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WO2021136959A1 - Verfahren und vorrichtung zum erzeugen und speichern von wärme - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum erzeugen und speichern von wärme Download PDF

Info

Publication number
WO2021136959A1
WO2021136959A1 PCT/IB2020/001020 IB2020001020W WO2021136959A1 WO 2021136959 A1 WO2021136959 A1 WO 2021136959A1 IB 2020001020 W IB2020001020 W IB 2020001020W WO 2021136959 A1 WO2021136959 A1 WO 2021136959A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
container
heat
liquid
cartridge
water
Prior art date
Application number
PCT/IB2020/001020
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Kim VAN WAGTENDONK
Erhard Krumpholz
Jens Markus ADAMCZYK
Steffen PORSCHE
Thomas Schneider
Original Assignee
Trebuchet B.V.
Zehnder Group International Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Trebuchet B.V., Zehnder Group International Ag filed Critical Trebuchet B.V.
Priority to EP20848993.0A priority Critical patent/EP4084980A1/de
Publication of WO2021136959A1 publication Critical patent/WO2021136959A1/de

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D20/003—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using thermochemical reactions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00492—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices comprising regenerative heating or cooling means, e.g. heat accumulators
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K5/00—Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
    • C09K5/16—Materials undergoing chemical reactions when used
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D11/00—Central heating systems using heat accumulated in storage masses
    • F24D11/002—Central heating systems using heat accumulated in storage masses water heating system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2220/00—Components of central heating installations excluding heat sources
    • F24D2220/10—Heat storage materials, e.g. phase change materials or static water enclosed in a space
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/14—Thermal energy storage

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for generating heat and to a method and a device for storing heat.
  • Solid / liquid systems are particularly popular, such as ice storage (frozen / thawed water), wax storage (solidified / melted wax), paraffin storage (solidified / melted paraffin), in which the gas phase in normal operation is close to the respective melting temperature of the system due to the there usually low vapor pressure is negligible.
  • the melting temperatures or melting temperature ranges of such solid / liquid systems can be adjusted over a wide range by the choice of molecules (length of the carbon chains, degree of branching, presence of polar groups, etc.) or by mixing different types of molecules.
  • phase change storage operating temperatures ie phase change storage operating temperatures of 0 ° C (ice storage), from about 30 to 60 ° C (wax / paraffin storage) or from about 60 to 90 ° C (compared to wax / paraffin even longer or with polar groups labeled molecules) are provided.
  • phase change storage systems have a much higher energy storage density than storage of sensible heat.
  • Such phase change storage systems can be used in buildings, especially in connection with solar thermal energy and with storage temperatures of e.g. 30 ° C and 80 ° C, for heat storage for a period of a few weeks. Seasonal storage of heat is only possible here to a limited extent and, if so, then only with a high level of effort in terms of thermal insulation measures for the storage tank.
  • the invention is therefore based on the object of enabling long-term, in particular and at least seasonal, storage of heat without measures for thermal insulation of the memory.
  • the invention provides, according to a first aspect, a method for generating (releasing, releasing) heat (W) by reaction between on the one hand a solid and / or a first liquid (1) and on the other hand a gas and / or a second Liquid (2), the resulting heat of reaction (W) being dissipated.
  • a metered amount of the solid and / or the first liquid (1) is fed to a reaction space (R); and a2) on the other hand, a metered amount of the gas and / or the second liquid (2) is supplied to the reaction space (R).
  • the solid and / or the first liquid (1); and a2) the gas and / or the second liquid (2) are brought into contact with one another, and the heat released is removed from the reaction space (R).
  • the solid and / or the first liquid on the one hand and the gas and / or the second liquid on the other hand have a sufficiently high affinity for one another that a large amount of heat is given off during the reaction.
  • the gas and / or the second liquid are e.g. ammonia, water, an alcohol, a ketone, etc.
  • the solid and / or the first liquid (1) used in the process contains an anhydrate, also referred to as an anhydrous salt or dehydrated hydrate, the heat being generated by reaction with the participation of anhydrate on the one hand and water and / or water vapor on the other hand is generated.
  • anhydrate also referred to as an anhydrous salt or dehydrated hydrate
  • the heat being generated by reaction with the participation of anhydrate on the one hand and water and / or water vapor on the other hand is generated.
  • a metered amount of the anhydrate and, on the other hand, a metered amount of water and / or steam are fed to the reaction space.
  • the heat output released during the process can be controlled.
  • the anhydrate or dehydrated hydrate can be fed to the reaction space in the form of a liquid, e.g. as a non-aqueous slurry or suspension.
  • a metered amount of the anhydrate is expediently fed to the reaction space in the form of solid particles.
  • a metered amount of the anhydrate is preferably fed to the reaction space in the form of a powder.
  • the particles of the powder preferably have an average particle size in the range from 100 pm to 800 pm.
  • the metered amount of the anhydrate can be fed to the reaction space in the form of pellets (pressed pieces).
  • the pellets preferably have an average size in the range from 3 mm to 15 mm.
  • the pellets preferably contain particles of the anhydrate which are held together by a matrix of binder, the binder being able to be water-soluble or water-insoluble.
  • the proportion of binder in% by weight of the pellets is preferably 1% to 10%, preferably 2% to 5%.
  • hydration also called hydration
  • hydration of part of the anhydrate to be bound or pelletized is inevitable. If this binder is used in 1% to 10% by weight of the anhydrate in the pellet, only a negligible part of the anhydrate in the pellet is hydrated due to the water content of the binder, so that its potential for later hydration and release of heat is only reduced minimally. It is advantageous that the heat released during the pellet production by hydration of a small portion of the pellet material evaporates a portion of the water in the binding agent of the pellets that participates in the partial hydration of the pellet material before it can react with the anhydrate. This ensures that the binder in the pellets dries and solidifies very quickly.
  • a binder which is soluble in water and in another solvent can also be used for the production of the pellets.
  • the other solvent is a substance which does not react with the anhydrate.
  • low molecular weight volatile organic substances can be used. This has the advantage that the other solvent, ie no water, can be used when producing the pellets, as a result of which the pellet material is not hydrated at all, so that its potential for subsequent hydration and release of heat is not reduced.
  • a pellet press is preferably used to produce the pellets from anhydrate.
  • a spraying method or a dripping method can also be used.
  • the suspension or slurry of anhydrate, the other solvent and the binder dissolved therein is conveyed through a nozzle. This can be done by gravity, inertial force, e.g. centrifugal force, or hydraulic pressure.
  • the jet emerging from the nozzle can be separated into pellets in the atmosphere of a pellet collecting chamber after the nozzle.
  • a pulsating pressure gradient is preferably generated in the fluid flow of the suspension or slurry in order to promote the separation of the fluid into pellets.
  • the use of a drop tower with a nozzle plate in the upper part of the drop tower is particularly preferred.
  • the suspension or slurry is fed into a first chamber above the nozzle plate, and the nozzle plate is vibrated, the vibration of the nozzle plate preferably occurring parallel to the direction of gravity, ie alternately up and down.
  • the drops of suspension or slurry emerging from the nozzles on the underside of the vibrating nozzle plate fall into the atmosphere of a second chamber below the nozzle plate. During the fall, the solvent of the binder evaporates, so that solidified pellets arrive at the bottom of the second chamber.
  • a metered amount of water is expediently supplied to the reaction space in the form of droplets or as an aerosol. This can be done by means of an air stream.
  • the mean diameter of a droplet is preferably in the range from 100 pm to 2 mm.
  • the metered amount of water can be fed to the reaction space in the form of a water jet, the cross-sectional area of which is preferably in the range from 0.2mm 2 to 500mm 2 and the speed of which is preferably in the range of 0.5m / s to 10m / s.
  • the dosed amount of water is overstoichiometric with respect to the dosed amount of anhydrate, the water excess based on the stoichiometric molar amount of water preferably being in the range from 2% to 15% and particularly preferably in the range from 5% to 10% lies.
  • the reaction product in which the heat is generated is more or less moist or even pasty.
  • the viscosity of the water with the solid particles (paste) dispersed in it is greater than the viscosity of the water.
  • the dosed amount of water is substoichiometric with respect to the dosed amount of anhydrate, the water deficit based on the stoichiometric molar amount of water preferably being in the range from 2% to 15% and particularly preferably in the range from 5% to 10 % lies.
  • the reaction product in which the heat is generated is more or less dry and more or less free-flowing.
  • the flowability of the dry reaction product is usually very good.
  • the excess anhydrate in the dry reaction product acts as a drying agent and prevents unwanted wetting.
  • the process can be carried out continuously.
  • the metered amount of the solid and / or the first liquid (1) are continuously fed to the reaction chamber (R) and a2) the metered amount of the gas and / or the second liquid (2) is continuously fed to the reaction chamber (R) .
  • the process can be carried out at least partially discontinuously.
  • a1) a metered cumulative amount of the solid and / or the first liquid (1) are fed to the reaction space (R) in advance in a first step for a period of time and a2) then in a second step a metered amount of the gas and / or the second liquid (2) is continuously fed to the reaction space (R).
  • a2) a metered cumulative amount of the gas and / or the second liquid (2) are fed to the reaction space (R) beforehand in a first step and al) then in a second step a metered amount of the solid and / or the first liquid (1) is fed to the reaction space (R), the feeding at a1) preferably taking place continuously.
  • the reaction space is a container, in particular a cartridge, cartridge, plate, etc.
  • This cartridge can be used as a heating cartridge HK in a heating mode Can be used to give off heat.
  • the cartridge is preferably a thermally conductive cartridge in which a salt hydrate is preferably enclosed as anhydrate (in the dehydrated state).
  • the cartridge is preferably permeable to water or water vapor at least in a partial area.
  • the invention provides, according to a second aspect, a device for carrying out the method described above, the device having a reaction chamber forming the reaction space (R) with a means (WT) for dissipating reaction heat and a first supply means (SF; ZF) for the metered supply of a solid and / or a first liquid (1) into the reaction chamber (R) and a second supply means (DP, ZD) for the metered supply of a gas and / or a second liquid (2) into the reaction chamber (R ) having.
  • WT means
  • SF first supply means
  • ZF first supply means
  • DP, ZD second supply means
  • the means for removing the heat of reaction expediently contains a water / reaction medium heat exchanger (WT) or an air / reaction medium heat exchanger.
  • WT water / reaction medium heat exchanger
  • air / reaction medium heat exchanger an air / reaction medium heat exchanger
  • the first feed means preferably contains a screw conveyor (SF).
  • the screw conveyor is a twin screw conveyor with two intermeshing screw shafts which clean each other during operation and which preferably have an Erdmenger profile.
  • a multi-screw conveyor with several intermeshing screw shafts can also be used as the screw conveyor, of which two adjacent screw shafts clean each other during operation, the screw shafts preferably having an Erdmenger profile.
  • the first supply means can contain a toothed belt conveyor (ZF).
  • the toothed belt conveyor is preferably formed from a polymer material and particularly preferably formed from a fiber-reinforced polymer material.
  • the toothed belt conveyor preferably has depressions which are spaced apart from one another along its longitudinal extent or along its length and which extend over the entire transverse extent or over the entire width of the toothed belt conveyor.
  • the depressions preferably have a constant profile along the transverse extent or over the entire width of the toothed belt conveyor. It is particularly advantageous if the profile is a V-profile or a U-profile.
  • the second supply means preferably contains a metering pump (DP) and / or a nozzle, in particular an atomizing nozzle (ZD).
  • DP metering pump
  • ZD atomizing nozzle
  • the atomizing nozzle preferably has a nozzle block with a plurality of nozzle openings arranged next to one another.
  • the second supply means can contain a supply channel (pump / gravity) (ZK).
  • ZK a supply channel
  • the reaction space (R) has a container with a filling opening for feeding the solid and / or the first liquid (1) into the container, a closure for closing the filling opening and a semi-permeable wall area which is suitable for the solid and / or the first liquid (1) is impermeable and permeable to the gas and / or the second liquid (2).
  • the reaction space (R) can have a container with a filling opening for feeding the gas and / or the second liquid (2) into the container and for feeding the solid and / or the first liquid (1) into the container.
  • the semipermeable wall area preferably contains a wall with a plurality of holes.
  • the holes in the wall can be round holes or longitudinal holes or cross holes or star holes.
  • the smallest dimension of the holes i.e. the diameter of the round holes or the width of the longitudinal holes, is preferably in the range from 50pm to 10000mhh, preferably in the range from 50pm to 500pm and most preferably in the range from 50pm to 200miti.
  • the reaction space (R) preferably has a container with a filling opening for feeding the gas and / or the second liquid (2) into the container and for feeding the solid and / or the first liquid (1) into the container.
  • the container is a heating cartridge HK, which can be brought into thermal contact with a central heating system or several decentralized heating devices.
  • the heating cartridge can be inserted in a form-fitting manner and in thermal contact into a recess of a heating center or a decentralized heating device that is complementary to the cartridge and can be guided out of this.
  • the form fit and the thermal contact are preferably established by means of a screw connection or a bayonet connection.
  • the heating cartridge preferably contains a first wall area, which is the abovementioned semipermeable wall area with the plurality of holes, in particular with the round holes or longitudinal holes or cross holes or star holes.
  • This semipermeable first wall area can be formed from metal or from ceramic, for example from metal ceramic or from oxide ceramic, or from a combination of metal and ceramic in the manner of a ceramic filter.
  • the heating cartridge preferably contains a second wall area which is formed from a highly thermally conductive material, preferably from metal, e.g. copper, aluminum, steel, etc., or graphite.
  • the heating cartridge preferably contains a reaction chamber between the first wall area and the second wall area.
  • This reaction chamber is filled with the anhydrate.
  • the reaction chamber is preferably filled with anhydrate in the form of a solid.
  • the reaction chamber is preferably only partially filled with the anhydrate.
  • the first wall area prevents the solid particles of the anhydrate from escaping from the reaction chamber.
  • the first wall area enables water to enter the reaction chamber as a liquid or as a gas / vapor.
  • the reaction chamber of the heating cartridge is fed in metered amounts through the first wall area as liquid or as steam, which reacts exothermically with the anhydrate. The released heat of hydration is dissipated from the cartridge through the second wall area.
  • the first wall area and the second wall area of the heating cartridge each have flat areas which are arranged parallel to and spaced from one another, the space between the spaced apart flat areas containing anhydrate.
  • anhydrate plate cartridge we call this version of the heating cartridge "anhydrate plate cartridge”.
  • the first wall area and the second wall area of the heating cartridge each have areas in the form of a cylinder jacket, which are arranged concentrically spaced from one another, the space between the spaced apart concentric areas containing anhydrate.
  • anhydrate hollow cylinder cartridge we call this version of the heating cartridge "anhydrate hollow cylinder cartridge”.
  • a plurality of heating cartridges are preferably arranged connected in parallel in terms of fluid technology, the second wall area being contacted by a heat transfer fluid of a heating system.
  • the heating cartridges for heating one or more of them are immersed in a water tank.
  • liquid water can penetrate into the reaction chamber of the heating cartridge in a metered manner via the first, semipermeable wall area.
  • the heat of hydration released in a metered manner in the reaction chamber is passed through the second, highly heat-conducting wall area into the water of the water tank, whereby its temperature rises in a metered manner.
  • the invention provides, according to a third aspect, a method for storing heat (W) by reaction between on the one hand a solid and / or a first liquid (1) and on the other hand a gas and / or a second liquid (2), the heat of reaction (W) to be stored being supplied.
  • bl on the one hand a metered amount of the solid and / or the first liquid (1) is fed to a reaction space (R) and b2) on the other hand a metered amount of heat (W) is fed to the reaction space (R).
  • the solid and / or the first liquid (1) and b2) the heat (W) are brought into contact with one another in the reaction space (R) bl), and the gas released and / or the second liquid released (2) is discharged from the reaction space (R).
  • the solid and / or the first liquid on the one hand and the gas and / or the second liquid on the other hand have a sufficiently high affinity for one another that a large amount of heat is supplied during the reaction.
  • the gas and / or the second liquid are, for example, ammonia, water, an alcohol, a ketone, etc.
  • the solid and / or the first liquid (1) used in the process contains a hydrate, also referred to as a salt containing water of crystallization or hydrated anhydrate, the heat being generated by reaction with the participation of hydrate on the one hand and water and / or water vapor on the other hand is stored.
  • a metered amount of the hydrate and, on the other hand a metered amount of heat are supplied to the reaction space. By metered addition of the hydrate and the heat, the thermal output supplied in the process can be controlled.
  • a metered amount of the hydrate is expediently fed to the reaction space in the form of solid particles.
  • a metered amount of the hydrate is preferably fed to the reaction space in the form of a powder.
  • the metered amount of hydrate can be fed to the reaction space in the form of pellets (pressed pieces).
  • the metered amount of heat is expediently supplied to the reaction space in the form of hot air.
  • the metered amount of heat is preferably supplied to the reaction space by means of a fluidized bed.
  • the metered amount of heat is overstoichiometric with respect to the metered amount of hydrate.
  • the reaction product in which the heat is stored is more or less dry and more or less free-flowing.
  • the flowability of the dry reaction product is usually very good.
  • the excess of heat in the dry reaction product removes non-bound residual water and briefly increases the temperature of the reaction product until it cools.
  • the metered amount of heat is substoichiometric with respect to the metered amount of hydrate.
  • the reaction product in which the heat is stored is more or less moist or even pasty.
  • the process can be carried out continuously.
  • the metered amount of the solid and / or the first liquid (1) are continuously fed to the reaction space (R) and b2) the metered amount of heat (W) is continuously fed to the reaction space (R).
  • the process can be carried out at least partially discontinuously.
  • bl in a first step a metered, cumulative amount of the solid and / or the first liquid (1) is fed to the reaction space (R) for a period of time and b2) then in a second step a metered amount of heat ( W) fed continuously to the reaction space (R).
  • a metered, cumulative amount of heat (W) is supplied to the reaction space (R) in advance in a first step, bl) then a metered amount in a second step Amount of the solid and / or the first liquid (1) is supplied to the reaction space (R), the supply at bl) preferably taking place continuously.
  • the reaction space is a container, in particular a cartridge, cartridge, plate, etc.
  • This cartridge can be used as a charging cartridge LK in a charging mode for storing heat.
  • the cartridge is preferably a thermally conductive cartridge in which a salt hydrate is preferably enclosed as the hydrate (in the hydrated state).
  • the cartridge is preferably permeable to water or water vapor at least in a partial area.
  • the invention provides, according to a fourth aspect, a device for carrying out the method described above, the device having a reaction chamber forming the reaction space with a means (WT; WB) for supplying reaction heat and a first means (SF; ZF ) for the metered supply of a solid or a first liquid into the reaction chamber (R) and a second means (V; P) for the metered discharge of a gas or a second liquid (2) from the reaction chamber (R).
  • WT means
  • SF first means
  • V second means
  • the means for supplying heat of reaction expediently contains a heat exchanger (WT).
  • WT heat exchanger
  • the means for supplying heat of reaction preferably contains a fluidized bed (WB).
  • WB fluidized bed
  • the first means includes a screw conveyor (SF).
  • SF screw conveyor
  • the first means contains a toothed belt conveyor (ZF).
  • the means for supplying heat of reaction preferably contains a fan (V).
  • the means for supplying heat of reaction contains a pump (P).
  • the reaction space (R) has a container with a filling opening for feeding the solid and / or the first liquid (1) into the container, a closure for closing the filling opening and a semi-permeable wall area which is suitable for the solid and / or the first liquid (1) is impermeable and permeable to the gas and / or the second liquid (2).
  • the reaction space (R) can have a container with a filling opening and / or a heat introduction area for supplying the metered cumulative amount of heat (W) and the metered amount of solid and / or the first liquid (1) into the container, a Closure for closing the filling opening and a semipermeable wall area which is impermeable to the solid and / or the first liquid (1) and permeable to the gas and / or the second liquid (2).
  • the container is a charging cartridge LK, which can be brought into thermal contact with a heat source.
  • the charging cartridge can be inserted in a form-fitting manner and in thermal contact into a recess of a heat source that is complementary to the cartridge and guided out of it.
  • the form fit and the thermal contact are preferably established by means of a screw connection or a bayonet connection.
  • the loading cartridge preferably contains a first wall area, which is the above-mentioned semipermeable wall area with the plurality of holes, in particular with the round holes or longitudinal holes or cross holes or star holes.
  • This semipermeable first wall area can be formed from metal or from ceramic, for example from metal ceramic or from oxide ceramic, or from a combination of metal and ceramic in the manner of a ceramic filter.
  • the loading cartridge preferably contains a second wall area which is formed from a highly thermally conductive material, preferably from metal, e.g. copper, aluminum, steel, etc., or graphite.
  • the charging cartridge preferably contains a reaction chamber between the first wall area and the second wall area.
  • This reaction chamber is filled with the hydrate.
  • the reaction chamber is preferably filled with hydrate in the form of a solid.
  • the reaction chamber is preferably only partially filled with the hydrate, in particular with a degree of filling in% by volume of 90% to 100%, in particular from 95% to 100%.
  • the first wall area prevents the solid particles of the hydrate from escaping from the reaction chamber.
  • the first wall area enables water to exit the reaction chamber as a liquid or as a gas / vapor.
  • the first wall area and the second wall area of the loading cartridge each have flat areas which are arranged parallel to and spaced apart from one another, the space between the spaced apart flat areas containing hydrate.
  • this version of the loading cartridge «hydrate plate cartridge».
  • the first wall area and the second wall area of the loading cartridge each have areas in the form of a cylinder jacket which are arranged concentrically spaced from one another, the space between the spaced apart concentric areas containing hydrate.
  • this version of the charging cartridge «hydrate hollow cylinder cartridge».
  • a plurality of charging cartridges are preferably arranged connected in parallel in terms of fluid technology, the second wall region being thermally contacted directly by a heat source or indirectly contacted by the heat source via a heat transfer fluid.
  • one or more of them are positioned in a solar thermal system.
  • It is preferably positioned in a solar thermal system in which large-area solar radiation is concentrated in a small area in order to generate heat in this area at temperatures which are high enough to cause rapid and complete dehydration of the hydrate to anhydrate.
  • gaseous water or water vapor can be dosed out of the first, semi-permeable wall area Exit the reaction chamber of the loading cartridge.
  • the dehydration heat absorbed in the reaction chamber in a dosed or non-dosed manner is conducted via the second, highly heat-conducting wall area into the reaction chamber of the loading cartridge, whereby the temperature of the loading cartridge is dosed or non-dosed raised to a sufficiently high value to achieve complete dehydration of the hydrate .
  • the charging cartridges are preferably charged with thermal energy in a parabolic trough solar power plant.
  • the charging cartridges are brought into thermal contact with a heat transfer medium, e.g. oil, which flows in a channel, e.g. pipe, running in the focal line of the paraboir interior, in order to be heated to temperatures of several 100 ° C, in particular to temperatures above 300 ° C become.
