DE102019207965A1 - Heat storage device and method for storing and / or providing heat - Google Patents
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Abstract
Um eine Wärmespeichervorrichtung bereitzustellen, welche einfach herstellbar und mit einer hohen Effizienz beladen oder entladen werden kann, wird vorgeschlagen, dass eine Wärmeübertragungseinrichtung der Wärmespeichervorrichtung eine erste Strömungseinrichtung und eine zweite Strömungseinrichtung aufweist, die jeweils in thermischem Kontakt mit einer Speichereinrichtung der Wärmespeichervorrichtung und/oder miteinander stehen, wobei durch die erste Strömungseinrichtung ein erstes Wärmeübertragungsmedium und durch die zweite Strömungseinrichtung ein zweites Wärmeübertragungsmedium strömbar ist, wobei die erste Strömungseinrichtung von der zweiten Strömungseinrichtung fluidisch getrennt ist und wobei die Speichereinrichtung mittels einer Stelleinrichtung relativ zu der Wärmeübertragungseinrichtung bewegbar ist.In order to provide a heat storage device that is easy to manufacture and can be loaded or unloaded with high efficiency, it is proposed that a heat transfer device of the heat storage device have a first flow device and a second flow device, each in thermal contact with a storage device of the heat storage device and / or with one another stand, wherein a first heat transfer medium can flow through the first flow device and a second heat transfer medium can flow through the second flow device, the first flow device being fluidically separated from the second flow device and the storage device being movable relative to the heat transfer device by means of an actuating device.
Description
Die Erfindung betrifft eine Wärmespeichervorrichtung, umfassend eine Speichereinrichtung, welche ein Speichermedium zum Speichern von Wärme aufweist und eine Wärmeübertragungseinrichtung, durch welche der Speichereinrichtung Wärme zuführbar und/oder Wärme von dieser abführbar ist, wobei die Wärmeübertragungseinrichtung eine erste Strömungseinrichtung und eine zweite Strömungseinrichtung aufweist, die jeweils in thermischem Kontakt mit der Speichereinrichtung und/oder miteinander stehen. Durch die erste Strömungseinrichtung ist ein erstes Wärmeübertragungsmedium und durch die zweite Strömungseinrichtung ist ein zweites Wärmeübertragungsmedium strömbar. Die erste Strömungseinrichtung ist von der zweiten Strömungseinrichtung fluidisch getrennt.The invention relates to a heat storage device, comprising a storage device which has a storage medium for storing heat and a heat transfer device through which heat can be supplied to the storage device and / or heat can be removed from it, the heat transfer device having a first flow device and a second flow device which are each in thermal contact with the storage device and / or with one another. A first heat transfer medium can flow through the first flow device and a second heat transfer medium can flow through the second flow device. The first flow device is fluidically separated from the second flow device.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Speichern und/oder Bereitstellen von Wärme mittels einer Wärmespeichervorrichtung.The invention also relates to a method for storing and / or providing heat by means of a heat storage device.
Wärmeübertragungsvorrichtungen sind aus der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wärmespeichervorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, welche einfach herstellbar und mit einer hohen Effizienz beladen oder entladen werden kann.The invention is based on the object of providing a heat storage device of the type mentioned at the outset, which is easy to manufacture and can be charged or discharged with high efficiency.
Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Wärmespeichervorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Speichereinrichtung mittels einer Stelleinrichtung relativ zu der Wärmeübertragungseinrichtung bewegbar ist.This object is achieved according to the invention in the heat storage device mentioned at the beginning in that the storage device can be moved relative to the heat transfer device by means of an actuating device.
Die erste Strömungseinrichtung und die zweite Strömungseinrichtung stehen jeweils in thermischem Kontakt mit der Speichereinrichtung. So kann eine Wärmeübertragung von dem ersten Wärmeübertragungsmedium auf das Speichermedium der Speichereinrichtung und/oder dem zweiten Wärmeübertragungsmedium auf das Speichermedium der Speichereinrichtung erfolgen und/oder umgekehrt.The first flow device and the second flow device are each in thermal contact with the storage device. Thus, heat can be transferred from the first heat transfer medium to the storage medium of the storage device and / or the second heat transfer medium to the storage medium of the storage device and / or vice versa.
„Warm“ und „kalt“ werden im Folgenden vorzugsweise als relative Begriffe verwendet. Eine Wärmeübertragung findet insbesondere von dem warmen auf das kalte Medium statt.In the following, “warm” and “cold” are preferably used as relative terms. A heat transfer takes place in particular from the warm to the cold medium.
Um der Wärmespeichervorrichtung Wärme zuzuführen, wird die erste Strömungseinrichtung beispielsweise von einem warmen ersten Wärmeübertragungsmedium durchströmt, welches seine Wärme über die Wärmeübertragungseinrichtung an das Speichermedium abgibt. Das Speichermedium wird dabei insbesondere aufgeschmolzen.In order to supply heat to the heat storage device, a warm first heat transfer medium flows through the first flow device, for example, which transfers its heat to the storage medium via the heat transfer device. In particular, the storage medium is melted.
Das Speichermedium der Speichereinrichtung ist oder umfasst beispielsweise ein Phasenwechselmedium.The storage medium of the storage device is or comprises, for example, a phase change medium.
Das Phasenwechselmedium umfasst insbesondere Nitratsalze oder eine Mischung aus unterschiedlichen Nitratsalzen. Es umfasst beispielsweise Natriumnitrat und/oder Kaliumnitrat und/oder Lithiumnitrat. Mittels unterschiedlicher Mischungen der genannten Stoffe lässt sich beispielsweise ein Schmelzpunkt des Phasenwechselmediums einstellen.The phase change medium comprises in particular nitrate salts or a mixture of different nitrate salts. It includes, for example, sodium nitrate and / or potassium nitrate and / or lithium nitrate. A melting point of the phase change medium can be set, for example, by means of different mixtures of the substances mentioned.
