DD237879A1

DD237879A1 - HEAT STORAGE FOR HEATING WATER

Info

Publication number: DD237879A1
Application number: DD27682285A
Authority: DD
Inventors: Guenter Schoebel; Eberhard Koehler; Roger Wegner; Guenter Glaeser
Original assignee: Ve Kom Verbundnetze En Stammbe
Priority date: 1985-05-30
Filing date: 1985-05-30
Publication date: 1986-07-30

Abstract

Der Waermespeicher fuer Heizwasser, der mit niedrigen Temperaturen und niedrigem Druck beaufschlagt wird, ist geeignet, in einem Heiznetz den schwankenden Waermebedarf auszugleichen. Das Ziel der Erfindung ist es, den materiellen Aufwand gering zu halten und den Betriebs- und Wartungsaufwand zu minimieren, wobei die Aufgabe darin besteht, die Korrosion zu beherrschen, die insbesondere an der Wandung des Speicherbehaelters, im Bereich des Hohlraumes ueber dem Fluessigkeitsspiegel, auftritt. Das wird erreicht, indem der Hohlraum mit Sattdampf aufgefuellt wird, der im Speicherbehaelter selbst erzeugt wird. Dazu ist eine Zerstaeubungseinrichtung erforderlich, die ueber dem Fluessigkeitsspiegel im Speicherbehaelter angeodnet ist. Unter der Zerstaeubungseinrichtung ist eine Abdeckplatte gefuehrt, die auf dem Fluessigkeitsspiegel schwimmt. Diese Anordnung der einzelnen Elemente verhindert neben der Korrosion auch lokale Temperaturerhoehungen und unkontrollierte Druecke. Fig. 1The heat storage tank for heating water, which is acted upon by low temperatures and low pressure, is suitable for balancing the fluctuating heat requirement in a heating network. The aim of the invention is to keep the material costs low and to minimize the operating and maintenance costs, the task being to control the corrosion which occurs in particular on the wall of the storage container, in the region of the cavity above the liquid level , This is accomplished by filling the cavity with saturated steam generated in the storage vessel itself. For this purpose a Zerstaeubungseinrichtung is required, which is angeodnet above the liquid level in the Speicherbehaelter. Underneath the atomizing device is a cover plate which floats on the fluid level. This arrangement of the individual elements prevents not only corrosion but also local temperature increases and uncontrolled pressures. Fig. 1

Description

Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft einen Wärmespeicher für Heizwasser, der mit niedrigem Druck und niedriger Temperatur betrieben wird und dessen Hohlraum über dem Flüssigkeitsspiegel mit einem, die Korrosion des Speicherbehälters verhinderndem Gas gefüllt ist.The invention relates to a heat storage for heating water, which is operated at low pressure and low temperature and whose cavity is filled above the liquid level with a, the corrosion of the storage tank preventing gas.

Characteristic of the known technical solutions

Für die Speicherung von Wärmeenergie, die in flüssigen Medien enthalten ist, sind Verfahren und Vorrichtungen bekannt, die eine verlustarme Lagerung und Wiederverwendung ermöglichen. Das trifft besonders für die Aufbewahrung der Anfallenergie aus Kraftwerken zu und deren erneute Zuführung in den Kraftwerksprozeß.For the storage of heat energy contained in liquid media, methods and devices are known which allow a low-loss storage and reuse. This is especially true for the storage of energy from power plants and their renewed supply to the power plant process.

