DE102013222677B4 - Heat transfer device, heat storage device and method for transferring and / or storing heat - Google Patents
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Abstract
Wärmeübertragervorrichtung (138) zur Übertragung von Wärme in einem vorgegebenen Temperaturbereich, umfassend: – eine erste Aufnahmevorrichtung (140) zur Aufnahme eines ersten Mediums, wobei das erste Medium ein Medium ist, dessen spezifische Wärmekapazität, insbesondere bei konstantem Druck, über den vorgegebenen Temperaturbereich hinweg im Wesentlichen konstant ist; – eine zweite Aufnahmevorrichtung (142) zur Aufnahme eines zweiten Mediums, wobei das zweite Medium ein Medium ist, dessen spezifische Wärmekapazität sich, insbesondere bei konstantem Druck, über den vorgegebenen Temperaturbereich hinweg verändert; – einen Wärmeübertragungsbereich (144), in welchem Wärme von dem ersten Medium auf das zweite Medium und/oder von dem zweiten Medium auf das erste Medium übertragbar ist; – eine Druckänderungsvorrichtung (148) zur Änderung des Drucks des zweiten Mediums während der Übertragung von Wärme von dem zweiten Medium auf das erste Medium, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckänderungsvorrichtung (148) mehrere Ventilvorrichtungen (150) und/oder Drosselvorrichtungen (152) umfasst, mittels welchen der Druck des zweiten Mediums während der Übertragung von Wärme auf das erste Medium absenkbar ist und welche längs eines Strömungsweges (168) des zweiten Mediums über den Wärmeübertragungsbereich (144) hinweg verteilt angeordnet sind.A heat transfer device (138) for transferring heat in a predetermined temperature range, comprising: - a first receiving device (140) for receiving a first medium, wherein the first medium is a medium whose specific heat capacity, especially at constant pressure, over the predetermined temperature range is substantially constant; - A second receiving device (142) for receiving a second medium, wherein the second medium is a medium whose specific heat capacity changes, in particular at a constant pressure, over the predetermined temperature range; A heat transfer region (144) in which heat from the first medium to the second medium and / or from the second medium to the first medium is transferable; A pressure changing device (148) for changing the pressure of the second medium during the transfer of heat from the second medium to the first medium, characterized in that the pressure changing device (148) comprises a plurality of valve devices (150) and / or throttle devices (152), by which the pressure of the second medium is lowered during the transfer of heat to the first medium and which are distributed along a flow path (168) of the second medium over the heat transfer region (144) away.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wärmeübertragervorrichtung zum Übertragen von Wärme von einem Medium auf ein weiteres Medium.The present invention relates to a heat transfer device for transferring heat from one medium to another medium.
Solche Wärmeübertragervorrichtungen finden insbesondere in Wärmespeichervorrichtungen Anwendung, bei welchen Wärme von einem ersten Medium, insbesondere einem Wärmeübertragungsmedium, auf ein zweites Medium, insbesondere ein Speichermedium zur Speicherung von Wärme, übertragen wird.Such heat transfer devices are used in particular in heat storage devices in which heat is transferred from a first medium, in particular a heat transfer medium, to a second medium, in particular a storage medium for storing heat.
Wärmespeichervorrichtungen, welche derartige Wärmeübertragervorrichtungen umfassen, finden insbesondere bei Solarthermie-Kraftwerken Anwendung, um Sonnenenergie in Form von Wärme speichern zu können. Die gespeicherte Wärme kann dann insbesondere zum Betrieb des Kraftwerks verwendet werden, wenn temporär keine oder zu wenig Sonnenenergie zur Verfügung steht.Heat storage devices comprising such heat transfer devices find particular application in solar thermal power plants to store solar energy in the form of heat. The stored heat can then be used in particular for the operation of the power plant, if temporarily no or too little solar energy is available.
Die
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wärmeübertragervorrichtung bereitzustellen, mittels welcher Wärme einfach und effizient von einem Medium auf ein weiteres Medium übertragbar ist.The present invention has for its object to provide a heat exchanger device by means of which heat can be transferred easily and efficiently from one medium to another medium.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Wärmeübertragervorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst.This object is achieved by a heat exchanger device according to claim 1.
Dadurch, dass erfindungsgemäß eine Druckänderungsvorrichtung vorgesehen ist, mittels welcher der Druck des zweiten Mediums während der Übertragung von Wärme von dem zweiten Medium auf das erste Medium änderbar ist, kann vorzugsweise die spezifische Wärmekapazität des zweiten Mediums während der Wärmeübertragung angepasst werden. Auf diese Weise kann Wärme mit einer hohen Effizienz von dem zweiten Medium auf das erste Medium übertragen werden.Characterized in that according to the invention a pressure change device is provided, by means of which the pressure of the second medium during the transfer of heat from the second medium to the first medium is changeable, preferably the specific heat capacity of the second medium can be adjusted during the heat transfer. In this way, heat can be transferred from the second medium to the first medium at a high efficiency.
