In bekannten Wärmespeichern wird heißes Wasser gespeichert oder die insbesondere über heißes Wasser zugeführte Wärmeenergie wird zur Aufheizung eines im Wärmespeicher befindlichen Spei- chermaterials verwendet. Um eine unerwünschte Wärmeabgabe an die Umgebung des Wärmespeichern zu verringern, ist eine Wärmei- solierung vorgesehen.

Aufgrund ihrer geringeren Speicherkapazität und ihrer nicht be- friedigenden Wärmeisolierung sind die bekannten Wärmespeicher nicht in ausreichendem Maße in der Lage, insbesondere eine wäh- rend der Sommermonate zugeführte Wärmemenge zu speichern und diese während der kälteren Jahreszeit zur Raumheizung oder Brauchwassererwärmung abzugeben.

Der vorliegenden Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zu- grunde, einen Wärmespeicher, und eine Anordnung anzugeben, wel- che kostengünstig in Massenproduktion herstellbar sind und bei geringen Abmessungen gestatten, eine große zugeführte Wärmee- nergie über einen langen Zeitraum zu speichern.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen genannten Merkmale gelöst, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen um- fassen.

Der Sorptionsspeicher besteht gemäß einem Grundgedanken der Er- findung vorzugsweise aus einem einzigen, hermetisch verschlos- senen Behälter, der zumindest einen ersten und einen zweiten Bereich aufweist. In den ersten Bereich wird bei der Herstel- lung des erfindungsgemäßen Sorptionsspeichers Sorptionsmaterial und ein Adsorbat eingebracht. Der zweite Bereich dient zur Auf- nahme kondensierten Adsorbates, das vom Sorptionsmaterial desorbiert worden ist. Vorzugsweise wird soviel Adsorbat in den Sorptionsspeicher eingebracht, daß die Menge des Adsorbates ausreicht, um den Sorptionsspeicher vollständig zu sättigen.

Beim Laden des erfindungsgemäßen Sorptionsspeichers führt eine externe Wärmequelle, beispielsweise Solarkollektoren, dem Sorp- tionsmaterial Wärmeenergie über ein oder mehrere Wärmetauscher zu. Das über die Solarkollektoren zugeführte warme oder heiße Wasser heizt das Sorptionsmaterial auf und Adsorbat desorbiert, d. h. ein Teil der zugeführten Wärmeenergie überführt flüssiges in gasförmiges Adsorbat. Vorzugsweise ist zwischen dem ersten und zweiten Bereich ein dritter Bereich vorgesehen, der ein oder mehrere Wärmetauscher aufweist, durch die kaltes Wasser fließt und an dem das gasförmige Adsorbat kondensiert. Das kon- densierte Adsorbat wird dem zweiten Bereich des Sorptionsspei- chers zugeführt und dort aufgefangen.

Bei der Kondensation des Adsorbates wird Wärme frei, die tuber den oder die Kondensationswärmetauscher einer Wärmesenke zuge- führt wird. Die Wärmesenke ist beispielsweise ein Erdreich- oder Außenluftwärmetauscher und/oder eine Raumheizung und/oder ein Brauchwasserspeicher.

Die zur Desorption zugeführte Wärmemenge ist deutlich größer als die bei der Kondensation des Adsorbates freigesetzte Wärme.

Die Differenz zwischen der dem Sorptionsmaterial zugeführten und von dort abgeführten Wärmemenge verbleibt im Sorptionsmate- rial.

Beim Entladen des erfindungsgemäßen Sorptionsspeichers wird das flüssige, aufgefangene Adsorbat in den gasförmigen Zustand überführt, gelangt an das Sorptionsmaterial und wird von diesem adsorbiert. Bei der Adsorption des Adsorbates am Sorptionsmate- rial wird Adsorptionswärme frei, die über den oder die Wärme- tauscher, die mit dem Sorptionsmaterial in thermischer Verbin- dung stehen, einer Wärmesenke zugeführt wird.

Die Wärmesenken beim Entladen des Sorptionsspeichers sind vor- zugsweise eine Raumheizung und/oder ein Brauchwasserspeicher.

Zur Überführung des flüssigen Adsorbates in den gasförmigen Zu- stand sind vorzugsweise ein oder mehrere Verdampferwårmetau- scher und/oder Kondensatorwärmetauscher vorgesehen, denen von einer Wärmequelle Wärmeenergie zugefuhrt wird. Bei dem Verdamp- ferwärmetauscher handelt es sich vorzugsweise um denselben Wär- metauscher, der, wenn er beim Laden des erfindungsgemäßen Sorp- tionsspeichers mit einer Wärmesenke in Verbindung steht, die Kondensation des gasförmigen, desorbierten Adsorbates fördert.

Die Wärmequellen beim Entladen des Sorptionsspeichers sind vor- zugsweise Solarkollektoren und/oder ein Erdreich-und/oder ein Außenluftwärmetauscher und/oder ein Brauchwasserspeicher und/oder eine Raumheizung.

Erfindungsgemäß wird vorzugsweise Wasser als Adsorbat und Sili- cagel, d. h. ein Kieselgel, als Sorptionsmaterial verwendet, so daß bei der Desorption Wasserdampf entsteht.

Vorzugsweise ist der erfindungsgemäße Sorptionsspeicher zumin- dest soweit evakuiert, daß die Restgasdrücke den Wasserdampf- transport vom Verdampfer zum Adsorber nicht behindern und ist hermetisch verschlossen.

