DE102019200726A1

DE102019200726A1 - Heat exchanger with phase storage and steam turbine system comprising such a heat exchanger

Info

Publication number: DE102019200726A1
Application number: DE102019200726.0A
Authority: DE
Inventors: Karl Breuer; Jörg Döhring
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date: 2019-01-22
Filing date: 2019-01-22
Publication date: 2020-07-23
Also published as: WO2020151850A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager (1) zum Übertragen thermischer Energie von einer Wärmequelle (2) oder einem ersten Wärmeträger (3) auf einen zweiten Wärmeträger (4). Der Wärmeübertrager (1) umfasst einen Phasenspeicher (5) wobei der Phasenspeicher (5) die thermische Energie von der Wärmequelle (2) oder dem ersten Wärmeträger (3) aufnehmen und an einen zweiten Wärmeträger (4) abgeben kann. Darüber hinaus umfasst die Erfindung eine Dampfturbinenanlage mit einem Wärmeübertrager (1) mit Phasenspeicher (5).The invention relates to a heat exchanger (1) for transferring thermal energy from a heat source (2) or a first heat transfer medium (3) to a second heat transfer medium (4). The heat exchanger (1) comprises a phase store (5), the phase store (5) receiving the thermal energy from the heat source (2) or the first heat transfer medium (3) and delivering it to a second heat transfer medium (4). In addition, the invention includes a steam turbine system with a heat exchanger (1) with a phase accumulator (5).

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager nach dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruch 1, sowie eine Dampfturbinenanlage entsprechend des unabhängigen Patentanspruchs 7.The invention relates to a heat exchanger according to the preamble of independent claim 1, and to a steam turbine system according to independent claim 7.

Durch den Rückgang von fossilen Brennstoffen und die gleichzeitige Zunahme bei erneuerbaren Energien, wie Wind- und Solarkraft, werden die Speicherung und die von äußeren Witterungseinflüssen unabhängige Bereitstellung von gespeicherter Energie immer wichtiger. Eine Möglichkeit der Energiespeicherung stellen die sogenannten Flüssigsalzspeicher dar. Dabei wird die in Form von Strom oder Wärme vorliegende Energie in Form von Wärme im flüssigen Salz gespeichert. Salz als Speichermaterial bietet viele Vorteile, Salz ist ein sehr kostengünstiges Material und weltweit nahezu unbegrenzt verfügbar. In flüssiger Form kann es bei Temperaturen zwischen 170 und 560 °C eingesetzt werden. Im Gegensatz zu Wasser steht es auch bei hohen Temperaturen nicht unter Druck und kann problemlos gepumpt werden. Es ist ungiftig und nicht brennbar so dass es sich auch für Anwendungen bei denen besondere Sicherheitsvorkehrung im Hinblick auf Explosionsschutz oder Brandlast zu treffen sind, einsetzen lässt. Die Anschaffungskosten für Flüssigsalzspeicher bleiben darüber hinaus gut kalkulierbar, da sich die Eigenschaften über viele Zyklen nicht verschlechtern, d. h. eine hohe Anzahl von Lade- und Entladezyklen (auch teillastig) möglich sind.Due to the decline in fossil fuels and the simultaneous increase in renewable energies such as wind and solar power, storage and the provision of stored energy regardless of external weather conditions are becoming increasingly important. So-called liquid salt stores represent one possibility of energy storage. The energy present in the form of electricity or heat is stored in the form of heat in the liquid salt. Salt as a storage material offers many advantages. Salt is a very inexpensive material and is available almost indefinitely worldwide. In liquid form it can be used at temperatures between 170 and 560 ° C. In contrast to water, it is not under pressure even at high temperatures and can be pumped without any problems. It is non-toxic and non-flammable so that it can also be used for applications in which special safety precautions with regard to explosion protection or fire load have to be taken. In addition, the acquisition costs for liquid salt storage remain easily calculable, since the properties do not deteriorate over many cycles. H. a high number of charging and discharging cycles (also partial load) are possible.