  • a heat transfer medium e.g. oil
  • the concentrated solar energy captured in the parabolic trough solar power plant is used as required to generate superheated steam such as water steam to drive a steam engine such as a steam turbine to drive an electrical generator to generate electrical energy , and / or the captured concentrated solar energy is used to charge the charging cartridge.
  • superheated steam such as water steam
  • a steam engine such as a steam turbine
  • an electrical generator to generate electrical energy
  • the captured concentrated solar energy is used to charge the charging cartridge.
  • the charging cartridges for charging with thermal energy one or more of them are positioned in or on a power plant which generates a considerable proportion of waste heat during its operation.
  • the positioning in the power plant is preferably carried out in an area where the waste heat is conventionally dissipated in order to generate heat in this area at temperatures which are sufficiently high to cause rapid and complete dehydration of the hydrate to anhydrate.
  • gaseous water or water vapor can exit the reaction chamber of the charging cartridge in a metered manner via the first, semi-permeable wall area.
  • the dehydration heat absorbed in the reaction chamber in a dosed or non-dosed manner is conducted via the second, highly heat-conducting wall area into the reaction chamber of the loading cartridge, whereby the temperature of the loading cartridge is dosed or non-dosed raised to a sufficiently high value to achieve complete dehydration of the hydrate .
  • large thermal power plants such as nuclear power plants and combustion power plants, in which fossil chemical energy carriers or regeneratively produced chemical energy carriers are burned in order to generate electrical energy in a direct or indirect way, but always with a more or less large proportion of waste heat is generated.
  • stationary and mobile systems for power / heat coupling or cogeneration are also understood, such as internal combustion engines (Otto engine or diesel engine), jet engines or fuel cells in which fossil chemical energy carriers or regeneratively produced chemical energy carriers are burned to generate electrical energy or mechanical energy in a direct or indirect way, but always producing a more or less large proportion of waste heat.
  • internal combustion engines Otto engine or diesel engine
  • jet engines or fuel cells in which fossil chemical energy carriers or regeneratively produced chemical energy carriers are burned to generate electrical energy or mechanical energy in a direct or indirect way, but always producing a more or less large proportion of waste heat.
  • a particularly preferred system is CaO / Ca (OH) 2
  • the preferred CaO / Ca (OH) 2 system can be operated in terms of energy technology solely with sustainably available energy sources.
  • the CaO In order to convert chemical energy stored in the anhydrate CaO into heat, the CaO is allowed to react with water using the methods and devices described above, thereby producing the hydrate Ca (OH) 2 .
  • the hydrate Ca (OH) 2 is supplied with heat at temperatures above 400 ° C, which expels gaseous water.
  • the repeated production of the anhydrate CaO from the hydrate Ca (OH) 2 can also be carried out by means of a solar power plant in which the solar energy is strongly concentrated in a small area in which temperatures above 400 ° C. can be reached.
  • a parabolic trough solar power plant is particularly suitable for this.
  • Another preferred system is K 2 C0 3 / K 2 C0 3 -H 2 0.
  • anhydrate-containing heating cartridge and the hydrate-containing charging cartridge can be designed differently.
  • anhydrate-containing heating cartridge and the hydrate-containing charging cartridge have the same shape. It is then not necessary to remove the hydrate from the used cartridge after a completed heating process and to refill the cartridge with anhydrate before the next heating process.
  • the invention provides, according to a fifth aspect, a container (K) for use in a method or in a device according to one of the preceding paragraphs, the interior of the container (K) partially containing an anhydrate and / or a hydrate is filled and the container (K) has a semipermeable wall area (WB1, WB2) which is impermeable to the anhydrate or hydrate contained in it and is permeable to water or water vapor.
  • WB1, WB2 semipermeable wall area
  • the use of such a container or such a cartridge or cartridge is advantageous since the anhydrate or the hydrate always remains in the container and it is not necessary to fill or empty the interior of the container. Since the container is only partially filled with the anhydrate and / or the hydrate, the anhydrate can be converted into the more voluminous hydrate during the heating operation without endangering the container.
  • the semipermeable wall area (WB1, WB2, WB) is preferably formed from metal. Since the semi-permeable wall areas of the container are made of metal, both water or water vapor and heat can be transported well on them.
  • the interior of the container (K) is preferably delimited by a first semipermeable wall area (WB1) made of metal and a second semipermeable wall area (WB2) made of metal, between which the interior of the container (K) extends.
  • WB1 first semipermeable wall area
  • WB2 second semipermeable wall area
  • At least some of the semipermeable wall areas are preferably formed from metal ceramic.
  • At least some of the semipermeable wall areas (WB1, WB2, WB) are preferably made of metal and have a large number of through-holes (DB), each of which extends from the outer wall surface (WBa) of the semipermeable wall area (WB) to the inner wall surface (WBi) of the semipermeable wall area (WB) extend.
  • DB through-holes
  • the cross-section of the through-bores (DB) preferably each has a constriction (V). Due to the constriction, the exit of anhydrate particles or hydrate particles from the reaction space is made more difficult, while during heating operation water and steam can easily get into the reaction space R at the constrictions V and water and water vapor easily escape at the constrictions V during charging the reaction space R can get out.
  • At least some of the semi-permeable wall areas are preferably formed from a three-dimensional metal chip matrix (MSM) in which metal chips (MS) are connected to one another with an inorganic adhesive (WG) and which are between the metal chips (MS) Has cavities.
  • MSM three-dimensional metal chip matrix
  • WG inorganic adhesive
  • This structure has a similar effect to the sintered structures of a metal ceramic mentioned above.
  • the three-dimensional metal chip matrix has a sieve function. It does not allow powdery or granular salt hydrate to pass through, while water or water vapor can pass through the semipermeable wall area formed in this way in one direction or the other during loading or unloading in accordance with a pressure gradient or concentration gradient.
  • the metal chip matrix ensures good thermal conductivity, so that heat can pass through the semipermeable wall area formed in this way in one direction or the other in accordance with a temperature gradient during charging or discharging.
  • the metal chips are preferably bonded to at least two further metal chips, whereby a three-dimensional structure with a high resulting thermal conductivity is formed.
  • the metal chips preferably have an average length in the range from 1 mm to 10 mm.
  • Aluminum chips are preferably used as metal chips.
  • the inorganic adhesive used is preferably water glass, ie sodium silicate and / or potassium silicate.
  • a flowable, moist mixture of aluminum chips and water glass is brought into the desired geometric shape (e.g. plate shape, corrugated plate shape) and compressed.
  • the geometric shape obtained in this way is dried at temperatures in the range from 200.degree. C. to 700.degree.
  • the water glass used as an adhesive can contain aluminum powder and / or graphite particles.
  • the graphite particles preferably contain expanded graphite or expandable graphite.
  • the interior of the container (K) preferably has a filling which contains a first phase formed by salt hydrate, which is continuous and porous, and particles (MP) distributed in the first phase made of a material with high specific thermal conductivity as the second phase.
  • the second phase formed by the distributed particles ensures good thermal conductivity, so that heat can flow well during charging or discharging according to a temperature gradient in one direction or the other within the filling of the container (K) thus formed.
  • Aluminum shavings, aluminum powder, graphite powder or expanded graphite, i.e. expandable graphite, are preferably used as the distributed particles.
  • the interior of the container (K) preferably has a filling which contains a first phase formed by salt hydrate, which is continuous and porous, and a lattice structure (MG) extending within the first phase and made of a material with high specific thermal conductivity as the second phase .
  • the second phase formed by the lattice structure ensures good thermal conductivity, so that heat can flow well during charging or discharging according to a temperature gradient in one direction or the other within the filling of the container (K) thus formed.
  • Aluminum or copper or iron or steel is preferably used for the lattice structure.
  • the elongate elements or rod-like elements of the lattice structure preferably have a diameter in the range from 0.5 mm to 3 mm.
  • a distance between adjacent grid elements in the grid structure is preferably between 5 mm and 50 mm.
  • the interior of the container (K) preferably has a filling in which metal chips (MS) are connected to one another with an inorganic adhesive and form a three-dimensional metal chip matrix (MSM) and in which gaps of the metal chip matrix with hydrate, ie the hydrated one Form of a salt hydrate, are at least partially filled. Since the salt hydrate in its hydrated state (hydrate state) takes up a larger volume than in its dehydrated state (anhydrate state), this ensures that the metal chip matrix does not explode when discharging, ie when changing from the more compact anhydrate to the more voluminous hydrate becomes. As a result, many charge / discharge cycles of the container (K) can be achieved without impairing the microscopic structure of its salt hydrate metal chip matrix and thus its functionality.
  • MSM three-dimensional metal chip matrix
  • the metal chips are preferably bonded to at least two further metal chips, whereby a three-dimensional structure with a high resulting thermal conductivity is formed.
  • the metal chips preferably have an average length in the range from 1 mm to 10 mm.
  • Aluminum chips are preferably used as metal chips.
  • the inorganic adhesive used is preferably water glass, ie sodium silicate and / or potassium silicate.
  • S1 a flowable, moist mixture of aluminum chips and water glass is formed and pressed into a desired porous structure, in particular a block-like or plate-like structure (e.g. rectangular block, cylinder block, prism block, etc.).
  • a second step (S2) the structure obtained in this way is dried at temperatures in the range from 200.degree. C. to 700.degree.
  • the water glass used as an adhesive can contain aluminum powder and / or graphite particles.
  • the graphite particles preferably contain expanded graphite or expandable graphite.
  • the porous structure obtained in the first step and in the second step is in a third step (S3) with an aqueous slurry of salt hydrate, eg Ca (OH) 2 slurry, which contains dissolved salt hydrate and undissolved suspended salt hydrate particles, soaked or impregnated.
  • This third step is preferably carried out using at least one of the following two variants:
  • the porous structure is immersed in the slurry in a tank;
  • Measures 1) and / or 2) cause the metal chip matrix to be wetted and thus at least partially fill its interstices with salt hydrate.
  • the porous structure so impregnated or impregnated in this way can be positioned in a pressure vessel filled with a fluid, after which the fluid in the pressure vessel is isotropically pressurized in order to transfer the salt hydrate slurry into the spaces between the metal chips.
  • This fourth step is preferably carried out using at least one of the following four variants:
  • the pressurized fluid is the salt hydrate slurry into which the porous structure is immersed, the tank or vessel preferably being the pressure vessel.
  • the pressurized fluid is a gas, especially air.
  • the porous structure is brought into contact with the salt hydrate slurry at least in parts of its outer surface, and the porous structure is set in a rotary motion together with the salt hydrate slurry. Centrifugal forces (inertial forces) press the salt hydrate slurry into the spaces between the metal chip matrix of the porous structure.
  • the porous structure is preferably centrifuged in a centrifuge filled with the salt hydrate slurry, the centrifugal force field forcing the salt hydrate slurry into the porous structure.
  • the porous structure is a hollow body, preferably a hollow sphere or a hollow cylinder sealed at its ends, and the porous structure is immersed in the salt hydrate slurry which is put under pressure. Due to the pressure gradient between the outside of the porous structure and the inside or the macroscopic cavity of the porous structure, the salt hydrate slurry is pressed from the outside inwards through the porous structure and thus its microscopic cavities or interstices or pores are practically completely pressed with it filled with the salt hydrate in a hydrated state.
  • the container (K) preferably has a constant cross section along a container axis (BA) transversely to the container axis (BA). This turns the container into a “cartridge” which can be pushed into a complementary shaped cavity and pulled out of it (e.g. for heating or loading the cartridge).
  • the container (K) preferably has impermeable partitions arranged at a distance along its container axis (BA), which are impermeable to the anhydrate, hydrate, water and water vapor and which divide the interior of the container (K) into sub-chambers arranged along the container axis (BA) .
  • BA container axis
  • the cross section of the container (K) can have the shape of a rectangle, a square, a circle or a circular ring, a triangle or a hexagon. Containers with these shapes can be arranged side by side in a compact manner.
  • the cross section of the container (K) can also have the shape of a periodic pattern, in particular a wave with a sinusoidal profile or a triangular profile. Containers with these shapes can also be arranged next to one another in a compact manner.
  • the invention provides, according to a sixth aspect, a container (K *) for use in a method for generating or storing heat, in particular for use in a method or in a device according to one of the preceding paragraphs, wherein the container (K *) is a porous structure which has a metallic matrix and a salt hydrate which at least partially fills the pores or microscopic interstices of the metallic matrix in the hydrated state of the salt hydrate and is permeable to water or water vapor.
  • the use of such a container is advantageous because the anhydrate or the hydrate always remains in the pores of the container and the interior of the container does not need to be filled or emptied. Since the pores of the container are only partially filled with the anhydrate and / or the hydrate, the anhydrate can be converted into the more voluminous hydrate during the heating operation without endangering the container.
  • the metallic matrix preferably contains metal particles (MP) which are connected to one another by sintering to form a metal-sintered block or a metal-ceramic block and form a three-dimensional metal-ceramic matrix (MKM).
  • the metallic matrix preferably contains metal chips (MS) which are connected to one another with an inorganic adhesive and form a three-dimensional metal chip matrix (MSM).
  • the salt hydrate preferably contains particles (MP, GP) made of a material with a high specific thermal conductivity.
  • the salt hydrate preferably contains a lattice structure (MG, WR) with a high specific thermal conductivity.
  • All of the mentioned metallic structures contribute to good thermal conductivity of the porous structure, whereby the penetration of heat into the container during loading and the escape of heat from the container during unloading is facilitated and takes place quickly.
  • the salt hydrate has a porous structure.
  • the aforementioned porous structure of the salt hydrate contributes to the good transportability of water molecules of the porous structure, whereby the penetration of water molecules into the container during unloading and the escape of water molecules from the container during loading is facilitated and takes place quickly.
  • the metallic matrix preferably contains aluminum.
  • the inorganic adhesive preferably contains water glass, in particular sodium silicate and / or potassium silicate.
  • the combination of aluminum, preferably in the form of chips as a waste product from the machining of aluminum parts, with water glass as the inorganic binder is particularly advantageous because the aluminum chips are oxidized on their surface and have an oxide layer on their surface, which with the silicate of the Binder enters into an intimate and particularly stable connection.
  • Aluminum particles and / or graphite particles are preferably distributed in the salt hydrate. These improve the thermal conductivity of the salt hydrate.
  • the container (K *) preferably has a constant cross section along a container axis (BA) transversely to the container axis (BA). This turns the container into a “cartridge” which can be pushed into a complementary shaped cavity and pulled out of it (e.g. for heating or loading the cartridge).
  • the container (K *) preferably has impermeable partitions arranged at a distance along its container axis (BA), which are impermeable to the anhydrate, the hydrate, water and water vapor and which the volume of the container (K *) is arranged along the container axis (BA) Subdivide partial volumes. This prevents uncontrolled diffusion of water or water vapor in the interior of the container along the container axis, and water or water vapor can be supplied to the container in sections in the heating mode or withdrawn in the loading mode. This in particular facilitates a metered heating operation, ie a metered unloading of the container by gradually lowering the container into a water bath, for example along its container axis BA.
  • the cross section of the container (K *) can have the shape of a rectangle, a square, a circle or a circular ring, a triangle or a hexagon. Containers with these shapes can be arranged side by side in a compact manner.
  • the cross section of the container (K *) can also have the shape of a periodic pattern, in particular a wave with a sinusoidal profile or a triangular profile. Containers with these shapes can also be arranged next to one another in a compact manner.
  • the invention provides, according to a seventh aspect, a container arrangement which has a plurality of containers (K and / or K *) according to one of the preceding paragraphs arranged next to one another and parallel to one another.
  • the invention provides, according to an eighth aspect, a method for producing a container (K *) for use in a method for generating or storing heat, in particular for producing a container (K *) according to one of the preceding paragraphs, wherein the method comprises the following steps: a) forming a three-dimensional metallic matrix which has microscopic interstices; and b) filling the microscopic spaces with an aqueous slurry of a salt hydrate.
  • Step a) is preferably carried out by sintering metallic particles.
  • Step a) is preferably carried out by gluing metallic particles by means of an inorganic adhesive.
  • Step b) is preferably carried out by pressing the aqueous slurry into the microscopic interspaces.
  • the invention provides, according to a ninth aspect, a method for producing a container (K *) for use in a method for generating or storing heat, in particular for producing a container (K *) according to one of the preceding paragraphs, wherein the method comprises the following steps: a) providing an aqueous slurry of a salt hydrate in which metallic particles are suspended; and b) forming a three-dimensional metallic matrix by compressing the slurry.
  • the metallic particles are preferably sintered in step b).
  • the metallic particles are preferably glued in step b) by means of an inorganic adhesive.
  • 1 shows a schematic representation of the method according to the invention for generating heat according to an exemplary embodiment
  • 2 shows a schematic representation of the method according to the invention for storing heat according to an exemplary embodiment
  • FIG. 3 shows a schematic representation of the device according to the invention for generating heat according to an exemplary embodiment
  • FIG. 4 shows a schematic representation of the device according to the invention for storing heat according to an exemplary embodiment
  • FIG. 5 shows a schematic representation of an exemplary application of a method according to the invention and a device according to the invention
  • FIG. 6a shows a top view of a first embodiment of a cartridge according to the invention in the loading mode
  • 6b shows a sectional view along the section plane A-A of the first embodiment of the cartridge in the loading mode
  • 6c shows a sectional view along the section plane B-B of the first embodiment of the cartridge in the loading mode
  • FIG. 7a shows a plan view of the first embodiment of the cartridge according to the invention in heating mode
  • 7c shows a sectional view along the section plane B-B of the first embodiment of the cartridge in the heating mode
  • FIG. 8a shows a plan view of a plate-like cartridge in the loading mode
  • FIG. 9a shows a perspective view of a first variant of a block-like cartridge, shown transparently;
  • 9b shows a perspective view of a second variant of a block-like cartridge, shown transparently;
  • FIG. 10 shows a stack of block-like cartridges from FIG. 9a, which are fluidly connected in series;
  • FIG. 11 shows a stack of block-like cartridges from FIG. 9a, provided with engagement formations, which are fluidly connected in series;
  • FIG. 12 shows a perspective view of a further variant of a plate-like cartridge with engagement formations
  • FIG. 13 shows a side view of a vehicle provided with an internal combustion engine, on which two stacks of plate-like cartridges are arranged for their loading process;
  • FIG. 14 shows a sectional view of a further variant of a plate-like cartridge
  • 15 is a sectional view of a cylindrical cartridge; 16 shows a sectional view of a further variant of a plate-like cartridge;
  • FIG. 17 shows a sectional view of a further variant of a plate-like cartridge
  • Fig. 18 is a sectional view of a rod-shaped cartridge
  • FIG. 19 shows a sectional view of a further variant of a rod-shaped cartridge
  • FIG. 20 shows a sectional view of an embodiment of a semipermeable wall region of a cartridge along a sectional plane perpendicular to the plane of the wall region or perpendicular to the tangential plane of the wall region;
  • FIG. 21 shows a sectional view of a further embodiment of a semipermeable wall area of a cartridge K along a sectional plane perpendicular to the plane of the wall area WB or perpendicular to the tangential plane of the wall area;
  • FIG. 22 is a sectional view of a first embodiment of a cartridge filling
  • FIG. 23 is a sectional view of a second embodiment of a cartridge filling
  • FIG. 24 is a sectional view of a third embodiment of a cartridge filling
  • 25 is a sectional view of a fourth embodiment of a cartridge filling
  • 26 is a sectional view of a further embodiment of a cartridge.
  • a method for generating (releasing, releasing) heat W is shown schematically.
  • the release of heat W takes place during a reaction between on the one hand a solid and / or a first liquid 1 and on the other hand a gas and / or a second liquid 2.
  • the heat of reaction W produced in the process is dissipated.
  • a metered amount of the solid and / or the first liquid 1 is fed to the reaction space R.
  • a metered amount of the gas and / or the second liquid 2 is fed to the reaction space R.
  • the solid and / or the first liquid 1 and the gas and / or the second liquid 2 are brought into contact with one another.
  • the heat W released is removed from the reaction space R.
  • a method for storing heat W is shown schematically in FIG.
  • a reaction between, on the one hand, a solid and / or a first liquid 1 and, on the other hand, a gas and / or a second liquid 2, the heat of reaction W to be stored is supplied.
  • a metered amount of the solid and / or the first liquid 1 is fed to a reaction space R.
  • a metered amount of heat W is supplied to the reaction space R.
  • the solid and / or the first liquid 1 and the heat W are brought into contact with one another, ie the solid and / or the first liquid 1 is exposed to the heat W.
  • the released gas and / or the released second liquid 2 is discharged from the reaction space R.
  • Fig. 3 a device or system for performing the method for generating heat is shown schematically.
  • the device contains a reaction chamber which forms the reaction space R and has a means for dissipating the heat of reaction in the form of a heat exchanger WT.
  • the device also contains a first supply means in the form of a screw conveyor SF and / or a toothed belt conveyor ZF for the metered supply of a solid and / or a first liquid 1 into the reaction chamber R.
  • a first supply means in the form of a screw conveyor SF and / or a toothed belt conveyor ZF for the metered supply of a solid and / or a first liquid 1 into the reaction chamber R.
  • the device also contains a second feed means in the form of a metering pump DP and / or an atomizing nozzle ZD for metered feeding of a gas and / or a second liquid 2 into the reaction chamber R.
  • a second feed means in the form of a metering pump DP and / or an atomizing nozzle ZD for metered feeding of a gas and / or a second liquid 2 into the reaction chamber R.
  • a device or system for performing the method for storing heat is shown schematically.
  • the device contains a reaction chamber which forms the reaction space and has a means for supplying heat of reaction in the form of a heat exchanger WT and / or a fluidized bed WB.
  • the device also contains a first means in the form of a screw conveyor SF and / or a toothed belt conveyor ZF for the metered supply of a solid or a first liquid 1 into the reaction chamber R.
  • the device also contains a second means in the form of a blower or ventilator V and / or a pump P for discharging a gas or a second liquid 2 from the reaction chamber R.
  • FIG. 5 shows a schematic representation of an exemplary application of the method according to the invention and the devices according to the invention.
  • a house in which a cartridge K is used as a fleece cartridge HK.
  • the cartridge filled with an anhydrate e.g. CaO
  • anhydrate e.g. CaO
  • the corresponding flydrate e.g. Ca (OH) 2
  • This Flydratations Sue W can be used for meat, for example domestic water heating and room air heating.
  • a vehicle equipped with an internal combustion engine in which a cartridge K is used as a charging cartridge LK.
  • the cartridge filled with a flydrat e.g. Ca (OH) 2
  • heat W waste heat from the combustion engine
  • the flydrat contained in the cartridge is dehydrated, whereby the corresponding anhydrate (e.g. CaO) is produced again and flydratation heat W in the Cartridge K is stored. This heat of flow W can then be used again for meat meat.