Bevorzugt ist der Adsorberwärmetauscher unmittelbar im ersten Bereich des Sorptionsspeichers angeordnet und von Sorptionsma- terial umgeben. Es kann aber auch ein Adsorberwärmetauscher verwendet werden, der den Adsorber ganz oder teilweise um- schließt. Um die thermische Verbindung zwischen Sorptionsmate- rial und dem Adsorberwärmetauscher bzw. dem Wärmeträgerfluid noch weiter zu verbessern, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, Netzrohre zu verwenden. Netzrohre bestehen aus einem Rohr und ein das Rohr umgebendes Netz. Zur Verbesserung des Wärmeüber- gangs vom Rohr auf eine Schüttung, die das Sorptionsmaterials ganz oder teilweise enthält, kann das Rohr und das Netz mit Wärmeleitpaste versehen werden.

Die Wärmeübertragung in der Schüttung kann durch geordnetes oder ungeordnetes Einbringen von dünnen Metallstreifen, Me- talldrähten oder Metallnetzen und/oder durch die Verwendung von gut wärmeleitenden Schüttkörpern, wie z. B. Graphitfasern, ver- bessert werden.

Ebenso kann ein offenporiger Metall-und/oder Graphitschaum oder organische Schäume in die Schüttung eingebracht werden.

Vorzugsweise erfolgt die Einbringung des Schaums in die Schüt- tung durch aufschäumen des verwendeten Materials innerhalb der mit Wärmeübertragerrohren versehenen Schüttung und nachträgli- ches Einrütteln des Sorptionsmaterials und/oder Fällung des Sorptionsmaterials aus Lösung innerhalb der durch den Schaum gebildeten Matrix.

Das Einbringen des Sorptionsmaterials in die durch den Schaum gebildete Matrix oder eine anderweitig hergestellte Matrix hat ferner den Vorteil, daß die Adsorptionswirkung des eingebrach- ten Sorptionsmaterials erhöht wird, da das Adsorbat so auch leichter an innen liegendes Sorptionsmaterial gelangen kann.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung weist der Behälter ei- ne Röhrenform auf und ist beispielsweise mit einem Stahlmantel versehen, insbesondere um eine ausreichende Stabilität eines evakuierten Behälters sicherzustellen. Weist der Behälters ei- nen Stahlmantel auf, so ist es zweckmaßig, den Behälter mit ei- ner Wärmedämmung zu versehen, um eine ungewollte Wärmeabgabe an die Umgebung zu verhindern.

Vorzugsweise wird nach einer Ausfuhrungsform destilliertes, entmineralisiertes oder anderweitig gereinigtes Wasser als Ad- sorbat verwendet. Ebenso kann vorgesehen sein, mehrere Adsorba- te zu verwenden, von denen eines Wasser ist. Nach einer weite- ren Ausführungsform der Erfindung wird Ammoniak oder eine Ammo- niakmischung als Adsorbat verwendet. Mögliche Adsorbate sind demnach Wasser, Methanol oder andere Alkohole, bzw. Ammoniak.

Der besondere Vorteil bei der Verwendung von Wasser als Adsor- bat besteht in der höchsten Verdampfungsenthalpie, so daß höch- ste Energiedichten erreichbar sind. Beim Einsatz von Methanol oder sonstigen Alkoholen ist ein höherer Dampfdruck erzielbar, d. h. an das einzusetzende Vakuumsystem können geringere Ansprü- che bezüglich der Dichtigkeit gegenüber der Atmosphäre gestellt werden. Hier sind Verdampfungstemperaturen unter 0° C möglich.

Der Einsatz von Methanol oder sonstigen Alkoholen als Adsorbat eignet sich vor allem zur Kältespeicherung.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besteht das Sorptionsmaterial zumindestens teilweise aus einem oder mehre- ren der technisch wichtigen Adsorbenzien, wie Silicagel (Kieselgel), Zeolithe, Aktivkohlen oder Aluminiumoxid

(aktivierte Tonerde). Des weiteren können Salzhydrate in Rein- form oder eingebettet in eine poröse Matrix, beispielsweise be- stehend aus Silicagel, Adsorbenzien basierend auf Polymeren und chemisch modifizierte Adsorbenzien verwendet werden.

Das Sorptionsmaterial kann als Schüttung in pelletierter Form, als Granulat oder als Pulver, sowie als poröser Festkörper mit integriertem Wärmeübertrager eingebracht werden. Vorzugsweise wird Silicagel als Granulat oder in Form kugelartiger Pellets verwendet.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Menge des eingeschlossenen Adsorbates oder der Adsorbate so be- messen, daß das Sorptionsmaterial damit vollständig gesättigt ist. Es versteht sich, daß auch eine geringere oder größere Menge verwendet werden kann, wenn dies aufgrund der verwendeten Sorptionsmaterialien bzw. Adsorbate zu einer Verbesserung des Wirkungsgrades des Sorptionsspeichers fuhrt und/oder hierdurch ein stabilerer Betrieb des Sorptionsspeichers erzielbar ist.

Um eine unkontrollierte Adsorption von Kondensat aus dem Kon- densator des Sorptionsspeichers am Sorptionsmaterials im Adsor- ber zu verhindern, ist eine Verbindung zwischen Adsorber und Kondensator nach einer Ausführungsform der Erfindung vorgese- hen, die sich über einen oder mehrere elektrisch betätigbare Ventile von außen öffnen oder schließen läßt.

Entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, ist im Kondensator ein Wärmetauscher vorgesehen, der vom Kondensat umspült ist. Dieser kann ggf. zusätzlich zu dem Verdampferwår- metauscher mit einer Wärmequelle beim Entladen des erfindungs- gemäßen Sorptionsspeicher verbunden werden, um die Wärmeabgabe des Adsorbers bzw. des erfindungsgemäßen Sorptionsspeichers leicht steuerbar erhöhen zu können.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind ein oder mehrere vertikal angeordnete Steigrohre im Kon- densatbereich vorgesehen, über die bevorratetes Adsorbat zum Verdampfer bzw. zum Adsorber gelangen kann. Bei dieser Anord- nung entsteht ein Kapillarverdampfer, der das im Kondensator bzw. Kondensatbereich befindliche flüssige Adsorbat selbst an- saugt. Dies geschieht infolge der Druckdifferenz zwischen Ad- sorber und Vorratsbehälter bzw. Kondensator und durch die Ka- pillarkräfte des Steigrohrs. Zwischen einem oder mehreren der über die Steigrohre gebildeten Verbindungen vom Vorratsbehälter zum Verdampfer bzw. Adsorber ist vorzugsweise ein von außen elektrisch betätigbares Ventil vorgesehen, um eine unkontrol- lierte Ladung oder Entladung des erfindungsgemäßen Sorptions- speichers zu verhindern.

Vorteilhafterweise werden mehrere erfindungsgemäße Sorptions- speicher mit einer vorgefertigten Verteilerleitung verbunden, die an die Geometrie des bzw. der vorgenannten Sorptionsspei- cher angepaßt ist und über die sich mittels elektrisch ansteu- erbarer Ventile eine Reihen-oder Parallelschaltung der Adsor- berwärmetauscher und/oder der Verdampferwärmetauscher und/oder der im Kondensator befindlichen Wärmetauscher herstellen läßt.

Bei einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Speicherung von Wärme stehen während der Ladung des Sorptionsspeichers ein oder meh- rere der vorgenannten Sorptionsspeicher über eine oder mehrere der Verteilerleitungen derart in Verbindung, daß der Adsorber oder die Adsorber des oder der Sorptionsspeicher von einer Wär- mequelle gespeist werden. Weitere der vorgenannten, vorgefer- tigten Verteilerleitungen verbinden während der Ladung die Wär- metauscher des Kondensators oder der Kondensatoren der Sorpti- onsspeicher mit einer Wärmesenke.

Während der Entladung der Anordnung stehen die Verdampfer der Sorptionsspeicher über eine oder mehrere der vorgenannten, vor-

gefertigten Verteilerleitungen mit einer Wärmequelle in Verbin- dung. Weitere der Verteilerleitungen verbinden während der Ent- ladung die Wärmetauscher der Adsorber der Sorptionsspeicher mit einer Wärmesenke.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß Solarkollektoren und/oder eine Zusatzheizung, wie z. B. eine Holzfeuerung und/oder eine Wärmepumpe als Wärmequelle dienen. Als Wärmesenke kommt insbe- sondere ein Erdreich-und/oder ein Außenluftwärmetauscher und/oder ein Brauchwasserspeicher und/oder eine Raumheizung in Betracht.

Durch die Ausführungsformen des Vakuumbehälters bietet sich ei- ne Vakuumwärmedämmung nach dem bekannten Prinzip eines Deward- gefäßes durch Einführung einer ggf. verspiegelten Doppelwand an. Die äußere Behälterwand erfüllt in diesem Fall die Unter- druckfestigkeit gegenüber der Atmosphäre, wobei die innere Be- hälterwand die Festigkeit gegenüber dem Innenraum bestimmt, der sich ebenfalls auf niedrigem Druckniveau befindet. Um die In- nenwand vom Gewicht des eingebrachten Sorptionsmaterials zu entlasten, kann der evakuierte Zwischenraum ggf. nach dem Prin- zip der Vakuumsuperisolation mit schlecht wärmeleitenden und druckbeständigen Glasfasern oder Schüttkörpern gefüllt werden.

Bei einer weiteren vereinfachten Ausführung eines Behälters für einen Sorptionsspeicher wird von einer Zweikammerkonfiguration ausgegangen, wobei die Kammern durch ein Ventil verbunden sind, welches einen großen Querschnitt und eine geringe Lange be- sitzt. Ein zur Wartung vorgesehener Stutzen kann so ausgeführt werden, daß eine gleichzeitige Evakuierung des Behälterinnen- raumes und des Zwischenraumes für die Vakuumisolierung möglich wird. Ebenso kann durch Anbringen eines Blindflansches oder ei- nes ähnlichen Verschlusses gegen die Atmosphäre die Verbindung zwischen Innenraum und Zwischenraum abgedichtet werden, so daß

ein höheres Vakuum und somit bessere Dämmeigenschaften beim Be- trieb des Sorptionsspeichers gegeben sind.

Bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren zur Wärme- speicherung und/oder zur Wärmeerzeugung, wird in einem ersten Schritt einem Adsorber, der ein mit einem Adsorbat versehenes Sorptionsmaterial aufweist, von einer Wärmequelle Wärmeenergie zugeführt. Dies geschieht insbesondere über einen im Adsorber angeordneten Wärmetauscher. Als Wärmequelle kommen insbesondere Solarkollektoren und/oder eine Zusatzheizung, wie z. B. eine Holzfeuerung, und/oder eine Wärmepumpe in Frage.

In einem zweiten Schritt wird aufgrund der dem Adsorber zuge- führten Wärmeenergie das Adsorbat vom Adsorptionsmittel desor- biert.