Zum Laden des Flüssigsalzspeichers wird Wärme von einem ersten Wärmeträger, beispielsweise einem Thermoöl aus einem Solarkraftwerk, über einen Wärmetauscher an das Salz des Flüssigsalzspeichers übertragen. Beim entladen wird die im Flüssigsalzspeicher gespeicherte Wärme wieder zurück an den ersten Wärmeübertrager übertragen. Der Wärmeübertrager ist hierzu als indirekter Wärmetauscher mit einer wärmedurchlässigen Wand ausgebildet. Der Flüssigkeitsspeicher weist zwei getrennte Tanks auf. Das flüssige Salz strömt gepumpt von speziellen Salzpumpen von einem Tank über den Wärmetauscher in den anderen Tank. Zum Aufladen des Flüssigsalzspeichers strömt das Salz vom „kalten“ Tank über den Wärmeaustauscher zum „heißen“ Tank und nimmt dabei Wärmeenergie auf. Beim Entladen des Speichers ist die Strömungsrichtung umgekehrt und das Salz strömt vom „heißen“ Tank über den Wärmetauscher zum „kalten“ Tank und gibt dabei Wärmeenergie an den ersten Wärmeträger ab.To charge the liquid salt storage, heat is transferred from a first heat transfer medium, for example a thermal oil from a solar power plant, to the salt of the liquid salt storage via a heat exchanger. When discharging, the heat stored in the liquid salt storage is transferred back to the first heat exchanger. For this purpose, the heat exchanger is designed as an indirect heat exchanger with a heat-permeable wall. The liquid storage has two separate tanks. Pumped by special salt pumps, the liquid salt flows from one tank via the heat exchanger to the other tank. To charge the liquid salt storage, the salt flows from the "cold" tank via the heat exchanger to the "hot" tank, thereby absorbing thermal energy. When the storage tank is unloaded, the flow direction is reversed and the salt flows from the "hot" tank via the heat exchanger to the "cold" tank, releasing thermal energy to the first heat transfer medium.

Bei Flüssigsalzspeichern ist allerdings stets darauf zu achten, dass das Salz flüssig bleibt, da es bei der Kristallisation des Salzes (Einfrieren) zu irreversiblen Schäden an den Pumpen und an dem Wärmetauscher kommen kann. Aus diesem Grund weisen die Behälter immer Begleitheizungen auf.In the case of liquid salt storage tanks, however, care must always be taken that the salt remains liquid, since irreversible damage to the pumps and the heat exchanger can occur when the salt crystallizes (freezes). For this reason, the tanks always have trace heating.

Dadurch, dass eine Kristallisation des Salzes unter allen Umständen vermieden werden muss, verbleibt immer eine größere Wärmemenge ungenutzt im Flüssigsalzspeicher.Because crystallization of the salt must be avoided under all circumstances, a larger amount of heat always remains unused in the liquid salt storage.

Ausgehend vom Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Anmeldung einen Wärmeübertrager bereitzustellen, welcher die Nachteile aus dem Stand der Technik überwindet. Des Weiteren ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Dampfturbinenanlage mit einem erfindungsgemäßen Wärmeübertrager bereitzustellen.Starting from the prior art, the object of the present application is to provide a heat exchanger which overcomes the disadvantages of the prior art. Furthermore, it is an object of the present invention to provide a steam turbine system with a heat exchanger according to the invention.

Die Aufgabe wird hinsichtlich des Wärmeübertragers durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Hinsichtlich der Dampfturbinenanlage wird die Aufgabe durch den unabhängigen Patentanspruch 7 gelöst.The object is achieved with respect to the heat exchanger by the features of independent claim 1. With regard to the steam turbine system, the object is achieved by the independent claim 7.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung, die einzeln oder in Kombination miteinander einsetzbar sind, sind Gegenstand der Unteransprüche.Further embodiments of the invention, which can be used individually or in combination with one another, are the subject of the dependent claims.