Das erste Medium ist vorzugsweise ein Medium, welches über den gesamten vorgegebenen Temperaturbereich hinweg in einem festen und/oder flüssigen Aggregatzustand vorliegt. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das erste Medium ein Medium ist, welches über den gesamten vorgegebenen Temperaturbereich hinweg in einem flüssigen Aggregatzustand vorliegt.The first medium is preferably a medium which is present in a solid and / or liquid state of matter over the entire predetermined temperature range. In particular, it can be provided that the first medium is a medium which is present in a liquid state of aggregation over the entire predetermined temperature range.
Das zweite Medium ist vorzugsweise ein Medium, welches über den gesamten vorgegebenen Temperaturbereich hinweg gasförmig und/oder dampfförmig ist. Insbesondere ist das zweite Medium über den gesamten vorgegebenen Temperaturbereich hinweg überhitzter Wasserdampf.The second medium is preferably a medium which is gaseous and / or vaporous over the entire predetermined temperature range. In particular, the second medium is superheated steam over the entire predetermined temperature range.
Die Druckänderungsvorrichtung umfasst mehrere Ventilvorrichtungen und/oder Drosselvorrichtungen, mittels welchen der Druck des zweiten Mediums während der Übertragung von Wärme auf das erste Medium absenkbar ist.The pressure change device comprises a plurality of valve devices and / or throttle devices, by means of which the pressure of the second medium during the transfer of heat to the first medium is lowered.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Druckänderungsvorrichtung mehrere Ventilvorrichtungen und/oder Drosselvorrichtungen umfasst, welche längs eines Strömungsweges des zweiten Mediums über den Wärmeübertragungsbereich hinweg verteilt angeordnet sind.According to the invention, it is provided that the pressure change device comprises a plurality of valve devices and / or throttle devices, which are arranged distributed along a flow path of the second medium over the heat transfer area.
Günstig kann es sein, wenn die Ventilvorrichtungen und/oder Drosselvorrichtungen längs eines Strömungsweges des zweiten Mediums über den Wärmeübertragungsbereich hinweg im Wesentlichen ungleichmäßig verteilt angeordnet sind.It may be favorable if the valve devices and / or throttle devices are arranged distributed along a flow path of the second medium over the heat transfer region in a substantially non-uniform manner.
Die Ventilvorrichtungen und/oder Drosselvorrichtungen sind beispielsweise längs des Strömungsweges des zweiten Mediums über den Wärmeübertragungsbereich hinweg derart verteilt angeordnet, dass ein Abstand zwischen jeweils zwei aufeinanderfolgenden Ventilvorrichtungen und/oder Drosselvorrichtungen mit zunehmendem Strömungsweg abnimmt.The valve devices and / or throttle devices are, for example, distributed along the flow path of the second medium over the heat transfer region such that a distance between in each case two successive valve devices and / or throttle devices decreases with increasing flow path.
Die Ventilvorrichtungen und/oder Drosselvorrichtungen weisen somit vorzugsweise an einem Anfang (Beginn) des Strömungsweges des zweiten Mediums einen größeren Abstand und gegen Ende des Strömungsweges des zweiten Mediums in dem Wärmeübertragungsbereich einen kleineren Abstand auf.The valve devices and / or throttle devices thus preferably have a greater distance at a beginning (beginning) of the flow path of the second medium and a smaller distance towards the end of the flow path of the second medium in the heat transfer region.
Die Ventilvorrichtungen und/oder Drosselvorrichtungen sind längs des Strömungsweges des zweiten Mediums über den Wärmeübertragungsbereich hinweg vorzugsweise derart verteilt angeordnet, dass der Druck des zweiten Mediums längs des Strömungsweges über den Wärmeübertragungsbereich hinweg im Wesentlichen linear abnimmt.The valve devices and / or throttle devices are preferably distributed along the flow path of the second medium across the heat transfer region such that the pressure of the second medium along the flow path decreases substantially linearly across the heat transfer region.
Alternativ zu einer ungleichmäßigen Verteilung der Ventilvorrichtungen und/oder Drosselvorrichtungen kann vorgesehen sein, dass die Ventilvorrichtungen und/oder Drosselvorrichtungen längs eines Strömungsweges des zweiten Mediums über den Wärmeübertragungsbereich hinweg gleichmäßig verteilt angeordnet sind.As an alternative to an uneven distribution of the valve devices and / or throttle devices, provision may be made for the valve devices and / or throttle devices to be distributed uniformly along a flow path of the second medium over the heat transfer region.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens eine Ventilvorrichtung und/oder mindestens eine Drosselvorrichtung, vorzugsweise sämtliche Ventilvorrichtungen und/oder Drosselvorrichtungen der Druckänderungsvorrichtung, als ein richtungsabhängiges Druckverlustelement ausgebildet ist.In one embodiment of the invention, it is provided that at least one Valve device and / or at least one throttle device, preferably all valve devices and / or throttle devices of the pressure change device, is designed as a direction-dependent pressure loss element.