Alternativ hierzu umfasst das Phasenwechselmedium beispielsweise ein Paraffinmaterial.Alternatively, the phase change medium comprises, for example, a paraffin material.
Zur Entnahme von Wärme aus der Wärmespeichervorrichtung wird beispielsweise die zweite Strömungseinrichtung mit einem kalten zweiten Wärmeübertragungsmedium durchströmt, auf welches die Speichereinrichtung über die Wärmeübertragungseinrichtung ihre gespeicherte Wärme abgibt. Vorzugsweise erstarrt das Speichermedium dabei.To remove heat from the heat storage device, for example, a cold second heat transfer medium flows through the second flow device, to which the storage device emits its stored heat via the heat transfer device. The storage medium preferably solidifies in the process.
Ergänzend oder alternativ kann auch eine Wärmeübertragung von Wärme von dem warmen ersten Wärmeübertragungsmedium auf das zweite kalte Wärmeübertragungsmedium ausgebildet sein und/oder werden.In addition or as an alternative, a heat transfer of heat from the warm first heat transfer medium to the second cold heat transfer medium can also be and / or be implemented.
Eine Wärmeübertragungsfunktion zwischen den unterschiedlichen Medien ist vorzugsweise dann nutzbar, wenn das jeweilige Medium - also erstes Wärmeübertragungsmedium, zweites Wärmeübertragungsmedium und/oder Speichermedium - relativ zu mindestens einem weiteren Medium bewegt wird.A heat transfer function between the different media can preferably be used when the respective medium - that is, first heat transfer medium, second heat transfer medium and / or storage medium - is moved relative to at least one further medium.
Bei dem ersten und/oder zweiten Wärmeübertragungsmedium ist eine Bewegung vorzugsweise ein Durchströmen der jeweiligen Strömungseinrichtung. Bei dem Speichermedium ist eine Bewegung mittels der Stelleinrichtung möglich.In the case of the first and / or second heat transfer medium, a movement is preferably a flow through the respective flow device. The storage medium can be moved by means of the actuating device.
Durch die fluidische Trennung der ersten Strömungseinrichtung von der zweiten Strömungseinrichtung können zum Be- und Entladen der Wärmespeichervorrichtung jeweils unterschiedliche Wärmeübertragungsmedien eingesetzt werden.Due to the fluidic separation of the first flow device from the second flow device, different heat transfer media can be used for loading and unloading the heat storage device.
Es lassen sich dadurch beispielsweise zeitgleich ein erstes warmes Wärmeübertragungsmedium durch die erste Strömungseinrichtung und ein zweites kaltes Wärmeübertragungsmedium durch die zweite Strömungseinrichtung strömen. Dies ermöglicht beispielsweise eine zeitgleiche Be- und Entladung der Wärmespeichervorrichtung.In this way, for example, a first warm heat transfer medium can flow through the first flow device and a second cold heat transfer medium through the second flow device at the same time. This enables, for example, simultaneous loading and unloading of the heat storage device.
Alternativ kann auch ein Wärmeübertragungsmedium strömen, während das andere Wärmeübertragungsmedium stationär und/oder ruhend vorliegt. Alternatively, one heat transfer medium can also flow while the other heat transfer medium is stationary and / or at rest.
Unter fluidisch getrennt ist insbesondere zu verstehen, dass die erste Strömungseinrichtung und die zweite Strömungseinrichtung fluidwirksam voneinander getrennt sind.Fluidically separated is to be understood in particular as meaning that the first flow device and the second flow device are separated from one another in a fluid-effective manner.
Die erste Strömungseinrichtung und die zweite Strömungseinrichtung weisen insbesondere jeweils vollständig voneinander getrennte Fluidkreisläufe für die jeweiligen Wärmeübertragungsmedien auf.The first flow device and the second flow device in particular each have fluid circuits for the respective heat transfer media that are completely separate from one another.
Das erste und das zweite Wärmeübertragungsmedium können unterschiedliche Medien sein. Alternativ ist denkbar, dass das erste Wärmeübertragungsmedium und das zweite Wärmeübertragungsmedium stofflich identisch sind.The first and second heat transfer media can be different media. Alternatively, it is conceivable that the first heat transfer medium and the second heat transfer medium are materially identical.
Das erste und/oder zweite Wärmeübertragungsmedium sind vorzugsweise Flüssigkeiten oder Gase oder Gemische davon. Beispielsweise sind das erste und/oder zweite Wärmeübertragungsmedium Wasser.The first and / or second heat transfer medium are preferably liquids or gases or mixtures thereof. For example, the first and / or second heat transfer medium are water.
Die erste Strömungseinrichtung und die zweite Strömungseinrichtung stehen vorzugsweise miteinander in thermischem Kontakt. So kann vorzugsweise eine Wärmeübertragung von dem ersten Wärmeübertragungsmedium auf das zweite Wärmeübertragungsmedium oder umgekehrt ausgebildet sein.The first flow device and the second flow device are preferably in thermal contact with one another. Thus, a heat transfer from the first heat transfer medium to the second heat transfer medium or vice versa can preferably be formed.
Durch die Bewegung der Speichereinrichtung mittels der Stelleinrichtung relativ zu der Wärmeübertragungseinrichtung sind vorzugsweise weitere Parameter vorhanden, welche zur Optimierung von Be- oder Entladung der Wärmespeichervorrichtung verwendet werden können.As a result of the movement of the storage device by means of the actuating device relative to the heat transfer device, further parameters are preferably present which can be used to optimize the loading or unloading of the heat storage device.
Die Speichereinrichtung ist vorzugsweise mittels der Stelleinrichtung relativ zu der Wärmeübertragungseinrichtung automatisch bewegbar.The storage device is preferably automatically movable relative to the heat transfer device by means of the actuating device.