Der erfindungsgemäße Wärmeübertrager zum Übertragen thermischer Energie von einer Wärmequelle oder einem ersten Wärmeträger auf einen zweiten Wärmeträger zeichnet sich dadurch aus, dass der Wärmeübertrager einen Phasenspeicher umfasst und der Phasenspeicher, die thermische Energie von der Wärmequelle oder dem ersten Wärmeträger aufnehmen und an den zweiten Wärmeträger abgeben kann. Der Phasenspeicher nutzt gegenüber herkömmlichen Flüssigkeitsspeichern den Phasenübergang aus und ermöglicht dadurch eine deutlich höhere Speicherkapazität als herkömmliche Speicher. Das Erstarren des Speichermediums gehört dabei zum Funktionsprinzip des Phasenspeichers und ist im Gegensatz zu herkömmlichen Speichern kein technisches Risiko. Durch die Integration des Phasenspeichers in den Wärmeübertrager werden keine verschleißintensiven bewegten Komponenten, wie beispielsweise Salzpumpen benötigt. Hierdurch kann der Wärmeübertrager nahezu verschleißfrei arbeiten. Der Phasenspeicher kann dabei, ähnlich wie Flüssigsalzspeicher, sehr hohe Grenznutzungsdauern erreichen. Auch ein Teillastbetrieb ist jederzeit möglich und die an den Wärmeübertrager angeschlossene Anlage kann ohne technische Vorsichtsmaßnahme ab- und angefahren werden. Auf die bei Flüssigsalzspeichern notwendigen Begleitheizungen der Behälter kann ebenso verzichtet werden, wie auf die bislang notwendigen zwei Behälter. Durch den Verzicht der beweglichen Teile, insbesondere von Pumpen und den Verzicht von Begleitheizungen sowie die Reduzierung auf einen einzigen Speicherbehälter wird der konstruktive Aufwand des Speichers und des Wärmeübertragers deutlich reduziert und die Anlagenkosten können erheblich reduziert werden.The heat exchanger according to the invention for transferring thermal energy from a heat source or a first heat transfer medium to a second heat transfer medium is characterized in that the heat exchanger comprises a phase accumulator and the phase accumulator absorbs the thermal energy from the heat source or the first heat transfer medium and releases it to the second heat transfer medium can. The phase accumulator uses the phase transition compared to conventional liquid accumulators and thus enables a significantly higher storage capacity than conventional accumulators. The solidification of the storage medium is part of the functional principle of the phase storage and, in contrast to conventional storage, is not a technical risk. The integration of the phase accumulator in the heat exchanger means that no wear-intensive moving components, such as salt pumps, are required. This allows the heat exchanger to work almost without wear. The phase accumulator, like liquid salt accumulator, can reach very long useful lives. Partial load operation is also possible at any time and the system connected to the heat exchanger can be started and stopped without any technical precaution. The trace heating of the containers required for liquid salt storage can be dispensed with, as can the two containers previously required. By dispensing with the moving parts, in particular pumps and dispensing with trace heating and the reduction to a single storage tank, the design effort of the storage and the heat exchanger is significantly reduced and the system costs can be significantly reduced.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Wärmequelle ein elektrischer Heizwiderstand ist. Als elektrischer Heizwiderstand kommt beispielsweise eine Heizspirale in Betracht. Der elektrische Heizwiderstand kann mit Strom versorgt werden, der auf unterschiedliche Weise, beispielsweise durch eine Windkraftanlage erzeugt wird. Hierdurch kann der Strom, der bei hohen Windaufkommen gewonnen wird, gespeichert werden und im Falle von Windstille wieder in Form von Wärme abgegeben werden. Die abgegeben Wärme kann dann beispielsweise in einer herkömmlichen Dampfturbine verstromt werden kann. One embodiment of the invention provides that the heat source is an electrical heating resistor. A heating coil can be considered as an electrical heating resistor, for example. The electrical heating resistor can be supplied with electricity, which is generated in different ways, for example by a wind turbine. As a result, the electricity that is generated when there is a lot of wind can be stored and given off in the form of heat in the absence of wind. The heat given off can then be converted into electricity in a conventional steam turbine, for example.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der erste Wärmeträger ein erstes Fluid ist. Das erste Fluid kann beispielsweise ein Thermoöl sein, welches in einem Solarkraftwerk mit Hilfe von Sonnenenergie erwärmt wird. Die mit Sonnenenergie bereitgestellte Wärme kann im Phasenspeicher gespeichert werden und beispielsweise nachts wieder abgegeben werden und ebenfalls über eine herkömmliche Dampfturbine verströmt werden.Another embodiment of the invention provides that the first heat transfer medium is a first fluid. The first fluid can be a thermal oil, for example, which is heated in a solar power plant with the help of solar energy. The heat provided by solar energy can be stored in the phase memory and released again at night, for example, and also emitted via a conventional steam turbine.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Phasenspeicher ein Salzspeicher ist. Salz hat den großen Vorteil, dass es über einen hohen Temperaturbereich genutzt werden kann. Salz ist in hohem Maße verfügbar und ungiftig. Der weitere Vorteil bei flüssigem Salz besteht darin, dass es auch bei hohen Temperaturen druckfrei ist. Übliche Temperaturbereiche für eine Salzanlage liegen bei bis zu 380 °C wobei das Salz üblicherweise bei 250 °C erstarrt. Dies stellt beim Phasenspeicher jedoch keine Grenze hinsichtlich der unteren Temperatur dar, da der Phasenspeicher auch Wärme abgeben kann, wenn das Speichermedium, in diesem Fall das Salz bereits vollständig erstarrt ist.A further embodiment of the invention provides that the phase storage is a salt storage. Salt has the great advantage that it can be used over a high temperature range. Salt is widely available and non-toxic. Another advantage of liquid salt is that it is pressure-free even at high temperatures. Typical temperature ranges for a salt plant are up to 380 ° C, the salt usually solidifying at 250 ° C. However, this does not represent a limit with regard to the lower temperature in the phase accumulator, since the phase accumulator can also emit heat when the storage medium, in this case the salt, has already completely solidified.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die thermische Energie mittel oder unmittelbar von einem Solarkraftwerk oder einer Windkraftanlage bereitgestellt wird. Mittels des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers mit integriertem Phasenspeicher kann die Energie vom Solarkraftwerk oder der Windkraftanlage in Form von Wärme gespeichert werden. In Zeiten, in denen kein Strom über die regenerativen Energien bereitgestellt werden kann, lässt sich die Wärme beispielsweise mittels einer Dampfturbine verstromen. Somit kann die Energie, unabhängig von den Witterungsbedingungen, jederzeit bereitgestellt werden.One embodiment of the invention provides that the thermal energy is provided directly or indirectly by a solar power plant or a wind turbine. By means of the heat exchanger according to the invention with an integrated phase storage device, the energy from the solar power plant or the wind power plant can be stored in the form of heat. In times when no electricity can be provided by the renewable energies, the heat can be turned off, for example, by means of a steam turbine. This means that the energy can be provided at any time, regardless of the weather conditions.