Ein richtungsabhängiges Druckverlustelement ist insbesondere ein Druckverlustelement, welches bei einer Durchströmung in einer ersten Richtung einen ersten Druckverlust oder Druckabfall erzeugt und welches bei einer Durchströmung in einer der ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung einen von dem ersten Druckverlust oder Druckabfall verschiedenen Druckverlust oder Druckabfall bewirkt.A direction-dependent pressure loss element is in particular a pressure loss element, which generates a first pressure loss or pressure drop when flowing in a first direction and which causes a pressure loss or pressure drop different from the first pressure loss or pressure drop when flowing in a second direction opposite to the first direction.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass mindestens eine Ventilvorrichtung und/oder mindestens eine Drosselvorrichtung als ein richtungsabhängiges Druckverlustelement ausgebildet ist, welches bei einer Durchströmung desselben zur Übertragung von Wärme von dem zweiten Medium auf das erste Medium einen größeren Druckverlust erzeugt als bei einer Durchströmung desselben während einer Übertragung von Wärme von dem ersten Medium auf das zweite Medium.In particular, it can be provided that at least one valve device and / or at least one throttle device is designed as a direction-dependent pressure loss element, which generates a larger pressure loss at a flow through the same for transmitting heat from the second medium to the first medium than during a flow through the same during a Transfer of heat from the first medium to the second medium.
Das richtungsabhängige Druckverlustelement kann beispielsweise mindestens ein bewegliches Klappenelement umfassen oder als mindestens ein bewegliches Klappenelement ausgebildet sein.The direction-dependent pressure loss element may for example comprise at least one movable flap element or be designed as at least one movable flap element.
Ein Klappenelement ist insbesondere ein Element, welches ohne eine externe, insbesondere manuelle, Betätigung bei unterschiedlichen Durchströmungsrichtungen unterschiedliche Stellungen einnimmt und dabei unterschiedliche Strömungswiderstände sowie unterschiedliche Druckverluste erzeugt.A flap element is in particular an element which occupies different positions without an external, in particular manual, actuation in different directions of flow, thereby generating different flow resistances and different pressure losses.
Günstig kann es sein, wenn die Druckänderungsvorrichtung eine zentrale Druckänderungsvorrichtung umfasst, mittels welcher ein im Wärmeübertragungsbereich vorliegender mittlerer Druck des zweiten Mediums während der Übertragung von Wärme auf das erste Medium global absenkbar ist.It may be favorable if the pressure-changing device comprises a central pressure-changing device, by means of which a mean pressure of the second medium present in the heat-transfer region can be lowered globally during the transfer of heat to the first medium.
Die zentrale Druckänderungsvorrichtung bildet somit insbesondere eine zentrale Einstellmöglichkeit zur Einstellung des mittleren Drucks des zweiten Mediums über den gesamten Wärmeübertragungsbereich hinweg.The central pressure change device thus forms, in particular, a central setting possibility for adjusting the mean pressure of the second medium over the entire heat transfer region.
Eine zentrale Druckänderungsvorrichtung kann alternativ oder ergänzend zu einer oder mehreren Ventilvorrichtungen und/oder einer oder mehreren Drosselvorrichtungen zum lokalen Absenken des Drucks längs des Strömungsweges im Wärmeübertragungsbereich vorgesehen sein.A central pressure change device may be provided as an alternative or in addition to one or more valve devices and / or one or more throttle devices for locally lowering the pressure along the flow path in the heat transfer area.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Wärmeübertragungsbereich mehrere zuschaltbare Wärmeübertrager umfasst.In one embodiment of the invention can be provided that the heat transfer region comprises a plurality of switchable heat exchanger.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Wärmeübertragungsbereich durch mehrere zuschaltbare Wärmeübertrager gebildet ist.In particular, it can be provided that the heat transfer area is formed by a plurality of switchable heat exchanger.
Die Wärmeübertrager sind insbesondere parallel und/oder seriell zuschaltbar.The heat exchangers are in particular parallel and / or serially connectable.
Beispielsweise kann durch paralleles Zuschalten von Wärmeübertragern gezielt ein Druckverlust erzeugt werden.For example, by parallel connection of heat exchangers targeted pressure loss can be generated.
