DE202023103656U1 - System for supplying energy and/or material to at least one consumer - Google Patents
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Abstract
Anlage zur Energie- und/oder Stoffversorgung mindestens eines Verbrauchers (6) mittels mindestens eines Arbeitsstoffs (A1, A2) mit
- mindestens einer Wärmequelle und/oder Stoffquelle (1.1, 6),
- mindestens einem Speichersystem,
- mindestens einem Verdichter (3.1, 3.2, 3.3) und/oder einer Verdichterstufe,
- mindestens einer Wärmesenke und/oder Stoffsenke (Verbraucher) (6), wobei das Speichersystem eine Kombination
- mindestens eines, mittels mindestens einer Wärmequelle und/oder Stoffquelle (1.1, 6) beladbaren, Dampf-/Flüssigkeitsspeichers (2.1, 2.2, 2.3) mit
- mindestens einem Hochtemperaturspeicher (4.1, 4.2, 4.3, 4.4) ist, wobei
- zwischen dem Dampf-/Flüssigkeitsspeicher (2.1, 2.2, 2.3) und dem Hochtemperaturspeicher (4.1, 4.2, 4.3, 4.4) mindestens ein Verdichter (3.1, 3.2, 3.3) und/oder eine Verdichterstufe zum Verdichten des Arbeitsstoffes (A1, A2) angeordnet ist und
- die mindestens eine Wärmesenke und/oder Stoffsenke (Verbraucher) (6) zur Energie- und/oder Stoffversorgung und/oder zumindest teilweise Rückverstromung mit dem aus dem Dampf-/Flüssigkeitsspeicher (2.1, 2.2, 2.3) und/oder dem Verdichter (3.1, 3.2, 3.3) und/oder der Verdichterstufe und/oder dem Hochtemperaturspeicher (4.1, 4.2, 4.3, 4.4) ausgegebenen Arbeitsstoff (A1, A2) gekoppelt ist.
System for supplying energy and/or material to at least one consumer (6) using at least one working material (A1, A2).
- at least one heat source and/or material source (1.1, 6),
- at least one storage system,
- at least one compressor (3.1, 3.2, 3.3) and/or one compressor stage,
- At least one heat sink and/or material sink (consumer) (6), the storage system being a combination
- at least one vapor/liquid reservoir (2.1, 2.2, 2.3) that can be loaded using at least one heat source and/or material source (1.1, 6).
- at least one high-temperature storage (4.1, 4.2, 4.3, 4.4), where
- between the vapor/liquid storage (2.1, 2.2, 2.3) and the high-temperature storage (4.1, 4.2, 4.3, 4.4) at least one compressor (3.1, 3.2, 3.3) and/or a compressor stage for compressing the working material (A1, A2) is arranged and
- the at least one heat sink and/or material sink (consumer) (6) for supplying energy and/or material and/or at least partially converting electricity back into electricity from the vapor/liquid storage (2.1, 2.2, 2.3) and/or the compressor (3.1 , 3.2, 3.3) and / or the compressor stage and / or the high-temperature storage (4.1, 4.2, 4.3, 4.4) output working fluid (A1, A2) is coupled.
Description
Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Energie- und/oder Stoffversorgung mindestens eines Verbrauchers nach dem Oberbegriff des 1. Schutzanspruchs.The invention relates to a system for supplying energy and/or material to at least one consumer according to the preamble of the first claim.
Die Prozesswärmeversorgung basiert in großen Teilen auf Erdgas. Hier muss die Reduktion von Abhängigkeiten gelingen. Diese haben zurzeit sehr große Auswirkungen auf den Einkaufpreis von Erdgas oder Ersatzstoffen. Parallel ist der Ausstieg aus der Versorgung mit fossilen Energieträgern zu forcieren (z. B. massive Reduktion der Treibhausgasemissionen). Das kann sicher und preiswert durch den Einsatz erneuerbarer Energiequellen (z. B. Windkraft, Photovoltaik) realisiert werden. Aufgrund des schwankenden Energieangebotes sind Speicherlösungen (Flexibilisierung der Versorgung) und die Nutzung der Abwärme (Effizienzsteigerung) erforderlich.The process heat supply is largely based on natural gas. The reduction of dependencies must be successful here. These currently have a very large impact on the purchase price of natural gas or substitutes. At the same time, the phase-out of the supply of fossil energy sources must be promoted (e.g. massive reduction in greenhouse gas emissions). This can be achieved safely and inexpensively through the use of renewable energy sources (e.g. wind power, photovoltaics). Due to the fluctuating energy supply, storage solutions (making supply more flexible) and the use of waste heat (increasing efficiency) are necessary.
Hochtemperatur- oder Industriewärmepumpen sind aufgrund verfügbarer/geeigneter Kältemittel und Techniken in der maximalen Betriebstemperatur begrenzt.High temperature or industrial heat pumps are limited in maximum operating temperature due to available/suitable refrigerants and techniques.
Viele Kältemittel haben weiterhin eine schädliche Wirkung (Ozonabbau, Treibhausgaswirkung, giftige Abbauprodukte usw.). Deswegen ist der Umstieg auf natürliche Kältemittel dringend erforderlich.Many refrigerants continue to have harmful effects (ozone depletion, greenhouse gas effects, toxic degradation products, etc.). This is why switching to natural refrigerants is urgently needed.
Es werden weiterhin zur Speicherung der Wärmeträger nach dem Stand der Technik unterschiedliche Wärmespeicher eingesetzt. Dies sind beispielsweise Dampfspeicher in Form von Gefälledruckspeichern (z. B. Ruthsspeicher). Bei diesen sinkt die Temperatur bei der Entladung. Das ist z. B. bei Batchprozessen ungünstig, wenn die Temperatur ständig steigen muss (z. B. Aufheizen).According to the state of the art, different heat storage devices are still used to store the heat transfer medium. These are, for example, steam accumulators in the form of gradient pressure accumulators (e.g. Ruth's accumulators). With these, the temperature drops during discharge. This is e.g. B. unfavorable in batch processes if the temperature has to constantly rise (e.g. heating up).
Weiterhin sind PCM-Speicher (Speicher mit Phasenwechselmaterialien) bekannt, bei welchen die Temperaturdifferenz bei der Beladung (z. B. Wärmeübertragung durch eine Wand in das PCM) und Entladung (z. B. Wärmeübertragung durch eine Wand aus dem PCM) genutzt wird. Die Temperaturdifferenz sinkt jedoch bei einer fortschreitenden Be- und/oder Entladung, sodass in vielen Fällen die Be- und/oder Entladeleistung begrenzt ist/sind.Furthermore, PCM memories (memories with phase change materials) are known, in which the temperature difference is used during loading (e.g. heat transfer through a wall into the PCM) and discharge (e.g. heat transfer through a wall out of the PCM). However, the temperature difference decreases as loading and/or unloading progresses, so that in many cases the loading and/or unloading performance is/are limited.
Bei bekannten hybriden Konzepten wurden PCMs in oder an Dampfspeichern angebaut oder anderweitig kombiniert. Damit konnte zwar die Speicherkapazität erhöht werden, jedoch führt die oben genannte zweifache Wärmeübertragung zu niedrigen Be- und/oder Entladeleistungen und/oder zu einer nachteiligen Temperaturreduktion.In known hybrid concepts, PCMs were grown in or on steam storage tanks or otherwise combined. Although this made it possible to increase the storage capacity, the above-mentioned double heat transfer leads to low loading and/or discharging performance and/or to a disadvantageous reduction in temperature.
Derartige Lösungen werden beispielsweise in den Druckschriften
Aus der Druckschrift
In der
Es ist ebenfalls die sogenannte Brüdenverdichtung bekannt. Dabei handelt es sich um ein relativ altes Verfahren unter Verdichtung von Gasen und Dämpfen, was prinzipiell gegenüber einer Druckerhöhung von inkompressiblen Fluiden nachteilig ist. Verfahrenstechnisch lässt sich das in vielen Fällen nicht umgehen. Derartige Lösungen sind aus den Druckschriften
Auch in
Aus der Druckschrift
Dabei sind ein Flüssigkeitsspeicher, ein Tank, eine Umwälzpumpe und ein Verdampfer nacheinander strömungsmäßig verbunden, um einen ersten Flüssigkeitszirkulationskreislauf zu bilden, ein Flüssigkeitsspeichertank, ein Dampfkompressor, ein Kondensator und der Flüssigkeitssammeltank sind nacheinander strömungstechnisch verbunden, um einen zweiten Flüssigkeitszirkulationskreislauf zu bilden.A liquid reservoir, a tank, a circulation pump and an evaporator are fluidly connected one after the other to form a first liquid circulation circuit Liquid storage tank, a vapor compressor, a condenser and the liquid collection tank are sequentially fluidly connected to form a second liquid circulation circuit.