In einem dritten Schritt wird das gasförmige Adsorbat konden- siert, das Kondensat in einem Kondensator bzw. Vorratsbehälter aufgefangen und die dabei entstehende Wärmeenergie einer Wärme- senke zugeführt. Als Wärmesenke wird insbesondere ein Brauch- wasserspeicher, eine Raumheizung und/oder ein Erdreich- und/oder ein Außenluftwärmetauscher eingesetzt.

In einem vierten Schritt wird das Kondensat verdampft und das gasförmige Adsorbat dem Adsorber zugeführt.

Im nachfolgenden, fünften Schritt wird das Adsorbat vom Adsor- ber adsorbiert und die hierbei freigesetzte Adsorptionsenergie über einen Wärmetauscher einer Wärmesenke, wie insbesondere ei- ner Raumheizung und/oder einem Brauchwasserspeicher zugeführt.

Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren in einem oder mehreren hermetisch verschlossenen und evakuierten Sorptions- speichern bzw. in einer modulartigen Anordnung zur Speicherung von Wärme der vorgenannten Art ausgeführt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und Figuren näher erläutert : Hierbei zeigen : Fig. 1 eine Anordnung zur Wärmespeicherung, die mehrere er- findungsgemäße Sorptionsspeicher in Form einer Sorptionsspei- chereinrichtung aufweist ; Fig. 2 die Sorptionsspeichereinrichtung gemäß Fig. 1, welche mehrere Sorptionsspeicher aufweist, die parallel miteinander verbunden sind ; Fig. 3 einen Sorptionsspeicher mit einem Kapillarverdampfer im Längsschnitt ; Fig. 4 einen Sorptionsspeicher im Längsschnitt, der zwei separate Wärmetauscher aufweist, und zwar jeweils einen für die Kondensation und einen für die Verdampfung des verwendeten Ad- sorbates ; Fig. 5 einen Sorptionsspeicher, ebenfalls im Längsschnitt, bei dem der Kondensator bzw. Kondensatbehälter den Adsorber um- schließt (Tank-in-Tank-System), und Fig. 6 eine weitere Ausführungsform eines Sorptionsspei- chers.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung zur Wärmespeiche- rung 1 mit einer Sorptionsspeichereinrichtung 2, Solarkollekto- ren 3, einem Brauchwasserspeicher 4 und einer Raumheizung 5.

Die Sorptionsspeichereinrichtung 2 weist eine Adsorbereinrich- tung 21 und eine Kondensatoreinrichtung 22 auf.

Bei ausreichend starker Sonneneinstrahlung wird die Sorptions- speichereinrichtung 2 geladen. Beim Laden der Sorptionsspei-

chereinrichtung 2 wird der Adsorbereinrichtung 21 von den So- larkollektoren 3 erwärmtes Wasser über Rohrleitungen 31 und 31a mittels einer elektrischen Pumpe (nicht dargestellt) zugeführt.

Das zugeführte, erwärmte Wasser erhitzt die Adsorbereinrichtung 21, kühlt dabei ab und fließt über Rohrleitungen 32a und 32 von der Adsorbereinrichtung 21 zurück in die Solarkollektoren 3.

Die Rohrleitungen 31 und 32 sind ferner über Leitungen 31b und 32b mit der Kondensatoreinrichtung 22 verbindbar. Hierzu ist an der Verbindungsstelle der Rohrleitung 31 mit den Rohrleitungen 31a und 31b sowie an der Verbindungsstelle der Rohrleitungen 32 mit den Rohrleitungen 32a und 32b jeweils ein Dreiwegeventil (nicht dargestellt) vorgesehen. Während des Ladevorgangs der Sorptionsspeichereinrichtung sind die Ventile derart betätigt, vorzugsweise elektrisch, daß das erwärmte Wasser nicht in die Kondensatoreinrichtung gelangt.

Erfindungsgemäß kann ferner vorgesehen werden, daß das beim La- den der Adsorbereinrichtung 21 von den Solarkollektoren 3 zuge- führte Wasser ganz oder teilweise über Rohrleitungen 41 und 42 auch dem Wärmetauscher 4u des Brauchwasserspeichers 4 und/oder über Rohrleitungen 51 und 52 der Raumheizung 5 zugeführt wird, wenn dies zweckmäßig ist. Hieran ist ferner von Vorteil, daß sich hierdurch die Rücklauftemperatur des an die Solarkollekto- ren 3 zurückgeführten Wassers verringern und sich dadurch deren Wirkungsgrad erhöhen läßt. Hierzu sind an entsprechender Stelle im Rohrleitungssystem geeignete, elektrisch betätigbare Ventile vorgesehen (nicht dargestellt).

Ebenso kann auch eine Zusatzheizung 6, wie z. B. eine Holzfeue- rung, vorgesehen werden, die über Rohrleitungen 61 und 62 mit der Adsorbereinrichtung 21 über Ventile verbindbar ist. Beim Laden der erfindungsgemäßen Sorptionsspeichereinrichtung kann die Zusatzheizung 6 zugeschaltet werden, wenn die von den Son-

nenkollektoren 3 gelieferte Wärmeenergie für die erwünschte La- dung unzureichend ist.

Ferner kann die Zusatzheizung 6 ausschließlich zur Ladung der Sorptionsspeichereinrichtung herangezogen werden, wenn dies zweckmäßig ist. Ggf. kann die Verbindung der Solarkollektoren 3 mit der Adsorbereinrichtung 21 durch entsprechende Ventile (nicht dargestellt) getrennt werden.