Die erfindungsgemäße Dampfturbinenanlage umfasst wenigstens einen Wärmeübertrager, welcher nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ausgebildet ist, sowie eine Dampfturbine, wobei der zweite Wärmeträger das Arbeitsmedium der Dampfturbine ist. Hierdurch kann, wie bereits ausgeführt, auf einfache Weise die Wärmeenergie in elektrischen Strom umgewandelt werden. Dadurch, dass der zweite Wärmeträger direkt das Arbeitsmedium der Dampfturbine ist, ergibt sich ein besonders hoher Wirkungsgrad der Dampfturbinenanlage. Das Arbeitsmedium muss dabei nicht zwangsläufig Wasser-/Wasserdampf sein. Es können für die Dampfturbine auch andere Flüssigkeiten, wie organische Flüssigkeiten oder Ammoniak verwendet werden. Auch eine Erwärmung von Luft und die Entspannung in einer Luftturbine sind denkbar, ohne dass hierdurch der Bereich der Erfindung verlassen wird.The steam turbine system according to the invention comprises at least one heat exchanger, which is designed according to one of claims 1 to 6, and a steam turbine, the second heat carrier being the working medium of the steam turbine. As already stated, this allows the thermal energy to be converted into electrical current in a simple manner. The fact that the second heat transfer medium is the working medium of the steam turbine results in a particularly high efficiency of the steam turbine system. The working medium does not necessarily have to be water / water vapor. Other liquids, such as organic liquids or ammonia, can also be used for the steam turbine. Air heating and relaxation in an air turbine are also conceivable, without thereby leaving the scope of the invention.

Zusammenfassend lässt sich somit festhalten, dass durch den erfindungsgemäßen Wärmeübertrager mit integriertem Phasenspeicher eine Speicherung von Wärme mit hoher Energiedichte bei gleichzeitig geringem Platzbedarf ermöglicht wird, wobei das Aufladen des Phasenspeichers und das Entladen des Phasenspeichers auf einfache Weise über den Wärmeübertrager möglich ist. Durch die Integration von Wärmeübertrager und Phasenspeicher ergibt sich ein sehr kompakter und konstruktiv einfacher Aufbau. Dieser ist nahezu wartungs- und verschleißfrei. Durch den erfindungsgemäßen Wärmeübertrager kann insbesondere Energie aus regenerativen Quellen auf einfache Weise gespeichert werden und im Bedarfsfall abgerufen werden. Die Umwandlung der gespeicherten Wärme in elektrischen Strom kann mittels der erfindungsgemäßen Dampfturbinenanlage problemlos erfolgen. Zur Verstromung können dabei übliche Dampfturbinenanlagen verwendet werden, ohne dass diese eine größere Anpassung erforderlich machen.In summary, it can thus be stated that the heat exchanger according to the invention with an integrated phase accumulator enables heat to be stored with a high energy density and at the same time takes up little space, the charging of the phase accumulator and the discharge of the phase accumulator being possible in a simple manner via the heat exchanger. The integration of heat exchanger and phase accumulator results in a very compact and structurally simple structure. This is almost maintenance and wear-free. By means of the heat exchanger according to the invention, in particular energy from regenerative sources can be stored in a simple manner and can be called up if necessary. The conversion of the stored heat into electrical current can be carried out easily using the steam turbine system according to the invention. Conventional steam turbine systems can be used for electricity generation without requiring a major adjustment.

Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt,

1 einen herkömmlichen Wärmeübertrager,
2 eine herkömmliche Dampfturbinenanlage mit Flüssigsalzspeicher,
3 eine erste Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Wärmeübertrager,
4 eine erfindungsgemäße Dampfturbinenanlage und
5 eine zweite Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers.

Embodiments of the invention are explained in more detail below using exemplary embodiments. It shows,

1 a conventional heat exchanger,
2nd a conventional steam turbine plant with liquid salt storage,
3rd a first embodiment of a heat exchanger according to the invention,
4th a steam turbine system according to the invention and
5 a second embodiment of a heat exchanger according to the invention.

Die Darstellungen zeigen teilweise stark vereinfachte und schematische Darstellungen der Erfindung. Gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile sind figurübergreifend mit denselben Bezugszeichen versehen.The representations show, in part, highly simplified and schematic representations of the invention. Identical or functionally identical components are provided with the same reference symbols in all figures.

1 zeigt einen Wärmeübertrager 1 zum Übertragen von thermischer Energie von einem ersten Wärmeträger 3 auf einen zweiten Wärmeträger 4. Der Wärmeübertrager ist als einfacher indirekter Wärmetauscher ausgebildet und umfasst eine, die Stoffströme räumlich trennende und wärmedurchlässige Wand 9. Ein solcher handelsüblicher Wärmetauscher 1 wird beispielsweise für ein Solarkraftwerk (Concentrated-Solar-Powerplant CSP) verwendet, wie es in 2 dargestellt ist. Bei der dargestellten Anlage wird zunächst die Sonnenergie gebündelt und mit der Sonnenenergie der erste Wärmeträger 3, beispielsweise ein Thermoöl erhitzt. Das erhitzte Thermoöl strömt durch einen zu einer Dampfturbinenanlage 6 gehörenden zweiten Wärmeübertrager 15 und gibt dabei Wärmeenergie an das Arbeitsmedium der Dampfturbinenanlage 6 ab. Das Arbeitsmedium 4 wird dabei verdampft und anschließend in der Turbine 7 entspannt. Die Turbine treibt ihrerseits einen Generator an, der elektrischen Strom erzeugt. 1 shows a heat exchanger 1 for transferring thermal energy from a first heat transfer medium 3rd to a second heat transfer medium 4th . The heat exchanger is designed as a simple indirect heat exchanger and comprises a the material flow separating and heat-permeable wall 9 . Such a commercially available heat exchanger 1 is used for example for a solar power plant (Concentrated-Solar-Powerplant CSP), as it is in 2nd is shown. In the system shown, the solar energy is first bundled and with the solar energy the first heat transfer medium 3rd , for example heated a thermal oil. The heated thermal oil flows through to a steam turbine plant 6 belonging second heat exchanger 15 and gives thermal energy to the working medium of the steam turbine system 6 from. The working medium 4th is evaporated and then in the turbine 7 relaxed. The turbine in turn drives a generator that generates electricity.

