DE102011000655B4 - heat transport system - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Wärmetransport, wobei ein Speichermaterial in einem transportablen Behälter von einer Wärmequelle zu einer Wärmesenke transportiert wird, wobei der Behälter Anschlüsse (A, B) für ein Beschicken mit Gas und Entnahme von Gas aufweist,wobeifür die Speicherung von sensibler Wärme bei Temperaturen oberhalb von 100 °C ein festes, poröses, insbesondere mineralisches Speichermaterial (233) verwendet wird, welches in dem Behälter als Schüttung eingebracht ist, wobei die Schüttung in Fluidverbindung mit den Anschlüssen steht,wobei zur Speicherung oder Entnahme von Hochtemperaturwärme oberhalb von 100 °C Gas mittels der Anschlüsse durch die Schüttung geleitet wird, so dass Speichermaterial im direkten Gas-Feststoffkontakt thermisch be- bzw. entladen wird,dadurch gekennzeichnet, dassfür die Speicherung das Abgas eines Verbrennungsmotors (220) durch die Schüttung geleitet wird,wobei die Korngrößenverteilung des Speichermaterials (233) so gewählt ist, dass der Differenzdruck bei der Durchströmung der vollständig aufgeheizten Schüttung und des installierten Abgassystems im Bereich von 30 bis 95 Prozent des maximal zulässigen Abgasgegendrucks des Verbrennungsmotors (220) liegt.A method for transporting heat, in which a storage material is transported in a transportable container from a heat source to a heat sink, the container having connections (A, B) for charging and removing gas, the storage of sensible heat at temperatures above 100 °C, a solid, porous, in particular mineral storage material (233) is used, which is introduced into the container as a bed, the bed being in fluid connection with the connections, with gas being used to store or remove high-temperature heat above 100 °C of the connections is passed through the bed, so that storage material is thermally charged or discharged in direct gas-solid contact, characterized in that the exhaust gas of an internal combustion engine (220) is passed through the bed for storage, the grain size distribution of the storage material (233 ) is chosen so that the differential pressure at the Du The flow through the completely heated bed and the installed exhaust system is in the range of 30 to 95 percent of the maximum permissible exhaust back pressure of the combustion engine (220).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Wärmetransportsystem. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Wärmetransportsystem, welches ohne vorgegebene, installierte Transportwege, z.B. Leitungen auskommt sowie die hierfür benötigten mobilen Wärmespeicher und die Verfahren zu deren Be- und Entladung.The invention relates to a heat transport system. In particular, the invention relates to a heat transport system that does not require any predefined, installed transport routes, e.g. lines, as well as the mobile heat storage tanks required for this and the methods for loading and unloading them.

Durch steigende Energiepreise sowie durch den durch die Verbrennung fossiler Energieträger hervorgerufenen anthropogenen Treibhauseffekt gilt es, die vorhandene Energie effizienter zu nutzen und auch bislang nicht genutzte Energiequellen zu erschließen. Mit Hilfe der hier beschriebenen mobilen Wärmespeicher ist es möglich, bislang ungenutzte Abwärme vom Entstehungsort (Wärmequelle) zu Wärmeabnehmern (Wärmesenken) zu transportieren, um sie dort zu nutzen. Dadurch können in den Wärmesenken andere Energieträger substituiert und somit die Umwelt entlastet werden.Due to rising energy prices and the anthropogenic greenhouse effect caused by the burning of fossil fuels, it is necessary to use the available energy more efficiently and also to develop energy sources that have not been used up to now. With the help of the mobile heat storage devices described here, it is possible to transport previously unused waste heat from the point of origin (heat source) to heat consumers (heat sinks) in order to use it there. As a result, other energy sources can be substituted in the heat sinks and the burden on the environment can be reduced.

Prinzipiell besteht die Möglichkeit, diese Abwärme von der Quelle über ein leitungsgebundenes Nah- oder Fernwärmenetz zu Wärmesenken zu transportieren. Vielfach ist der Bau eines solchen leitungsgebundenen Wärmenetzes jedoch schwierig oder unwirtschaftlich. Dies ist besonders der Fall, wenn es schwierige Geländesituationen wie z.B. die Querung von Flüssen oder Bahnstrecken zu bewältigen gilt.In principle, it is possible to transport this waste heat from the source via a local or district heating network to heat sinks. In many cases, however, the construction of such a pipe-bound heating network is difficult or uneconomical. This is particularly the case when there are difficult terrain situations such as crossing rivers or railway lines.

Zur Speicherung von thermischer Energie ohne Leitungsbindung stehen generell drei physikalische Prozesse zur Verfügung: die sensible, latente und thermochemische Wärmespeicherung. Erste Systeme, welche sich der Speicherung latenter Wärme bedienen, um diese ohne Leitungsbindung zu transportieren, sind bereits am Markt verfügbar. Bei diesen Latentwärmespeichern auf Natriumacetatbasis ist die auskoppelbare Temperatur verfahrensbedingt auf etwa 50 °C begrenzt.There are generally three physical processes available for storing thermal energy without a line connection: sensible, latent and thermochemical heat storage. The first systems that use the storage of latent heat in order to transport it without being tied to a line are already available on the market. With these latent heat accumulators based on sodium acetate, the temperature that can be extracted is limited to about 50 °C due to the process.

Das Dokument DD 2 52 664 A1 beschreibt ein mobiles Wärmespeichersystem für den Transport auf der Straße, der Schiene oder auch auf dem Wasser, bei dem sowohl feste, flüssige als auch gasförmige Wärmespeichermaterialen eingesetzt werden können. Das System ist für den Einsatz bei dezentralen Wärmeverbrauchern, bei Heizungs- und Warmwasserbereitungsanlagen vorgesehen.The document DD2 52 664 A1 describes a mobile heat storage system for transport by road, rail or water, in which both solid, liquid and gaseous heat storage materials can be used. The system is intended for use with decentralized heat consumers, with heating and hot water preparation systems.

Die DE 31 15 988 A1 schlägt einen Warmwasserspeicher vor, in dem sowohl warmes als auch kaltes Wasser gleichzeitig und vermischungsfrei vorliegen, wobei eine Trennung zwischen der warmen und der kalten Seite erfolgt. Der Tank hat einen Kaltwassereinlass und einen Warmwasserauslass, zwischen Einlass und Auslass befindet sich eine bewegliche wasserdichte Wand. Es ist vorgesehen, das Wasser von der Einlass- zur Auslassseite der Wand zu befördern, wobei die Wand gleichzeitig verschoben wirdThe DE 31 15 988 A1 proposes a hot water storage tank in which both hot and cold water are present simultaneously and without mixing, with a separation between the hot and cold sides. The tank has cold water inlet and hot water outlet, there is a movable waterproof wall between inlet and outlet. It is intended to move the water from the inlet to the outlet side of the wall, at the same time displacing the wall

In der EP 2 158 432 B1 wird ein Wärmespeicher offenbart, bei dem die Energiespeicherung in Wärmespeicherblöcken erfolgt, in die Verdampferrohre eingebettet sind, in die ein flüssiges Kondensat eingetropft wird, wonach sich in den Verdampferrohren Dampf bildet und der Wärmeinhalt des Dampfes zum Heizen genutzt wird.In the EP 2 158 432 B1 a heat accumulator is disclosed in which the energy is stored in heat accumulator blocks in which the evaporator tubes are embedded, into which a liquid condensate is dripped, after which vapor forms in the evaporator tubes and the heat content of the vapor is used for heating.