Die beim Laden der erfindungsgemäßen Sorptionsspeichereinrich- tung 2 entstehende Kondensationswärme wird einer Wärmesenke 7 über eine elektrische Pumpe (nicht dargestellt) und einem von dem Wasserkreislauf der Adsorbereinrichtung 21 getrennten Was- serkreislauf über Rohrleitungen 71 und 72 zugeführt. Bei der Wärmesenke 7 handelt es sich vorzugsweise um einen Erdreich- und/oder Außenluftwärmetauscher.

Optional, kann der Wärmetauscher 8v eines Brauchwasserspeichers 8 und/oder eine Raumheizung 9 mit der entstehenden Kondensati- onswärme über Rohrleitungen 81 und 82 sowie 91 und 92, durch die Schaltung entsprechender elektrisch betätigbarer Ventile (nicht dargestellt), beheizt werden. Es versteht sich, daß an- stelle eines separaten Brauchwasserspeichers 8 bzw. einer sepa- raten Raumheizung 9, der Brauchwasserspeicher 4 und die Raum- heizung 5 verwendet werden kann, wenn das Rohrleitungssystem entsprechend ausgelegt ist.

Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Sorptionsspeichereinrichtung 2 mit einer Adsorbereinrichtung 21 und einer Kondensatorein- richtung 22. Die Sorptionsspeichereinrichtung 2 weist beispiel- haft vier erfindungsgemäße Sorptionsspeicher 2a, 2b, 2c und 2d auf. Es versteht sich, daß auch mehr oder weniger Sorptions- speicher modulartig miteinander zu einer Sorptionsspeicherein- richtung zusammengefaßt werden können, wenn dies aufgrund der konkret gewünschten Speichermenge sinnvoll ist.

In dem in Fig. 2 gezeigten Beispiel weist jeder der erfindungs- gemäßen Sorptionsspeicher jeweils einen Adsorber 21a, 21b, 21c und 21d auf, der mit einem oder mehreren der vorstehend genann- ten Sorptionsmaterialien und einem oder mehreren der genannten Adsorbate in der bereits angegebenen Weise gefüllt ist. Erfin- dungsgemäß ist in jedem der hermetisch verschlossenen, evaku- ierten Sorptionsspeicher 2a, 2b, 2c und 2d mit röhrenförmiger Form jeweils ein Wärmetauscher 21u, 21v, 21w und 21x im Adsor- ber angeordnet.

Ferner weist jeder Sorptionsspeicher 2a, 2b, 2c und 2d jeweils einen Kondensator 22a, 22b, 22c und 22d auf. In jedem der Kon- densatoren der Sorptionsspeicher ist jeweils ein Wärmetauscher 22u, 22v, 22w und 22x angeordnet.

Vorgefertigte Rohrleitungen 2p verbinden die Vorläufe der Ad- sorberwärmetauscher 21u, 21v, 21w und 21x, während Rohrleitun- gen 2q die Rückläufe der Adsorberwärmetauscher verbinden, so daß die Adsorberwärmetauscher parallel geschaltet sind. In den Vorlauf eines jeden Adsorberwarmetauschers ist ein Dreiwegeven- til geschaltet, mit dem jeder der Adsorberwärmetauscher von der Parallelschaltung getrennt werden kann.

Die Vorläufe der Kondensatorwärmetauscher eines jeden Sorpti- onsspeichers sind ebenfalls mit an die Geometrie der erfin- dungsgemäßen Sorptionsspeicher bzw. der Sorptionsspeicherein- richtung angepaßten Rohrleitungen 2s tuber Dreiwegeventile elek- trisch schaltbar verbunden, so daß auch die Kondensatorwärme- tauscher parallel geschaltet sind.

Obwohl in Figur 2 eine parallele Verschaltung dargestellt ist, die eine Erhöhung der von der Sorptionsspeichereinrichtung ab- gegebenen Leistung erlaubt, versteht es sich, daß die Sorpti- onsspeichereinrichtung auch so gestaltet sein kann, daß auch

oder ausschließlich eine Reihenschaltung der Sorptionsspeicher erfolgt. Eine vollständige oder teilweise serielle Verschaltung erlaubt die Erzeugung höherer Temperaturdifferenzen zwischen Vorlauf und Rücklauf, wodurch beispielsweise eine Absenkung der Rücklauftemperatur bei der Speicherladung und somit eine besse- re Ausnutzung der von den Solarkollektoren 3 gelieferten Wärme- energie erreicht werden kann.

Durch das Verschalten mehrerer Sorptionsspeicher ist eine An- passung der Anordnung an die verfügbaren bzw. benötigten Tempe- raturniveaus der Wärmequellen und-senken möglich. Um dies zu erreichen, muß der Ladezustand bekannt sein. Der Ladezustand kann durch eine mikroprozessorgesteuerte Regelung bestimmt wer- den, indem die Regelung jeweils den letzten Temperaturhub jedes Sorptionsspeichers ermittelt und speichert, und aus den Tempe- raturhüben den aktuellen Ladezustand berechnet.

Bei der Speicherladung wird zur optimalen Nutzung des Tempera- turniveaus der Wärmequelle zunachst ausschließlich derjenige Sorptionsspeicher der erfindungsgemaßen Anordnung von Sorpti- onsspeichern geladen, der den niedrigsten Ladezustand der An- ordnung aufweist. Bei diesem Sorptionsspeicher ist eine weitere Desorption bei den gegebenen Temperaturverhältnissen im Adsor- ber-und Verdampferkreis am ehesten zu erwarten.