Die Bewegung der Speichereinrichtung relativ zu der Wärmeübertragungseinrichtung ist vorzugsweise eine Linearbewegung entlang oder entgegen einer Bewegungsrichtung, welche insbesondere senkrecht zu einer Haupterstreckungsrichtung eines Rohrelements der ersten Strömungseinrichtung angeordnet ist.The movement of the storage device relative to the heat transfer device is preferably a linear movement along or against a direction of movement, which is in particular arranged perpendicular to a main direction of extent of a tubular element of the first flow device.
Die Bewegungsrichtung ist insbesondere senkrecht zu einer Längsmittelachse eines Rohrelements der zweiten Strömungsrichtung angeordnet.The direction of movement is arranged in particular perpendicular to a longitudinal center axis of a pipe element of the second flow direction.
Günstig kann es sein, wenn ein Aufnahmebehälter zu einer Beladung des Speichermediums entlang der Bewegungsrichtung bewegt wird. Eine Position der Wärmeübertragungseinrichtung bleibt dabei insbesondere unverändert. Zu einer Entladung des Speichermediums wird der Aufnahmebehälter vorzugsweise entgegengesetzt zu der Bewegungsrichtung bewegt.It can be favorable if a receiving container is moved along the direction of movement to load the storage medium. A position of the heat transfer device in particular remains unchanged. To discharge the storage medium, the receiving container is preferably moved in the opposite direction to the direction of movement.
Mittels der Rohrelemente der ersten und/oder zweiten Strömungseinrichtung ist ein Behälter, in welchem die Speichereinrichtung und die Wärmeübertragungseinrichtung angeordnet sind, vorzugsweise horizontal bezüglich einer Bodenwandung des Behälters durchströmbar.By means of the pipe elements of the first and / or second flow device, a container in which the storage device and the heat transfer device are arranged can be flowed through, preferably horizontally with respect to a bottom wall of the container.
Alternativ zur Ausbildung der Bewegung der Speichereinrichtung als Linearbewegung kann vorgesehen sein, dass die Speichereinrichtung relativ zu der Wärmeübertragungseinrichtung mittels der Stelleinrichtung um eine Drehachse drehbar ist.As an alternative to forming the movement of the storage device as a linear movement, it can be provided that the storage device can be rotated relative to the heat transfer device by means of the actuating device about an axis of rotation.
Vorzugsweise umfasst die Stelleinrichtung ein Zwischenmedium, mittels welchem ein oder mehrere Aufnahmebehälter der Speichereinrichtung zur Aufnahme und/oder Führung von Speichermedium und die Wärmeübertragungseinrichtung miteinander verbunden sind.The actuating device preferably comprises an intermediate medium by means of which one or more receptacles of the storage device for receiving and / or guiding the storage medium and the heat transfer device are connected to one another.
Der eine oder die mehreren Aufnahmebehälter der Speichereinrichtung sind vorzugsweise mittels des Zwischenmediums thermisch leitend miteinander und/oder mit der Wärmeübertragungseinrichtung verbunden.The one or more receiving containers of the storage device are preferably connected to one another and / or to the heat transfer device in a thermally conductive manner by means of the intermediate medium.
Das Zwischenmedium dient insbesondere einer Verringerung eines Reibungswiderstands einer Wandung des einen oder der mehreren Aufnahmebehälter und/oder einer äußeren Oberfläche eines Wärmeleitkörpers der Wärmeübertragungseinrichtung.The intermediate medium serves in particular to reduce the frictional resistance of a wall of the one or more receiving containers and / or an outer surface of a heat conducting body of the heat transfer device.
Günstig kann es sein, wenn das Zwischenmedium als wärmeleitfähige Lage zwischen der Speichereinrichtung und der Wärmeübertragungseinrichtung ausgebildet ist.It can be favorable if the intermediate medium is designed as a thermally conductive layer between the storage device and the heat transfer device.
Das Zwischenmedium ist vorzugsweise ein Zwischenfluid.The intermediate medium is preferably an intermediate fluid.
Als besonders geeignetes Zwischenmedium hat sich Wachs erwiesen.Wax has proven to be a particularly suitable intermediate medium.
Vorzugsweise umfasst die Speichereinrichtung einen oder mehrere Aufnahmebehälter zur Aufnahme und oder Führung von Speichermedium. Der eine oder die mehreren Aufnahmebehälter sind vorzugsweise zumindest näherungsweise zylinderförmig, insbesondere zumindest näherungsweise hohlzylinderförmig, ausgebildet. Dies ist insbesondere bei einer Drehbewegung des jeweiligen Aufnahmebehälters vorteilhaft.The storage device preferably comprises one or more receiving containers for receiving and / or guiding storage medium. The one or more receiving containers are preferably at least approximately cylindrical, in particular at least approximately hollow cylindrical. This is particularly advantageous when the respective receptacle is rotated.
Beispielsweise sind die einen oder mehreren Aufnahmebehälter zumindest näherungsweise hohlkreiszylinderförmig ausgebildet.For example, the one or more receiving containers are at least approximately in the form of a hollow circular cylinder.
Es kann vorgesehen sein, dass die Speichereinrichtung einen oder mehrere Aufnahmebehälter zur Aufnahme und/oder Führung von Speichermedium umfasst, wobei der eine oder die mehreren Aufnahmebehälter mittels der Stelleinrichtung um eine oder mehrere Drehachsen drehbar sind. Insbesondere ist jeder der Aufnahmebehälter um eine Drehachse drehbar, wobei die Drehachsen vorzugsweise zumindest näherungsweise parallel zueinander angeordnet sind.It can be provided that the storage device comprises one or more receptacles for receiving and / or guiding storage medium, wherein the one or more receptacles can be rotated about one or more axes of rotation by means of the actuating device. In particular, each of the receiving containers can be rotated about an axis of rotation, the axes of rotation preferably being arranged at least approximately parallel to one another.