  • a cartridge exchange station In the middle of the picture of FIG. 5, a cartridge exchange station is shown. There, the loaded cartridges (anhydrate cartridges) that can be used as fleece cartridges HK are exchanged for loading cartridges LK (hydrate cartridges).
  • FIG. 6a shows a top view of a first embodiment of a cartridge K according to the invention in the loading mode.
  • the cartridge K can be seen with a reaction space R which is filled with a hydrate in powder form and is traversed by a coil S, which, for example, consists of a metal is formed.
  • a hot fluid is allowed to flow through the pipe coil S, the heat W of which flows through the wall of the pipe coil S into the hydrate.
  • the hot fluid can be a hot gas, for example hot air or hot exhaust gas from an internal combustion engine, or a hot liquid, for example hot oil from a parabolic trough power plant.
  • the heat flowing into the hydrate dehydrates the hydrate, with water (H 2 O) emerging from the cartridge K and the corresponding anhydrate being formed in the reaction space.
  • the coil S can also contain small openings (indicated by dashed lines) through which the hot gas penetrates the hydrate powder and gradually dehydrates it and converts it to the corresponding anhydrate.
  • a hot gas e.g. hot exhaust gas
  • FIG. 6b shows a sectional view along the sectional plane A-A of the first embodiment of the cartridge K in the loading mode.
  • the reaction space R can be seen with the coiled pipe S running through it.
  • the reaction space R is filled with a hydrate / anhydrate powder (indicated by dotted lines), the hydrate almost completely filling the reaction space R in the discharged state, while the anhydrate fills the reaction space in the charged state R to a greater extent or at least almost completely.
  • 6c shows a sectional view along the sectional plane B-B of the first embodiment of the cartridge in the loading mode.
  • FIG 7a shows a top view of the first embodiment of the cartridge K according to the invention in the heating mode.
  • the cartridge K can be seen with a reaction space R which is filled with an anhydrate in powder form and is traversed by a pipe coil S, which is formed e.g. from a metal.
  • the coil S contains small openings (indicated by dashed lines).
  • Water is allowed to flow through the coil S as a liquid and / or as water vapor.
  • the liquid water and / or the steam penetrate through the small openings of the coil S into the anhydrate powder, as a result of which it is gradually hydrated and thus converted to the corresponding hydrate.
  • the heat of hydration W released in the process can be given off via at least one highly thermally conductive wall of the cartridge K to a heat transfer fluid for the purpose of heating.
  • the water flowing through the pipe coil S can also be used as a heat transfer fluid.
  • FIG. 7b shows a sectional view along the sectional plane A-A of the first embodiment of the cartridge K in the heating mode.
  • the reaction space R can be seen with the coiled pipe S running through it.
  • the reaction space R is filled with a hydrate / anhydrate powder (indicated by dotted lines), the hydrate almost completely filling the reaction space R in the discharged state, while the anhydrate fills the reaction space in the charged state R to a greater extent or at least almost completely fills out.
  • FIG. 7c shows a sectional view along the sectional plane BB of the first embodiment of the cartridge K in heating mode.
  • Fig. 8a a plan view of a plate-like cartridge K is shown in the loading mode.
  • heat W penetrating into the cartridge K by means of a hot gas can be seen, which dehydrates the hydrate contained in the cartridge K and converts it into the corresponding anhydrate.
  • the upper part of the cartridge K indicated by arrows, can be seen emerging as water vapor.
  • Fig. 8b a sectional view along the section plane A-A of the plate-like cartridge K is shown.
  • the reaction space R and the filling with hydrate / anhydrate powder can be seen again (indicated by dotted lines).
  • Fig. 9a a perspective view of a first variant of a block-like cartridge K shown transparently is shown.
  • a coil S extending inside the cartridge K, which is in fluid connection with two diametrically opposed openings 01 and 02 on a first large area of the cartridge K and each with two diametrically opposed openings 03 and 04 on a second large area of the cartridge K is in fluid communication.
  • the coil S has along the entire fluid path defined by it a multiplicity of small openings or a semipermeable wall area through which water or water vapor can pass and through which neither hydrate nor anhydrate can pass.
  • a hot fluid as a heat source preferably hot air or hot exhaust gas from a combustion process
  • a hot air or hot exhaust gas from a combustion process is passed from the third opening 03 to the fourth opening 04 through the pipe coil S.
  • heat gets into the hydrate inside the cartridge K, as a result of which the hydrate is gradually converted into anhydrate and heat that comes from the heat source is gradually stored in the cartridge K.
  • the water vapor formed in the cartridge K passes through the large number of small openings or via the semi-permeable wall area into the pipe coil S and is carried away from the cartridge K in the air flow or exhaust gas flow.
  • FIG. 9b shows a perspective view of a second variant of a block-like cartridge K, which is shown transparently.
  • a coil S extending inside the cartridge K, which has a first opening 01 on a first large surface of the cartridge K, a second opening 02 on a second large surface of the cartridge K and a third opening 03 on an end surface or small surface the cartridge K is in fluid communication.
  • the coil S has a large number of small openings or a semipermeable wall area along the entire fluid path defined by it, through which water or steam can pass and through which neither hydrate nor anhydrate can pass.
  • a hot fluid as a heat source preferably hot air or hot exhaust gas from a combustion process
  • a hot air or hot exhaust gas from a combustion process is passed from the second opening 02 to the third opening 03 through the pipe coil S.
  • heat gets into the hydrate inside the cartridge K, as a result of which the hydrate is gradually converted into anhydrate and heat that comes from the heat source is gradually stored in the cartridge K.
  • the water vapor formed in the cartridge K passes through the large number of small openings or via the semi-permeable wall area into the pipe coil S and is carried away from the cartridge K in the air flow or exhaust gas flow.
  • FIG. 10 shows a stack of block-like cartridges K from FIG. 9a, which are fluidly connected in series.
  • Each of the cartridges K in the stack contains a coil S (not shown) (see Figure 9a).
  • all of the pipe coils S of the respective cartridges K are connected in series to form a very long series pipe coil.
  • a hot gas e.g. a hot exhaust gas, or a hot liquid, e.g. a hot oil
  • the water vapor emerging from the hydrate can, as described above, emerge from the cartridge via a semipermeable wall area (not shown) of the respective cartridge K.
  • the coil S can also contain small openings (see FIGS. 6a, 7a, 9a, 9b, each indicated by dashed lines) through which the heat of the hot Gas and / or the hot gas itself can penetrate into the hydrate powder and gradually dehydrate it and convert it to the corresponding anhydrate.
  • a hot gas eg hot exhaust gas
  • the cartridge stack can be arranged in any spatial orientation when installed. In particular, it can be arranged vertically or horizontally depending on the installation situation.
  • FIG. 11 shows a stack of block-like cartridges K from FIG. 9a, which are provided with engagement formations F1 and which are connected in series in terms of fluid.
  • the cartridges K can be stacked on top of one another like Lego bricks.
  • FIG. 12 shows a perspective view of a further variant of a plate-like cartridge K with engagement formations F2 and engagement formations F2 'complementary thereto.
  • the cartridges can be positively connected to one another by means of the engagement formations F2 and F2 '.
  • FIG. 13 shows a side view of a vehicle provided with an internal combustion engine, on which two stacks of plate-like cartridges K are arranged for their loading process.
  • the two stacks correspond to the stacks shown in FIG. 14 shows a sectional view of a further variant of a plate-like cartridge K.
  • the cutting plane is orthogonal to a longitudinal axis of the plate-like cartridge K.
  • the cartridge K contains a flat first wall area WB1 (shown as cross-hatching), which is formed as a semipermeable wall area with a large number of holes, in particular with round holes or longitudinal holes or cross holes or star holes.
  • the first wall area WB1 can be formed from metal or from ceramic, for example from metal ceramic or from oxide ceramic, or from a combination of metal and ceramic in the manner of a ceramic filter.
  • the cartridge contains a flat second wall area WB2, which is formed from a highly thermally conductive material, preferably from metal, e.g. copper, aluminum, steel, etc., or graphite.
  • the cartridge K contains a reaction chamber R between the flat first wall area WB1 and the flat second wall area WB2.
  • This reaction chamber R is filled with hydrate and / or with anhydrate, depending on the state of charge of the cartridge K.
  • the left oval area shows schematically the heating operation of this cartridge K, namely “water in, heat out”.
  • the right oval-shaped area shows schematically the loading operation of this cartridge K, namely “heat in, water out”.
  • Fig. 15 a sectional view of a cylindrical cartridge K is shown.
  • the cutting plane is orthogonal to a longitudinal axis of the cylindrical cartridge K.
  • the cartridge K contains a first wall area WB1 in the form of an inner cylinder jacket (shown as cross hatching), which is formed as a semipermeable wall area with a large number of holes, in particular with round holes or longitudinal holes or cross holes or star holes.
  • the first wall area WB1 can be made of metal or Ceramic, for example from metal ceramic or oxide ceramic, or from a combination of metal and ceramic in the manner of a ceramic filter.
  • the cartridge contains a second wall area WB2 in the form of an outer cylinder jacket, which is formed from a highly thermally conductive material, preferably from metal, e.g. copper, aluminum, steel, etc., or graphite.
  • a highly thermally conductive material preferably from metal, e.g. copper, aluminum, steel, etc., or graphite.
  • the cartridge K contains a reaction chamber R between the first wall area WB1 and the second wall area WB2.
  • This reaction chamber R is filled with hydrate and / or with anhydrate, depending on the state of charge of the cartridge K.
  • the upper oval-shaped area shows schematically the heating operation of this cartridge K, namely “water in, heat out”.
  • the lower oval-shaped area shows schematically the loading operation of this cartridge K, namely “heat in, water out”.
  • FIG. 16 shows a sectional view of a further variant of a plate-like cartridge K.
  • the cutting plane is orthogonal to a longitudinal axis BA of the plate-like cartridge K.
  • the cartridge K contains a flat first wall area WB1 made of metal (shown as cross-hatching), which is formed as a semipermeable wall area with a large number of holes, in particular with round holes or longitudinal holes or cross holes or star holes.
  • the first wall area WB1 can be formed from metal-ceramic in the manner of a ceramic filter.
  • the cartridge K contains a flat second wall area WB2 made of metal (shown as cross-hatching), which is formed as a semipermeable wall area with a large number of holes, in particular with round holes or longitudinal holes or cross holes or star holes.
  • the second Wall area WB2 can be formed from metal-ceramic in the manner of a ceramic filter.
  • the metal used is e.g. copper, aluminum, steel, etc.
  • the cartridge K contains a reaction chamber R between the flat first wall area WB1 and the flat second wall area WB2.
  • This reaction chamber R is filled with hydrate and / or with anhydrate, depending on the state of charge of the cartridge K.
  • the left oval area shows schematically the heating operation of this cartridge K, namely “water in, heat out”.
  • the right oval-shaped area shows schematically the loading operation of this cartridge K, namely “heat in, water out”.
  • both water or water vapor and heat can be transported well into and out of the cartridge K on each of them.
  • FIG. 17 shows a sectional view of a further variant of a plate-like cartridge.
  • the cutting plane is orthogonal to a longitudinal axis BA of the plate-like cartridge K.
  • the cartridge K of FIG. 17 differs from the cartridge K of FIG. 16 only in the shape of its cross-section or profile cross-section transverse to the longitudinal axis BA. Instead of the rectangular profile of FIG. 16, the cartridge of FIG. 17 has a sine wave profile. It could also have a triangular wave profile (not shown).
  • the left oval area shows schematically the heating operation of this cartridge K, namely “water in, heat out”.
  • the right oval-shaped area shows schematically the loading operation of this cartridge K, namely “heat in, water out”.
  • both water or water vapor and heat can be transported well into and out of the cartridge K on each of them.
  • Fig. 18 a sectional view of a rod-shaped cartridge K is shown.
  • the cutting plane is orthogonal to a longitudinal axis BA of the plate-like cartridge K.
  • the cartridge K of FIG. 18 differs from the cartridge K of FIG. 16 only in the shape of its cross-section or profile cross-section transverse to the longitudinal axis BA. Instead of the rectangular profile of FIG. 16, the cartridge of FIG. 18 has a square profile. It could also have a triangular profile (not shown).
  • the upper oval-shaped area shows schematically the heating operation of this cartridge K, namely “water in, heat out”.
  • the lower oval-shaped area shows schematically the loading operation of this cartridge K, namely “heat in, water out”.
  • FIG. 19 shows a sectional view of a further variant of a rod-shaped cartridge.
  • the cutting plane is orthogonal to a longitudinal axis BA of the plate-like cartridge K.
  • the cartridge K of FIG. 19 differs from the cartridge K of FIG. 18 only in the shape of its cross-section or profile cross-section transverse to the longitudinal axis BA. Instead of the square profile of FIG. 18, the cartridge of FIG. 19 has a circular profile. You could also have a circular ring profile (not shown). The upper oval-shaped area shows schematically the heating operation of this cartridge K, namely “water in, heat out”.
  • the lower oval-shaped area shows schematically the loading operation of this cartridge K, namely “heat in, water out”.
  • FIG. 20 shows a sectional view of a further embodiment of a semipermeable wall area of a cartridge K along a sectional plane perpendicular to the plane of the wall area WB or perpendicular to the tangential plane of the wall area.
  • This design differs from the semipermeable metal-ceramic design mentioned above.
  • Several through-bores DB can be seen, each extending from the outer wall surface WBa of the semipermeable wall area WB to the inner wall surface WBi of the semipermeable wall area WB.
  • the cross-section of the through-holes DB has in each case in the area of the inner
  • the wall area WB consists of metal, both water or water vapor as well as heat can be transported well on it. Due to the constriction V, the exit of anhydrate particles or hydrate particles from the reaction space is made more difficult, while during heating operation water and steam can easily get into the reaction space R at the constrictions V and water and water vapor easily at the constrictions V during charging can get out of the reaction space R.
  • FIG. 21 schematically shows a sectional view of a further embodiment of a semipermeable wall region of a cartridge K along a sectional plane perpendicular to the plane of the wall region WB or perpendicular to the tangential plane of the wall region.
  • This design also differs from the semipermeable metal-ceramic design mentioned above.
  • metal chips MS which are connected to one another with an inorganic adhesive (not shown) and form a three-dimensional metal chip matrix.
  • a sectional view of a first embodiment of a cartridge filling is shown schematically.
  • b) evenly or at least almost evenly distributed particles MP, GP made of a material with a high specific thermal conductivity can be seen as the second phase (shown as hatched spots) in the first phase.
  • the particles can, for example, be metal particles MP or graphite particles GP.
  • FIG. 23 A sectional view of a second embodiment of a cartridge filling is shown schematically in FIG. 23.
  • a first phase formed by salt hydrate SH which can be more or less continuous or more or less porous (shown by cross-hatching).
  • c) a lattice structure MG extending within the first phase and made of a material with a high specific thermal conductivity can be seen as the second phase (shown as hatched dark bands).
  • FIG. 24 A sectional view of a third embodiment of a cartridge filling is shown schematically in FIG. 24.
  • GP made of a material with high specific thermal conductivity can be seen as the second phase (shown as hatched spots) and on the other hand c) a lattice structure MG extending within the first phase a material with high specific thermal conductivity as the third phase (shown as hatched dark bands).
  • Fig. 25 a sectional view of a fourth embodiment of a cartridge filling is shown schematically.
  • metal chips MS shown as dark hatched spots
  • MSM three-dimensional metal chip matrix
  • hydrate ie the hydrated form of a salt hydrate SH (shown by cross-hatching), at least partially filled interspaces ZR of the metal chip matrix MSM.
  • FIG. 26 a sectional view of a container in the form of a cartridge K or a cartridge K * is shown schematically.
  • the sectional plane is parallel to a longitudinal axis BA of the cartridge K or K *. It can be seen along its container axis BA spaced impermeable partitions TW which are impermeable to the anhydrate, the hydrate, water and water vapor and which the volume of the container K or K *, ie subdivide the reaction space R into sub-chambers TK or sub-volumes TV arranged along the container axis BA.
  • the cartridge K or K * contains a flat first wall area WB1 made of metal (shown as cross-hatching), which is formed as a semipermeable wall area with a large number of holes.
  • the first wall area WB1 can be formed from metal-ceramic in the manner of a ceramic filter.
  • the cartridge K or K * contains a flat second wall area WB2 made of metal (shown as cross-hatching), which is formed as a semipermeable wall area with a large number of holes.
  • the second wall area WB2 can be formed from metal-ceramic in the manner of a ceramic filter.
  • the metal used is e.g. copper, aluminum, steel, etc.
  • the double arrow DP shows the two directions parallel to the container axis BA along which the cartridge K or K * can be immersed in a water bath and emerged from the water bath.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen von Wärme (W) durch Reaktion zwischen einerseits einem Feststoff und/oder einer ersten Flüssigkeit (1) und andererseits einem Gas und/oder einer zweiten Flüssigkeit (2), wobei die dabei entstehende Reaktionswärme (W) abgeführt wird. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Speichern von Wärme (W) durch Reaktion zwischen einerseits einem Feststoff und/oder einer ersten Flüssigkeit (1) und andererseits einem Gas und/oder einer zweiten Flüssigkeit (2), wobei zu speichernde Reaktionswärme (W) zugeführt wird. Die Erfindung eignet sich besonders gut zur Verwendung mit Salzhydraten als Anhydrat/Hydrat-System, wie z.B. einem CaO/Ca(OH)2-System, wobei das Salzhydrat im Betrieb in einem wärmeleitenden Behälter eingeschlossen ist, welche zumindest in einem Teilbereich für Wasser oder Wasserdampf durchlässig ist.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen und Speichern von Wärme
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen von Wärme sowie auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Speichern von Wärme.
Derartige Verfahren und Vorrichtungen sind bekannt.
Erwähnenswert ist die Verwendung von Speichern zur Speicherung sensibler Wärme. Die Verwendung mit Wasser gefüllter Behälter als Wärmespeicher ist aufgrund der hohen Wärmekapazität von Wasser sowie dessen geringen Kosten und geringer Gefahr für die Umwelt besonders beliebt. Nachteilig ist dabei, dass die Temperaturänderung des Wassers in dem Behälter proportional zu der aufgenommen bzw. abgegebenen Wärmemenge des Wassers ist. Wenn man grössere Wärmemengen speichert, steigt die Temperatur des Speichers gegenüber der Umgebungstemperatur innerhalb oder ausserhalb eines Gebäudes stark an, wodurch hohe Wärmeverluste des Speichers an seine Umgebung durch Wärmeleitung, Wärmestrahlung und Konvektion entstehen. Selbst mit einem hohen Aufwand an Massnahmen zur Wärmeisolation des Speichers ist eine saisonale Speicherung von Wärme kaum möglich. Lediglich die Verwendung riesiger Wasserkörper bei möglichst kleinem Oberfläche/Volumen-Verhältnis kommt hierfür in Frage.
Erwähnenswert ist auch die Verwendung von Speichern zur Speicherung latenter Wärme. Die Verwendung mit Phasenwechselmaterial gefüllter Behälter als Wärmespeicher ist aufgrund der hohen Energiedichte sehr interessant. Besonders beliebt sind Fest/Flüssig-Systeme, wie z.B. Eisspeicher (gefrorenes/aufgetautes Wasser), Wachsspeicher (erstarrtes/geschmolzenes Wachs), Paraffinspeicher (erstarrtes/geschmolzenes Paraffin), bei denen die Gasphase im Normalbetrieb nahe der jeweiligen Schmelztemperatur des Systems aufgrund des dort üblicherweise geringen Dampfdrucks vernachlässigbar ist. Die Schmelztemperaturen oder Schmelztemperaturbereiche solcher Fest/Flüssig-Systeme können durch die Wahl der Moleküle (Länge der Kohlenstoffketten, Verzweigungsgrad, Vorhandensein polarer Gruppen, etc.) bzw. durch Mischen verschiedener Molekülsorten in weiten Bereichen eingestellt werden. So können z.B. Schmelztemperaturen, d.h. Phasenwechselspeicher-Betriebstemperaturen von 0°C (Eisspeicher), von etwa 30 bis 60°C (Wachs/Paraffin-Speicher) oder von etwa 60 bis 90°C (gegenüber Wachs/Paraffin noch längere oder mit polaren Gruppen versehene Moleküle) bereitgestellt werden. Diese Phasenwechselspeicher haben gegenüber Speichern sensibler Wärme eine um ein Vielfaches höhere Energiespeicherdichte. Solche Phasenwechselspeicher können in Gebäuden, insbesondere in Verbindung mit Solarthermie und mit Speichertemperaturen von z.B. 30°C und 80°C, vorteilhaft zur Wärmespeicherung für einen Zeitraum von einigen Wochen verwendet werden. Eine saisonale Speicherung von Wärme ist auch hier nur begrenzt möglich und wenn, dann ebenfalls nur mit einem hohen Aufwand an Massnahmen zur Wärmeisolation des Speichers.
1 Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine langfristige, insbesondere und zumindest saisonale Speicherung von Wärme ohne Massnahmen zur Wärmeisolation des Speichers zu ermöglichen.
Zur Lösung der Aufgabe stellt die Erfindung gemäss einem ersten Aspekt ein Verfahren bereit zum Erzeugen (Abgeben, Freisetzen) von Wärme (W) durch Reaktion zwischen einerseits einem Feststoff und/oder einer ersten Flüssigkeit (1) und andererseits einem Gas und/oder einer zweiten Flüssigkeit (2), wobei die dabei entstehende Reaktionswärme (W) abgeführt wird. Erfindungsgemäss werden hierbei al) einerseits eine dosierte Menge des Feststoffs und/oder der ersten Flüssigkeit (1) einem Reaktionsraum (R) zugeführt; und a2) andererseits eine dosierte Menge des Gases und/oder der zweiten Flüssigkeit (2) dem Reaktionsraum (R) zugeführt.
Dazu werden in dem Reaktionsraum al) der Feststoff und/oder die erste Flüssigkeit (1); und a2) das Gas und/oder die zweite Flüssigkeit (2) miteinander in Kontakt gebracht, und die frei werdende Wärme wird aus dem Reaktionsraum (R) abgeführt.
Der Feststoff und/oder die erste Flüssigkeit einerseits und das Gas und/oder die zweite Flüssigkeit andererseits haben eine ausreichend hohe Affinität zueinander, dass bei der Reaktion eine grosse Menge Wärme abgegeben wird. Je nach Wahl des Feststoffs und/oder der ersten Flüssigkeit sind das Gas und/oder die zweite Flüssigkeit z.B. Ammoniak, Wasser, ein Alkohol, ein Keton, etc.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung enthält der in dem Verfahren verwendete Feststoff und/oder die erste Flüssigkeit (1) ein Anhydrat, auch als kristallwasserfreies Salz bzw. dehydratisiertes Hydrat bezeichnet, wobei die Wärme durch Reaktion unter Beteiligung von Anhydrat einerseits und von Wasser und/oder Wasserdampf andererseits erzeugt wird. Dabei werden dem Reaktionsraum einerseits eine dosierte Menge des Anhydrats und andererseits eine dosierte Menge Wasser und/oder Wasserdampf zugeführt. Durch das dosierte Zuführen des Anhydrats und des Wassers und/oder Wasserdampfs kann die bei dem Verfahren frei werdende Wärmeleistung gesteuert werden.