Um auch in Zeiten, in denen die Sonne nicht scheint, Strom zu erzeugen, weist die Anlage einen Flüssigsalzspeicher auf. Der Flüssigsalzspeicher umfasst zwei getrennte Tanks 10, 11. Die mit flüssigem Salz befüllten Speicher 10, 11 kommunizieren mit dem Thermoöl des Solarkraftwerks über den ersten Wärmeübertrager 1. Zur Speicherung der Wärmeenergie vom Solarkraftwerk wird die Wärmeenergie vom Thermoöl (erster Wärmeträger 3) über den Wärmetauscher 1 an das Salz des Flüssigkeitsspeichers (zweiter Wärmeträger 4) übertragen. Hierzu strömt das flüssige Salz vom „kalten“ Tank 11 über den Wärmetauscher 1 zum „heißen“ Tank 10 und nimmt dabei Wärmeenergie Q auf. Beim Entladen des Speichers ist die Strömungsrichtung umgekehrt und das flüssige Salz strömt vom „heißen“ Tank 10 über den Wärmetauscher 1 zum „kalten“ Tank und gibt dabei die gespeicherte Wärmeenergie an das Thermoöl (den ersten Wärmeträger 3) ab. Das Salz wird dabei mittels Salzpumpen von einem Tank zum anderen gepumpt. Zum Betrieb der Anlage ist es unbedingt notwendig, dass das Salz stets in flüssiger Form vorliegt und es nicht zu einer Kristallisation des Salzes kommt, da dies zu irreversiblen Schäden an den Salzpumpen und am Wärmetauscher 1 führen würde. Aus diesem Grund weisen die Behälter eine Begleitheizung auf, die dafür sorgt, dass die Temperatur des flüssigen Salzes immer oberhalb der Kristallisationstemperatur liegt.In order to generate electricity even in times when the sun is not shining, the system has a liquid salt storage. The liquid salt storage comprises two separate tanks 10th , 11 . The storage tanks filled with liquid salt 10th , 11 communicate with the thermal oil of the solar power plant via the first heat exchanger 1 . To store the thermal energy from the solar power plant, the thermal energy from thermal oil (first heat transfer medium 3rd ) via the heat exchanger 1 to the salt of the liquid reservoir (second heat transfer medium 4th ) transfer. To do this, the liquid salt flows from the “cold” tank 11 via the heat exchanger 1 to the "hot" tank 10th and absorbs thermal energy Q. When the storage is unloaded, the flow direction is reversed and the liquid salt flows from the "hot" tank 10th via the heat exchanger 1 to the "cold" tank and transfers the stored thermal energy to the thermal oil (the first heat transfer medium 3rd ). The salt is pumped from one tank to another using salt pumps. To operate the system, it is imperative that the salt is always in liquid form and that the salt does not crystallize, as this will cause irreversible damage to the salt pumps and the heat exchanger 1 would lead. For this reason, the containers have trace heating, which ensures that the temperature of the liquid salt is always above the crystallization temperature.

3 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers 1. Der Wärmeübertrager 1 dient zum Übertragen thermischer Energie Q von einer Wärmequelle 2 oder einem ersten Wärmeträger 3 auf einen zweiten Wärmeträger 4. Als erster Wärmeträger kommt beispielsweise jegliche Art von Fluiden und insbesondere Flüssigkeiten in Betracht. Flüssigkeiten bieten sich besonders deshalb an, da sie eine höhere, spezifische Wärmekapazität als Gase aufweisen. Grundsätzlich kann als erster Wärmeträger aber auch Gas verwendet werden. Als Wärmequellen 2 kommen ebenfalls sämtliche Wärmequellen infrage. Insbesondere eignen sich hier Wärmequellen, welche elektrisch betrieben werden, beispielsweise elektrische Heizwiderstände und Heizdrähte. Hierdurch ist es möglich, elektrische Energie in Form von Wärme zu speichern. Der Wärmeübertrager 1 umfasst einen Phasenspeicher 5, welcher integraler Bestandteil des Wärmeübertrager 1 ist. Bei dem Phasenspeicher 5 kann es sich beispielsweise um einen Salzspeicher handeln. Bei dem Phasenspeicher 5 wird der Phasenwechsel genutzt, um die Speicherkapazität zu erhöhen. Der Phasenspeicher 5, welcher thermische Energie aufnimmt, kann diese im Bedarfsfalle an einen zweiten Wärmeträger 4 abgeben. Durch die Kombination von Wärmeübertrager 1 und integriertem Phasenspeicher 5 sind keine zusätzlichen bewegten Teile, wie beispielsweise Salzpumpen erforderlich. Hierdurch ergeben sich ein besonders einfacher konstruktiver Aufbau und ein verschleißarmer und extrem langlebiger Wärmeübertrager. Aufgrund des Phasenspeichers 5, welcher den Phasenwechsel zulässt und ausnutzt kann auf zusätzliche Begleitheizungen verzichtet werden. Sobald der Phasenspeicher 5 aufgeladen ist und eine stationäre Temperatur aufweist, arbeitet der Wärmeübertrager 1 prinzipiell wie ein üblicher Wärmeübertrager. Sinkt die Temperatur des ersten Wärmeträgers 3 unterhalb der Temperatur des Speichermaterials des Phasenspeichers 5, wird Wärme vom Phasenspeicher 5 an den zweiten Wärmeträger 4 abgegeben. 3rd shows a first embodiment of a heat exchanger according to the invention 1 . The heat exchanger 1 is used to transfer thermal energy Q from a heat source 2nd or a first heat transfer medium 3rd to a second heat transfer medium 4th . For example, any kind of fluids and in particular liquids can be considered as the first heat transfer medium. Liquids are particularly useful because they have a higher specific heat capacity than gases. Basically, however, gas can also be used as the first heat transfer medium. As heat sources 2nd all heat sources are also possible. Heat sources which are operated electrically, for example electrical heating resistors and heating wires, are particularly suitable here. This makes it possible to store electrical energy in the form of heat. The heat exchanger 1 includes a phase memory 5 , which is an integral part of the heat exchanger 1 is. With the phase memory 5 it can be a salt store, for example. With the phase memory 5 the phase change is used to increase the storage capacity. The phase memory 5 , which absorbs thermal energy, this can, if necessary, be transferred to a second heat transfer medium 4th submit. By combining heat exchangers 1 and integrated phase memory 5 no additional moving parts such as salt pumps are required. This results in a particularly simple construction and a low-wear and extremely durable heat exchanger. Because of the phase memory 5 , which allows and utilizes the phase change, there is no need for additional trace heating. Once the phase memory 5 is charged and has a stationary temperature, the heat exchanger works 1 basically like a conventional heat exchanger. The temperature of the first heat transfer medium drops 3rd below the temperature of the storage material of the phase storage 5 , heat from the phase storage 5 to the second heat transfer medium 4th submitted.

