf steigt, pumpt die Vakuumpumpe (91) bei geschlossenem Absperrventil (93) Hilfsgas und Arbeitsmitteldämpfe im wesentlichen aus den Isolationsschichten (38) ab. Der Diffusionswiderstand für den Arbeitsmitteldampf sinkt und die Kälteleistung steigt. Würde das abgepumpte Gas-Dampf-Gemisch an die Außenluft abgegeben, wäre beides verloren. Daher ist der Sorptionsmittelbehälter (94) mit einem guten Sorp­ tionsmittel, z. B. Silicagel, zwischengeschaltet. Bei hohem Druck (Atmosphären­ druck) wird nun Arbeitsmitteldampf und gegebenenfalls auch Hilfsgas sorbiert und so weitgehend zurückgehalten. Wird ein Hilfsgas abweichend von der Luft gewählt, beispielsweise Kohlendioxid aus Gründen der Wärmeleitfähigkeit und der Feu­ erhemmung, ist die Sorption des Hilfgases bei der Wahl des Sorptionsmittels, gegebenenfalls auch des Einsatzes eines zweiten, zu berücksichtigen. Kann die Kälteleistung, beispielsweise während der Nacht, gesenkt werden, wird das Absperrventil (93) geöffnet und atmosphärische über das Absperrventil (95) stark gedrosselt in die kälterezeugenden Vorrichtungen (4) zurückgelassen. Der Druck im Sorptionsbehälter (94) ist nun niedrig, so daß eine weitgehende Desorp­ tion von Arbeitsstoff und gegebenenfalls Hilfsgas bewirkt wird.

Durch diesen Druckunterschied zwischen Beladung und Entladung des Sorp­ tionsmittels im Behälter (94) kann nahezu die gesamte Einsatzstoffmenge zurück­ gewonnen werden. Dies gilt auch bei dem einseitigen Durchfluß von Leckageluft, sofern das bzw. die Sorptionsmittel im Behälter (94) entsprechend selektiv wirken und das Verhältnis Leckageluft zu Pendelluft nicht zu groß wird.

Zur Abtauung der der Innenwand (2) zugewandten Seite der kälterezeugenden Vorrichtungen (4) werden die sonst Sorptionsmittel führenden Pappschichten (33) mit Arbeitsmittel beschickt. Dies geschieht durch Schließen das Ventils (73) und Öffnen des Ventils (85). Nun verdunstet das Arbeitsmittel auf der der warmen Umgebung zugewandten Seite der Vorrichtungen (4) und kondensiert unter Wärmeabgabe an der abzutauenden Seite. Nach Beendigung des Abtauvorgangs werden die Saugpappen (33) wieder mit Sorptionsmittel versorgt. Das Absperrventil (70) kann während des Abtauens und noch eine Weile danach geschlossen bleiben, solange die Schicht (32) über genügend Arbeitsmittel verfügt.

Die Steuerung des Durchflusses von Sorptions- und Arbeitsmittel durch die Vorrich­ tungen ist nur über den Flüssigkeitsstand der Einlaufbehälter (30, 31, 48) möglich. Die Saugpappen (32, 33, 44) müssen daher in dem Bereich, in dem sie als Flüssig­ keitsheber wirken, in ihrer Dicke genau dimensioniert werden. Dies führt in der Regel dazu, daß die Pappe an dieser Stelle mehrlagig ausgeführt wird. Auf diese Mehrlagigkeit kann im Bereich der Isolationsschichten (38, 45) im allgemeinen verzichtet werden. Eine zu dicke Pappschicht würde zu Verlusten durch notwendige Diffusion des Arbeitsmittels von und zu den austauschenden Oberflächen führen. Um ein unkontrolliertes Überlaufen der Einlaufbehälter sicher zu vermeiden, können Überlaufrohre (ÜV) jeweils vom Einlaufbehälter (EV) (30, 31, 48) zu dem dazugehörigen Auffangbehälter (AV) (34, 35, 49) vorgesehen werden.

Als Arbeitsmittel bietet sich Wasser und seine (nicht brennbaren) Gemische mit Kohlenwasserstoffen wie Ethanol, Propanol, Octanol und Aceton oder auch Ammoniak an. Als Hilfsgas in den kälteerzeugenden Vorrichtungen (4) bietet sich Luft an, da ihr Einsatz keine besonderen Vorkehrungen benötigt. Stickstoff hat ähnliche Eigenschaften, wirkt aber feuerhemmend. Kohlendioxid vermindert die Diffusionsgeschwindigkeit der Arbeitsmitteldämpfe etwas, weshalb der Arbeitsdruck der Vorrichtungen etwas geringer ausfallen muß, wirkt aber stärker feuerhemmend und reduziert den Verlustwärmestrom (abhängig von der Isolationsschicht (38)) um etwa ein Viertel. Für Kohlendioxid gibt es darüber hinaus viele Sorptionsmittel, unter anderen auch Aktivkohle, das kein Wasser anlagern kann und so eine Desorption durch das Arbeitsmittel nicht oder, beim Einsatz von Gemischen, nur begrenzt stattfinden kann. Schwere einatomige Gase sind optimal im Vergleich von Diffusions- und Wärmedämmeigenschaften. Die Edelgase sind jedoch teuer und schwer zu absorbieren. Eine Ausnahme bildet das Argon, das zu 1 Prozent in der Luft vorhanden ist. Die Wärmedämmung ist hier allerdings noch nicht so gut wie beim Kohlendioxid.

Als Sorptionsmittel kommen alle dafür vorgeschlagenen Stoffe in Betracht. Lithium­ bromid und Lithiumchlorid sind die bekanntesten, jedoch auch teuren Sorptions­ mittel. In Gemischen mit Kalzium- und Zinkbromiden, -chloriden oder -nitraten können bessere Eigenschaften bei geringeren Preisen erzielt werden. Auch Salze der Ameisensäure und Essigsäure und solche der anderen Alkali- und Erdalkali­ metalle kommen im Gemischen in Betracht. Genauere Bestimmungen der Flüssig- Dampfgleichgewichte und Flüssig-Fest-Gleichgewichte liegen jedoch erst vereinzelt vor. O. A. Pintchuk u. a. geben in ihrem Artikel 'Isledowanije termodinamitscheskich swoistw mnogokomponentnych rastworow dlja absorbzionnych' veröffentlicht in der Zeitschrift 'Cholodilnaja technika', Nr. 6, 1982 thermophysikalische Stoffdatenglei­ chungen zum System Wasser - Lithiumchlorid - Kalziumchlorid - Zinknitrat an. Neben den geringeren Kosten ist bei diesem System, verglichen mit Lithiumbromid - Wasser, ein geringerer Salzmassenanteil für die gleiche Dampfdruckerniedrigung notwendig.

Weiterhin können oberflächenspannungsreduzierende und konservierende Zusätze erforderlich werden.

Einer besonderen Betrachtung bedarf das Sonnennenrgie nutzende Vorrichtung (11). Es ist hier eine Mindestneigung einzuhalten, damit das Arbeitsmittelkondensat von der transparenten Abdeckung (41) nicht abtropft, sondern an der Scheibe entlang herunterfließt. Für Wasser als Arbeitsmittel mit geringen Beimengungen sind bei der Verwendung von Glasscheiben 20° Neigung zur Horizontalen im allgemeinen ausreichend.

Die Benetzung der transparenten Abdeckung (41) durch das flüssige Arbeitsmittel führt zu einem veränderten optischen Verhalten. Bis zu einem Kontaktwinkel der Tropfen auf der Scheibe von 40° ergibt sich praktisch keine Minderung der Trans­ luzens. Bei Verwendung von Glas und Wasser beträgt der Kontaktwinkel fast 0°. Die Kombination Kunststoff - Wasser wird erst mit oberfächenspannungsvermin­ dernden Zusätzen sinnvoll. Alkohole wie Propanol oder Oktanol bieten sich hier an.

Das Kühlhaus kann als ganzes auch ein Wohnhaus mit solarer Heizung darstellen. Die arbeitsmittelführenden Schichten (32) der kälteerzeugenden Vorrichtungen (4) werden dann mit Sorptionsmittel und die sorptionsmittelführenden Schichten (33) mit Arbeitsmittel versorgt. Aus der Kältemaschine wird so eine Wärmepumpe, die den Innenraum (1) mit einem Wärmestrom aus der Umgebung heizt. Ein Abtauen ist dann wahrscheinlich nicht mehr erforderlich, da die sich im Winter bildende Eismasse gering ist - in erster Linie wird der Verlustwärmestrom durch die Vorrich­ tung (4) zurückgepumpt - und dieses auf der großen Fläche wieder verdunstet. Bei einer weitgehend diffusionsdichten Innenwand (2) kann der in den Zwischen­ raum (8) eindringende Wasserdampf über die Undichtigkeiten an den Stößen der Abdichtungsbänder aus EPDM (7) abgeführt werden. Anderenfalls ist hier eine geringe Hinterlüftung nach außen oder gegebenenfalls auch nach innen vorzuse­ hen.

Im Sommer kann bei Bedarf der Kühlhausbetrieb zur Klimatisierung wieder aufge­ nommen werden.

Bei diesen Konzept nachteilig ist sowohl der große Steuerungs- oder Regelungs­ aufwand sowie der doppelte Speicher, da die Gesamtmenge der Einsatzstoffe sowohl im Speicher (61) wie auch in den Speichern (66) und (68) Platz finden muß.

Beispiel 2 zeigt ein sonnenbetriebenes Heizungssystem mit einem verbesserten Speichersystem. Im Sommer wird über die Sonnenenergie nutzenden Vorrichtun­ gen (120) Arbeits- und Sorptionsmittel getrennt und im Speicher (160) aufbewahrt. Im Winter werden die Lösungen zur Hausbeheizung in den Vorrichtungen (105, 121) wieder vereinigt.

Abb. 9 zeigt den Aufbau der Hauswand im horizontalen Schnitt, hier eine Holztafelbauweise. Die eine Seite des Satteldaches ist nach Süden gerichtet. Sie trägt zwei Vorrichtungtypen (120, 121) übereinander und ist in Abb. 10 im Schnitt dargestellt. Abb. 11 zeigt den Aufbau der wärmepumpenden Vorrich­ tungen (105) aus Abb. 9, Abb. 12 den prinzipiellen Aufbau der Sonnen­ energie nutzenden Vorrichtungen (120) und Abb. 13 den der wärmepumpen­ den Vorrichtungen (121), beide Typen aus Zeichnung 10. Der modifizierte Speicher (160) ist in Abb. 14 dargestellt.