Es kann vorgesehen sein, dass das erste Medium ein sensibles Wärmespeichermaterial, beispielsweise ein Salz, ist oder umfasst.It can be provided that the first medium is or comprises a sensitive heat storage material, for example a salt.
Ferner kann vorgesehen sein, dass das zweite Medium Wasser ist oder umfasst.Furthermore, it can be provided that the second medium is or comprises water.
Das erste Medium ist beispielsweise ein über den gesamten vorgegebenen Temperaturbereich hinweg flüssiges sensibles Wärmespeichermaterial, beispielsweise ein Salz. Ferner kann vorgesehen sein, dass das erste Medium ein über den gesamten vorgegebenen Temperaturbereich hinweg flüssiges sensibles Wärmespeichermaterial, beispielsweise Salz, umfasst.By way of example, the first medium is a sensible heat storage material, for example a salt, which is liquid over the entire predetermined temperature range. Furthermore, it can be provided that the first medium comprises a sensitive thermal heat storage material, for example salt, over the entire predetermined temperature range.
Das zweite Medium ist vorzugsweise über den gesamten vorgegebenen Temperaturbereich hinweg Wasserdampf, insbesondere überhitzter Wasserdampf. Ferner kann vorgesehen sein, dass das zweite Medium Wasser umfasst, welches über den gesamten vorgegebenen Temperaturbereich hinweg gasförmig oder dampfförmig ist.The second medium is preferably water vapor over the entire predetermined temperature range, in particular superheated steam. Furthermore, it can be provided that the second medium comprises water which is gaseous or vaporous over the entire predetermined temperature range.
Die Wärmeübertragervorrichtung eignet sich insbesondere zur Verwendung in einer Wärmespeichervorrichtung zum Speichern von Wärme.The heat transfer device is particularly suitable for use in a heat storage device for storing heat.
Die vorliegende Erfindung betrifft daher auch eine Wärmespeichervorrichtung, welche eine erfindungsgemäße Wärmeübertragervorrichtung oder mehrere erfindungsgemäße Wärmeübertragervorrichtungen umfasst.The present invention therefore also relates to a heat storage device which comprises a heat transfer device according to the invention or several heat transfer device according to the invention.
Die erfindungsgemäße Wärmespeichervorrichtung weist vorzugsweise einzelne oder mehrere der im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Wärmeübertragervorrichtung beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile auf.The heat storage device according to the invention preferably has one or more of the features and / or advantages described in connection with the heat transfer device according to the invention.
Der vorliegenden Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, mittels welchem Wärme einfach und mit hoher Effizienz übertragbar und/oder speicherbar ist.A further object of the present invention is to provide a method by means of which heat can be transferred and / or stored easily and with high efficiency.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Anspruch 12 gelöst. This object is achieved by a method according to claim 12.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist vorzugsweise einzelne oder mehrere der im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Wärmeübertragervorrichtung und/oder der erfindungsgemäßen Wärmespeichervorrichtung beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile auf.The method according to the invention preferably has one or more of the features and / or advantages described in connection with the inventive heat exchanger device and / or the heat storage device according to the invention.
Der Druck des zweiten Mediums wird während der Übertragung von Wärme von dem zweiten Medium auf das erste Medium derart reduziert, dass die spezifische Wärmekapazität des zweiten Mediums im Wesentlichen konstant bleibt, insbesondere während der Abkühlung desselben über den vorgegebenen Temperaturbereich hinweg.The pressure of the second medium is reduced during the transfer of heat from the second medium to the first medium such that the specific heat capacity of the second medium remains substantially constant, in particular during the cooling of the same over the predetermined temperature range.
Ferner kann vorgesehen sein, dass der Druck und/oder die Temperatur des zweiten Mediums an einem Beginn des Wärmeübertragungsbereichs so gewählt werden, dass das zweite Medium auch trotz der gezielten Druckänderung an einem Ende des Wärmeübertragungsbereichs gasförmig oder dampfförmig ist.Furthermore, it can be provided that the pressure and / or the temperature of the second medium are selected at a beginning of the heat transfer area such that the second medium is gaseous or vapor-shaped despite the targeted pressure change at one end of the heat transfer area.
Das zweite Medium wird vorzugsweise mit einem gegenüber herkömmlichen Wärmeübertragungsverfahren höheren Druck und/oder einer gegenüber herkömmlichen Wärmeübertragungsverfahren höheren Temperatur dem Wärmeübertragungsbereich zugeführt, insbesondere damit der gezielte Druckverlust nicht zur Kondensation des zweiten Mediums führt.The second medium is preferably supplied to the heat transfer area at a higher pressure than conventional heat transfer methods and / or at a higher temperature than conventional heat transfer methods, in particular so that the targeted pressure loss does not lead to condensation of the second medium.