Das Anhydrat bzw. dehydratisierte Hydrat kann in Form einer Flüssigkeit, z.B. als nichtwässrige Aufschlämmung bzw. Suspension dem Reaktionsraum zugeführt werden.
Zweckmässigerweise wird eine dosierte Menge des Anhydrats dem Reaktionsraum in Form von Feststoffpartikeln zugeführt.
Vorzugsweise wird eine dosierte Menge des Anhydrats dem Reaktionsraum in Form eines Pulvers zugeführt. Vorzugsweise haben die Partikel des Pulvers eine mittlere Korngrösse, die im Bereich von lOOpm bis 800pm liegen.
Alternativ oder ergänzend kann die dosierte Menge des Anhydrats dem Reaktionsraum in Form von Pellets (Presslingen) zugeführt werden. Vorzugsweise haben die Pellets eine mittlere Grösse, die im Bereich von 3mm bis 15mm liegt.
Vorzugsweise enthalten die Pellets Partikel des Anhydrats, welche von einer Matrix aus Bindemittel zusammengehalten werden, wobei das Bindemittel wasserlöslich oder wasserunlöslich sein kann. Vorzugsweise beträgt der Bindemittelanteil in Gew.% der Pellets 1% bis 10%, vorzugsweise 2% bis 5%.
Beim Verwenden eines wasserlöslichen Bindemittels, das beim Herstellen der Pellets aus Anhydrat bzw. dehydratisiertem Hydrat verwendet wird, erfolgt zwangsweise eine Hydratation, auch Hydratisierung genannt, eines Teils des zu bindenden bzw. pelletisierenden Anhydrats. Wenn dieses Bindemittel in 1 Gew.% bis 10 Gew.% des Anhydrats in dem Pellet verwendet wird, erfolgt durch den Wasseranteil des Bindemittels eine Hydratation nur eines vernachlässigbaren Teils des Anhydrats in dem Pellet, so dass dessen Potential zur späteren Hydratation und Abgabe von Wärme nur minimal verringert wird. Vorteilhaft ist dabei, dass durch die während der Pelletherstellung durch Hydratation eines kleinen Anteils des Pelletmaterials freigesetzte Wärme ein an der teilweisen Hydratation des Pelletmaterials teilnehmender Anteil des Wassers in dem Bindemittel der Pellets verdampft, bevor er mit dem Anhydrat reagieren kann. Dadurch wird eine sehr schnelle Trocknung und Verfestigung des Bindemittels in den Pellets gewährleistet.
Für die Herstellung der Pellets kann auch ein Bindemittel verwendet werden, welches in Wasser und in einem anderen Lösungsmittel löslich ist. Vorzugsweise ist das andere Lösungsmittel eine Substanz, welche mit dem Anhydrat nicht reagiert. Es können z.B. niedermolekulare volatile organische Substanzen verwendet werden. Dies hat den Vorteil, dass man beim Herstellen der Pellets das andere Lösungsmittel, also kein Wasser, verwenden kann, wodurch das Pelletmaterial überhaupt nicht hydratisiert wird, so dass dessen Potential zur späteren Hydratation und Abgabe von Wärme nicht verringert wird.
Auch beim Verwenden eines wasserunlöslichen Bindemittels wird beim Herstellen der Pellets das Pelletmaterial nicht hydratisiert, so dass dessen Potential zur späteren Hydratation und Abgabe von Wärme nicht verringert wird. Um eine Verkapselung der Pellets mit wasserunlöslichem Bindemittel, d.h. eine Abschottung des Pelletmaterials von Wasser zu verhindern, wird vorzugsweise ein Bindemittelanteil in Gew.% der Pellets von 1% bis 2% verwendet.
Unabhängig von der Art des Bindemittels verwendet man vorzugsweise eine Pelletpresse für die Herstellung der Pellets aus Anhydrat.
Bei der Herstellung der Pellets mit einem Bindemittel, welches in Wasser und in einem anderen Lösungsmittel löslich ist und welches in dem anderen Lösungsmittel gelöst ist, kann auch ein Sprühverfahren oder ein Vertröpfelungsverfahren verwendet werden. Dabei wird die Suspension bzw. Aufschlämmung (slurry) aus Anhydrat, dem anderen Lösungsmittel und dem darin gelösten Bindemittel durch eine Düse befördert. Dies kann durch Schwerkraft, Trägheitskraft, z.B. Zentrifugalkraft, oder hydraulischen Druck erfolgen. Je nach Viskosität der Suspension bzw. Aufschlämmung (slurry) kann eine Vereinzelung des 'aus der Düse austretenden Strahls zu Pellets in der Atmosphäre einer Pellet-Auffangkammer nach der Düse erfolgen.
Vorzugsweise erzeugt man ein pulsierendes Druckgefälle im Fluidstrom der Suspension bzw. Aufschlämmung, um die Vereinzelung des Fluids zu Pellets zu begünstigen. Besonders bevorzugt ist die Verwendung eines Tropfturmes mit einer Düsenplatte im oberen Teil des Tropfturmes. Dabei wird die Suspension bzw. Aufschlämmung in eine erste Kammer oberhalb der Düsenplatte eingespeist, und die Düsenplatte wird vibriert, wobei die Vibration der Düsenplatte vorzugsweise parallel zur Schwerkraftrichtung erfolgt, d.h. abwechselnd auf und ab. Die an der Unterseite der vibrierenden Düsenplatte aus den Düsen austretenden Tropfen der Suspension bzw. Aufschlämmung fallen in die Atmosphäre einer zweiten Kammer unterhalb der Düsenplatte. Während des Fallens verflüchtigt sich das Lösungsmittel des Bindemittels, so dass am Boden der zweiten Kammer verfestigte Pellets ankommen.
Zweckmässigerweise wird eine dosierte Menge Wasser dem Reaktionsraum in Form von Tröpfchen oder als Aerosol zugeführt. Dies kann mittels eines Luftstroms erfolgen. Vorzugsweise liegt der mittlere Durchmesser eines Tröpfchens im Bereich von lOOpm bis 2mm.
Alternativ oder ergänzend kann die dosierte Menge Wasser dem Reaktionsraum in Form eines Wasserstrahles zugeführt werden, dessen Querschnittsfläche vorzugsweise im Bereich von 0.2mm2 bis 500mm2 liegt und dessen Geschwindigkeit vorzugsweise im Bereich von 0.5m/s bis 10m/s liegt.
Gemäss einer bevorzugten Variante (Nassverfahren) ist die dosierte Menge Wasser bezüglich der dosierten Menge Anhydrat überstöchiometrisch, wobei der Wasserüberschuss bezogen auf die stöchiometrische Molmenge an Wasser vorzugsweise im Bereich von 2% bis 15% liegt und besonders bevorzugt im Bereich von 5% bis 10% liegt. Je nach der Ausprägung des Überschusses an Wasser ist das Reaktionsprodukt, in welchem die Wärme entsteht, mehr oder weniger feucht bis hin zu pastös. Die Viskosität des Wassers mit den darin dispergierten Feststoffpartikeln (Paste) ist grösser als die Viskosität des Wassers.
Gemäss einer weiteren bevorzugten Variante (Trockenverfahren) ist die dosierte Menge Wasser bezüglich der dosierten Menge Anhydrat unterstöchiometrisch, wobei der Wasserunterschuss bezogen auf die stöchiometrische Molmenge an Wasser vorzugsweise im Bereich von 2% bis 15% liegt und besonders bevorzugt im Bereich von 5% bis 10% liegt. Je nach der Ausprägung des Unterschusses an Wasser ist das Reaktionsprodukt, in welchem die Wärme entsteht, mehr oder weniger trocken und mehr oder weniger rieselfähig. Die Rieselfähigkeit des trockenen Reaktionsproduktes ist meistens sehr gut. Der Überschuss des Anhydrats in dem trockenen Reaktionsproduktwirkt als Trockenmittel und beugt einem ungewollten Feuchtwerden vor.
Das Verfahren kann kontinuierlich erfolgen.
Vorzugsweise werden dabei al) die dosierte Menge des Feststoffs und/oder der ersten Flüssigkeit (1) dem Reaktionsraum (R) kontinuierlich zugeführt und a2) die dosierte Menge des Gases und/oder der zweiten Flüssigkeit (2) dem Reaktionsraum (R) kontinuierlich zugeführt.
Alternativ kann das Verfahren zumindest teilweise diskontinuierlich erfolgen.
Bei einer ersten Variante werden al) vorab in einem ersten Schritt eine dosierte kumulierte Menge des Feststoffs und/oder der ersten Flüssigkeit (1) dem Reaktionsraum (R) während eines Zeitraums zugeführt und a2) danach in einem zweiten Schritt eine dosierte Menge des Gases und/oder der zweiten Flüssigkeit (2) dem Reaktionsraum (R) kontinuierlich zugeführt.
Bei einer zweiten Variante werden a2) vorab in einem ersten Schritt eine dosierte kumulierte Menge des Gases und/oder der zweiten Flüssigkeit (2) dem Reaktionsraum (R) zugeführt und al) danach in einem zweiten Schritt eine dosierte Menge des Feststoffs und/oder der ersten Flüssigkeit (1) dem Reaktionsraum (R) zugeführt, wobei das das Zuführen bei al) vorzugsweise kontinuierlich erfolgt.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführung ist der Reaktionsraum ein Behälter, insbesondere eine Kartusche, Patrone, Platte, etc. Diese Kartusche kann als Heizkartusche HK in einem Heizbetrieb zum Abgeben von Wärme verwendet werden. Vorzugsweise ist die Kartusche eine wärmeleitenden Kartusche, in welcher vorzugsweise ein Salzhydrat als Anhydrat (in dehydratisiertem Zustand) eingeschlossen ist. Vorzugsweise ist die Kartusche zumindest in einem Teilbereich für Wasser oder Wasserdampf durchlässig.
Zur Lösung der Aufgabe stellt die Erfindung gemäss einem zweiten Aspekt eine Vorrichtung zur Durchführung des weiter oben beschriebenen Verfahrens bereit, wobei die Vorrichtung eine den Reaktionsraum (R) bildende Reaktionskammer mit einem Mittel (WT) zum Abführen von Reaktionswärme sowie ein erstes Zufuhrmittel (SF; ZF) zum dosierten Zuführen eines Feststoffs und/oder einer ersten Flüssigkeit (1) in die Reaktionskammer (R) und ein zweites Zufuhrmittel (DP, ZD) zum dosierten Zuführen eines Gases und/oder einer zweiten Flüssigkeit (2) in die Reaktionskammer (R) aufweist.
Zweckmässigerweise enthält das Mittel zum Abführen von Reaktionswärme einen Wasser/Reaktionsmedium-Wärmetauscher (WT) oder einen Luft/Reaktionsmedium-Wärmetauscher.
Vorzugsweise enthält das erste Zufuhrmittel einen Schneckenförderer (SF).
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Schneckenförderer ein Doppelschneckenförderer mit zwei kämmenden, sich im Betrieb gegenseitig reinigenden Schneckenwellen ist, welche vorzugsweise ein Erdmenger-Profil aufweisen.
Als Schneckenförderer kann auch ein Mehrschneckenförderer mit mehreren kämmenden Schneckenwellen verwendet werden, wovon sich jeweils zwei benachbarte Schneckenwellen im Betrieb gegenseitig reinigen, wobei die Schneckenwellen vorzugsweise ein Erdmenger-Profil aufweisen.
Alternativ oder ergänzend kann das erste Zufuhrmittel einen Zahnriemenförderer (ZF) enthalten.
Vorzugsweise ist der Zahnriemenförderer aus einem Polymermaterial gebildet und besonders bevorzugt aus einem faserverstärkten Polymermaterial gebildet.
Vorzugsweise hat der Zahnriemenförderer entlang seiner Längsausdehnung bzw. entlang seiner Länge voneinander beabstandete Vertiefungen, die sich über die gesamte Querausdehnung bzw. über die gesamte Breite des Zahnriemenförderers erstrecken.
Vorzugsweise haben die Vertiefungen ein konstantes Profil entlang der Querausdehnung bzw. über die gesamte Breite des Zahnriemenförderers. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Profil ein V-Profil oder ein U-Profil ist.
Vorzugsweise enthält das zweite Zufuhrmittel eine Dosierpumpe (DP) und/oder eine Düse, insbesondere eine Zerstäubungsdüse (ZD).
Vorzugsweise hat die Zerstäubungsdüse einen Düsenblock mit mehreren nebeneinander angeordneten Düsenöffnungen.
Alternativ oder ergänzend kann das zweite Zufuhrmittel einen Zufuhrkanal (Pumpe/Schwerkraft) (ZK) enthalten. Besonders vorteilhaft ist es, wenn bei der Vorrichtung der Reaktionsraum (R) einen Behälter aufweist mit einer Füllöffnung zum Zuführen des Feststoffs und/oder der ersten Flüssigkeit (1) in den Behälter, einem Verschluss zum Schliessen der Füllöffnung und einem semipermeablem Wandbereich, welcher für den Feststoff und/oder die erste Flüssigkeit (1) undurchlässig und für das Gas und/oder die zweite Flüssigkeit (2) durchlässig ist.
Alternativ kann bei der Vorrichtung der Reaktionsraum (R) einen Behälter aufweisen mit einer Füllöffnung zum Zuführen des Gases und/oder der zweiten Flüssigkeit (2) in den Behälter und zum Zuführen des Feststoffs und/oder der ersten Flüssigkeit (1) in den Behälter.
Vorzugsweise enthält der semipermeable Wandbereich eine Wand mit einer Vielzahl von Löchern.
Die Löcher der Wand können Rundlöcher oder Längslöcher oder Kreuzlöcher oder Sternlöcher sein.
Vorzugsweise liegt die kleinste Abmessung der Löcher, d.h. der Durchmesser der Rundlöcher oder die Breite der Längslöcher, im Bereich von 50pm bis IOOOmhh, vorzugsweise im Bereich von 50pm bis 500pm und am bevorzugtesten im Bereich von 50pm bis 200miti liegt.
Vorzugsweise hat bei der Vorrichtung der Reaktionsraum (R) einen Behälter mit einer Füllöffnung zum Zuführen des Gases und/oder der zweiten Flüssigkeit (2) in den Behälter und zum Zuführen des Feststoffs und/oder der ersten Flüssigkeit (1) in den Behälter.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführung ist der Behälter eine Heizkartusche HK, welche mit einer Heizzentrale oder mehreren dezentralen Heizvorrichtungen jeweils in thermischen Kontakt gebracht werden kann. Insbesondere kann die Heizkartusche formschlüssig und in thermischem Kontakt in eine zur Kartusche komplementäre Aussparung einer Heizzentrale oder einer dezentralen Heizvorrichtung eingeführt und aus dieser herausgeführt werden. Vorzugsweise wird der Formschluss und der thermische Kontakt mittels einer Schraubverbindung oder einer Bajonettverbindung hergestellt.
Vorzugsweise enthält die Heizkartusche einen ersten Wandbereich, welcher der oben erwähnte semipermeable Wandbereich mit der Vielzahl von Löchern ist, insbesondere mit den Rundlöchern oder Längslöchern oder Kreuzlöchern oder Sternlöchern. Dieser semipermeable erste Wandbereich kann aus Metall oder aus Keramik, z.B. aus Metallkeramik oder aus Oxidkeramik, oder aus einer Kombination von Metall und Keramik nach der Art eines Keramikfilters gebildet sein.
Vorzugsweise enthält die Heizkartusche einen zweiten Wandbereich, welcher aus einem stark wärmeleitenden Material, vorzugsweise aus Metall, z.B. Kupfer, Aluminium, Stahl, etc., oder Graphit gebildet ist.
Vorzugsweise enthält die Heizkartusche eine Reaktionskammer zwischen dem ersten Wandbereich und dem zweiten Wandbereich. Diese Reaktionskammer ist mit dem Anhydrat gefüllt. Vorzugsweise ist die Reaktionskammer mit Anhydrat in Form eines Feststoffes gefüllt. Vorzugsweise ist die Reaktionskammer mit dem Anhydrat nur teilweise gefüllt. Einerseits verhindert der erste Wandbereich, dass die Feststoffpartikel des Anhydrats aus der Reaktionskammer austreten können. Andererseits ermöglicht der erste Wandbereich, dass Wasser als Flüssigkeit oder als Gas/Dampf in die Reaktionskammer eintreten kann. Im Heizbetrieb wird der Reaktionskammer der Heizkartusche durch den ersten Wandbereich hindurch als Flüssigkeit oder als Dampf vorliegendes Wasser dosiert zugeführt, welches mit dem Anhydrat exotherm reagiert. Die freigesetzte Hydratationswärme wird durch den zweiten Wandbereich hindurch aus der Kartusche abgeleitet.
Gemäss einer ersten bevorzugten Ausführung der Heizkartusche weisen der erste Wandbereich und der zweite Wandbereich der Heizkartusche jeweils ebene Bereiche auf, die parallel zueinander beabstandet angeordnet sind, wobei der Zwischenraum zwischen den voneinander beabstandeten ebenen Bereichen Anhydrat enthält. Diese Ausführung der Heizkartusche nennen wir hier «Anhydrat- Plattenkartusche».
Gemäss einer zweiten bevorzugten Ausführung der Heizkartusche weisen der erste Wandbereich und der zweite Wandbereich der Heizkartusche jeweils Bereiche in Form eines Zylindermantels auf, die konzentrisch zueinander beabstandet angeordnet sind, wobei der Zwischenraum zwischen den voneinander beabstandeten konzentrischen Bereichen Anhydrat enthält. Diese Ausführung der Heizkartusche nennen wir hier «Anhydrat-Hohlzylinderkartusche».
Vorzugsweise werden mehrere Heizkartuschen fluidtechnisch parallel geschaltet angeordnet, wobei der zweite Wandbereich von einem Wärmeträgerfluid eines Heizsystems kontaktiert wird.
Gemäss einer bevorzugten Verwendung der Heizkartuschen zum Heizen werden eine einzige davon oder mehrere in einen Wassertank eingetaucht. Dadurch kann flüssiges Wasser über den ersten, semipermeablen Wandbereich dosiert in die Reaktionskammer der Heizkartusche eindringen. Die in der Reaktionskammer dosiert freigesetze Hydratationswärme wird über den zweiten, stark wärmeleitenden Wandbereich in das Wasser des Wassertanks geleitet, wodurch dessen Temperatur dosiert ansteigt.
Zur Dosierung der Wärmeleistung der durch eine Heizkartusche mit vorgegebener Kartuschen- Geometrie in den Wassertank eingetragenen Wärme können folgende Parameter einzeln oder in Kombination verwendet werden:
- Eintauchtiefe der partiell in das Wasser des Wassertanks eingetauchten Kartusche(n)
- Absenkgeschwindigkeit der partiell in das Wasser des Wassertanks eingetauchten Kartuschen(n)
- Druck im Innern des Wassertanks bzw. Wasserdruck.
Zur Lösung der Aufgabe stellt die Erfindung gemäss einem dritten Aspekt ein Verfahren bereit zum Speichern von Wärme (W) durch Reaktion zwischen einerseits einem Feststoff und/oder einer ersten Flüssigkeit (1) und andererseits einem Gas und/oder einer zweiten Flüssigkeit (2), wobei zu speichernde Reaktionswärme (W) zugeführt wird. Erfindungsgemäss werden hierbei bl) einerseits eine dosierte Menge des Feststoffs und/oder der ersten Flüssigkeit (1) einem Reaktionsraum (R) zugeführt und b2) andererseits eine dosierte Menge Wärme (W) dem Reaktionsraum (R) zugeführt. Dazu werden in dem Reaktionsraum (R) bl) der Feststoff und/oder die erste Flüssigkeit (1) und b2) die Wärme (W) miteinander in Kontakt gebracht, und das frei werdende Gas und/oder die frei werdende zweite Flüssigkeit (2) wird aus dem Reaktionsraum (R) abgeführt.
Der Feststoff und/oder die erste Flüssigkeit einerseits und das Gas und/oder die zweite Flüssigkeit andererseits haben eine ausreichend hohe Affinität zueinander, dass bei der Reaktion eine grosse Menge Wärme zugeführt wird. Je nach Wahl des Feststoffs und/oder der ersten Flüssigkeit sind das Gas und/oder die zweite Flüssigkeit z.B. Ammoniak, Wasser, ein Alkohol, ein Keton, etc. Bei einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung enthält der in dem Verfahren verwendete Feststoff und/oder die erste Flüssigkeit (1) ein Hydrat, auch als kristallwasserhaltiges Salz bzw. hydratisiertes Anydrat bezeichnet, wobei die Wärme durch Reaktion unter Beteiligung von Hydrat einerseits und von Wasser und/oder Wasserdampf andererseits gespeichert wird. Dabei werden dem Reaktionsraum einerseits eine dosierte Menge des Hydrats und andererseits eine dosierte Menge Wärme zugeführt. Durch das dosierte Zuführen des Hydrats und der Wärme kann die bei dem Verfahren zugeführte Wärmeleistung gesteuert werden.
Zweckmässigerweise wird eine dosierte Menge des Hydrats dem Reaktionsraum in Form von Feststoffpartikeln zugeführt.
Vorzugsweise wird eine dosierte Menge des Hydrats dem Reaktionsraum in Form eines Pulvers zugeführt.
Alternativ oder ergänzend kann die dosierte Menge des Hydrats dem Reaktionsraum in Form von Pellets (Presslingen) zugeführt werden.
Zweckmässigerweise wird die dosierte Menge Wärme dem Reaktionsraum in Form von heisser Luft zugeführt.
Vorzugsweise wird die dosierte Menge Wärme dem Reaktionsraum mittels eines Wirbelbetts zugeführt.
Gemäss einer bevorzugten Variante (Trockenverfahren) ist die dosierte Menge Wärme bezüglich der dosierten Menge Hydrat überstöchiometrisch. Je nach der Ausprägung des Überschusses an Wärme ist das Reaktionsprodukt, in welchem die Wärme gespeichert ist, mehr oder weniger trocken und mehr oder weniger rieselfähig. Die Rieselfähigkeit des trockenen Reaktionsproduktes ist meistens sehr gut. Der Überschuss an Wärme in dem trockenen Reaktionsprodukt beseitigt nicht-gebundenes Restwasser und erhöht kurzzeitig bis zum Abkühlen die Temperatur des Reaktionsproduktes.