Günstig kann es sein, wenn die eine oder die mehreren Drehachsen der einen oder der mehreren Aufnahmebehälter zumindest näherungsweise parallel zu einer Haupterstreckungsrichtung eines Rohrelements der ersten und/oder zweiten Strömungseinrichtung angeordnet sind.It can be favorable if the one or more axes of rotation of the one or more receiving containers are arranged at least approximately parallel to a main direction of extent of a pipe element of the first and / or second flow device.
Die einen oder die mehreren Aufnahmebehälter sind beispielsweise als Rohrabschnitte ausgebildet.The one or more receptacles are designed, for example, as pipe sections.
Die Wandungen der einen oder der mehreren Aufnahmebehälter sind vorzugsweise dünnwandig ausgebildet. Dies erleichtert eine Wärmeübertragung von dem Speichermedium auf das erste und/oder zweite Wärmeübertragungsmedium und umgekehrt.The walls of the one or more receptacles are preferably thin-walled. This facilitates heat transfer from the storage medium to the first and / or second heat transfer medium and vice versa.
Im Falle von mehreren Aufnahmebehältern sind diese vorzugsweise bezüglich Form, Material und/oder Volumen im Wesentlichen identisch ausgebildet. So kann eine homogene Wärmeübertragung über die gesamte Speichereinrichtung ausgebildet werden.In the case of several receiving containers, these are preferably designed essentially identically with regard to shape, material and / or volume. In this way, a homogeneous heat transfer can be established over the entire storage device.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass unterschiedliche Aufnahmebehälter eingesetzt werden. So kann auch bei mehreren Aufnahmebehältern eine punktuelle Wärmeübertragung ausgebildet werden.Alternatively, it can be provided that different receptacles are used. In this way, a selective heat transfer can be established even with several receiving containers.
Es kann vorgesehen sein, dass die Speichereinrichtung zwei oder mehr als zwei Aufnahmebehälter zur Aufnahme und/oder Führung von Speichermedium umfasst, wobei die zwei oder die mehr als zwei Aufnahmebehälter mittels der Stelleinrichtung um zwei oder mehr als zwei zumindest näherungsweise parallel zueinander angeordnete Drehachsen drehbar sind. Insbesondere sind zumindest zwei der zwei oder der mehr als zwei Aufnahmebehälter in entgegengesetzte oder gleiche Drehrichtungen drehbar.It can be provided that the storage device comprises two or more than two receptacles for receiving and / or guiding storage medium, the two or more than two receptacles being rotatable by means of the adjusting device about two or more than two axes of rotation arranged at least approximately parallel to one another . In particular, at least two of the two or more than two receiving containers can be rotated in opposite or identical directions of rotation.
Hierdurch ist insbesondere eine Leistungsabgabe der Wärmespeichervorrichtung insgesamt einstellbar und/oder regelbar.As a result, a power output of the heat storage device can be set and / or regulated as a whole.
Günstig kann es sein, wenn der Aufnahmebehälter bezüglich einer Schwerkraftrichtung oberhalb der Wärmeübertragungseinrichtung oder seitlich von der Wärmeübertragungseinrichtung angeordnet ist.It can be favorable if the receiving container is arranged above the heat transfer device or to the side of the heat transfer device with respect to a direction of gravity.
Wenn die Speichereinrichtung mehrere Aufnahmebehälter zur Aufnahme und/oder Führung von Speichermedium umfasst, kann es vorteilhaft sein, wenn die Wärmeübertragungseinrichtung, insbesondere mittig, zwischen zwei der mehreren Aufnahmebehälter angeordnet ist. So lässt sich vorzugsweise ein direkter thermischer Kontakt zwischen beiden Aufnahmebehältern und der Wärmeübertragungseinrichtung ausbilden.If the storage device comprises a plurality of receiving containers for receiving and / or guiding storage medium, it can be advantageous if the heat transfer device is arranged, in particular in the center, between two of the plurality of receiving containers. In this way, a direct thermal contact can preferably be formed between the two receiving containers and the heat transfer device.
Bei zwei Aufnahmebehältern kann es günstig sein, dass jeweils ein Verdrängerkörper in den Aufnahmebehältern angeordnet ist. Die Verdrängerkörper dienen vorzugsweise, insbesondere bei einer Entladung, einer thermischen Kontaktierung von Speichermedium und jeweiligem Wärmeübertragungsmedium.In the case of two receptacles, it can be advantageous for a displacement body to be arranged in each of the receptacles. The displacement bodies are preferably used, in particular in the event of a discharge, to make thermal contact between the storage medium and the respective heat transfer medium.
Vorteilhaft kann es sein, wenn die erste Strömungseinrichtung und die zweite Strömungseinrichtung jeweils zumindest abschnittsweise ein Rohrelement umfassen. Die Rohrelemente der ersten und zweiten Strömungseinrichtungen stehen insbesondere miteinander und/oder mit einer oder mehrerer Wandungen eines oder mehrerer Aufnahmebehälter der Speichereinrichtung in thermischem und/oder mechanischem Kontakt.It can be advantageous if the first flow device and the second flow device each comprise a tubular element at least in sections. The pipe elements of the first and second flow devices are in particular in thermal and / or mechanical contact with one another and / or with one or more walls of one or more receptacles of the storage device.
Vorzugsweise umfassen eines oder mehrere der folgenden Elemente ein metallisches Material, beispielsweise Stahl, oder sind daraus gebildet: die Rohrelemente der ersten und/oder zweiten Strömungseinrichtungen, die Wandung(en) des einen oder der mehreren Aufnahmebehälter.One or more of the following elements preferably comprise or are formed from a metallic material, for example steel: the pipe elements of the first and / or second flow devices, the wall (s) of the one or more receiving containers.