Der Wohnraum (100) ist in Abb. 9 von der Umgebung (101) durch Holztafeln getrennt. Die Holztafeln sind selbsttragend und aus den Ständern (102), der Außenverkleidung (103), einer Holzspanplatte mit Kunststoffputz, der Innenverklei­ dung (104), im Schnitt nicht sichtbaren Querträgern und der wärmepumpenden Vorrichtung (105) zusammengesetzt. Um die Winddichtigkeit der Tafeln zu gewähr­ leisten und einen Luftaustausch zwischen Vorder- und Rückseite der Vorrichtungen (105) zu vermeiden, ist die umlaufende Dichtung (106) eingebaut. Die Tafeln untereinander werden durch die üblichen kraftschlüssigen Verbindungselemente gehalten und mittels der Streifen (107) abgedichtet. Der Eckstoß wird durch ein zusätzliches Kantholz (108), den Dichtelementen (107) und der Eckdichtung (109) ermöglicht. Die Sichtverkleidung (110) sorgt für das einheitliche Aussehen.

Der Dachaufbau der Südseite wird im Prinzip durch Abb. 10 gezeigt. Die Tafeln werden durch die Sonnenenergie nutzende Vorrichtung (120), der wärme­ pumpenden Vorrichtung (121), den tragenden Hölzern (122) und der Innenverklei­ dung (123) gebildet. Die wärmepumpenden Vorrichtungen sind in einer umlaufenden Nut mit einer Schlauchdichtung (124) versehen. Diese Schläuche können werkseitig evakuiert und in diesem Zustand eingelegt werden. Die Schlauchdichtungen (125) werden als evakuierte und verschweißte Schläuche auf der Baustelle eingelegt. Die Ausdehnung erfolgt hier durch Anstechen des Hohlprofils. Die wetterbeaufschlagten Vorrichtungen (120) werden über Dichtleisten (126), gestützt von Metallbändern (127) und durch Schrauben (128), angedrückt untereinander abgedichtet. Der Zwischenraum (129) wird nach außen hin hin­ terlüftet.

Des Aufbau der wärmepumpenden Vorrichtung (105) ist in Abb. 11 darge­ stellt. Die Umhüllung (AW) wird von Kunststoffplatten (130) gebildet, die mit einem umlaufenden U-Profil (131) ebenfalls aus Kunststoff verschweißt sind. Die arbeitsmittelführende Schicht (AS) (132) liegt der sorptionsmittelführenden Schicht (AS) (133) gegenüber. Getrennt sind beide durch die druckbeständige Isolations­ schicht (IS) (134). Die Einlaufprofile (EV) (135) bestehen aus Strangpressprofilen oder abgekanteten Blechen. Sie werden über nicht dargestellte Zuleitungen versorgt, die unten ihre Installationsanschlüsse aufweisen und im Inneren der Vorrichtung nach oben führen. Die Auffangbehälter (AV) (136) nehmen die Flüssigkeiten wieder auf und geben sie an nicht dargestellte Entnahmeleitungen, die ebenfalls ihre Installationsanschlüsse unten an der Vorrichtung aufweisen, ab.

Abb. 12 zeigt die Sonnenenergie nutzende Vorrichtung (120). Von der Umgebung abgeschlossen wird sie durch das Gehäuse (AW) (140) und die transparente Abdeckung (TW) (141). Der Solarabsorber (Ab, AS) (142) besteht aus einer wasserfest gebundenen und schwarz eingefärbten Pappe. Rückseitig wird sie von einer Holzwolleleichtbauplatte (143), die an der Berührungsseite mit einem in der Bautechnik üblichen Silikon hydrophobiert wurde. Der Luftspalt (144) wird durch eine entsprechende Befestigung der Holzwolleleichtbauplatte erhalten. Die transparente Abdeckung (141) wird von einer weiteren, einem transparenten Strahlungsschild (TS), (145) unterstützt, die oben und unten einen Luftspalt zum Gehäuse (140) läßt. Zu der transparenten Abdeckung (141) und zum Solarabsor­ ber (142) bleiben die Luftschichten (Sp) (150) und (151). Die Einlaufvorrichtung (EV) (146) besteht aus einem mit feinen Löchern versehenen Rohr oder Schlauch, so daß die gepumpte Lösung den Solarabsorber (142) mittels kleiner Freistrahlen erreicht. Die Auffangvorrichtung (AV) (147) besteht aus einem offenen Hohlprofil das an seinen Enden geschlossen ist und über eine nicht dargestellte Abflußleitung verfügt. Eine weitere nicht dargestellte Abflußleitung entnimmt das flüssige Arbeitsmittel an der tiefsten Stelle (148) des Gehäuses (140). An einer hohen Stelle (149) im Gehäuse sind ein oder mehrere kleine Löcher angebracht, über die ein Druckausgleich mit der Atmosphäre stattfinden kann. Alternativ ist ein integrierter Sorptionsmittelbehälter (Sb) in der unteren Ecke des Gehäuses möglich, der mit den aus- und eintretenden Gasen durchströmt wird. Er hält so einen Teil der Arbeitsmitteldämpfe fest und gibt sie beim Erkalten des Vorrichtungs an die einströmende Luft wieder an.

Abb. 13 zeigt die wärmepumpende Vorrichtung (121). Sie weist nur geringe Abweichungen zum Element (105) auf. Die äußere Kunststofform besitzt ein ande­ res Umlaufprofil (152), welches die Dichtungsrinne (153) aufweist. Alles weitere wurde beibehalten. Die Kennzeichnung ist mit der aus Abb. 11 identisch.

Abb. 14 zeigt den Einraumspeicher (160). Er kann aus Kunststoff, Metall oder mineralischen, mit einer Abdichtschicht versehenen Baustoffen bestehen. Vergra­ ben im Erdreich des eventuell kellerlosen Hauses bietet sich eine Konstruktion aus Betonringen für den Brunnenbau an. Die Deckschicht (161) nimmt alle Leitun­ gen (163, 164, 165, 166) auf. Sie kann geschlossen ausgeführt sein und einen gärröhrchenähnlichen Aufsatz (162) tragen, der den Innendruck des Speichers in der Nähe des Atmosphärendrucks hält. Ein loser Deckel, der jedoch größeren Luft­ austausch verhindern muß, ist ebenso möglich.

Im Speicher befinden sich Arbeitsmittel und Sorptionsmittel und deren Mischungen in Schichten übereinander. Je nach Ladungszustand befindet sich oben eine leichtere Arbeitsmittelschicht und unten eine dicke Sorptionsmittelschicht oder eine im Extremfall über den ganzen Speicher ausgebildete Mischschicht. Das Rohr (163) taucht in die Arbeitsmittelschicht, das Rohr (164) endet dort, wo sich im ge­ ladenen Zustand die Grenzschicht zwischen Sorptions- und Arbeitsmittel befindet, das Rohr (165) endet etwa im unteren Drittelpunkt und Rohr (166) endet in der Nähe des Speicherbodens. Das Sichtrohr (167) ist an mehreren Punkten durch Anschlußstutzen (169) mit dem Speicher verbunden. In ihm befinden sich Schwimmkörper (168) unterschiedlicher Dichte, deren Lage Auskunft über den Ladungszustand des Speichers geben. Alternativ dazu ist die elektronische Meßda­ tenerfassung möglich. Dichte oder elektrische Leitfähigkeit können dann gemessen werden.

Die Anlage arbeitet wie folgt: Insbesondere während der Sommerzeit wird der Speicher (160) geladen. Lösung wird aus dem Rohr (164) entnommen und mittels einer nicht dargestellten Pumpe über einen ebenfalls nicht dargestellten Gegen­ stromwärmetauscher vorgewärmt den Einlaufvorrichtungen (146) der Sonnenener­ gie nutzenden Vorrichtungen (120) zugeführt. Während sie den Solarabsorber hinunterfließt, verdunstet aufgrund der solaren Einstrahlung und der Umwandlung in thermische Energie durch den schwarzen Farbstoff ein Teil des Arbeitsmittels. Durch die Isolationsschicht (143) gelangt der Arbeitsmitteldampf durch Diffusion. Auf der Vorderseite des Solarabsorbers (142) bildet sich eine freie Konvektion in Pfeilrichtung um die zweite transparente Abdeckung (145) aus. Sie übernimmt einen großen Teil des Arbeitsmitteltransportes zur äußeren Abdeckung (141). An dieser sowie am Gehäuse (140) kondensiert das Arbeitsmittel und gelangt zur tief­ sten Stelle (148), von der aus es eventuell über den nicht dargestellten Gegen­ stromwärmetauscher zum Speicher (160) zurückfließt. Über Rohr (163) wird es der Arbeitsmittelschicht zugeführt.

Das an Arbeitsmittel verarmte Sorptionsmittel wird in der Auffangvorrichtung (147) gesammelt und über den nicht dargestellten Gegenstomwärmetauscher abgekühlt dem Rohr (165) zugeführt. Im Speicher (160) sinkt oder steigt die Sorptionslösung noch entsprechend ihrer Dichte bzw. ihres Arbeitsmittelgehaltes und verweilt dann in stabieler Schichtung.

Während des Sommers wird so der größte Teil des Arbeitsmittels vom Sorptions­ mittel getrennt. Die Schichtung verbleibt stabil, da die Diffusionsgeschwindigkeit konzentrierter Salzlösungen in Wasser extrem langsam ist. In Latentwärmespei­ chern errechnen sich häufig Höhen in der Größenordnung eines Millimeters, wenn auftretende Entmischungen durch Diffusion rückgängig gemacht werden sollen. ist der Speicher vollständig geladen, ist eine thermische Ladung kurz vor der Heiz­ periode möglich. Dann wird konzentriertes Sorptionsmittel aus Rohr (166) mit hoher Durchflußrate über den Solarabsorber (142) geleitet. Das so erwärmte Sorptions­ mittel wird über Rohr (165) zurückgeführt und erwärmt den Speicher. Die vermin­ derte Dichte des warmen Sorptionsmittels führt zu einer gewissen Konvektion im Speicher, die zur Wärmeverteilung beiträgt. Ein Eindringen der Sorptionslösung in die Arbeitsmittelschicht ist jedoch nicht möglich.

Alternativ zur getrennten chemischen und thermischen Beladung sind diese gleich­ zeitig möglich, indem der nicht dargestellte Gegenstromwärmetauscher kleiner dimensioniert oder auf ihn ganz verzichtet wird.

Zu Beginn der Heizperiode kann bei entsprechend warmen Speicher dieser in einem ersten Schritt abgekühlt werden, indem ausschließlich eine Phase, beispielsweise die über Rohr (164) erreichbare, durch die sorptionsmittelführenden Schichten (133) gepumpt wird. Sie gibt dabei ihre thermische Energie an das Gebäudeinnere (100) ab. Zum regulären Heizbetrieb werden die Innenräume, d. h. die Isolationsschichten (134) der wärmepumpenden Vorrichtungen (105, 121) eva­ kuiert. Dann wird über Rohr (163) das Arbeitsmittel und über Rohr (166) das Sorp­ tionsmittel entnommen. Über zwei nicht dargestellte Ventile und Leitungen gelan­ gen die Lösungen in die Einlaufvorrichtungen (135) der Vorrichtungen (105) und (121). In den Vorrichtungen befindet sich das Arbeitsmittel an der der Umgebung zugewandten Seite in der Schicht (132) und verdunstet dort unter Wärmeentzug. Nach Durchdringung der Isolationsschichten (134) wird der Arbeitsmitteldampf vom Sorptionsmittel in den Schichten (133) wieder unter Wärmeabgabe an das Gebäu­ deinnere (100) verflüssigt. Die Lösungen in den Auffangbehältern werden über zwei nicht dargestellte Pumpen und Leitungen dem Speicher (160) wieder zuge­ führt. Das nicht verbrauchte Arbeitsmittel wird über Leitung (164) zurückgeführt, während das verdünnte Sorptionsmittel über Rohr (165) zurückfließt. Beide Lösun­ gen ändern daraufhin ihre Höhenlage aufgrund ihrer Dichte.