Ferner können die erfindungsgemäße Wärmeübertragervorrichtung, die erfindungsgemäße Wärmespeichervorrichtung und/oder das erfindungsgemäße Verfahren zum Übertragen und/oder Speichern von Wärme einzelne oder mehrere der nachfolgend beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile aufweisen:
Die erfindungsgemäße Wärmeübertragervorrichtung und/oder die erfindungsgemäße Wärmespeichervorrichtung und/oder das erfindungsgemäße Verfahren können insbesondere in solarthermischen Kraftwerken Anwendung finden. Die vorliegende Erfindung betrifft daher auch ein solarthermisches Kraftwerk.Furthermore, the heat transfer device according to the invention, the heat storage device according to the invention and / or the method according to the invention for transferring and / or storing heat can have one or more of the following features and / or advantages:
The heat transfer device according to the invention and / or the heat storage device and / or the method according to the invention can be used in particular in solar thermal power plants. The present invention therefore also relates to a solar thermal power plant.
Bei einem solarthermischen Kraftwerk kann beispielsweise vorgesehen sein, dass durch solare Direktverdampfung Wasser als Wärmeübertragungsmedium (insbesondere zweites Medium) mittels einer Solarkollektorvorrichtung (Kollektorfeld) vorgewärmt, verdampft und überhitzt wird.In a solar thermal power plant can be provided, for example, that by solar direct evaporation water as a heat transfer medium (in particular second medium) by means of a solar collector device (collector array) preheated, evaporated and overheated.
Eine Wärmespeichervorrichtung, insbesondere die erfindungsgemäße Wärmespeichervorrichtung, ermöglicht vorzugsweise ebenfalls das Erwärmen, Verdampfen und Überhitzen des Wärmeübertragungsmediums, insbesondere Wasser.A heat storage device, in particular the heat storage device according to the invention, preferably also allows the heating, evaporation and superheating of the heat transfer medium, in particular water.
Da bei der Vorwärmung und der Überhitzung die Wärme sensibel, das heißt unter Temperaturanstieg, und im Falle der Verdampfung latent, das heißt ohne Temperaturanstieg aber mit Phasenwechsel, zugeführt wird, werden vorzugsweise hieran angepasste Speichersysteme verwendet.Since in the preheating and overheating the heat is sensitive, that is, under temperature increase, and in the case of evaporation latent, that is without temperature increase but with a phase change, is supplied, preferably adapted thereto storage systems are used.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass als Verdampfungsvorrichtung zum Verdampfen des Wärmeübertragungsmediums eine Latentwärmespeichervorrichtung vorgesehen ist.For example, it can be provided that a latent heat storage device is provided as the evaporation device for evaporating the heat transfer medium.
Für die Erhitzung (Vorwärmung) und/oder Überhitzung sind vorzugsweise sensible Wärmespeichervorrichtungen, insbesondere mit Mehrtankflüssigsalzspeichern, beispielsweise auf Nitratsalzbasis, vorgesehen.For the heating (preheating) and / or overheating are preferably sensitive heat storage devices, in particular with Mehrtankflüssigsalzspeichern, for example on nitrate salt basis, provided.
Insbesondere beim Zuführen von Wärme zu der Überhitzungsvorrichtung mittels des Wärmeübertragungsmediums (zweites Medium) kann sich der Nachteil ergeben, dass die spezifische Wärmekapazität des Wärmeübertragungsmediums mit der bei der Übertragung der Wärme erfolgenden Temperaturreduktion abnimmt. Insbesondere kann dies nachteilig sein, wenn die spezifische Wärmekapazität eines Speichermediums (insbesondere erstes Medium) der Überhitzungsvorrichtung während der Wärmeübertragung, insbesondere über den gesamten Wärmeübertragungsbereich hinweg, im Wesentlichen konstant bleibt. Die Kurve des zweiten Mediums ist im Temperatur-Enthalpie-Diagramm dann deutlich gewölbt, während die Kurve des ersten Mediums zumindest näherungsweise eine Gerade ist.In particular, when supplying heat to the superheating device by means of the heat transfer medium (second medium), there may be a disadvantage that the specific heat capacity of the heat transfer medium decreases with the temperature reduction occurring in the transfer of the heat. In particular, this can be disadvantageous if the specific heat capacity of a storage medium (in particular first medium) of the overheating device remains substantially constant during the heat transfer, in particular over the entire heat transfer area. The curve of the second medium is then significantly curved in the temperature-enthalpy diagram, while the curve of the first medium is at least approximately a straight line.
