DD263113A1 - ARRANGEMENT FOR THE WIRELESS INTRODUCTION OF STORAGE MEDIA IN LAYER WASTE STORAGE TANK - Google Patents

ARRANGEMENT FOR THE WIRELESS INTRODUCTION OF STORAGE MEDIA IN LAYER WASTE STORAGE TANK Download PDF

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DD263113A1
DD263113A1 DD87305135A DD30513587A DD263113A1 DD 263113 A1 DD263113 A1 DD 263113A1 DD 87305135 A DD87305135 A DD 87305135A DD 30513587 A DD30513587 A DD 30513587A DD 263113 A1 DD263113 A1 DD 263113A1
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Berthold Fege
Erika Kuesel
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Schwerin Energiekombinat
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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf die im Rahmen der Fernwaermeversorgung, Anfallenergie- sowie Geothermienutzung erforderliche Waermespeicherung in drucklosen Tankbehaelterspeichern nach den Schichtenspeicherprinzip. Mit der Erfindung wird eine Anordnung vorgeschlagen, die die turbulente Stroemung in den Zuleitungen und Einbauten in eine laminare Ausstroemung in den Speicherbehaelter umformen soll. Erfindungsgemaess werden dazu am Rand der Diffusoren angeordnete Lochplattenringe verwendet, die das Verhaeltnis von Stroemungswiderstand und dynamischer Zaehigkeit (Reynoldszahl) guenstig gestalten.The invention relates to the heat storage required in the context of district heat supply, Anfallsergie- and geothermal energy in pressureless tank container storage according to the stratified storage principle. The invention proposes an arrangement which is intended to transform the turbulent flow in the supply lines and internals into a laminar outflow into the storage tank. According to the invention, perforated plate rings arranged at the edge of the diffusers are used, which make the ratio of flow resistance and dynamic toughness (Reynolds number) favorable.

Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung bezieht sich auf die Kurzzeitspeicherung von Wärmeenergie in großräumigen Behältern, bei denen die Trennung zwischen dem höhertemperierten Medium geringerer Dichte (geladenes Medium) und dem niedrigtemperierten Medium höherer Dichte (Entlademedium) über eine Grenzschicht mittlerer Dichte erfolgt — Schichtenspeicherprinzip.The invention relates to the short-term storage of heat energy in large-scale containers, in which the separation between the higher-temperature medium of lower density (charged medium) and the low-temperature medium of higher density (discharge medium) via a boundary layer of medium density - layer storage principle.

Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art

Die Verknappung fossiler Energieträger zwingt zu einer zunehmenden Nutzung von Anfall-, Umwelt-, Sekundärenergiepotential, auch wenn dieses nicht kontinuierlich bzw. im Belastungsgang der Nutzung zur Verfugung steht.The scarcity of fossil fuels forces an increasing use of seizure, environmental, secondary energy potential, even if this is not available continuously or in the load of use.

Insbesondere zwingt die von den Gebrauchswohnheiten geprägte Spitzenlastcharakteristik der Elektroenergieabnahme dazu, die Fernwärmeauskopplung bei Kraftwerken zu unterbrechen und die Einkopplung von Alternativenergieströmen über, elektrisch anzutreibende Wärmepumpen auszusetzen.In particular, the peak load characteristic of the electric energy consumption, which is shaped by the habits of use, compels interrupting the district heat extraction in power plants and exposing the coupling of alternative energy flows via heat pumps to be electrically driven.

Zur Anpassung des diskontinuierlich bzw. unterbrochenen Wärmestromes an den zeitlich andersgearteten Verbrauch'von Wärmeenergieströmen werden zunehmend Wärmespeicher eingesetzt.To adapt the discontinuous or interrupted heat flow to the temporally different consumption of thermal energy flows, heat accumulators are increasingly used.

Für die kostengünstige Speicherung großer Energiemengen werden druckreduzierte bzw. drucklose Tankbehälter, als Speichermedium vorzugsweise aufbereitetes Wasser, eingesetzt.For the cost-effective storage of large amounts of energy pressure-reduced or unpressurized tank containers, as a storage medium preferably treated water used.

Das bei Nutzung von Alternativwärmequellen in der Regel niedrige Temperaturniveau kommt der drucklosen Wärmespeicherung entgegen. Zur Erreichung geringer spezifischer Speicherinvestkosten werden zunehmend Anordnungen nach dem Schichtwärmespeicherprinzip nach bekannten Lösungen genutzt.The usually low temperature level when using alternative heat sources counteracts the unpressurized heat storage. In order to achieve low specific Speicherinvestkosten arrangements are increasingly used according to the layer heat storage principle according to known solutions.

Die Zuführung und Abführung des kalten bzw. aufgeladenen Mediums erfogt bekanntermaßen vorzugsweise über zentrisch unten bzw. oben angeordnete Einbauten, die aufgrund der Gestaltung eine wesentliche Verminderung der Ausströmgeschwindigkeiten in den mit quasistehendem Medium angefüllten Behälter gewährleisten sollen.As is known, the supply and discharge of the cold or charged medium preferably takes place via internals arranged centrally or at the top, which due to the design are intended to ensure a substantial reduction in the outflow velocities in the containers filled with quasi-pressurized medium.