Die Evakuation kann nach Bedarf wiederholt oder mittels der Lösungsrückfüh­ rungspumpen für die Lösungen aus den wärmepumpenden Vorrichtungen (105, 121), die als Kolbenpumpen auch Luft pumpen können, kontinuierlich durch­ geführt werden. Zumindest die Rohre (164, 165), in denen dann ein Luft-Lösungs­ gemisch zum Speicher (160) transportiert wird, müssen mit großem Innendurch­ messer und kleinen Löchern in ihren Wandungen auf der Länge im Speicher aus­ geführt werden, so daß die Luft oberhalb des Speicherflüssigkeitsstandes entwei­ chen kann. Für die Lösungseinbringung kann diese Konstruktion auch vorteilhaft sein, da nun die Lösungen im Bereich ihrer Dichte direkt austreten können.

Die Wahl des Arbeitsmittels fällt auf Wasser mit allenfalls geringen Zumengungen, da Arbeitsmitteldämpfe besonders durch die Sonnenenergie nutzenden Vorrich­ tunge in größeren Mengen an die Umgebung abgegeben werden. Geringe Bei­ mengungen beispielsweise zur Reduzierung der Oberflächenspannung oder zur Erniedrigung des Gefrierpunktes sind möglich. Octylalkohol oder andere Stoffe mit geringerem Dampfdruck bieten sich hier an.

Als Sorptionsmittel kommen insbesondere Salzgemische in Betracht. Schnell diffundierende Zusätze, die ohne nennenswerten eigenen Dampfdruck die Arbeitsmittelschicht im Speicher erreichen können, sind optimal, um die Eigen­ schaften des Wassers zu ändern.

Ein großer Vorteil dieses Systems ist die Effizienz des Speichers. Gegenüber einem Wasserspeicher mit einer Arbeitstemperaturdifferenz von 50 K liegt die Speicherdichte auf die Masse bezogen etwa um den Faktor 3 höher. Auf das Speichervolumen bezogen erhöht sich dieser Faktor auf 4 bis 5. Die thermische Isolation entfällt und Verluste während der Speicherung treten praktisch nicht auf. Eine Speicherung vom Sommer in den Winter wird somit technisch sinnvoll. Der Speicher ist völlig reversibel, da der Entmischungszustand im Gegensatz zu einem Latentwärmespeicher mit Salzhydraten erwünscht ist. Wird die thermische Speicherkapazität ebenfalls für die Übergangszeit genutzt, erhöht sich die volume­ trische Speicherfähigkeit auf den Faktor 5 bis 6.

Die Regelung der Anlage ist stark vereinfacht. Lediglich müssen die Förderpumpe zum Betrieb der Sonnenenergie nutzenden Vorrichtungen (120) bei entsprechen­ dem Strahlungsangebot sowie die Ventile und Pumpen für die wärmepumpenden Vorrichtungen bei Heizungsbedarf betätigt werden. Der Durchfluß ist für alte Vorrichtungen weitgehend unkritisch. In den Sonnenenergie nutzenden Vorrichtungen kommt es bei Übertemperaturen zur Auskristallisation von im allge­ meinen weißen Salzen, die den Wirkungsgrad des Solarabsorbers (142) drastisch reduzieren und so die Leerlauftemperatur auf einen Bereich um 130°C begrenzen. Der übermäßige Durchfluß durch die wärmepumpenden Vorrichtungen führt zu keiner wesentlich erhöhten Speicherentladung.

Vorteilhaft ist jedoch eine zusätzliche Steuerung, die eine der Außentemperatur angepaßte Entnahme des Sorptionsmittels ermöglicht. Bei mäßigen Außen­ temperaturen wird dann, beispielsweise durch Höhenverstellung des Ansaugrohrs (166), eine nur mäßig konzentrierte Sorptionslösung verwendet, die bei sinkender Umgebungstemperatur entsprechend konzentrierter wird. So kann der exergetische Speicherinhalt optimal genutzt werden.

Eine in vielen Fällen sinnvolle Zusatzheizung kann so betrieben werden, daß ein großer Teil der Kesselwärme bei erhöhter Temperatur entnommen wird und zunächt mittels Einfach- oder Mehrfachdestillation zur Speicherladung verwendet wird, bevor mit der Kondensatwärme das Haus beispielsweise mit ausschließlich umlaufender heißer Sorptionslösung beheizt wird. In einem zweiten Schritt wird der Speicher wieder entladen, so daß insgesamt ein Betrieb einer thermischen Wärmepumpe mit Leistungszahlen von über 2 möglich ist. Diese hohe Leistungs­ zahl wird vor allem durch die wärmepumpenden Vorrichtungen ermöglicht, die weit­ gehend ohne die sonst bei Wärmepumpen üblichen treibenden Temperatur­ differenzen zum Betrieb der Wärmetauscher und des Absorbers auskommen.

Aufwendig ist noch der Aufbau des Süddaches, da hier jeweils zwei Vorrichtungen (120, 121) übereinanderliegen. Der Luftspalt (129) dient im wesentlichen zur Wärmeabfuhr von den Sonnenenergie nutzenden Vorrichtungen (120). Da sein Beitrag gering ist und im günstigsten Fall ohne Wärmetauscherrippen 30 Prozent nicht übersteigen wird, kann auf ihn ganz verzichtet werden. Jeweils zwei Vorrich­ tungen sind dann durch eine zu ersetzen. Im folgenden Beispiel 3 wird dieser Elementtyp an den in den neuen Bundesländern üblichen Betonplattenbauten eingesetzt. Im Zuge der notwendigen Betonsanierung und der Notwendigkeit einer Gebäudeisolation läßt sich hier eine vergleichsweise teure Vorhangfassade recht­ fertigen, da sie den Beton vor Umwelteinflüssen, insbesondere vor Regen schützt und die Vorrichtungen eine Isolation bereits beinhalten.

Abb. 15 zeigt den Elementaufbau. Das Gehäuse (AW) (170) und die transpa­ rente Abdeckung (TW) (171) schließen die Vorrichtung ab. Im linken Teil befindet sich im Anschluß an die transparente Abdeckung die transparente Isolation (TI) (173) mit einem kleinen dazwischenliegenden Luftspalt (Sp) (172). Es folgt nach einem weiteren Luftspalt (Sp) (174) der aus schwarz oder selektiv beschichtetem Streckmetall bestehende Solarabsorber (Ab, AS) (175). Durch ihn fließt je nach Betriebszustand verdünntes Sorptionsmittel. Es gelangt über die darüberliegende Einlaufvorrichtung (EV) (176) hinein und wird über die tiefer liegende Auffangvor­ richtung (AV) (177) abgeführt. Flüssiges Arbeitsmittel wird an der tiefsten Stelle (186) gesammelt.

Dieser Teil der Vorrichtung wird vom rechten Teil durch die Zwischenwand (178) luftdicht getrennt.

Der rechte Teil besteht aus den sorptions- oder arbeitsmittelführenden Schichten (AS) (179) und (180) mit der dazwischenliegenden druckfesten Isolationsschicht (IS) (181). Die Einlaufvorrichtungen (EV) (182) und (183) ermöglichen die Zufuhr von Sorptions- und Arbeitsmittel. Abgeführt wird dieses durch die Auffangvorrich­ tungen (AV) (184) und (185).

Solarabsorber (175), Zwischenwand (178) und Schicht (179) sind als Detail in Abb. 16 dargestellt. Die Schichten (175, 179) sind aus Streckmetall gefertigt und so gelegt, daß die schrägen Blechteile die Lösungen immer zur Zwischenwand (178) führen. Die herabfließenden Lösungen stauen sich so gemäß der Abbildung und laufen über die schrägen Blechelemente weiter nach unten. Der Solarabsorber (175) sowie die ihm zugewandte Seite der Zwischenwand (178) sind schwarz oder selektiv beschichtet. Die Verbindung untereinander kann durch Punktschweißun­ gen in größeren Abständen erfolgen. Alternativ zur Fertigung aus Blechen können auch entsprechend geformte Kunststoffteile zum Einsatz kommen. Die Wärmeüber­ tragung ist aufgrund der großen Fläche und der gewählten Geometrie in jedem Falle hinreichend.

Die Montage der Vorrichtungen geht aus Abb. 17 hervor. Die dargestellten Vorrichtungen (190) bedecken die Südfassade (191). An der Vorrichtung befestigte Füße (192) halten einen Abstand zur Wand (191), so daß ein Luftspalt (193) zur Hinterlüftung frei bleibt. Gehalten werden die Elemente über die Schrauben (194), die Spannbleche (195) und die Dichtleisten (196). Die Anschlußrohre, über die die Ein- und Auslaufvorrichtungen (176, 177, 182, 183, 184, 185) versorgt werden, befinden sich auf der dem Luftspalt (193) zugewandten Seite. In diesem werden auch die Verbindungsleitungen verlegt.

Die Anlage kann wie folgt betrieben werden: Bei hinreichender Sonneneinstrahlung wird der linke Teil der Vorrichtung (190) zur Trennung von Sorptions- und Arbeitsmittel genutzt, indem das Gemisch duch den Solarabsorber (175) fließt. Das Arbeitsmittel verdunstet und diffundiert durch die transparente Isolation (173) zur transparenten Abdeckung (171). Dort kondensiert der Dampf unter Wärmeabgabe und fließt zum tiefsten Punkt (186) des Gehäuses. Von dort wird das Arbeitsmittel und aus Auffangvorrichtung (177) das Sorptionsmittel entnommen. Der Druckaus­ gleich zur Aufrechterhaltung des Atmosphärendrucks kann über kleine Undichtig­ keiten, beispielsweise einem Stoß in dem nicht dargestellten Dichtstreifen zwischen der transparenten Abdeckung (171) und dem Gehäuse (170) an der Stelle (187) erfolgen. Verflüssigtes Arbeitsmittel kann hier nicht austreten. Eine gewisse Menge Regenwasser kann jedoch eintreten, das im günstigsten Fall die dampfförmigen Verluste an Arbeitsmittel ausgleicht.

Besteht bei Sonneneinstrahlung auch ein Heizungsbedarf, kann der rechte Teil der Vorrichtung thermisch leitend gemacht werden, indem der Innenraum, d. h. im wesentlichen die Isolationsschicht (181) evakuiert und die Schicht (179) mit Arbeitsmittel versorgt wird. Dieses verdunstet und kondensiert unter Wärmeabgabe bei nahezu gleicher Temperatur in Schicht (180). Der Wärmestrom des Solarab­ sorbers (175) wird auf diese Weise durch die Isolation (181) zur Hauswand (191) gebracht.