Diese Wärmespeicher sind für Wassertemperaturen ausgelegt, die büer dem atmosphärischen Siedepunkt liegen und höhere Drücke aufnehmen können. Die Wandungen der Speicherbehälter sind entsprechend diesen Anforderungen ausgebildet, so daß risikolos der über dem Flüssigkeitsspiegel liegende Hohlraum mit Dampf aufgefüllt werden kann. Der dazu erforderliche Dampf wird einmal von außen dem Speicherbehälter unter entsprechendem Druck zugeführt, oder im Behälter selbst erzeugt, indem durch eine Druckabsenkung im Behälter das Heizwasser zur Ausdampfung gebracht wird. Diese als Druckbehälter ausgebildeten Wärmespeicher sind materialintensiv und verursachen dadurch hohe Kosten, die den Effekt der Wärmespeicherung verringern.These heat accumulators are designed for water temperatures that are higher than the atmospheric boiling point and can absorb higher pressures. The walls of the storage container are designed according to these requirements, so that risk-free of lying above the liquid level cavity can be filled with steam. The required steam is supplied once from the outside of the storage container under appropriate pressure, or generated in the container itself by the heating water is brought to the evaporation by a pressure reduction in the container. These heat accumulators designed as pressure vessels are material-intensive and thus cause high costs, which reduce the effect of heat storage.

Zur Vermeidung dieser Nachteile wurden Wärmespeicher vorgeschlagen, die vorwiegend nur hydrostatisch beansprucht werden und somit ein größeres Volumen aufnehmen können. Diese Wärmespeicher sind ebenfalls zur Aufnahme von Heizwasser mit einer Wassertemperatur, die nahe der atmosphärischen Siedetemperatur liegt, geeignet. Konstruktiv sind sie derart ausgebildet, daß der Flüssigkeitsspiegel vollständig abgedeckt ist und die Abdeckung sich dem schwankenden Flüssigkeitsspiegel anpaßt. Damit ist kein Hohlraum über dem Flüssigkeitsspiegel und der Abdeckung vorhanden.To avoid these disadvantages heat storage have been proposed, which are mainly only hydrostatically stressed and thus can accommodate a larger volume. These heat accumulators are also suitable for receiving heating water with a water temperature which is close to the atmospheric boiling point. Structurally they are designed such that the liquid level is completely covered and the cover adapts to the fluctuating liquid level. There is thus no cavity above the liquid level and the cover.

Die Nutzung von Wärmeenergie, die ein niedriges Temperaturniveau aufweist, wird verstärkt erforderlich. Das gut auch für die Nutzung von Heizwasser mit einer Temperatur, die unter der atmosphärischen Siedetemperatur liegt. Da der energetische Gehalt gering ist, sind auch die dazu erforderlichen Aufwendungen gering zu halten. So sind Wärmespeicher bekannt, deren Speicherbehälter ebenfalls nur hydrostatisch belastet werden und die Temperatur der Speicherflüssigkeit unter der atmosphärischen Siedetemperatur liegt. Kritisch an diesen Wärmespeichern ist der Hohlraum über dem Flüssigkeitsspiegel, da in diesem die Korrosion der Wandung des Speicherbehälters begünstigt wird. ZurVermeidung dieser Korrosion wird der Hohlraum überwiegend mit einem Inertgas gefüllt. Dazu ist es erforderlich, eine Einrichtung dem Speicherbehälter zuzuordnen, die den Hohlraum mit dem Inertgas versorgt. Eine solche Einrichtung und das ständige betriebsbereite Füllen mit Inertgas verursachen hohe Kosten, die den Effekt der Wärmenutzung herabsetzen.The use of heat energy, which has a low temperature level, is increasingly required. This is also good for the use of heating water with a temperature that is below the atmospheric boiling point. Since the energetic content is low, also the necessary expenses are to be kept low. Thus, heat storage are known, the storage tank are also loaded only hydrostatic and the temperature of the storage liquid is below the atmospheric boiling temperature. Critical to these heat storage is the cavity above the liquid level, as in this the corrosion of the wall of the storage container is favored. To avoid this corrosion, the cavity is filled predominantly with an inert gas. For this purpose, it is necessary to assign a device to the storage tank, which supplies the cavity with the inert gas. Such a device and the constant operational filling with inert gas cause high costs, which reduce the effect of heat utilization.

