DE102017007733A1 - Use of a wound heat exchanger as latent heat storage - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur indirekten Wärmeübertragung zwischen einer schmelzbaren Salzverbindung (S) und zumindest einem Wärmetransferfluid (W), wobei die Salzverbindung (S) in einem Mantelraum (6) eines gewickelten Wärmeübertragers (1) gespeichert wird, wobei der Mantelraum (6) von einem Mantel (5) des Wärmeübertragers (1) umgeben ist, wobei der Wärmeübertrager (1) eine Mehrzahl an Rohren (30) aufweist, die jeweils schraubenlinienförmig auf ein Kernrohr (300) des Wärmeübertragers (1) gewickelt sind, das sich im Mantelraum (6) entlang einer Längsachse (z) des Mantels (5) erstreckt, so dass die Rohre (30) ein Rohrbündel (3) des Wärmeübertragers (1) bilden, das mehrere in radialer Richtung (R) übereinanderliegende Rohrlagen (4) aufweist, wobei das mindestens eine Wärmetransferfluid (F) im Rohrbündel (3) geführt wird, und wobei indirekt Wärme zwischen dem mindestens einen Wärmetransferfluid (F) und der Salzverbindung übertragen (S) wird. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Latentwärmespeicher 1.The invention relates to a method for the indirect heat transfer between a fusible salt compound (S) and at least one heat transfer fluid (W), wherein the salt compound (S) is stored in a jacket space (6) of a wound heat exchanger (1), wherein the jacket space (6) is surrounded by a jacket (5) of the heat exchanger (1), wherein the heat exchanger (1) comprises a plurality of tubes (30), each helically wound on a core tube (300) of the heat exchanger (1), which is in the shell space (6) along a longitudinal axis (z) of the jacket (5) extends, so that the tubes (30) form a tube bundle (3) of the heat exchanger (1) having a plurality in the radial direction (R) superposed tube layers (4), wherein the at least one heat transfer fluid (F) is guided in the tube bundle (3), and wherein heat is transferred indirectly (S) between the at least one heat transfer fluid (F) and the salt compound. Furthermore, the invention relates to a latent heat storage. 1
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur indirekten Wärmeübertragung zwischen einer schmelzbaren Salzverbindung und einem Wärmetransfermedium sowie einen Latentwärmespeicher.The invention relates to a method for indirect heat transfer between a fusible salt compound and a heat transfer medium and a latent heat storage.
Latentwärmespeicher für Salzschmelzen, mit denen Verfahren der vorgenannten Art durchführbar sind, basieren in der Regel auf Rohrregistern mit radial oder axial berippten Rohren, wobei die Rippen z.B. aus Aluminium gefertigt sind und die Rohre aus C-Stahl. Kleine Wärmeleitstrukturen werden hierbei sehr schnell durch festes Salz bedeckt und sind anschließend wirkungslos, größere Wärmeleitstrukturen sind vergleichsweise kostspielig und schwierig zu verarbeiten.Latent heat storage for molten salts, with which methods of the aforementioned type are feasible, are usually based on tube registers with radially or axially finned tubes, the ribs are e.g. made of aluminum and the tubes are made of carbon steel. Small Wärmeleitstrukturen are very quickly covered by solid salt and are then ineffective, larger Wärmeleitstrukturen are relatively expensive and difficult to work.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur indirekten Wärmeübertragung zwischen einer schmelzbaren Salzverbindung und zumindest einem Wärmetransfermedium sowie einen Latentwärmespeicher bereitzustellen, und zwar insbesondere bei gleichzeitig niedrigen spezifischen Kosten für heizflächendurchzogenes Volumen.On this basis, the present invention is therefore based on the object to provide a method for indirect heat transfer between a fusible salt compound and at least one heat transfer medium and a latent heat storage, and in particular at the same low specific cost of Heizzanzendurchzogenes volume.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch einen Latentwärmespeicher mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.This object is achieved by a method having the features of
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den entsprechenden Unteransprüchen angegeben und werden nachfolgend beschrieben.Advantageous embodiments of the invention are specified in the corresponding subclaims and are described below.