Ist der Heizbedarf nur gering, kann der linke Teil der Vorrichtung wie beschrieben weiter zur Trennung von Sorptions- und Arbeitsmittel genutzt werden. Sinkt der Heizbedarf noch weiter, wenn beispielsweise die Außenwand (191) gegen Mittag ihre Solltemperatur fast erreicht hat, kann auch der rechte Teil des Vorrich­ tungs zur Trennung verwendet werden. Lösungsgemisch befindet sich dann in Schicht (179). Hier verdunstet Arbeitsmittel, welches in Schicht (180) wieder kondensiert wird.

Besteht ein Heizungsbedarf bei unzureichender Solarstrahlung, wird der rechte Teil des Vorrichtungs als Wärmepumpe genutzt. Arbeitsmittel befindet sich nun in Schicht (179) und verdunstet dort bei niedriger Temperatur. Sorptionsmittel befin­ det sich in Schicht (180) und nimmt die Arbeitsmitteldämpfe bei erhöhter Tempera­ tur wieder auf. Über Nacht bietet sich ein Betrieb an, der nur den Verlustwär­ mestrom durch die Isolationsschicht (181) ausgleicht, so daß kein Wärmestrom von außen über die transparente Isolation (173) zugeführt werden muß. Die dadurch bedingte Nachttemperaturabsenkung kann dann am Tage wieder ausgeglichen werden, wenn die vom Solarabsorber (175) eingefangene Energie ganz oder teilweise mitgepumpt wird.

Bei extrem heißer und sonniger Witterung kann der rechte Fall der Vorrichtung als Kältemaschine betrieben werden und der Solarabsorber (175) durch einmalige Zufuhr von Sorptionsmittel und damit verbundene Salzkristallbildung weitgehend deaktiviert werden. Eine Verdunstung von Arbeitsmittel im Solarabsorber und die Kondensation bei nur etwas niedrigerer Temperatur an der transparenten Abdeckung (171) wäre alternativ möglich.

Andere Fassaden können zusätzlich mit wärmepumpenden Vorrichtungen verse­ hen werden.

Bei der Dimensionierung der beschriebenen Anlage fällt auf, daß die senkrechte Südfassade in unseren Breiten im Sommer weniger Strahlung als in den Über­ gangszeiten abbekommt. Ein großer Teil der eingefangenen Sonnenenergie kann daher direkt für die Gebäudeheizung benutzt werden. Der Speicher fällt somit im Verhältnis wesentlich kleiner aus als im vorhergehenden Beispiel. Die solare Wärmeversorgung kann aber auch nur einen Teil des Gesamtbedarfs decken. Sollte das Haus an eine Fernwärmeschiene angeschlossen sein, kann diese Wärme wie im vorhergehenden Beispiel zunächt zur Trennung von Arbeits- und Sorptionsmittel genutzt werden. Die Abwärme, d. h. die Kondensatwärme des Arbeitsmittels, wird dann mittels Lösungsumlauf über die Schichten (180) zur Hausheizung benutzt. Durch die Großflächigkeit der Beheizung ist Niedertempera­ turwärme ausreichend. Die Wärmeverluste über die Isolationsschichten (181) können dadurch minimiert werden, daß entweder eine konzentrierte Sorptionsmittellösung eingesetzt wird oder die Isolationsschichten (181) wieder Hilfsgas mit einem Gesamtdruck in der Nähe des Atmosphärendrucks enthalten. Die Ladung des Speichers sowie die direkte Hausbeheizung kann zu Schwachlast­ zeiten im Fernwärmenetz erfolgen, so daß sich dieses besser auslasten läßt.

Besondere Aufmerksamkeit ist der transparenten Isolation (173) zu schenken. Aerogele, transparente kugelförmige Körper, weisen einen Diffusionswiderstand von 3 und mehr auf. Besser sind Wabenstrukturen. Diese werden aus Kunststoffen gefertigt und halten Temperaturen von maximal 120°C stand. Die Dicke der Isolationsschicht (173) ist daher so zu dimensionieren, daß, in gewählter Kollektor­ ausrichtung, diese Temperatur nicht überschritten wird. Besteht die Schicht (173) aus dünnen Glasöhrchen, entfällt diese Problematik.

Der Solarabsorber (175) kann in der gewählten Konstruktion nur teilweise mit Salzkristallen bedeckt werden. Ist hier eine Verbesserung gewünscht, kann ein wasserfest gebundenes Papier oder eine hydrophile (schwarze) Beschichtung der Zwischenwand (178) gewählt werden.

Denkbar ist auch der ausschließliche Einsatz der linken Vorrichtungteile auf der Südfassade, die je nach gewünschter Funktion durch Salzauskristallisation auf dem Solarabsorber (175) stillgelegt werden, bei der Trennung von Sorptions- und Arbeitsmittel die Hauswand mäßig oder bei schwarzem (gespültem) Solarabsor­ ber (175), wie ein gekanntes TWD-Element, die Hauswand maximal heizen.

Eine weitere Anwendungsmöglichkeit ist die im folgenden Beispiel 4 dargestellten Prozeßwärmeerzeugung in der Industrie. Bierdosen werden beispielsweise nach ihrer Füllung erhitzt und anschließend geschlossen. Im erkalteten Zustand können sie verpackt werden.

Abb. 18 zeigt den Aufbau der thermischen Prozeßanlage als Ansicht, Abb. 19 zeigt einen Schnitt und Abb. 20 den Aufbau der Vorrichtung. Die Bierdosen (201 ) werden auf dem Transportband (202) langsam vorwärtsbewegt, wobei sie erhitzt werden. Am Ende des Bandes haben sie ihre Endtemperatur erreicht und werden von der angedeuteten Vorrichtung (203) verschlossen und auf das Transportband (204) umgesetzt. Die noch heißen Dosen werden im 'Gegenstrom' zu den ankommendem Dosen weggeführt und dabei gekühlt. Zwischen beiden Dosenströmen ist das dreistufige Vorrichtung (205) plaziert. Der Wärmeübergang wird unter Verzicht auf ein Wasserbad mittels der im Wärmestrah­ lungsbereich schwarz beschichteten Rippen (206, 207) ermöglicht. Während der obere Dosenstrom durch den Wärmestrahlungsreflektor (208) und die Isolation (209) von der Umgebung thermisch getrennt ist, sind die Rippen des unteren Dosenstroms (207) freiliegend. Das Vorrichtung (205) liegt mit geringer Neigung in der Anlage, wie in Abb. 20 ersichtlich. So wird der Flüssigkeitsstrom von oben nach unten ermöglicht. Die Vorrichtung teilt sich in drei einzelne Elemente (211a, 211b, 211c) auf. Jedes Element enthält eine sorptionsmittelführende Schicht (AS) (212a, 212b, 212c) und eine arbeitsmittelführende Schicht (AS) (213a, 213b, 213c). Dazwischen liegen die Isolationsschichten (IS) (214a, 214b, 214c). Einlauf- und Auffangvorrichtungen (EV, AV) für die Flüssigkeiten sind nicht dargestellt.

Die Anlage arbeitet wie folgt: Die dreistufige Vorrichtung (205) wird durch Zufuhr von Arbeitsmittel, beispielsweise Wasser, und Sorptionsmittel, beispielsweise Lithiumbromid, in Betrieb genommen. Die Temperatur der Rippen (207) sinkt unter Umgebungstemperatur. Der aufgenommene Wärmestrom bewirkt die Verdunstung des Arbeitsmittels in der Schicht (213a). Von dort gelangt es mittels Diffusion durch die Isolation (214a) und wird vom Sorptionsmittel in Schicht (212a) unter Wärme­ abgabe bei erhöhter Temperatur wieder abgegeben. Dieser Wärmestrom wird an die nächste Vorrichtung weitergegeben und gelangt von dort in die dritte. Diese wiederum gibt den Wärmestrom bei stark erhöhter Temperatur über die Rip­ pen (206) wieder ab. Ist der Kanal für die ankommenden Dosen warm genug, wird das Band (202) in Bewegung gesetzt und die ersten Dosen werden aufgeheizt. Wenn die ersten Dosen durch die Vorrichtung (203) geschlossen und umgesetzt das Band (204) durchlaufen, geben sie dort einen großen Teil ihrer thermischen Energie wieder an die Rippen (207) ab. Da hier der Wärmeübergang durch Strah­ lung verhältnismäßig gering ist und der durch freie Konvektion nicht ausreicht, wird auf einen Teil der möglichen Wärmerückgewinnung verzichtet und dieser über die Außenseite der Rippen (207) aus der Umgebung entnommen. Der Wärmeübergang kann zudem noch mit einem Lüfter und anderer Formgestaltung verbessert werden.

Durch die entgegengesetzten Dosenströme stellt sich ein Temperaturprofil ein. Die linke Seite des dreifachen Vorrichtungs (205) in Abb. 18 arbeitet daher auf einem niedrigeren Temperaturniveau als die rechte Seite. Der Wärmestrom im Vorrichtung von rechts nach links ist vernachlässigbar gering, da der Diffusionsweg für das Arbeitsmittel unverhältnismäßig lang ist.

Dimensioniert werden können die Vorrichtungen mit jeweils 2 cm dicker Isolations­ schicht. Die Dicke der füssigkeitstransportierenden Schichten kann zwischen 1 und 2 mm liegen. Die obere Vorrichtung soll einen Wärmestrom von 2 kW/m² bei einer Temperatur von 130°C, gemessen an der rechten Seite in Abb. 18, freisetzen. Beim Einsatz von 60prozentiger Lithiumbromidlösung kann der Wärmestrom bei 90°C aufgenommen werden. Die Vorrichtung wird bei Umgebungsdruck betrieben werden, so daß hier eine kleine Verbindung zur Atmosphäre freigehalten werden sollte. Das darunterliegende Element kann mit selbiger Sorptionslösung bei Atmosphärendruck den Wärmestrom bei 70°C aufnehmen. Hier sind die Diffusions­ verluste so hoch, daß der Betrieb bei Unterdruck zu wählen ist. Bei 0,14 bar wird derselbe Wärmestrom bereits bei 50°C aufgenommen. Das untere Element kann dann bei 0,02 bar betrieben werden und nimmt seinerseits den Wärmestrom bei 15°C den Rippen (207) ab.

Die oberste Vorrichtung zeigt bei dieser Dimensionierung noch hohe Diffusionsver­ luste. Alternativ zu einem Betrieb im Unterdruck kann hier die Isolationsstärke von 2 cm auf 5 mm reduziert werden. Die Endtemperatur steigt dann auf 140°C an, während der Verlustwärmestrom durch die Isolation mit 390 W/m² noch in vertret­ baren Grenzen liegt.

