DE102007023766A1 - Partially filling an arrangement having storage elements of heat accumulator with salt melt, comprises heating storage medium at its melting point and then sucking over pressure difference between interior of accumulator and arrangement - Google Patents
Partially filling an arrangement having storage elements of heat accumulator with salt melt, comprises heating storage medium at its melting point and then sucking over pressure difference between interior of accumulator and arrangement Download PDFInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Befüllen einer Anordnung, umfassend zumindest ein Speicherelement eines Wärmespeichers, insbesondere für den Einsatz in einem Gargerät, mit einem verflüssigbaren Speichermedium zur Speicherung von Wärme, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung solch eines Verfahrens.The Invention relates to a method for filling an arrangement, comprising at least one storage element of a heat accumulator, especially for use in a cooking appliance, with a liquefiable storage medium for storage of Heat, as well as a device for carrying such a procedure.
Wärmespeicher
sind im dem Stand der Technik zahlreich bekannt, auch für
den Einsatz in Gargeräten, siehe z. B.
In
der nicht vorveröffentlichten
Vor Inbetriebnahme eines Wärmespeichers muß derselbe mit in jedem Fall einem Speichermedium befüllt werden. Für das Befüllen bspw. mit einem Salz wurden bisher meist manuelle Techniken, wie beispielsweise eine Schöpfkelle in Verbindung mit einem Trichter, verwendet. Nachteilig daran ist das aufwendige manuelle Befüllen. Zudem führt ein unpräzises manuelles Befüllen zu Salzverlusten und zum Kontakt des Salzes mit der Außenfläche des Wärmespeichers. Beim Befüllen des Wärmespeichers mit flüssiger, heißer Salzschmelze können weiterhin die Handhabung heißer Teile und Salzdampf in der Atmosphäre das Befüllen erschweren und zudem eine Gefahr für den Menschen darstellen.In front Commissioning of a heat storage must be the same be filled with in any case a storage medium. For filling eg. With a salt have been so far mostly manual techniques, such as a ladle used in conjunction with a funnel. The disadvantage of this is the elaborate manual filling. In addition leads an imprecise manual filling to salt losses and for contact of the salt with the outer surface the heat storage. When filling the heat accumulator with liquid, hot molten salt Continue handling hot parts and salt vapor in complicate the filling of the atmosphere and moreover pose a danger to humans.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Verfahren derart weiterzuentwickeln, daß die Nachteile des Stands der Technik überwunden werden, um eine Reduzierung des Zeitaufwands und eine Erhöhung der Qualität sowie der Zuverlässigkeit beim Befüllen zu erreichen.Of the Invention is therefore based on the object, the generic Process in such a way that the disadvantages of the prior art are overcome in order to reduce the Time and an increase in quality as well to achieve reliability during filling.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst dadurch gelöst, daß das Speichermedium in einem Reservoir auf zumindest seinen Schmelzpunkt erhitzt und dann über eine Druckdifferenz zwischen dem Inneren des Reservoirs und dem Inneren der Anordnung in jedes Speicherelement der Anordnung gesogen wird.These The object is achieved by the invention solved that the storage medium in a reservoir heated to at least its melting point and then over a pressure difference between the interior of the reservoir and the Inside the assembly sucked into each storage element of the assembly becomes.
Dabei ist bevorzugt, daß das Speichermedium aus einem, vorzugsweise eutektischen, Gemisch aus Li2CO3 und Na2CO3 hergestellt wird.It is preferred that the storage medium from a, preferably eutectic, mixture of Li 2 CO 3 and Na 2 CO 3 is produced.
Ferner kann vorgesehen sein, daß die Temperatur des Speichermediums während eines Befüllvorgangs oberhalb von 500°C, insbesondere bei ungefähr 580°C, gehalten wird.Further can be provided that the temperature of the storage medium during a filling process above 500 ° C, especially at about 580 ° C, is maintained.
Mit der Erfindung wird auch vorgeschlagen, daß die Temperatur des Speichermediums im Reservoir über zumindest einen ersten Temperaturfühler erfaßt und in Abhängigkeit von Ausgabedaten des ersten Temperaturfühlers über eine erste Heizeinrichtung, vorzugsweise mittels einer Steuer- oder Regeleinrichtung, eingestellt wird.With The invention also proposes that the temperature the storage medium in the reservoir via at least a first Temperature sensor detected and depending from output data of the first temperature sensor via a first heating device, preferably by means of a control or Control device is set.