Nach Abschluß oder mit fortschreitender Desorption kann die im Adsorber des aktuell geladenen Sorptionsspeichers gespeicherte sensible Wärme erfindungsgemäß entweder zur Desorption in wei- teren Sorptionsspeichern, zur Brauchwassererwärmung oder ggf. zur Raumheizung genutzt werden.

Umgekehrt wird bei der Speicherentladung zunächst ausschließ- lich derjenige Sorptionsspeicher der erfindungsgemäßen Anord- nung von Sorptionsspeichern entladen, der den höchsten Ladezu- stand aufweist. Hier ist davon auszugehen, daß dieser Sorpti-

onsspeicher einen genügend großen Temperaturhub aufweist, um das Temperaturniveau im Adsorber an den Bedarf der Wärmesenken, wie insbesondere eine Raumheizung und/oder ein Brauchwasser- speicher, bei der aktuellen Verdampfertemperatur anpassen zu können.

Und bei geringer Sonneneinstrahlung kann die von den Sonnenkol- lektoren 3 gelieferte Wärmeenergie gezielt genutzt werden, in- dem der Sorptionsspeicher der Speicheranordnung mit dem höch- sten Ladezustand zur Ladung eines anderen Sorptionsspeichers der Anordnung hinzugeschaltet, d. h. entladen wird. Ggf. steht dann eine Wärmeleistung zur Verfügung, die zur Ladung des ande- ren Sorptionsspeichers ausreicht. Wenn der Ladezustand des Sorptionsspeichers mit dem vormals höchsten Ladezustand zusam- men mit der von den Sonnenkollektoren gelieferten Wärmemenge nicht für die Ladung des anderen Sorptionsspeichers ausreicht, kann auf den Sorptionsspeicher mit dem nächstniedrigeren Lade- zustand, im Vergleich zu dem Ladezustand des Sorptionsspeichers mit dem vormals höchsten Ladezustand, umgeschaltet werden.

Eine Steigerung der Ladeeffektivität kann bspw. durch die Ver- wendung einer leistungsgeregelten Pumpe zur Anpassung des Tem- peraturniveaus im Kondensatorkreis erreicht werden. Ebenso kann die Kondensatortemperatur durch eine Brauchwasservorwärmung und/oder durch einen Erdwärmetauscher gesenkt werden. Ferner kann die Rücklauftemperatur aus dem ersten Sorptionsspeicher zur Desorption in weiteren nachgeschalteten Sorptionsspeichern oder zur Brauchwassererwärmung genutzt werden.

Bei der Speicherentladung wird vorzugsweise der erreichbare Temperaturhub an den Bedarf angepaßt, d. h. gering entladene Sorptionsspeicher der Anordnung von Sorptionsspeichern werden bevorzugt zur Brauchwassererwärmung genutzt und erst bei stär- kerer Entladung wird die abgegebene Wärmeenergie einer Raumhei- zung zugeführt.

Aufgrund wechselnder Temperaturen im Verdampfer werden unter- schiedliche Temperaturhübe benötigt. Um dem Rechnung zu tragen, wird im Laufe der Entladung zwischen den einzelnen Sorptions- speichern umgeschalten. Bevorzugt werden die am stärksten ent- ladenen Sorptionsspeicher verwendet. Erst wenn der Temperatur- hub nicht mehr ausreicht, wird auf den nächstgeringer entlade- nen Sorptionsspeicher umgeschaltet.

Eine Steigerung der Entladeeffektivität kann durch die zusätz- liche Verwendung eines Erdwärmetauschers erreicht werden, wenn die Solarkollektoren, bspw. in der Nacht, keine oder nur eine geringe Wärmeenergie abgeben. An einstrahlungsreichen Tagen während der Heizperiode, kann bspw. eine teilweise Ladung ein- zelner Sorptionsspeicher erfolgen.

Bei der Verwendung einer Zusatzheizung, wie z. B. einem Heizkes- sel, führt das höhere Temperaturniveau der Verbrennung zu einer hohen Vorlauftemperatur der Zusatzheizung, die zur Desorption in den Sorptionsspeichern genutzt werden kann. Die freiwerdende Kondensationswärme kann dann für eine Raumheizung genutzt wer- den. Die angegebenen Maßnahmen erlauben eine effektivere Nut- zung der in der Zusatzheizung eingesetzten Energie.

Bei einem Ausführungsbeispiel besteht die Möglichkeit der Spei- cherung oder Erzeugung von Kälter durch den Sorptionsspeicher oder einzelne Speichermodule. So ist es bekannt, daß in gutge- dämmten Niedrigenergiehäusern im Sommer Überhitzungsprobleme der Innenräume auftreten. Hier können Wand-oder Fußbodenhei- zung, oder wenn vorhanden auch Kühldecken, an den Verdampfer angeschlossen werden und eine Entladung der Speichermodule er- folgen, so daß eine Kühlung möglich wird. Da der Kühlbedarf hauptsächlich in Zeiten hoher thermischer Einstrahlung auf- tritt, besteht bei optimaler Auslegung die Möglichkeit, die aufgetretenen Teilentladungen wieder zu kompensieren. Im ürigen

wird für die Kühlanwendung kein hoher Temperaturhub benötigt, so daß nur gering entladene Module für die Kühlung aktiviert werden, die schon bei geringen Desorptionstemperaturen wieder stärker geladen werden können. Bei einer entsprechenden Ver- schaltung der Module kann die Entladung parallel zur Ladung an- derer Speichermodule durch die Solaranlage erfolgen, so daß der solare Eintrag in entsprechenden Umfang genützt wird.