Hieraus kann sich ergeben, dass die maximale Temperatur, insbesondere Dampftemperatur, bei welcher eine Entladung, das heißt Wärmeübertragung von dem ersten Medium auf das zweite Medium, möglich ist, kleiner ist, als wenn die Kurve des zweiten Mediums im Temperatur-Enthalpie-Diagramm ebenfalls eine Gerade wäre.It can be seen that the maximum temperature, in particular steam temperature, at which a discharge, that is, heat transfer from the first medium to the second medium, is possible, is smaller than if the curve of the second medium in the temperature-enthalpy diagram also a straight line would be.
Da die Temperatur des zweiten Mediums, insbesondere die Dampftemperatur, einen direkten Einfluss auf den Umwandlungswirkungsgrad eines Kraftwerks, insbesondere eines solarthermischen Kraftwerks, hat, kann eine Abweichung der Kurve des zweiten Mediums im Temperatur-Enthalpie-Diagramm von einer als Gerade ausgebildeten Kurve zu einer Wirkungsgradabsenkung, insbesondere während einer Entladung, führen.Since the temperature of the second medium, in particular the steam temperature, has a direct influence on the conversion efficiency of a power plant, in particular a solar thermal power plant, a deviation of the curve of the second medium in the temperature-enthalpy diagram from a curve formed as a straight line to an efficiency reduction , especially during a discharge lead.
Durch Anpassung der spezifischen Wärmekapazität, insbesondere durch Änderung des Drucks, des zweiten Mediums während der Übertragung von Wärme von dem zweiten Medium auf das erste Medium kann dem vorstehend genannten Effekt vorzugsweise entgegengewirkt werden. Insbesondere kann hierdurch vorzugsweise eine Wirkungsgraderhöhung, insbesondere bei der Entladung, bewirkt werden.By adjusting the specific heat capacity, in particular by changing the pressure, of the second medium during the transfer of heat from the second medium to the first Medium can be preferably counteracted the above-mentioned effect. In particular, this can preferably cause an increase in efficiency, in particular during the discharge.
Vorzugsweise kann erfindungsgemäß die Dampftemperatur bei der Entladung des Speichers zur Erhöhung des Wirkungsgrads näher an die Dampftemperatur während der Beladung des Speichers herangerückt werden.Preferably, according to the invention, the steam temperature during the discharge of the storage to increase the efficiency can be brought closer to the steam temperature during the loading of the memory.
Insbesondere dann, wenn die Wärmeübertragervorrichtung mehrere Wärmeübertrager umfasst, kann vorgesehen sein, dass die Wärmeübertrager kaskadiert angeordnet und/oder ausgebildet sind. Insbesondere können hierbei Ventilvorrichtungen und/oder Drosselklappen zwischen den Wärmeübertragern geöffnet und/oder weitere Wärmeübertrager zugeschaltet werden, um die erwünschte Druckänderung während der Übertragung von Wärme von dem zweiten Medium auf das erste Medium zu erzielen.In particular, when the heat exchanger device comprises a plurality of heat exchangers, it can be provided that the heat exchangers are arranged and / or formed in cascade. In particular, in this case valve devices and / or throttle valves can be opened between the heat exchangers and / or other heat exchangers are switched on to achieve the desired pressure change during the transfer of heat from the second medium to the first medium.
Insbesondere dann, wenn die Druckänderungsvorrichtung mehrere Druckverlustelemente, insbesondere richtungsabhängige Druckverlustelemente, umfasst, kann vorgesehen sein, dass diese Druckverlustelemente in einer Leitung, mittels welcher das zweite Medium stofflich getrennt durch das erste Medium hindurchgeführt wird, verteilt angeordnet sind.In particular, when the pressure-changing device comprises a plurality of pressure-loss elements, in particular direction-dependent pressure-loss elements, it can be provided that these pressure-loss elements are distributed in a conduit, by means of which the second medium is materially separated through the first medium.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass als Wasserdampf ausgebildetes zweites Medium dem Wärmeübertragungsbereich mit einem Druck von mindestens ungefähr 100 bar, beispielsweise ungefähr 108 bar, und einer Temperatur von mindestens ungefähr 300°C, beispielsweise ungefähr 316°C, zugeführt wird.For example, it can be provided that second medium formed as water vapor is supplied to the heat transfer area at a pressure of at least about 100 bar, for example about 108 bar, and a temperature of at least about 300 ° C., for example about 316 ° C.
Das erste Medium kann beispielsweise Natriumnitrat und/oder Kaliumnitrat sein oder umfassen.The first medium may be or include, for example, sodium nitrate and / or potassium nitrate.
Weitere bevorzugte Merkmale und/oder Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen.Further preferred features and / or advantages of the invention are the subject of the following description and the drawings of exemplary embodiments.
In den Zeichnungen zeigen:In the drawings show:
Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in sämtlichen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.Identical or functionally equivalent elements are provided with the same reference numerals in all figures.