Insbesondere beim Anfahren (Laden, Entladen) des Speichers kommt es, bedingt durch die großräumige Gestaltung der Anordnung mit geringen Reibungswiderständen, zur verwirbelten Einleitung des Mediums über die Einbauten und damit zum Aufbau einer größeren Grenzschicht mittleren Temperaturniveaus mit mittlerer Dichte, die eine-Nutzung nicht mehr erlaubt und damit die effektive Ausnutzung der investierten Behälterkapazität einschränkt.In particular, when starting (loading, unloading) of the memory, it comes due to the large-scale design of the arrangement with low frictional resistance, the swirling introduction of the medium on the internals and thus to build a larger boundary medium temperature medium density level, one-use not allows more and thus limits the effective utilization of the invested container capacity.

Die bekannten Anordnungen können aufgrund der zu erreichenden geringen Druckverluste beim Geschwindigkeitsabbau in den Zuleitungen und den Einbauten und aufgrund der im großräumigen Wärmespeicherbehälter auftretenden geringen Strömungswiderstände den laminaren Ausstrom aus den Einbauten mit Reynoldszahlen Re < 2320 nicht gewährleisten.The known arrangements can not ensure the laminar flow from the installations with Reynolds numbers Re <2320 due to the low pressure losses to be achieved in the speed reduction in the supply lines and the internals and due to the occurring in the large-scale heat storage tank low flow resistance.

Die Reynoldszahlen liegen im Bereich der Zuleitungen in der Größenordnung 2 · 106, an der Abrißkante der vorzugsweise einzusetzenden zentrisch anzuordnenden Diffusoren um Re —0,1 · 106,im Wärmespeicherbehälter selbst bei Geschwindigkeiten um 10~3m/s um Re ~6 · 105.The Reynolds numbers are in the range of the supply lines in the order of 2 · 10 6 , at the demolition edge of the preferably to be used centrically arranged diffusers by Re -0.1 · 10 6 , in the heat storage tank even at speeds of 10 ~ 3 m / s to Re ~ 6 · 10 5 .

••

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist es, durch geeignete Anordnungen den Ausnutzungsgrad der zu investierender! Wärmespeicherbehälter durch Verminderung des Grenzschichtaufbaus im Betrieb zu erhöhen.The aim of the invention is, by suitable arrangements, the degree of utilization of the investing! Increase heat storage tank by reducing the boundary layer structure during operation.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Bildung einer größeren Grenzschicht mittlerer Temperatur und Dichte infolge turbulenten Eintretens der Lade- bzw. Entlademedien über die Einbauten in den großräumigen Wärmespeicherbehälter durch das Anordnen geeigneter Vorrichtungen an der Abrißkante der Einbauten zu vermeiden. .The invention has for its object to avoid the formation of a larger boundary layer average temperature and density due to turbulent entering the loading or unloading media on the internals in the large-scale heat storage tank by arranging suitable devices on the tearing edge of the internals. ,

Erfindungsgemäß wird das prinzipielle Problem der günstigen Gestaltung des Verhältnisses von Reibungswiderständen und dynamischer Zähigkeit des Speichermediums dadurch gelöst, daß an den Austrittsöffnungen der Diffusoren Lochplatten geeigneter Lochgröße und Teilung angeordnet, werden die über die auftretenden Strömungswiderstände einen Stau innerhalb der Einbauten und ein laminares, radiales Abströmen außerhalb der Einbauten der Schichtung nach der Dichte gewährleisten.According to the principle of the invention of the favorable design of the ratio of frictional resistance and dynamic toughness of the storage medium is achieved in that arranged at the outlet openings of the diffusers perforated plates suitable hole size and pitch, which are on the flow resistances occurring a jam within the internals and a laminar, radial outflow outside the built-in layering to ensure density.

Das Verhältnis von Lochgröße und Teilung der Lochplatten ist so zu gestalten, daß ein effektiver Ausströmquerschnitt von ca.The ratio of hole size and pitch of the perforated plates should be designed so that an effective outflow cross section of approx.

50% bezogen auf die Ringfläche an der Abrißkante der Diffusoren erreicht wird.50% based on the annular surface is reached at the tear edge of the diffusers.

Die laminare Ausströmung wird prinzipiell auch bei kleiner Lochung, mit entsprechend geringer effektiver Ausströmfläche erreicht, jedoch steigen die Druckverluste über die Lochblenden mit den entsprechenden Pumpenenergieverlusten starkThe laminar outflow is in principle achieved even with small perforations, with correspondingly lower effective outflow area, however, the pressure losses via the pinholes with the corresponding pump energy losses rise sharply

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung wird in einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert.The invention will be explained in more detail in an embodiment with reference to the drawing.

