LU81906A1 - Verfahren und einrichtung zum speichern der durch sonnenstrahlung erzeugten waerme - Google Patents

Description

Luxemburg, den 16. November 1979 j 1 Verfahren und Einrichtung zum Speichern der dusch Sonnen strahlung erzeugten Wärme

Erfinder und Anmelder · Nicolas Gath

15, rue Joseph Tockert LUXEMBOURG

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung, welche es gestattet, die Wärme, welche durch Sonnenstrahlung vornehmlich im Sommer erzeugt wird, zu speichern und diese später vorzugsweise in der kalten Winterjahreszeit zum Heizen von Räumen zu verwerten.

Die bisher hie’rfür in Betracht gezogenen Möglichkeiten haben * einen sehr geringen Wirkungsgrad. Dies gilt besonders, \ienn die

Sonnenstrahlung durch Photozellen in elektrischen Strom umgewandelt wird und dieser zum Laden von Batterien verwendet wird. Wollte man im Sommer Wasser mit den Sonnenstrahlen aufheizen und dessen Wärme im Winter über Heizkörper den Räumen zuführen, so bräuchte man sehr grosse Wassermengen und dieses Wasser würde sich selbst bei meterdicken Isolationsumhüllungen der Lagerbehälter im langen Zeitraum, der vor seiner Verwendung liegt, fast völlig wieder abkühlen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Einrichtung mit wesentlich besserem Wirkungsgrad zu bauen.

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Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Sonnenstrahlen mit Hilf' eines optischen Systems durch ein Fenster in das Innere eines Behälters A geleitet werden und dass die Umsetzung von Licht in Wärme in einem Punkt erfolgt, welcher soweit wie möglich allseitig von einem Körper C umgeben ist.

Dieser Körper C hat die Eigenschaft, dass er bei der durch die Sonneneinstrahlung bewirkten Temperatur in 2 Körper zerfällt, wovon der eine F fest oder flüssig ist, während der andere G bei der im Behälter A auftretenden Temperatur gasförmig ist, und dass dieser Zerfall eine endotherme Reaktion darstellt. Der gasförmige Körper geht in einem zweiten Behälter B,der auf niedriger Temperatur gehalten wird? in festen oder flüssigen Zustand über. Die so erzeugten Körper werden bis zur Verwendung«- i zeit im Winter getrennt gelagert, der eine im Behälter A, der andere im Behälter B, wobei auch die über den Körpern A res-pektiv B bestehenden Räume getrennt bleiben müssen, so zwar dass der Dampf, der vom Körper G gebildet wird, nicht zum Körper F gelangen kann.

Wenn dann im Winter Wärme benötigt wird, so wird zvfischen den die beiden Körper umgebenden Räumen eine Verbindung hergestellt, so zwar, dass der vom Körper & gebildete Dampf zum Körper P im Behälter A gelangt.

Die beiden Körper verbinden sich miteinander und bilden dabei den Körper G. Diese Reaktion ist exotherm. Die gebildete Wärme wird durch die Wandung des Behälters A auf das Medium übertragen, das die Wärme in die zu heizenden Räume transportiert.

Eine zweite Lösung benutzt für*.die Wärmeerzeugung im Winter < ebenfalls 2 getrennt gelagerte Stoffe, die sich exotherm vereinigen. Die Zersetzung des Körpers C in diese zwei Stoffe erfolgt auch hier unter Verwendung der von der Sonnenstrahlung erzeugten Wärme, aber indirekt. Diese Wärme zersetzt hier einen Körper a, der nicht identisch ist mit dem Körper, der später in der Heizperiode durch die exotherme Verbindung von 2 Körpern gebildet xvird.

Zur Einspeicherung neuer Wärme ist natürlich die Zerlegung des

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exotherm gebildeten Körpers1 nötig. Diese erfolgt hier nicht durch Erhitzung, sondern durch Erniedrigung des Dampfdruckes des Körpers G.

- 3 - ZU diesem Zweck wird der Behälter, der den zu zersetzenden körper enthält, mit einem Behälter H verbunden, in welchem der ' betreffende Dampfdruck niedriger ist, als im Behälter A,

Im Behälter H befindet sich ein Körper der den Dampf absorbiert, welcher von dem Körper C gebildet wird, so dass von diesem ständig Dampf in den Behälter H einströmt. Die Sonnenstrahlung wird zur Regenerierung des Körpers C benutzt.

