(57)【要約】  ここで提案されているのは、成層型温度蓄積器（２、３）に蓄熱する方法及び装置であり、ここでは、ヒートポンプ（６）の作動流体（４）を、気体状態で少なくとも１つの導入箇所（８）において、成層型温度蓄積器（２、３）の液状の熱媒体（１０）に導入して熱媒体（１０）と直接に材料的に接触させる。成層型温度蓄積器（２、３）における圧力は、導入箇所（８）において作動流体（４）の凝縮圧力以上である。
2017506322.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
成層型温度蓄積器（２、３）を蓄熱する方法であって、
ヒートポンプ（６）の作動流体（４）を、前記成層型温度蓄積器（２、３）の液状の熱媒体（１０）へ、少なくとも１つの導入箇所（８）において、気体状態で導入し、かつ、当該熱媒体（１０）と直接材料的に接触させる、
ただし、前記導入箇所（８）において、前記成層型温度蓄積器（２、３）内の圧力は、前記作動流体（４）の凝縮圧力以上である、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記成層型温度蓄積器（２、３）において凝縮された作動流体（４）を前記ヒートポンプ（６）に戻す、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記成層型温度蓄積器（２、３）における凝縮の後の密度が前記熱媒体（１０）の密度以上になる作動流体（４）を使用する、
請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
液体状態における前記作動流体（４）と、前記熱媒体（１０）とは同じ液体である、
請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記作動流体（４）の凝縮圧力は、１００℃の温度において１ＭＰａ未満である、
請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
物質１，１，１，２，２，４，５，５，５−ノナフルオロ−４−（トリフルオロメチル）−３−ペンタノン、ペルフルオロメチルブタノン、１−クロロ−３，３，３−トリフルオロ−１−プロペン、シス−１，１，１，４，４，４−ヘキサフルオロ−２−ブテン及び／又はシクロペンタンのうちの少なくとも１つを含む作動流体（４）を使用する、
請求項１から５までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
作動流体（４）として水を使用する、
請求項１から５までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
液体状態において前記熱媒体（１０）と混ざらない作動流体（４）を使用する、
請求項１から６までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記熱媒体（１０）の一定温度の層において前記作動流体（４）を均一に分配する分配装置（１２）を用いて、前記熱媒体（１０）に前記ガス状の作動流体（４）を導入する、
請求項１から８までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
成層型蓄積器（３）として制御式蓄圧器（３）を使用する、
請求項１から９までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記ヒートポンプ（６）の凝縮器（１４）に導入する前、前記成層型温度蓄積器（２、３）から前記作動流体（４）に熱を供給する、
請求項１から１０までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記ヒートポンプ（６）の気化装置（１６）から液滴分離器（１５）を用いて分離した熱媒体（１０）を前記成層型温度蓄積器（２、３）に戻す、
請求項１から１１までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
熱を利用するため、前記熱媒体（１０）を熱消費装置に移送し、
前記熱消費装置における利用の前に前記熱媒体（１０）を分離器を通して移送する、
請求項１から１２までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