Die Druckschrift
Ein thermisches Hybrid-Kompressionswärmepumpen-Dampfsystem mit ebenfalls zwei Wärmequellen ist aus
In der Druckschrift
Die Wärmepumpen-Prozessführung ist, wenn ein Speicher vorgesehen wurde, nicht optimal an die Speicherlösung angepasst. Deswegen haben vorgenannten Lösungen den Nachteil, dass diese nicht bzw. nicht ausreichend flexibel sind und nicht einfach an den Bedarf angepasst werden können.If a storage tank is provided, the heat pump process control is not optimally adapted to the storage solution. Therefore, the aforementioned solutions have the disadvantage that they are not or not sufficiently flexible and cannot be easily adapted to requirements.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anlage zur Energie- und/oder Stoffversorgung mindestens eines Verbrauchers, insbesondere zur Energie- und/oder Stoffversorgung mit Temperaturanhebung zu entwickeln, mit welcher eine Energie- und/oder Stoffversorgung eines oder mehrerer Verbraucher mit Temperaturen beispielsweise über 120 °C und damit eine Steigerung der Versorgungstemperaturen und somit höhere Temperaturen bei der Entladung im Vergleich zum Ruthsspeicher oder hybriden Speicherkonzepten realisierbar ist und eine gute Abstimmung der Be- und Entladeleistung sowie eine Anpassung der Energie- und/oder Stoffversorgung an den Bedarf gewährleistet wird, wobei insbesondere umweltfreundliche und preiswerte Kältemittel eingesetzt werden und die energetische Speicherdichte erhöht werden kann. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des 1. Schutzanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.The object of the invention is to develop a system for supplying energy and/or material to at least one consumer, in particular for supplying energy and/or material with a temperature increase, with which energy and/or material can be supplied to one or more consumers with temperatures, for example, above 120 °C and thus an increase in the supply temperatures and thus higher temperatures during discharging compared to the Ruths storage or hybrid storage concepts can be achieved and a good coordination of the loading and unloading performance as well as an adaptation of the energy and / or material supply to the needs is guaranteed, whereby In particular, environmentally friendly and inexpensive refrigerants can be used and the energy storage density can be increased. This task is solved with the features of the 1st claim for protection. Advantageous refinements result from the subclaims.
Die Anlage zur Energie- und/oder Stoffversorgung mindestens eines Verbrauchers mittels mindestens eines Arbeitsstoffs weist dabei
- - mindestens eine Wärmequelle und/oder Stoffquelle,
- - mindestens ein Speichersystem,
- - mindestens einen Verdichter und/oder mindestens eine Verdichterstufe,
- - mindestens eine Wärmesenke und/oder Stoffsenke (Verbraucher) auf,
- - mindestens eines, mittels mindestens einer Wärmequelle und/oder Stoffquelle beladbaren, Dampf-/Flüssigkeitsspeichers
- - mindestens einem nachgeschalteten Hochtemperaturspeicher
- - zwischen dem Dampf-/Flüssigkeitsspeicher und dem Hochtemperaturspeicher mindestens ein Verdichter und/oder eine Verdichterstufe zum Verdichten des Arbeitsstoffes angeordnet ist,
- - mindestens eine Wärmesenke und/oder Stoffsenke (Verbraucher) zur Energie- und/oder Stoffversorgung und/oder Rückverstromung mit dem aus dem Dampf-/ Flüssigkeitsspeicher und/oder dem Verdichter oder der Verdichterstufe und/oder dem Hochtemperaturspeicher ausgegebenen Arbeitsstoff gekoppelt ist.
- - at least one heat source and/or material source,
- - at least one storage system,
- - at least one compressor and/or at least one compressor stage,
- - at least one heat sink and/or material sink (consumer),
- - at least one vapor/liquid reservoir that can be loaded using at least one heat source and/or material source
- - at least one downstream high-temperature storage tank
- - at least one compressor and/or one compressor stage for compressing the working material is arranged between the vapor/liquid storage and the high-temperature storage,
- - at least one heat sink and/or material sink (consumer) for energy and/or material supply and/or reconversion into electricity is coupled to the working material output from the vapor/liquid storage and/or the compressor or the compressor stage and/or the high-temperature storage.
Durch diese Konfiguration der Anlage zur Energie- und/oder Stoffversorgung ist ein Wärmepumpen-Speichersystem realisierbar, mit dem eine Temperaturanhebung des aus dem ersten Speicher ausgegebenen Arbeitsstoffs durch eine Brüdenverdichtung realisierbar ist und wobei der in seiner Temperatur erhöhte Arbeitsstoff in einem weiteren Speicher, nämlich dem Hochtemperaturspeicher gespeichert werden kann.Through this configuration of the system for energy and/or material supply, a heat pump storage system can be implemented, with which a temperature increase of the working material output from the first storage can be realized by vapor compression and the working material, which has increased in temperature, is stored in a further storage, namely the High temperature storage can be stored.
Es ist dadurch erstmalig möglich, einen oder mehrere Verbraucher mit den gleichen hohen Temperaturen aus dem Hochtemperaturspeicher zu versorgen oder auch alle oder einige bzw. nur einen mit aus dem Dampf-/Flüssigkeitsspeicher ausgegebenen geringeren Temperaturen.This makes it possible for the first time to have one or more consumers with the same high temperatures temperatures from the high-temperature storage or all or some or only one with lower temperatures output from the vapor/liquid storage.
Weiterhin ist es auch möglich, mittels einer Entspannungsmaschine eine zumindest teilweise eine Rückverstromung zu realisieren und/oder dem Dampf-/Flüssigkeitsspeicher und/oder dem Hochtemperaturspeicher Mittel zur Rückverstromung nachzuschalten: z.B. eine Dampfturbine, oder eine kombinierte Gas-/Dampfturbine oder eine Verdrängungsmaschine. Der Dampf des ersten Arbeitsstoffes kann aber auch für Prozessschritte bei Brennstoffzellen oder in der chemischen Industrie eingesetzt werden.Furthermore, it is also possible to at least partially realize reconversion of electricity using an expansion machine and/or to connect means for reconversion to electricity downstream of the steam/liquid storage and/or the high-temperature storage: e.g. a steam turbine, or a combined gas/steam turbine or a displacement machine. The steam from the first working material can also be used for process steps in fuel cells or in the chemical industry.
Die Anlage ist daher effektiv und flexibel einsetzbar.The system can therefore be used effectively and flexibly.
Um eine gewünschte Temperaturanhebung zu gewährleisten, kann zwischen dem Dampf-/Flüssigkeitsspeicher und dem Hochtemperaturspeicher eine mehrstufige Verdichtung integriert sein, z.B. mittels mehrerer Verdichter und/oder Verdichterstufen. Damit kann die Temperatur des aus dem Dampf-/Flüssigkeitsspeicher ausgegebenen Arbeitsstoffes noch mehr angehoben werden.In order to ensure a desired temperature increase, a multi-stage compression can be integrated between the vapor/liquid storage and the high-temperature storage, for example by means of several compressors and/or compressor stages. This allows the temperature of the working fluid released from the vapor/liquid storage to be increased even further.
Vor dem Hochtemperaturspeicher kann weiterhin mittels mechanischer und/oder thermischer Verdichter eine mechanische und/oder thermische Brüdenverdichtung des aus dem Dampf-/Flüssigkeitsspeicher ausgegebenen Arbeitsstoffes realisiert werden. Durch die mechanische und/oder thermische Brüdenverdichtung wird die vorgenannt beschriebene Temperaturerhöhung des Arbeitsstoffes realisiert, der dann im Hochtemperaturspeicher gespeichert wird.In front of the high-temperature storage, mechanical and/or thermal vapor compression of the working material released from the vapor/liquid storage can also be achieved by means of mechanical and/or thermal compressors. Through the mechanical and/or thermal vapor compression, the above-described increase in temperature of the working material is achieved, which is then stored in the high-temperature storage.
Vorteilhafter Weise ist zwischen dem Hochtemperaturspeicher und dem Dampf-/Flüssigkeitsspeicher mindestens ein Entspannungsorgan und/oder ein druckverlusterzeugendes Bauteil für den Arbeitsstoff angeordnet, so dass eine der Entspannung des Arbeitsstoffes (Reduktion des Drucks) mit Rückführung in den Dampf-/Flüssigkeitsspeicher realisierbar ist
und/oder
in den Hochtemperaturspeicher sind Elemente zur Entspannung des Arbeitsstoffes vor der Rückführung in den Dampf-/Flüssigkeitsspeicher integriert.Advantageously, at least one expansion element and/or a pressure loss-generating component for the working fluid is arranged between the high-temperature storage and the vapor/liquid storage, so that the expansion of the working fluid (reduction of the pressure) with return to the vapor/liquid storage can be realized
and or
Elements are integrated into the high-temperature storage to relax the working fluid before returning it to the vapor/liquid storage.
Das druckverlusterzeugende Bauteil kann beispielsweise ein dünnes Rohr oder eine Querschnittsverengung oder eine Düse oder eine Blende oder eine Umlenkung oder ein Ventilkörper oder ein anderes hydraulisches Organ zur Drosselung sowie eine Kombination sein.The component that generates pressure loss can be, for example, a thin tube or a cross-sectional constriction or a nozzle or an orifice or a deflection or a valve body or another hydraulic organ for throttling or a combination.
Dadurch wird der Arbeitsstoff in flüssiger oder überwiegend flüssiger Form oder betriebsbedingt auch gasförmig zurück in den Dampf-/Flüssigkeitsspeicher geleitet.As a result, the working material is returned to the vapor/liquid storage in liquid or predominantly liquid form or, for operational reasons, also in gaseous form.
Der Dampf-/Flüssigkeitsspeicher beinhaltet insbesondere den Arbeitsstoff beim Gleichgewicht oder annäherndem Gleichgewicht von zwei Phasen flüssig und dampfförmig, wobei bei einer Be- und Entladung des Dampf-/Flüssigkeitsspeichers sich die Temperatur, der Druck, die Masse und der Füllstand der flüssigen Phase ändert und somit die Speicherfunktion einem Massespeicher und einem thermischen Energiespeicher entspricht.The vapor/liquid storage contains in particular the working substance at equilibrium or near equilibrium of two phases, liquid and vapor, with the temperature, pressure, mass and fill level of the liquid phase changing when the vapor/liquid storage is loaded and unloaded thus the storage function corresponds to a mass storage and a thermal energy storage.