Gemäß Anspruch 1 ist danach ein Verfahren zur indirekten Wärmeübertragung zwischen einer schmelzbaren Salzverbindung und zumindest einem Wärmetransfermedium vorgesehen, wobei die Salzverbindung in einem Mantelraum eines gewickelten Wärmeübertragers gespeichert wird, der von einem Mantel des Wärmeübertragers umgeben ist, wobei der Wärmeübertrager eine Mehrzahl an Rohren aufweist, die jeweils schraubenförmig auf ein Kernrohr gewickelt sind, das sich im Mantelraum entlang einer Längsachse des Mantels erstreckt, so dass die Rohre ein Rohrbündel des Wärmeübertragers bilden, das mehrere in radialer Richtung übereinanderliegende Rohrlagen aufweist, wobei insbesondere die Last des Rohrbündels über das Kernrohr abgetragen wird, wobei das mindestens eine Wärmetransfermedium im Rohrbündel geführt wird, und wobei indirekt Wärme zwischen dem mindestens einen Wärmetransfermedium und der Salzverbindung übertragen wird.According to
Durch den Einsatz eines gewickelten Wärmeübertragers in dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. als Latentwärmespeicher ist mit Vorteil die Möglichkeit sehr langer Rohre gegeben, da auf der Dampfseite bzw. der Seite des Wärmetransfermediums Druckverluste eine eher untergeordnete Rolle spielen. Entsprechende Abstände für die Erstarrungen der Salzverbindung können dargestellt werden. Weiterhin ist die mechanische Flexibilität eines gewickelten Wärmetauschers für Phasenübergänge in der Salzverbindung (insbesondere flüssig zu fest und umgekehrt) ausreichend.Through the use of a wound heat exchanger in the method according to the invention or as latent heat storage, the possibility of very long pipes is advantageously given, since pressure losses play a rather subordinate role on the steam side or the side of the heat transfer medium. Corresponding distances for the solidification of the salt compound can be shown. Furthermore, the mechanical flexibility of a wound heat exchanger for phase transitions in the salt compound (especially liquid too strong and vice versa) is sufficient.
Weiterhin ist insbesondere keine Wärmeleitstruktur an der Außenseite der Rohre des Rohrbündels vorgesehen.Furthermore, in particular, no heat conduction structure is provided on the outside of the tubes of the tube bundle.
Besonders bevorzugt handelt es sich bei der Salzverbindung um ein sogenanntes Phasenwechselmaterial. Bei einem solchen Phasenwechselmaterial (Phase Change Material oder kurz PCM) ist die latente Schmelzwärme wesentlich größer ist als die Wärme, die das Material aufgrund seiner normalen spezifischen Wärmekapazität (ohne den Phasenumwandlungseffekt) speichern kann.Particularly preferably, the salt compound is a so-called phase change material. In such a phase change material (PCM), the latent heat of fusion is much greater than the heat that can store the material due to its normal specific heat capacity (without the phase change effect).
Mit Hilfe der Salzverbindung bzw. des Phasenwechselmaterials kann die Wärme des Wärmetransferfluids, bei dem es sich um ein beliebiges Prozessmedium bzw. Prozessstrom handeln kann, bei einer nahezu konstanten Temperatur mithilfe der latenten Wärme gespeichert bzw. wieder abgegeben werden (z.B. beim Phasenübergang flüssig-fest).With the aid of the salt compound or the phase change material, the heat of the heat transfer fluid, which may be any process medium or process stream, can be stored or released again at a virtually constant temperature by means of the latent heat (for example, in the liquid-solid phase transition ).
Entsprechend ist gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass die Salzverbindung bei der indirekten Wärmeübertragung geschmolzen wird, um Energie in der Salzverbindung zu speichern, oder dass die Salzverbindung bei der indirekten Wärmeübertragung erstarrt, um der Salzverbindung Energie zu entnehmen. Vorzugsweise handelt es sich bei der zu speichernden Energie um Solarenergie, d.h., um Energie, die zuvor z.B. mittels einer Photovoltaikanlage oder mittels Solarthermieanlage gewonnen wurde.Accordingly, according to an embodiment of the method according to the invention, it is provided that the salt compound is melted during the indirect heat transfer in order to store energy in the salt compound or that the salt compound solidifies during the indirect heat transfer in order to extract energy from the salt compound. Preferably, the energy to be stored is solar energy, that is, energy previously used e.g. was obtained by means of a photovoltaic system or solar thermal system.
Wie eingangs bereits dargelegt, ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Rohre des Rohrbündels eine im Querschnitt kreisförmig Rohrwandung aufweisen, wobei die Rohrwandung eine Außenseite des jeweiligen Rohres bildet, die die im Mantelraum befindliche Salzverbindung kontaktiert. D.h., die Rohre des Rohrbündels weisen auf ihrer Außenseite keine Wärmetransferrippen auf.As already explained, it is provided according to a preferred embodiment of the invention that the tubes of the tube bundle have a circular cross-section tube wall, wherein the tube wall forms an outer side of the respective tube, which contacts the salt compound located in the shell space. That is, the tubes of the tube bundle have no heat transfer ribs on their outside.
Weiterhin ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass das Verfahren in einer Anlage zur Erzeugung von Energie aus Sonnenlicht durchgeführt wird, insbesondere um solchermaßen erzeugte Sonnenenergie in der Salzverbindung zu speichern oder um der Salzverbindung zuvor gespeicherte Sonnenenergie zu entnehmen.Furthermore, according to a preferred embodiment of the invention, it is provided that the method is carried out in a system for generating energy from sunlight, in particular in order to store solar energy thus generated in the salt compound or to remove solar energy previously stored in the salt compound.