熱エネルギを蓄積するため、前記成層型温度蓄積器（２、３）に相変化材料を使用する、
請求項１から１３までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
液状の熱媒体（１０）を備えた成層型温度蓄積器（２、３）と、作動流体（４）を備えたヒートポンプ（６）とを有する装置であって、
前記成層型温度蓄積器（２、３）及び前記ヒートポンプ（６）は、前記作動流体（４）が、気体状態で、導入箇所（８）において前記熱媒体（１０）に導入され、当該熱媒体（１０）と直接に材料的に接触させる、ように構成かつ接続されており、
前記導入箇所における前記成層型温度蓄積器（２、３）の圧力は、前記作動媒体（４）の凝縮圧力以上である、
ことを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成層型温度蓄積器に蓄熱する方法及び装置に関する。
【０００２】
成層型温度蓄積器により、エネルギの形成と、その使用とを時間的に切り離すことが可能になる。特に、例えば再生可能エネルギのような変動性のエネルギ源において、このような時間的な切り離しは、エネルギ、特に電気エネルギの供給を確実なものにする。成層型温度蓄積器は、ヒートポンプに接続することができ、このヒートポンプは、電気エネルギを受け取って、低温貯蔵槽から、高温貯蔵槽すなわち成層型温度蓄積器に熱エネルギ（熱）をポンピングする。したがってヒートポンプに接続された成層型温度蓄積器を使用することにより、熱エネルギの形成と、熱消費装置へのその放出とを時間的に切り離すことができ、これにより、例えば、エネルギ需要の負荷ピークを調整することができるため、全体として供給の確実性が改善される。
【０００３】
一般的に成層型温度蓄積器には、ヒートポンプを用いて熱が蓄えられる。ここでは熱交換器の壁部を介して熱が成層型温度蓄積器に伝達される。ヒートポンプから成層型温度蓄積器への熱輸送を確実にするためには、この熱輸送に対する駆動力として所定の温度差が必要である。同時にこの温度差により、成層型蓄積器から取り出し可能な熱の温度レベル、すなわちその使用価値が限定される。さらに熱交換器の熱交換面用に設置スペースを設ける必要があるが、この設置スペースは、熱エネルギの蓄積には使用できない。
【０００４】
熱交換面を有する熱交換器を備えた成層型温度蓄積器は、ヒートポンプによって蓄熱され、ここでこの蓄熱は、ヒートポンプの作動流体が、１次側で低い温度レベルの熱を受け取り、２次側の熱交換器内でこの作動流体の熱がより高い温度レベルで成層型温度蓄積器（２次側）の熱媒体に移送されることによって行われる。
【０００５】
従来技術から公知であるのは、熱を受け取るため、成層型温度蓄積器の熱媒体を、ヒートポンプに熱結合されている凝縮器を通して２次側に導くことである。さらに従来技術から公知であるのは、ヒートポンプの作動流体を、凝縮器を通して２次側に導くことであり、ここでこの凝縮器は、成層型温度蓄積器内に設けられており、この成層型温度蓄積器の熱媒体と熱的に接触している。言い換えると、熱は、ヒートポンプの作動流体を凝縮する凝縮器を通して、ヒートポンプから成層型温度蓄積器につねに移送されるのであり、この凝縮器は、第１に述べたケースでは成層型温度蓄積器の外部に、第２に述べたケースではその内部にあり、かつ、成層型温度蓄積器の熱媒体とつねに熱的に接触しているのである。
【０００６】
作動流体から熱媒体に熱を効率的に伝達するため、従来技術の凝縮器は、空間的なサイズが大きい熱交換面を有しており、この熱交換面は、第１には大きな設置スペースが必要であり、第２には高い投資コストによって成層型温度蓄積器の採算性を低下させてしまっているのである。
【０００７】
したがって本発明の基礎にある課題は、成層型温度蓄積器への熱エネルギの蓄積を改善することである。
【０００８】
この課題は、独立請求項１に記載した特徴的構成を有する方法及び独立請求項１５に記載した特徴的構成を有する装置によって解決される。従属請求項には、本発明の有利な実施形態及び発展形態が記載されている。
【０００９】
本発明による成層型温度蓄積器に蓄熱する方法では、ヒートポンプの作動流体を、気体状態で少なくとも１つの導入箇所において、成層型温度蓄積器の液状の熱媒体に導入してこの熱媒体と直接に材料的に接触させる。ここで成層型温度蓄積器における圧力は、導入箇所において、作動流体の凝縮圧力以上である。
【００１０】