Die EP 2 350 549 B1 beschreibt einen von einem Rohrleitungssystem durchzogenen Wärmespeicher. Das System hat einen Teilabschnitt, in dem ein Arbeitsmedium zur Zu- und Abfuhr der Wärmeenergie fließt. In einem weiteren Teilabschnitt ist ein thermisch aufladbares Speichermaterial angeordnet. Ein Fluid strömt beim Laden oder Entladen des Speichermaterials durch die Teilabschnitte, um die Wärmeenergie zwischen dem Rohrleitungssystem und dem Speichermaterial zu übertragen, wobei das Speichermaterial Strömungskanäle zur Führung des Fluids enthält.The EP 2 350 549 B1 describes a heat accumulator traversed by a pipe system. The system has a section in which a working medium flows to supply and remove thermal energy. A thermally chargeable storage material is arranged in a further section. A fluid flows through the sections when the storage material is being charged or discharged in order to transfer the heat energy between the piping system and the storage material, with the storage material containing flow channels for guiding the fluid.

Aufgabe der Erfindung ist es, bestehende Abwärmepotenziale weiterer Wärmequellen in sicherer und effizienter Weise nutzbar zu machen und somit zur Ressourcenschonung und zum Klimaschutz beizutragen.The object of the invention is to make existing waste heat potential from other heat sources usable in a safe and efficient manner and thus to contribute to resource conservation and climate protection.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 sowie durch einen Wärmetransportbehälter gemäß Patentanspruch 5.This object is achieved according to the invention by a method according to patent claim 1 and by a heat transport container according to patent claim 5.

Die Erfindung basiert ausschließlich auf der sensiblen Wärmespeicherung. Die Temperatur der Wärmeträger (des Wärmespeichermaterials) wird also verändert, um Wärmeenergie aufzunehmen oder abzugeben. Die aufgeladenen Wärmeträger werden dann vom Ort einer Wärmequelle zu einer Wärmesenke verbracht, wo die Wärme entladen wird.The invention is based solely on sensible heat storage. The temperature of the heat carrier (the heat storage material) is therefore changed in order to absorb or release heat energy. The charged heat carriers are then taken from the location of a heat source to a heat sink, where the heat is discharged.

Die Erfindung ist insbesondere für die mobile Nutzung von Abwärme aus industriellen, gewerblichen sowie landwirtschaftlichen Quellen bestimmt.The invention is intended in particular for the mobile use of waste heat from industrial, commercial and agricultural sources.

Generell kann Abwärme als Niedertemperaturwärme (unter 100 °C, z.B. Kühlwasser von Blockheizkraftwerken von Biogasanlagen) sowie als Hochtemperaturwärme (über 100 °C, z.B. Prozessdampf oder Abgas von Blockheizkraftwerken) anfallen. Erfindungsgemäß ist die Speicherung von Hochtemperaturwärme vorgesehen (T>100°C).In general, waste heat can occur as low-temperature heat (below 100 °C, e.g. cooling water from combined heat and power plants from biogas plants) and as high-temperature heat (above 100 °C, e.g. process steam or exhaust gas from combined heat and power plants). According to the invention, the storage of high-temperature heat is provided (T>100°C).

Erfindungsgemäß wird Hochtemperaturwärme in einem festen Wärmespeichermaterial gespeichert, wobei ein festes, poröses, insbesondere mineralisches Speichermaterial (233) verwendet wird.According to the invention, high-temperature heat is stored in a solid heat storage material stored, wherein a solid, porous, in particular mineral storage material (233) is used.

Erfindungsgemäß werden Behälter mit dem Speichermaterial auf den verfügbaren Transportwegen zwischen Wärmequellen und Wärmesenken transportiert. Die Konzepte sind insbesondere auf den Straßentransport ausgerichtet, aber auch andere Transportsysteme sind denkbar. Es werden Speichermaterialien mit einer Masse von 5 bis 50 Tonnen verwendet. Zur einfacheren Integration in bestehende Logistikkonzepte können die Speicher in containerähnlicher Bauform ausgeführt sein.According to the invention, containers with the storage material are transported on the available transport routes between heat sources and heat sinks. The concepts are geared in particular to road transport, but other transport systems are also conceivable. Storage materials with a mass of 5 to 50 tons are used. For easier integration into existing logistics concepts, the storage tanks can be designed in a container-like design.

Die erfindungsgemäße Hochtemperaturspeicherung ist zur Nutzung der Abgasabwärme von Generatoren zur Stromerzeugung oder Blockheizkraftwerken geeignet. Derzeit sind in der BRD etwa 5.000 Biogasanlagen mit einer elektrischen Gesamtleistung von etwa 1,7 GW installiert, die mit einer mittleren Verfügbarkeit von 8.000 Stunden pro Jahr betrieben werden. Die von Biogasanlagen nutzbare thermische Leistung entspricht etwa ihrer elektrischen Leistungsabgabe. Der Anteil der nutzbaren Hochtemperaturwärme beträgt knapp die Hälfte der thermischen Leistung. Die überwiegende Anzahl der Biogasanlagen verfügt über keine ausreichende Wärmenutzung, was überwiegend durch die Aufstellungsorte in ländlichen Gegenden begründet ist.The high-temperature storage according to the invention is suitable for using the exhaust gas waste heat from generators to generate electricity or combined heat and power plants. There are currently around 5,000 biogas plants installed in Germany with a total electrical output of around 1.7 GW, which are operated with an average availability of 8,000 hours per year. The thermal output that can be used by biogas plants roughly corresponds to their electrical output. The proportion of usable high-temperature heat is almost half of the thermal output. The vast majority of biogas plants do not have sufficient heat utilization, which is mainly due to the installation sites in rural areas.

Bei dem erfindungsgemäßen Hochtemperatur-Wärmespeicher handelt es sich um eine Variation des Funktionsprinzips des Winderhitzers des Hochofenprozesses (sog. Cowper), bei dem schamottbasierte Steine als Wärmespeichermaterial eingesetzt werden und bei dem der Wärmeübergang ebenfalls durch direkten Gas-Feststoffkontakt ohne zusätzliche Wärmetauscher erfolgt. Für die mobile Wärmespeicherung scheidet die Verwendung von Schamottsteinen allerdings aus, da sie über eine zu geringe mechanische Festigkeit verfügen. Zusätzlich wird ihre hohe thermische Belastbarkeit bei der Speicherung von Motorenabgas nicht benötigt. Es ist erfindungsgemäß ein festes, poröses, vorzugsweise mineralisches Speichermaterial verwendbar. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform stellt eine Kiesschüttung eine geeignete Kombination aus mechanischer und thermischer Stabilität bei gleichzeitig geringen Materialkosten dar.The high-temperature heat accumulator according to the invention is a variation of the functional principle of the hot blast stove of the blast furnace process (so-called Cowper), in which chamotte-based bricks are used as heat accumulator material and in which the heat transfer also takes place through direct gas-solid contact without additional heat exchangers. However, the use of fireclay bricks is ruled out for mobile heat storage because they have insufficient mechanical strength. In addition, their high thermal resilience is not required when storing engine exhaust gases. According to the invention, a solid, porous, preferably mineral storage material can be used. According to a preferred embodiment, a gravel pack represents a suitable combination of mechanical and thermal stability with low material costs at the same time.