Gemäss einer weiteren bevorzugten Variante (Nassverfahren) ist die dosierte Menge Wärme bezüglich der dosierten Menge Hydrat unterstöchiometrisch. Je nach der Ausprägung des Unterschusses an Wärme ist das Reaktionsprodukt, in welchem die Wärme gespeichert ist, mehr oder weniger feucht bis hin zu pastös.
Das Verfahren kann kontinuierlich erfolgen.
Vorzugsweise werden dabei bl) die dosierte Menge des Feststoffs und/oder der ersten Flüssigkeit (1) dem Reaktionsraum (R) kontinuierlich zugeführt und b2) die dosierte Menge Wärme (W) dem Reaktionsraum (R) kontinuierlich zugeführt.
Alternativ kann das Verfahren zumindest teilweise diskontinuierlich erfolgen.
Bei einer ersten Variante werden bl) vorab in einem ersten Schritt eine dosierte kumulierte Menge des Feststoffs und/oder der ersten Flüssigkeit (1) dem Reaktionsraum (R) während eines Zeitraums zugeführt wird und b2) danach in einem zweiten Schritt eine dosierte Menge Wärme (W) dem Reaktionsraum (R) kontinuierlich zugeführt.
Bei einer zweiten Variante werden b2) vorab in einem ersten Schritt eine dosierte kumulierte Menge Wärme (W) dem Reaktionsraum (R) zugeführt bl) danach in einem zweiten Schritt eine dosierte Menge des Feststoffs und/oder der ersten Flüssigkeit (1) dem Reaktionsraum (R) zugeführt, wobei das Zuführen bei bl) vorzugsweise kontinuierlich erfolgt.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführung ist der Reaktionsraum ein Behälter, insbesondere eine Kartusche, Patrone, Platte, etc. Diese Kartusche kann als Ladekartusche LK in einem Ladebetrieb zum Speichern von Wärme verwendet werden. Vorzugsweise ist die Kartusche eine wärmeleitenden Kartusche, in welcher vorzugsweise ein Salzhydrat als Hydrat (in hydratisiertem Zustand) eingeschlossen ist. Vorzugsweise ist die Kartusche zumindest in einem Teilbereich für Wasser oder Wasserdampf durchlässig.
Zur Lösung der Aufgabe stellt die Erfindung gemäss einem vierten Aspekt eine Vorrichtung zur Durchführung des weiter oben beschriebenen Verfahrens bereit, wobei die Vorrichtung eine den Reaktionsraum bildende Reaktionskammer mit einem Mittel (WT; WB) zum Zuführen von Reaktionswärme sowie ein erstes Mittel (SF; ZF) zum dosierten Zuführen eines Feststoffs oder einer ersten Flüssigkeit in die Reaktionskammer (R) aufweist und ein zweites Mittel (V; P) zum dosierten Abführen eines Gases oder einer zweiten Flüssigkeit (2) aus der Reaktionskammer (R) aufweist.
Zweckmässigerweise enthält das Mittel zum Zuführen von Reaktionswärme einen Wärmetauscher (WT).
Vorzugsweise enthält das Mittel zum Zuführen von Reaktionswärme ein Wirbelbett (WB).
Vorzugsweise enthält das erste Mittel einen Schneckenförderer (SF).
Alternativ oder ergänzend enthält das erste Mittel einen Zahnriemenförderer (ZF).
Vorzugsweise enthält das Mittel zum Zuführen von Reaktionswärme ein Gebläse (V).
Alternativ oder ergänzend enthält das Mittel zum Zuführen von Reaktionswärme eine Pumpe (P).
Besonders vorteilhaft ist es, wenn bei der Vorrichtung der Reaktionsraum (R) einen Behälter aufweist mit einer Füllöffnung zum Zuführen des Feststoffs und/oder der ersten Flüssigkeit (1) in den Behälter, einem Verschluss zum Schliessen der Füllöffnung und einem semipermeablem Wandbereich, welcher für den Feststoff und/oder die erste Flüssigkeit (1) undurchlässig und für das Gas und/oder die zweite Flüssigkeit (2) durchlässig ist.
Alternativ kann bei der Vorrichtung der Reaktionsraum (R) einen Behälter aufweisen mit einer Füllöffnung und/oder einem Wärmeeinleitungsbereich zum Zuführen der dosierten kumulierten Menge Wärme (W) und der dosierten Menge Feststoff und/oder der ersten Flüssigkeit (1) in den Behälter, einem Verschluss zum Schliessen der Füllöffnung und einem semipermeablem Wandbereich, welcher für den Feststoff und/oder die erste Flüssigkeit (1) undurchlässig und für das Gas und/oder die zweite Flüssigkeit (2) durchlässig ist.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführung ist der Behälter eine Ladekartusche LK, welche mit einer Wärmequelle in thermischen Kontakt gebracht werden kann. Insbesondere kann die Ladekartusche formschlüssig und in thermischem Kontakt in eine zur Kartusche komplementäre Aussparung einer Wärmequelle eingeführt und aus dieser herausgeführt werden. Vorzugsweise wird der Formschluss und der thermische Kontakt mittels einer Schraubverbindung oder einer Bajonettverbindung hergestellt. Vorzugsweise enthält die Ladekartusche einen ersten Wandbereich, welcher der oben erwähnte semipermeable Wandbereich mit der Vielzahl von Löchern ist, insbesondere mit den Rundlöchern oder Längslöchern oder Kreuzlöchern oder Sternlöchern. Dieser semipermeable erste Wandbereich kann aus Metall oder aus Keramik, z.B. aus Metallkeramik oder aus Oxidkeramik, oder aus einer Kombination von Metall und Keramik nach der Art eines Keramikfilters gebildet sein.
Vorzugsweise enthält die Ladekartusche einen zweiten Wandbereich, welcher aus einem stark wärmeleitenden Material, vorzugsweise aus Metall, z.B. Kupfer, Aluminium, Stahl, etc., oder Graphit gebildet ist.
Vorzugsweise enthält die Ladekartusche eine Reaktionskammer zwischen dem ersten Wandbereich und dem zweiten Wandbereich. Diese Reaktionskammer ist mit dem Hydrat gefüllt. Vorzugsweise ist die Reaktionskammer mit Hydrat in Form eines Feststoffes gefüllt. Vorzugsweise ist die Reaktionskammer mit dem Hydrat nur teilweise gefüllt, insbesondere mit einem Füllgrad in Vol.% von 90% bis 100%, insbesondere von 95% bis 100%. Einerseits verhindert der erste Wandbereich, dass die Feststoffpartikel des Hydrats aus der Reaktionskammer austreten können. Andererseits ermöglicht der erste Wandbereich, dass Wasser als Flüssigkeit oder als Gas/Dampf aus der Reaktionskammer austreten kann.
Im Ladebetrieb wird der Reaktionskammer der Ladekartusche durch den zweiten Wandbereich und auch in einem geringeren Anteil durch den ersten Wandbereich hindurch Wärme dosiert zugeführt, welche mit dem Hydrat endotherm reagiert. Das freigesetzte Hydratationswasser bzw. Kristallwasser wird durch den ersten Wandbereich hindurch aus der Kartusche abgeleitet, und zwar je nach Reaktionsbedingungen in Form von flüssigem Wasser und/oder als Wasserdampf.
Gemäss einer ersten bevorzugten Ausführung der Ladekartusche weisen der erste Wandbereich und der zweite Wandbereich der Ladekartusche jeweils ebene Bereiche auf, die parallel zueinander beabstandet angeordnet sind, wobei der Zwischenraum zwischen den voneinander beabstandeten ebenen Bereichen Hydrat enthält. Diese Ausführung der Ladekartusche nennen wir hier «Hydrat- Plattenkartusche».
Gemäss einer zweiten bevorzugten Ausführung der Ladekartusche weisen der erste Wandbereich und der zweite Wandbereich der Ladekartusche jeweils Bereiche in Form eines Zylindermantels auf, die konzentrisch zueinander beabstandet angeordnet sind, wobei der Zwischenraum zwischen den voneinander beabstandeten konzentrischen Bereichen Hydrat enthält. Diese Ausführung der Ladekartusche nennen wir hier «Hydrat-Hohlzylinderkartusche».
Vorzugsweise werden mehrere Ladekartuschen fluidtechnisch parallel geschaltet angeordnet, wobei der zweite Wandbereich unmittelbar von einer Wärmequelle thermisch kontaktiert wird oder mittelbar über ein Wärmeträgerfluid von der Wärmequelle kontaktiert wird.
Gemäss einer ersten bevorzugten Verwendung der Ladekartuschen zum Laden mit Wärmeenergie werden eine einzige davon oder mehrere in einer solarthermischen Anlage positioniert.
Vorzugsweise erfolgt die Positionierung in einer solarthermischen Anlage, in welcher grossflächig eingefangene Sonnenstrahlung auf einen kleinen Bereich konzentriert wird, um in diesem Bereich Wärme mit Temperaturen zu erzeugen, welche ausreichend hoch sind, um eine rasche und vollständige Dehydratation des Hydrats zu Anhydrat zu bewirken. Dadurch kann gasförmiges Wasser bzw. Wasserdampf über den ersten, semipermeablen Wandbereich dosiert aus der Reaktionskammer der Ladekartusche austreten. Die in der Reaktionskammer dosiert oder nicht- dosiert aufgenommene Dehydratationswärme wird über den zweiten, stark wärmeleitenden Wandbereich in die Reaktionskammer der Ladekartusche geleitet, wodurch deren Temperatur dosiert oder nicht-dosiert auf einen ausreichend hohen Wert angehoben wird, um eine vollständige Dehydratation des Hydrats zu erzielen.
Vorzugsweise werden die Ladekartuschen in einem Parabolrinnen-Solarkraftwerk mit Wärmeenergie geladen. Dabei werden die Ladekartuschen mit einem Wärmeträgermedium, z.B. Öl, in thermischen Kontakt gebracht, welches in einem in der Brennlinie der Paraboirinnen verlaufenden Kanal, z.B. Rohr, strömt, um auf Temperaturen von mehreren 100°C, insbesondere auf Temperaturen über 300°C erhitzt zu werden.
Gemäss einem besonders bevorzugten Verfahren zum Laden der Ladekartusche mit Wärmeenergie wird in dem Parabolrinnen-Solarkraftwerk je nach Bedarf die eingefangene konzentrierte Solarenergie zur Erzeugung von Heissdampf wie z.B. Wasserdampf zum Antrieb einer Dampfmaschine wie z.B. einer Dampfturbine verwendet, um einen elektrischen Generator zur Erzeugung elektrischer Energie anzutreiben, und/oder die eingefangene konzentrierte Solarenergie wird zum Laden der Ladekartusche verwendet. Dadurch kann in Perioden von Spitzenleistungen eines Parabolrinnen-Solarkraftwerks, z.B. bei starker Sonneneinstrahlung im Sommer, der Überschuss an eingefangener Solarenergie in Form eines Anhydrats in einer Anhydrat-Heizkartusche gespeichert werden.
Gemäss einer zweiten bevorzugten Verwendung der Ladekartuschen zum Laden mit Wärmeenergie werden eine einzige davon oder mehrere in oder an einem Kraftwerk positioniert, welches während seines Betriebs einen erheblichen Anteil an Abwärme erzeugt. Vorzugsweise erfolgt die Positionierung in dem Kraftwerk in einem Bereich, wo herkömmlicherweise die Abwärme abgeführt wird, um in diesem Bereich Wärme mit Temperaturen zu erzeugen, welche ausreichend hoch sind, um eine rasche und vollständige Dehydratation des Hydrats zu Anhydrat zu bewirken. Dadurch kann gasförmiges Wasser bzw. Wasserdampf über den ersten, semipermeablen Wandbereich dosiert aus der Reaktionskammer der Ladekartusche austreten. Die in der Reaktionskammer dosiert oder nicht- dosiert aufgenommene Dehydratationswärme wird über den zweiten, stark wärmeleitenden Wandbereich in die Reaktionskammer der Ladekartusche geleitet, wodurch deren Temperatur dosiert oder nicht-dosiert auf einen ausreichend hohen Wert angehoben wird, um eine vollständige Dehydratation des Hydrats zu erzielen.
Als Kraftwerke in diesem Sinne werden hier thermische Grosskraftwerke verstanden, wie z.B. Kernkraftwerke und Verbrennungskraftwerke, in welchen fossile chemische Energieträger oder regenerativ erzeugte chemische Energieträger verbrannt werden, um auf direktem oder indirektem Wege elektrische Energie zu erzeugen, wobei aber stets ein mehr oder weniger grosser Anteil an Abwärme entsteht.
Als Kraftwerke in diesem Sinne werden hier auch stationäre und mobile Anlagen zur Kraft/Wärme- Kopplung bzw. Kogeneration verstanden, wie z.B. Verbrennungsmotoren (Ottomotor oder Dieselmotor), Strahltriebwerke oder Brennstoffzellen, in welchen fossile chemische Energieträger oder regenerativ erzeugte chemische Energieträger verbrannt werden, um auf direktem oder indirektem Wege elektrische Energie oder mechanische Energie zu erzeugen, wobei aber stets ein mehr oder weniger grosser Anteil an Abwärme entsteht. An dieser Stelle sei noch erwähnt, dass die hier beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen besonders gut zur Verwendung mit Hydrat/Anhydrat-Systemen geeignet sind. Ein besonders bevorzugtes System ist CaO/Ca(OH)2
Besonders erwähnenswert ist dabei, dass das bevorzugte CaO/Ca(OH)2-System allein mit nachhaltig verfügbaren Energiequellen energietechnisch betrieben werden kann.
Das gilt zunächst einmal für die einmalige Herstellung von CaO aus CaC03, bei welcher aus CaC03 bei Temperaturen über 900°C gasförmiges C02 ausgetrieben und CaO-Feststoff (gebrannter Kalk) erhalten wird. Dies kann in einem herkömmlichen Kalzinierungsofen (Kalkofen) unter Verwendung nachhaltig erzeugter chemischer Energieträger erfolgen. Dies kann aber auch mittels eines Solarkraftwerks erfolgen, in welchem die Solarenergie mittels einer Vielzahl von Spiegeln auf einen kleinen Bereich stark konzentriert wird, in welchem Temperaturen über 1000°C erreicht werden können.
Um in dem Anhydrat CaO gespeicherte chemische Energie in Wärme umzuwandeln, lässt man das CaO unter Verwendung der weiter oben beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen mit Wasser reagieren, wodurch das Hydrat Ca(OH)2 entsteht.
Um wieder Wärme zu speichern, wird dem Hydrat Ca(OH)2 Wärme mit Temperaturen über 400°C zugeführt, wodurch gasförmiges Wasser ausgetrieben wird. Auch die wiederholte Herstellung des Anhydrats CaO aus dem Hydrat Ca(OH)2 kann mittels eines Solarkraftwerks erfolgen, in welchem die Solarenergie auf einen kleinen Bereich stark konzentriert wird, in welchem Temperaturen über 400°C erreicht werden können. Hierfür eignet sich insbesondere ein Parabolrinnen-Solarkraftwerk.
Und wenn man das Anhydrat CaO nicht mehr benötigt, kann man es problemlos entsorgen, indem man es in der Atmosphäre der Erde aussetzt, welche H20 und C02 enthält, mit denen das CaO nach und nach wieder zu CaC03 reagiert, wodurch der Carbonat-Zyklus wieder geschlossen ist.
Eine weiteres bevorzugtes System ist K2C03 / K2C03-H20.
Ausserdem sei noch erwähnt, dass die Anhydrat enthaltende Heizkartusche und die Hydrat enthaltende Ladekartusche unterschiedlich gestaltet sein können. In diesem Fall ist die Anhydrat enthaltende Heizkartusche für das Verfahren und die Vorrichtung zum Erzeugen (Abgeben,
Freisetzen) von Wärme optimiert, und die Hydrat enthaltende Ladekartusche ist für das Verfahren und die Vorrichtung zum Speichern von Wärme optimiert.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Anhydrat enthaltende Heizkartusche und die Hydrat enthaltende Ladekartusche die gleiche Gestalt haben. Dann erübrigt sich eine Entnahme des Hydrats der verbrauchten Kartusche nach einem abgeschlossenen Heizvorgang und ein Wiederbefüllen der Kartusche mit Anhydrat vor dem nächsten Heizvorgang.
Zur Lösung der Aufgabe stellt die Erfindung gemäss einem fünften Aspekt einen Behälter (K) bereit zur Verwendung bei einem Verfahren bzw. in einer Vorrichtung gemäss einem der vorhergehenden Absätze, wobei der Innenraum des Behälters (K) mit einem Anhydrat und/oder einem Hydrat partiell gefüllt ist und der Behälter (K) einen semipermeablen Wandbereich (WB1, WB2) aufweist, welcher für das in ihm enthaltene Anhydrat oder Hydrat undurchlässig ist und für Wasser oder Wasserdampf durchlässig ist. Die Verwendung eines solchen Behälters bzw. einer solchen Kartusche oder Patrone ist vorteilhaft, da das Anhydrat bzw. das Hydrat immer in dem Behälter bleibt und ein Befüllen oder Entleeren des Innenraums des Behälters nicht notwendig ist. Da der Behälter mit dem Anhydrat und/oder dem Hydrat nur partiell gefüllt ist, kann sich das Anhydrat während des Heizbetriebs in das voluminösere Hydrat umwandeln, ohne den Behälter zu gefährden.
Vorzugsweise ist der semipermeable Wandbereich (WB1, WB2, WB) aus Metall gebildet. Da die semipermeablen Wandbereiche des Behälters aus Metall bestehen, können an ihnen sowohl Wasser bzw. Wasserdampf als auch Wärme gut transportiert werden.
Vorzugsweis ist der Innenraum des Behälters (K) von einem ersten semipermeablen Wandbereich (WB1) aus Metall und einem zweiten semipermeablen Wandbereich (WB2) aus Metall begrenzt, zwischen denen sich der Innenraum des Behälters (K) erstreckt. Dadurch sind alle Bereiche des Innenraums nahe an einem semipermeablen Wandbereich, wodurch für die Diffusion von Wassermolekülen im Heizbetrieb und im Ladebetrieb kurze Wege gegeben sind.
Vorzugsweise ist zumindest ein Teil der semipermeablen Wandbereiche (WB1, WB2, WB) aus Metallkeramik gebildet.
Vorzugsweise ist zumindest ein Teil der semipermeablen Wandbereiche (WB1, WB2, WB) aus Metall gebildet und hat eine Vielzahl von Durchgangs-Bohrungen (DB), die sich jeweils von der äusseren Wandfläche (WBa) des semipermeablen Wandbereichs (WB) bis zur inneren Wandfläche (WBi) des semipermeablen Wandbereichs (WB) erstrecken.
Vorzugsweise hat der Querschnitt der Durchgangs-Bohrungen (DB) jeweils eine Verengung (V). Aufgrund der Verengung wird der Austritt von Anhydrat-Partikeln oder von Hydrat-Partikeln aus dem Reaktionsraum erschwert, während beim Heizbetrieb Wasser und Wasserdampf an den Verengungen V leicht in den Reaktionsraum R hinein gelangen kann und beim Ladebetrieb Wasser und Wasserdampf an den Verengungen V leicht aus dem Reaktionsraum R heraus gelangen kann.
Vorzugsweise ist zumindest ein Teil der semipermeablen Wandbereiche (WBI, WB2, WB) aus einer dreidimensionalen Metallspan-Matrix (MSM) gebildet, in welcher Metallspäne (MS) mit einem anorganischen Klebemittel (WG) miteinander verbunden sind und welche zwischen den Metallspänen (MS) Hohlräume aufweist. Diese Struktur wirkt ähnlich wie die weiter oben erwähnten gesinterten Strukturen einer Metallkeramik. Die dreidimensionale Metallspan-Matrix hat eine Siebfunktion. Sie lässt pulverförmiges oder körniges Salzhydrat nicht hindurchtreten, während Wasser oder Wasserdampf beim Laden oder Entladen entsprechend einem Druckgradienten oder Konzentrationsgradienten in der einen oder anderen Richtung durch den so gebildeten semipermeablen Wandbereich hindurchtreten können. Gleichzeitig sorgt die Metallspan-Matrix für eine gute Wärmeleitfähigkeit, so dass Wärme beim Laden oder Entladen entsprechend einem Temperaturgradienten in der einen oder anderen Richtung durch den so gebildeten semipermeablen Wandbereich hindurchtreten kann.
Vorzugsweise sind in der Metallspan-Matrix mindestens 90% der Metallspäne jeweils mit mindestens zwei weiteren Metallspänen verklebt, woduch eine dreidimensionale Struktur mit hoher resultierender Wärmeleitfähigkeit gebildet wird. Vorzugsweise haben die Metallspäne eine mittlere Länge im Bereich von 1mm bis 10mm. Vorzugsweise werden als Metallspäne Aluminiumspäne verwendet. Vorzugsweise wird als anorganisches Klebemittel Wasserglas, d.h. Natrium-Silikat und/oder Kalium-Silikat verwendet. In einem ersten Schritt wird dabei ein fliessfähiges feuchtes Gemisch aus Aluminiumspänen und Wasserglas in die gewünschte geometrische Form (z.B. Plattenform, Wellplattenform) gebracht und komprimiert. In einem zweiten Schritt wird die so erhaltene geometrische Form bei Temperaturen im Bereich von 200°C bis 700°C getrocknet. Das als Klebemittel verwendete Wasserglas kann Aluminumpulver und/oder Graphitpartikel enthalten. Die Graphitpartikel enthalten vorzugsweise expandierten Graphit bzw. Blähgraphit.
Vorzugsweise weist der Innenraum des Behälters (K) eine Füllung auf, welche eine durch Salzhydrat gebildete erste Phase, die kontinuierlich und porös ist, und in der ersten Phase verteilte Partikel (MP) aus einem Material mit hoher spezifischer Wärmeleitfähigkeit als zweite Phase enthält. Die durch die verteilten Partikel gebildete zweite Phase sorgt für eine gute Wärmeleitfähigkeit, so dass Wärme beim Laden oder Entladen entsprechend einem Temperaturgradienten in der einen oder anderen Richtung innerhalb der so gebildeten Füllung des Behälters (K) gut fliessen kann.
Vorzugsweise werden als verteilte Partikel Aluminiumspäne, Aluminiumpulver, Graphitpulver oder expandierter Graphit, d.h. Blähgraphit verwendet.
Vorzugsweise weist der Innenraum des Behälters (K) eine Füllung auf, welche eine durch Salzhydrat gebildete erste Phase, die kontinuierlich und porös ist, und eine sich innerhalb der ersten Phase erstreckende Gitterstruktur (MG) aus einem Material mit hoher spezifischer Wärmeleitfähigkeit als zweite Phase enthält. Die durch die Gitterstruktur gebildete zweite Phase sorgt für eine gute Wärmeleitfähigkeit, so dass Wärme beim Laden oder Entladen entsprechend einem Temperaturgradienten in der einen oder anderen Richtung innerhalb der so gebildeten Füllung des Behälters (K) gut fliessen kann.