本発明では、ヒートポンプの作動流体を気体状態で成層型温度蓄積器の液状の熱媒体に直接導入し、これによってこの熱媒体と作動流体との間で直接の材料的な接触が行われる。本発明では、この直接の材料的な接触により、ガス状の作動流体の凝縮が行われる。これは、成層型温度蓄積器における圧力が、ガス状の作動流体の導入箇所において、又は、ガス状の作動流体が導入される、成層型温度蓄積器の部分領域において、作動流体の凝縮圧力以上である場合にあてはまる。ここでは作動流体の凝縮圧力は、導入箇所の温度に依存し、かつ、この温度に対応して設定される。凝縮圧力とは、ヒートポンプのガス状の作動流体が、気体状態から液体状態に移行する圧力であり、しかも成層型蓄積器における作動流体の導入箇所における温度における圧力のことである。言い換えると、ガス状の作動流体の凝縮点には、導入箇所又は成層型温度蓄積器の部分領域において到達するのである。
【００１１】
ガス状の作動流体と、成層型温度蓄積器の液状の熱媒体とが直接に材料的に接触することにより、またこれによって作動流体が凝縮されることにより、作動流体の凝縮のプロセスにおいて開放される凝縮熱は、成層型温度蓄積器の熱媒体に直接伝達される。したがって本発明では、付加的な凝縮器、熱交換器及び／又は熱交換面が省略される。本発明により、凝縮器、熱交換器及び／又は熱交換面が省略されることにより、これらの構成部分内及び／又はこれらの構成部分における熱エネルギの付加的な損失を回避することができ、これによって成層型温度蓄積器の効率が高まる。
【００１２】
本発明にしたがってガス状の作動流体と、成層型温度蓄積器の液状の熱媒体とが直接に材料的に接触する別の利点は、熱を効率的に伝達するために、作動流体と熱媒体との間に大きな温度差が必要でないことである。圧縮器を有するヒートポンプを用いて成層型温度蓄積器に蓄熱する場合、これによってこの圧縮器における出口圧力を下げることができ、これによってヒートポンプの電気エネルギ消費が低減されて有利である。
【００１３】
成層型温度蓄積器に蓄熱する本発明による装置は、液状の熱媒体を備えた成層型温度蓄積器と、作動流体を備えたヒートポンプとを有しており、成層型温度蓄積器及びヒートポンプは、作動流体が、気体状態で（過熱された蒸気として又は飽和蒸気として）導入箇所において熱媒体に投入され、この熱媒体と直接に材料的に接触される、ように構成かつ接続されている。ここで導入箇所における成層型温度蓄積器の圧力は、作動媒体の凝縮圧力以上である。
【００１４】
本発明による装置により、ガス状の作動流体と、液状の熱媒体との直接の材料的な接触が可能になり、その結果、凝縮された（液状の）作動流体と液状の熱媒体との直接の材料的な接触も可能になる。ここでは、すでに述べた本発明による方法と同様の、及び同程度の複数の利点が得られる。
【００１５】
本発明による方法の一発展形態において、成層型温度蓄積器において凝縮された作動流体は、ヒートポンプに戻される。
【００１６】
凝縮された作動流体、ひいては液状の作動流体を戻すことにより、成層型温度蓄積器に蓄熱するための、特に有利な循環プロセスが可能になる。ここでは、ヒートポンプの作業循環路に戻す前に、凝縮された作動流体を、分離器を通して移送するようにする、ことが可能であり、ここでこの分離器により、凝縮した作動流体内に存在する熱媒体の残りが分離されるため、ヒートポンプの作業循環路に送出される熱媒体はまったくないかほとんどない。作動流体を凝縮した後に行うべき、作動流体と熱媒体との材料的な分離は、分離器の使用には限定されず、従来技術から公知の装置及び／又は同等の装置によって行うことが可能である。
【００１７】
この方法の有利な実施形態によれば、成層型温度蓄積器における凝縮の後の密度が、熱媒体の密度以上になる作動流体を使用する。ここでは、実際につねに一層高い密度が有利である。
【００１８】
液状の熱媒体よりも高い、凝縮された作動流体の密度の利点は、成層型温度蓄積器の上端部近傍に作動流体を導入するか又は投入できることである。成層型温度蓄積器の箇所における重力の作用により、熱媒体と比べて密度の高い作動流体は、その凝縮後及び／又は凝縮中に導入箇所から成層型温度蓄積器の下端部に沈降する。本発明において、相対的な概念である上方及び下方は、公知のように重力の方向に関するものである。一般的に熱媒体は、成層型温度蓄積器の上端部において最も高い温度を有する。
【００１９】