Ferner kann vorgesehen sein, daß die Temperatur des Speichermediums in der Anordnung über zumindest einen zweiten Temperaturfühler erfaßt und in Abhängigkeit von Ausgabedaten des zweiten Temperaturfühlers über eine zweite Heizeinrichtung, vorzugsweise mittels der Steuer- oder Regeleinrichtung, eingestellt wird.Further can be provided that the temperature of the storage medium in the arrangement via at least one second temperature sensor detected and depending on output data of the second temperature sensor via a second heating device, preferably is adjusted by means of the control or regulating device.
Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind dadurch gekennzeichnet, daß flüssiges Speichermedium aus dem Reservoir über zumindest eine erste Fluidleitung, insbesondere gegen die Schwerkraft, in die Anordnung und über zumindest eine zweite Fluidleitung, insbesondere gegen die Schwerkraft, aus der Anordnung zum Beenden eines Befüllvorgangs durch Erstarren des flüssigen Speichermediums geführt wird.embodiments of the method according to the invention are characterized characterized in that liquid storage medium the reservoir via at least one first fluid line, in particular against gravity, in the arrangement and over at least one second fluid line, in particular against gravity, from the Arrangement for terminating a filling process by solidification the liquid storage medium is performed.
Dabei kann vorgesehen sein, daß das Speichermedium durch Kühlung erstarrt wird, vorzugsweise unter Zwischenschaltung der Steuer- oder Regeleinrichtung.there can be provided that the storage medium by cooling solidified, preferably with the interposition of the tax or control device.
Bevorzugt ist erfindungsgemäß, daß über zumindest eine dritte Fluidleitung zur Einstellung der Druckdifferenz ein Unterdruck zumindest zeitweise an die Anordnung angelegt wird, vorzugsweise unter Zwischenschaltung der Steuer- oder Regeleinrichtung, wobei die dritte Fluidleitung vorzugsweise in einem mit der zweiten Fluidleitung ausgeformt wird.Prefers is according to the invention that over at least a third fluid line for adjusting the pressure difference Vacuum is at least temporarily applied to the arrangement, preferably with the interposition of the control or regulating device, wherein the third fluid conduit preferably in one with the second fluid conduit is formed.
Ferner kann vorgesehen sein, daß eine Anordnung aus mehreren Speicherelementen aufgebaut wird, wobei die Speicherelemente nacheinander mit Speichermedium befüllt werden, indem vorzugsweise ein erstes Speicherelement mit der ersten Fluidleitung und ein letztes Speicherelement mit der zweiten Fluidleitung verbunden werden.Further can be provided that an arrangement of a plurality of memory elements is constructed, wherein the memory elements successively with storage medium be filled by preferably a first storage element with the first fluid line and a last memory element with be connected to the second fluid line.
Dabei kann wiederum vorgesehen sein, daß in dem Fall, in dem mehr als zwei Speicherelemente zu einer Anordnung verbunden werden, jedes Speicherelement zwischen dem ersten Speicherelement und dem letzten Speicherelement über zumindest eine Überström-Fluidleitung mit zwei benachbarten Speicherelementen verbunden wird.there may in turn be provided that in the case where more than two memory elements are connected to form an array, each memory element between the first memory element and the last memory element via at least one overflow fluid line is connected to two adjacent memory elements.
Weiterhin wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß ein in ein Speicherelement mündendes, offenes Ende der ersten Fluidleitung, der zweiten Fluidleitung und/oder zumindest einer Überström-Fluidleitung die Füllhöhe in dem Speicherelement mit Speichermedium bestimmt, wobei vorzugsweise die Füllhöhe in jedem Speicherelement einer Anordnung gleich gewählt wird.Furthermore, it is proposed according to the invention gene, that an opening into a memory element, open end of the first fluid line, the second fluid line and / or at least one overflow fluid line determines the filling level in the storage element with storage medium, preferably wherein the filling height is chosen to be the same in each storage element of an array.
Bevorzugt ist erfindungsgemäß desweiteren, daß der Innendurchmesser der ersten Fluidleitung, der zweiten Fluidleitung und/oder jeder Überström-Fluidleitung in Abhängigkeit von dem Füllvolumen, insbesondere der Höhe, des jeweiligen Speicherelements ausgewählt wird.Prefers is according to the invention further that the Inner diameter of the first fluid line, the second fluid line and / or each overflow fluid line in dependence from the filling volume, in particular the height of the respective memory element is selected.