Der mittels des verdichteten Arbeitsstoffes beladene Hochtemperatur-Speicher ist insbesondere als Behälter ausgebildet und beispielsweise als ein Rohrbündelapparat mit Speicherstoff ausgeführt. Zusätzlich oder alternativ können auch gekapselte Speicherstoffe oder kapsellose Speicherstoffe in den Behälter eingebracht sein, wobei in diesem Fall der/die Speicherstoffe insbesondere aus Phasenwechselmaterial bestehen, wobei eine Wärmeübertragung vom Arbeitsstoff auf den Speicherstoff ohne oder mit Wand zur Stofftrennung realisierbar ist.The high-temperature storage loaded with the compressed working material is designed in particular as a container and, for example, as a tube bundle apparatus with storage material. Additionally or alternatively, encapsulated storage materials or capsule-free storage materials can also be introduced into the container, in which case the storage material(s) consist in particular of phase change material, with heat transfer from the working material to the storage material being possible without or with a wall for material separation.
Der/die Arbeitsstoff/e können bevorzugt alle kondensierbaren Gase/Dämpfe und/oder anorganische oder organische Flüssigkeiten sein, insbesondere Wasser, Alkane, Alkohole (Methanol, Ethanol) oder Ammoniak oder herkömmliche synthetische Kältemittel oder deren Mischungen und/oder Supensionen.The working material(s) can preferably be any condensable gases/vapors and/or inorganic or organic liquids, in particular water, alkanes, alcohols (methanol, ethanol) or ammonia or conventional synthetic refrigerants or their mixtures and/or suspensions.
Weiterhin erfindungsgemäß ist mindestens eine Wärmesenke und/oder Stoffsenke (Verbraucher)
- - zur Versorgung mit höheren Temperaturen im Bereich von 40 °C bis 800 °C mit dem Verdichter und/oder dem Hochtemperaturspeicher gekoppelt und/oder
- - zur Versorgung mit niedrigeren Temperaturen im Bereich von 20 °C bis 400 °C mit dem Dampf-/Flüssigkeitsspeicher gekoppelt.
- - coupled to the compressor and/or the high-temperature storage tank and/or to supply higher temperatures in the range from 40 °C to 800 °C
- - coupled to the vapor/liquid storage to supply lower temperatures in the range of 20°C to 400°C.
Dies verdeutlicht nochmals die flexible Arbeitsweise der Anlage.This once again illustrates the flexible operation of the system.
Gemäß einem Verfahren erfolgt die Energie- und/oder Stoffversorgung mindestens eines Verbrauchers unter Einsatz einer vorgenannt beschriebenen Anlage, wobei erfindungsgemäß mindestens ein Arbeitsstoff in Form von Dampf/Gas aus dem Dampf-/Flüssigkeitsspeicher über mindestens einen Verdichter und/oder mindestens einer Verdichterstufe mittels einer Brüdenverdichtung verdichtet und dadurch die Temperatur des Arbeitsstoffes erhöht wird und mit dem in seiner Temperatur erhöhten Arbeitsstoff eine Beladung mindestens eines Hochtemperaturspeichers erfolgt, in dem sich der Arbeitsstoff abkühlt und/oder zumindest teilweise verflüssigt wird und über mindestens ein Entspannungsorgan und/oder über ein druckverlusterzeugendes Bauteil in einem Kreislauf wieder zurück in den Dampf-/Flüssigkeitsspeicher geleitet wird, wobei über den Dampf-/Flüssigkeitsspeicher und/oder den Verdichter/die Verdichterstufe und/oder den Hochtemperaturspeicher eine Versorgung mindestens einer Wärmesenke und/oder Stoffsenke/eines Verbrauchers und/oder eine Verstromung erfolgt.According to one method, the energy and/or material is supplied to at least one consumer using a system described above, wherein according to the invention at least one working material in the form of steam/gas from the steam/liquid storage via at least one compressor and/or at least one compressor stage by means of a Vapor compression compresses and thereby increases the temperature of the working material and the working material, which has increased in temperature, is used to load at least one high-temperature storage tank, in which the working material cools down and/or is at least partially liquefied and returns to the steam via at least one expansion element and/or via a component that generates pressure loss in a circuit. / Liquid storage is conducted, with at least one heat sink and / or material sink / a consumer and / or electricity being generated via the vapor / liquid storage and / or the compressor / the compressor stage and / or the high-temperature storage.
Auch das mit der Anlage realisierte Verfahren ermöglicht somit eine effektive und flexible Energie- und/oder Stoffversorgung des/der Verbraucher.The process implemented with the system also enables an effective and flexible energy and/or material supply to the consumer.
Dabei kann eine Beladung oder Entladung des Dampf-/Flüssigkeitsspeichers und des Hochtemperaturspeichers gleichzeitig oder zeitlich versetzt erfolgen.The vapor/liquid storage and the high-temperature storage can be loaded or discharged simultaneously or with a time delay.
Weiterhin ist es möglich, eine mehrstufige Verdichtung eines oder mehrerer Arbeitsstoffe zu realisieren und/oder eine mehrstufige Entspannung eines oder mehrerer Hochtemperatur-Speicher zu realisieren.Furthermore, it is possible to realize a multi-stage compression of one or more working materials and/or to realize a multi-stage expansion of one or more high-temperature storage units.
Die mehrstufige Entspannung kann beispielsweise mit mehreren Entspannungsorganen und/oder mit mehreren druckverlusterzeugenden Bauteilen und/oder mittels einer dezentralen Entspannung im Hochtemperaturspeicher mit verteilten Drosselstellen erfolgen.The multi-stage relaxation can be carried out, for example, with several relaxation elements and/or with several components that generate pressure losses and/or by means of a decentralized relaxation in the high-temperature storage with distributed throttle points.
Eine Beladung des Dampf-/Flüssigkeitsspeichers erfolgt insbesondere über mindestens eine Wärmepumpe und/oder über Abwärme und/oder Prozesswärme und/oder erneuerbare Wärme wie z. B. Solarthermie, Geothermie, Umweltwärme.The steam/liquid storage is loaded in particular via at least one heat pump and/or via waste heat and/or process heat and/or renewable heat such as. E.g. solar thermal energy, geothermal energy, environmental heat.
Weiterhin ist es möglich, die Beladung des Dampf-/Flüssigkeitsspeichers mittels einer konventionellen Versorgung zu realisieren, z.B. über Vor- und/oder Rücklauf eines konventionellen Heizkreises. Dabei kann auch ein Stoffstrom direkt über den Vorlauf B1V ohne Rücklaufleitung B1R in den Dampf-/Flüssigkeitsspeichers geleitet werden. Steht keine Wärme- und/oder Stoffquelle zur Verfügung, ist auch die Stoffzufuhr über den Rücklauf R möglich.Furthermore, it is possible to load the steam/liquid storage using a conventional supply, e.g. via the flow and/or return of a conventional heating circuit. A material flow can also be fed directly into the vapor/liquid storage via the flow B1V without a return line B1R. If no source of heat and/or material is available, material can also be supplied via the return line R.
Mit der Anlage und dem Verfahren sind hohe Leistungs- und Arbeitszahlen (Verhältnis Wärmebereitstellung zum elektrischen Aufwand für die Verdichtung des Arbeitsstoffes) realisierbar. Die Be- und Entladeleistung/en der Speicher kann gut abgestimmt werden. Weiterhin ist es durch die Anlage und das Verfahren zur Energie- und/oder Stoffversorgung mit Temperaturanhebung möglich, hohe Temperaturen bei der Entladung im Vergleich zu Dampfspeichern und hybriden Speichern (Stand der Technik) zu realisieren.With the system and the process, high performance and work coefficients (ratio of heat provision to electrical effort for compressing the working material) can be achieved. The loading and unloading performance(s) of the storage tanks can be well coordinated. Furthermore, the system and the method for energy and/or material supply with temperature increase make it possible to achieve high temperatures during discharge compared to steam storage and hybrid storage (state of the art).
Es ist eine Steigerung der energetischen Speicherdichte sowie eine Steigerung der Flexibilität bei der Wärme- und Stromversorgung möglich.An increase in energy storage density as well as an increase in flexibility in heat and power supply is possible.
Vorteilhafter Weise ist ein guter Systembetrieb mit Wärmepumpe und Speichern und der Einsatz ökologischer Arbeitsstoffe (Kältemittel) realisierbar.Advantageously, good system operation with heat pumps and storage and the use of ecological working materials (refrigerants) can be achieved.
Die Anlage basiert dabei erfindungsgemäß auf folgenden Ansätzen:
- • der Brüdenverdichtung (mechanisch oder thermisch) eines Arbeitsstoffes,
- • zur Beladung bzw. Nutzung eines Hochtemperatur-Speichers,
- • unter Verwendung Dampf-/Flüssigkeitsspeicher als Wärmequelle und/oder Stoffquelle,
- • der Entspannung des Arbeitsstoffes mit Rückführung in den Dampf-/Flüssigkeitsspeicher.
- • the vapor compression (mechanical or thermal) of a working substance,
- • for loading or using a high-temperature storage device,
- • using vapor/liquid storage as a heat source and/or material source,
- • the expansion of the working material with return to the vapor/liquid storage.
Dabei ist ein Betrieb mit flexiblen Temperaturen bzw. Drücken möglich. Durch die Auswahl des Arbeitsstoffes und des Speicherstoffes lassen sich günstige Anpassungen vornehmen, welches für die Hochtemperatur-Erzeugung und -Speicherung wichtig sind. Dabei muss man beachten, dass die Temperaturen auf der Wärmequellenseite und auf der Wärmesenkenseite schwanken können.Operation with flexible temperatures and pressures is possible. By selecting the working material and the storage material, favorable adjustments can be made, which are important for high-temperature production and storage. It is important to note that the temperatures on the heat source side and on the heat sink side can fluctuate.
Der verwendete Hochtemperatur-Speicher ist bevorzugt und typischerweise als Behälter ausgebildet. Eine spezielle Konstruktion kann beispielsweise ein Rohrbündelapparat sein. The high-temperature storage used is preferred and typically designed as a container. A special construction can be, for example, a tube bundle apparatus.