Vorzugsweise sind das Speichermedium und das erste Wärmeübertragungsmedium und/oder das Speichermedium und das zweite Wärmeübertragungsmedium thermisch gekoppelt.The storage medium and the first heat transfer medium and / or the storage medium and the second heat transfer medium are preferably thermally coupled.
Eine Wärmeleitfähigkeit des Materials der Rohrelemente und/oder der Wandungen des einen oder der mehreren Aufnahmebehälter liegt vorzugsweise in einem Bereich von ca. 30 W/(m.K) oder mehr.A thermal conductivity of the material of the pipe elements and / or the walls of the one or more receiving containers is preferably in a range of approximately 30 W / (m.K) or more.
Vorzugsweise umfasst die Stelleinrichtung eine Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung einer bereitgestellten Wärmemenge. Insbesondere ist mittels der Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung eine Bewegung der Speichereinrichtung relativ zu der Wärmeübertragungseinrichtung derart regelbar, dass die Wärmespeichervorrichtung eine konstante Leistungsabgabe aufweist.The actuating device preferably comprises a control and / or regulating device for controlling and / or regulating an amount of heat provided. In particular, a movement of the storage device relative to the heat transfer device can be regulated by means of the control and / or regulating device in such a way that the heat storage device has a constant power output.
Die Angabe „konstante Leistungsabgabe“ bezieht sich insbesondere auf eine Leistungsabgabe bei konstanten Fluidparametern.The specification “constant power output” relates in particular to a power output with constant fluid parameters.
Die Steuerungs- und oder Regelungsvorrichtung der Stelleinrichtung regelt und/oder steuert vorzugsweise einen oder mehrere der folgenden Parameter:
- - Geschwindigkeit eines oder mehrerer Aufnahmebehälter der Speichereinrichtung; und/oder
- - Temperatur des ersten Wärmeübertragungsmediums; und/oder
- - Temperatur des zweiten Wärmeübertragungsmediums; und/oder
- - Temperatur des Speichermediums; und/oder
- - Strömungsgeschwindigkeit des ersten Wärmeübertragungsmediums; und/oder
- - Strömungsgeschwindigkeit des zweiten Wärmeübertragungsmediums.
- - Speed of one or more receptacles of the storage device; and or
- - temperature of the first heat transfer medium; and or
- - temperature of the second heat transfer medium; and or
- - temperature of the storage medium; and or
- - flow rate of the first heat transfer medium; and or
- - Flow rate of the second heat transfer medium.
Die Geschwindigkeit(en) des einen oder der mehreren Aufnahmebehälter sind vorzugsweise Rotationsgeschwindigkeit(en).The speed (s) of the one or more receptacles are preferably rotational speed (s).
Im Falle von mehreren Aufnahmebehältern kann es günstig sein, wenn die Steuerungs- und oder Regelungsvorrichtung eine Bewegungsrichtung der mehreren Aufnahmebehälter, beispielsweise eine Drehrichtung, relativ zueinander steuert und/oder regelt.In the case of several receptacles, it can be advantageous if the control and / or regulating device controls and / or regulates a direction of movement of the plurality of receptacles, for example a direction of rotation, relative to one another.
Insbesondere sind Temperaturdifferenzen der genannten Medien steuerbar und/oder regelbar.In particular, temperature differences between the media mentioned can be controlled and / or regulated.
Die Steuerungs- und oder Regelungsvorrichtung umfasst vorzugsweise einen oder mehrere Sensoren und/oder eine Steuerungseinheit.The control and or regulation device preferably comprises one or more sensors and / or a control unit.
Die Steuerungs- und oder Regelungsvorrichtung ist insbesondere eine maschinelle Steuerungs- und oder Regelungsvorrichtung.The control and / or regulating device is in particular a mechanical control and / or regulating device.
Es kann vorgesehen sein, dass die Wärmeübertragungseinrichtung mindestens ein selektiv mit elektrischer Energie beaufschlagbares elektrisches Heizelement umfasst, welches mit mindestens einer der Strömungseinrichtung und/oder der Speichereinrichtung in thermischem Kontakt steht.It can be provided that the heat transfer device comprises at least one electrical heating element which can be selectively charged with electrical energy and which is in thermal contact with at least one of the flow device and / or the storage device.
Dies ermöglicht vorzugsweise eine elektrische Beladung der Wärmespeichervorrichtung.This preferably enables the heat storage device to be electrically charged.
Die Wärmeübertragungseinrichtung umfasst insbesondere einen Wärmeleitkörper, welcher mindestens eine Strömungseinrichtung und/oder mindestens einen Aufnahmebehälter der Speichereinrichtung thermisch und/oder mechanisch, insbesondere mittels eines Zwischenmediums, kontaktiert.The heat transfer device comprises, in particular, a heat conducting body which makes thermal and / or mechanical contact with at least one flow device and / or at least one receptacle of the storage device, in particular by means of an intermediate medium.
Der Wärmeleitkörper umschließt vorzugsweise die erste Strömungseinrichtung längs einer Haupterstreckungsrichtung eines Rohrelements der ersten Ström ungseinrichtung.The heat conducting body preferably encloses the first flow device along a main direction of extent of a tubular element of the first flow device.
Vorzugsweise umschließt der Wärmeleitkörper die zweite Strömungseinrichtung längs einer Haupterstreckungsrichtung eines Rohrelements der zweiten Strömungseinrichtung.The heat conducting body preferably encloses the second flow device along a main direction of extent of a tubular element of the second flow device.