4 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Dampfturbinenanlage 6. Die Dampfturbinenanlage 6 umfasst einen erfindungsgemäßen Wärmeübertrager 1, sowie eine Dampfturbine 7, wobei der zweite Wärmeübertrager 4 das Arbeitsmedium der Dampfturbine 7 ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird über eine Windkraftanlage 15 elektrische Energie erzeugt. Die elektrische Energie wird im Wärmeübertrager 1 bzw. im Phasenspeicher 5 des Wärmeübertragers 1 gespeichert. Hierzu sind im Wärmeübertrager 1 bzw. im Phasenspeicher 5 elektrische Heizwiderstände in Form einer Heizwendel eingebracht. Der elektrische Strom des Windrads sorgt für die notwendige elektrische Heizleistung und der elektrische Heizwiderstand sorgt durch seine Erwärmung dafür, dass Wärmeenergie an den Phasenspeicher 5 übertragen wird. Der Phasenspeicher 5 nimmt die Wärmeenergie auf und gibt sie an das Arbeitsmedium 4 der Dampfturbine 7 ab. Bei dem Arbeitsmedium kann es sich um Dampf/Wasser aber auch um andere geeignete Flüssigkeiten, beispielsweise Ammoniak oder eine organische Flüssigkeit für eine ORC-Turbine (Organic-Rankine-Cycle) handeln. Auch die Erwärmung von Luft und die Entspannung von Luft in einer Luftturbine sind denkbar. Der erfindungsgemäße Wärmeübertrager 1 ermöglicht es somit die elektrische Energie des Windkraftrads in Form von Wärme zu speichern und diese im Bedarfsfall über eine Dampfturbinenanlage 6 wieder in elektrischen Strom umzuwandeln. 4th shows an embodiment of a steam turbine system according to the invention 6 . The steam turbine plant 6 comprises a heat exchanger according to the invention 1 , as well as a steam turbine 7 , the second heat exchanger 4th the working medium of the steam turbine 7 is. In the present embodiment, a wind turbine 15 generates electrical energy. The electrical energy is in the heat exchanger 1 or in the phase memory 5 of the heat exchanger 1 saved. For this are in the heat exchanger 1 or in the phase memory 5 electrical heating resistors introduced in the form of a heating coil. The electrical current of the wind turbine provides the necessary electrical heating power and the electrical heating resistor, through its heating, ensures that thermal energy is transferred to the phase accumulator 5 is transmitted. The phase memory 5 absorbs the thermal energy and transfers it to the working medium 4th the steam turbine 7 from. The working medium can be steam / water but also other suitable liquids, for example ammonia or an organic liquid for an ORC (Organic Rankine Cycle) turbine. The heating of air and the relaxation of air in an air turbine are also conceivable. The heat exchanger according to the invention 1 This enables the electrical energy of the wind turbine to be stored in the form of heat and, if necessary, via a steam turbine system 6 convert it back into electrical power.