Weiterhin ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass zwischen je zwei benachbarten Rohrlagen entlang der Längsachse erstreckte Abstandshalter vorgesehen sind, die beidseitig an der jeweiligen Rohrlage anliegen. Die Abstandshalter können mit den Rohrlagen verschweißt sein. Furthermore, it is provided according to an embodiment of the invention that are provided between each two adjacent pipe layers along the longitudinal axis extending spacers which abut both sides of the respective pipe layer. The spacers can be welded to the pipe layers.
Weiterhin ist gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass die Salzverbindung eine Schmelztemperatur im Bereich von 250°C bis 600°C aufweist.Furthermore, it is provided according to an embodiment of the method according to the invention that the salt compound has a melting temperature in the range of 250 ° C to 600 ° C.
Weiterhin ist gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass die Salzverbindung eine der folgenden Salzverbindungen ist oder eine der folgenden Salzverbindungen aufweist: Natriumnitrit, Natriumchlorid, Kaliumnitrat, Lithiumnitrat, Natriumhydroxid.Furthermore, according to one embodiment of the method according to the invention, it is provided that the salt compound is one of the following salt compounds or has one of the following salt compounds: sodium nitrite, sodium chloride, potassium nitrate, lithium nitrate, sodium hydroxide.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft einen Latentwärmespeicher gemäß Anspruch 10, der insbesondere zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen ist und insbesondere entsprechend der oben bereits beschriebenen Merkmale weiter ausgestaltet werden kann.A further aspect of the present invention relates to a latent heat accumulator according to
Gemäß Anspruch 10 wird ein Latentwärmespeicher offenbart, aufweisend eine schmelzbare Salzverbindung, die in einem Mantelraum des Latentwärmespeichers gespeichert ist, wobei der Mantelraum von einem Mantel des Latentwärmespeichers umgeben ist, wobei der Latentwärmespeicher eine Mehrzahl an Rohren aufweist, die jeweils schraubenförmig auf ein Kernrohr gewickelt sind, das sich im Mantelraum entlang einer Längsachse des Mantels erstreckt, so dass die Rohre ein Rohrbündel zum Führen eines Wärmetransferfluids bilden, derart, dass indirekt Wärme zwischen dem Wärmetransferfluid und der Salzverbindung übertragbar ist, und wobei das Rohrbündel mehrere in radialer Richtung übereinanderliegende Rohrlagen aufweist, wobei insbesondere die Last des Rohrbündels über das Kernrohr oder über Stege abgetragen wird, die oben aufgehängt sind.According to
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen durch die nachfolgende Figurenbeschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren erläutert werden. Es zeigt:
-
1 einen erfindungsgemäßen Latentwärmespeicher in Form eines gewickelten Wärmeübertragers, der eine schmelzbare Salzverbindung zum Speichern von Energie, insbesondere Sonnenenergie aufweist.
-
1 a latent heat accumulator according to the invention in the form of a wound heat exchanger, which has a fusible salt compound for storing energy, in particular solar energy.
Die
Das Rohrbündel
Gemäß
In den Mantelraum
Das mindestens eine Wärmetransfermedium
Hierbei kann z.B. das mindestens eine Wärmetransferfluid
Es besteht insbesondere auch die Möglichkeit, die Rohre
Wie in der
Mittels der Abstandshalter kann insbesondere der Abstand zwischen den einzelnen Rohrlagen
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Wärmeübertrager bzw. LatentwärmespeicherHeat exchanger or latent heat storage
- 33
- Rohrbündeltube bundle
- 44
- Rohrlagepipe layer
- 55
- Mantelcoat
- 66
- Mantelraumshell space
- 1010
- Stegweb
- 3030
- RohreTube
- 50, 51, 52, 5350, 51, 52, 53
- StutzenSupport
- 300300
- Kernrohrcore tube
- SS
- Salzverbindung bzw. PhasenwechselmaterialSalt compound or phase change material
- WW
- WärmetransferfluidHeat transfer fluid
- RR
- Radiale RichtungRadial direction
- ZZ
- Längsachselongitudinal axis
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102017007733.9A DE102017007733A1 (en) | 2017-08-16 | 2017-08-16 | Use of a wound heat exchanger as latent heat storage |
Applications Claiming Priority (1)
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DE102017007733.9A DE102017007733A1 (en) | 2017-08-16 | 2017-08-16 | Use of a wound heat exchanger as latent heat storage |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE102017007733A1 true DE102017007733A1 (en) | 2019-03-07 |
Family
ID=65363493
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102017007733.9A Withdrawn DE102017007733A1 (en) | 2017-08-16 | 2017-08-16 | Use of a wound heat exchanger as latent heat storage |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE102017007733A1 (en) |
-
2017
- 2017-08-16 DE DE102017007733.9A patent/DE102017007733A1/en not_active Withdrawn
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