Es können auch gekapselte Speicherstoffe oder kapsellose Speicherstoffe in den Behälter eingebracht sein.Encapsulated storage substances or capsule-free storage substances can also be introduced into the container.
Es erfolgt in dem Hochtemperatur-Speicher eine Wärmeübertragung vom Arbeitsstoff auf den Speicherstoffe mit oder ohne Wand zur Stofftrennung.In the high-temperature storage, heat is transferred from the working material to the storage materials with or without a wall for material separation.
Wenn eine Wand ausgebildet ist (Wärmeübertrager) kann die Wärmeübertragung durch Rippen (auf der Arbeitsstoffseite und/oder auf der Speicherstoffseite) verbessert werden. Es ist aber auch der Einsatz von Zusatzstoffen im Speichermedium (z. B. Stabilisierung des Speicherstoffes, Vermeidung der Zersetzung und Unterkühlung sowie Korrosion, Erhöhung der effektiven Wärmeleitfähigkeit) möglich.If a wall is formed (heat exchanger), heat transfer can be improved by ribs (on the working material side and/or on the storage material side). However, the use of additives in the storage medium (e.g. stabilization of the storage material, prevention of decomposition and hypothermia as well as corrosion, increase of effective thermal conductivity) is also possible.
Optional können Rohre, Kanäle, den/die Arbeitsstoff/e durch den Speicher führen, mit dezentralen Drosselstellen zur mehrstufigen Entspannung ausgerüstet sein.Optionally, pipes and channels that carry the working fluid(s) through the storage tank can be equipped with decentralized throttle points for multi-stage expansion.
Als Speicherstoffe können alle organischen und anorganischen Feststoffe und/oder Flüssigkeiten sowie deren zusammengesetzten Stoffsysteme verwendet werden.All organic and inorganic solids and/or liquids as well as their composite material systems can be used as storage materials.
Als Speicherstoffe (z. B. Salze, Salzhydrate, Alkane, Alkene, Paraffine, Alkohole, Zuckeralkohole, Polyolefine, Fettsäuren, Ester, Nitrate, Hydroxide, Chloride, Karbonate, Fluoride, Amide, Ether, Glykole, Metalle, Legierungen und Mischung und/oder Suspensionen) sind dabei vorzugsweise Stoffe vorgesehen, die durch den Phasenwechsel fest-flüssig Zustandsänderungen, hohe Änderungen der spezifischen Enthalpie durchlaufen.As storage substances (e.g. salts, salt hydrates, alkanes, alkenes, paraffins, alcohols, sugar alcohols, polyolefins, fatty acids, esters, nitrates, hydroxides, chlorides, carbonates, fluorides, amides, ethers, glycols, metals, alloys and mixtures and/ or suspensions), substances are preferably provided which undergo high changes in the specific enthalpy due to the solid-liquid phase change.
Es können aber auch andere Änderungen im atomaren oder molekularen Aufbau genutzt werden. Bei sehr hohen Temperaturen sind unter Umständen auch Feststoffe (z. B. Schüttungen, geformte Elemente) als Speicherstoffe einsetzbar.However, other changes in the atomic or molecular structure can also be used. At very high temperatures, solids (e.g. beds, shaped elements) may also be used as storage materials.
Die Speicherstoffe können auch kombiniert werden - insbesondere mehrere Phasenwechselmaterialien (PCM). Die Speicherstoffe befinden sich im Hohlraum des Rohrbündelapparats oder in Kapseln.The storage materials can also be combined - in particular several phase change materials (PCM). The storage substances are located in the cavity of the tube bundle apparatus or in capsules.
Die Beladung erfolgt durch den verdichteten Arbeitsstoff.The loading is carried out by the compacted working material.
Optional ist der Einsatz einer elektrischen Zusatzheizung eines oder mehrerer Speicher (z. B. zusätzliche Speicherbeladung oder auch eine Überhitzung des Arbeitsstoffes insbesondere vor und nach dem Verdichter) realisierbar (in den Zeichnungen nicht dargestellt). Die Entladung erfolgt über die Wärmelieferung an den Verbraucher.Optionally, the use of an additional electrical heater for one or more storage units (e.g. additional storage loading or overheating of the working fluid, especially before and after the compressor) can be implemented (not shown in the drawings). The discharge occurs via heat delivery to the consumer.
Der Dampf-/Flüssigkeitsspeicher speichert den Arbeitsstoff beim Gleichgewicht oder nahezu einem Gleichgewicht der zwei Phasen flüssig und dampfförmig. Bei der Be- und Entladung ändern sich die Temperatur, der Druck, die gesamte Masse und der Füllstand der flüssigen Phase. D. h., die Speicherfunktion entspricht einem Massespeicher und einem thermischen Energiespeicher.The vapor/liquid storage stores the working substance at equilibrium or near equilibrium of the two phases, liquid and vapor. During loading and unloading, the temperature, pressure, total mass and level of the liquid phase change. This means that the storage function corresponds to a mass storage and a thermal energy storage.
Die Lage des Behälters kann stehend, liegend oder schräg sein. Der Dampf-/Flüssigkeitsspeicher kann ein einzelner Speicher sein oder aus mehreren Speichern bestehen. Die Speicherkapazität kann mit einem oder mehreren Flüssigkeitsspeicher erweitert werden (z. B. Heiß-/Warmwasserspeicher).The position of the container can be standing, lying or inclined. The vapor/liquid storage can be a single storage or consist of multiple storages. The storage capacity can be expanded with one or more liquid storage units (e.g. hot/warm water storage tanks).
Als Arbeitsstoffe können alle kondensierbaren Gase/Dämpfe und/oder anorganische oder organischen Flüssigkeiten verwendet werden. Besonders geeignet erscheinen Wasser, Alkane (z. B. Propan, Butan), Alkohole (z. B. Methanol, Ethanol), Ammoniak und herkömmliche synthetische Kältemittel sowie deren Mischungen und Suspensionen.All condensable gases/vapors and/or inorganic or organic liquids can be used as working materials. Water, alkanes (e.g. propane, butane), alcohols (e.g. methanol, ethanol), ammonia and conventional synthetic refrigerants as well as their mixtures and suspensions appear to be particularly suitable.
Die Beladung des Dampf-/Flüssigkeitsspeichers und des Hochtemperaturspeichers kann gleichzeitig oder zeitlich versetzt erfolgen. Das Gleiche gilt für die Entladung.The steam/liquid storage and the high-temperature storage can be loaded simultaneously or staggered. The same applies to discharge.
Eine erfindungsgemäße Referenzvariante besteht im Wesentlichen aus einer einstufigen Verdichtung und dem Einsatz eines Arbeitsstoffes.A reference variant according to the invention essentially consists of a single-stage compression and the use of a working material.
Weitere Vorteile sind Erweiterungen der Anlage beispielsweise durch die nachfolgend aufgeführten Verschaltungen und Kombinationen erreichbar:
- • mehrstufige Verdichtung, ein Arbeitsstoff,
- • mehrstufige Verdichtung, mehrere Arbeitsstoffe,
- ◯ mit mindestens einem internem Wärmeübertrager,
- ◯ mit mindestens einem externem Wärmeübertrager,
- • Erweiterung des Dampf-Flüssigkeitsspeichers mit mindestens einem Flüssigkeitsspeicher,
- • mit einer mindestens einer Umgehung des Hochtemperatur-Speichers und mit mindestens einer Vorwärmung/Überhitzung,
- • mehrstufige Entspannung durch mehrere Hochtemperatur-Speicher mit gesteuerten Entspannungsorganen und/oder dezentrale Entspannung im Speicher mit verteilten Drosselstellen.
- • multi-stage compression, one working material,
- • multi-stage compression, several working materials,
- ◯ with at least one internal heat exchanger,
- ◯ with at least one external heat exchanger,
- • Expansion of the vapor-liquid storage with at least one liquid storage,
- • with at least one bypass of the high-temperature storage and with at least one preheating/superheating,
- • Multi-stage relaxation through several high-temperature storage tanks with controlled relaxation organs and/or decentralized relaxation in the storage tank with distributed throttle points.
Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 Variante der Anlage in Form eines Wärmepumpen-Speicher-Systems in vereinfachter Darstellung, mit einer einstufigen Verdichtung, mit einem Arbeitsstoff, einem Hochtemperatur-Speicher, mit einer Entspannung, mit einem Dampf-/Flüssigkeitsspeicher, mit einem beliebigen Wärmequellen/ Stoffquellen-System, -
2 weitere Variante eines Wärmepumpen-Speicher-Systems, in vereinfachter Darstellung ähnlich wie1 , jedoch mit einem Wärmequellen/Stoffquellen-System in Form einer vorgeschalteten Wärmepumpe und mit einem Wärmesenken-System und/oder einem Stoffsenken-System (Verbraucher), -
3 Wärmepumpen-Speicher-System in vereinfachter Darstellung ähnlich wie1 und2 mit einer mehrstufigen (hier dreistufigen) Verdichtung, und einer mehrstufigen (hier dreistufigen) Entspannung, -
4 Wärmepumpen-Speicher-System in vereinfachter Darstellung mit einer zwei-/ mehrstufigen Verdichtung, mit zwei Arbeitsstoffen, einem Hochtemperatur-Speicher, mit einem internen Wärmeübertrager, mit einer zwei-/mehrstufigen Entspannung, mit zwei Dampf-/Flüssigkeitsspeichern und mit einem Wärmequellen-System, -
5 Wärmepumpen-Speicher-System, ähnlich wie4 , jedoch mit einem externen Wärmeübertrager, -
6 Wärmepumpen-Speicher-System in vereinfachter Darstellung mit einer einstufigen Verdichtung, mit einem Arbeitsstoff, mit einem Hochtemperatur-Speicher, mit einer Entspannung, mit einem Dampf-/Flüssigkeitsspeicher, mit einem Wärmequellen/Stoffquellen-System und mit einem Flüssigkeitsspeicher und mit Pumpen zur Be- und Entladung (Druckerhöhung), ggf. Nutzung der hydrostatischen Höhe (Anordnung unter dem Dampf-/Flüssigkeitsspeicher) -
7 Wärmepumpen-Speicher-System, vereinfachte Darstellung mit einer einstufigen Verdichtung, mit einem Arbeitsstoff, mit einem Hochtemperatur-Speicher, mit einer Entspannung, mit einem Dampf-/Flüssigkeitsspeicher, mit einem sowie mit einem Wärmeübertrager zur Vorwärmung des angesaugten Gases/Dampfes und einer Umgehung des Hochtemperatur-Speichers zur Betriebsoptimierung, -
8 Wärmepumpen-Speicher-System, vereinfachte Darstellung einer vier-/mehrstufigen Ausführung des Hochtemperatur-Speichers, mit einer vier-/mehrstufigen geregelten Entspannung, -
9 Wärmepumpen-Speicher-System, vereinfachte Darstellung einer einstufigen Ausführung des Hochtemperatur-Speichers, mit dezentraler Entspannung mit verteilten Drosselstellen im Hochtemperatur-Speicher.