Mit einer Speicherdichte von etwa 100 kWh pro Tonne Speichermaterial ist der wirtschaftlich bedingte Transportradius für Hochtemperaturwärme größer als der für Niedertemperaturwärme. Darüber hinaus eröffnet die Speicherung von Hochtemperaturwärme weitere Anwendungsgebiete, die sich mit der erfindungsgemäßen Speicherung von Niedertemperaturwärme oder ersten marktverfügbaren mobilen Latentwärmespeichern auf Natriumacetatbasis (vgl. www.latherm.de), bei denen die auskoppelbare Temperatur auf etwa 50 °C verfahrensbedingt begrenzt ist, kaum realisieren lassen. Zu diesen weiteren Anwendungsgebieten gehören z.B. die Dampferzeugung, der Betrieb von Adsorptionskälteanlagen für Tieftemperaturanwendungen sowie die aus trinkwasserhygienischen Gründen zum Abtöten von Legionellen erforderliche Brauchwassererwärmung auf über 60 °C. Auch wenn ein Teil dieses Anwendungsgebietes theoretisch durch die Verwendung anderer Latentwärmespeichermedien erschlossen werden könnte, würde dies unter Inkaufnahme höherer Kosten zur Beherrschung von Korrosionsproblemen und einer möglichen Einstufung in die Gefahrgutverordnung geschehen. Zum Verfahren der thermochemischen mobilen Wärmespeicherung, z.B. mit Zeolithen, konnten sich bis heute keine Verfahren am Markt etablieren.With a storage density of around 100 kWh per tonne of storage material, the economically required transport radius for high-temperature heat is greater than that for low-temperature heat. In addition, the storage of high-temperature heat opens up further areas of application that hardly relate to the storage of low-temperature heat according to the invention or the first commercially available mobile latent heat storage devices based on sodium acetate (cf. www.latherm.de), in which the temperature that can be extracted is limited to around 50 °C due to the process to realize. These other areas of application include, for example, steam generation, the operation of adsorption chillers for low-temperature applications and the heating of process water to over 60 °C, which is required for reasons of drinking water hygiene to kill legionella. Even if a part of this area of application could theoretically be opened up by using other latent heat storage media, this would be done at the cost of overcoming corrosion problems and a possible classification in the Dangerous Goods Ordinance. To date, no processes have been able to establish themselves on the market for thermochemical mobile heat storage, e.g. with zeolites.

Die Be- und Entladung mit Hochtemperaturwärme erfolgt durch direkten Gas-Feststoffkontakt, da hierdurch der beste Wärmeübergang erzielt werden kann. Darüber hinaus entfallen hierbei verfahrensbedingt die Kosten für Wärmetauscher. Der Umschlag des Wärmespeichermaterials erfolgt erfindungsgemäß durch Austausch von Transporteinheiten, die beispielsweise als Container ausgeführt sein können.The loading and unloading of high-temperature heat takes place through direct gas-solid contact, as this allows the best heat transfer to be achieved. In addition, due to the process, there are no costs for heat exchangers. According to the invention, the heat storage material is transshipped by exchanging transport units, which can be designed as containers, for example.

Kurze Transport- und Umschlagzeiten sind für die Realisierung der Erfindung von besonderer ökonomischer Bedeutung. Abhängig von der verwendeten Technologie, den vereinbarten Preisen für die Abwärme und des transportierten Speichermaterial liegt der Wert einer Speicherladung im Bereich von 50 bis über 100 Euro. Bei einer zukünftigen Erhöhung des zulässigen Gesamtgewichtes für LKW Transporte würde sich dieser Wert entsprechend erhöhen.Short transport and handling times are of particular economic importance for the realization of the invention. Depending on the technology used, the agreed prices for the waste heat and the storage material transported, the value of a storage charge ranges from 50 to over 100 euros. In the event of a future increase in the permissible total weight for truck transport, this value would increase accordingly.

Bei den derzeitigen Betriebskosten für LKWs oder größere Traktoren von etwa 60 bis 80 Euro pro Stunde (inklusive Fahrer) liegt der wirtschaftlich vertretbare Transportradius im Bereich zwischen 5 und 15 Kilometern und ist damit deutlich größer als der Versorgungsradius der meisten Nahwärmenetze.With the current operating costs for trucks or larger tractors of around 60 to 80 euros per hour (including the driver), the economically justifiable transport radius is between 5 and 15 kilometers and is therefore significantly larger than the supply radius of most local heating networks.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen mobilen Hochtemperaturwärmespeicherung besteht in dem extrem einfachen und robusten Aufbau. Der Wärmespeicher kann, sofern er mit den Abgasen von Verbrennungsmotoren, deren Temperatur in aller Regel 400 - 500 °C beträgt, beladen wird, weder überhitzen noch kann er überladen werden. In diesem Temperaturbereich kann z.B. Kies als Wärmespeichermaterial verwendet werden, da eine thermische Umwandlung des Materials, der sogenannte Quarzsprung, erst bei 573 °C stattfinden würde und so sicher ausgeschlossen werden kann. Mit dem Bezugspreis von Kies, der in Kieswerken in der Größenordnung von mehreren Tausend Tonnen pro Tag umgesetzt wird und im Bereich von etwa 10 Euro pro Tonne liegt, kann kein anderes bekanntes Wärmespeichermaterial konkurrieren. Darüber hinaus ist Kies handelsüblich bereits in vielen Korngrößenverteilungen verfügbar, kann einfach nachgesiebt werden und besitzt verglichen mit vielen anderen Gesteinen eine vergleichsweise runde Struktur, die sich positiv auf die Durchströmung mit Gas und auf eine verfahrensnotwendige Auflockerung der Kiesschüttung auswirkt.The advantage of the mobile high-temperature heat storage according to the invention is the extremely simple and robust structure. If the heat accumulator is charged with the exhaust gases from internal combustion engines, the temperature of which is usually 400 - 500 °C, it can neither overheat nor be overcharged. In this temperature range, for example, gravel can be used as a heat storage material, since a thermal conversion of the material, the so-called quartz jump, would only take place at 573 °C and can thus be safely ruled out. With the purchase price of gravel, which in gravel works in the order of several thousand tons per day and is in the range of about 10 euros per ton, no other known heat storage material can compete. In addition, gravel is already commercially available in many particle size distributions, can be easily re-sieved and, compared to many other rocks, has a comparatively round structure, which has a positive effect on the flow of gas and on the loosening of the gravel bed, which is necessary for the process.

Zur Erhöhung des Wärmeüberganges vom heißen Abgas auf den kälteren Kies ist eine möglichst hohe Turbulenz der Gasströmung erforderlich, die zu einem erhöhten gasseitigen Differenzdruck oder Druckverlust über die Kiesschüttung führt. Dieser Druckverlust ist motorenseitig nach oben hin durch die ansteigenden Abgastemperaturen begrenzt. Verschiedene Motorentypen erlauben unterschiedliche maximale Abgasgegendrücke. Als allgemeingültige Obergrenze kann jedoch 10 mbar maximaler Abgasgegendruck angesehen werden. Damit ist der Hochtemperaturspeicher so zu dimensionieren, dass ein maximaler Gegendruck von etwa 7 mbar nicht überschritten werden kann.In order to increase the heat transfer from the hot exhaust gas to the colder gravel, the greatest possible turbulence in the gas flow is required, which leads to an increased differential pressure on the gas side or pressure loss across the gravel bed. This pressure loss has an upper limit on the engine side due to the increasing exhaust gas temperatures. Different engine types allow different maximum exhaust back pressures. However, a maximum exhaust back pressure of 10 mbar can be regarded as a generally applicable upper limit. The high-temperature storage tank must therefore be dimensioned in such a way that a maximum back pressure of around 7 mbar cannot be exceeded.