Vorzugsweise wird für die Gitterstruktur Aluminium oder Kupfer oder Eisen bzw. Stahl verwendet. Vorzugsweise haben die länglichen Elemente bzw. stabartigen Elemente der Gitterstruktur einen Durchmesser im Bereich von 0.5mm bis 3mm. Vorzugsweise beträgt ein Abstand benachbarter Gitterelemente in der Gitterstruktur zwischen 5mm und 50mm.
Vorzugsweise weist der Innenraum des Behälters (K) eine Füllung auf, in welcher Metallspäne (MS) mit einem anorganischen Klebemittel miteinander verbunden sind und eine dreidimensionale Metallspan-Matrix (MSM) bilden und in welcher Zwischenräume der Metallspan-Matrix mit Hydrat, d.h. der hydratisierten Form eines Salzhydrats, zumindest partiell gefüllt sind. Da das Salzhydrat in seinem hydratisierten Zustand (Hydrat-Zustand) ein grösseres Volumen beansprucht als in seinem dehydratisierten Zustand (Anhydrat-Zustand), wird dadurch gewährleistet, dass die Metallspan- Matrix beim Entladen, d.h. beim Übergang von kompakteren Anhydrat zum voluminöseren Hydrat nicht gesprengt wird. Dadurch können viele Ladungs/Entladungs-Zyklen des Behälters (K) erzielt werden, ohne die mikroskopische Struktur seiner Salzhydrat-Metallspan-Matrix und somit seiner Funktionsfähigkeit zu beeinträchtigen.
Vorzugsweise sind in der Metallspan-Matrix mindestens 90% der Metallspäne jeweils mit mindestens zwei weiteren Metallspänen verklebt, woduch eine dreidimensionale Struktur mit hoher resultierender Wärmeleitfähigkeit gebildet wird. Vorzugsweise haben die Metallspäne eine mittlere Länge im Bereich von 1mm bis 10mm. Vorzugsweise werden als Metallspäne Aluminiumspäne verwendet. Vorzugsweise wird als anorganisches Klebemittel Wasserglas, d.h. Natrium-Silikat und/oder Kalium-Silikat verwendet. In einem ersten Schritt (Sl) wird dabei ein fliessfähiges feuchtes Gemisch aus Aluminiumspänen und Wasserglas zu einem gewünschten porösen Gebilde, insbesonder zu einem blockartigen oder plattenartigen Gebilde (z.B. Quaderblock, Zylinderblock, Prismablock, etc.) umgeformt und gepresst. In einem zweiten Schritt (S2) wird das so erhaltene Gebilde bei Temperaturen im Bereich von 200°C bis 700°C getrocknet. Das als Klebemittel verwendete Wasserglas kann Aluminumpulver und/oder Graphitpartikel enthalten. Die Graphitpartikel enthalten vorzugsweise expandierten Graphit bzw. Blähgraphit.
Um die zumindest partielle Füllung der Zwischenräume der Metallspan-Matrix mit Hydrat, d.h. der hydratisierten Form eines Salzhydrats, herzustellen, wird in das im ersten Schritt und im zweiten Schritt erhaltene poröse Gebilde in einem dritten Schritt (S3) mit einer wässrigen Aufschlämmung von Salzhydrat, z.B. Ca(OH)2-Aufschlämmung, welche gelöstes Salzhydrat und nicht-gelöste suspendierte Salzhydrat-Partikel enthält, getränkt bzw. imprägniert. Vorzugsweise erfolgt dieser dritte Schritt unter Verwendung mindestens einer der folgenden zwei Varianten:
3-1) Das poröse Gebilde wird in die Aufschlämmung in einem Tank bzw. einem Gefäss eingetaucht;
3-2) Das poröse Gebilde wird mit der Aufschlämmung besprüht;
Durch die Massnahme 1) und/oder 2) wird ein Benetzen der Metallspan-Matrix und somit ein zumindest partielles Füllen ihrer Zwischenräume mit Salzhydrat bewirkt.
In einem optionalen vierten Schritt (S4) kann das so getränkte bzw. imprägnierte poröse Gebilde in einem mit einem Fluid gefüllten Druckbehälter positioniert werden, wonach das Fluid in dem Druckbehälter isotrop unter Druck gesetzt wird, um die Salzhydrat-Aufschlämmung in die Zwischenräume der Metallspan-Matrix des porösen Gebildes zu pressen. Vorzugsweise erfolgt dieser vierte Schritt unter Verwendung mindestens einer der folgenden vier Varianten:
4-1) Das unter Druck gesetzte Fluid ist die Salzhydrat-Aufschlämmung, in welche das poröse Gebilde eingetaucht ist, wobei der Tank bzw. das Gefäss vorzugsweise der Druckbehälter ist.
4-2) Das unter Druck gesetzte Fluid ist ein Gas, insbesondere Luft.
Da der Duck in dem Fluid überall isotrop ist und insbesondere auch von aussen auf das poröse Gebilde einwirkt, besteht keine Gefahr eines Platzens bzw. Brechens des getränkten porösen Gebildes während des Hineinpressens der Salzhydrat-Aufschlämmung in die Hohlräume bzw. Poren des porösen Gebildes.
4-3) Das poröse Gebilde wird zumindest in Teilbereichen seiner äusseren Oberfläche mit der Salzhydrat-Aufschlämmung in Kontakt gebracht, und das poröse Gebilde wird zusammen mit der Salzhydrat-Aufschlämmung in eine Drehbewegung versetzt. Durch Zentrifugalkräfte (Trägheitskräfte) wird dabei die Salzhydrat-Aufschlämmung in die Zwischenräume der Metallspan-Matrix des porösen Gebildes gepresst. Vorzugsweise wird das poröse Gebilde in einer mit der Salzhydrat-Aufschlämmung gefüllten Zentrifuge zentrifugiert, wobei das Zentrifugal-Kraftfeld die Salzhydrat-Aufschlämmung in das poröse Gebilde drückt.
4-4) Das poröse Gebilde ist ein Hohlkörper, vorzugsweise eine Hohlkugel oder ein an seinen Enden abgedichteter Hohlzylinder, und das poröse Gebilde wird in die Salzhydrat-Aufschlämmung getaucht, welche unter Druck gesetzt wird. Durch den Druckgradienten zwischen der Aussenseite des porösen Gebildes und der Innenseite bzw. dem makroskopischen Hohlraum des porösen Gebildes wird die Salzhydrat-Aufschlämmung von aussen nach innen durch das poröse Gebilde hindurchgedrückt und somit dessen mikroskopische Hohlräume bzw. Zwischenräume bzw. Poren praktisch vollständig mit dem Salzhydrat in hydratisiertem Zustand gefüllt.
Da der Duck in der Salzhydrat-Aufschlämmung an der Aussenseite überall isotrop ist und der Hohlkörper ein Gewölbe darstellt, besteht keine Gefahr eines Platzens bzw. Brechens des getränkten porösen Gebildes während des Hindurchpressens der Salzhydrat-Aufschlämmung in die mikroskopischen Hohlräume bzw. Poren des porösen Gebildes.
Vorzugsweise hat der Behälter (K) entlang einer Behälterachse (BA) einen konstanten Querschnitt quer zur Behälterachse (BA). Dadurch wird der Behälter zu einer «Kartusche bzw. Patrone», welche (z.B. für den Heizbetrieb oder den Ladebetrieb der Kartusche / Patrone) in einen komplementär geformten Hohlraum hineingeschoben und aus diesem herausgezogen werden kann.
Vorzugsweise hat der Behälter (K) entlang seiner Behälterachse (BA) beabstandet angeordnete impermeable Trennwände, welche für das Anhydrat, das Hydrat, Wasser und Wasserdampf undurchlässig sind und welche den Innenraum des Behälters (K) in entlang der Behälterachse (BA) angeordnete Teilkammern unterteilen. Dies verhindert eine unkontrollierte Diffusion von Wasser oder Wasserdampf im Innern des Behälters entlang der Behälterachse, und dem Behälter kann abschnittsweise Wasser oder Wasserdampf im Heizbetrieb zugeführt oder im Ladebetrieb entzogen werden. Dies erleichtert insbesondere einen dosierten Heizbetrieb, d.h. ein dosiertes Entladen des Behälters, indem man den Behälter z.B. entlang seiner Behälterachse BA nach und nach in ein Wasserbad absenkt.
Der Querschnitt des Behälters (K) kann die Form eines Rechtecks, eines Quadrats, eines Kreises oder eines Kreisrings, eines Dreiecks oder eines Sechsecks aufweisen. Behälter mit diesen Formen lassen sich kompakt nebeneinander anordnen.
Der Querschnitt des Behälters (K) kann auch die Form eines periodischen Musters, insbesondere einer Welle mit Sinusprofil oder Dreiecksprofil, aufweisen. Auch Behälter mit diesen Formen lassen sich kompakt nebeneinander anordnen.
Zur Lösung der Aufgabe stellt die Erfindung gemäss einem sechsten Aspekt einen Behälter (K*) bereit zur Verwendung bei einem Verfahren zum Erzeugen oder Speichern von Wärme, insbesondere zur Verwendung in einem Verfahren bzw. in einer Vorrichtung gemäss einem der vorhergehenden Absätze, wobei der Behälter (K*) ein poröses Gebilde ist, welches eine metallische Matrix aufweist und ein Salzhydrat aufweist, welches die Poren bzw. mikroskopischen Zwischenräume der metallischen Matrix im hydratisierten Zustand des Salzhydrats zumindest partiell ausfüllt und für Wasser oder Wasserdampf durchlässig ist.
Die Verwendung eines solchen Behälters ist vorteilhaft, da das Anhydrat bzw. das Hydrat immer in den Poren des Behälters bleibt und ein Befüllen oder Entleeren des Innenraums des Behälters nicht notwendig ist. Da die Poren des Behälters mit dem Anhydrat und/oder dem Hydrat nur partiell gefüllt sind, kann sich das Anhydrat während des Heizbetriebs in das voluminösere Hydrat umwandeln, ohne den Behälter zu gefährden.
Vorzugsweise enthält die metallische Matrix Metallpartikel (MP), welche durch Sintern zu einem Metall-Sinterblock bzw. einem Metall-Keramikblock miteinander verbunden sind und eine dreidimensionale Metallkeramik-Matrix (MKM) bilden. Vorzugsweise enthält die metallische Matrix Metallspäne (MS), welche mit einem anorganischen Klebemittel miteinander verbunden sind und eine dreidimensionale Metallspan-Matrix (MSM) bilden.
Vorzugsweise sind in dem Salzhydrat verteilte Partikel (MP, GP) aus einem Material mit hoher spezifischer Wärmeleitfähigkeit enthalten.
Vorzugsweise ist in dem Salzhydrat eine Gitterstruktur (MG, WR) mit hoher spezifischer Wärmeleitfähigkeit enthalten.
Alle der erwähnten metallischen Strukturen tragen zu einer guten Wärmeleitfähigkeit des porösen Gebildes bei, wodurch das Eindringen von Wärme in den Behälter beim Laden und das Austreten von Wärme aus dem Behälter beim Entladen erleichtert wird und schnell erfolgt.
Vorzugsweise hat das Salzhydrat eine poröse Struktur.
Die erwähnte poröse Struktur des Salzhydrats trägt zu einer guten Transportfähigkeit von Wassermolekülen des porösen Gebildes bei, wodurch das Eindringen von Wassermolekülen in den Behälter beim Entladen und das Austreten von Wassermolekülen aus dem Behälter beim Laden erleichtert wird und schnell erfolgt.
Vorzugsweise enthält die metallische Matrix Aluminium.
Vorzugsweise enthält das anorganische Klebemittel Wasserglas, insbesondere Natrium-Silikat und/oder Kalium-Silikat.
Die Kombination von Aluminium, vorzugsweise in Form von Spänen als Abfallprodukt der spanabhebenden Fertigung von Aluminiumteilen, mit Wasserglas als anorganisches Bindemittel ist besonders vorteilhaft, da die Aluminium-Späne an ihrer Oberfläche oxidiert sind und an ihrer Oberfläche eine Oxidschicht haben, welche mit dem Silikat des Bindemittels eine innige und besonders stabile Verbindung eingeht.
Vorzugsweise sind in dem Salzhydrat Aluminium-Partikel und/oder Graphit-Partikel verteilt. Diese verbessern die Wärmeleitfähigkeit des Salzhydrats.
Vorzugsweise hat der Behälter (K*) entlang einer Behälterachse (BA) einen konstanten Querschnitt quer zur Behälterachse (BA). Dadurch wird der Behälter zu einer «Kartusche bzw. Patrone», welche (z.B. für den Heizbetrieb oder den Ladebetrieb der Kartusche / Patrone) in einen komplementär geformten Hohlraum hineingeschoben und aus diesem herausgezogen werden kann.
Vorzugsweise hat der Behälter (K*) entlang seiner Behälterachse (BA) beabstandet angeordnete impermeable Trennwände, welche für das Anhydrat, das Hydrat, Wasser und Wasserdampf undurchlässig sind und welche das Volumen des Behälters (K*) in entlang der Behälterachse (BA) angeordnete Teilvolumina unterteilen. Dies verhindert eine unkontrollierte Diffusion von Wasser oder Wasserdampf im Innern des Behälters entlang der Behälterachse, und dem Behälter kann abschnittsweise Wasser oder Wasserdampf im Heizbetrieb zugeführt oder im Ladebetrieb entzogen werden. Dies erleichtert insbesondere einen dosierten Heizbetrieb, d.h. ein dosiertes Entladen des Behälters, indem man den Behälter z.B. entlang seiner Behälterachse BA nach und nach in ein Wasserbad absenkt. Der Querschnitt des Behälters (K*) kann die Form eines Rechtecks, eines Quadrats, eines Kreises oder eines Kreisrings, eines Dreiecks oder eines Sechsecks aufweisen. Behälter mit diesen Formen lassen sich kompakt nebeneinander anordnen.
Der Querschnitt des Behälters (K*) kann auch die Form eines periodischen Musters, insbesondere einer Welle mit Sinusprofil oder Dreiecksprofil, aufweisen. Auch Behälter mit diesen Formen lassen sich kompakt nebeneinander anordnen.
Zur Lösung der Aufgabe stellt die Erfindung gemäss einem siebten Aspekt eine Behälter-Anordnung bereit, welche mehrere nebeneinander und parallel zueinander angeordnete Behälter (K und/oder K*) gemäss einem der vorhergehenden Absätze aufweist.
Zur Lösung der Aufgabe stellt die Erfindung gemäss einem achten Aspekt ein Verfahren bereit zum Herstellen eines Behälters (K*) zur Verwendung bei einem Verfahren zum Erzeugen oder Speichern von Wärme, insbesondere zum Herstellen eines Behälters (K*) gemäss einem der vorhergehenden Absätze, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: a) Bilden einer dreidimensionalen metallischen Matrix, welche mikroskopische Zwischenräume aufweist; und b) Füllen der mikroskopischen Zwischenräume mit einer wässrigen Aufschlämmung eines Salzhydrats.
Vorzugsweise erfolgt Schritt a) durch Sintern metallischer Partikel.
Vorzugsweise erfolgt Schritt a) durch Verkleben metallischer Partikel mittels eines anorganischen Klebemittels.
Vorzugsweise erfolgt Schritt b) durch Hineinpressen der wässrigen Aufschlämmung in die mikroskopischen Zwischenräume.
Zur Lösung der Aufgabe stellt die Erfindung gemäss einem neunten Aspekt ein Verfahren bereit zum Herstellen eines Behälters (K*) zur Verwendung bei einem Verfahren zum Erzeugen oder Speichern von Wärme, insbesondere zum Herstellen eines Behälters (K*) gemäss einem der vorhergehenden Absätze, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: a) Bereitstellen einer wässrigen Aufschlämmung eines Salzhydrats, in welcher metallische Partikel suspendiert sind; und b) Bilden einer dreidimensionalen metallischen Matrix durch Komprimieren der Aufschlämmung. Vorzugsweise erfolgt in Schritt b) ein Sintern der metallischen Partikel.
Vorzugsweise erfolgt in Schritt b) ein Verkleben der metallischen Partikel mittels eines anorganischen Klebemittels.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden, nicht einschränkend aufzufassenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Zeichnung. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemässen Verfahrens zum Erzeugen von Wärme gemäss einem Ausführungsbeispiel; Fig. 2 eine schematische Darstellung des erfindungsgemässen Verfahrens zum Speichern von Wärme gemäss einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 3 eine schematische Darstellung der erfindungsgemässen Vorrichtung zum Erzeugen von Wärme gemäss einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 4 eine schematische Darstellung der erfindungsgemässen Vorrichtung zum Speichern von Wärme gemäss einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Anwendung eines erfindungsgemässen Verfahrens und einer erfindungsgemässen Vorrichtung;
Fig. 6a eine Draufsicht einer ersten Ausführung einer erfindungsgemässen Kartusche im Ladebetrieb;
Fig. 6b eine Schnittansicht entlang der Schnittebene A-A der ersten Ausführung der Kartusche im Ladebetrieb;
Fig. 6c eine Schnittansicht entlang der Schnittebene B-B der ersten Ausführung der Kartusche im Ladebetrieb;
Fig. 7a eine Draufsicht der ersten Ausführung der erfindungsgemässen Kartusche im Heizbetrieb;
Fig. 7b eine Schnittansicht entlang der Schnittebene A-A der ersten Ausführung der Kartusche im Heizbetrieb;
Fig. 7c eine Schnittansicht entlang der Schnittebene B-B der ersten Ausführung der Kartusche im Heizbetrieb;
Fig. 8a eine Draufsicht auf eine plattenartige Kartusche im Ladebetrieb;
Fig. 8b eine Schnittansicht entlang der Schnittebene A-A der plattenartigen Kartusche;
Fig. 9a eine Perspektivansicht einer transparent dargestellten ersten Variante einer blockartigen Kartusche;
Fig. 9b eine Perspektivansicht einer transparent dargestellten zweiten Variante einer blockartigen Kartusche;
Fig. 10 einen Stapel aus blockartigen Kartuschen der Fig. 9a, die fluidmässig in Serie geschaltet sind;
Fig. 11 einen Stapel aus mit Eingriffsformationen versehenen blockartigen Kartuschen der Fig. 9a, die fluidmässig in Serie geschaltet sind;
Fig. 12 eine Perspektivansicht einer weiteren Variante einer plattenartigen Kartusche mit Eingriffsformationen;
Fig. 13 eine Seitenansicht eines mit einem Verbrennungsmotor versehenen Fahrzeugs, an welchem zwei Stapel aus plattenartigen Kartuschen für deren Ladevorgang angeordnet sind;
Fig. 14 eine Schnittansicht einer weiteren Variante einer plattenartigen Kartusche;
Fig. 15 eine Schnittansicht einer zylinderförmigen Kartusche; Fig. 16 eine Schnittansicht einer weiteren Variante einer plattenartigen Kartusche;
Fig. 17 eine Schnittansicht einer weiteren Variante einer plattenartigen Kartusche;
Fig. 18 eine Schnittansicht einer stabförmigen Kartusche;
Fig. 19 eine Schnittansicht einer weiteren Variante einer stabförmigen Kartusche;
Fig. 20 eine Schnittansicht einer Ausführung eines semipermeablen Wandbereichs einer Kartusche entlang einer Schnittebene senkrecht zur Ebene des Wandbereichs bzw. senkrecht zur Tangentialebene des Wandbereichs;
Fig. 21 eine Schnittansicht einer weiteren Ausführung eines semipermeablen Wandbereichs einer Kartusche K entlang einer Schnittebene senkrecht zur Ebene des Wandbereichs WB bzw. senkrecht zur Tangentialebene des Wandbereichs;
Fig. 22 eine Schnittansicht einer ersten Ausführung einer Kartuschenfüllung;
Fig. 23 eine Schnittansicht einer zweiten Ausführung einer Kartuschenfüllung;
Fig. 24 eine Schnittansicht einer dritten Ausführung einer Kartuschenfüllung;
Fig. 25 eine Schnittansicht einer vierten Ausführung einer Kartuschenfüllung;
Fig. 26 eine Schnittansicht einer weiteren Ausführung einer Kartusche.
In Fig. 1 ist ein Verfahren zum Erzeugen (Abgeben, Freisetzen) von Wärme W schematisch gezeigt.
Die Freigabe von Wärme W erfolgt bei einer Reaktion zwischen einerseits einem Feststoff und/oder einer ersten Flüssigkeit 1 und andererseits einem Gas und/oder einer zweiten Flüssigkeit 2. Die dabei entstehende Reaktionswärme W wird abgeführt.
Es wird eine dosierte Menge des Feststoffs und/oder der ersten Flüssigkeit 1 dem Reaktionsraum R zugeführt. Es wird ausserdem eine dosierte Menge des Gases und/oder der zweiten Flüssigkeit 2 dem Reaktionsraum R zugeführt.
In dem Reaktionsraum R werden der Feststoff und/oder die erste Flüssigkeit 1 und das Gas und/oder die zweite Flüssigkeit 2 miteinander in Kontakt gebracht. Die frei werdende Wärme W wird aus dem Reaktionsraum R abgeführt.
In Fig. 2 ist ein Verfahren zum Speichern von Wärme W schematisch gezeigt. Bei einer Reaktion zwischen einerseits einem Feststoff und/oder einer ersten Flüssigkeit 1 und andererseits einem Gas und/oder einer zweiten Flüssigkeit 2 wird die dabei zu speichernde Reaktionswärme W zugeführt.
Es wird eine dosierte Menge des Feststoffs und/oder der ersten Flüssigkeit 1 einem Reaktionsraum R zugeführt. Es wird ausserdem eine dosierte Menge Wärme W dem Reaktionsraum R zugeführt.
In dem Reaktionsraum R werden der Feststoff und/oder die erste Flüssigkeit 1 und die Wärme W miteinander in Kontakt gebracht, d.h. der Feststoff und/oder die erste Flüssigkeit 1 wird der Wärme W ausgesetzt. Das frei werdende Gas und/oder die frei werdende zweite Flüssigkeit 2 wird aus dem Reaktionsraum R abgeführt. In Fig. 3 ist eine Vorrichtung bzw. Anlage zur Durchführung des Verfahrens zum Erzeugen von Wärme schematisch gezeigt.
Die Vorrichtung enthält eine den Reaktionsraum R bildende Reaktionskammer mit einem Mittel zum Abführen von Reaktionswärme in Form eines Wärmetauschers WT.
Die Vorrichtung enthält ausserdem ein erstes Zufuhrmittel in Form eines Schneckenförderers SF und/oder eines Zahnriemenförderers ZF zum dosierten Zuführen eines Feststoffs und/oder einer ersten Flüssigkeit 1 in die Reaktionskammer R.