Die bekannten Lösungen für die Auflastung des Flüssigkeitsspiegels des Speicherbehälters eines Wärmespeichers mittels Dampf sehen eine direkte Dampfzuführung vor, wobei der Dampf einmal in Anlageteilen des Wärmespeichers erzeugt oder von anderen Anlagen in den Hohlraum geleitet wird. Die dabei entstehenden thermischen und mechanischen Beanspruchungen sind durch diese Verfahren sehr hoch, wodurch ein höherer Bauaufwand zur Beherrschung der Kräfte erforderlich wird. Eine vorgeschlagene Füllung des Hohlraumes mittels Dampf ist außerdem problematisch, da der Speicherbehälter nur geringen Temperaturbeanspruchungen standhält und eine Druckerhöhung nicht zugelassen werden kann. Weiterhin wäre auch hierbei eine Einrichtung erforderlich, die neben dem Speicherbehälter einen Ausdampfbehälter erforderlich werden läßt.The known solutions for the load of the liquid level of the storage container of a heat accumulator by means of steam provide a direct supply of steam, wherein the steam is generated once in parts of the heat accumulator or directed by other systems in the cavity. The resulting thermal and mechanical stresses are very high by this method, whereby a higher construction cost to control the forces is required. A proposed filling of the cavity by means of steam is also problematic because the storage tank withstands only low temperature stresses and an increase in pressure can not be allowed. Furthermore, a device would be required in this case, which can be required in addition to the storage tank a Ausdampfbehälter.

Object of the invention

Die Erfindung verfolgt das Ziel, einen Wärmespeicher für Heizwasser derart zu gestalten, daß die Baukosten für den Speicherbehälter und die Zusatzeinrichtungen gering gehalten werden und der Aufwand für das Betreiben minimiert wird, es ist dabei ein hoher Speichereffekt zu erreichen, der bei hoher Betriebssicherheit die Versorgungsaufgaben wirkungsvoll erfüllt.The invention aims to design a heat storage for heating water such that the construction costs for the storage tank and the ancillary equipment are kept low and the cost of operation is minimized, it is doing a high memory effect to achieve the high reliability of the supply tasks effectively fulfilled.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmespeicher zu entwickeln, der vom Volumen aus eine hohe Speicherkapazitätfür Heizwasser mit niedriger Temperatur und niedrigem Druck aufweist, wobei mechanische, thermische und korrosive Einwirkungen auf den Speicherbehälter gering zu halten sind.The invention has for its object to develop a heat storage, which has a high storage capacity for heating water of low temperature and low pressure, while the mechanical, thermal and corrosive effects are to be kept low on the storage container.

Die Ausdampfung des Heizwassers durch Druckabsenkung kann nicht angewendet werden, da lediglich Heizwasser unter der atmosphärischen Siedetemperatur vorhanden ist. Bei den vorgesehenen druckarmen Behältern würde somit ein Unterdruck entstehen, der das gesamte Speichersystem gefährden kann. Die Füllung des Speicherbehälters mit kaltem Wasser läßt diese Möglichkeit der Dampferzeugung nicht zu.The evaporation of the heating water by lowering the pressure can not be applied because only heating water is available below the atmospheric boiling temperature. The low-pressure containers provided would thus create a negative pressure that can endanger the entire storage system. The filling of the storage tank with cold water does not allow this possibility of steam generation.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, indem in den Hohlraum über dem Flüssigkeitsspiegel des Speicherbehälters eine Heizwasserleitung von außen hineingeführt ist, an deren Ende eine Zerstäubungseinrichtung für das Heizwasser angelenkt ist. Unter der Zerstäubungseinrichtung auf dem Flüssigkeitsspiegel ist schwimmend eine Abdeckplatte angeordnet.The stated object is achieved according to the invention by introducing into the cavity above the liquid level of the storage tank a heating water pipe from the outside, at the end of which a spraying device for the heating water is articulated. Under the atomizer on the liquid level a cover plate is floatingly arranged.