-
1 Variant of the system in the form of a heat pump storage system in a simplified representation, with a single-stage compression, with a working fluid, a high-temperature storage, with an expansion, with a vapor/liquid storage, with any heat source/material source system, -
2 Another variant of a heat pump storage system, in a simplified representation similar to1 , but with a heat source/material source system in the form of an upstream heat pump and with a heat sink system and/or a material sink system (consumer), -
3 Heat pump storage system in a simplified representation similar to1 and2 with a multi-stage (here three-stage) compression, and a multi-stage (here three-stage) expansion, -
4 Heat pump storage system in a simplified representation with a two/multi-stage compression, with two working fluids, a high-temperature storage, with an internal heat exchanger, with a two/multi-stage expansion, with two vapor/liquid storage and with a heat source system , -
5 Heat pump storage system, similar to4 , but with an external heat exchanger, -
6 Heat pump storage system in a simplified representation with a single-stage compression, with a working fluid, with a high-temperature storage, with an expansion, with a vapor/liquid storage, with a heat source/material source system and with a liquid storage and with pumps - and discharge (pressure increase), if necessary use of the hydrostatic head (arrangement under the steam/liquid storage) -
7 Heat pump storage system, simplified representation with a single-stage compression, with a working fluid, with a high-temperature storage, with an expansion, with a vapor/liquid storage, with a and with a heat exchanger for preheating the sucked-in gas/steam and a bypass the high-temperature storage for operational optimization, -
8th Heat pump storage system, simplified representation of a four/multi-stage version of the high-temperature storage, with a four/multi-stage controlled expansion, -
9 Heat pump storage system, simplified representation of a single-stage version of the high-temperature storage, with decentralized expansion with distributed throttle points in the high-temperature storage.
In den
- - einer ersten Wärmequelle und/oder Stoffquelle 1.1,
- - einem ersten Dampf-/Flüssigkeitsspeicher 2.1,
- - einem ersten Verdichter 3.1,
- - einem ersten Hochtemperaturspeicher 4.1,
- - einer Wärmesenke und/oder Stoffsenke (Verbraucher) 6,
- - a first heat source and/or material source 1.1,
- - a first vapor/liquid storage 2.1,
- - a first compressor 3.1,
- - a first high-temperature storage 4.1,
- - a heat sink and/or material sink (consumer) 6,
Es wird ein Speichersystem mit zwei unterschiedlichen Speichern verwendet und zwar mit mindestens einem Dampf-/Flüssigkeitsspeicher und mit mindestens einem Hochtemperaturspeicher.A storage system with two different storages is used, namely with at least one vapor/liquid storage and with at least one high-temperature storage.
Der erste Dampf-/Flüssigkeitsspeicher 2.1 wird hier zum Beispiel mittels einer beliebigen ersten Wärmequelle und/oder Stoffquelle 1.1 beladen. Die erste Beladung B1 des Dampf-/ Flüssigkeitsspeichers 2.1 wird dabei über einen Vorlauf B1V von der ersten Wärmequelle und/oder Stoffquelle 1.1 zum ersten Dampf-/Flüssigkeitsspeicher 2.1 realisiert. Von diesem führt wahlweise ein Rücklauf B1R der ersten Beladung B1 wieder zur ersten Wärmequelle und/oder Stoffquelle 1.1. in den Rücklauf B1R ist eine erste Pumpe P1 für die Förderung des Arbeitsstoffs integriert. Der erste Dampf-/Flüssigkeitsspeicher 2.1 kann aber auch nur über einen Vorlauf B1V beladen werden. Es ist ebenfalls möglich, dass im Vorlauf B1V und im Rücklauf B1R unterschiedliche Masseströme auftreten (keine Darstellung in
Wird beispielsweise Wasser verwendet, ist eine offenen Prozessführung denkbar. Über den Vorlauf B1V gelangt heißes Wasser und/oder Dampf in den ersten Dampf-/ Flüssigkeitsspeicher 2.1. Ist keine erste Wärmequelle und/oder Stoffquelle 1.1 vorhanden, kann auch kaltes Kondensat (flüssiges Wasser, erster Arbeitsstoff A1) dem ersten Dampf-/ Flüssigkeitsspeicher 2.1 zugeführt werden. In beiden Fällen wird der heiße Arbeitsstoff A1 zeitverzögert zur Wärme- und/oder Stoffsenke (Verbraucher) 6 geleitet.If, for example, water is used, an open process is conceivable. Hot water and/or steam reaches the first steam/liquid storage tank 2.1 via the flow B1V. If there is no first heat source and/or material source 1.1, cold condensate (liquid water, first working material A1) can also be supplied to the first steam/liquid storage 2.1. In both cases, the hot working material A1 is passed to the heat and/or material sink (consumer) 6 with a time delay.
Ein geschlossene Prozessführung ist auch möglich und notwendig, wenn einer der Arbeitsstoffe nicht direkt in ein Wärme- und/oder Stoffquellen-System und/oder in ein Wärme- und/oder Stoffsenken-System gelangen darf.A closed process is also possible and necessary if one of the working materials is not allowed to enter a heat and/or material source system and/or a heat and/or material sink system.
Im unteren Bereich 2.1a des ersten Dampf-/Flüssigkeitsspeichers 2.1 befindet sich dabei eine flüssige Phase eines ersten Arbeitsstoffs A1 und im oberen Bereich 2.1 b eine dampfförmige und/oder gasförmige Phase des ersten Arbeitsstoffs A1.In the lower region 2.1a of the first vapor/liquid storage 2.1 there is a liquid phase of a first working substance A1 and in the upper region 2.1b there is a vaporous and/or gaseous phase of the first working substance A1.
Der Füllstand der flüssigen Phase im unteren Bereich 2.1a des ersten Dampf-/Flüssigkeitsspeichers 2.1 ist dabei variabel.The fill level of the liquid phase in the lower area 2.1a of the first vapor/liquid storage 2.1 is variable.
Weiterhin führt eine zweite Beladung B2 vom oberen Bereich 2.1b des ersten Dampf/Flüssigkeitsspeichers 2.1 über einen zweiten Vorlauf B2V und über den ersten Verdichter 3.1 zum ersten Hochtemperaturspeicher 4.1 mit mindestens einem Speicherstoff 12 und von diesem über ein erstes Entspannungsorgan 5.1 für den Arbeitsstoff als Rücklauf B2R in den Dampf-/Flüssigkeitsspeicher 2, insbesondere in flüssiger Form in den unteren Bereich 2.1a.Furthermore, a second load B2 leads from the upper area 2.1b of the first vapor/liquid storage 2.1 via a second flow B2V and via the first compressor 3.1 to the first high-temperature storage 4.1 with at least one storage material 12 and from this via a first expansion element 5.1 for the working material as a return B2R in the vapor/liquid storage 2, especially in liquid form in the lower area 2.1a.
Somit ist zwischen einem Eingang des ersten Hochtemperaturspeichers 4.1 der erste Verdichter 3.1 angeordnet, so dass eine Brüdenverdichtung mit Temperaturerhöhung des aus dem ersten Dampf-/Flüssigkeitsspeicher 2.1 ausgegebenen gas-/dampfförmigen Arbeitsstoffs realisiert wird, wodurch der Arbeitsstoff zur Beladung des ersten Hochtemperaturspeichers 4.1 eine höhere Temperatur aufweist, als beim Austritt aus dem ersten Dampf-/Flüssigkeitsspeicher 2.1.Thus, the first compressor 3.1 is arranged between an entrance of the first high-temperature storage 4.1, so that a vapor compression with an increase in the temperature of the gaseous/vaporous working material output from the first vapor/liquid storage 2.1 is realized, whereby the working material for loading the first high-temperature storage 4.1 has a higher Temperature than when emerging from the first vapor/liquid storage 2.1.
Zwischen einem Ausgang des ersten Dampf-/Flüssigkeitsspeichers 2.1, der am oberen Bereich 2.1b angeordnet ist, kann eine erste Entladung E1 über einen Vorlauf E1V direkt zum Verbraucher 6 führen.Between an output of the first vapor/liquid storage 2.1, which is arranged at the upper region 2.1b, a first discharge E1 can lead directly to the consumer 6 via a flow E1V.
Alternativ führt ein Vorlauf V aus dem oberen Bereich 2.1b des ersten Dampf-/Flüssigkeitsspeichers 2.1 über den ersten Verdichter 3.1 direkt zum Verbraucher 6.Alternatively, a flow V leads from the upper area 2.1b of the first vapor/liquid storage 2.1 via the first compressor 3.1 directly to the consumer 6.