凝縮された作動流体が比較的高い密度を有することの利点及びその結果として作動流体が沈降することの利点は、この作動流体が、成層型温度蓄積器の下端部における温度まで過冷却され、これによって熱媒体に、またその結果として成層型温度蓄積器に付加的な熱が蓄えられることである。
【００２０】
別の利点は、凝縮された作動流体が、沈降により、またこれに関連して熱媒体とつねに材料的に接触することにより、ほぼ完全に凝縮されることである。凝縮された作動流体が沈降した後、及び、成層型温度蓄積器の下端部、例えば底部にそれが蓄積した後、この作動流体をそこから再びヒートポンプに戻すことができる。
【００２１】
本発明の有利な実施形態では、液状の凝集状態の作動流体と、液状の熱媒体とに同一の液体を使用する。
【００２２】
有利にはこれにより、例えば作動流体をヒートポンプに戻すか又は熱消費装置に移送する前に、作動流体を熱媒体から分離する付加的な分離器を省略することができる。
【００２３】
この方法の一発展形態では、１００℃（３７３．１５Ｋ）の温度において１ＭＰａ未満の凝縮圧力を有する作動流体が使用される。
【００２４】
１００℃の温度において１ＭＰａ未満の凝縮圧力を有する作動流体をここでは低圧流体と称する。このような低圧流体の利点は、この低圧流体により、公知の成層型温度蓄積器との組み合わせにおいて本発明の方法が適用できるようになることである。これは、従来技術によれば、一般的な成層型温度蓄積器、特に水式成層型蓄積器が、１ＭＰａ未満でありかつ特に０．３ＭＰａ〜１ＭＰａの範囲内にある圧力を有するため、当てはまる。ヒートポンプに使用される一般的な作動流体、例えば流体Ｒ１３４ａ、Ｒ４００ｃ又はＲ４１０ａは、１００℃において、２ＭＰａ〜４ＭＰａの範囲内にある凝縮圧力を有する。したがって上記の作動流体の凝縮圧力は、成層型温度蓄積器における一般的な圧力よりも格段に高いため、１００℃の温度において作動流体を導入する際にはこの作動流体は凝縮されない。これに対して低圧流体は、成層型蓄積器内の圧力の範囲にある凝縮圧力を有するため、この低圧流体は、成層型温度蓄積器の液状の熱媒体と接触すると凝縮する。
【００２５】
特に有利であるのは、物質１，１，１，２，２，４，５，５，５−ノナフルオロ−４−（トリフルオロメチル）−３−ペンタノン（商品名Ｎｏｖｅｃ（登録商標）６４９）、ペルフルオロメチルブタノン、１−クロロ−３，３，３−トリフルオロ−１−プロペン、シス−１，１，１，４，４，４−ヘキサフルオロ−２−ブテン及び／又はシクロペンタンのうちの少なくとも１つを含む作動流体である。
【００２６】
上記の物質は、本発明によれば、従来技術から公知の成層型温度蓄積器と組み合わせて使用可能である。例えば、Ｎｏｖｅｃ（登録商標）６４９は、１００℃の温度において０．４５ＭＰａの凝縮圧力を、ペルフルオロメチルブタノンは、０．８９ＭＰａの凝縮圧力を、またシクロペンタンは、０．４２ＭＰａの凝縮圧力を有する。したがって上記の流体の凝縮圧力は、１００℃において、例えば、約３．９７ＭＰａの凝縮圧力を有するＲ１３４ａの凝縮圧力よりも格段に低い。
【００２７】
上記の物質の別の利点は、それらの技術的な取り扱い易さである。これらの物質は、良好な環境適合性によって、ならびに、例えば燃焼性を有しない及び地球温暖化能力が極めて低いなどの安全に関する特性が優れている。一般的に物質Ｎｏｖｅｃ（登録商標）６４９及びペルフルオロメチルブタノンは、フルオロケトンの物質群に属するのに対し、シクロペンタンは、クロアルカンの物質群に属する。
【００２８】
この方法の別の有利な実施形態によれば、作動流体として水を使用する。
【００２９】
これにより、作動流体を熱媒体から分離することができる付加的な分離器を省略することができ、有利である。したがって成層型温度蓄積器における圧力が、水柱の静水圧だけによって形成される静水式温度水式成層型蓄積器では、熱媒体への作動流体の導入箇所の高さは重要でない。特に水式成層型蓄積器は、その上端部に導入されるガス状の作動流体及び引き続いて凝縮される作動流体によって蓄熱可能であり、これにより、水式成層型蓄積器への蓄熱と、上端部における所望の温度への到達との間にわずかな時間的な遅延しか発生せず、有利である。
【００３０】
本発明の別の有利な実施形態では、液状の（凝縮された）凝集状態において液状の熱媒体と混ざらない作動流体が使用される。
【００３１】
言い換えると、凝縮された作動流体と、液状の熱媒体とは２つの相の流体を形成し、その１つの相は、凝縮された作動流体によって、また別の１つの相は液状の熱媒体によって構成される。液状の凝集状態において熱媒体とわずかな混和性しか有しない作動流体を設けることも可能である。