Eine in den
Zur Aufnahme der Sonnenstrahlung umfasst die Solarthermievorrichtung
Die Solarkollektorvorrichtung
Die Solarthermievorrichtung
Die Wärmesenke
Zum Antreiben des Wärmeübertragungsmediums in der Strömungsführung
Insbesondere kann mittels der Pumpenvorrichtung
Die bislang beschriebene Solarthermievorrichtung
Insbesondere bei bewölktem Himmel oder nachts kann somit mittels der Solarthermievorrichtung
Um diesen Nachteil zumindest teilweise auszugleichen, umfasst die Solarthermievorrichtung
Die mittels der Wärmespeichervorrichtung
Die Wärmespeichervorrichtung
Mittels der Erhitzungsvorrichtung
Mittels der Latentwärmespeichervorrichtung
Mittels der Überhitzungsvorrichtung
Die Erhitzungsvorrichtung
Zur Speicherung der Wärme umfasst die Wärmespeichervorrichtung
Ein erstes Speichermedium ist ein Latentwärmespeichermedium, welches in einem Speicherbehälter
Ein weiteres Speichermedium ist beispielsweise ein sensibles Wärmespeichermedium, welches in Speicherbehältern
Die sensible Wärmespeichervorrichtung
Zur Übertragung von Wärme von dem Wärmeübertragungsmedium auf das sensible Speichermedium und/oder zur Übertragung von Wärme von dem sensiblen Speichermedium auf das Wärmeübertragungsmedium umfasst die sensible Speichervorrichtung
Beispielsweise in dem in
In dem in
Wie aus den
Insbesondere sind voneinander unabhängige Speicherbehälter
Die Latentwärmespeichervorrichtung
Die Speicherbehälter
Zur Bereitstellung unterschiedlicher Temperaturniveaus für die Erhitzung bzw. Überhitzung des Wärmeübertragungsmediums kann aufgrund der Verwendung mehrerer Speicherbehälter
Die vorstehend beschriebene Solarthermievorrichtung
Mittels der Pumpenvorrichtung
By means of the
In der Solarkollektorvorrichtung
In einem nächsten Schritt wird das Wärmeübertragungsmedium der Turbinenvorrichtung
Die Turbinenvorrichtung
In dem in
Das erhitzte Wärmeübertragungsmedium, insbesondere der überhitzte Wasserdampf, wird dann dem Wärmeübertrager
Das erhitzte Wärmeübertragungsmedium gibt dabei Wärme an das sensible Wärmespeichermedium ab, wenn es die Überhitzungsvorrichtung
Ferner gibt das Wärmeübertragungsmedium Wärme an das Latentwärmespeichermedium der Latentwärmespeichervorrichtung
Durch geeignete Zuführung des sensiblen Wärmespeichermediums zu den Speicherbehältern
Nachdem das Wärmeübertragungsmedium zumindest einen Großteil der darin enthaltenen Wärme abgegeben hat, kann es zur erneuten Wärmeaufnahme wieder der Solarkollektorvorrichtung
Der in
Die in der Wärmespeichervorrichtung
Zur Bereitstellung der in der Wärmespeichervorrichtung
In diesem Entladezustand wird mittels der Pumpenvorrichtung
Das Wärmeübertragungsmedium durchströmt dabei zunächst die Erhitzungsvorrichtung
Mittels der Erhitzungsvorrichtung
Der überhitzte Dampf wird schließlich der Turbinenvorrichtung
Mittels der Wärmespeichervorrichtung
Bei der Entladung der Wärmespeichervorrichtung
Eine Speicherkurve
Der unterschiedliche Kurvenverlauf der Beladungskurve
Da das Wärmeübertragungsmedium im Wesentlichen als überhitzter Dampf vorliegt, wenn Wärme an der Überhitzungsvorrichtung
Das beispielsweise als Salz, insbesondere flüssiges Salz, vorliegende Speichermedium hingegen ist über den gesamten Temperaturbereich, welcher zur Überhitzung des Wärmeübertragungsmediums vorgesehen ist, flüssig und weist über den gesamten vorgegebenen Temperaturbereich hinweg zumindest näherungsweise eine konstante spezifische Wärmekapazität auf.By contrast, the storage medium present, for example, as salt, in particular liquid salt, is liquid over the entire temperature range, which is provided for overheating the heat transfer medium, and has at least approximately a constant specific heat capacity over the entire predetermined temperature range.
Aufgrund des unterschiedlichen Verhaltens der Medien ergeben sich Einbußen bei der Effizienz der Wärmeübertragung.Due to the different behavior of the media, there are losses in the efficiency of heat transfer.
Insbesondere ist eine bei der Entladung erhältliche maximale Dampftemperatur relativ gering.In particular, a maximum steam temperature available during the discharge is relatively low.