Zusätzlich führen zum Verbraucher 6 aus dem ersten Hochtemperaturspeicher 4.1 eine zweite Entladung als Vorlauf E2V und eine dritte Entladung als Vorlauf E3V wobei der Vorlauf E3V der dritten Entladung aus dem ersten Dampf-/Flüssigkeitsspeicher 2.1 über eine zweite Pumpe P2 in den ersten Hochtemperaturspeicher 4.1 gefördert wird.In addition, a second discharge as flow E2V and a third discharge as flow E3V lead to the consumer 6 from the first high-temperature storage 4.1, with the flow E3V of the third discharge from the first vapor / liquid storage 2.1 being conveyed into the first high-temperature storage 4.1 via a second pump P2 .
Der Verbraucher oder auch mehrere Verbraucher 6 können über einen, mehrere oder alle Vorläufe V, E1V, E2V, E3V versorgt werden.The consumer or several consumers 6 can be supplied via one, several or all flows V, E1V, E2V, E3V.
Von dem Verbraucher 6 können Rückläufe R, E1 R und E3R der Entladungen 1 und 3 über eine dritte Pumpe P3 zum Dampf-/Flüssigkeitsspeicher 2.1 führen.From the consumer 6, returns R, E1 R and E3R of the discharges 1 and 3 can lead to the vapor/liquid storage 2.1 via a third pump P3.
Weiterhin kann auch ein Rücklauf E2R der Entladung E2 vom Verbraucher 6 über eine vierte Pumpe P4 zum ersten Hochtemperaturspeicher 4.1 führen.Furthermore, a return E2R of the discharge E2 from the consumer 6 can also lead to the first high-temperature storage 4.1 via a fourth pump P4.
Im Unterschied zu
Alle Vorläufe und die Rückläufe sind über nicht bezeichnete Ventile schaltbar.All flows and returns can be switched via unnamed valves.
Gemäß der
Damit wird ein äußerst flexibles Wärmepumpen-/Speichersystem mit Temperaturanhebung geschaffen.This creates an extremely flexible heat pump/storage system with temperature increase.
Von der ersten Wärmequelle und/oder Stoffquelle 1.1 erfolgt eine erste Beladung B1 des ersten Dampf-/Flüssigkeitsspeichers 2.1 bevorzugt in dessen unteren Bereich 2.1a, in dem flüssiges Arbeitsmedium gespeichert ist, mittels eines Vorlaufes B1V. Ebenfalls bevorzugt vom unteren Bereich 2.1a des ersten Dampf-/Flüssigkeitsspeichers 2.1 führt über eine erste Pumpe P1 ein Rücklauf B1R der ersten Beladung B1 zurück zur ersten Wärmequelle und/oder Stoffquelle 1.1.From the first heat source and/or material source 1.1, a first loading B1 of the first vapor/liquid storage 2.1 takes place, preferably in its lower region 2.1a, in which liquid working medium is stored, by means of a flow B1V. Also preferably from the lower region 2.1a of the first vapor/liquid storage 2.1, a return B1R of the first load B1 leads via a first pump P1 back to the first heat source and/or material source 1.1.
Aus dem ersten oberen Bereich 2.1b des ersten Dampf-/Flüssigkeitsspeichers 2.1 wird dampfförmiger Arbeitsstoff über einen ersten Verdichter 3.1 zum zweiten Dampf-/Flüssigkeitsspeicher 2.2 in dessen unteren Bereich 2.2a geleitet. Vom zweiten Dampf-/Flüssigkeitsspeicher 2.2 wird aus dessen oberen Bereich 2.2b dampfförmiger Arbeitsstoff über einen zweiten Verdichter 3.2 in den unteren Bereich 2.3a eines dritten Dampf-/Flüssigkeitsspeicher 2.3 geleitet und vom oberen Bereich 2.3b des dritten Dampf-/Flüssigkeitsspeichers 2.3 über einen dritten Verdichter 3.3 als zweite Beladung B2 in einem Vorlauf B2V dem ersten Hochtemperaturspeicher 4.1, der ebenfalls einen Speicherstoff 12 enthält, zugeführt.From the first upper area 2.1b of the first vapor/liquid storage 2.1, vaporous working fluid is passed via a first compressor 3.1 to the second vapor/liquid storage 2.2 in its lower area 2.2a. From the second vapor/liquid storage 2.2, vaporous working fluid is passed from its upper area 2.2b via a second compressor 3.2 into the lower area 2.3a of a third vapor/liquid storage 2.3 and from the upper area 2.3b of the third vapor/liquid storage 2.3 via a third compressor 3.3 as a second load B2 in a flow B2V to the first high-temperature storage 4.1, which also contains a storage material 12, supplied.
Der Rücklauf B2R der zweiten Beladung B2 des Arbeitsstoffs vom ersten Hochtemperaturspeicher 4.1 zum ersten Dampf-/Flüssigkeitsspeicher 2.1 erfolgt über den dritten und zweiten Dampf-/Flüssigkeitsspeicher 2.2, 2.3, wobei zwischen dem ersten Hochtemperaturspeicher 4.1 und dem dritten Dampf/Flüssigkeitsspeicher 2.3 ein erstes Entspannungsorgan 5.1, zwischen dem dritten Dampf/Flüssigkeitsspeicher 2.3 und dem zweiten Dampf-/Flüssigkeitsspeicher 2.2 ein zweites Entspannungsorgan 5.2 und dem zwischen dem zweiten Dampf-/Flüssigkeitsspeicher 2.2 und dem ersten Dampf-/Flüssigkeitsspeicher 2.1 ein drittes Entspannungsorgan 5.3 angeordnet ist.The return B2R of the second load B2 of the working material from the first high-temperature storage 4.1 to the first vapor/liquid storage 2.1 takes place via the third and second vapor/liquid storage 2.2, 2.3, with a first expansion element between the first high-temperature storage 4.1 and the third vapor/liquid storage 2.3 5.1, between the third vapor/liquid storage 2.3 and the second vapor/liquid storage 2.2 a second expansion element 5.2 and between the second vapor/liquid storage 2.2 and the first vapor/liquid storage 2.1 a third expansion element 5.3 is arranged.
Durch die Verwendung von hier drei hintereinander in Reihe geschalteten Dampf-/Flüssigkeitsspeichern 2.1, 2.2, 2.3 mit den jeweils drei nachgeordneten Verdichtern 3.1, 3.2, 3.3 erfolgt eine dreistufige Brüdenverdichtung, bei welcher nach jedem Verdichter 3.1, 3.2, 3.3 in Richtung des Vorlaufes B2V die Temperatur höher ist.By using three vapor/liquid accumulators 2.1, 2.2, 2.3 connected in series, each with three downstream compressors 3.1, 3.2, 3.3, a three-stage vapor compression occurs, in which after each compressor 3.1, 3.2, 3.3 in the direction of the flow B2V the temperature is higher.
Der Rücklauf B2R der zweiten Beladung führt aus den Entspannungsorganen 5.1, 5.2, 5.3 immer in die Dampf-/Flüssigkeitsspeicher 2.1, 2.2, 2.3.The return B2R of the second loading always leads from the expansion elements 5.1, 5.2, 5.3 into the vapor/liquid storage 2.1, 2.2, 2.3.
Bevorzugt führt der Rücklauf B2R der zweiten Beladung aus den Entspannungsorganen 5.1, 5.2, 5.3 in zumindest teilweise flüssiger Form und/oder in gasförmigem Zustand insbesondere in die unteren Bereiche 2.3a, 2.2a, 2.1a der mit den flüssigen Phasen des Arbeitsstoffs.Preferably, the return B2R of the second load from the expansion elements 5.1, 5.2, 5.3 leads in at least partially liquid form and/or in a gaseous state, in particular into the lower regions 2.3a, 2.2a, 2.1a with the liquid phases of the working material.
Ein hier nicht dargestellter Verbraucher 6 kann über entsprechende Leitungen, die hier ebenfalls nicht dargestellt sind versorgt werden. Es kann beispielsweise
- - nach mindestes einem oder jedem der drei Dampf-/Flüssigkeitsspeicher 2.1, 2.2, 2.3 und/oder
- - nach mindestens einem oder jedem der Verdichter 3.1, 3.2, 3.3 und/oder
- - von einem Ausgang des ersten Hochtemperaturspeichers
- - after at least one or each of the three vapor/liquid reservoirs 2.1, 2.2, 2.3 and/or
- - after at least one or each of the compressors 3.1, 3.2, 3.3 and/or
- - from an output of the first high-temperature storage
Die
Die erste Beladung B1 des ersten Dampf-/Flüssigkeitsspeichers 2.1 erfolgt wie bei
In dem ersten Dampf-/Flüssigkeitsspeicher 2.1 befindet sich ein erster Arbeitsstoff A1 und in dem zweiten Dampf-/Flüssigkeitsspeicher 2.2 ein Arbeitsstoff A2.There is a first working fluid A1 in the first vapor/liquid storage 2.1 and a working fluid A2 in the second vapor/liquid storage 2.2.
Die Varianten der
Bei
Bei
Bei beiden Varianten nach den
Die
Wie bei den vorangegangenen Beispielen befindet sich in dem unteren Bereich 2.1a des Dampf-/Flüssigkeitsspeichers 2 die flüssige Phase des Arbeitsstoffs A1 und in dem oberen Bereich 2.1b die gasförmige Phase.As in the previous examples, the liquid phase of the working material A1 is located in the lower area 2.1a of the vapor/liquid storage 2 and the gaseous phase is located in the upper area 2.1b.