Erfindungsgemäß kann
auch vorgesehen sein, daß die Druckdifferenz Δp
zwischen dem Inneren des Reservoirs, das vorzugsweise zur Atmosphäre
offen ist, und dem Inneren der Anordnung größer
als der hydrostatische Druck ist, den das flüssige Speichermedium
in der ersten Fluidleitung erzeugt, vorzugsweise größer
ist, als der hydrostatische Druck ist, den das flüssige
Speichermedium bis zum Erreichen der zweiten Fluidleitung erzeugt,
am bevorzugtesten wie folgt ausgewählt wird:
Ferner wird mit der Erfindung vorgeschlagen, daß nach Beenden eines Befüllvorgangs die erste und/oder zweite Fluidleitung zumindest teilweise entfernt wird, vorzugsweise oberhalb des erstarrten Speichermediums abgebrochen, durchtrennt oder zerstört wird.Further is proposed with the invention that after finishing a filling operation, the first and / or second fluid line is at least partially removed, preferably above the solidified Storage medium aborted, severed or destroyed becomes.
Mit der Erfindung wird auch eine Vorrichtung zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens geliefert, die gekennzeichnet ist durch einen das Reservoir umfassenden Tiegel, der mit dem Speichermedium zumindest teilweise befüllt ist, in einem Schmelz- und Befüllofen angeordnet und dort mittels einer ersten Heizeinrichtung beheizbar ist; und eine Anordnung mit zumindest einem Speicherelement, zumindest einer ersten Fluidleitung, die an einem ersten Ende in flüssiges Speichermedium in dem Tiegel und an einem zweiten Ende in ein Speicherelement anordbar ist, und zumindest einer zweiten Fluidleitung, die an einem ersten Ende in ein Speicherelement anordbar und an einem zweiten Ende mit einer Kühleinrichtung und/oder einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Unterdrucks verbindbar ist.With The invention also provides an apparatus for performing of a method according to the invention, which is characterized by a cup comprising the reservoir, which at least partially filled with the storage medium is located in a melting and filling furnace and there can be heated by a first heating device; and an arrangement with at least one storage element, at least one first fluid line, at a first end in liquid storage medium in the crucible and at a second end in a storage element can be arranged is, and at least a second fluid line, at a first End can be arranged in a memory element and at a second end with a cooling device and / or a device for generating A negative pressure is connectable.
Dabei kann vorgesehen sein, daß jedes Speicherelement oberhalb des Füllniveaus des Tiegels mit Speichermedium zum Befüllen mit Speichermedium angeordnet ist und/oder eine längliche Form, vorzugsweise die Form eines Zylinders, aufweist, wobei vorzugsweise bei einer Vielzahl von Speicherelementen alle die gleiche Form aufweisen.there can be provided that each memory element above the filling level of the crucible with storage medium for filling arranged with storage medium and / or an elongated shape, preferably in the form of a cylinder, preferably all have the same shape in a plurality of memory elements.
Mit der Erfindung wird auch vorgeschlagen, daß der Tiegel über zumindest einen Isolierfuß in dem Schmelz- und Befüllofen angeordnet ist; und/oder der Schmelz- und Befüllofen mit einem Deckel verschließbar ist, wobei vorzugsweise ein Spalt für die zweite Fluidleitung frei bleibt, und/oder auf zumindest einem Isolierfuß steht; und/oder die Kühleinrichtung eine Wasserkühlstrecke der zweiten Fluidleitung, insbesondere außerhalb des Schmelz- und Befüllofens, umfaßt; und/oder die Vorrichtung zum Erzeugen eines Unterdrucks eine Wasserstrahlpumpe umfaßt.With the invention is also proposed that the crucible over at least one Isolierfuß in the melting and filling furnace is arranged; and / or the melting and filling furnace with a lid is closed, preferably a Gap for the second fluid line remains free, and / or stands on at least one insulating foot; and / or the cooling device a water cooling section of the second fluid line, in particular outside the melting and filling furnace, comprising; and / or the device for generating a negative pressure comprises a water jet pump.
Bevorzugt ist erfindungsgemäß, daß die Anordnung eine Vielzahl von Speicherelementen aufweist, wobei ein erstes Speicherelement mit der ersten Fluidleitung sowie einer Überström-Fluidleitung, das letzte Speicherelement mit der zweiten Fluidleitung sowie einer Überström-Fluidleitung und dazwischen angeordnete Speicherelemente jeweils mit zwei Überstrom-Fluidleitungen in Reihe verbunden sind.Prefers is according to the invention, that the arrangement a plurality of memory elements, wherein a first memory element with the first fluid line and an overflow fluid line, the last storage element with the second fluid line and an overflow fluid line and intermediate storage elements each with two overflow fluid lines connected in series.