Bei gefülltem Speicherbehälter mit Heizwasser wird durch die Heizwasserleitung das zu entspannende Heizwasser der Zerstäubungseinrichtung zugeführt. Die Zerstäubungseinrichtung setzt den Druck des Heizwassers herab, so daß eine Ausdampfung erfolgt, und verhindert zugleich eine Kavitation in der Heizwasserzuführungsleitung. Des weiteren wird durch diese Zerstäubungseinrichtung die Wandung des Speicherbehälters vor einer direkten Einwirkung des Dampf-Wasser-Gemisches geschützt, wodurch eine gleichmäßige Temperaturverteilung erreicht wird, und außerdem eine Vermischung des im Hohlraum befindlichen Sattdampfes mit dem durch die Entspannung entstehenden Dampf höherer Temperatur teilweise bereits in der Zerstäubungseinrichtung erfolgt.When filled storage tank with heating water to be relaxed heating water is supplied to the sputtering device through the heating water pipe. The atomizing device lowers the pressure of the heating water, so that evaporation takes place, and at the same time prevents cavitation in the Heizwasserzufeitleitung. Furthermore, the wall of the storage container is protected from direct action of the steam-water mixture by this atomizing device, whereby a uniform temperature distribution is achieved, and also a mixing of the saturated steam in the cavity with the higher temperature resulting from the relaxation of steam partially already in the atomizing device takes place.

Bei der Entladung und damit Füllung des Speicherbehälters mit kaltem Wasser entsteht auf dem kalten Wasser eine Grenzschicht heißen Wassers. Eine plötzliche Dampfkondensation würde durch Tropfwasser diese Grenzschicht zerstören, wobei unbeabsichtigte Belastungszustände auf die Wandungen des Speicherbehälters übertragen werden. Die unter der Zerstäubungseinrichtung angeordnete Abdeckplatte verhindert das direkte Aufschlagen von Tropfwasser auf die Grenzschicht und leitet — durch die konstruktive Ausgestaltung — das Kondensat mit geringer Strömungsgeschwindigkeit in die Grenzschicht.When discharging and thus filling the storage tank with cold water, a boundary layer of hot water is formed on the cold water. A sudden condensation of steam would destroy this boundary layer by dripping water, whereby unintentional load conditions are transmitted to the walls of the storage tank. The cover plate arranged under the atomizing device prevents the direct impingement of dripping water on the boundary layer and, by virtue of the structural design, directs the condensate into the boundary layer at a low flow velocity.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung wird anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigt:The invention will be explained in more detail with reference to several embodiments. In the accompanying drawings shows:

Fig. 1: eine Gesamtübersicht eines Heizsystems mit einem WärmespeicherFig. 1: an overview of a heating system with a heat storage

Fig. 2: die Einzelheit einer Zerstäubungseinrichtung, die zentrisch über den Flüssigkeitsspiegel nach oben gerichtet istFig. 2: the detail of a sputtering device, which is directed centrally above the liquid level upwards

Fig.3: eine ringförmig ausgebildete Zerstäubungseinrichtung3: a ring-shaped atomizing device

