DE202011106400U1 - heat storage - Google Patents
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Abstract
Wärmespeicher mit Rohren (R) zur Führung eines Wärme abgebenden und wieder aufnehmenden Fluides, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (R) von Lehm (L) und Metall umgeben sind, wobei Lehm (L) zu verstehen ist als natürliche oder künstliche Mischung des Hauptbestandteils Ton mit Füllstoffen wie Sand und Kies.Heat accumulator with tubes (R) for guiding a fluid that emits and absorbs heat, characterized in that the tubes (R) are surrounded by clay (L) and metal, clay (L) being understood as a natural or artificial mixture of the main component Clay with fillers such as sand and gravel.
Description
Die Erfindung betrifft einen Wärmespeicher, mit Rohren zur Führung eines Wärme abgebenden und wieder aufnehmenden Fluides.The invention relates to a heat accumulator, with pipes for guiding a heat-releasing and resuming fluid.
Aufgabe:Task:
In vielen Fällen soll Wärme, die in größeren Mengen im Temperaturbereich bis 400°C (Mitteltemperaturwärme) anfällt, für eine spätere Verwendung gespeichert werden. Ein zur Zeit stark diskutierter Fall ist die Speicherung erneuerbarer Energie. Dazu gibt es erfolgreich arbeitende Bespiele von Solarwärmespeichern mit Salzschmelzen, die aber leider recht teuer sind. Eine neuere Aufgabe besteht im Speichern der Kompressionswärme bei adiabaten Druckluft-Energiespeicheranlagen für die spätere Rückexpansion. Hier gibt es Versuche mit Blöcken aus feuerfestem Beton, in welchen druckhaltende Rohre für die heiße Druckluft eingegossen sind (→
Die vorgeschlagene Lösung:The proposed solution:
Zur Lösung der Aufgabe weist ein erfindungsgemäßer Wärmespeicher die Merkmale des Anspruchs 1 auf. Insbesondere zur Speicherung von Mitteltemperaturwärme im Bereich 80 bis 400 Grad Celsius, wie sie speziell bei der Speicherung der Kompressionswärme in Druckluft-Energiespeichern benötigt wird, wird eine Anordnung von Rohren für das wärmeübertragende Medium, vorzugsweise Druckluft, in einem Block aus Lehm und Metall bzw. Schrott vorgeschlagen.To achieve the object, an inventive heat accumulator on the features of claim 1. In particular, for the storage of average temperature heat in the range 80 to 400 degrees Celsius, as is needed especially in the storage of the heat of compression in compressed air energy storage, an array of pipes for the heat transfer medium, preferably compressed air, in a block of clay and metal or Scrap proposed.
Das wärmeführende Medium wird in Rohren durch den Block aus Lehm geleitet. In diesem Lehmblock ist vorteilhafterweise in Nähe der Rohre Metall, insbesondere Schrott anwesend. Die Rohre weisen einen Abstand zueinander von 5 bis 15 cm auf und verlaufen insbesondere parallel zueinander. Lehm ist im Sinne dieses Textes vorzugsweise definiert als eine durch Druck bzw. Stampfen zu einem hohlraumfreien Klotz verdichtbare Masse mit den Haupt-Bestandteilen Ton, Sand und/oder Kies, auch als künstlich hergestellte Mischung.The heat-carrying medium is passed through the block of clay in tubes. In this clay block is advantageously in the vicinity of the pipes metal, especially scrap present. The tubes have a distance from each other of 5 to 15 cm and in particular run parallel to each other. For the purposes of this text, clay is preferably defined as a mass which can be compacted by pressure or stamping into a cavity-free brick with the main constituents clay, sand and / or gravel, also as an artificially produced mixture.