【００３２】
作動流体と熱媒体との混合物が２相になっていることにより、これらの液体を容易に材料的に分離することができる。特にこれが容易であるのは、凝縮された作動流体と、液状の熱媒体との密度が異なる場合である。例えばすでに述べた低圧流体Ｎｏｖｅｃ（登録商標）６４９、ペルフルオロメチルブタノン及びシクロペンタンは、熱媒体として特に適している水において溶解性が低く、したがって水とわずかな量しか混ざらない。例えば、Ｎｏｖｅｃ（登録商標）６４９ではわずかに２０ｐｐｍの水しか溶解しない。
【００３３】
本発明の別の実施形態では、ガス状の作動流体は、熱媒体の一定温度の層において作動流体を均一に分配する分配装置を用いて、この熱媒体に導入される。
【００３４】
成層型温度蓄積器、例えば水式成層型蓄積器は、熱媒体の温度について層状構造を有しており、各層は、所定の温度及び密度を有する。したがってヒートポンプの作動流体から熱媒体への熱伝達の効率の点から有利であるのは、熱媒体の層においてガス状の作動流体を一様ないしは均一に分散させることである。一様及び均一ならびに層の温度又は密度という概念はつねに近似的なものであると理解されたい。
【００３５】
一般的に成層型蓄積器は、（成層型蓄積器に加わる重力に対して）鉛直方向に配向されているため、成層型蓄積器の個々の層は水平方向に延在している。液状の熱媒体の１つの層においてガス状の作動流体を一様に分散させることにより、この熱媒体と作動流体との間の材料的な接触の表面（接触表面）が大きくなり、これによって作動流体から熱媒体への熱伝達の効率が改善される。
【００３６】
成層型温度蓄積器の水平方向の１つの層において作動流体が均一に分散することによってさらに、進入する作動流体のパルスの分散が可能になるため、場合によっては複数の層の混ざり合いに結び付き得る望ましくない混合過程を阻止することができる。
【００３７】
分配装置として対象になるのは、例えば、成層型蓄積器に使用される水平方向の分配管路システムである。特に、上記の成層型蓄積器において公知の分配装置により、熱媒体への作動流体の進入速度が低減される（Goeppert等によるChemie Ingenieur Technik, 2008, 80 No. 3を参照されたい）。さらに分配装置の進入孔の断面積を変化させることにより、ガス状の作動流体の進入速度を制御することができる。進入孔の断面積を制御することの別の利点は、ガス状の作動流体の１次気泡サイズを設定できることである。
【００３８】
この方法の一実施形態では、成層型温度蓄積器として制御式蓄圧器を使用する。
【００３９】
制御式蓄圧器では、成層型温度蓄積器内の圧力を所定の圧力範囲内に制御することができ、有利である。蓄圧器における圧力を制御することにより、蓄圧器内の圧力を作動流体の凝縮圧力に適合させることができるため、導入箇所における温度とは無関係に作動流体の凝縮が行われるようになる。例えば、これにより、可能な限りに高い位置に置かれた、成層型蓄積器の導入箇所において、ガス状の作動流体を導入することができる。ここでは成層型蓄積器ないしは蓄圧器の１つの層の温度は、この層の高さと相関しているため、可能な限りに高い導入箇所は最も高い温度に対応する。
【００４０】
この方法の別の有利な実施形態によれば、ヒートポンプの凝縮器に導入する前、成層型温度蓄積器から作動流体に熱が供給される。
【００４１】
このことは特に、オーバハング形の飽和蒸気圧曲線を有する作動流体を使用する際には有利である。これにより、凝縮器に導入する前にこの作動流体を過熱するのに使用される、このような作動流体において必要な熱を成層型温度蓄積器から取り出すことができる。
【００４２】
本発明の別の有利な実施形態によれば、ヒートポンプの気化装置から液滴分離器を用いて分離した熱媒体が成層型温度蓄積器に戻される。
【００４３】
作動流体と、成層型温度蓄積器の熱媒体とが直接に材料的に接触することにより、作動流体への熱媒体の導入、ひいてはヒートポンプ内の作動流体の循環路への熱媒体の導入は基本的に阻止されない。したがって特にヒートポンプの気化装置では、（一緒に）気化されていない、液状の熱媒体が蓄積する。気化装置において蓄積されるこの熱媒体は有利には、液滴分離器によって気化装置から取り出されて成層型温度蓄積器に戻される。
【００４４】