Fig. 3 zeigt die Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Sorpti- onsspeichers, der einen Kapillarverdampfer aufweist, im Längs- schnitt. Der Sorptionsspeicher 30 besteht aus einem hermetisch abgeschlossenen Vakuumbehälter 31, vorzugsweise aus Stahl, der eine röhrenförmige Form aufweist. Zur besseren thermischen Iso- lierung gegenüber der Umgebung, ist der Vakuumbehälter 31 von einer Wärmedämmung 32 umgeben.

Im oberen Bereich des Vakuumbehälters 31 befindet sich ein Ad- sorber 33 mit einem darin angeordneten Wärmetauscher 36. Der Wärmetauscher 36 ist in eine offenporige, thermisch gut leiten- de Matrix eingebettet, um einen guten Wärmeubergang zwischen dem Adsorberwärmetauscher 36 und dem Sorptionsmaterial zu er- reichen. Die erfindungsgemäßen Vorschläge zur Herbeiführung ei- nes guten Wärmeübergangs sind bereits angegeben worden, so daß an dieser Stelle lediglich hierauf verwiesen wird. Dasselbe gilt für die Art und Weise in der das Sorptionsmaterial in den Adsorber eingebracht wird.

In dem darunter liegenden Bereich des Vakuumbehälters 31 schließt sich ein Kondensator bzw. Verdampfer 34 an. Der Adsor- ber 33 und der Kondensator bzw. Verdampfer 34 sind durch ein in beide Richtungen wasserdampfdurchlässiges Netz 37 voneinander getrennt. Im Kondensator bzw. Verdampfer 34, der einen Hohlraum darstellt, ist ein Wärmetauscher 35 angeordnet, der beim Laden des Sorptionsspeichers die Kondensation des von dem Sorptions- material desorbierten Adsorbates herbeiführt. Anstelle eines

ebenen Wärmetauschers, kann ein Wärmetauscher 35 benutzt wer- den, der sich zumindest im Bereich eines Durchlasses zum Be- reich zur Sammlung kondensierten Adsorbates, zu diesem Bereich hin erstreckt. Beim Entladen des Sorptionsspeichers bildet der Wärmetauscher 35 einen Verdampfer, wenn er beispielsweise von warmem oder heißem Wasser durchströmt wird. Auf die Doppelfunk- tion ist bereits detailliert eingegangen worden, so daß an die- ser Stelle hierauf verwiesen wird.

An den Kondensator bzw. Verdampfer schließt sich im unteren Be- reich des Vakuumbehälters 31 eine trichterförmige Trennwand 38 an. Die Trennwand 38 befindet sich zwischen dem Kondensator bzw. Verdampfer 34 und dem darunter liegenden untersten Bereich des Vakuumbehälters 31, der das flüssige Kondensat bevorratet.

Die trichterförmige Trennwand 38 sammelt das von dem Kondensa- tor 34 tropfende Kondensat und führt es dem Auslaß der trich- terförmigen Trennwand zu. Am Auslaß ist ein von außen elek- trisch steuerbares Ventil 39a angeordnet, mit dem insbesondere verhindert werden kann, daß bevorratetes Kondensat ungewollt in den Bereich des Adsorbers gelangt. An das Ventil schließt sich ein Steigrohr 39b an, dessen anderes Ende tief in das bevorra- tete Adsorbat hineinreicht, und das insbesondere vom Kondensa- tor 34 tropfende Kondensat in den Vorratsbereich des erfin- dungsgemäßen Sorptionsspeichers 30 leitet. Es versteht sich, daß auch mehrere Steigrohre und zugehörige Auslässe an der Trennwand 38 vorgesehen sein können.

Fig. 4 zeigt einen erfindungsgemäßen Sorptionsspeicher 40 im Längsschnitt, der zwei separate Wärmetauscher 45 und 47 auf- weist, und zwar jeweils einen fur die Kondensation und einen für die Verdampfung des verwendeten Adsorbates. Soweit nichts anderes angegeben wird, weist der erfindungsgemäße Sorptions- speicher 40 ansonsten dieselben Merkmale wie der in Fig. 3 an- gegebene Sorptionsspeicher 30 auf.

Anstelle des im Zusammenhang mit Fig. 3 beschriebenen Kapillar- verdampfers, besitzt der Verdampfer 44 des Sorptionsspeichers 40 einen ebenen Wärmetauscher 45, der ebenfalls waagerecht an- geordnet ist. Dem schließt sich in diesem Ausführungsbeispiel anstelle einer einfachen Trennwand 38, eine, ebenfalls horizon- tal ausgerichtete doppelte Trennwand 46 an. Die doppelte Trenn- wand hat die Form zweier Trichter, deren Auslässe miteinander verbunden sind. Lediglich über den gemeinsamen Auslaß besteht eine durch ein elektrisch betätigbares Ventil 48 zu öffnende oder schließende Verbindung zwischen dem Verdampfer 44 und dem darunter befindlichen Bereich 49, in dem das kondensierte Ad- sorbat gesammelt wird. Im unteren Teil des Bereichs 49, ist der Wärmetauscher 47 horizontal angeordnet, so daß stets eine Über- flutung mit flüssigem Adsorbat gewährleistet ist.

Durch eine entsprechende Schaltung mit einem Dreiwegeventil können beim Entladen des erfindungsgemäßen Sorptionsspeichers 40 sowohl der dann als Verdampfer dienende Wärmetauscher 45 als auch der im flüssigen Adsorbat befindliche Wärmetauscher 47 mit einer Wärmequelle verbunden werden. Dies kann zweckmäßig sein, um die von einem geladenen Sorptionsspeicher entnehmbare Wärme- leistung über einen weiten Bereich einstellen zu können.