5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers 1. Der Wärmeübertrager 1 umfasst einen Tank 12, der mit einem Salz, beispielsweise Natriumsalz (NaNO₃) gefüllt ist. Innerhalb des Tanks sind spiralförmige Rohre 13 verlegt. Durch die Rohre 13 strömt ein erster Wärmeträger 3, beispielsweise ein Thermoöl, welches über ein Solarkraftwerk erwitzt wird. Das heiße Thermoöl erwärmt das Salz im Tank 12 und bringt es zum Schmelzen. Anschließend verlasst das abgekühlte Thermoöl den Tank 12 über einen Auslass am unteren Ende des Tanks 12. Im Tank 12 sind weitere Rohre eingebracht, welche über einen Zulauf 4 mit dem Arbeitsmedium einer Dampfturbine, beispielsweise Wasser versorgt werden können. Das Wasser steigt in den senkrechten angeordneten Rohren 14 auf und verdampft dabei aufgrund der zugeführten thermischen Energie vom Salz. Der Wasserdampf wird am oberen Auslass des Behälters entnommen und einer Dampfturbine zugeführt und in dieser entspannt. Die Dampfturbine treibt ihrerseits einen Generator an, welcher elektrischen Strom erzeugt. 5 shows a second embodiment of a heat exchanger according to the invention 1 . The heat exchanger 1 includes a tank 12th , which is filled with a salt, for example sodium salt (NaNO ₃ ). Inside the tank are spiral tubes 13 relocated. Through the pipes 13 flows a first heat transfer medium 3rd , for example a thermal oil, which is heated by a solar power plant. The hot thermal oil heats the salt in the tank 12th and it melts. The cooled thermal oil then leaves the tank 12th through an outlet at the bottom of the tank 12th . In the tank 12th additional pipes are introduced, which are connected via an inlet 4th can be supplied with the working medium of a steam turbine, for example water. The water rises in the vertical pipes 14 and evaporates from the salt due to the thermal energy supplied. The water vapor is removed from the upper outlet of the container and fed to a steam turbine, where it is expanded. The steam turbine in turn drives a generator that generates electrical current.

Die spiralförmigen Rohre 13, die von einem ersten Wärmeträger 3 durchströmt werden, können auch durch elektrische Heizwendeln ersetzt werden. Das Verflüssigen des Salzes erfolgt dann elektrisch. Ein solcher Wärmeübertrager 1 eignet sich insbesondere dann, wenn elektrische Energie direkt gespeichert werden soll. Das wäre beispielsweise der Fall bei einer Windkraftanlage, bei der der Wind zu Spitzenzeiten hohe Mengen elektrischen Strom erzeugt und diese für Zeiten in denen Windknappheit herrscht gespeichert werden soll. The spiral tubes 13 by a first heat transfer medium 3rd can be replaced by electric heating coils. The salt is then liquefied electrically. Such a heat exchanger 1 is particularly suitable when electrical energy is to be stored directly. This would be the case, for example, in a wind power plant in which the wind generates high amounts of electrical power at peak times and this is to be stored for times when there is a shortage of wind.

Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass durch den erfindungsgemäßen Wärmeübertrager mit integriertem Phasenspeicher auf einfache Weise Wärme und/oder Strom in Form von Wärme gespeichert werden kann. Dabei treten nur geringe Verluste auf und der Phasenspeicher ermöglicht gegenüber anderen Speicherformen eine hohe Speicherdichte. Dabei ist der Speicher und der mit ihm verbundene Wärmeübertrager besonders einfach im Aufbau und kostengünstig. Kombiniert mit einer erfindungsgemäßen Dampfturbinenanlage kann die gespeicherte Wärme jederzeit zur Erzeugung elektrischen Strom genutzt werden.In summary, it can be stated that the heat exchanger according to the invention with an integrated phase memory can be used to store heat and / or electricity in the form of heat in a simple manner. There are only minor losses and the phase storage enables a high storage density compared to other types of storage. The memory and the heat exchanger connected to it are particularly simple in construction and inexpensive. Combined with a steam turbine system according to the invention, the stored heat can be used at any time to generate electrical current.

Claims

Heat exchanger (1) for transferring thermal energy from a heat source (2) or a first heat transfer medium (3) to a second heat transfer medium (4), characterized in that the heat exchanger (1) comprises a phase accumulator (5) and the phase accumulator (5) can absorb the thermal energy from the heat source (2) or the first heat transfer medium (3) and deliver it to the second heat transfer medium (4).

Heat exchanger (1) after Claim 1 , characterized in that the heat source (2) is an electrical heating resistor.

Heat exchanger (1) after Claim 1 , characterized in that the first heat transfer medium (3) is a first fluid.

Heat exchanger (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the second heat carrier (4) is a second fluid.

Heat exchanger (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the phase accumulator (5) is a salt accumulator.

Heat exchanger (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the thermal energy is provided directly or indirectly by a solar power plant or a wind turbine.

Steam turbine system (6) comprising at least one heat exchanger (1) according to one of the Claims 1 to 6 and a steam turbine (7), the second heat transfer medium (4) being the working medium of the steam turbine.