Die Vorrichtung enthält ausserdem ein zweites Zufuhrmittel in Form einer Dosierpumpe DP und/oder einer Zerstäubungsdüse ZD zum dosierten Zuführen eines Gases und/oder einer zweiten Flüssigkeit 2 in die Reaktionskammer R.
In Fig. 4 ist eine Vorrichtung bzw. Anlage zur Durchführung des Verfahrens zum Speichern von Wärme schematisch gezeigt.
Die Vorrichtung enthält eine den Reaktionsraum bildende Reaktionskammer mit einem Mittel zum Zuführen von Reaktionswärme in Form eines Wärmetauschers WT und/oder eines Wirbelbetts WB.
Die Vorrichtung enthält ausserdem ein erstes Mittel in Form eines Schneckenförderers SF und/oder eines Zahnriemenförderers ZF zum dosierten Zuführen eines Feststoffs oder einer ersten Flüssigkeit 1 in die Reaktionskammer R.
Die Vorrichtung enthält ausserdem ein zweites Mittel in Form eines Gebläses bzw. Ventilators V und/oder einer Pumpe P zum Abführen eines Gases oder einer zweiten Flüssigkeit 2 aus der Reaktionskammer R.
In Fig. 5 ist eine schematische Darstellung einer beispielhaften Anwendung der erfindungsgemässen Verfahren und der erfindungsgemässen Vorrichtungen gezeigt.
Man erkennt in der linken Bildhälfte ein Haus, in welchem eine Kartusche K als Fleizkartusche HK verwendet wird. Dabei wird der mit einem Anhydrat (z.B. CaO) gefüllten Kartusche Wasser zugeführt, wodurch das in der Kartusche enthaltene Anhydrat hydratisiert wird, wobei das entsprechende Flydrat (z.B. Ca(OH)2) entsteht und Flydratationswärme W aus der Kartusche K freigesetzt wird. Diese Flydratationswärme W kann zum Fleizen verwendet werden, z.B. Brauchwasser-Erwärmung und Raumluft-Erwärmung.
Man erkennt in der rechten Bildhälfte ein mit einem Verbrennungsmotor versehenes Fahrzeug, in welchem eine Kartusche K als Ladekartusche LK verwendet wird. Dabei wird der mit einem Flydrat (z.B. Ca(OH)2) gefüllten Kartusche Wärme W zugeführt (Verbrennungsmotor-Abwärme), wodurch das in der Kartusche enthaltene Flydrat dehydratisiert wird, wobei wieder das entsprechende Anhydrat (z.B. CaO) entsteht und Flydratationswärme W in der Kartusche K gespeichert wird. Diese Flydratationswärme W kann dann erneut zum Fleizen verwendet werden.
In der Mitte des Bildes von Fig. 5 ist eine Kartuschen-Tauschstation gezeigt. Dort werden die als Fleizkartuschen HK verwendbaren geladenen Kartuschen (Anhydrat-Kartuschen) gegen zu ladende Ladekartuschen LK (Hydrat-Kartuschen) ausgetauscht.
In Fig. 6a ist eine Draufsicht einer ersten Ausführung einer erfindungsgemässen Kartusche K im Ladebetrieb gezeigt. Man erkennt die Kartusche K mit einem Reaktionsraum R, der mit einem Hydrat in Pulverform gefüllt ist und von einer Rohrschlange S durchzogen ist, welche z.B. aus einem Metall gebildet ist. Durch die Rohrschlange S lässt man ein heisses Fluid strömen, dessen Wärme W durch die Wand der Rohrschlange S in das Hydrat fliesst. Das heisse Fluid kann ein heisses Gas, z.B. heisse Luft oder heisses Abgas eines Verbrennungsmotors, oder eine heisse Flüssigkeit, z.B. heisses Öl aus einem Parabolrinnen-Kraftwerk sein. Durch die in das Hydrat fliessende Wärme wird das Hydrat dehydratisiert, wobei Wasser (H20) aus der Kartusche K austritt und in dem Reaktionsraum das entsprechende Anhydrat gebildet wird. Das Wasser tritt über einen semipermeablen Wandbereich (nicht gezeigt) der Kartusche K aus. Im Falle des Ladebetriebs mittels eines heissen Gases (z.B. heisses Abgas) kann die Rohrschlange S auch kleine Öffnungen enthalten (gestrichelt angedeutet), durch welche das heisse Gas in das Hydrat-Pulver eindringt und dieses nach und nach dehydratisiert und zu dem entsprechenden Anhydrat umwandelt.
In Fig. 6b ist eine Schnittansicht entlang der Schnittebene A-A der ersten Ausführung der Kartusche K im Ladebetrieb gezeigt. Man erkennt den Reaktionsraum R mit der darin verlaufenden Rohrschlange S. Der Reaktionsraum R ist mit einem Hydrat/Anhydrat-Pulver gefüllt (punktiert angedeutet), wobei im entladenen Zustand das Hydrat den Reaktionsraum R fast vollständig ausfüllt, während im geladenen Zustand das Anhydrat den Reaktionsraum R in einem grösseren Masse bzw. zumindest fast vollständig ausfüllt.
In Fig. 6c ist eine Schnittansicht entlang der Schnittebene B-B der ersten Ausführung der Kartusche im Ladebetrieb gezeigt. Man erkennt wieder den Reaktionsraum R, einen Teil der Rohrschlange S sowie die Füllung mit Hydrat/Anhydrat-Pulver (punktiert angedeutet).
In Fig. 7a ist eine Draufsicht der ersten Ausführung der erfindungsgemässen Kartusche K im Heizbetrieb gezeigt. Man erkennt die Kartusche K mit einem Reaktionsraum R, der mit einem Anhydrat in Pulverform gefüllt ist und von einer Rohrschlange S durchzogen ist, welche z.B. aus einem Metall gebildet ist. Die Rohrschlange S enthält kleine Öffnungen (gestrichelt angedeutet).
Durch die Rohrschlange S lässt man Wasser als Flüssigkeit und/oder als Wasserdampf strömen. Das flüssige Wasser und/oder der Wasserdampf dringen durch die kleinen Öffnungen der Rohrschlange S in das Anhydrat-Pulver ein, wodurch dieses nach und nach hydratisiert und so zu dem entsprechenden Hydrat umgewandelt wird. Die dabei frei werdende Hydratationswärme W kann über mindestens eine stark wärmeleitende Wand der Kartusche K an ein Wärmeträgerfluid zum Zwecke des Heizens abgegeben werden. Im Falle des Heizbetriebs mittels Wasser in der Rohrschlange S kann auch das durch die Rohrschlange S strömende Wasser als Wärmeträgerfluid verwendet werden. Somit erfolgt über die Rohrschlange S mit ihren kleinen Öffnungen sowohl eine dosierte Zufuhr von Wasser in das Anhydrat-Pulver als auch ein Abführen der Hydratationswärme W in dem Wasser.
In Fig. 7b ist eine Schnittansicht entlang der Schnittebene A-A der ersten Ausführung der Kartusche K im Heizbetrieb gezeigt. Man erkennt den Reaktionsraum R mit der darin verlaufenden Rohrschlange S. Der Reaktionsraum R ist mit einem Hydrat/Anhydrat-Pulver gefüllt (punktiert angedeutet), wobei im entladenen Zustand das Hydrat den Reaktionsraum R fast vollständig ausfüllt, während im geladenen Zustand das Anhydrat den Reaktionsraum R in einem grösseren Masse bzw. zumindfest fast vollständig ausfüllt.
In Fig. 7c ist eine Schnittansicht entlang der Schnittebene B-B der ersten Ausführung der Kartusche K im Heizbetrieb gezeigt. Man erkennt wieder den Reaktionsraum R, einen Teil der Rohrschlange S sowie die Füllung mit Hydrat/Anhydrat-Pulver (punktiert angedeutet). In Fig. 8a ist eine Draufsicht auf eine plattenartige Kartusche K im Ladebetrieb gezeigt. Man erkennt im unteren Teil der Kartusche K mittels eines heissen Gases in die Kartusche K eindringende Wärme W, welche das in der Kartusche K enthaltene Hydrat dehydratisiert und in das entsprechende Anhydrat umwandelt. Im oberen Teil der Kartusche K sieht man durch Pfeile angedeutet als Wasserdampf austretendes Wasser.
In Fig. 8b ist eine Schnittansicht entlang der Schnittebene A-A der plattenartige Kartusche K gezeigt. Man erkennt wieder den Reaktionsraum R sowie die Füllung mit Hydrat/Anhydrat-Pulver (punktiert angedeutet).
In Fig. 9a ist eine Perspektivansicht einer transparent dargestellten ersten Variante einer blockartigen Kartusche K gezeigt. Man erkennt eine sich im Innern der Kartusche K erstreckende Rohrschlange S, welche jeweils mit zwei diametral gegenüberliegende Öffnungen 01 und 02 an einer ersten Grossfläche der Kartusche K in Fluidverbindung steht sowie jeweils mit zwei diametral gegenüberliegende Öffnungen 03 und 04 an einer zweiten Grossfläche der Kartusche K in Fluidverbindung steht. Die Rohrschlange S hat entlang des gesamtem durch sie definierten Fluidpfads eine Vielzahl kleiner Öffnungen bzw. einen semipermeablen Wandbereich, durch welchen Wasser oder Wasserdampf hindurchtreten können und durch welchen weder Hydrat noch Anhydrat hindurchtreten können.
Beim Entladen der Kartusche K bzw. während ihrer Verwendung als Heizkartusche HK wird Wasser und/oder Wasserdampf von der ersten Öffnung 01 zu der zweiten Öffnung 02 durch die Rohrschlange S geleitet. Dabei gelangt Wasser und/oder Wasserdampf über die Vielzahl kleiner Öffnungen bzw. über den semipermeablen Wandbereich in das Anhydrat im Innern der Kartusche K, wodurch das Anhydrat nach und nach in Hydrat umgewandelt wird und in der Kartusche K nach und nach Wärme entsteht, die an ein Heizsystem abgegeben werden kann.
Beim Laden der Kartusche K bzw. während ihrer Verwendung als Ladekartusche LK wird ein heisses Fluid als Wärmequelle, vorzugsweise heisse Luft oder heisses Abgas eines Verbrennungsvorgangs, von der dritten Öffnung 03 zu der vierten Öffnung 04 durch die Rohrschlange S geleitet. Dabei gelangt Wärme in das Hydrat im Innern der Kartusche K, wodurch das Hydrat nach und nach in Anhydrat umgewandelt wird und in der Kartusche K nach und nach Wärme gespeichert wird, die von der Wärmequelle stammt. Der dabei in der Kartusche K gebildete Wasserdampf gelangt über die Vielzahl kleiner Öffnungen bzw. über den semipermeablen Wandbereich in die Rohrschlange S und wird in dem Luftstrom oder Abgasstrom aus der Kartusche K abgeführt.
In Fig. 9b ist eine Perspektivansicht einer transparent dargestellten zweiten Variante einer blockartigen Kartusche K gezeigt. Man erkennt eine sich im Innern der Kartusche K erstreckende Rohrschlange S, welche mit einer ersten Öffnung 01 an einer ersten Grossfläche der Kartusche K, einer zweiten Öffnung 02 an einer zweiten Grossfläche der Kartusche K und mit einer dritten Öffnung 03 an einer Stirnfläche bzw. Kleinfläche der Kartusche K in Fluidverbindung steht. Ähnlich wie bei der ersten Variante in Fig. 9a hat die Rohrschlange S entlang des gesamtem durch sie definierten Fluidpfads eine Vielzahl kleiner Öffnungen bzw. einen semipermeablen Wandbereich, durch welchen Wasser oder Wasserdampf hinduchtreten können und durch welchen weder Hydrat noch Anhydrat hindurchtreten können.
Beim Entladen der Kartusche K bzw. während ihrer Verwendung als Heizkartusche HK wird Wasser und/oder Wasserdampf von der ersten Öffnung 01 zu der dritten Öffnung 03 durch die Rohrschlange S geleitet. Dabei gelangt Wasser und/oder Wasserdampf über die Vielzahl kleiner Öffnungen bzw. über den semipermeablen Wandbereich in das Anhydrat im Innern der Kartusche K, wodurch das Anhydrat nach und nach in Hydrat umgewandelt wird und in der Kartusche K nach und nach Wärme entsteht, die an ein Heizsystem abgegeben werden kann.
Beim Laden der Kartusche K bzw. während ihrer Verwendung als Ladekartusche LK wird ein heisses Fluid als Wärmequelle, vorzugsweise heisse Luft oder heisses Abgas eines Verbrennungsvorgangs, von der zweiten Öffnung 02 zu der dritten Öffnung 03 durch die Rohrschlange S geleitet. Dabei gelangt Wärme in das Hydrat im Innern der Kartusche K, wodurch das Hydrat nach und nach in Anhydrat umgewandelt wird und in der Kartusche K nach und nach Wärme gespeichert wird, die von der Wärmequelle stammt. Der dabei in der Kartusche K gebildete Wasserdampf gelangt über die Vielzahl kleiner Öffnungen bzw. über den semipermeablen Wandbereich in die Rohrschlange S und wird in dem Luftstrom oder Abgasstrom aus der Kartusche K abgeführt.
In Fig. 10 ist ein Stapel aus blockartigen Kartuschen K der Fig. 9a gezeigt, die fluidmässig in Serie geschaltet sind. Jede der Kartuschen K in dem Stapel enthält eine (nicht gezeigte) Rohrschlange S (siehe Fig. 9a). In dem Stapel sind alle Rohrschlangen S der jeweiligen Kartuschen K zu einer sehr langen Serien-Rohrschlange in Serie geschaltet. Durch diese Serien-Rohrschlange kann ein heisses Gas, z.B. ein heisses Abgas, oder eine heisse Flüssigkeit, z.B. ein heisses Öl, hindurchgeleitet werden, wodurch ein in den jeweiligen Kartuschen K enthaltenes Hydrat dehydratisiert und die Kartuschen nach und nach geladen werden. Der dabei aus dem Hydrat austretende Wasserdampf kann, wie weiter oben beschrieben, über einen semipermeablen Wandbereich (nicht gezeigt) der jeweiligen Kartusche K aus der Kartusche austreten. Im Falle des Ladebetriebs mittels eines heissen Gases (z.B. heisses Abgas) kann die Rohrschlange S auch kleine Öffnungen enthalten (siehe Fig. 6a, Fig. 7a, Fig. 9a, Fig. 9b, jeweils gestrichelt angedeutet), durch welche die Wärme des heissen Gases und/oder das heisse Gas selbst in das Hydrat-Pulver eindringen und dieses nach und nach dehydratisieren und zu dem entsprechenden Anhydrat umwandeln kann.
Beim Stapeln der Kartuschen K werden die beiden diametral gegenüberliegende Öffnungen 01 und 02 der ersten Grossfläche (siehe Fig. 9a) einer ersten Kartusche K mit den beiden diametral gegenüberliegenden Öffnungen 03 und 04 der zweiten Grossfläche (siehe Fig. 9a) einer zweiten Kartusche K in Registrierstellung gebracht, wobei zwischen den jeweiligen beiden Öffnungen in Registrierstellung eine fluiddichte Verbindung zwischen den beiden benachbarten Kartuschen K in dem Stapel gebildet und somit die gesamte Serien-Rohrschlange des Kartuschen-Stapels gebildet wird. Es versteht sich, dass der Kartuschen-Stapel im installierten Zustand in einer beliebigen räumlichen Orientierung angeordnet werden kann. Insbesondere kann er je nach Einbausituation vertikal oder horizontal angeordnet sein.
In Fig. 11 ist ein Stapel aus mit Eingriffsformationen Fl versehenen blockartigen Kartuschen K der Fig. 9a gezeigt, die fluidmässig in Serie geschaltet sind. Die Kartuschen K können dabei wie Lego-Steine aufeinander gestapelt werden.
In Fig. 12 ist eine Perspektivansicht einer weiteren Variante einer plattenartigen Kartusche K mit Eingriffsformationen F2 und dazu komplementären Eingriffsformationen F2' gezeigt. Die Kartuschen können dabei mittels der Eingriffsformationen F2 und F2' formschlüssig miteinander verbunden werden.
In Fig. 13 ist eine Seitenansicht eines mit einem Verbrennungsmotor versehenen Fahrzeugs gezeigt, an welchem zwei Stapel aus plattenartigen Kartuschen K für deren Ladevorgang angeordnet sind. Die beiden Stapel entsprechen den in Fig. 10 gezeigten Stapeln. In Fig. 14 ist eine Schnittansicht einer weiteren Variante einer plattenartigen Kartusche K gezeigt. Die Schnittebene ist orthogonal zu einer Längsachse der plattenartigen Kartusche K.
Die Kartusche K enthält einen ebenen ersten Wandbereich WB1 (als Kreuzschraffur gezeigt), welcher als semipermeabler Wandbereich mit einer Vielzahl von Löchern gebildet ist, insbesondere mit Rundlöchern oder Längslöchern oder Kreuzlöchern oder Sternlöchern. Der erste Wandbereich WB1 kann aus Metall oder aus Keramik, z.B. aus Metallkeramik oder aus Oxidkeramik, oder aus einer Kombination von Metall und Keramik nach der Art eines Keramikfilters gebildet sein.
Die Kartusche enthält einen ebenen zweiten Wandbereich WB2, welcher aus einem stark wärmeleitenden Material, vorzugsweise aus Metall, z.B. Kupfer, Aluminium, Stahl, etc., oder Graphit gebildet ist.
Die Kartusche K enthält eine Reaktionskammer R zwischen dem ebenen ersten Wandbereich WB1 und dem ebenen zweiten Wandbereich WB2. Diese Reaktionskammer R ist je nach Ladezustand der Kartusche K mit Hydrat und/oder mit Anhydrat gefüllt.
Der linke ovalförmige Bereich zeigt schematisch den Heizbetrieb dieser Kartusche K, nämlich «Wasser rein, Wärme raus».
Der rechte ovalförmige Bereich zeigt schematisch den Ladebetrieb dieser Kartusche K, nämlich «Wärme rein, Wasser raus».
In Fig. 15 ist eine Schnittansicht einer zylinderförmigen Kartusche K gezeigt. Die Schnittebene ist orthogonal zu einer Längsachse der zylinderförmigen Kartusche K.
Die Kartusche K enthält einen ersten Wandbereich WB1 in Form eines inneren Zylindermantels (als Kreuzschraffur gezeigt), welcher als semipermeabler Wandbereich mit einer Vielzahl von Löchern gebildet ist, insbesondere mit Rundlöchern oder Längslöchern oder Kreuzlöchern oder Sternlöchern, Der erste Wandbereich WB1 kann aus Metall oder aus Keramik, z.B. aus Metallkeramik oder aus Oxidkeramik, oder aus einer Kombination von Metall und Keramik nach der Art eines Keramikfilters gebildet sein.
Die Kartusche enthält einen zweiten Wandbereich WB2 in Form eines äusseren Zylindermantels, welcher aus einem stark wärmeleitenden Material, vorzugsweise aus Metall, z.B. Kupfer, Aluminium, Stahl, etc., oder Graphit gebildet ist.
Die Kartusche K enthält eine Reaktionskammer R zwischen dem ersten Wandbereich WB1 und dem zweiten Wandbereich WB2. Diese Reaktionskammer R ist je nach Ladezustand der Kartusche K mit Hydrat und/oder mit Anhydrat gefüllt.
Der obere ovalförmige Bereich zeigt schematisch den Heizbetrieb dieser Kartusche K, nämlich «Wasser rein, Wärme raus».
Der untere ovalförmige Bereich zeigt schematisch den Ladebetrieb dieser Kartusche K, nämlich «Wärme rein, Wasser raus».
In Fig. 16 ist eine Schnittansicht einer weiteren Variante einer plattenartigen Kartusche K gezeigt. Die Schnittebene ist orthogonal zu einer Längsachse BA der plattenartigen Kartusche K.
Die Kartusche K enthält einen ebenen ersten Wandbereich WB1 aus Metall (als Kreuzschraffur gezeigt), welcher als semipermeabler Wandbereich mit einer Vielzahl von Löchern gebildet ist, insbesondere mit Rundlöchern oder Längslöchern oder Kreuzlöchern oder Sternlöchern. Der erste Wandbereich WB1 kann aus Metallkeramik nach der Art eines Keramikfilters gebildet sein.
Die Kartusche K enthält einen ebenen zweiten Wandbereich WB2 aus Metall (als Kreuzschraffur gezeigt), welcher als semipermeabler Wandbereich mit einer Vielzahl von Löchern gebildet ist, insbesondere mit Rundlöchern oder Längslöchern oder Kreuzlöchern oder Sternlöchern. Der zweite Wandbereich WB2 kann aus Metallkeramik nach der Art eines Keramikfilters gebildet sein.
Als Metall wird z.B. Kupfer, Aluminium, Stahl, etc. verwendet.
Die Kartusche K enthält eine Reaktionskammer R zwischen dem ebenen ersten Wandbereich WB1 und dem ebenen zweiten Wandbereich WB2. Diese Reaktionskammer R ist je nach Ladezustand der Kartusche K mit Hydrat und/oder mit Anhydrat gefüllt.
Der linke ovalförmige Bereich zeigt schematisch den Heizbetrieb dieser Kartusche K, nämlich «Wasser rein, Wärme raus».
Der rechte ovalförmige Bereich zeigt schematisch den Ladebetrieb dieser Kartusche K, nämlich «Wärme rein, Wasser raus».
Da die beiden semipermeablen Wandbereiche WB1 und WB2 aus Metall bestehen, können an jedem von ihnen sowohl Wasser bzw. Wasserdampf als auch Wärme gut sowohl in die Kartusche K hinein als auch aus der Kartusche heraus transportiert werden.
In Fig. 17 ist eine Schnittansicht einer weiteren Variante einer plattenartigen Kartusche gezeigt. Die Schnittebene ist orthogonal zu einer Längsachse BA der plattenartigen Kartusche K.
Die Kartusche K der Fig. 17 unterscheidet sich von der Kartusche K der Fig. 16 lediglich in der Form ihres Querschnitts bzw. Profilquerschnitts quer zur Längsachse BA. Anstelle des Rechteckprofils der Fig. 16 hat die Kartusche der Fig. 17 ein Sinuswellen-Profil. Sie könnte auch ein Dreieckwellen-Profil haben (nicht gezeigt).
Der linke ovalförmige Bereich zeigt schematisch den Heizbetrieb dieser Kartusche K, nämlich «Wasser rein, Wärme raus».
Der rechte ovalförmige Bereich zeigt schematisch den Ladebetrieb dieser Kartusche K, nämlich «Wärme rein, Wasser raus».
Da die beiden semipermeablen Wandbereiche WB1 und WB2 aus Metall bestehen, können an jedem von ihnen sowohl Wasser bzw. Wasserdampf als auch Wärme gut sowohl in die Kartusche K hinein als auch aus der Kartusche heraus transportiert werden.
