188494. lajstromszámú szabadalom • Nagyteljesítményű hőtároló
1 I 88 494 2 A találmány tárgya nagyteljesítményű hőtároló, amely egy felületnövelő válaszfallal egymástól elválasztott töltőkamrából és tárolótérből áll, ahol a töltőkamrában egy hőszállító közeg által teljesen ellepett hőátadó van elrendezve. Valamely hőnek olyan energiaforrásokból való kinyerése, amelyek időbeli ingadozásokkal állnak rendelkezésre, tárolók alkalmazását követeli meg. Ezek révén válik lehetővé, hogy a hőszükséglet és hőkínálat közötti időbeni eltolódást áthidaljuk, vagy kiegyenlítsük. A találmány szerinti nagyteljesítményű hőtároló különösképpen olyan berendezésekhez alkalmazható, amelyek a szekunder, ún. környezeti energiák kinyerésére és felhasználására (földhő, napenergia, geotermikus energia stb.), ill, az ún. hulladékenergiák újrafelhasználására (szennyvíz, füstgáz stb.) szolgálnak. A gyakorlatban megvalósított hőtárolók többsége olyan érzékelhető hűbázison dolgozik, amelyekben tárolóanyagul földréteg, víz, kövek, vastömbök, olaj, beton stb. szolgál, amelyekre és amelyekről a hőt át lehet transzferálni. Ezeknek a tárolórendszereknek egy sor jelentős hátrányuk van: — A tárolóanyag be- és kitárolása a tárolóhőmérséklet bizonyos növekedésével vagy csökkenésével jár együtt, ami a hőátvíteli teljesítmény állandó — a gyakorlatban igen hátrányos — csökkenését vonja a ki- és betárolásnál maga után. — A tárolóanyagokra általában jellemző csekély fajlagos hőkapacitás révén a tömeg/teljesítmény arány a következőkben leírt nagyteljesítményű hőtárolókhoz képest nagyon kedvezőtlen. — Nagyobb mennyiségű hő tárolása nagyobb tárolótérfogathoz, 01. tárolótömeghez van kötve, ami műszakilag gyakran nehezen kivitelezhető, vagy a költségarányokat nagyon hátrányosan befolyásolja. — A tárolótérfogat, 01. tárolótömeg műszakilag még kezelhető nagyságrendekre történő redukálása érdekében nagy hőmérséklet-különbségeket kell hagyni a be-, ill. kitároló állapot között. Az eközben fellépő jelentős be- 01. kitároló teljesítménycsökkenést számításba kell venni a hő be- 01. kitárolásánál. — A hőt állandóan ugyanazon a hőmérsékletszinten kell tárolni, mégpedig annál melegebb állapotban, mint ami valamely meghatározott hőfolyamat kivitelezéséhez (pl. fűtés) minimálisan szükséges. A tárolási folyamat így egy olyan energiamennyiség fölösleges termelésével és elvesztésével jár együtt, amit pl. munkagépeken sokkal észszerűbben fel lehetne használni. A fent említett fogyatékosságok kivédésére szolgálnak azok a tárolók, amelyek kevésbé az érzékelhető hő bázisára, mint inkább a látens, állandó hőkisugárzásra épülnek. Ezek az ún. látens hőtárolók a fenti tárolókkal szemben az alábbi előnyökkel bírnak: — A be- és kitárolás során a tárolási hőmérséklet a hőtároló közeg olvadása vagy megszilárdulása ideje alatt csaknem konstans marad. Csak az esetben lépnek fel eltérések, ha az olvadási- vagy megszilárdulási folyamat befejezte után érzékelhető hővel történt folytatólagos hőbevitel ill, hőelvonás történik, aminek következtében a tárolási hőmérséklet csökken, vagy emelkedik. — A hőátvitcli teljesítmény a be- és kitárolás során csaknem konstans marad. — Az előzőekben említett tárolótípusokkal összehasonlítva a látens hőtároló a megválasztott tárolóanyag milyenségétől