Schrott ist im Sinne dieses Textes vorzugsweise definiert als artreiner Metallabfall, üblicherweise bestimmt zur Wiederverwertung durch Einschmelzen. Zur Verwendung käme hier insbesondere artenreiner Stahl-Eisen-Schrott oder Aluminium-Schrott, mit einer Stücklänge unter 250 mm, vorzugsweise unter 80 mm, Stückvolumen unter 0,5 dm^3, noch besser unter 0,05 dm^3, vorzugsweise länglich geformte Stücke, hergestellt durch Zerschneiden. Schrott ist preisgünstig und ein guter Wärmeleiter. In einer Schrott und Lehm enthaltenden Lage beträgt der Schrottanteil insbesondere 5 bis 30 Volumenprozent.For the purposes of this text, scrap is preferably defined as art-clean metal waste, usually intended for recycling by smelting. For use here would be in particular species-pure steel-iron scrap or aluminum scrap, with a length less than 250 mm, preferably less than 80 mm, piece volume less than 0.5 dm ^ 3, more preferably less than 0.05 dm ^ 3, preferably oblong shaped Pieces made by cutting up. Scrap is cheap and a good heat conductor. In a scrap and clay containing layer, the scrap content is in particular 5 to 30 percent by volume.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung im Übrigen und aus den Ansprüchen. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Further features of the invention will become apparent from the description, moreover, and from the claims. Advantageous embodiments of the invention are explained below with reference to drawings. Show it:
Beschreibung einer vorzugsweisen Ausführung:Description of a preferred embodiment:
Stahlrohre R von 15 mm Innendurchmesser und 1 mm Wandstärke werden durch Biegen und Verbinden zu einer Anordnung gebracht, die einem Grillrost von 2 × 5 Metern und 10 cm Roststab-(= Rohr-)Abstand gleicht und in der die Rohre R, teilweise parallel geschaltet, von heißer Druckluft durchströmt werden können (Sammelrohre SR an den Enden sind 5 cm dick). Lehm L wird angerührt, vorzugsweise mit etwas Glyzerin statt Wasser. Daraus wird ein flaches Bett von 2,2 × 5,2 Meter und 12 cm Höhe gestampft (oder anderweitig durch Druck verdichtet). Darauf kommt eine 6 cm dicke Lage bzw. Mischung aus Lehm L und 10 Volumenprozent Schrott S (in dieser Lage dafür weniger Sand und Kies). Nun wird der ”Grillrost” darauf gelegt und mit weiteren 8 cm Lehm L mit 10 Volumenprozent Schrott S überdeckt. Es wird wieder gestampft, um Hohlräume zu beseitigen. Darauf kommen wieder 12 cm Lehm L. Oben und unten erhält diese ”Platte” PL etwas Wärmeisolierung. Dafür kann z. B. ein halber cm Glasfaservlies G verwendet werden, siehe
Etwa fünf dieser Platten PL werden übereinander gestapelt, siehe
Bei Anmischen des Lehms mit Wasser ist erst eine Trocknungszeit nötig, bis höhere Temperaturen erreicht werden können. Um die Bildung von Wasserdampfblasen zu vermeiden, muss vorsichtig getrocknet werden. Bei Anmischen des Lehms mit Glyzerin und Temperaturen unter 300°C ist ein solch vorsichtiges Trocknen nicht notwendig. Statt des zur Zeit preisgünstigen Glyzerins kann zum Anrühren oder Anmischen auch eine andere biologisch abbaubare, organische, insbesondere wassermischbare Flüssigkeit mit einem Siedepunkt über 220°C verwendet werden. Vorzugsweise enthält die Flüssigkeit zum Anrühren des Lehms mindestens 70% Glyzerin.When mixing the clay with water, a drying time is necessary until higher temperatures can be achieved. To avoid the formation of water vapor bubbles, it is important to dry carefully. When mixing the clay with glycerin and temperatures below 300 ° C, such careful drying is not necessary. Instead of the currently inexpensive glycerol, another biodegradable, organic, in particular water-miscible, liquid having a boiling point above 220 ° C. can also be used for mixing or mixing. Preferably, the liquid for stirring the clay contains at least 70% glycerol.
Je nach Anforderungen an gespeicherter Wärme, Wärmeübertragungsleistung und Druckverlust können auch andere Maße für Schichtdicken, Rohrdurchmesser, Rohrabstände und Schrottanteile verwendet werden.Depending on the requirements for stored heat, heat transfer performance and pressure loss, other dimensions for layer thicknesses, pipe diameters, pipe distances and scrap proportions may also be used.
Um vorzugsweise längliche Schrott-Stücke passender Größe zu erhalten, kann angelieferter Schrott durch eine Scheranlage geleitet werden, die parallele Schnitte durch größere Schrottstücke, von z. B. mehr als 2 cm Breite, durchführt.In order to obtain preferably elongated scrap pieces of suitable size, delivered scrap can be passed through a shear system, the parallel cuts by larger pieces of scrap, z. B. more than 2 cm wide, performs.
Erwähnt sei die Möglichkeit, einen Teil des Schrottes durch Schweißen an die Rohre anzubinden, wodurch die Wärmeübertragung verbessert wird.Mention should be the possibility to attach a portion of the scrap by welding to the pipes, whereby the heat transfer is improved.
Erwähnt sei auch die Möglichkeit, die unterste Platte eines Stapels, falls sie maximal 80°C warm wird, aus Beton statt Lehm herzustellen, welche damit zugleich ein Fundament für die oberen, wärmeren Platten bildet. Falls die Verformbarkeit des Lehm nicht ausreicht, um Unterschiede in der Wärmeausdehnung zu den typischerweise aus Metall bestehenden Rohren auszugleichen, kann auf die üblichen Rezepte wie Anpassung des Wärmeausdehnungskoeffizienten in den Zusatzstoffen (Sand, Kies) zum Lehm, Zusätzen zur Förderung der Ausbildung von feinen, vorzugsweise senkrecht zu der Rohrachse verlaufenden Rissen oder Zusätze für bessere plastische Verformbarkeit (Glyzerin, biologisch abbaubares Öl, Wachse) zurück gegriffen werden. Bezugszeichenliste:
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
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