Über die Pumpen P6, P7 erfolgt eine Be- und Entladung des ersten Dampf-/Flüssigkeitsspeichers 2.1 mit erstem Arbeitsstoff A1 aus dem unteren Bereich 2.1a. Durch eine Umladung in mindestens einem Kreislauf U ist unter anderem eine Druckerhöhung des Arbeitsstoffes A1 möglich. Weiterhin ist es möglich, den Flüssigkeitsspeicher 9 unterhalb des ersten Dampf-/Flüssigkeitsspeichers 2.1 anzuordnen und den Arbeitsstoff A2 ggf. unter Nutzung der hydrostatischen Höhe, zwischen dem ersten Dampf-/Flüssigkeitsspeicher 2.1 und dem Flüssigkeitsspeicher 9 mittels der Pumpen P6 und P7 umzuwälzen.The first vapor/liquid storage 2.1 is loaded and unloaded with the first working fluid A1 from the lower area 2.1a via the pumps P6, P7. By recharging in at least one circuit U, it is possible, among other things, to increase the pressure of the working fluid A1. Furthermore, it is possible to arrange the liquid reservoir 9 below the first vapor/liquid reservoir 2.1 and to circulate the working fluid A2, if necessary using the hydrostatic height, between the first vapor/liquid reservoir 2.1 and the liquid reservoir 9 by means of the pumps P6 and P7.
Aus dem oberen Bereich 2.1a des ersten Dampf-/Flüssigkeitsspeichers 2.1 wird über den ersten Verdichter 3.1 dampfförmiger Arbeitsstoff A1 verdichtet und über den Vorlauf B2V als zweite Beladung B2 dem ersten Hochtemperaturspeicher 4.1 zugeführt.From the upper area 2.1a of the first vapor/liquid storage 2.1, vaporous working material A1 is compressed via the first compressor 3.1 and fed to the first high-temperature storage 4.1 via the flow B2V as a second load B2.
Aus dem ersten Hochtemperaturspeicher 4.1 wird der erste Arbeitsstoff A1 über das erste Entspannungsorgan 5.1 zumindest teilweise verflüssigt und in den unteren Bereich 2.1a des ersten Dampf-/Flüssigkeitsspeichers 2.1 geleitet.From the first high-temperature storage 4.1, the first working material A1 is at least partially liquefied via the first expansion element 5.1 and passed into the lower region 2.1a of the first vapor/liquid storage 2.1.
Wie bei den
Über nicht bezeichnete Ventile werden die verschiedenen Schaltzustände realisiert. Weiterhin können zu dem/den hier nicht dargestellten Verbraucher/n nach dem ersten Dampf-/Flüssigkeitsspeichers 2.1 und/oder nach dem ersten Verdichter 3.1 und/oder aus dem ersten Hochtemperaturspeicher 4.1 entsprechende Leitung zur Energie- und/oder Stoffversorgung des/der Verbraucher führen.The different switching states are implemented via unmarked valves. Furthermore, appropriate lines can lead to the consumer(s) not shown here after the first vapor/liquid storage 2.1 and/or after the first compressor 3.1 and/or from the first high-temperature storage 4.1 for supplying energy and/or material to the consumer(s). .
Auch hier erfolgt die erste Beladung B1 des ersten Dampf-/Flüssigkeitsspeichers 2.1 von der ersten Wärmequelle und/oder Stoffquelle 1.1 mittels des Vorlaufes B1V in den unteren Bereich 2.1a des ersten Dampf-/Flüssigkeitsspeichers 2.1. Vom ersten Dampf-/ Flüssigkeitsspeicher 2.1 (unterer Bereich 2.1a) führt über die erste Pumpe P1 der Rücklauf B1R der ersten Beladung B1 zurück zur ersten Wärmequelle und/oder Stoffquelle 1.1.Here too, the first loading B1 of the first vapor/liquid storage 2.1 takes place from the first heat source and/or material source 1.1 by means of the flow B1V into the lower region 2.1a of the first vapor/liquid storage 2.1. From the first vapor/liquid storage 2.1 (lower area 2.1a), the return B1R of the first load B1 leads via the first pump P1 back to the first heat source and/or material source 1.1.
Aus dem oberen Bereich 2.1b des ersten Dampf-/Flüssigkeitsspeichers 2.1 wird über den ersten Verdichter 3.1 die dampf-/gasförmige Phase des ersten Arbeitsstoffs A1 angesaugt und führt hier über den dritten Wärmeübertrager 10, der zwischen dem ersten Dampf-/ Flüssigkeitsspeicher 2.1 angeordnet ist. Zur Vorwärmung des aus dem ersten Dampf-/ Flüssigkeitsspeicher 2.1 ausgegebenen ersten Arbeitsstoffs A1 können entweder der aus dem ersten Verdichter 3.1 und/oder der aus dem ersten Hochtemperaturspeicher 4.1 austretende erste Arbeitsstoff A1, der eine höhere Temperatur als der aus dem oberen Bereich 2.1b des ersten Dampf-/Flüssigkeitsspeicher 2.1 austretende Arbeitsstoff A2 im Normalbetrieb aufweist, über den dritten Wärmeübertrager 10 geführt werden und dadurch die Temperatur des ersten Arbeitsstoffs A1 vor dem ersten Verdichter 3.1 erhöhen.The vapor/gaseous phase of the first working fluid A1 is sucked in from the upper area 2.1b of the first vapor/liquid storage 2.1 via the first compressor 3.1 and passes here via the third heat exchanger 10, which is located between the first vapor / liquid storage 2.1 is arranged. To preheat the first working material A1 output from the first vapor/liquid storage 2.1, either the first working material A1 emerging from the first compressor 3.1 and/or the first working material A1 emerging from the first high-temperature storage 4.1, which has a higher temperature than that from the upper region 2.1b of the first vapor/liquid storage 2.1 has working material A2 emerging in normal operation, is passed over the third heat exchanger 10 and thereby increases the temperature of the first working material A1 in front of the first compressor 3.1.
Dazu wird der aus dem ersten Hochtemperaturspeicher 4.1 austretende Rücklauf B2R des Arbeitsstoffes A1 der zweiten Beladung B2 über den dritten Wärmeübertrager 10 und das erste Entspannungsorgan 5.1 zum ersten Dampf-/Flüssigkeitsspeicher 2.1 in den unteren Bereich 2.1a (flüssige Phase) zurückgeleitet.For this purpose, the return B2R of the working material A1 of the second load B2 emerging from the first high-temperature storage 4.1 is returned via the third heat exchanger 10 and the first expansion element 5.1 to the first vapor/liquid storage 2.1 in the lower area 2.1a (liquid phase).
Der/die hier nicht dargestellte/n Verbraucher kann/können auch hier über nicht dargestellte Leitungen nach dem ersten Dampf-/Flüssigkeitsspeicher 2.1 und/oder dem ersten Verdichter 3.1 und/oder aus dem ersten Hochtemperaturspeicher 4.1 mit Wärme versorgt werden, wofür entsprechende Ventile vorgesehen sind (nicht dargestellt). The consumer(s) not shown here can also be supplied with heat via lines (not shown) to the first vapor/liquid storage 2.1 and/or the first compressor 3.1 and/or from the first high-temperature storage 4.1, for which appropriate valves are provided are (not shown).
Weiterhin ist es möglich, anstelle der oder zusätzlich zu den in den vorgenannten Ausführungsbeispielen verwendeten Verdichter 3.1, 3.2, 3.3 auch weitere Verdichter und/oder eine oder mehrere Verdichterstufen einzusetzen.Furthermore, it is possible to use additional compressors and/or one or more compressor stages instead of or in addition to the compressors 3.1, 3.2, 3.3 used in the aforementioned exemplary embodiments.
Nicht dargestellt ist auch die Möglichkeit, nach dem/den Verdichtern bzw. einer, mehreren oder allen Verdichtern und/oder Verdichterstufen jeweils eine elektrische Zusatzheizung zu integrieren, um bedarfsweise die Temperatur des Arbeitsstoffs weiter zu erhöhen.Also not shown is the possibility of integrating an additional electrical heater after the compressor(s) or one, several or all compressors and/or compressor stages in order to further increase the temperature of the working fluid if necessary.
Es wird eine vierstufige Ausführung von Hochtemperaturspeichern, die jeweils einen Speicherstoff 12 beinhalten, mit einer geregelten mehrstufigen - hier vierstufigen Entspannung vorgesehen.A four-stage version of high-temperature storage, each containing a storage substance 12, with a regulated multi-stage - here four-stage - relaxation is provided.
Nach einem ersten Hochtemperaturspeicher 4.1 ist ein erstes geregeltes Entspannungsorgan/Motorventil 11.1, zwischen dem ersten Hochtemperaturspeicher 4.1 und einem zweiten Hochtemperaturspeicher 4.2 ist ein zweites geregeltes Entspannungsorgan/Motorventil 11.2, zwischen dem zweiten und dem dritten Hochtemperaturspeicher 4.2 und 4.3 ein drittes geregeltes Entspannungsorgan/Motorventil 11.3, zwischen dem dritten und dem vierten Hochtemperaturspeicher 4.3 und 4.4 ein viertes geregeltes Entspannungsorgan Motorventil 11.4 vorgesehen. Der Arbeitsstoff A1 gelangt von einem hier nicht dargestellten mindestens einem Verdichter oder eine mindestens eine Verdichterstufe über den Vorlauf der zweiten Beladung B2V und ein fünftes Entspannungsorgan/ Motorventil 11.5 in den hier vierten Hochtemperaturspeicher 4.4 und von dort über die weiteren vorgenannten Motorventile und den dritten 4.3 und zweiten Hochtemperaturspeicher 4.2 in den ersten Hochtemperaturspeicher 4.1 und von diesem über das erste Entspannungsorgan 5.1 zurück in den hier nicht dargestellten ersten Dampf-/Flüssigkeitsspeicher 2.1.After a first high-temperature memory 4.1 is a first regulated relaxation element/motor valve 11.1, between the first high-temperature memory 4.1 and a second high-temperature memory 4.2 there is a second regulated relaxation element/motor valve 11.2, between the second and the third high-temperature memory 4.2 and 4.3 there is a third regulated relaxation element/motor valve 11.3 , a fourth regulated relaxation element motor valve 11.4 is provided between the third and fourth high-temperature storage units 4.3 and 4.4. The working material A1 passes from at least one compressor or at least one compressor stage, not shown here, via the flow of the second load B2V and a fifth expansion element/motor valve 11.5 into the fourth high-temperature storage 4.4 and from there via the other aforementioned motor valves and the third 4.3 and second high-temperature storage 4.2 into the first high-temperature storage 4.1 and from there via the first expansion element 5.1 back into the first vapor/liquid storage 2.1, not shown here.