Fig. 5 zeigt ebenfalls einen erfindungsgemäßen Sorptionsspei- cher 50 im Längsschnitt, bei dem der Bereich 59, der zur Bevor- ratung des Kondensates dient, den Adsorber 53 umschließt. Diese Anordnung wird als sogenanntes Tank-in-Tank-System bezeichnet.

Der Adsorber 53 ist wie der Sorptionsspeicher röhrenförmig und mit seiner Längsachse entlang der Längsachse des Sorptionsspei- chers 50 in der Mitte angeordnet.

Der Sorptionsspeicher 50 weist ebenfalls hermetisch verschlos- senen Behälter 51 auf, ist mit einer äußeren Wärmedämmung 52 versehen, und ist, wie die in den anderen Figuren dargestellten Sorptionsspeicher auch, evakuiert. Als Sorptionsmaterial wird

vorzugsweise ebenfalls Silicagel und Wasser als Adsorbat ver- wendet.

In den Adsorber 53 ist ein Wärmetauscher, wie bei den vorste- hend erläuterten Sorptionsspeichern auch, integriert. Lediglich an seinem oberen und unteren Ende, weist der Adsorber 53 über wasserdampfdurchlassige Netze 57a und 57b eine Verbindung zum Inneren des Sorptionsspeichers 50 auf. Etwa in Höhe des Netzes 57a, ist ein Kondensationswärmetauscher 55 vorgesehen, der sich um den Adsorber 53 herum erstreckt, so daß oberhalb des Netzes 57a keine Wärmeschlange des Kondensationswärmetauschers 55 ver- läuft. Etwa in Höhe des oberen Netzes 57a verläuft eine waage- rechte Trennwand 58a, die mit dem Adsorber 53 und der Wand des Sorptionsspeichers 50 abschließt. Ebenso ist etwa in Höhe des unteren Netzes 57b eine entsprechende Trennwand 58b vorgesehen, so daß ein Tank 59 zur Aufnahme kondensierten Adsorbates ent- steht. Der Tank 59 hat oben und unten je ein von außen elek- trisch steuerbares Ventil 59a bzw. 59b, über das sich eine Ver- bindung mit dem oberen Kondensationsbereich bzw. eine Verbin- dung mit dem unteren Verdampfungsbereich steuerbar herstellen läßt.

Die Funktionsabläufe in den erfindungsgemäßen Sorptionsspei- chern sind vorstehend bereits detailliert erläutert worden, und daher wird auf sie verwiesen. Es erfolgt lediglich eine kurze Erläuterung der Funktionsweise des Sorptionsspeichers 50.

Beim Laden des erfindungsgemäßen Sorptionsspeichers 50, wird über den in den Adsorber 53 integrierten Wärmetauscher Wärmee- nergie aus einer Wärmequelle zugeführt. Das am Adsorber adsor- bierte Adsorbat, vorzugsweise Wasser, desorbiert, der Wasser- dampf passiert das wasserdampfdurchlässige Netz 57a und gelangt an den Kondensationswärmetauscher 55. Der Kondensationswärme- tauscher ist mit einer Wärmesenke verbunden und entzieht dem vorbeiströmenden Wasserdampf Wärmeenergie, der Wasserdampf kon-

densiert und tropft auf die obere Trennwand 58 a. Über ein wäh- rend des Ladevorgangs geöffnetes Ventil 59a, das sich in einer Senke der oberen Trennwand 58a befindet, fließt das Kondensat in den Tank 59, der den Adsorber 53 konzentrisch umschließt.

Nach Abschluß des Ladevorgangs wird das Ventil 59a geschlossen, um zu verhindern, daß bereits desorbiertes Adsorbat unkontrol- liert aus dem Tank zurück in den Adsorber gelangt.

Zur Entladung wird das Ventil 59b geöffnet, das Kondensat fließt über das Ventil 59b in geregeltem Maße in den Verdamp- fer, wird von dem Verdampferwärmetauscher 57, der mit einer Wärmequelle verbunden ist, verdampft und der Wasserdampf strömt über das wasserdampfdurchlässige Netz 57b zurück in den Adsor- ber 53, wo er adsorbiert. Bei der Adsorption wird Adsorptionse- nergie frei, die einer am Adsorberwarmetauscher angeschlossenen Wärmesenke, wie z. B. einem Brauchwasserspeicher oder einer Raumheizung, zugeführt wird.

Figur 6 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Sorptionsspei- chers in einer Schnittdarstellung. Bei dem gezeigten Behälter ist der Innenaufbau im Vergleich zu den bisher gezeigten Bei- spielen vereinfacht. In einem oberen Teil des Behälters ist ein Wärmetauscheradsorber WT-AD vorgesehen, wobei der untere Teil des Behälters mit einem Wärmetauscher/Verdampfer/Kondensator/WT -VD/KD ausgerüstet ist und sich zwischen beiden Kammern ein Ventil V befindet. Ein Netz N hält das Sorptionsmaterial vom Ventileinlaufbereich zurück. Über einen Evakuierungsstutzen S kann eine gleichzeitige Evakuierung des Behälterinnenraumes und des Zwischenraumes für die Vakuumisolierung erfolgen. Im Behäl- terabschnitt AD wird also das Sorptionsmaterial aufgenommen, wobei im unteren Behälterabschnitt KD das Kondensat aufgefangen wird.