Günstig kann es sein, wenn der Wärmeleitkörper aus einem Material gebildet ist, welches eine Wärmeleitfähigkeit von ca. 30 W/(m.K) oder mehr aufweist.It can be favorable if the heat conducting body is formed from a material which has a thermal conductivity of approx. 30 W / (m.K) or more.
Beispielsweise ist der Wärmeleitkörper aus einem metallischen Material gebildet oder umfasst ein metallisches Material.For example, the heat conducting body is formed from a metallic material or comprises a metallic material.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Wärmeleitkörper ein wärmeleitfähiges Polymermaterial umfasst oder daraus gebildet ist.Alternatively, it can be provided that the heat conducting body comprises a thermally conductive polymer material or is formed therefrom.
Der Wärmeleitkörper kann als Rippenstruktur vorliegen, bei welcher sich beispielsweise Rippen von den Rohrelementen radial weg erstrecken.The heat conducting body can be in the form of a rib structure, in which, for example, ribs extend radially away from the tubular elements.
Eine Kontaktfläche des Wärmeleitkörpers, insbesondere mittels eines Zwischenmediums, zu einer Wandung eines Aufnahmebehälters der Speichereinrichtung beträgt vorzugsweise ca. 10 % oder mehr, insbesondere ca. 20 % oder mehr, einer geometrischen Gesamtoberfläche der Wandung des Aufnah mebehä lters.A contact area of the heat conducting body, in particular by means of an intermediate medium, to a wall of a receptacle of the storage device is preferably about 10% or more, in particular about 20% or more, of a total geometric surface of the wall of the receptacle.
Die Kontaktfläche des Wärmeleitkörpers, insbesondere mittels eines Zwischenmediums, zu einer Wandung eines Aufnahmebehälters der Speichereinrichtung beträgt vorzugsweise ca. 70 % oder weniger, insbesondere ca. 50 % oder weniger, einer geometrischen Gesamtoberfläche der Wandung des Aufnahmebehälters.The contact area of the heat conducting body, in particular by means of an intermediate medium, to a wall of a receptacle of the storage device is preferably approx. 70% or less, in particular approx. 50% or less, of a total geometric surface of the wall of the receptacle.
Günstig kann es sein, wenn der Wärmeleitkörper eine Aufnahmevorrichtung zur Aufnahme eines Aufnahmebehälters der Speichereinrichtung bildet und insbesondere zumindest näherungsweise schalenförmig und/oder rinnenförmig ausgebildet ist.It can be favorable if the heat conducting body forms a receiving device for receiving a receiving container of the storage device and in particular is at least approximately shell-shaped and / or channel-shaped.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Speichern und/oder Bereitstellen von Wärme mittels einer Wärmespeichervorrichtung, umfassend eine Speichereinrichtung und eine Wärmeübertragungseinrichtung, bereitgestellt.According to the invention, a method for storing and / or providing heat by means of a heat storage device, comprising a storage device and a heat transfer device, is provided.
Bei dem Verfahren wird der Speichereinrichtung mittels eines ersten Wärmeübertragungsmediums der Wärmeübertragungseinrichtung Wärme zugeführt oder Wärme von der Speichereinrichtung abgeführt.In the case of the method, the storage device is provided with a first Heat transfer medium of the heat transfer device heat supplied or heat removed from the storage device.
Bei dem Verfahren wird ferner der Speichereinrichtung mittels eines zweiten Wärmeübertragungsmediums der Wärmeübertragungseinrichtung Wärme zugeführt oder Wärme von der Speichereinrichtung abgeführt.In the method, heat is also supplied to the storage device by means of a second heat transfer medium of the heat transfer device or heat is removed from the storage device.
Das erste Wärmeübertragungsmedium und das zweite Wärmeübertragungsmedium strömen innerhalb der Wärmeübertragungseinrichtung durch fluidisch voneinander getrennte Strömungseinrichtungen. Die Speichereinrichtung wird relativ zu der Wärmeübertragungseinrichtung bewegt.The first heat transfer medium and the second heat transfer medium flow within the heat transfer device through fluidically separated flow devices. The storage device is moved relative to the heat transfer device.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist vorzugsweise einzelne oder mehrere der im Zusammenhang mit 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 heat storage device according to the invention.
Vorzugsweise werden ein oder mehrere Aufnahmebehälter der Speichereinrichtung mittels einer Stelleinrichtung der Wärmespeichervorrichtung um eine oder mehrere Drehachsen gedreht. Die eine oder die mehreren Drehachsen sind insbesondere zumindest näherungsweise parallel zu einer Haupterstreckungsrichtung eines Rohrelements der ersten Strömungseinrichtung und/oder der zweiten Strömungseinrichtung angeordnet.One or more receptacles of the storage device are preferably rotated about one or more axes of rotation by means of an actuating device of the heat storage device. The one or more axes of rotation are in particular arranged at least approximately parallel to a main direction of extent of a tubular element of the first flow device and / or the second flow device.
Die Wärmespeichervorrichtung kann insbesondere als thermischer Wärmespeicher und/oder Wärmepuffer für industrielle Anwendungen, beispielsweise zur effizienten Nutzung von Abwärme, eingesetzt werden. Sie eignet sich beispielsweise zum Einsatz im Zusammenhang mit Prozessen mit zeitlich variierender Wärmeabgabe und/oder Wärmeaufnahme. Die Wärmespeichervorrichtung kann beispielsweise als Energiespeicher in Heizkraftwerken verwendet werden.The heat storage device can in particular be used as a thermal heat store and / or heat buffer for industrial applications, for example for the efficient use of waste heat. It is suitable, for example, for use in connection with processes with heat emission and / or heat absorption that vary over time. The heat storage device can be used, for example, as an energy store in thermal power stations.