Tankbehälterspeicher 1Tank container storage 1

Diffusoren oben, unten 2Diffusers top, bottom 2

Lochplattenringe 3 . . .Perforated plate rings 3. , ,

Ein Tankbehälterspeicher 1 wird mit zentrisch angeordneten, als Diffusoren 2 ausgebildeten oberen und unteren EinbautenA tank container storage 1 is arranged centrally with, designed as diffusers 2 upper and lower internals

ausgerüstet. .equipped. ,

Der Wasserstand im Wärmespeicherbehälter wird im Bereich oberhalb des oberen Diffusors gehalten.The water level in the heat storage tank is kept in the area above the upper diffuser.

Der Wärmespeicher soll aus entladenem Zustand — die Mischzone steht im Bereich des oberen Einbaues an — geladenThe heat accumulator should be discharged from the unloaded condition - the mixing zone is in the area of the upper installation

werden. .become. ,

Dazu wird über die Ladeleitung aufgeheiztes Medium dem Speicher über den oberen Diffusor zugeführt. Über den unteren Diffusor wird die gleiche Menge abgeführt, so daß der Wasserspiegel konstant bleibt. Entsprechend der Gestaltung der Diffusoren erfolgt ein Geschwindigkeitsabbau bis an den Rand beim Ausströmen bzw. Geschwindigkeitsaufbau beimFor this purpose, heated medium is supplied to the storage via the upper diffuser via the charging line. About the lower diffuser, the same amount is discharged, so that the water level remains constant. According to the design of the diffusers a speed reduction takes place up to the edge during the outflow or speed build-up

Einströmen. ·Inflow. ·

Durch die Richtungsänderungen sowie den Geschwindigkeitsabbau des beim Laden als Ausströmdiffusor wirkenden oberen Einbaues werden wirbelnde, rollende Bewegungen des Mediums verursacht, die aufgrund der geringen Strömungswiderstände in den Einbauten selbst nicht zu verhindern sind.Due to the changes in direction as well as the speed reduction of the upper installation acting as discharge diffuser during loading, swirling, rolling movements of the medium are caused, which due to the low flow resistance in the internals themselves can not be prevented.

Durch den am Rand des Diffusors angebrachten Lochplattenring, vorzugsweise der Lochung 16mm, Teilung 22,4mm versetzt, wird ein Strömungswiderstand hervorgerufen, der innerhalb des Einbaues einen Druckstau auslöst.By the attached at the edge of the diffuser perforated plate ring, preferably the perforation 16mm offset 22.4mm pitch, a flow resistance is caused, which causes a pressure accumulation within the installation.

Durch die Lochplattenringe strömt das Medium laminar und horizontal gerichtet in den Behälter aus.Through the perforated plate rings, the medium flows laminar and horizontally directed into the container.

Mit dem Abstand vom Einbau reduziert sich die Geschwindigkeit radial weiter bis die Wandung des Behälters erreicht wird.With the distance from installation, the speed is reduced radially until the wall of the container is reached.

Nach Erreichen der Behälterwand erfolgt der vertikale Schichtungsaufbau im Behälter mit oben aufgebautem Medium niedriger Dichte, unten abströmendem kalten Medium höherer Dichte und langsam nach unten gefahrener Grenzschicht zwischen warmem und kaltem Medium. Die Ausdehnung der Grenzschicht ist durch die laminare Ausströmung aus dem oberen Diffusor bei Beginn des Ladevorganges erheblich eingeengt worden, da die rollenden Medienbewegungen keine Verwirbelung der Grenzschicht mit Vermischung der Medienströme mehr hervorrufen können.After reaching the container wall, the vertical stratification is carried out in the container with the above-constructed medium of low density, downflowing cold medium of higher density and slowly driven down boundary layer between hot and cold medium. The expansion of the boundary layer has been considerably restricted by the laminar outflow from the upper diffuser at the beginning of the charging process, since the rolling media movements can no longer cause turbulence of the boundary layer with mixing of the media streams.

Beim Entladen erfolgt der Vorgang gleichartig zu Entladebeginn in Bereich des unteren Diffusors.During unloading, the process is similar to the beginning of unloading in the area of the lower diffuser.

Claims (2)

1. Anordnung zur Sicherung der wirbelfreien Einleitung von flüssigen Speichermedien in Schichtenwärmespeicherbehälter (1) über oben bzw. unten angeordnete Diffusoren, gekennzeichnet dadurch, daß an der Abrißkante der Diffusoren1. Arrangement for securing the vortex-free introduction of liquid storage media in layer heat storage tank (1) above or below arranged diffusers, characterized in that at the tear-off edge of the diffusers (2) Lochplattenrjnge (3) vorgesehen werden, die eine laminare horizontale Ausströmung des Mediums mit daraus folgendem definierten Aufbau der Temperaturschichtung entsprechend den Dichteunterschienden gewährleisten.(2) Lochplattenrjnge (3) are provided, which ensure a laminar horizontal outflow of the medium with consequent defined structure of the temperature stratification according to the density differences. Hierzu 1 Seite ZeichnungenFor this 1 page drawings
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