In den Figuren 1 und 2 sind zwei Ausführungsmöglichkeiten dargestellt.

Die Einrichtung der Figur 1 besteht aus 2 Behältern 2 und 4, die Calciumhydroxid enhalten. Jeder derBehälter enthält in seiner Mitte einen aus feuerfestem Material bestehenden Becher ; 5 und 6. Beide Becher sind leer. Das Calciumhydroxid ist um die Becher herum angeordnet und liegt an deren Aussenflächen an. Der Behälter 2 ist über Bohre 8 und 22 mit dem Behälter 14 verbunden, dieser wieder über die Rohre 22 und 10 mit dem Behälter 4. Der horizontale Strich 9 symbolisiert, dass hier ein Hahn angebracht ist, der die Verbindung vom Behälter 2 zum Behälter l4 freigibt. Der senkrechte Strich 11 symbolisiert einen Hahn, der die Verbindung von Behälter 4 zum Behälterl^ sperrt.

Alle Behälter und die Rohrleitung sind luftleer gepumpt.und aus Stahl hergestellt. Die Behälter 2 und k weisen an der Oberseite ein rundes Loch auf, das von einer Glasplatte 24 respektiv 25 und einer darunterliegenden Dichtung aus Silicongummi 26 abgedichtet ist. Der äussere Luftdruck drückt die Glasplatte fest auf.

Wenn die Sonne scheint, geht vom Hohlspiegel 16 ein konvergentes Strahlenbündel zum Convexspiegel 18, der so gewölbt ist, dass die abgehenden Strahlen nahezu parallel laufen. Sie treffen auf die Glasscheibe 24 und treten durch das Loch in der Oberseite des Behälters ins Innere des Bechers 5 ein. Der Becher und das anliegende Calciumhydroxid erhitzen sich. Bei einer Temperatur, die tiefer als 4oo Grad Celsius, bildet sich Calciumoxid und das freiwerdende Wasser geht in gasförmigen Zustand über. Es gelangt über die Rohrleitungen 8 und 22 in den Behälter 1^, wo es sich kondensiert.

Wenn der grösste Teil, etwa zwei Drittel der ursprünglichen CalciumhydroxiW-Masse in Calciumoxid umgewandelt ist, wird der Hahn 9 gesperrt und der Hahn 11 geöffnet und der Spiegel 18 so verstellt, dass die Sonnenstrahlen durch das Glas 25 - b - in den Becher 6 des anderen Behälters gelangen und auch • hier das Calciumhydroxid zersetzen. Zweckdienlicherweise wird man eine grössere Zahl von Behältern von gleicher Art wie 2 und k zusätzlich verwenden, so zwar, dass man für die in einem Sommer durchschnitlich zu erwartenden Tage mit starker Sonnenstrahlung für jeden dieser Tage ein Behälter zur Verfügung hat.

Die Einrichtung gemäss Figur 2 benötigt dagegen nur einen ZersetzTingsbeliälter. Man kann diesen in seiner Grös-. se leicht so wählen, dass die darin enthaltende Menge von

Calciumhydroxid etwas grösser ist als die Menge, die an _ einem sehr sonnenreichen Tag von der Strahlung zersetzt wird. Das bei der Zersetzung gebildete Wasser gelangt in gasförmigem Zustand durch das Rohr 8 in den Bahälter 14 und kondensiert sich dort. Wenn gegen Abend die Sonnenstrahlung so schwach wird, dass keine Zersetzung mehr stattfindet, so wird der Hahn 9 gesperrt und der Hahn 13 geöffnet. Ber Behälter 2 ist jetzt über die Rohrleitung 22 mit dem Behälter 3^ verbunden. Dieser hat eine grosse Bodenfläche und eine geringe Höhe. Es ist bis zu halber I Höhe mit Wasser gefüllt, in dem Natriumhydroxid gelöst ist.