Eine weitere Anwendung der thermisch aktiven Vorrichtung im kontinuierlichen Betrieb liegt in der Möglichkeit, Plattenwärmetauscher aufzubauen, die gegen die sonst treibende Temperaturdifferenz arbeiten können. Wärmetauscher dieser Art können zur Wärmerückgewinnung bei Klima- oder Lüftungsanlagen wie auch allgemein zur Warmluft- oder Prozeßwärmegewinnung genutzt werden. Das folgende Beispiel 5 zeigt die Details.

Abb. 21 zeigt einen Warmlufterzeuger, wie er beispielsweise zur Heu- oder Getreidetrocknung eingesetzt werden kann. Das Radialgebläse (301) saugt Außen­ luft an und drückt diese durch zwei in der Form von Kreuzstromwärmetauschern angeordneten Vorrichtungszusammensetzungen (302, 303) und den Heißluftkanal (304) entsprechend der ausgezogenen Pfeile. Nach der Durchströmung des Trockengutes gelangt die Luft feucht und abgekühlt durch den Rückstromkanal (305) zurück durch die mit Vorrichtungen aufgebauten Kreuzstromwärmetauscher (303,302) und verläßt die Anlage durch den Ausströmkanal (306). Abb. 22 zeigt den Aufbau der Wärmetauscher (302, 303) in einem vertikalen Schnitt. Zwischen den isolierenden Außenwänden (310) befinden sich dünne Vorrichtungen mit folgendem Aufbau: Arbeitsmittelführende Schicht (AS) (311) (mit --Zeichen schraffiert), Isolationsschicht (IS) (312) (mit Wabenmuster schraffiert) und sorptionsmittelführende Schicht (AS) (313) (mit +-Zeichen schraffiert). Die Vorrichtungen sind so angeordnet, daß sich jeweils zwei sorptionsmittelführende Schichten (313) oder zwei arbeitsmittelführende Schichten (311) an einem Spalt (314, 316) gegenüberliegen. Die Spalten (314), an denen zwei arbeitsmittelführende Schichten (311) angrenzen, sind beim Wärmetauscher (302) in Abb. 21 am oberen linken und unteren rechten Rand geschlossen, so daß die feuchte Luft nur in der Richtung der gestrichelten Pfeile durchströmen kann. Dies gilt auch für die beiden äußeren Spalte (315), die an die Außenwände (310) angrenzen. Die Spalte (316) für die zu erwärmende Luft befinden sich zwischen den sorptionsmittelführen­ den Schichten (313). Sie sind in Abb. 21 oben rechts und unten links geschlossen, so daß sich für beide Luftströme ein Kreuzstrom ergibt.

Die Anlage arbeitet wie folgt: Während die Vorrichtungen mit Kälte- und Sorptions­ mittel beschickt werden, erzeugen sie von der kalten Schicht (311) zur warmen Schicht (313) Temperaturdifferenzen zwischen 10 und 50 K. Die vom Gebläse (301) eingebrachte Luft wird so mit dem Wärmestrom aus der Abluft aufgeheizt. Um einen möglichst reversiblen Betrieb zu ermöglichen, wird durch die Hinter­ einanderschaltung mehrerer Kreuzstromwärmetauscher, in diesem Beispiel zwei (302, 303), der Zustand eines Gegenstromwärmetauschers angenähert.

Der heiße Luftstrom verläßt die Anlage durch Kanal (304) und nimmt aufgrund seiner geringen relativen Feuchte Wasser aus dem Trockengut auf. Die kältere und feuchte Luft wird dann über Kanal (305) zurückgeführt und über die Kreuzstrom­ wärmetauscher (303, 302) abgekühlt. Anfallendes Kondensat sammelt sich in den unteren Ecken der Kreuzstromwärmetauscher (303, 302) und wird dort über kleine, nicht dargestellte Löcher oder U-Rohre abgeführt. Die gekühlte, feuchte Luft wird dann über den Ausströmkanal (306)an die Umgebung abgegeben. Sie könnte auch dem Gebläse (301) erneut zugeführt werden. Dann wird jedoch eine unter der Sättigungsgrenze liegende Luftfeuchtigkeit der Umgebung nicht genutzt.

Die Konstruktion der Vorrichtungen kann sehr dünn erfolgen. Wird als Einsatz­ zweck die Heutrocknung angesehen, wird die Anlage im allgemeinen nur wenige Tage im Jahr betrieben. Die Investitionskosten sind dann ausschlaggebend. Die Umhüllung der Vorrichtunge kann aus Kunststoffolie, beispielsweise stabilisierte PE- oder PP-Folie, bestehen. Die Isolationsschicht kann aus ca. 2 cm dickem Recyclingkunststoffgrobfilz gefertigt werden. Für die Verteilung des Arbeits- und Sorptionsmittels können an den beiden oberen Kanten der Vorrichtungen Kunststoffschläuche (EV) mit kleinen Löchern verlegt werden, die die Flüssigkeiten ähnlich bekannter Schlauchbewässerungsanlagen auf die Schichten (311) und (313) verteilen. Die Anzahl der kleinen Auslaßlöcher wird der Strecke, die die Flüssigkeit in den Schichten (311, 313) zurücklegt, angepaßt. Aufgefangen werden die Flüssigkeiten in Kunststoffhohlprofilen (AV), die das letzte Stück der Schichten (311) und (313) aufnehmen können. Die flüssigkeitsführenden Schichten (311, 313) werden aus steckmetallähnlichen Kunststoffplatten gebildet, die die Flüssigkeiten jeweils nach außen führen. Als Vakuumpumpe kann im Extremfall eine Wasser­ strahlpumpe eingesetzt werden.

Nach Beendigung der Heutrocknung wird die Anlage außer Betrieb genommen, indem die Vorrichtungen mit wieder entspannter und daher trockener Kompressor­ luft durchströmt werden. Der trockene Kunststoff ist dann lagerfähig.

Wird für die flüssigkeitsführenden Schichten (311, 313) ein wasserfest gebundenes Papier benutzt, wird die arbeitsmittelführende Schicht (311) zur Stillegung mit dem salzhaltigen Sorptionsmittel getränkt. Der hohe Salzgehalt wirkt dann konservie­ rend.

Dieses System zur Heutrocknung bietet sich dann an, wenn, beispielsweise zur Hausheizung, eine Trennvorrichtung für das arbeitsmittelbeladene Sorptionsmittel mit Speicher bereits besteht.

Wärmetauscher dieser Art können auch so betrieben werden, daß ein warmer Abluft- oder Abdampfstrom genutzt wird, indem sein Wärmestrom über thermisch aktive Vorrichtungen an beispielsweise Umgebungsluft abgegeben wird. Die in den Vorrichtungen bereitgestellte Temperaturdifferenz kann dann zur Trennung von Sorptions- und Arbeitsmittel genutzt werden. Bei kontinuierlicher Betriebsweise werden diese Stoffströme permanent umgewälzt; bei periodischer Betriebsweise können die so geladenen Elemente anschließend für die Erwärmung oder Abküh­ lung anderer Gas- oder Flüssigkeitsströme genutzt werden.

Thermisch aktive Vorrichtungen können grundsätzlich dort eingesetzt werden, wo thermische Isolationen angebracht sind. Es kann die Isolation nicht nur ersetzen, sondern auch weitere Funktionen übernehmen. Bei solarthermischen Anlagen wird häufig der Leerlaufbetrieb nicht genügend berücksichtigt: Während die Kollektoren ihre maximale Leistung erbringen, sind die Nutzer häufig im Urlaub, so daß sich das Gesamtsystem unzulässig erhitzen kann. Daher werden häufig Steuerungen eingebaut, die die Umlaufpumpe für den Kollektorkreislauf ab einer bestimmten Speichertemperatur abschalten. So erreicht der Kollektor seine Leerlauftemperatur. Sein Wasserinhalt verdampft, das Druckausgleichsgefäß kann die Volumenzunah­ me nicht aufnehmen, das Überdruckventil des Kollektorkreislaufs spricht an und Wasser mit Frostschutzzusatz wird abgelassen. Kommen dann die Nutzer zurück, ist die Anlage außer Betrieb, da Wasser fehlt. Dieses muß vom Installateur nachge­ füllt werden und, da die Zugabe von Frostschutzmittel umständlich ist und sich dieser Vorgang in der Regel Sommer für Sommer wiederholt, friert der Kollektor nach mehreren Jahren ein und die Absorberrohre bersten. Im folgenden Beispiel 6 wird eine Vorrichtung gezeigt, die die Temperaturbegrenzung des Speichers über­ nimmt und sich nachträglich einbauen läßt.

Abb. 23 zeigt den Warmwasserspeicher einer Solaranlage im horizontalen Schnitt. Das Vorrichtung ist von der Folie (AW) (401) umgeben und besteht aus der sorptionsmittelhaltigen Schicht (AS) (402), der arbeitsmittelhaltigen Schicht (AS) (403), beispielsweise getränkter Saugpappe, und der dazwischenliegenden Isolationsschicht (IS) (404). Sie ist elastisch und besteht beispielsweise aus Polyetherschaum. In ihm befindet sich das eingesetzte Hilfsgas, Luft oder Kohlendi­ oxid. Mittels des Klebestreifens (405) wird das Element um die Wandung (407) des zylindrischen Warmwasserspeichers (406) gehalten.

Abb. 24 zeigt die Vorrichtung im vertikalen Schnitt. Zwischen der äußeren Umhüllung (401) finden sich die beschriebenen Schichten wieder. Zusätzlich sicht­ bar sind die Überlaufböden (408). Sie bestehen beispielsweise aus Kunststoffolie und schließen an der Umhüllung (401) dicht ab, eventuell auch durch Überlappung und Verschweißung. Sie sind mit leichter Neigung fixiert, so daß flüssiges Arbeitsmittel zur sorptionsmittelhaltigen Schicht (402) abfließen kann.

Bei der Solltemperatur befinden sich Sorptionsmittelschicht (402) und Arbeitsmittel­ schicht (403) im Gleichgewicht. Der Warmwasserspeicher hat eine Temperatur zwischen 50° und 55°C, während die Kellertemperatur, der Speicher ist typischer­ weise hier aufgestellt, bei 10° bis 20°C liegt. Steigt die Speichertemperatur weiter, nimmt der Dampfdruck des Arbeitsmittels in der Sorptionsmittelschicht (402) zu und eine unwesentliche Menge Dampf diffundiert zur Arbeitsmittelschicht (403). Erst oberhalb von 70°C ist der Arbeitsmittelanteil im Gas so weit gestiegen, daß eine erhebliche Dampfmenge diffundiert. Der Wärmestrom durch das Vorrichtung ver­ vielfacht sich, während sich das Element durch die gestiegene Gesamtgasmenge etwas aufbläht. Die Erwärmung der Arbeitsmittelschicht (403) führt zur Abgabe des Wärmestroms an die Umgebung. Die Arbeitsmittelschicht (403) reichert sich so mit flüssigem Arbeitsmittel an, bis dieses von der kapillaren Struktur nicht mehr gehal­ ten werden kann. Es tropft dann herab auf die Überlaufböden (408) und gelangt über diese zur Sorptionsmittelschicht (402), von der es erneut verdunsten und Wärme abführen kann.