és az alkalmazott hőmérséklet-különbségtől függően kb. 2— 10-szer annyi hőt tud térfogat- vagy tömegegységre kivetítve felvenni. A látens hőtároló által mutatott lényegesebb hátrányok az alábbiak: — A legtöbbször alacsony hővezetőképességű ismert szerves és szervetlen tárolóanyagok alkalmazásából adódó csekély hőátviteli teljesítmény és az ezzel járó hosszú átviteli idő. — A különféle — a legtöbbször szervetlen tárolóanyagok — hajlamosak a hóleadási folyamat alatti lehűlésre és/vagy az összevegyülésre (stratifikáció). Ezen hátrányok megakadályozására különböző megoldások ismeretesek, amelyekben a tároló be- és kitárolásához hűszállító közeget használnak. A 2 517 080 sz. NSZK-beli szabadalmi leírás szerint hőszállító közegként nátrium szolgál, amely felváltva elgőzöl, ill. kondenzál a hőszállítás folyamatában a tárolóba be, vagy ki, s ezzel megtakarítja egy keringtető szivattyú alkalmazásának szükségességét. Ennek a megoldásmódnak az a hátránya, hogy a tároló megtöltése és kitárolása időben csak egymás után történhet, soha sem egyidejűleg. Oka ennek az a hőmérsékletbeli eltérés, ami be- és kitárolás között fellép. Valamely tároló betárolását csak nagyobb hőmérsékletű hőmennyiség meglétekor lehet bármikor is elvégezni, míg a kitárolás mindig egy alacsonyabb hőmérsékletű rendszerbe történik. Ennek következtében a hőtárolót hőszállító közeg alkalmazása esetén nem lehet egyidejűleg be- és kitárolni. A 601 738 sz. svájci szabadalmi leírásban olyan látens hőtároló kerül ismertetésre, amelynek egy fáziscserélő anyaggal töltött tartálya és legalább egy, ezen tartállyal hőcserélőn keresztül termikusán összekapcsolt, gázszerű, vagy folyékony hőszállító közeggel átáramoltatott tere van. Miután ezen találmány feladata csak konstrukciós problémákra (így a modulos építésmódra, látens tárolóanyaggal való feltöltésre, a tárolónak a hőcirkulációba való integrálására) szorítkozik, ez a megoldás sem mentes a műszaki szint általános hátrányaitól. Ha a 601 738 sz. svájci szabadalmi leírás 1. ábráján látható konstruktív megoldást használnánk is, amelyben egyidejűleg kerül a tárolóra egy betárolókor (10 és 12 csonk), ill. egy kitárolókör (14 és 16 csonk) rácsatolásra, nem jönne létre egyidejű be- és kitárolás. A hőtárolót pl. egyáltalán nem is lehetne feltölteni, mivel a be- és kitárolókörök a választó falaikon a 18 hó'vezetőcső alkatrészein keresztül termikusán rövidre lennének zárva. A műszakilag alkalmazásba jöhető területek többségén pedig éppen a hőtároló egyidejű be- és kitárolóképessége, ill. bármely ellenőrizhetetlen kitárolás megakadályozása szükségeltetik. A 147 405 sz. NDK-beli szabadalmi leírás szerinti megoldás olyan lehetőséget mutat be, ami megakadályozza az ellenőrizhetetlen hőkitárolást és lehetővé teszi a hőtároló egyszerre történő be- és kitárolását. Ez utóbbi tárolóféleségnek ugyanazok az általános hiányosságai, mint a korábban ismertetett megoldásoké, amit a 2 837 091 sz. NSZK-beli szabadalmi leírás bemutatásánál külön is kiemelhető. A hőcserélő-felületek felső behatárolása révén a feltöltő közegből a tárolóba történő hőáramlás, ill. a tárolóból a hűt felhasználó alkalmatosságba történő hőátvitel minden hőcserefolyamatnál jelentős időbe kerül. Ez amiatt 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