' Diese Lösung hat bei den vorkommenden Temperaturen einen I merklichen Wasserdampfdruck und es fliesst daher Dampf in J den Behälter 2, wo er vom Calciumoxyd sofort gebunden wird und Hydroxid entsteht, so dass ständig wieder Wasserdampf in das Gefäss 2 nachströmt. Die Konzentration des Natriumhydroxidlösung nimmt also zu. Im Gefäss 2 entsteht Hitze während in dem Behälter 3¾ die Lösung sich abkühlt. Wie schnell diese Vorgänge ablaufen,hängt davon ab, wie schnell die im Gefäss 2 gebildete Wärme abgeführt wird und wie schnell die im Behälter 3b entstehende Wärmeentziehung durch äussere ! Wärmezufuhr ausgeglichen wird.

Es ist vorteilhaft die Dimensionierung der Behälter 3b und 2 so zu wählen, dass nach Ablauf der

Nacht im Behälter 2 das Calciumoxid vollständig im Cal- ../ 5 fÆà· is ù / 1 / / \ r f - 5 - ciumhydroxid veriiandelt ist. Sobald nun starke Sonneneinstrahlung einsetzt und das Hydroxid in Wasserdampf und Calciumoxid umgesetzt wird, öffnet man den Hahn 9 und sdiiesst den Hahn 13. Es wiederholen sich nun die gleichen Vorgänge wie vorher. Das gebildete Wasser gelangt in den Behälter 14 und gegen Abend ist das Calciumhydroxid in Calciumoxid umgewandelt . In der Nacht bildet sich nach Schliessen von 9 und Oeffnen von 13 wieder Hydroxid und die Lösung im Behälter 3¾ wird weiter konzentrieret.

Da sich dies jede Nacht wiederholt,ist bei Beginn der kalten Jahreszeit die Lösung im Behälter an einem sehr K e hohen Konzentrationsgrad angelangt oder gar fast völlig entwässert.

Wenn es nun kälter wird und die Inbetriebnahme der Heizung erforderlich wird, so sperrt man die Hähne 9 und 13 und öffnet den Hahn 19. Die hochkonzentrierte Lösung im Behälter 3^ hat einen niedrigen Dampfdruck im Vergleich zu dem reinen Wasser im Behälter 14, Daher verdampft dieses und kondensiert sich im Behälter 34-. Die Lösung im Behälter 54 erwärmt sich und gibt ihre Wärme an das Wasser in einem darunter angeordneten Behälter 36 ab, da der Boden des Behälters 3^ gleichzeitig die Oberseite des Behälters 36 bildet. Das Wasser der Warmwasserheizung, das sich bei seiaaem Kreislauf in den Heizkörpern abgekühlt hat, wird durch das-Rohr 37 in den Behälter geleitet, er-t wärmt sich dort und fliesst durch das Rohr 39 wieder zu den Heizkörpern, wo es seine Wärme zum Heizen der Räume abgibt.

Genau genommen speichert eigentlich eine Einrichtung nach Figur 1 nur einen relativ kleinen Teil der von der Sonnenstrahlung erzeugten Wärme. Es ist dies diejenige Wärme, die entsteht, wenn man das Calciumoxid mit Wasser im flüssigen Zustand zusammenbringt. In Wirkl-ichkeit entsteht aber im Gefäss 2 eine grössere Wärmemenge und zwar wird beim Verdampfen des Wassers im Gefäss L Wärme benötigt und diese wird ihm durch die Gefässwandung von aussen zugeführt.

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Die Einrichtung bezieht also im Winter ihre Wärme teil-• weise von aussen, arbeitet also ähnlich wie eine Wär mepumpe. Die Zufuhr dieser Wärme kann vom Erdboden aus durch die Wand des Behälters h erfolgen, oder es können andere Mittel hierzu verwendet werden. Beispielsweise kann man im Innern des Behälters ein System von Rohren anbringen, durch das man die Aussenluft leitet, solange diese noch wärmer ist als das Wasser des Behälters.

Wenn aber die Luft im Freien nur mil Grad Temperatur aufweist , würden sich allerdings Schwierigkeiten ergeben. In diesem Fall soll durch eine zusätzliche Ein-* richtung flüssiges H^O,also Wasser in den Behälter^inge- bracht werden. Wie Figur 3 zeigt, kann man hierzu das zusätzliche Gefäss 15 verwenden. Es enthäut eine dosierte Menge von Wasser, die genügt um die im Gefäss 2 mögliche Menge von Calciumoxid in Calciumhydroxid umzuset- ! zen. Wenn Hahn 16 geöffnet wird, fliesst Wasser in den Becher .5·

Statt der in den Figuren 1 und 2 verwendeten Spiegel kann man natürlich auch Linsen verwenden.