Ferner kann vorgesehen sein, daß der Innendurchmesser der ersten Fluidleitung, der Innendurchmesser der zweiten Fluidleitung und der Innendurchmesser jeder Überström-Fluidleitung konstant ist und in Abhängigkeit von der Höhe des jeweiligen Speicherelements ausgewählt ist, vorzugsweise zwischen 3 und 7 mm, am bevorzugtesten ungefähr 4 mm, beträgt.Further can be provided that the inner diameter of the first Fluid line, the inner diameter of the second fluid line and the inner diameter of each overflow fluid line is constant and depending on the height the respective memory element is selected, preferably between 3 and 7 mm, most preferably about 4 mm.
Bevorzugt
ist erfindungsgemäß, daß die Druckdifferenz Δp
zwischen dem Inneren des Tiegels, der vorzugsweise zur Atmosphärendruck
offen ist, und dem Inneren der Anordnung wie folgt berechnet ist
Mit der Erfindung wird auch vorgeschlagen, daß eine zweite Heizeinrichtung mit jedem Speicherelement in Wirkverbindung bringbar ist, wobei vorzugsweise die zweite Heizeinrichtung eine Vielzahl von Heizdrähten umfaßt, die sich von dem ersten Speicherelement in einer Reihenschaltung zu dem letzten Speicherelement erstrecken und über zwei Anschlüsse, nämlich von dem ersten Speicherelement und dem letzten Speicherelement, mit einer Steuer- oder Regeleinrichtung verbindbar sind.The invention also proposes that a second heating device can be brought into operative connection with each storage element, wherein preferably the second heating device has a plurality of heating wires, which extend from the first storage element in a series circuit to the last storage element and are connectable via two terminals, namely from the first storage element and the last storage element, with a control or regulating device.
Ferner
kann auch vorgesehen sein, daß zumindest ein erster Temperaturfühler
die Temperatur des Speichermediums im Tiegel erfaßt und
mit der ersten Heizeinrichtung sowie der Steuer- oder Regeleinrichtung
verbindbar ist, und/oder zumindest ein zweiter Temperaturfühler
die Temperatur des Speichermediums in der Anordnung umfaßt
und mit der zweiten Heizeinrichtung (
Mit der Erfindung wird desweiteren vorgeschlagen, daß die Anordnung in ein Gargerät einbaubar oder mit einem Gargerät verbindbar ist, wobei vorzugsweise der zweite Temperaturfühler und die zweite Heizeinrichtung mit einer weiteren Steuer- oder Regeleinrichtung des Gargeräts verbindbar; und/oder der Teil der ersten Fluidleitung sowie der Teil der zweiten Fluidleitung, der sich jeweils über das jeweilige Speicherelement, insbesondere über die Füllhöhe des jeweiligen Speicherelements mit Speichermedium, hinaus erstreckt, abtrennbar ist.With the invention is further proposed that the arrangement can be installed in a cooking appliance or with a cooking appliance is connectable, preferably the second temperature sensor and the second heater with another control or regulating device the cooking appliance connectable; and / or the part of the first Fluid line and the part of the second fluid line, each over the respective storage element, in particular on the filling level of the respective storage element with storage medium, extending out, is separable.
Schließlich kann erfindungsgemäß auch vorgesehen sein, daß die Höhe des zweiten Endes der ersten Fluidleitung, die Höhe des ersten Endes der zweiten Fluidleitung und die Höhe jedes Endes jeder Überström-Fluidleitung mit der Füllhöhe des jeweiligen Speicherelements übereinstimmt.After all can also be provided according to the invention, that the Height of the second end of the first fluid line, the height the first end of the second fluid line and the height each end of each overflow fluid line with the Level of the respective memory element matches.
Demgemäß ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren erstmals ein einfaches und automatisiertes Befüllen von Speicherelementen eines Wärmespeichers mit bspw. einer Salzschmelze durch Erzeugung einer Druckdifferenz zwischen einem Reservoir der Salzschmelze und dem Inneren einer Anordnung aus Speicherelementen. Dabei wird die Füllmenge der Salzschmelze in den Speicherelementen durch die Höhe der Austrittsöffnungen von Fluidleitung dosiert und ein Befüllvorgang durch Erstarren der Salzschmelze in einer Abkühlstrecke beendet, weshalb keine weiteren Maßnahmen und Verschlussorgane zum Beenden der Befüllung benötigt werden.Accordingly allows the inventive method for the first time a simple and automated filling of memory elements of a Heat storage with, for example, a molten salt by generation a pressure difference between a reservoir of molten salt and the interior of an array of memory elements. Here is the Filling amount of molten salt in the storage elements the height of the outlet openings of fluid line metered and a filling process by solidification of the molten salt ended in a cooling section, which is why no further Measures and closing organs to complete the filling needed.