Die Berechnung des Druckverlustes bei der Durchströmung von Schüttungen kann nach der Gleichung von Ergun berechnet werden, in die die Leerrohrströmungsgeschwindigkeit des Gases, dessen Temperatur, Dichte und Viskosität sowie der Kugeldurchmesser der Schüttung und dessen Lückengrad eingehen.The calculation of the pressure loss when flowing through beds can be calculated using the Ergun equation, which includes the superficial flow rate of the gas, its temperature, density and viscosity as well as the sphere diameter of the bed and its degree of voids.

Mit zunehmender Temperatur steigt bei konstanter Gasströmung, bedingt durch die Erhöhung der Viskosität des Gases, der Druckverlust über die Schüttung. Daher sind die Hochtemperaturspeicher so auszulegen, dass der Druckverlust bei vollständig aufgeheiztem Speicher und einem gegebenen Abgasvolumenstrom sicher unterhalb von beispielsweise 7 mbar bleibt.With increasing temperature and a constant gas flow, the pressure drop across the bed increases due to the increase in the viscosity of the gas. The high-temperature accumulators must therefore be designed in such a way that the pressure loss when the accumulator is fully heated and with a given exhaust gas volume flow remains safely below 7 mbar, for example.

Die Beherrschung von verstärkten Randströmungen, die beim Durchströmen von in festen Geometrien befindlichen Schüttgütern auftreten, ist vergleichsweise einfach durch das Anbringen einer temperaturbeständigen weichen Schicht, wie z.B. Glaswolle, an den Behälterwänden zu erreichen. Glaswolle bietet darüber hinaus den Vorteil, dass sie bei einer verfahrensbedingten Unterschreitung des Wasser- und Säuretaupunktes (z.B. bei Biogasanlagen aus der Verbrennung von Schwefelwasserstoff) chemisch beständig ist. Die gasberührten Teile des Hochtemperaturwärmespeichers sollten aus diesem Grund aus höherwertigen Edelstählen, wie z.B. 1.4571, gefertigt sein. Für die ebenfalls mechanisch hoch beanspruchten Teile, wie den unteren Auflagerost und evtl. auch das gasdurchlässige Tragesystem unterhalb des Auflagerostes kann auch auf besonders gegen Schwefelsäure resistente Stähle wie 1.4539 zurückgegriffen werden.The control of increased edge currents, which occur when flowing through bulk materials in fixed geometries, is comparatively easy to achieve by attaching a temperature-resistant, soft layer, such as glass wool, to the container walls. Glass wool also offers the advantage that it is chemically resistant if the water and acid dew point is not reached due to the process (e.g. in biogas plants from the combustion of hydrogen sulfide). For this reason, the parts of the high-temperature heat accumulator that come into contact with the gas should be made of high-quality stainless steel, such as 1.4571. Steels that are particularly resistant to sulfuric acid, such as 1.4539, can also be used for parts that are also subjected to high mechanical loads, such as the lower support grid and possibly also the gas-permeable support system below the support grid.

Die wesentliche Herausforderung besteht in der Beherrschung der Wärmespannungen, die beim Aufheizen und Abkühlen der Schüttung entstehen. Die lineare Ausdehnung einzelner Kiesel liegt bei einer Temperaturänderung von 400 Kelvin etwa im Bereich von einem Prozent. Beim Abkühlen der Schüttung zieht sich diese zusammen, und es besteht die Gefahr, dass einzelne Steine in eine tiefere Ebene rutschen, so dass die Schüttung zusammensackt und sich im unteren Teil verdichtet. Bei erneuter Erwärmung treten dadurch im unteren Teil immer stärkere Kräfte durch die Wärmeausdehnung des Speichermaterials auf. Nach einer größeren Anzahl von Wechselzyklen kann es bei stationären Wärmespeichern hierdurch zu einer mechanischen Zerstörung der das Speichermaterial umgebenden Behälter kommen.The main challenge is to control the thermal stresses that arise when the fill is heated and cooled. The linear expansion of individual pebbles is around one percent for a temperature change of 400 Kelvin. When the fill cools, it contracts and there is a risk that individual stones will slide down to a lower level, causing the fill to collapse and become compacted in the lower part. When it heats up again, ever stronger forces occur in the lower part due to the thermal expansion of the storage material. After a larger number of exchange cycles, this can lead to mechanical destruction of the containers surrounding the storage material in stationary heat accumulators.

Bei mobilen Wärmespeichern, die beispielsweise mit eher rundem Kies gefüllt sind, kommt es allein durch transportbedingte Erschütterungen zu einer fortwährenden Auflockerung des Speichermaterials. Durch die optional sich nach oben erweiternden konischen Behälterwände kann eine Ableitung der Wärmespannungen beim Aufheizvorgang nach oben erfolgen, die Auflockerung durch Transporterschütterungen wird begünstigt.In the case of mobile heat storage tanks, which are filled with rather round gravel, for example, the storage material is continuously loosened up simply by vibrations caused by transport. The conical container walls, which optionally widen upwards, allow the thermal stresses during the heating process to be dissipated upwards, which promotes loosening due to vibrations during transport.

Das folgende Beispiel veranschaulicht eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Hochtemperaturwärmespeichers: Drei konische Behälter aus Edelstahl (z.B. 1.4571) mit einer Höhe von 2.300 mm, einem oberen Durchmesser von 2.000 mm und einem unteren Durchmesser von 1.500 mm sind in einem innenseitig wärmegedämmten Container installiert und mit insgesamt 23 Tonnen Kies gefüllt. Bei einer Beladung bis zu einer mittleren Temperatur von 450 °C und einer Entladung bis auf 50 °C können etwa 2.300 kWh an Wärme gespeichert werden. Für den Fall, dass zukünftig LKW-Transporte bis 60 Tonnen (sogenannte Gigaliner) zugelassen werden, erhöht sich der Anwendungsbereich aller Verfahren der mobilen Wärmespeicherung erheblich.The following example illustrates an embodiment of the high-temperature heat accumulator according to the invention: three conical containers made of stainless steel (e.g. 1.4571) with a height of 2,300 mm, an upper diameter of 2,000 mm and a lower diameter of 1,500 mm are installed in a container that is thermally insulated on the inside and with a total of 23 filled with tons of gravel. With charging up to an average temperature of 450 °C and discharging down to 50 °C, around 2,300 kWh of heat can be stored. In the event that truck transports of up to 60 tons (so-called gigaliners) are permitted in the future, the scope of all mobile heat storage processes will increase considerably.

Die Metallkonstruktion der mobilen Hochtemperaturwärmespeicher nach dem o.g. Beispiel ist für alle Größen von Biogasanlagen und verwendeten Motorentypen gleich. Abhängig vom jeweiligen Abgasvolumenstrom und dem maximal zulässigen Abgasgegendruck werden unterschiedliche Kiesschüttungen verwendet.The metal construction of the mobile high-temperature heat storage according to the above example is the same for all sizes of biogas plants and engine types used. Depending on the respective exhaust gas volume flow and the maximum permissible exhaust gas back pressure, different gravel packings are used.

Die Speicherdichte der erfindungsgemäßen Hochtemperaturwärmespeicherung pro Containerladung liegt mit etwa 100 kWh pro Tonne Speichermaterial, unabhängig von der gesetzlich zulässigen Begrenzung der Transporttonnage, etwa 50 Prozent höher als die der erfindungsgemäßen Niedertemperaturwärmespeicherung, und damit im Bereich von marktverfügbaren Latentwärmespeichern auf Natriumacetatbasis.The storage density of the high-temperature heat storage according to the invention per container load is about 100 kWh per ton of storage material, regardless of the legally permissible Limitation of the transport tonnage, about 50 percent higher than that of the low-temperature heat storage according to the invention, and thus in the range of commercially available latent heat storage devices based on sodium acetate.