Ergänzend oder alternativ zu den genannten Merkmalen und/oder Vorteilen, ermöglicht die Wärmespeichervorrichtung vorzugsweise Folgendes:
- - eine Förderung des ersten und zweiten Wärmeübertragungsmedium zeitlich unabhängig voneinander; und/oder
- - durch einen ruhenden Zustand eines der Wärmeübertragungsmedien kann eine Pumpleistung von Pumpen zur Förderung des ersten und/oder zweiten Wärmeübertragungsmediums reduziert werden; und/oder
- - reduzierte Temperaturdifferenzen zwischen den verschiedenen Medien und dadurch insbesondere reduzierte Effizienzverluste; und/oder
- - konstante Leistungsabgabe bei gleichbleibendem Zustand von erstem und/oder zweitem Wärmeübertragungsmedium.
- a promotion of the first and second heat transfer medium independently of one another in time; and or
- a pumping capacity of pumps for conveying the first and / or second heat transfer medium can be reduced by a resting state of one of the heat transfer media; and or
- - Reduced temperature differences between the various media and thereby in particular reduced efficiency losses; and or
- - constant power output with constant state of the first and / or second heat transfer medium.
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 graphic representation of exemplary embodiments.
In den Zeichnungen zeigen:
-
1 eine schematische Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform einer Wärmespeichervorrichtung, bei welcher eine Speichereinrichtung mittels einer Stelleinrichtung linear bewegbar ist; -
2 eine schematische systemtechnische Darstellung der Wärmespeichervorrichtung aus1 in einem Zustand während einer Beladung; -
3 eine schematische systemtechnische Darstellung der Wärmespeichervorrichtung aus1 in einem Zustand während einer Entladung; -
4 eine schematische systemtechnische Darstellung der Wärmespeichervorrichtung aus1 in einem Zustand während einer direkten Wärmeübertragung zwischen einem ersten und einem zweiten Wärmeübertragungsmedium der Wärmeübertragungseinrichtung; -
5 eine schematische systemtechnische Darstellung der Wärmespeichervorrichtung aus1 in einem Zustand wie in5 , wobei zusätzlich eine Wärmeübertragung von dem Speichermedium der Speichereinrichtung auf das zweite Wärmeübertragungsmedium der Wärmeübertragungseinrichtung stattfindet; -
6 eine schematische Schnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform einer Wärmespeichervorrichtung, bei welcher die Speichereinrichtung mittels einer Stelleinrichtung relativ zu der Wärmeübertragungseinrichtung drehbar ist; und -
7 eine schematische Schnittdarstellung eine dritten Ausführungsform einer Wärmespeichervorrichtung, bei welcher die Speichereinrichtung zwei Aufnahmebehälter umfasst und die Wärmeübertragungseinrichtung zwischen den Aufnahmebehältern angeordnet ist.
-
1 a schematic sectional illustration of a first embodiment of a heat storage device, in which a storage device can be moved linearly by means of an actuating device; -
2 a schematic system-technical representation of the heat storage device1 in a state during loading; -
3 a schematic system-technical representation of the heat storage device1 in a state during discharge; -
4th a schematic system-technical representation of the heat storage device1 in a state during direct heat transfer between a first and a second heat transfer medium of the heat transfer device; -
5 a schematic system-technical representation of the heat storage device1 in a state like in5 , wherein there is additionally a heat transfer from the storage medium of the storage device to the second heat transfer medium of the heat transfer device; -
6th a schematic sectional illustration of a second embodiment of a heat storage device, in which the storage device is rotatable relative to the heat transfer device by means of an actuating device; and -
7th a schematic sectional view of a third embodiment of a heat storage device, in which the storage device comprises two receiving containers and the heat transfer device is arranged between the receiving containers.
Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in sämtlichen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.Identical or functionally equivalent elements are provided with the same reference symbols in all figures.
Die Wärmespeichervorrichtung
Die Wärmeübertragungseinrichtung
Die Speichereinrichtung
Latente Wärme bezeichnet insbesondere Wärme, welche bei einem Phasenübergang erster Ordnung freigesetzt wird und/oder für einen Phasenübergang aufgewendet werden muss. Vorliegend geht das Speichermedium
Die in
Das Speichermedium
Beispielsweise ist eine Mischung aus Kaliumnitrat und Natriumnitrat als Speichermedium
Die Wärmeübertragungseinrichtung
Die erste Strömungseinrichtung
Von dem Rohrelement
Beispielsweise wird Wasser als erstes Wärmeübertragungsmedium
Die zweite Strömungseinrichtung
Von dem Rohrelement
Je nach Nutzung der Wärmespeichervorrichtung
Die Rohrelemente
Die Wandung
Die Wärmeübertragungseinrichtung
Mittels des Wärmeleitkörpers
Der Wärmeleitkörper
Vorzugsweise ist der Wärmeleitkörper
Es kann vorgesehen sein, dass der Wärmeleitkörper
Zur Bewegung der Speichereinrichtung
Die Stelleinrichtung
Für einen verringerten Reibungswiederstand bei der Bewegung umfasst die Stelleinrichtung
Mittels des Zwischenmediums
Mittels der Stelleinrichtung
Ein Aufnahmebehälter
Eine Unterseite
Vorteilhaft kann es sein, wenn der Aufnahmebehälter
Als Zwischenmedium
Zur Ausbildung einer konstanten Leistungsabgabe der Wärmespeichervorrichtung
Die Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung
- -
Speichermedium 106 und erstem Wärmeübertragungsmedium118 ; und/oder - -
Speichermedium 106 und zweitem Wärmeübertragungsmedium120 ; und/oder - -
erstem Wärmeübertragungsmedium 118 und zweitem Wärmeübertragungsmedium120 .
- -
storage medium 106 and firstheat transfer medium 118 ; and or - -
storage medium 106 and secondheat transfer medium 120 ; and or - - the first
heat transfer medium 118 and secondheat transfer medium 120 .