本発明の別の有利な実施形態によれば、熱を利用するため、熱媒体が熱消費装置に移送され、ここではこの熱消費装置における利用の前に熱媒体は分離器を通して移送される。
【００４５】
分離器を通した熱媒体の移送は、特に成層型温度蓄積器から熱媒体を直接取り出す際に行われる。熱媒体を直接取り出す際には、作動流体と熱媒体との間の本発明による材料的な接触により、作動流体の一部が熱媒体と共に送出される。この際に作動流体の送出を液滴状（エマルジョン）に行うことができるか又は熱媒体に溶解した成分（溶液）として行うこともできる。
【００４６】
上記の分離器によって有利に保証されるのは、作動流体の送出された部分が、熱消費装置に到達せず、場合によって成層型温度蓄積器及び／又はヒートポンプに戻され得ることである。分離に適しているのは、例えば、アクティブ液滴分離器及び／又は凝結性分離器である。作動流体の送出を阻止するための別の選択肢は、熱消費装置の温度を下げることにより、熱媒体における作動流体の溶解度を低減することである。これが当てはまるのは、温度が高くなれば溶解度が高くなる材料混合物の場合である。熱消費装置の温度が低くなることにより、作動流体は沈殿し、したがって熱媒体から材料的に分離される。
【００４７】
例えば熱交換器を介して、熱消費装置用の熱を間接的に取り出す際には、熱消費装置側に設けられておりかつ作動流体を熱媒体から分離する分離器を省略することができる。
【００４８】
本発明の別の有利な実施形態によれば、熱エネルギを蓄積するため、成層型温度蓄積器に相変化材料（英語ではPhase Change Material ＰＣＭ）が使用される。
【００４９】
したがって成層型蓄積器には２つの熱媒体が含まれており、別の１つの熱媒体は、相変化材料として形成される。相変化材料ないしは相変化蓄積器は、これらが、熱エネルギを低損失で、多くの反復サイクルでかつ長い時間にわたって蓄積できるため、有利である。特に、融解温度（相変化温度）が作動流体の（凝集圧力における）凝集温度よりも低い相変化材料が有利である。例えば、作動流体の凝集温度は１３０℃をとり得るため、相変化材料の１２５℃の融解温度が有利である。したがって凝集温度よりも最大で５％低い融解温度が有利である。
【００５０】
成層型蓄積器は有利には、固体の凝集状態にある別の熱媒体を含み得る。ここではこの固体の熱媒体の多孔度を目的に適合させることができる。例えば、液状の熱媒体よりも密度の高い凝縮した作動流体の沈降が可能になる、ようにこの多孔度を選択することができる。
【００５１】
本発明の別の利点、特徴的構成及び詳細は、以下で説明する実施例から、又は図面によって得られる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】作動流体がこの蓄圧器の熱媒体に直接導かれる、ヒートポンプに接続された蓄圧器を示す図である。
【図２】図１と同様に作動流体が蓄圧器の熱媒体に直接導かれる、ヒートポンプに接続された静水式蓄圧器を示す図である。
【００５３】
図面において同種の要素には同じ参照符号が付されている。
【００５４】
図１には、制御式蓄圧器２が略示されており、この蓄圧器は、ヒートポンプ６の作動流体４が、分配装置１２を介して、蓄圧器２の高さ８において、熱媒体１０に分配されるように、ヒートポンプ６に接続されており、ここでこの熱媒体１０は、作動流体１２に直接に材料的に接触している。
【００５５】
ヒートポンプ６には、凝縮器１４と、気化装置１６と、膨張弁２０と、分離器１８と、液滴分離器１５と、逆止弁２２とが含まれている。作動流体４は、反時計回り３６にヒートポンプ６を循環する。
【００５６】
図１にはさらに、膨張容器２４と、ポンプ２８と、別の膨張弁３０と、熱媒体１０用の貯蔵槽２６が示されている。上記の構成部分２４、２６、２８、３０は、蓄圧器２及び／又は熱媒体１０を調整するために使用される。図１に示した実施例では、熱媒体１０として水が使用されている。
【００５７】
ガス状の作動流体４は、凝縮器１４の後、分配装置１２を介し、蓄圧器２の高さ８において熱媒体１０に導入され、これによって熱媒体１０と直接に材料的に接触する。この際に導入高さ８における蓄圧器２の温度は、例えば、１３０℃である。作動流体としてＮｏｖｅｃ（登録商標）６４９を使用する場合、蓄圧器２における圧力は、ガス状の作動流体４の直接的な凝縮が行われるようにするため、少なくとも０．９ＭＰａでなければならない。
【００５８】