Anhand der Zeichnungen wird das erfindungsgemäße Prinzip der mobilen sensiblen Wärmespeicherung näher erläutert:

  • 1 bis 4 zeigen die Be- und Entladung eines Mobilspeichers mit festem mineralischen Speichermaterial gemäß der Erfindung;
  • 5 und 6 zeigen eine Ausführungsform des Mobilspeichers mit festem mineralischen Speichermaterial gemäß der Erfindung;
  • 7 bis 11 zeigen alternative Ausführungsformen des Mobilspeichers mit festem mineralischen Speichermaterial gemäß der Erfindung;
The principle of mobile sensible heat storage according to the invention is explained in more detail on the basis of the drawings:
  • 1 until 4 show the loading and unloading of a mobile storage with solid mineral storage material according to the invention;
  • 5 and 6 Figure 12 shows an embodiment of the mobile memory with solid mineral storage material according to the invention;
  • 7 until 11 Figure 12 shows alternative embodiments of mobile storage with solid mineral storage material according to the invention;

In 1 bis 4 wird beispielhaft die Be- und Entladung eines Mobilspeichers mit festem mineralischen Speichermaterial dargestellt.In 1 until 4 the loading and unloading of a mobile storage tank with solid mineral storage material is shown as an example.

Drei konische gasdichte Behälter (230), in deren Inneren sich das poröse Wärmespeichermaterial befindet, sind, wie beispielhaft in 1 dargestellt, in einem Container (231) montiert. Zur Verringerung von Wärmeverlusten sind die drei Behälter sowie der Innenraum des Containers mit Mineralwolle (232) gedämmt. Das heiße Abgas eines Stromaggregates mit Verbrennungsmotor (220) wird über den Stutzen A in den linken der drei Behälter eingeleitet, durchströmt das poröse Wärmespeichermaterial (233) von unten nach oben und tritt im oberen Teil des linken Behälters wieder aus. Der Wärmeübergang vom heißen Abgas an das Wärmespeichermaterial erfolgt ungehindert durch direkten Gas-Feststoffkontakt. Am Boden der drei Behälter ist jeweils als zusätzliche Option ein Ablassstutzen (236) für bei der Abkühlung aus dem Gas ausfallendes Kondensat angebracht. Zum Schutz des Verbrennungsmotors darf ein zusätzlicher maximaler Abgasgegendruck nicht überschritten werden. Als allgemeiner Richtwert kann hier von 10 mbar für das gesamte Abgassystem nach dem Schalldämpfer ausgegangen werden. Als Auslegungsgrundlage und zur Berücksichtigung von Rohrleitungsverlusten soll der maximale Druckverlust über das gesamte Speichermaterial im aufgeheizten Zustand inklusive der Strömungsverluste innerhalb des Mobilspeichers 7 mbar betragen. Als zusätzliche Sicherheit ist zwischen Verbrennungsmotor und Mobilspeicher ein Sicherheitsventil (221) installiert, das bei einem unzulässig hohen Druckverlust über den Mobilspeicher öffnet, das heiße Abgas über einen Notkamin (222) in die Umgebung ableitet und den Motor so vor Beschädigungen schützt. 1 zeigt den Mobilspeicher während des fortgeschrittenen Beladungsvorgangs. Über den Stutzen A wird vom Verbrennungsmotor kommendes 450 °C heißes Abgas in den Speicher geleitet. Das Speichermaterial im linken Behälter hat eine mittlere Temperatur von 400 °C, die im mittleren Behälter von 200 °C, während das Speichermaterial im linken Behälter noch eine mittlere Temperatur von etwa 50 °C aufweist. Das Abgas wird über einen Kamin (223) an die Umgebung abgegeben.Three conical gas-tight containers (230), inside which the porous heat storage material is located, are, as exemplified in 1 shown mounted in a container (231). To reduce heat loss, the three tanks and the interior of the container are insulated with mineral wool (232). The hot exhaust gas from a generator with an internal combustion engine (220) is fed into the left of the three tanks via port A, flows through the porous heat storage material (233) from bottom to top and exits again in the upper part of the left tank. The heat transfer from the hot exhaust gas to the heat storage material is unimpeded by direct gas-solid contact. As an additional option, a drain connector (236) for condensate falling out of the gas during cooling is attached to the bottom of each of the three containers. To protect the combustion engine, an additional maximum exhaust back pressure must not be exceeded. As a general guide value, 10 mbar can be assumed for the entire exhaust system after the silencer. As a design basis and to take pipe losses into account, the maximum pressure loss across the entire storage material when heated, including the flow losses within the mobile storage tank, should be 7 mbar. For additional safety, a safety valve (221) is installed between the combustion engine and the mobile accumulator, which opens in the event of an impermissibly high pressure loss across the mobile accumulator, diverts the hot exhaust gas to the environment via an emergency chimney (222), thus protecting the engine from damage. 1 shows the mobile memory during the advanced loading process. Exhaust gas at a temperature of 450 °C from the combustion engine is fed into the accumulator via connection A. The storage material in the container on the left has an average temperature of 400 °C, that in the middle container is 200 °C, while the storage material in the container on the left still has an average temperature of around 50 °C. The exhaust gas is discharged to the environment via a chimney (223).

In 1 bis 3 sind die drei Behälter (230) beispielhaft in Reihe geschaltet. Ebenso können die Behälter parallel geschaltet werden, wie in 4 dargestellt. Durch die Parallelschaltung verringert sich die Anströmgeschwindigkeit des Abgases auf das Speichermaterial, so dass bei gleicher Schüttung der Druckverlust über das Speichermaterial deutlich abnimmt. Dieser Verringerung des Druckverlustes bei Parallelschaltung der drei Behälter kann durch die Wahl eines kleineren Korndurchmessers des Speichermaterials entgegengewirkt werden.In 1 until 3 the three containers (230) are connected in series, for example. Likewise, the containers can be connected in parallel, as in 4 shown. The parallel connection reduces the flow velocity of the exhaust gas onto the storage material, so that the pressure loss across the storage material decreases significantly with the same bed. This reduction in pressure loss when the three tanks are connected in parallel can be counteracted by choosing a smaller grain diameter for the storage material.

Beispielhaft kann für einen Stromerzeuger mit einer elektrischen Leistung von 500 kW, bei dem der Druckverlust über das Speichermaterial etwa 7 mbar betragen soll, bei Reihenschaltung der drei Behälter eine Kiesschüttung mit Kornduchmessern von 32 bis 38 mm und bei Parallelschaltung eine Kiesschüttung mit einem Korndurchmesser von 3 bis 7 mm verwendet werden.As an example, for a power generator with an electrical output of 500 kW, in which the pressure loss across the storage material should be around 7 mbar, with the three containers connected in series, a gravel bed with a grain diameter of 32 to 38 mm and with a parallel connection a gravel bed with a grain diameter of 3 up to 7 mm can be used.