Fig.4: eine Abdeckplatte4: a cover plate

Der Wärmespeicher für Heizwasser niedriger Temperatur, der vorwiegend hydrostatisch belastet ist, wird in der Figur 1 in der Gesamtübersicht gezeigt und umfaßt einen Speicherbehälter 1, in den über dem Flüssigkeitsspiegel eine Heizwasserleitung 3 hineinragt. Der Heizwasserleitung 3 ist ein Regelventil 2 vorgeordnet. Im Speicherbehälter 1 ist die Heizwasserleitung 3 bis zur Behälterachse geführt und endet an einer senkrecht zum Behälterdach gerichteten Zerstäubungseinrichtung 4. Die Zerstäubungseinrichtung 4 gemäß Figur 2 besteht aus einer kegelförmigen Erweiterung, in die ein mit Längskerben versehener Vollkegel 12 eingreifen kann. Im Abstand von der Erweiterung der Zerstäubungseinrichtung 4 ist ein Prallkörper 5 angeordnet, der zur Erweiterung hin eine konkave Krümmung aufweist. Vorzugsweise ist der Prallkörper 5 mit einer Tropfkante 13The heat storage for heating water low temperature, which is mainly hydrostatically charged, is shown in the figure 1 in the overall view and comprises a storage tank 1, in which a heating water pipe 3 protrudes above the liquid level. The heating water pipe 3 is preceded by a control valve 2. In the storage container 1, the heating water line 3 is guided to the container axis and ends at a direction perpendicular to the container roof atomizing 4. The atomizing device 4 according to Figure 2 consists of a conical extension, in which a longitudinal notches provided with full cone 12 can intervene. At a distance from the extension of the atomizing device 4, a baffle 5 is arranged, which has a concave curvature towards the extension. Preferably, the impact body 5 with a drip edge 13th

Unter der Zerstäubungseinrichtung 4 ist eine Abdeckplatte 6 für den Flüssigkeitsspiegel 16 geführt. Die flächendeckenden Abmessungen der Abdeckplatte 6 sind größer gewählt als die Tropfkante 13 des Prallkörpers 5. In der Figur 4 ist die Abdeckplatte näher dargestellt. So weist sie vorzugsweise neben der zentrischen Führungsöffnung 14 sternförmig verlaufende Längsrillen 15 auf, die am äußeren Rand bis unter den Flüssigkeitsspiegel 16 geführt sind. Eine gegebenenfalls äußere ringförmige Rille 17 ist unmittelbar am Flüssigkeitsspiegel 16 angeordnet.Under the atomizing device 4, a cover plate 6 is guided for the liquid level 16. The area-covering dimensions of the cover plate 6 are chosen larger than the drip edge 13 of the impact body 5. In the figure 4, the cover plate is shown in more detail. Thus, it has preferably in addition to the central guide opening 14 star-shaped longitudinal grooves 15 which are guided at the outer edge to below the liquid level 16. An optionally outer annular groove 17 is arranged directly on the liquid level 16.

Die Figur 3 zeigt eine ringförmig ausgebildete Zerstäubungseinrichtung 4, die an die Heizwasserleitung 3 angelenkt ist.Eine Variante weist Ausströmöffnungen 18 auf, die teilweise senkrecht nach oben und/oder teilweise über der Waagerechten gegeneinander gerichtet sind. Ein dazu angepaßter Prallkörper 5 ist über dieser Zerstäubungseinrichtung 4 angeordnet. In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Zerstäubungseinrichtung 4 mit der Erweiterung gegen die Abdeckplatte 6 gerichtet. Die Abdeckplatte 6 ist im Zentrum gleichzeitig als Prallkörper 5 ausgebildet.3 shows an annular atomizing device 4, which is hinged to the Heizwasserleitung 3. A variant has outflow openings 18 which are partially directed vertically upwards and / or partially over the horizontal against each other. An adapted impact body 5 is arranged above this atomizing device 4. In a further embodiment, the atomizing device 4 is directed with the extension against the cover plate 6. The cover plate 6 is formed at the same time as an impact body 5 in the center.