制御式蓄圧器２の利点は、蓄圧器２の可能な限りに高温の箇所に作動流体４を導入できることである。これは、蓄圧器２における圧力を適合させることにより、導入高さ８における作動流体４の凝縮圧力をつねに上回ることができるため、好都合である。一般的に、図示しない熱消費装置に対し、熱は、可能な限りに高い温度の箇所において蓄圧器２から取り出される。上記の箇所に作動流体４を導入することにより、蓄圧器２は、低い蓄熱状態において、効率的かつ適時に、熱消費装置によって要求された温度に到達することができる。
【００５９】
図１に示した実施例において、作動流体４として、約１３００ｋｇ／ｍ３の密度を有するＮｏｖｅｃ（登録商標）６４９を使用することができる。熱媒体１０として、１０００ｋｇ／ｍ３の密度を有する水１０を使用すると、作動流体４は、熱媒体１０よりも密度が高くなる。作動流体４の密度を熱媒体１０よりも高くすることにより、作動流体４は、重力１００の影響によって蓄圧器２の底部９に沈降する。作動流体４が蓄圧器２の底部９に沈降することにより、作動流体４は、蓄圧器２の底部９における温度に到達するまで過冷却されるため、作動流体４から付加的な熱が取り出されて有利である。Ｎｏｖｅｃ（登録商標）６４９と水との混和性が小さいことにより、底部９に沈殿する作動流体４の相が発生し、この相はこの場合に蓄圧器２の底部９において取り出すことができ、分離器１８を介してヒートポンプ６の作業循環路３６に戻される。この（流体）分離器１８によって保証されるのは、蓄圧器２からヒートポンプ６の作業循環路３６に熱媒体１０が入らないようにすることである。
【００６０】
水１０よりも密度の低い作動流体４、例えば６５０ｋｇ／ｍ３の密度を有するシクロペンタン（Ｃ５Ｈ１０）を使用する場合、凝縮の後、作動流体４は上昇するため、蓄圧器２の上端部で取り出されるはずである。
【００６１】
逆止弁２２は、熱媒体１０が凝縮器１４に、ひいてはヒートポンプ６の作業循環路３６に送出されることを阻止する。
【００６２】
図２には、本発明による方法の択一的な実施形態が示されており、ここでは制御式蓄圧器２の代わりに静水式蓄圧器３が使用されている。ここでヒートポンプ６には、すでに図１で示しかつ説明した要素が含まれている。
【００６３】
蓄圧器２とは異なり、静水式蓄圧器３では、蓄積器３内の圧力は、この場合には水１０である熱媒体１０の静水圧だけによって形成される。言い換えると、蓄圧器３内の圧力は、水１０の液柱だけによって形成される。ここでも１１０℃の温度においてＮｏｖｅｃ（登録商標）６４９を作動流体４として静水式蓄圧器に導入する場合、作動流体４を凝縮するためには少なくとも０．６ＭＰａの圧力が必要である。これにより、蓄圧器３への作動流体４の導入箇所ないしは導入高さ８は、少なくとも５０ｍだけ作動流体４の導入高さ８よりも水１０が上になる、ように選択しなければならないことになる。一般的には作動流体４の導入高さ８に対応して圧力を選択することができる。
【００６４】
熱媒体１０の液柱の高さを上げる又は導入高さ８を低くすることなく静水式蓄圧器３における圧力をさらに上げるため、蓄圧器３の上端部に低温の水の層３２を載置する。この低温の水の層３２は、分離装置３４によって静水式蓄圧器３の水１０から分離される。静水式蓄圧器３の上端部に低温の水の層３２を載置することによって保証されるのは、導入高さ８における圧力が、導入時の作動流体４の凝縮圧力を上回り、作動流体４の凝縮がはじまることである。したがって作動流体４の導入高さ８を比較的高く設計することができ、これによって導入高さ８における温度を上げることができる。
【００６５】
図１のように、作動流体４は、熱媒体１０よりも密度が高いことにより、重力１００の影響によって静水式蓄圧器３の底部９に沈降する。ここでもこれを、分離器１８を介して底部９からヒートポンプ６の作業循環路３６に供給することができる。熱媒体１０が作動流体４よりも密度が高い場合、静水式蓄圧器３の上端部において作動流体４の取り出しが行われる。
【００６６】
ここまで複数の有利な実施例によって詳細に本発明を述べて説明してきたが、本発明は、開示された例によって限定されることはなく、又は当業者は、本発明の保護範囲を逸脱することなく、ここから別の複数の変化形態を導出することが可能である。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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