Eine in den
Die Wärmeübertragervorrichtung
Ferner umfasst die Wärmeübertragervorrichtung
Die zweite Aufnahmevorrichtung
In einem Wärmeübertragungsbereich
Die Wärmeübertragervorrichtung
Die Druckänderungsvorrichtung
Die Wärmeübertragervorrichtung
Mittels der Ventilvorrichtung
Wie insbesondere aus einem Vergleich der
Diese Beladungsgerade
Hierdurch ist ein effizienterer Wärmeübertrag von dem Wärmeübertragungsmedium auf das Speichermedium möglich.This allows a more efficient transfer of heat from the heat transfer medium to the storage medium.
Im Übrigen stimmt die in den
Eine in den
Die Druckverlustelemente
Bei der in den
Die Druckverlustelemente
Wie insbesondere
Die Druckverlustelemente
So ist beispielsweise ein Abstand A3 zwischen zwei stromabwärts angeordneten Druckverlustelementen
Durch diese Verteilung der Druckverlustelemente
Im Übrigen stimmt die in den
Insbesondere dann, wenn bei der Übertragung von Wärme von dem Wärmeübertragungsmedium auf das Speichermedium gezielt der Druck des Wärmeübertragungsmediums reduziert wird, kann die Wärmeübertragung besonders effizient erfolgen, um letztlich einen effizienten Betrieb einer Solarthermievorrichtung
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 100100
- Solarthermievorrichtungsolar thermal device
- 102102
- SolarkollektorvorrichtungSolar collector device
- 104104
- Strömungsführungflow guidance
- 106106
- Wärmequelleheat source
- 108108
- Wärmesenkeheat sink
- 110110
- Turbinenvorrichtungturbine device
- 112112
- Pumpenvorrichtungpump device
- 114114
- WärmespeichervorrichtungHeat storage device
- 116116
- Erhitzungsvorrichtungheating apparatus
- 118118
- LatentwärmespeichervorrichtungLatent heat storage device
- 120120
- Überhitzungsvorrichtungoverheating device
- 122122
- Speicherbehälterstorage container
- 124124
- sensible Wärmespeichervorrichtungsensitive heat storage device
- 126126
- WärmeübertragerHeat exchanger
- 128128
- Strömungsrichtungflow direction
- 130130
- VerdampfungsvorrichtungEvaporation device
- 132132
- Beladungskurveload curve
- 134134
- Entladungskurvedischarge curve
- 136136
- Speicherkurvestorage curve
- 138138
- WärmeübertragervorrichtungWärmeübertragervorrichtung
- 140140
- erste Aufnahmevorrichtungfirst receiving device
- 142142
- zweite Aufnahmevorrichtungsecond receiving device
- 144144
- WärmeübertragungsbereichHeat transfer area
- 146146
- WärmeübertragerHeat exchanger
- 148148
- DruckänderungsvorrichtungPressure changing device
- 150150
- Ventilvorrichtungvalve device
- 152152
- Drosselvorrichtungthrottling device
- 154154
- BeladungsgeradeJust load
- 158158
- DruckverlustelementPressure loss element
- 160160
- Leitungmanagement
- 162162
- Beladungsrichtungloading direction
- 164164
- Entladungsrichtungdischarge direction
- 166166
- Klappenelementflap element
- 168168
- Strömungsweg bei der BeladungFlow path during loading
- A1 A 1
- Abstanddistance
- A2 A 2
- Abstanddistance
- A3 A 3
- Abstanddistance
Claims (13)
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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE102013222677.2A DE102013222677B4 (en) | 2013-11-07 | 2013-11-07 | Heat transfer device, heat storage device and method for transferring and / or storing heat |
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Family
ID=52829819
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DE102013222677.2A Active DE102013222677B4 (en) | 2013-11-07 | 2013-11-07 | Heat transfer device, heat storage device and method for transferring and / or storing heat |
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Citations (1)
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---|---|---|---|---|
DE4100818A1 (en) * | 1991-01-14 | 1992-07-16 | Herrmann Gmbh & Co Kg | Domestic heat storage system - operates with pressure increase of heat carrier during heat transfer |
-
2013
- 2013-11-07 DE DE102013222677.2A patent/DE102013222677B4/en active Active
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---|---|---|---|---|
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R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R082 | Change of representative |
Representative=s name: HOEGER, STELLRECHT & PARTNER PATENTANWAELTE MB, DE |
|
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final | ||
R082 | Change of representative |
Representative=s name: DTS PATENT- UND RECHTSANWAELTE SCHNEKENBUEHL U, DE Representative=s name: HOEGER, STELLRECHT & PARTNER PATENTANWAELTE MB, DE |
|
R082 | Change of representative |
Representative=s name: DTS PATENT- UND RECHTSANWAELTE SCHNEKENBUEHL U, DE |