Da ein Fliessen der Salzschmelze durch Druckdifferenzen in einem quasi geschlossenen System hervorgerufen wird, bleibt die Notwendigkeit einer Salzhandhabung durch den Menschen aus. Auch kann kein Salz an die Oberfläche der Speicherelemente gelangen, und es entstehen keine Salzverluste. Durch die Eigensicherheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine Automatisierung leicht umsetzbar. Da der Befüllungvorgang in einem geschlossenen Behälter stattfindet, wird zudem eine Handhabung heißer Teile und das Austreten von Salzdampf in die Atmosphäre vermieden.There a flow of molten salt due to pressure differences in a quasi closed system, the need remains salt handling by humans. Also, no salt can get to the surface of the storage elements, and it there are no salt losses. Due to the intrinsic safety of the invention Process automation is easy to implement. Because of the filling process in a closed container takes place, moreover Handling of hot parts and the escape of salt vapor in avoided the atmosphere.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung, in der ein erfindungsgemäßes Verfahren und eine erfindungsgemäße Vorrichtung anhand schematischer Zeichnungen beispielhaft erläutert werden. Dabei zeigt:Further Features and advantages of the invention will become apparent from the following Description in which a method according to the invention and a device according to the invention with reference to schematic drawings exemplified. Showing:
In
Die
Salzschmelze
Durch
Unterdruck bzw. eine Druckdifferenz wird also Salzschmelze
Ein
Ausschnitt X aus
Die
in den
Bei einem ausreichenden
Unterdruck in der zweiten Fluidleitung
At a sufficient negative pressure in the second fluid line
Eine
Befülltemperatur von vorzugsweise ungefähr 580°C
soll sicherstellen, daß bei geringfügigem Abkühlen
der Salzschmelze innerhalb der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ein Stocken der Salzschmelze verhindert wird. Da die
Salzschmelze sehr dünnflüssig ist, reicht eine
geringe Druckdifferenz zum Einsaugen derselben aus dem Schmelztiegel
Der
Durchmesser der Fluidleitungen
Die
Temperatur der Salzschmelze ist, wie bereits erwähnt, über
die elektrische Heizvorrichtung
In
Eine
weitere mögliche Anordnung von Speicherelementen
Die in der vorangehenden Beschreibung und den Zeichnungen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in jeder beliebigen Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.The in the foregoing description and drawings Features of the invention can be used individually as well as in any combination for the realization of the Invention in their various embodiments essential be.
- 11
- Schmelztiegelmelting pot
- 22
- Deckel des Schmelz- und Befüllofenscover of the melting and filling furnace
- 3, 3i, 3ii, 3iii 3, 3 i , 3 ii , 3 iii
- elektrische Heizeinrichtungelectrical heater
- 44
- Kühlstrecke innerhalb der zweiten Fluidleitungcooling section within the second fluid line
- 55
- Wasserstrahlpumpe zur Erzeugung eines UnterdrucksWater jet pump for generating a negative pressure
- 66
- Wasseranschlußmains water supply
- 77
- Vorrichtung zur Temperaturüberwachung der Salzschmelzecontraption for temperature monitoring of the molten salt
- 88th
- Schmelz- und Befüllofenmelting and filling oven
- 99
- Temperaturfühler in der Salzschmelze im Tiegeltemperature sensor in the molten salt in the crucible
- 1010
- Salzschmelzemolten salt
- 10a10a
- Speichermedium-FüllhöheStorage medium filling height
- 10b10b
- Speichermediumstorage medium
- 11, 11i 11, 11 i
- erste Fluidleitungfirst fluid line
- 11a11a
- Ende der ersten FluidleitungThe End the first fluid line
- 1212
- Isolierfüße des Schmelz- und BefüllofensInsulating feet of the melting and filling furnace
- 13, 13i 13, 13 i
- zweite Fluidleitungsecond fluid line
- 13a13a
- Ende der zweiten FluidleitungThe End the second fluid line
- 15–15iv 15-15 iv
- Überström-Fluidleitung zwischen den einzelnen SpeicherelementenOverflow fluid line between the individual storage elements
- 17–17v 17-17 BC
- Speicherelemente eines Wärmespeichersstorage elements a heat storage
- 1818
- Heizeinrichtungheater
- 1919
- Isolierfüße des SchmelztiegelsInsulating feet of the crucible
- 20a, 20b20a, 20b
- TemperaturfühlerleitungTemperature sensor cable
- XX
- Ausschnitt aus einer Anordnung von Speicherelementen und Fluidleitungenneckline from an array of storage elements and fluid lines
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- - EP 1092115 B1 [0002] - EP 1092115 B1 [0002]
- - DE 102006048798 [0003] - DE 102006048798 [0003]
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