2 zeigt die gleiche Anordnung wie 1, jedoch am Ende des Aufladevorgangs. Das linke Speichermaterial hat beinahe die Eintrittstemperatur des Abgases erreicht. Die Temperatur des rechten Speichermaterials ist nur noch geringfügig unterhalb der Eintrittstemperatur am Stutzen A, so dass über den Kamin (223) 400 °C heißes Abgas an die Umgebung abgegeben wird. Mit einer weiter fortschreitenden Aufheizung der drei Speichermaterialien verschlechtert sich durch den Abgasverlust das Verhältnis von Abgaswärme des Verbrennungsmotors zur gespeicherten Wärme. Zur Erzielung eines hohen Speicherwirkungsgrades sollte daher die Aufladung des gesamten Speichermaterials nicht bis zur Abgastemperatur durchgeführt werden. Als Richtwert für den Ladeschluss kann gelten, wenn die Gastemperatur am Stutzen B gemessen in Grad Celsius etwa 85 bis 90 Prozent der in Grad Celsius gemessenen Temperatur am Stutzen A beträgt. 2 shows the same arrangement as 1 , but at the end of the charging process. The storage material on the left has almost reached the inlet temperature of the exhaust gas. The temperature of the storage material on the right is only slightly below the inlet temperature at socket A, so that exhaust gas with a temperature of 400 °C is released into the environment via the chimney (223). As the three storage materials continue to heat up, the exhaust gas loss causes the ratio of exhaust gas heat from the combustion engine to stored heat to deteriorate. In order to achieve a high level of storage efficiency, the charging of the entire storage material should therefore not be carried out up to the exhaust gas temperature. As a guideline for the end of charging, the gas temperature measured in degrees Celsius at port B is around 85 to 90 percent of the temperature measured in degrees Celsius at port A.

Sollte es aus genehmigungsrechtlicher Sicht erforderlich sein, eine vorgeschriebene Abgasmindesttemperatur im Kamin, von beispielsweise 60 K oberhalb des Wassertaupunktes, einzuhalten, so kann dies eine Wiederaufheizung des aus dem Speicher austretenden kalten Abgases erforderlich machen. Die Austrittstemperaturen des Abgases (z.B. 1, Stutzen B) liegen zu Beginn des Ladevorganges eines auf Umgebungstemperatur ausgekühlten Speichers typischerweise im Bereich von etwa 40 bis 65 °C und steigen während des Beladungsvorganges bis nahe der Abgastemperatur am Eintrittsstutzen (A). Würde eine Wiederaufheizung des Abgases auf beispielsweise mindestens 120 °C vorgeschrieben, so müsste das am Stutzen B aus dem Speicher austretende Abgas so lange aufgeheizt werden, bis der Speicher so weit aufgeladen ist, dass die Austrittstemperatur am Stutzen B diesen Mindestwert 120 °C überschreitet.Should it be necessary to comply with a prescribed minimum flue gas temperature in the chimney, for example 60 K above the water dew point, from the point of view of licensing law, this may make it necessary to reheat the cold flue gas exiting the storage tank. The exit temperatures of the exhaust gas (e.g 1 , connector B) are typically in the range of around 40 to 65 °C and increase during the loading process to almost the exhaust gas temperature at the inlet port (A). If the exhaust gas were to be reheated to at least 120 °C, for example, the exhaust gas exiting the accumulator at port B would have to be heated until the accumulator is charged to such an extent that the outlet temperature at port B exceeds this minimum value of 120 °C.

Die Wiederaufheizung kann prinzipiell auf verschiedene Arten erfolgen:

  • a) Mit Abwärme des Verbrennungsmotors
    • - Einstufig über Erwärmung des Abgases über einen Ölkühler (Abgas-Motoröl-Wärmetauscher) mit Motoröltemperaturen deutlich über 150 °C
    • - Zweistufig: Vorwärmung des Abgases mit Kühlwasser auf etwa 80 °C. Zur weiteren Aufheizung kann ein Teilvolumenstrom des heißen Abgases gemäß b) erfolgen
  • b) Durch Beimischung eines Teilvolumenstroms des heißen Abgases vom Stutzen A, der im Bypass um den Wärmespeicher herumgeführt wird und dem kalten Abgas vor dem Eintritt in den Kamin (223) beigemischt wird.
In principle, reheating can take place in different ways:
  • a) With waste heat from the internal combustion engine
    • - Single-stage heating of the exhaust gas via an oil cooler (exhaust gas engine oil heat exchanger) with engine oil temperatures well above 150 °C
    • - Two-stage: preheating of the exhaust gas with cooling water to around 80 °C. For further heating, a partial volume flow of the hot exhaust gas can take place according to b).
  • b) By adding a partial volume flow of the hot exhaust gas from nozzle A, which bypasses the heat accumulator and is added to the cold exhaust gas before it enters the chimney (223).

Generell erhöht eine Wiederaufheizung der Abgase vor dem Eintritt in den Kamin den betriebsnotwendigen apparativen Aufwand erheblich. Insbesondere eine Wiederaufheizung der kalten Abgases mit einem Teilvolumenstrom des heißem Abgas wirkt dem erfindungsgemäßen Gedanken entgegen, da der Ladevorgang des Speichers länger dauert und daher insgesamt weniger der Abgasabwärme für die Abgabe an den Wärmekunden genutzt werden kann. Auch aus Sicht des Emissions- und Immissionsschutz wird hierdurch keine Minderung von erzielt, da durch die Wiederaufheizung die Kondensation vom Kamin räumlich in die Atmosphäre verlagert wird, wo sie bei Abkühlung der Abgase erneut stattfindet.In general, reheating the exhaust gases before they enter the chimney considerably increases the amount of equipment required for operation. In particular, reheating the cold exhaust gas with a partial volume flow of the hot exhaust gas counteracts the idea of the invention, since the charging process of the memory takes longer and therefore less of the exhaust gas waste heat can be used for delivery to the heat customer. From the point of view of emission and immission protection, no reduction is achieved as a result of the reheating, the condensation is spatially shifted from the chimney into the atmosphere, where it takes place again when the exhaust gases cool down.

Sofern eine Wiederaufheizung der Abgase nicht zwingend durch eine Genehmigungsbehörde vorgeschrieben wird, sollte in jedem Fall aus ökologischer und ökonomischer Sicht hierauf verzichtet werden.If a reheating of the exhaust gases is not mandatory by an approval authority, this should be avoided in any case from an ecological and economic point of view.

Generell sollte zur Entladung des Mobilspeichers, unabhängig davon, ob die Behälter parallel oder in Reihe geschaltet sind, die kühlere Luft über den Stutzen B (Gasaustrittstutzen während der Aufladung) in den Speicher eingebracht werden. Hierdurch trifft die Luft zuerst auf den kühleren Teil des Speichermaterials und kann sich im Laufe der Durchströmung weiter aufheizen. Die Austrittstemperatur der heißen Luft wird so maximiert und der Wärmeübergang im Wärmetauscher (234) verbessert, so dass dieser kleiner dimensioniert werden kann.In general, to discharge the mobile storage tank, regardless of whether the tanks are connected in parallel or in series, the cooler air should be introduced into the storage tank via port B (gas outlet port during charging). As a result, the air first hits the cooler part of the storage material and can continue to heat up as it flows through. The outlet temperature of the hot air is thus maximized and the heat transfer in the heat exchanger (234) is improved, so that it can be dimensioned smaller.