Sinkt die Temperatur des Speichers, beispielsweise durch Wasserentnahme, wird die Gleichgewichtstemperatur zwischen Sorptions- und Arbeitsmittelschicht unter­ schritten. Es findet eine gewisse Nachheizung durch Verdunstung des Arbeitsmit­ tels in der Schicht (403) und eine Absorption bei erhöhter Temperatur in der Schicht (402) statt.

Als Arbeitsmittel ist Wasser, als Sorptionsmittel ein beliebiges, flüssiges oder festes Salz-Wasser-Gemisch geeignet. Kalziumchlorid kann so ohne Zusätze verwendet werden. Aber auch feste Sorptionsmittel wie Zeolithe sind geeignet. Die Saugpappe entfällt dann.

Die Vorrichtung zeigt hier auch speichernde Eigenschaften, indem es als periodi­ sche Sorptionsmaschine arbeitet. Dieser Effekt kann durch entsprechend dicke Arbeits- und Sorptionsmittelschichten verstärkt werden. Für höhere Wärmeleistun­ gen ist die Erhöhung des Arbeitsmitteldampfdrucks durch Zusätze wie Aceton oder Methanol, die Reduktion des Diffusionswiderstands durch Gesamtdruckreduktion oder Wahl eines anderen Hilfsgases, beispielsweise ein schweres Edelgas, möglich. Ein weiteres Einsatzgebiet liegt dann bei Maschinen, die möglichst temperiert betrieben werden sollen und ein Abwärmepotential besitzen. Automotore sind ein gutes Beispiel dafür, da sie zur Erhöhung der Lebensdauer warm gestartet werden sollen.

Ein anderes Beispiel für den Einsatz der Vorrichtung, ausschließlich betrieben als periodische Sorptionsmaschine, zeigt das nachfolgende Beispiel 7.

Zur Heizung eines Kellers genügt es, die Temperaturdifferenz zum Erdreich konstant zu halten. Diese Aufgabe können Vorrichtungen übernehmen. Abb. 25 zeigt den prinzipiellen Aufbau, Abb. 26 den Aufbau der Vorrichtung. Der Kellerraum (501) wird von der Innenwand und dem Boden (502) umgeben. Nach einer Luftschicht (503) folgen die Vorrichtungen (504, 505, 506), die Außen­ wand (507) und das Erdreich (508). Für die senkrechten Vorrichtungen (504, 506) sind Kondensatauffangrinnen (509, 510) vorgesehen.

Abb. 26 stellt den Aufbau der waagerechten Vorrichtung (505) dar. Dieser Aufbau trifft auch für die senkrechten Vorrichtungen (504, 506) zu.

Die Vorrichtungen sind luftdicht eingeschlossen (AW) und verfügen über mindestens einen Anschluß zu einer nicht dargestellten Vakuumpumpe. Die Vorrichtungen zeigen zum Innenraum eine Schicht (AS) (511), die aus festem oder in einer saugfähigen Struktur festgehaltenem, flüssigen Sorptionsmittel besteht. Ihr folgt die Isolationsschicht (IS) (512), beispielsweise eine mineralisch gebundene Holzwolleleichtbauplatte. Außen liegt eine arbeitsmittelspeichernde Schicht (AS) (513), beispielsweise aus einer Weichfaserdämmplatte. Um das träge thermische Verhalten der Vorrichtunge auf ihrer Innenseite zu verbessern, enthält die Schicht (511) Einkerbungen (514), die die Schicht fast durchschneiden. An ihrem Fußpunkt können die Einkerbungen (514) entsprechend des gewünschten thermischen Verhaltens ausgeweitet werden, so daß ein einseitig offener Hohlraum (515) entsteht. Der zerschnittene Teil der Schicht (511) bildet nun dickwandige Rippen (516), die als Speicher dienen und zur Verhinderung der Arbeitsmittelverdunstung mit einer dichtenden Schicht (517) aus Paraffin, Teer, Bitumen oder Kunststoff überzogen sein können. Die arbeitsmittelspeichernde Schicht (513) kann glatt ausgeführt werden. Lediglich der kapillare Übergang des Arbeitsmittels auf das Isolationsmaterial muß unter Umständen durch Hydrophobierung der berührenden Oberfläche des Isolationsmaterials oder durch Einlegen einer dünnen hydrophoben Schicht, beispielsweise einer Drainagematte aus Polyethylen oder Polypropylen, verhindert werden.

Zur Ladung der Vorrichtungen wird warme Außenluft mit Temperaturen von minde­ stens 5 K über der Gleichgewichtstemperatur der Vorrichtungen verwendet. Ein nicht dargestelltes Gebläse fördert Außenluft zur Mittagszeit der warmen Jahreszeiten durch die Luftschicht (503). Die oberste Schicht der Vorrichtungen wird warm, so daß der Dampfdruck des Arbeitsmittels an den diffusionsoffenen Oberflächen tief in der Schicht (511) steigt. Die Temperatur der Rippen (516) ist dabei unwesentlich. Eventuell vorhandenes Inertgas, beispielsweise Luft, wird über eine ebenfalls nicht dargestellte Vakuumpumpe, beispielsweise einer Wasserring­ pumpe, weitgehend entfernt. Der Arbeitsmitteldampf gelangt so durch die Isolationsschicht (512) zur Schicht (513) an der er unter Wärmeabgabe konden­ siert. Auf diese Weise verarmt die oberste Lage der Schicht (511) an Arbeitsmittel, während sich Schicht (513) anreichert. Die Ladegeschwindigkeit wird nahezu aus­ schließlich durch die Wärmeübergänge der Luft an die Vorrichtung und der Vorrichtung an die Außenwand (507) bzw. das Erdreich (508) bestimmt. Während der Ruhe- oder Entladungsphasen findet mittels Diffusion der Ausgleich der Arbeitsmittelkonzentrationen in Schicht (511) statt.

Da warme Außenluft je nach Abkühlung und Luftfeuchtigkeit Wasser ausscheidet, sind für die senkrechten Vorrichtungen (504, 506) die Kondensatwassersammel­ schienen (509, 510) vorgesehen, die dieses über einen nicht dargestellten Abfluß entfernen. Da bei der Tauwasserbildung der Wärmeübergang beträchtlich steigt, kann der Ladung der senkrechten Vorrichtungen bevorzugt bei solchen Außen­ luftverhältnissen erfolgen. Das waagerechte Vorrichtung (505) ist dagegen nur mit hinreichend trockener Außenluft zu beaufschlagen.

Die Entladung der Vorrichtungen führt zu einer Beheizung des Kellerraums. Die Innentemperatur des Kellerraums wird mit der Entladungsgeschwindigkeit der Vorrichtungen geregelt. Diese wiederum ist durch dosierte Zumischung von Inertgas, beispielsweise Luft, bzw. Entfernung desselben, zu kontrollieren.

Da bei der Ladung der Vorrichtungen Wärme in das umgebende Erdreich einge­ bracht wird, die wesentlichen Wärmeverluste des Kellerraums aber die Leitungsverluste durch die Vorrichtungen sind, ist die Wärmebilanz des umgeben­ den Erdreichs positiv. Es wird sich daher im Laufe der Jahre bei genügender Entfernung vom Grundwasser um mehrere K aufheizen. Ist dieser Effekt uner­ wünscht, oder erfolgt beim Einbau der Vorrichtungen gleichzeitig eine Sanierung der Kelleraußenwände (507), zu der auch eine Austrocknung gehört, kann zwi­ schen Kellerwand (507) und den Vorrichtungen (504, 505, 506) ein weiterer Luftspalt vorgesehen werden. Dieser wird dann mit trockener, kalter Außenluft beaufschlagt.

Die Dimensionierung der Vorrichtunge ist unproblematisch, da Temperaturdifferen­ zen von nur ca. 10 K überbrückt werden müssen. Elektrische Leistungsaufnahme der Gebläse, Dicke der Vorrichtungen, Dimensionierung der Speicherrippen (516) mit ihren Einschnürungen am Fußpunkt und ökonomische wie ökologische Aspekte der Vorrichtungwerkstoffe können hier gegeneinander abgewogen werden. Als Arbeitsmittel bietet sich hier besonders Wasser an; als Sorptionsmittel bieten sich neben den üblichen festen oder flüssigen besonders Salzhydrate an, die einen Teil oder ihr gesammtes Kristallwasser bei konstantem Druck und konstanter Tempera­ tur abgeben können. Hier kommen besonders Salze wie Magnesiumchlorid oder Natriumsulfat (Glaubersalz) in Betracht, da diese ungiftig sind und gleichzeitig ein sonst schwer verwertbares Abfallprodukt industrieller Prozesse darstellen.

Wird ein sehr gutes Isolationsmaterial mit einer Wärmedurchgangszahl (Lambda) von 0,035 W/m²K und einem Diffusionswiderstand von 1 genommen, Wasser als Arbeitsmittel und Luft als Inertgas eingesetzt, ist bei einer thermodynamischen Gleichgewichtstemperatur von 10°C zu 25°C und Elementaußentemperaturen von 10° und 20°C, bei maximaler Drosselung der Elemente, also einem Innendruck von 1,013 bar, der Wärmestrom vom Kellerinnenraum zum Erdreich mittels Wärmelei­ tung durch das Vorrichtung 10 mal so hoch wie der Wärmerücktransport durch Entladung. Der Kellerraum kann also jederzeit, wenn er beispielsweise durch die Ladung der Vorrichtungen zu warm geworden ist, wieder abgekühlt werden.

Die Speicherfähigkeit der Vorrichtungen liegt um den Faktor 5 über der bisher bekannter Systeme, beispielsweise mit Isolation und Latentwärmespeicher. Dennoch kann ein solcher Effekt der Phasenumwandlung zwischen flüssig und fest als Sekundäreffekt in Schicht (511) herangezogen werden. Eine weitere Vergröße­ rung des Effekts ist durch die Wahl eines Sorptionsmittels mit starker negativer Exzeßenthalpie bei Mischungen mit dem Arbeitsmittel möglich. Diese liegt bei Wasser und einigen Zeolithen in der Grö 08358 00070 552 001000280000000200012000285910824700040 0002004219728 00004 08239ßenordnung der Kondensationsenthalpie­ änderung, so daß hier der Speichereffekt gegenüber einem vergleichbaren Sorptionsmittel ohne Exzeßenthalpie um dem Faktor 2 steigt.

Eine weitere Betriebsmöglichkeit der thermisch aktiven Vorrichtung als periodische Sorptionsmaschine zeigt das nachfolgende Beispiel 8.

Abb. 27 zeigt einen sonnenbetriebenen Kühlschrank.

Der Kühlraum (601) wird von den Isolationen (602) und (603) umgeben. Der Kälte­ speicher (604) sorgt für die konstante Kühlung. Die Vorrichtung (605) ist oberhalb des Kühlraums angeordnet.