Die Umwandlung der Lichtstrahlen in Wärme erfolgt bei beiden Beschriebenen Einrichtungen in einem Raum der keine I Luft enthält, sondern je nach Betriebszustand mehr oder weniger Wasserdampf und an einer Stelle, die möglichst zentral in der zu zersetzenden Calciumhydroxidmasse liegt.· Würde die Umwandlung der Sonnenstrahlen in 7/ärme an der » Aussenfläche des Behälters 2 erfolgen, so würden diese eine höhere Temperatur aufweisen als die innenliegende Calciumhydroxidmasse. Die Aussenfläche würde einen grossen Teil der erzeugten Wärme als nach aussen gehende Wärmestrahlung verlieren. Bei der erfindungsgemässen Ausführung ! des Behälters 2 liegt ein umgekehrtes Temperaturgefälle vor,

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und die Wärmeabstrahlungsverluste werden entsprechend, geringer, besonders wenn die obenliegende Öffnung.des Be-. hälters 4 ähnlich-wie bei einer Blasche eingeengt i kann die Eintrittsstelle der Lichstrahlen in den Behälter 2 I nicht als Ofnnung ausführen, weil dann die Luft hier ein- treten und die Verdampfungsvorgänge stören würde. Diese , */Z ' ~ · · / 7 - 7 -

Lurchtrittsstelle muss daher für Licht, nicht aber für Luft passierbar sein und ist daher in Form einer Glasscheibe ausgeführt. Man kann auch andere wasseranziehende Stoffe verwenden. In dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 kann man Magnesiumoxid verwenden anstatt Calciumoxyd. Lurch Verbindung mit Wasser entsteht dann in analoger Weise Magnesiumhyaroxid. Auch dieses zersetzt sich unter aer Wärmeeinwirkung der Sonnenstrahlen und bildet sich wieder, wenn Wasserdampf zugeführt wird. Auch diese Reaktion ist exotherm. In dem Ausführungsbeispiel nach , Figur 2 kann man das Natriumhydroxid durch eine1andern hygroskopischen Stoff, beispielsweise durch Kaliumhydroxid oder Calciumchlorid ersetzen.

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Claims (2)

1. Einrichtung zum Speichern der durch Sonnenstrahlß'erzeugten Warme mit mindestens

2 Behältern, wobei der eine Behälter einen Körper F enthält, während der .andere einen Körper G enthällt, wobei F und G Körper sind, die exotherm miteinander reagieren können und dabei einen Stoff C bilden, gekennzeichnet durch ein Rohr, das diese beiden Behälter verbindet und durch eine Einrichtung, welche es ' gestattet den freien Durchgang von Dampf von dem einen Behälter zum andern zu sperren oder zu Öffnen, mit einem optischen System aus Spiegeln oder Linsen, das es gestattet, die Strahlen der Sonne zu konzentrieren und dieselben auf ein Gefäss zu lenken,in welchem einKörper F angeordnet ist, wobei C ein Körper ist,,der sich in der auftretenden Hitze in 2 Körper F und G zersetzt, wobei G ein. Körper ist, der bei den durch Sonneneinstrahlung entstehenden Temperaturen den gasförmigen Zustand annimmt, während F ein Körper ist, der bei diesen Temperaturen fest oder , flüssig ist, 1 Verfahren zum Speichern der durch Sonnenstrahlen erzeugten " Wärme, wobei ein Körper durch die Hitzeeinwirkung in zwei andere Körper zerlegt wird, welche für die Zeit der Speicherung getrennt aufbewahrt werden und im Moment eines Bedarfes von Wärme zu einer exothermen Reaktion gebracht werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonnenstrahlen durch ein Fenster geleitet werden, das für diese Strahlen eine relativ grosse Durchlässigkeit auf weist, und dass die eigentliche Umwandlung der lichstrahlen in Wärme an einer Stelle erfolgt, die ungefähr zentral in der Gesamtmasse des zu zersetzenden Körpers liegt.