In 3 ist die Entladung des Mobilspeichers an einer Wärmesenke (108) dargestellt. Die Entladung erfolgt analog zur Beladung ebenfalls im direkten Gas-Feststoffkontakt. Beispielhaft erfolgt die Entladung hier an in Reihe geschalteten Behältern, sie kann jedoch, wie bereits erwähnt, auch bei parallel geschalten Behältern erfolgen (unter Verwendung von feinerem Schüttgut zur Erhaltung des Druckverlustes). Über einen Ventilator (235) wird Luft beispielhaft mit einer Temperatur von 50 bis 100 °C über den Stutzen B dem aufgeheizten Mobilspeicher zugeführt. Der Ventilator ist zur Materialschonung auf der kalten Seite montiert. Beim Durchströmen des aufgeheizten Speichermaterials erwärmt sie sich bis beinahe zur Maximaltemperatur des Speichers. 4 zeigt beispielhaft die Entladung des Mobilspeichers mit parallel geschalteten gasdichten Innenbehältern. Sowohl in 3 als auch in 4 tritt die Luft mit 420 °C aus dem Speicher aus und gibt ihre Wärme in einem Gas-Flüssigkeitswärmetauscher (234) ab, von dem aus die Wärmesenke (108) versorgt wird.In 3 the discharging of the mobile memory at a heat sink (108) is shown. Similar to charging, discharging also takes place in direct gas-solid contact. As an example, the unloading takes place here on containers connected in series, but, as already mentioned, it can also take place on containers connected in parallel (using finer bulk material to maintain the pressure loss). A fan (235) supplies air, for example at a temperature of 50 to 100 °C, via connection B to the heated mobile accumulator. The fan is mounted on the cold side to protect the material. When flowing through the heated storage material, it heats up to almost the maximum temperature of the storage. 4 shows an example of the discharging of the mobile storage tank with gas-tight inner containers connected in parallel. As well in 3 as well as in 4 the air leaves the storage tank at 420 °C and gives off its heat in a gas-liquid heat exchanger (234), from which the heat sink (108) is supplied.

5: Darstellung des erfindungsgemäßen Speichers zur Be- und Entladung eines festen Speichermaterials mit Wärmeenergie durch direkten Gaskontakt. Der Speicher verfügt über ein festes Speichermaterial (233) mit innerem Poren- bzw. Gassensystem, das vom Wärmeträgergas über den Eintritt A zum Austritt B durchströmt wird, einer gasdichten Ummantelung (Innenbehälter, 230) mit innenseitigem weichen Material (240), wie z.B. Glaswolle zur Reduzierung der Randgängigkeit der Gasströmung, sowie hier beispielhaft dargestellt allseitig angebrachten krafttragenden thermischen Entkopplungen (241). Die gasdichte Ummantelung (230) stellt sicher, das über den Stutzen A eingebrachtes Wärmeträgergas gerichtet durch das feste Wämespeichermaterial (233) geführt wird und am Stutzen B austritt, ohne dass eine Leckage in die Isolierung (232) bzw. die Umgebung auftreten kann. Die An- und Abströmflächen (242, 243) können beispielsweise als Roste, Lochbleche oder Gitter ausgeführt sein. Das Gewicht des Wärmespeichermaterials wird über den unteren Anströmrost (242), die untere gasdurchlässige Trägerkonstruktion (244), die krafttragenden thermischen Entkopplungen (241) auf die äußere Containerhülle (231) übertragen. An der Unterseite der gasdichten Ummantelung (230) ist ein Ablassstutzen (236) für bei der Abkühlung des Gases anfallendes Kondensat angebracht. 5 : Representation of the storage device according to the invention for charging and discharging a solid storage material with thermal energy through direct gas contact. The accumulator has a solid storage material (233) with an internal pore or lane system through which the heat carrier gas flows via inlet A to outlet B, a gas-tight casing (inner container, 230) with soft material (240) on the inside, such as glass wool to reduce the edge movement of the gas flow, as well as load-bearing thermal decoupling (241) attached on all sides, shown here as an example. The gas-tight casing (230) ensures that the heat transfer gas introduced via socket A is directed through the solid heat storage material (233) and exits at socket B without leakage into the insulation (232) or the environment. The inflow and outflow surfaces (242, 243) can be designed, for example, as grates, perforated plates or grids. The weight of the heat storage material is transferred to the outer container shell (231) via the lower inflow grate (242), the lower gas-permeable support structure (244), the load-bearing thermal decoupling (241). On the underside of the gas-tight casing (230) there is a drain connector (236) for condensate that occurs when the gas is cooled.

Die Umkehrung der Strömungsrichtung des Gases von Stutzen B zu Stutzen A ist auch ohne explizite graphische Darstellung Bestandteil der Erfindung.The reversal of the flow direction of the gas from connection piece B to connection piece A is part of the invention even without an explicit graphic representation.

6 zeigt den Aufbau des unteren Auflagerostes detaillierter. Der untere Auflagerost (242) besteht beispielsweise aus Winkelprofilen aus Edelstahl, die mit einem ausreichenden Abstand für den Gasdurchtritt zueinander angebracht sind. Der Auflagerost ist fest mit der gasdurchlässigen Trägerkonstruktion (244) verbunden. Auf dem Auflagerost befindet sich eine mehrlagige Schicht von großen Steinen (246), die so groß sind, dass sie nicht durch den Auflagerost fallen können und die durch ein Edelstahlnetz (245) fest auf dem Auflagerost gehalten werden. Durch diese Fixierung der großen Steine wird verhindert, dass diese durch transportbedingte Erschütterungen in der feinkörnigeren Schicht des Speichermaterials aufschwimmen, wodurch letztlich die feinkörnige Schicht durch den Auflagerost rieseln würde. 6 shows the structure of the lower support grid in more detail. The lower support grid (242) consists, for example, of angle profiles made of stainless steel, which are attached to one another with a sufficient distance for the passage of gas. The support grid is firmly connected to the gas-permeable support structure (244). On the support grid there is a multi-layered layer of large stones (246) which are so large that they cannot fall through the support grid and which are held firmly on the support grid by a stainless steel net (245). Fixing the large stones in this way prevents them from floating up in the fine-grained layer of the storage material as a result of transport-related vibrations, which would ultimately cause the fine-grained layer to trickle through the support grid.

Die Größenverhältnisse der Steine sind so zu wählen, dass das feinkörnige Speichermaterial nicht durch die Porenräume der großen Steine rieseln kann. Bei besonders feinkörnigem Speichermaterial kann auch eine zweite Schicht mit Steinen einer mittleren Korngröße (hier nicht dargestellt) hinzugefügt werden.The proportions of the stones should be selected in such a way that the fine-grain storage material cannot trickle through the pore spaces of the large stones. In the case of particularly fine-grained storage material, a second layer with medium-sized stones (not shown here) can also be added.

In 7 ist eine Variante der Entladung des Speichers mit festem Speichermaterial dargestellt durch einen Kaltluft ansaugenden Ventilator (247), bei der die heiße Luft direkt, d.h. ohne Wärmetauscher und Kreislaufführung, genutzt wird.In 7 is a variant of discharging the store with solid storage material represented by a fan (247) sucking in cold air, in which the hot air is used directly, ie without a heat exchanger and circulation.

In 8 bis 11 sind Variation des erfindungsgemäßen Speichers mit festem Speichermaterial dargestellt.In 8th until 11 1 shows variations of the memory according to the invention with solid storage material.

In 8 ist eine mittige Trennwand (250) installiert, so dass das Gas innerhalb eines gasdichten Behälters (230) umgelenkt wird. Die längere Wegstrecke des Gases durch das Speichermaterial kann zur Erhöhung des Druckverlustes genutzt werden.In 8th a central partition (250) is installed so that the gas is deflected within a gas tight container (230). The longer path of the gas through the storage material can be used to increase the pressure loss.