Abb. 28 zeigt die Details. Die Wärmeerzeugung in der Vorrichtung wird vom Solarabsorber (Ab) (617) übernommen. Zusammen mit dem Luftspalt (Sp) (611) und der transparenten Abdeckung (TW) (612) wird der Kollektorteil gebildet. Bei Sonnenstrahlung wird die Schicht (AS) (613) erwärmt. Sie besteht aus einem festen oder verfestigtem Sorptionsmittel, beispielsweise mineralisch gebundenem Kalziumchlorid, Aktivkohle, Zeolith oder Silicagel. Ihr folgt das druckfeste Isola­ tionsmaterial (IS) in Schicht (614). Auf der Unterseite befindet sich in Schicht (AS) (615) eine für das Arbeitsmittel saugfähige Struktur. Die Schichten (613, 614, 615) sind mit einer nicht weiter gekennzeichneten Hülle (AW) aus dünnem Chrom- Nickel-Stahlblech, beispielsweise der Werkstoffnummer 1.4301, die ihrerseits auch den Absorber (617) bilden kann, dessen Beschichtung beispielsweise die thermi­ sche Auschromung desselben Bleches ist, dicht eingepackt. Unterhalb der Chrom- Nickel-Stahlhülle befindet sich ein Rippenwärmetauscher (616) aus einem ständig unterbrochenem und leicht versetzten Aluminiumstrangprofil.

Der Rippenwärmetauscher (616) bildet zusammen mit der Isolation (603) einen Strömungskanal, der mit dem Einströmkanal (606), dem Kamin (607) und den Überströmleitungen (608, 609) in Verbindung steht. Der Kamin (607) besitzt an seiner Vorderseite einen Boosterspiegel (610).

Die Anlage arbeitet in zwei Phasen. Tagsüber erreicht den selektiv beschichteten Absorber (617) die Sonnenstrahlung direkt und indirekt über den Spiegel (610). Der Absorber und mit ihm die Sorptionsmittelschicht (613) erhitzen sich, wodurch sor­ biertes Arbeitsmittel als Dampf freigesetzt wird. Dieses diffundiert durch die Isola­ tionsschicht (614) und kondensiert in der umgebungsluftgekühlten Schicht (615). Die Kondensationswärmeabgabe an den Rippenwärmetauscher (616) bewirkt eine freie Konvektion der Außenluft durch den Einströmkanal (606), den Rippenwärme­ tauscher (616) und den Kamin (607), der den wesentlichen Teil der treibenden Druckdifferenz erzeugt und beispielsweise auch einen strömungstechnisch günsti­ geren diffusorartigen Auslaß haben könnte. Die Luft im Kühlraum (601) ruht im wesentlichen, da die Luft hier kälter und schwerer ist.

Während der Nacht kühlt der Absorber (617) aus. Der Dampfdruck des Sorptions­ mittels in Schicht (613) sinkt, Arbeitsmittel aus Schicht (615) kann verdunsten und die Kälteleistung bereitstellen. Der Dampf diffundiert durch die Isolation (614) und eventuell vorhandenes Inertgas zum Sorptionsmittel, von dem es unter Wärme­ abgabe wieder aufgenommen wird. Dieser Wärmestrom wird über den Luftspalt (611) und die transparente Abdeckung (612) im wesentlichen durch Strahlung an den kalten Nachthimmel abgegeben.

Im Rippenwärmetauscher (616) befindet sich nun kalte, schwere Luft. Hier setzt eine Konvektion durch Überströmleitung (609), den Rippenwärmetauscher (616), die Überströmleitung (608) und den Kältespeicher (604) ein. Kühlraum (601) und Kältespeicher (604) werden so gekühlt.

Der Vorteil des Einsatzes einer thermisch aktiven Vorrichtung gegenüber einer kon­ ventionellen periodischen Sorptionsmaschine besteht zum einen in der Anpassung der Form an die Nutzung der Sonnenstrahlung, zum anderen in der Unempfind­ lichkeit der Anlage gegenüber Inertgasen. Diese gelangen durch Undichtigkeiten der Anlage, Zersetzungen der Einsatzstoffe und Wasserstoffkorrosion an den metallischen Bauteilen in den Arbeitsraum. Besonders die Wasserstoffkorrosion stoppt konventionelle Anlagen mit Wasser als Arbeitsmittel innerhalb von wenigen Tagen oder Wochen, wenn der Wasserstoff nicht kontinuierlich durch eine (elektrisch beheizte) Diffusionszelle abgeführt wird. Diese Wasserstoffbildung kann nur durch Einsatz organischer Arbeitsmittel wie Methanol hinreichend unterdrückt werden. Diese Arbeitsmittel sind aber im Gemisch mit Luft explosiv und stellen so ein Gefahrenpotential dar.

In der Vorrichtung nun kann Wasser in reiner Form oder im Gemisch mit organischen Arbeitsmitteln, insbesondere Alkoholen, verwendet werden. Die Arbeitsmittelgemische können so eingestellt werden, daß eine Brennbarkeit unter keinen Umständen gegeben ist. Die genaue Grenze des akzeptablen Inertgas­ drucks hängt im wesentlichen von der Dicke der Isolationsschicht (614) ab. Als Faustregel läßt sich jedoch sagen, daß Gase aus der Umgebungsluft bei einem Partialdruck bis zum Arbeitsmitteldruck keinen nennenswerten Einfluß auf die Funktion haben. Wasserstoff kann aufgrund seiner besseren Diffusionseigenschaf­ ten Partialdrücke von mehr als dem zehnfachen annehmen. Dies führt dazu, daß dieser im allgemeinen während der Tagphase über ein einfaches Einwegventil, beispielsweise einem Sicherheitsventil, wie es für größere Dewargefäße mit brennbaren Strahlungsschilden benutzt wird, an die Umgebung abgegeben werden kann.

Eine gewisse Inertgasmenge in der Vorrichtung kann die Funktion derselben unter Umständen verbessern, da dann im wesentlichen die gegenüberliegenden Stücke der Schichten (617) und (615) zusammenarbeiten und die Vorrichtung so unter­ schiedliche Temperaturdifferenzen gleichzeitig erzeugen kann. Das untere Ende der Rippen (616) nimmt eine niedrigere Temperatur als das obere Ende an, ohne daß wesentliche Wärmemengen über die dampfhaltige Isolation (614) ausge­ tauscht werden können.

Die Dimensionierung der Anlage entspricht der konventioneller periodischer Sorptionsmaschinen. Temperaturdifferenzen zwischen Oberseite und der Unter­ seite der Vorrichtung liegen ohne besondere Stoffwahl bei 30° bis 40°C. Die Konstruktion selber entspricht Entwicklungslandkriterien. Die Vorrichtung kann, beispielsweise nach erfolgter Reparatur, ausschließlich mittels eines lötbaren Rohrstutzens oder eines mechanischen Ventils und eines Gasbrenners in Betrieb genommen werden: Eine Zugabe von zusätzlichem Wasser in die Schicht (615), während sich das eingesetzte Arbeitsmittel im wesentlichen in Schicht (613) befin­ det, läßt sich mittels Erhitzung des Rippenwärmetauschers (616) dampfförmig wieder austreiben und so das Inertgas aus dem Vorrichtung entfernen. Die Auslaßöffnung muß dann geschlossen werden.

Für den Kältespeicher bieten sich Wasser und Salzhydrate an, die Schmelzpunkte sowohl über als auch unter dem Gefrierpunkt von reinem Wasser aufweisen. Auch eine Füllung einzelner Speicherelemente mit anderem Salzhydrat kann sinnvoll sein, da sie bei zu langen sonnenscheinarmen Perioden eine Notkühlung bei gehobener Temperatur sicherstellen können.

Die Konstruktion der beiden thermischen Dioden, der konvektiven Luftumwälzun­ gen, die sowohl die Wärmeabgabe an die Umgebung als auch die Wärmeauf­ nahme aus dem Kühlraum (601) ermöglichen, sind wegen möglicher starker Nachtwinde störanfällig. Sie lassen sich jedoch für gehobene Ansprüche durch andere bekannte Konstruktionen ersetzen, wie sie beispielsweise im DRP 515 311 vorgestellt werden.

Claims (69)

1. Thermisch aktive Vorrichtung mit im wesentlichen schichtweisem Aufbau und zwei oder mehreren arbeits- oder sorptionsmittelaufnehmenden oder leitenden Schichten (AS), wobei

• a) zwischen mindestens zwei arbeits- oder sorptionsmittelaufnehmenden oder leitenden Schichten (AS) mindestens eine thermische Isolationsschicht (IS, TI) liegt,
• b) die arbeits- oder sorptionsmittelaufnehmenden oder leitenden Schichten (AS) und mindestens eine thermische Isolationsschicht (IS, TI) sich in einem abgeschlos­ senen Raum befinden,
• c) der abgeschlossene Raum durch Außenwände (AW, TW) von der Umgebung und anderen Anlageteilen getrennt ist und über gegebenenfalls vorhandene Anschluß­ leitungen oder Druckausgleichsöffnungen mit anderen Anlageteilen oder der Umgebung in Verbindung steht,
• d) die Hohlräume der thermischen Isolationschicht bzw. Schichten (IS, TI) während des Betriebes Arbeitsmitteldampf und gegebenenfalls auch Inertgas und/oder Sorptionsmitteldampf enthalten,
• e) die arbeits- oder sorptionsmittelaufnehmenden oder leitenden Schichten (AS) flüssiges Arbeitsmittel, flüssiges Sorptionsmittel, festes Sorptionsmittel oder deren Mischungen enthalten und
• f) jeweils eine arbeits- oder sorptionsmittelaufnehmende oder leitende Schicht (AS) an die zwei großen Außenwände (AW, TW) des gemeinsamen Raums angrenzt,

dadurch gekennzeichnet, daß

• a) die thermisch aktive Vorrichtung als selbsttragendes Vorrichtung (4, 11, 105, 120, 121, 190, 211, 302, 303, 504, 505, 506, 605) ausgebildet sowie
• b) die Isolationsschicht (IS, TI) einen geringen Diffusionswiderstand aufweist und
• c) der Arbeitsmitteldampf während des Betriebs von mindestens einer arbeits- oder sorptionsmittelaufnehmenden oder leitenden Schicht (AS) im wesentlichen auf direktem Weg senkrecht zur flächigen Ausdehnung der Vorrichtung durch Diffusion oder Strömung durch die Isolationsschicht (IS, TI) zu mindestens einer zweiten arbeits- oder sorptionsmittelaufnehmenden oder leitenden Schicht (AS) gelangt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Schichten in folgender Reihenfolge angeordnet sind:
AW (Außenwand)
AS (arbeits- oder sorptionsmittelaufnehmende oder leitende Schicht)
IS (Isolationsschicht)
AS (arbeits- oder sorptionsmittelaufnehmende oder leitende Schicht)
AW (Außenwand)

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtanord­ nung des Anspruchs 2 ein oder mehrfach wiederholt wird, wobei zwei aneinander­ liegende Außenwände (AW) durch eine Zwischenwand (ZW) ersetzt werden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Vorrichtung einer der nachfolgenden Schichtanordnungen folgt:

• a) TW (transparente Außenwand oder Abdeckung)
  Sp (freier Spalt)
  Ab (Absorber für solare Strahlung)
• b) TW (transparente Außenwand oder Abdeckung)
  Sp (freier Spalt)
  TS (transparentes Strahlungsschild)
  Sp (freier Spalt)
  Ab (Absorber für solare Strahlung)
• c) TW (transparente Außenwand oder Abdeckung)
  TI (transparente Isolation)
  Ab (Absorber für solare Strahlung)
• d) TW (transparente Außenwand oder Abdeckung)
  Sp (freier Spalt)
  TI (transparente Isolation)
  Sp (freier Spalt)
  AB (Absorber für solare Strahlung)

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung als ganzes durch die Außenwände (AW) und/oder die transparente Abdeckung (TW) gasdicht von der Umgebung abgeschlossen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Verbindungsleitun­ gen zu anderen Teilen der Gesamtanlage bestehen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere kleine Öffnungen in der Umhüllung den Druckausgleich mit der Atmosphäre ermög­ lichen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung neben dem Arbeits- und/oder Sorptionsmittel ein nicht an den Phasenumwandlun­ gen beteiligtes Hilfsgas enthält.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Gesamt­ druck im Inneren der Vorrichtung in der Nähe des Atmosphärendrucks befindet.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamtdruck im Inneren der Vorrichtung geringer als der Atmosphärendruck ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Partialdruck des Hilfsgases zum Betrieb der Vorrichtung auf etwa den Partialdruck des Arbeitsmittels reduziert wird.

12. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Hilfsgas Luft, Stickstoff, Kohlendioxid, ein Edelgas oder ein Gemisch der vorstehenden Gase verwendet wird.

13. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Vorrichtung resultierende Temperaturdifferenz durch Entnahme oder Zugabe von Hilfsgas beeinflußt wird.

14. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie in direkter oder indirekter Verbindung mit einem Sorptionsmittelbehälter (Sb) steht, durch den aus der Vorrichtung austretendes oder in diese zurückgeführte Gas strömen muß.

15. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sorptions­ mittelbehälter (Sb) in der Vorrichtung integriert ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Kocher- Kondensator- bzw. Resorbereinheit einer kontinuierlichen Sorptionsmaschine betrieben wird.

17. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Absorber- Verdampfer bzw. Entgasereinheit einer kontinuierlichen Sorptionsmaschine betrie­ ben wird.

18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß zumin­ dest die konzentrierte Sorptionslösung und die verdünnte Sorptionslösung vor dem Eintritt und nach dem Austritt aus der Vorrichtung einen Gegenstromwärme­ tauscher durchlaufen.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstrom­ wärmetauscher in der Vorrichtung integriert ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß Wände eines Wärmetauschers durch diese Vorrichtungen ersetzt werden.

21. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aufgenommene und abgegebene Stoffströme aus Sorptions- und Arbeitsmittel mit einem Speicher ausgetauscht werden, in dem sich Arbeits- und Sorptionsmittelschichten überein­ ander befinden und in offenem Austausch stehen.

22. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie als periodische Sorptionsmaschine betrieben wird.

23. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie durch einen wärmeabgebenden oder wärmeaufnehmenden Stoffstrom, der sich nur durch eine arbeits- oder sorptionsmittelaufnehmende oder leitende Schicht (AS) bewegt, betrieben wird.

24. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie durch Versor­ gung jeder zweiten Sorptions- oder Arbeitsmittelschicht (AS) mit Arbeitsmittel in einer Richtung thermisch leitend wird.

25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einer der jeder zweiten Schicht (AS) gegenüberliegenden Schicht (AS) konden­ sierendes Arbeitsmittel sofort abgeführt wird.

26. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Isolations­ medium in der Isolationsschicht (IS, TI) einen geringen Diffusionswiderstand für Dämpfe in Gasen besitzt.

27. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolations­ schicht (IS) aus mineralischer Wolle, Kunstfaserwatte oder offenporigem Kunst­ stoffschaum besteht.

28. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolations­ schicht (IS) aus Steinwolle, Polyesterwatte oder Polyetherschaum der Raumdichte 30 kg/m³ oder 40 kg/m³ besteht.

29. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolations­ schicht (IS) Druckkräfte aufnehmen kann.

30. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolations­ schicht (IS) aus einer Holzwolleleichtbauplatte, Harnstoff-Formaldehydharzschaum oder aus einem Kunststoffilz aus miteinander verschweißten Kunststoffbändern oder -fasern besteht.

31. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolations­ schicht (IS, TI) ganz oder teilweise an ihren Oberflächen hydrophobiert wurde.

32. Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolations­ schicht (IS, TI) mit flüssigem Paraffin, flüssigem Kunststoff, Teer, Bitumen oder Sili­ konmassen behandelt wird.

33. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolations­ schicht (IS) mehrschichtig aufgebaut ist.

34. Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolations­ schicht (IS) ein oder zwei außenliegende Teilschichten besitzt, die aus einem Kunststoffgewebe, einem offenporigen Schaum oder einem Kunststoffilz bestehen.

35. Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder zwei außenliegende Schichtteile durch Polyetherschaum oder eine Drainagematte gebildet werden.

36. Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolations­ schicht (IS, TI) ein oder zwei außenliegende freie Spalte aufweist.

37. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolations­ schicht (IS, TI) aus einer transparenten oder transluzenten Waben- oder Röhrchenstruktur besteht.

38. Vorrichtung nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß diese Struktur aus Kunststoff oder Glas besteht.

39. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolations­ schicht (IS, TI) aus Aerogel besteht.

40. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlungs­ schild (TS) aus einer einfachen oder doppelten Platte mit einem eingeschlossenen Zwischenraum besteht.

41. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlungs­ schild unter anderem transparentes Wärmedämmungsmaterial enthält.

42. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die arbeits- oder sorptionsmittelhaltige Schicht (AS) fallend durchflossen wird.

43. Vorrichtung nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß Arbeits- oder Sorptionsmittel über eine Einlaufvorrichtung (EV) der Schicht (AS) zugeführt und dieses über eine Auffangvorrichtung (AV) wieder abgeführt wird.

44. Vorrichtung nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Einlaufvorrichtung und Auffangvorrichtung ein Überlauf (ÜV) angeordnet ist.

45. Vorrichtung nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß Arbeitsmittel in einer Schicht (AS) während des Betriebes kondensiert und nur eine Auffangvorrich­ tung (AV) vorhanden ist.

46. Vorrichtung nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistung des Vorrichtungs durch Regelung der Durchfußmenge von Arbeits- und/oder Sorp­ tionsmittel geregelt wird.

47. Vorrichtung nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchfluß­ menge von Arbeits- und/oder Sorptionsmittel über den Füllstand der Einlaufbehäl­ ter (EV) geregelt wird.

48. Vorrichtung nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistung der Vorrichtung durch die Konzentration des Sorptionsmittels oder des Arbeitsmittels gesteuert wird.

49. Vorrichtung nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß die arbeits- oder sorptionsmittelhaltige Schicht (AS) aus Stoff, Filz oder wasserfest gebundenem Papier besteht.

50. Vorrichtung nach Anspruch 49, dadurch gekennzeichnet, daß die arbeits- oder sorptionsmittelhaltige Schicht (AS) aus Baumwoll- oder Natronisolierpapier besteht.

51. Vorrichtung nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß die arbeits- oder sorptionsmittelhaltige Schicht (AS) aus Streckmetall oder einer ähnlichen Struktur aus Kunststoff besteht.

52. Vorrichtung nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (AS) durch die Oberfläche einer Außenwand (AW), einer Zwischenwand (ZW), einer transparenten Abdeckung oder eines Solarabsorbers (Ab) gebildet wird.

53. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die arbeits- oder sorptionsmittelhaltige Schicht (AS) das Arbeits- oder Sorptionsmittel speichern kann.

54. Vorrichtung nach Anspruch 51, dadurch gekennzeichnet, daß die arbeits- oder sorptionsmittelhaltige Schicht (AS) aus einer Weichfaserplatte besteht.

55. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die arbeits- oder sorptionsmittelhaltige Schicht (AS) aus einem festen Sorptionsmittel besteht.

56. Vorrichtung nach Anspruch 55, dadurch gekennzeichnet, daß die arbeits- oder sorptionsmittelhaltige Schicht (AS) aus Aktivkohle, Silicagel oder Zeolith besteht.

57. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die arbeits- oder sorptionsmittelhaltigen Schichten (AS) Sorptions- oder Arbeitsmittel im wesent­ lichen nur während des Betriebs enthalten.

58. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur eine der arbeits- oder sorptionsmittelhaltigen Schichten (AS) der Vorrichtung in einem Alternativbetrieb von warmem oder kaltem Arbeits- oder Sorptionsmittel durch­ strömt wird.

59. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die arbeits- oder sorptionsmittelhaltige Schicht (AS) aus der Oberfläche einer Außenwand (AW), einer transparenten Abdeckung (TW) oder einer Zwischenwand (ZW) besteht.

60. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Solarabsorber (Ab) und eine Sorptions- oder Arbeitsmittelschicht (AS) gemeinsam aus einer schwarz eingefärbten Struktur oder Oberfläche gebildet werden.

61. Vorrichtung nach Anspruch 60, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Verhalten des Solarabsorbers (Ab) durch Auskristallisation aus dem Sorptionsmittel geändert werden kann.

62. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die arbeits- oder sorptionsmittelhaltige Schicht (AS) mit einem schwarz oder selektiv beschichtetem Blech verbunden ist.

63. Vorrichtung nach Anspruch 62, dadurch gekennzeichnet, daß das schwarz- oder selektiv beschichtete Blech kleine Löcher enthält.

64. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Arbeitsmittel Wasser allein oder mit Zusätzen zur Gefrierpunktserniedrigung, zur Reduktion der Oberflächenspannung, zur Korrosionsinhibition und/oder zur Reduktion biologi­ scher Aktivitäten eingesetzt wird.

65. Vorrichtung nach Anspruch 64, dadurch gekennzeichnet, daß Alkohole, Chro­ mate, Nitride, Nitrate, Konservierungsstoffe, Holzschutzmittel und/oder kleine Mengen des Sorptionsmittels zugesetzt sind.

66. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Sorptionsmittel aus einer Mischung mit dem Arbeitsmittel und ein- oder mehreren Salzen besteht.

67. Vorrichtung nach Anspruch 66, dadurch gekennzeichnet, daß das Sorptions­ mittel Kalzium-, Magnesium-, Aluminium-, Bor-, Kupfer-, Eisen-, Ammonium- oder Zinksalze enthält.

68. Vorrichtung nach Anspruch 66, dadurch gekennzeichnet, daß das Sorptions­ mittel Chloride, Nitrate, Formiate, Acetate, Nitride und/oder Chromate enthält.

69. Vorrichtung nach Anspruch 66, dadurch gekennzeichnet, daß dem Sorptions­ mittel weiterhin Glykol oder Glyzerin zugesetzt ist.