Vorzugsweise werden mittels der Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung
- - Geschwindigkeit einer Bewegung des
Aufnahmebehälters 132 ; - - im Falle von mehreren Aufnahmebehältern
132 (vgl.6 und7 ) Geschwindigkeiten der Bewegung und Bewegungsrichtungen der Aufnahmebehälter132 relativ zueinander; - - Strömungsgeschwindigkeit des ersten Wärmeübertragungsmediums
118 ; - - Strömungsgeschwindigkeit des zweiten Wärmeübertragungsmediums
120 ; - -
Temperatur des Speichermediums 106 ; - - Temperatur des ersten Wärmeübertragungsmediums
118 ; - - Temperatur des zweiten
Wärmeübertragungsmediums 120 .
- - Speed of movement of the
receptacle 132 ; - - in the case of several receptacles
132 (see.6th and7th ) Speeds of movement and directions of movement of thereceptacles 132 relative to each other; - - Flow rate of the first
heat transfer medium 118 ; - - Flow rate of the second
heat transfer medium 120 ; - - temperature of the
storage medium 106 ; - - temperature of the first
heat transfer medium 118 ; - - temperature of the second
heat transfer medium 120 .
Bei einer Linearbewegung der Speichereinrichtung
In den
Die Wärmeüberganszone
In
Zur Beladung strömt das erste, vorliegend warme, Wärmeübertragungsmedium
Das zweite Wärmeübertragungsmedium
Beispielsweise kann eine elektrische Beladung vorgesehen sein. Hierzu wird das erste Wärmeübertragungsmedium
Bei der Bewegung des Aufnahmebehälters
Die Erwärmung erfolgt vorzugsweise durch eine Wärmeübertragung von dem ersten warmen Wärmeübertragungsmedium
Hierfür ist die Wärmeleitstruktur
Aufgrund der dem Speichermedium
Das Speichermedium
Der gepunktete Bereich des Speichermediums
Die Speichereinrichtung
Bei der Entladung steht das erste Wärmeübertragungsmedium
Das zweite, vorliegend kalte, Wärmeübertragungsmedium
Es wird vorzugsweise Wärme von dem Speichermedium
Das Speichermedium
Es findet vorzugsweise in einem Bereich des Speichermediums
Eine Wärmeübertragung auf das erste Wärmeübertragungsmedium
In
Hierbei durchströmt das erste kalte Wärmeübertragungsmedium
Zur Ausbildung einer Wärmeübertragung zwischen dem ersten Wärmeübertragungsmedium
Ein in
Der Aufnahmebehälter
Im Übrigen stimmt der in
Eine in
In
An einem Innenumfang des Aufnahmebehälters
Der Aufnahmebehälter
Eine Längsmittelachse des Aufnahmebehälters
Insbesondere ist die Längsmittelachse des Aufnahmebehälters
Die Drehachse
Der Wärmeleitkörper
Insbesondere bildet eine dem Aufnahmebehälter
Die dem Aufnahmebehälter
Die Kontaktfläche
Insbesondere beträgt die Kontaktfläche
Vorliegend stehen Wandungen
Insbesondere sind die Wandungen
Alternativ kann vorgesehen sein, dass jeweils zwischen den genannten Elementen ein Bereich des Wärmeleitkörpers
Im Übrigen stimmt die in
Eine in
Der Wärmeleitkörper
In beiden Aufnahmebehältern
Der erste Teil
Zwischen dem ersten Teil
Es kann vorgesehen sein, dass der erste Teil
Alternativ kann der Wärmeleitkörper
Vorliegend grenzen Wandungen
Die Aufnahmebehälter
In
In der in
Insbesondere betragen die Kontaktflächen
Die Aufnahmebehälter
Für eine gleichmäßige Entladung kann es günstig sein, wenn jeweils ein Verdrängerkörper in den Aufnahmebehältern
Im Übrigen stimmt die in
Neben der aufgezeigten Flexibilität und unterschiedlichen Zuständen zum Betrieb der Wärmespeichervorrichtung
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 100100
- WärmespeichervorrichtungHeat storage device
- 102102
- WärmeübertragungseinrichtungHeat transfer device
- 104104
- SpeichereinrichtungStorage facility
- 105105
- HaupterstreckungsrichtungMain direction of extent
- 106106
- SpeichermediumStorage medium
- 107107
- HaupterstreckungsrichtungMain direction of extent
- 110110
- erste Strömungseinrichtungfirst flow device
- 112112
- zweite Strömungseinrichtungsecond flow device
- 114114
- RohrelementTubular element
- 116116
- RohrelementTubular element
- 118118
- erstes Wärmeübertragungsmediumfirst heat transfer medium
- 120120
- zweites Wärmeübertragungsmediumsecond heat transfer medium
- 122122
- WandungWall
- 124124
- WandungWall
- 126126
- WärmeleitkörperHeat conducting body
- 128128
- StelleinrichtungAdjusting device
- 130130
- ZwischenmediumIntermediate medium
- 132132
- AufnahmebehälterReceiving container
- 134134
- BewegungsrichtungDirection of movement
- 135135
- WärmeübergangszoneHeat transfer zone
- 136136
- Unterseitebottom
- 138138
- KontaktflächeContact area
- 140140
- DrehachseAxis of rotation
- 142142
- WandungWall
- 144144
- erster Teilfirst part
- 146146
- zweiter Teilsecond part
- 150150
- Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung Control and / or regulating device
- GG
- SchwerkraftrichtungDirection of gravity
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- WO 2011/069693 A1 [0003]WO 2011/069693 A1 [0003]
- DE 102009006788 A1 [0003]DE 102009006788 A1 [0003]
- DE 202010015920 U1 [0003]DE 202010015920 U1 [0003]
- DE 102017213718 A1 [0003]DE 102017213718 A1 [0003]
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