In 9 findet eine horizontale Durchströmung des festen Speichermaterials statt. Der gasdichte Behälter kann sowohl rund als auch eckig ausgeführt sein. Die seitlichen Begrenzungsroste (251, 252) halten die Wärmespeichermaterialien in Form und können wie bei den vertikalen Varianten oder auch als seitlich offene Lamellen- oder Jalousieroste oder durch schräg angestellte Flacheisen ausgeführt sein, durch die Wärmespannungen des Wärmespeichermaterials durch seitliche Bewegung der Schüttung abgebaut werden können.In 9 there is a horizontal flow through the solid storage material. The gas-tight container can be round or square. The lateral boundary gratings (251, 252) keep the heat storage materials in shape and can be designed as in the vertical variants or as lamellar or louvered gratings open at the side or by slanting flat bars, through which thermal stresses in the heat storage material can be reduced by lateral movement of the fill .

In 10 ist die Durchströmung mehrerer paralleler Kammern (253) von Speichermaterial dargestellt.In 10 shows the flow through several parallel chambers (253) of storage material.

11 zeigt einen radialsymmetrischen Aufbau mit konzentrischen An- und Abströmrosten (254, 255), die die Schüttung aus Wärmespeichermaterial in Form halten. 11 shows a radially symmetrical structure with concentric inflow and outflow grates (254, 255) which keep the bed of heat storage material in shape.

Eine Umkehr der Strömungsrichtung (zwischen den Ein- und Auslassstutzen A und B) ist bei allen dargestellten Zeichnungen auch ohne explizite graphische Darstellung Bestandteil der Erfindung.A reversal of the direction of flow (between the inlet and outlet connectors A and B) is part of the invention in all of the drawings shown, even without an explicit graphic representation.

Claims (6)

Verfahren zum Wärmetransport, wobei ein Speichermaterial in einem transportablen Behälter von einer Wärmequelle zu einer Wärmesenke transportiert wird, wobei der Behälter Anschlüsse (A, B) für ein Beschicken mit Gas und Entnahme von Gas aufweist, wobei für die Speicherung von sensibler Wärme bei Temperaturen oberhalb von 100 °C ein festes, poröses, insbesondere mineralisches Speichermaterial (233) verwendet wird, welches in dem Behälter als Schüttung eingebracht ist, wobei die Schüttung in Fluidverbindung mit den Anschlüssen steht, wobei zur Speicherung oder Entnahme von Hochtemperaturwärme oberhalb von 100 °C Gas mittels der Anschlüsse durch die Schüttung geleitet wird, so dass Speichermaterial im direkten Gas-Feststoffkontakt thermisch be- bzw. entladen wird, dadurch gekennzeichnet, dass für die Speicherung das Abgas eines Verbrennungsmotors (220) durch die Schüttung geleitet wird, wobei die Korngrößenverteilung des Speichermaterials (233) so gewählt ist, dass der Differenzdruck bei der Durchströmung der vollständig aufgeheizten Schüttung und des installierten Abgassystems im Bereich von 30 bis 95 Prozent des maximal zulässigen Abgasgegendrucks des Verbrennungsmotors (220) liegt.A method for transporting heat, in which a storage material is transported in a transportable container from a heat source to a heat sink, the container having connections (A, B) for gas charging and gas extraction, for the storage of sensible heat at temperatures above of 100 °C, a solid, porous, in particular mineral storage material (233) is used, which is introduced into the container as a bed, the bed being in fluid connection with the connections, with gas for storing or removing high-temperature heat above 100 °C is passed through the bed by means of the connections, so that storage material is thermally charged or discharged in direct gas-solid contact, characterized in that the exhaust gas of an internal combustion engine (220) is passed through the bed for storage, with the grain size distribution of the storage material (233) is chosen so that the differential pressure at the flow through the completely heated bed and the installed exhaust gas system is in the range of 30 to 95 percent of the maximum permissible exhaust gas back pressure of the internal combustion engine (220). Verfahren zum Wärmetransport nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Speicherung von Wärme bei Temperaturen bis 550 °C Kies als Speichermaterial verwendet wird.Heat transfer method claim 1 , characterized in that for the storage of heat at temperatures up to 550 ° C gravel is used as a storage material. Verfahren zum Wärmetransport nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass am Speicher austretendes kaltes Abgas (Stutzen B) mit der Abwärme des Verbrennungsmotors oder mit einem Teilvolumenstrom des heißen Abgases (Stutzen A) aufgeheizt wird, bis eine vorgegebene Mindestgastemperatur für den Eintritt in einen Kamin (223) erreicht ist.Heat transfer method claim 1 or 2 , characterized in that the cold exhaust gas (connector B) exiting the storage tank is heated with the waste heat from the internal combustion engine or with a partial volume flow of the hot exhaust gas (connector A) until a specified minimum gas temperature for entry into a chimney (223) is reached. Verfahren zum Wärmetransport nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Korngrößenverteilung des Speichermaterials so gewählt wird, dass der Differenzdruck bei der Durchströmung der vollständig aufgeheizten Schüttung und des installierten Abgassystems im Bereich von 50 bis 80 Prozent des maximal zulässigen Abgasgegendrucks des Verbrennungsmotors liegt.Process for heat transport according to one of Claims 1 or 2 , characterized in that the grain size distribution of the storage material is selected so that the differential pressure when flowing through the fully heated bed and the installed exhaust system is in the range of 50 to 80 percent of the maximum permissible exhaust back pressure of the combustion engine. Transportabler Behälter zum Transport von Wärme von einer Wärmequelle zu einer Wärmesenke gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Behälter Anschlussstutzen (A, B) für eine Beladung und Entleerung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter wenigstens eine gasdichte Kammer (230) aufweist, die eine Schüttung aus festem, porösem Speichermaterial (233) enthält, wobei die Kammer in Fluidverbindung mit den Anschlussstutzen (A, B) steht, so dass die Schüttung von eingeleitetem Gas durchströmbar ist, wobei die Korngrößenverteilung des Speichermaterials (233) so gewählt ist, dass der Differenzdruck bei der Durchströmung der vollständig aufgeheizten Schüttung und des installierten Abgassystems im Bereich von 30 bis 95 Prozent des maximal zulässigen Abgasgegendrucks eines anzuschließenden Verbrennungsmotors liegt.Transportable container for transporting heat from a heat source to a heat sink according to a method according to any one of Claims 1 until 4 , wherein the container has connection pieces (A, B) for loading and emptying, characterized in that the container has at least one gas-tight chamber (230) containing a bed of solid, porous storage material (233), the chamber being in fluid communication with the connecting pieces (A, B) so that the gas that is introduced can flow through the bed, with the grain size distribution of the storage material (233) being selected in such a way that the differential pressure when flowing through the completely heated bed and the installed exhaust gas system is in the range of 30 up to 95 percent of the maximum permissible exhaust back pressure of a combustion engine to be connected. Transportabler Behälter gemäß Patentanspruch 5, wobei die Kammer (230) mindestens einen sich nach unten verjüngenden konischen Abschnitt aufweist, der seiner Höhe nach durchströmbar ist und den Gas-Feststoffkontakt zulässt, so dass die beimbeim bei Aufheizen und Abkühlen auftretenden Wärmespannungen durch die konische Behältergeometrie nach oben abgebaut werden.Transportable container according to Claim 5 , wherein the chamber (230) has at least one downwardly tapering conical section through which a flow can take place and which allows gas-solid contact, so that the thermal stresses occurring during heating and cooling are reduced upwards by the conical container geometry.
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