Das Heizwasser strömt durch das Regelventil 2 und die Heizwasserleitung 3 in die Zerstäubungseinrichtung 4 mit höherem Druck und höherer Temperatur als das im Speicherbehälter 1 befindliche Heizwasser. Durch die Zerstäubung und damit Entspannung des Heizwassers entsteht ein Dampf, der eine höhere Temperatur aufweist als die des Sattdampfes, der sich im Speicherbehälter 1 befindet. Es erfolgt durch das Sprühen eine Vermischung der Dampfvolumina, so daß eine örtliche Temperaturanhebung insbesondere an der Wandung des Speicherbehälters 1 vermieden wird. Kondensiertes Wasser sammelt sich vorwiegend am Prallkörper 5 der Zerstäubungseinrichtung 4 und tropft von der Tropfkante 13 auf die Abdeckplatte 6, von der das heiße Wasser nur in die obere Schicht der Speicherfüllung fließt.The heating water flows through the control valve 2 and the heating water pipe 3 in the sputtering device 4 with higher pressure and higher temperature than the heating water in the storage tank 1. The atomization and thus relaxation of the heating water produces a vapor which has a higher temperature than that of the saturated steam, which is located in the storage tank 1. It is done by spraying a mixing of the vapor volumes, so that a local temperature increase, in particular on the wall of the storage container 1 is avoided. Condensed water collects predominantly at the impact body 5 of the atomizing device 4 and drips from the drip edge 13 on the cover plate 6, from which the hot water flows only in the upper layer of the storage charge.

Wird der maximale Wasserstand erreicht, pumpt die Fördereinrichtung 7 das überflüssige Wasser aus dem Bereich kälteren Wassers über eine untere Ein-/Ausströmeinrichtung 8 in das Heiznetz 9, von dem es über einen Abströmregler 10 der Druckhaltung des Heiznetzes 9 in einen Ausgleichsbehälter 11 fließt.If the maximum water level is reached, the conveyor 7 pumps the excess water from the colder water area via a lower inflow / outflow device 8 into the heating network 9, from which it flows via an outflow regulator 10 to the pressure maintenance of the heating network 9 into a compensating tank 11.

Claims

Invention claim:

1. Heat storage for heating water with changing temperature and low pressure, the cavity is loaded above the liquid level by means of an associated device with a filling gas, characterized in that above the liquid level (16) of a storage container (your heating water pipe (3) protrudes, at the front Part is an atomizing device (4) articulated for the heating water, which consists of a device for the pressure reduction and an impact body (5), and under the atomizing device (4) on the liquid level (16) a cover plate (6) is arranged.

2. Heat storage according to claim 1, characterized in that the heating water pipe (3) to the central axis of the storage container (1) and directed vertically upwards, is guided.

3. Heat storage according to claim 1, characterized in that the atomizing device (4) consists of a conical extension of the heating water line (3).

4. Heat accumulator according to claim 1, characterized in that the impact body (5) is a sputtering device (4) concave curved plate.

5. Heat storage according to claim 1 and 4, characterized in that the impact body (5) cup-shaped is formed as a steam dome, which has at its lower edge a drip edge (13).

6. Heat storage according to claim 3, characterized in that in the conical extension of the atomizing device (4) engages a full cone (12), which is provided on its lateral surface with longitudinal notches.

7. Heat storage according to claim 2, characterized in that on the Heizwasserleitung (3) annularly about the central axis of the storage container (1), the atomizing device (4) is guided and has outflow openings (18).

8. Heat accumulator according to claim 7, characterized in that the impact body (5) is arranged annularly over the outflow openings (18).

9. Heat storage according to claim 1 and 3, characterized in that the heating water pipe (3) from the wall of the Speicherbehätlers (1) between the cover plate (6) and the baffle body (5) is guided.

10. Heat storage according to claim 2,3 and 6 ₍ characterized in that the atomization device (4) is guided perpendicular to the liquid level.

11. Heat accumulator according to claim 1, characterized in that the cover plate (6) is guided under the atomizing device (4).

12. Heat accumulator according to claim 4.5 and 11, characterized in that the cover plate (6) is larger than the impact body (5) is formed.

13. Heat accumulator according to claim 11,12, characterized in that the cover plate (6) has one or more radial grooves (17).

14. Heat storage according to claim 11 and 12, characterized in that the surface of the cover plate (6) is provided with star-shaped longitudinal grooves (15).

15. Heat accumulator according to claim 13, characterized in that the star-shaped longitudinal grooves (15) to below the liquid level (16) are guided.