In Fig. 18 ist eine Schnittansicht einer stabförmigen Kartusche K gezeigt. Die Schnittebene ist orthogonal zu einer Längsachse BA der plattenartigen Kartusche K.
Die Kartusche K der Fig. 18 unterscheidet sich von der Kartusche K der Fig. 16 lediglich in der Form ihres Querschnitts bzw. Profilquerschnitts quer zur Längsachse BA. Anstelle des Rechteckprofils der Fig. 16 hat die Kartusche der Fig. 18 ein Quadratprofil. Sie könnte auch ein Dreiecksprofil haben (nicht gezeigt).
Der obere ovalförmige Bereich zeigt schematisch den Heizbetrieb dieser Kartusche K, nämlich «Wasser rein, Wärme raus».
Der untere ovalförmige Bereich zeigt schematisch den Ladebetrieb dieser Kartusche K, nämlich «Wärme rein, Wasser raus».
Da sämtliche Wandbereiche WB semipermeabel sind aus Metall bestehen, können an jedem von ihnen sowohl Wasser bzw. Wasserdampf als auch Wärme gut sowohl in die Kartusche K hinein als auch aus der Kartusche heraus transportiert werden.
In Fig. 19 ist eine Schnittansicht einer weiteren Variante einer stabförmigen Kartusche gezeigt. Die Schnittebene ist orthogonal zu einer Längsachse BA der plattenartigen Kartusche K.
Die Kartusche K der Fig. 19 unterscheidet sich von der Kartusche K der Fig. 18 lediglich in der Form ihres Querschnitts bzw. Profilquerschnitts quer zur Längsachse BA. Anstelle des Quadratprofils der Fig. 18 hat die Kartusche der Fig. 19 ein Kreisprofil. Sie könnte auch ein Kreisringprofil haben (nicht gezeigt). Der obere ovalförmige Bereich zeigt schematisch den Heizbetrieb dieser Kartusche K, nämlich «Wasser rein, Wärme raus».
Der untere ovalförmige Bereich zeigt schematisch den Ladebetrieb dieser Kartusche K, nämlich «Wärme rein, Wasser raus».
Da sämtliche Wandbereiche WB semipermeabel sind aus Metall bestehen, können an jedem von ihnen sowohl Wasser bzw. Wasserdampf als auch Wärme gut sowohl in die Kartusche K hinein als auch aus der Kartusche heraus transportiert werden.
In Fig, 20 ist eine Schnittansicht einer weiteren Ausführung eines semipermeablen Wandbereichs einer Kartusche K entlang einer Schnittebene senkrecht zur Ebene des Wandbereichs WB bzw. senkrecht zur Tangentialebene des Wandbereichs gezeigt. Diese Ausführung unterscheidet sich von der weiter oben erwähnten semipermeablen Metallkeramik-Ausführung. Man erkennt mehrere Durchgangs-Bohrungen DB, die sich jeweils von der äusseren Wandfläche WBa des semipermeablen Wandbereichs WB bis zur inneren Wandfläche WBi des semipermeablen Wandbereichs WB erstrecken. Der Querschnitt der Durchgangs-Bohrungen DB hat jeweils im Bereich der inneren
Wandfläche WBi eine Verengung V.
Da der Wandbereich WB aus Metall besteht, können an ihm sowohl Wasser bzw. Wasserdampf als auch Wärme gut transportiert werden. Aufgrund der Verengung V wird der Austritt von Anhydrat- Partikeln oder von Hydrat-Partikeln aus dem Reaktionsraum erschwert, während beim Heizbetrieb Wasser und Wasserdampf an den Verengungen V leicht in den Reaktionsraum R hinein gelangen kann und beim Ladebetrieb Wasser und Wasserdampf an den Verengungen V leicht aus dem Reaktionsraum R heraus gelangen kann.
In Fig. 21 ist eine Schnittansicht einer weiteren Ausführung eines semipermeablen Wandbereichs einer Kartusche K entlang einer Schnittebene senkrecht zur Ebene des Wandbereichs WB bzw. senkrecht zur Tangentialebene des Wandbereichs schematisch gezeigt. Diese Ausführung unterscheidet sich ebenfalls von der weiter oben erwähnten semipermeablen Metallkeramik- Ausführung. Man erkennt Metallspäne MS, die mit einem anorganischen Klebemittel (nicht gezeigt) miteinander verbunden sind und eine dreidimensionale Metallspan-Matrix bilden.
In Fig. 22 ist eine Schnittansicht einer ersten Ausführung einer Kartuschenfüllung schematisch gezeigt. Man erkennt a) eine durch Salzhydrat SH gebildete erste Phase, die mehr oder weniger kontinuierlich bzw. mehr oder weniger porös sein kann (durch Kreuzschraffur dargestellt). Ausserdem erkennt man b) in der ersten Phase gleichmässig oder zumindest fast gleichmässig verteilte Partikel MP, GP aus einem Material mit hoher spezifischer Wärmeleitfähigkeit als zweite Phase (als schraffierte Flecken dargestellt). Die Partikel können z.B. Metall-Partikel MP oder Graphit- Partikel GP sein.
In Fig. 23 ist eine Schnittansicht einer zweiten Ausführung einer Kartuschenfüllung schematisch gezeigt. Man erkennt a) eine durch Salzhydrat SH gebildete erste Phase, die mehr oder weniger kontinuierlich bzw. mehr oder weniger porös sein kann (durch Kreuzschraffur dargestellt). Ausserdem erkennt man c) eine sich innerhalb der ersten Phase erstreckende Gitterstruktur MG aus einem Material mit hoher spezifischer Wärmeleitfähigkeit als zweite Phase (als schraffierte dunkle Bänder dargestellt).
In Fig. 24 ist eine Schnittansicht einer dritten Ausführung einer Kartuschenfüllung schematisch gezeigt. Man erkennt a) eine durch Salzhydrat SH gebildete erste Phase, die mehr oder weniger kontinuierlich bzw. mehr oder weniger porös sein kann (durch Kreuzschraffur dargestellt).
Ausserdem erkennt man einerseits b) in der ersten Phase gleichmässig oder zumindest fast gleichmässig verteilte Partikel MP, GP aus einem Material mit hoher spezifischer Wärmeleitfähigkeit als zweite Phase (als schraffierte Flecken dargestellt) und andererseits c) eine sich innerhalb der ersten Phase erstreckende Gitterstruktur MG aus einem Material mit hoher spezifischer Wärmeleitfähigkeit als dritte Phase (als schraffierte dunkle Bänder dargestellt).
In Fig. 25 ist eine Schnittansicht einer vierten Ausführung einer Kartuschenfüllung schematisch gezeigt. Man erkennt einerseits d) Metallspäne MS (als dunkle schraffierte Flecken dargestellt), die mit einem anorganischen Klebemittel miteinander verbunden sind (nicht gezeigt) und eine dreidimensionale Metallspan-Matrix MSM bilden, und andererseits a) mit Hydrat, d.h. der hydratisierten Form eines Salzhydrats SH (durch Kreuzschraffur dargestellt), zumindest partiell gefüllte Zwischenräume ZR der Metallspan-Matrix MSM.
In Fig. 26 ist eine Schnittansicht eines Behälters in Form einer Kartusche K bzw. einer Kartusche K* schematisch gezeigt. Die Schnittebene ist parallel zu einer Längsachse BA der Kartusche K bzw. K* Man erkennt entlang seiner Behälterachse BA beabstandet angeordnete impermeable Trennwände TW, welche für das Anhydrat, das Hydrat, Wasser und Wasserdampf undurchlässig sind und welche das Volumen des Behälters K bzw. K*, d.h. den Reaktionsraum R, in entlang der Behälterachse BA angeordnete Teilkammern TK bzw. Teilvolumina TV unterteilen. Die Kartusche K bzw. K* enthält einen ebenen ersten Wandbereich WB1 aus Metall (als Kreuzschraffur gezeigt), welcher als semipermeabler Wandbereich mit einer Vielzahl von Löchern gebildet ist. Der erste Wandbereich WB1 kann aus Metallkeramik nach der Art eines Keramikfilters gebildet sein. Die Kartusche K bzw. K* enthält einen ebenen zweiten Wandbereich WB2 aus Metall (als Kreuzschraffur gezeigt), welcher als semipermeabler Wandbereich mit einer Vielzahl von Löchern gebildet ist. Der zweite Wandbereich WB2 kann aus Metallkeramik nach der Art eines Keramikfilters gebildet sein. Als Metall wird z.B. Kupfer, Aluminium, Stahl, etc. verwendet. Der Doppelpfeil DP zeigt die beiden Richtungen parallel zur Behälterachse BA entlang welcher die Kartusche K bzw K* in ein Wasserbad eingetaucht und aus dem Wasserbad aufgetaucht werden kann.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Erzeugen (Abgeben, Freisetzen) von Wärme (W) durch Reaktion zwischen einerseits einem Feststoff und/oder einer ersten Flüssigkeit (1) und andererseits einem Gas und/oder einer zweiten Flüssigkeit (2) (Ammoniak, Wasser, Alkohol, Keton), wobei die dabei entstehende Reaktionswärme (W) abgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass al) einerseits eine dosierte Menge des Feststoffs und/oder der ersten Flüssigkeit (1) einem Reaktionsraum (R) zugeführt wird und dass a2) andererseits eine dosierte Menge des Gases und/oder der zweiten Flüssigkeit (2) dem
Reaktionsraum (R) zugeführt wird, wobei in dem Reaktionsraum (R) al) der Feststoff und/oder die erste Flüssigkeit (1) und a2) das Gas und/oder die zweite Flüssigkeit (2) miteinander in Kontakt gebracht werden und die frei werdende Wärme aus dem Reaktionsraum (R) abgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Feststoff und/oder die erste Flüssigkeit (1) ein Anhydrat ist, wobei die Wärme durch Reaktion unter Beteiligung von Anhydrat einerseits und von Wasser und/oder Wasserdampf andererseits erzeugt wird, wobei dem Reaktionsraum (R) einerseits eine dosierte Menge des Anhydrats und andererseits eine dosierte Menge Wasser und/oder Wasserdampf zugeführt wird.
3. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens gemäss einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine den Reaktionsraum (R) bildende Reaktionskammer mit einem Mittel (WT) zum Abführen von Reaktionswärme sowie ein erstes Zufuhrmittel (SF; ZF) zum dosierten Zuführen eines Feststoffs und/oder einer ersten Flüssigkeit (1) in die Reaktionskammer (R) und ein zweites Zufuhrmittel (ZD) zum dosierten Zuführen eines Gases und/oder einer zweiten Flüssigkeit (2) (Ammoniak, Wasser, Alkohol, Keton) in die Reaktionskammer (R) aufweist.
4. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens gemäss einem der Ansprüche 1 oder 2, insbesondere nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktionsraum (R) einen Behälter aufweist mit einer Füllöffnung zum Zuführen des Feststoffs und/oder der ersten Flüssigkeit (1) in den Behälter, einem Verschluss zum Schliessen der Füllöffnung und einem semipermeablem Wandbereich, welcher für den Feststoff und/oder die erste Flüssigkeit (1) undurchlässig und für das Gas und/oder die zweite Flüssigkeit (2) durchlässig ist.
5. Verfahren zum Speichern von Wärme (W) durch Reaktion zwischen einerseits einem Feststoff und/oder einer ersten Flüssigkeit (1) und andererseits einem Gas und/oder einer zweiten Flüssigkeit (2) (Ammoniak, Wasser, Alkohol, Keton), wobei die dabei zu speichernde Reaktionswärme (W) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass bl) einerseits eine dosierte Menge des Feststoffs und/oder der ersten Flüssigkeit (1) einem Reaktionsraum (R) zugeführt wird und dass b2) andererseits eine dosierte Menge Wärme (W) dem Reaktionsraum (R) zugeführt wird, wobei in dem Reaktionsraum (R) bl) der Feststoff und/oder die erste Flüssigkeit (1) und b2) die Wärme (W) miteinander in Kontakt gebracht werden und das frei werdende Gas und/oder die frei werdende zweite Flüssigkeit (2) aus dem Reaktionsraum (R) abgeführt wird bzw. werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Feststoff und/oder die erste Flüssigkeit (1) ein Hydrat ist, wobei die Wärme durch Reaktion unter Beteiligung von Hydrat einerseits und von Wasser und/oder Wasserdampf andererseits gespeichert wird, wobei dem Reaktionsraum (R) einerseits eine dosierte Menge des Hydrats und andererseits eine dosierte Menge Wärme zugeführt wird.
7. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens gemäss einem der Ansprüche 5 oder 6 dadurch gekennzeichnet, dass sie eine den Reaktionsraum (R) bildende Reaktionskammer mit einem Mittel (WT; WB) zum Zuführen von Reaktionswärme sowie ein erstes Mittel (SF; ZF) zum dosierten Zuführen eines Feststoffs oder einer ersten Flüssigkeit in die Reaktionskammer (R) aufweist und ein zweites Mittel (V; P) zum dosierten Abführen eines Gases oder einer zweiten Flüssigkeit (2) (Ammoniak, Wasser, Alkohol, Keton) aus der Reaktionskammer (R) aufweist.
8. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens gemäss einem der Ansprüche 5 oder 6, insbesondere nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktionsraum (R) einen Behälter aufweist mit einer Füllöffnung zum Zuführen des Feststoffs und/oder der ersten Flüssigkeit (1) in den Behälter, einem Verschluss zum Schliessen der Füllöffnung und einem semipermeablem Wandbereich, welcher für den Feststoff und/oder die erste Flüssigkeit (1) undurchlässig und für das Gas und/oder die zweite Flüssigkeit (2) durchlässig ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der semipermeable Wandbereich eine Wand mit einer Vielzahl von Löchern aufweist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Löcher der Wand Rundlöcher oder Längslöcher oder Kreuzlöcher oder Sternlöcher sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die kleinste Abmessung der Löcher, d.h. der Durchmesser der Rundlöcher oder die Breite der Längslöcher, im Bereich von 50pm bis lOOOpm, vorzugsweise im Bereich von 50pm bis 500pm und am bevorzugtesten im Bereich von 50pm bis 200pm liegt.
12. Behälter (K) zur Verwendung bei einem Verfahren bzw. in einer Vorrichtung gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum des Behälters (K) mit einem Anhydrat und/oder einem Hydrat partiell gefüllt ist und der Behälter (K) einen semipermeablen Wandbereich (WB1, WB2) aufweist, welcher für das in ihm enthaltene Anhydrat oder Hydrat undurchlässig ist und für Wasser oder Wasserdampf durchlässig ist.
13. Behälter (K) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der semipermeable Wandbereich (WB1, WB2, WB) aus Metall gebildet ist.
14. Behälter (K) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum des Behälters (K) von einem ersten semipermeablen Wandbereich (WB1) aus Metall und einem zweiten semipermeablen Wandbereich (WB2) aus Metall begrenzt ist, zwischen denen sich der Innenraum des Behälters (K) erstreckt.
15. Behälter (K) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der semipermeablen Wandbereiche (WB1, WB2, WB) aus Metallkeramik gebildet ist.
16. Behälter (K) nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der semipermeablen Wandbereiche (WB1, WB2, WB) aus Metall gebildet ist und eine Vielzahl von Durchgangs-Bohrungen (DB) aufweist, die sich jeweils von der äusseren Wandfläche (WBa) des semipermeablen Wandbereichs (WB) bis zur inneren Wandfläche (WBi) des semipermeablen Wandbereichs (WB) erstrecken.
17. Behälter (K) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Durchgangs- Bohrungen (DB) eine Verengung (V) aufweist.
18. Behälter (K) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der semipermeablen Wandbereiche (WBI, WB2, WB) aus einer dreidimensionalen Metallspan- Matrix (MSM) gebildet ist, in welcher Metallspäne (MS) mit einem anorganischen Klebemittel (WG) miteinander verbunden sind und welche zwischen den Metallspänen (MS) Hohlräume aufweist.
19. Behälter (K) nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum des Behälters (K) eine Füllung aufweist, welche eine durch Salzhydrat gebildete erste Phase, die kontinuierlich und porös ist, und in der ersten Phase verteilte Partikel (MP) aus einem Material mit hoher spezifischer Wärmeleitfähigkeit als zweite Phase enthält.
20. Behälter (K) nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum des Behälters (K) eine Füllung aufweist, welche eine durch Salzhydrat gebildete erste Phase, die kontinuierlich und porös ist, und eine sich innerhalb der ersten Phase erstreckende Gitterstruktur (MG) aus einem Material mit hoher spezifischer Wärmeleitfähigkeit als zweite Phase enthält.
21. Behälter (K) nach einem der Ansprüche 12 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum des Behälters (K) eine Füllung aufweist, in welcher Metallspäne (MS) mit einem anorganischen Klebemittel miteinander verbunden sind und eine dreidimensionale Metallspan-Matrix (MSM) bilden und in welcher Zwischenräume der Metallspan-Matrix mit Hydrat, d.h. der hydratisierten Form eines Salzhydrats, zumindest partiell gefüllt sind.
22. Behälter (K) nach einem der Ansprüche 12 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (K) entlang einer Behälterachse (BA) einen konstanten Querschnitt quer zur Behälterachse (BA) aufweist.
23. Behälter (K) nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (K) entlang seiner Behälterachse (BA) beabstandet angeordnete impermeable Trennwände (TW) aufweist, welche für das Anhydrat, das Hydrat, Wasser und Wasserdampf undurchlässig sind und welche den Innenraum des Behälters (K) in entlang der Behälterachse (BA) angeordnete Teilkammern (TK) unterteilen.
24. Behälter (K) nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Behälters (K) die Form eines Rechtecks, eines Quadrats, eines Kreises oder eines Kreisrings, eines Dreiecks oder eines Sechsecks aufweist.
25. Behälter (K) nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Behälters (K) die Form eines periodischen Musters, insbesondere einer Welle mit Sinusprofil oder Dreiecksprofil, aufweist.
26. Behälter (K*) zur Verwendung bei einem Verfahren zum Erzeugen oder Speichern von Wärme, insbesondere zur Verwendung in einem Verfahren bzw. in einer Vorrichtung gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (K*) ein poröses Gebilde ist, welches eine metallische Matrix aufweist und ein Salzhydrat aufweist, welches die Poren bzw. mikroskopischen Zwischenräume der metallischen Matrix im hydratisierten Zustand des Salzhydrats zumindest partiell ausfüllt und für Wasser oder Wasserdampf durchlässig ist.
27. Behälter (K*) nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Matrix Metallpartikel (MP) aufweist, welche durch Sintern zu einem Metall-Sinterblock bzw. einem Metall- Keramikblock miteinander verbunden sind und eine dreidimensionale Metallkeramik-Matrix (MKM) bilden.
28. Behälter (K*) nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Matrix Metallspäne (MS) aufweist, welche mit einem anorganischen Klebemittel miteinander verbunden sind und eine dreidimensionale Metallspan-Matrix (MSM) bilden.
29. Behälter (K*) nach einem der Ansprüche 26 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Salzhydrat verteilte Partikel (MP, GP) aus einem Material mit hoher spezifischer Wärmeleitfähigkeit enthalten sind.
30. Behälter (K*) nach einem der Ansprüche 26 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Salzhydrat eine Gitterstruktur (MG, WR) mit hoher spezifischer Wärmeleitfähigkeit enthalten ist.
31. Behälter (K*) nach einem der Ansprüche 26 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass das Salzhydrat eine poröse Struktur hat.
32. Behälter (K*) nach einem der Ansprüche 26 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Matrix Aluminium enthält.
33. Behälter (K*) nach einem der Ansprüche 28 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass das anorganische Klebemittel Wasserglas, insbesondere Natrium-Silikat und/oder Kalium-Silikat, enthält.
34. Behälter (K*) nach einem der Ansprüche 29 bis 33, dadurch gkennzeichnet, dass in dem Salzhydrat Aluminium-Partikel und/oder Graphit-Partikel verteilt sind.
35. Behälter (K*) nach einem der Ansprüche 26 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (K*) entlang einer Behälterachse (BA) einen konstanten Querschnitt quer zur Behälterachse (BA) aufweist.
36. Behälter (K*) nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (K*) entlang seiner Behälterachse (BA) beabstandet angeordnete impermeable Trennwände (TW) aufweist, welche für das Anhydrat, das Hydrat, Wasser und Wasserdampf undurchlässig sind und welche das Volumen des Behälters (K*) in entlang der Behälterachse (BA) angeordnete Teilvolumina (TV) unterteilen.
37. Behälter (K*) nach Anspruch 35 oder 36, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Behälters (K*) die Form eines Rechtecks, eines Quadrats, eines Kreises oder eines Kreisrings, eines Dreiecks oder eines Sechsecks aufweist.
38. Behälter (K*) nach Anspruch 35 oder 36, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Behälters (K*) die Form eines periodischen Musters, insbesondere einer Welle mit Sinusprofil oder Dreiecksprofil, aufweist.
39. Behälter-Anordnung, dadurch gekennzeichnet, dass sie mehrere nebeneinander und parallel zueinander angeordnete Behälter (K) und/oder Behälter (K*) gemäss einem der Ansprüche 22 bis 25 bzw. gemäss einem der Ansprüche 35 bis 38 aufweist.
40. Verfahren zum Herstellen eines Behälters (K*) zur Verwendung bei einem Verfahren zum Erzeugen oder Speichern von Wärme, insbesondere zum Herstellen eines Behälters (K*) gemäss einem der Ansprüche 26 bis 38, welches die folgenden Schritte aufweist: a) Bilden einer dreidimensionalen metallischen Matrix, welche mikroskopische Zwischenräume aufweist; und b) Füllen der mikroskopischen Zwischenräume mit einer wässrigen Aufschlämmung eines Salzhydrats.
41. Verfahren nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt a) durch Sintern metallischer Partikel erfolgt.
42. Verfahren nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt a) durch Verkleben metallischer Partikel mittels eines anorganischen Klebemittels erfolgt.
43. Verfahren nach einem der Ansprüche 40 bis 42, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt b) durch Hineinpressen der wässrigen Aufschlämmung in die mikroskopischen Zwischenräume erfolgt.
44. Verfahren zum Herstellen eines Behälters (K*) zur Verwendung bei einem Verfahren zum Erzeugen oder Speichern von Wärme, insbesondere zum Herstellen eines Behälters (K*) gemäss einem der Ansprüche 26 bis 38, welches die folgenden Schritte aufweist: a) Bereitstellen einer wässrigen Aufschlämmung eines Salzhydrats, in welcher metallische Partikel suspendiert sind; und b) Bilden einer dreidimensionalen metallischen Matrix durch Komprimieren der Aufschlämmung.
45. Verfahren nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) ein Sintern der metallischen Partikel erfolgt.
46. Verfahren nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) ein Verkleben der metallischen Partikel mittels eines anorganischen Klebemittels erfolgt.
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