Aus dem hier obersten vierten Hochtemperaturspeicher führt weiterhin ein Vorlauf E2V zur Entladung des /der Hochtemperaturspeicher 4.1 bis 4.4 zum Verbraucher 6.From the fourth high-temperature storage unit at the top here, a flow E2V continues to discharge the high-temperature storage unit(s) 4.1 to 4.4 to the consumer 6.
Vom Verbraucher 6 führt ein Rücklauf E2R der Entladung über eine vierte Pumpe P4 in die Hochtemperaturspeicher 4.1 bis 4.4 und die Motorventile 11.1 bis 11.5 und tritt wieder als Vorlauf E2V der Entladung aus.From the consumer 6, a return E2R of the discharge leads via a fourth pump P4 into the high-temperature storage 4.1 to 4.4 and the motor valves 11.1 to 11.5 and exits again as the flow E2V of the discharge.
Bei den
Es ist jedoch alternativ oder zusätzlich möglich, bereits in dem Hochtemperaturspeicher oder in den Hochtemperaturspeichern eine Entspannung des Arbeitsstoffs zu realisieren.However, it is alternatively or additionally possible to realize a relaxation of the working material in the high-temperature storage or in the high-temperature storage.
Durch die Drosselstellen 14 wird eine mehrfache und/oder teilweise Entspannung des Arbeitsstoffs A1 bereits im Hochtemperaturspeicher 4.1 realisiert.Through the throttle points 14, a multiple and/or partial relaxation of the working substance A1 is already realized in the high-temperature storage 4.1.
Bei den vorgenannt beschriebenen Varianten mit nur einem ersten Dampf-/Flüssigkeitsspeicher 2.1 (siehe
- • in Form von Wasser bevorzugt 30 °C bis 370 °C und 0,0042 MPa bis 21 MPa,
- • in Form von Ammoniak bevorzugt -30 °C bis 130 °C und 0,0716 MPa bis 10,89 MPa,
- • in Form von Aceton bevorzugt 55 °C bis 230 °C und 0,098 MPa bis 4,36 MPa,
- • in Form von Methanol bevorzugt 60 °C bis 240 °C und 0,0847 MPa bis 8,18 MPa,
- • in Form von Ethanol bevorzugt 50 °C bis 240 °C und 0,0294 MPa bis 6,095 MPa,
- • in Form von R1234ze(Z) (synthetisches Kältemittel) bevorzugt 20 °C bis 100 °C und 0,4234 MPa bis 3,03 MPa,
- • in Form von Propan bevorzugt 20 °C bis 90 °C und 0,836 MPa bis 3,76 MPa,
- • in Form von Butan bevorzugt 20 °C bis 150 °C und 0,208 MPa bis 3,67 MPa.
- • in the form of water, preferably 30 °C to 370 °C and 0.0042 MPa to 21 MPa,
- • in the form of ammonia preferably -30 °C to 130 °C and 0.0716 MPa to 10.89 MPa,
- • in the form of acetone, preferably 55 °C to 230 °C and 0.098 MPa to 4.36 MPa,
- • in the form of methanol, preferably 60 °C to 240 °C and 0.0847 MPa to 8.18 MPa,
- • in the form of ethanol, preferably 50 °C to 240 °C and 0.0294 MPa to 6.095 MPa,
- • in the form of R1234ze(Z) (synthetic refrigerant) preferably 20 °C to 100 °C and 0.4234 MPa to 3.03 MPa,
- • in the form of propane, preferably 20 °C to 90 °C and 0.836 MPa to 3.76 MPa,
- • in the form of butane, preferably 20 °C to 150 °C and 0.208 MPa to 3.67 MPa.
Die Aufzählung der ausgewählten Arbeitsstoffe zeigt einen relativ großen Betriebsbereich hinsichtlich der Temperatur und des Drucks. Werden Mischungen/Suspensionen der beispielhaft vorgenannten Arbeitsstoffe verwendet (Zwei- oder Mehrstoffsysteme) ändern sich die Druck- und Temperaturbereiche in Abhängigkeit der Stoffanteile. Beispielhaft liegen für eine 50%/50%-Wasser-Ethanol-Mischung die Drücke im Bereich von 0,0031 MPa bis 0,0049 MPa für 20 °C sowie im Bereich von 17,8 MPa bis 18,2 MPa für 330 °C.The list of selected working materials shows a relatively large operating range in terms of temperature and pressure. If mixtures/suspensions of the working materials mentioned above are used (two- or multi-substance systems), the pressure and temperature ranges change depending on the substance proportions. For example, for a 50%/50% water-ethanol mixture, the pressures are in the range from 0.0031 MPa to 0.0049 MPa for 20 °C and in the range from 17.8 MPa to 18.2 MPa for 330 °C .
Die Verdichtungsendtemperatur nach dem ersten Verdichter 3.1 hängt stark vom Arbeitsstoff, dem Eintrittszustand des Arbeitsstoffes in den Verdichter sowie der Art der Verdichtung und deren Qualität ab (Verdrängungs- oder Strömungsmaschine, Anzahl der Verdichtungsstufen, Betriebsweise usw.). Deswegen können Verdichtungsendtemperaturen bis 800 °C und/oder Verdichtungsenddrücke bis 21 MPa und höher auftreten.The final compression temperature after the first compressor 3.1 depends heavily on the working material, the state in which the working material enters the compressor as well as the type of compression and its quality (displacement or turbomachine, number of compression stages, mode of operation, etc.). Therefore, final compression temperatures of up to 800 °C and/or final compression pressures of up to 21 MPa and higher can occur.
Nachfolgend werden beispielhaft möglichen Druck-/Temperaturverhältnisse für einen Arbeitsstoff Wasser/Wasserdampf beschrieben.Examples of possible pressure/temperature conditions for a working fluid of water/steam are described below.
In dem ersten Dampf-/Flüssigkeitsspeicher 2.1 beträgt die Temperatur beispielsweise 100 °C bis 150 °C bei einem Druck von 0,101 MPa bis 0,476 MPaIn the first vapor/liquid storage 2.1, the temperature is, for example, 100 ° C to 150 ° C at a pressure of 0.101 MPa to 0.476 MPa
Nach dem ersten Verdichter 3.1 ist die Temperatur des Arbeitsstoffs in Form von beispielsweise Wasser/Wasserdampf, der gem.
Für die nachfolgenden Varianten werden der Einfachheit halber konkrete Temperaturen und Drücke genannt, die jedoch auch abweichen können.For the sake of simplicity, specific temperatures and pressures are given for the following variants, although these can also differ.
Werden gemäß einer nicht dargestellten Variante in Anlehnung zu
Durch die weitere Verdichtung nach dem zweiten Dampf-/Flüssigkeitsspeicher 2.2 mittels des Verdichters 3.2 ist die Temperatur des Arbeitsstoffs, der dem
Hochtemperaturspeicher 4.1 zugeführt wird, höher als die Temperatur im zweiten Dampf-/ Flüssigkeitsspeicher 2.2 und beträgt bis 500 °C. Der Druck liegt bei Zuführung in den Hochtemperaturspeicher bei bevorzugt bei 1,55 MPa.According to a variant not shown, based on
Due to the further compression after the second vapor/liquid storage 2.2 by means of the compressor 3.2, the temperature of the working fluid, which is the
High-temperature storage 4.1 is supplied, higher than the temperature in the second vapor / liquid storage 2.2 and is up to 500 ° C. When fed into the high-temperature storage, the pressure is preferably 1.55 MPa.
Werden gemäß
Die Temperatur des Arbeitsstoffs im dritten Dampf-/Flüssigkeitsspeicher 2.3 liegt dann ebenfalls höher als im zweiten Dampf-/Flüssigkeitsspeicher 2.2 und beträgt bis 200 °C und der Druck im dritten Dampf-/Flüssigkeitsspeicher 2.3 ist höher als im zweiten Dampf-/ Flüssigkeitsspeicher 2.2 und beträgt bis 1,55 MPa.The temperature of the working fluid in the third vapor/liquid storage 2.3 is then also higher than in the second vapor/liquid storage 2.2 and is up to 200 ° C and the pressure in the third vapor/liquid storage 2.3 is higher than in the second vapor/liquid storage 2.2 and is up to 1.55 MPa.
Durch den weiteren dritten Verdichter 3.3 nach dem dritten Dampf-Flüssigkeitsspeicher 2.3 werden Temperatur und Druck des Arbeitsstoffs weiter angehoben, wodurch die Temperatur des Arbeitsstoffs bei der zweiten Beladung B2 des Hochtemperaturspeichers 4.1 bis 600 °C und der Druck bei bis 3,98 MPa.The additional third compressor 3.3 after the third vapor-liquid storage 2.3 further increases the temperature and pressure of the working fluid, whereby the temperature of the working fluid during the second loading B2 of the high-temperature storage 4.1 up to 600 ° C and the pressure up to 3.98 MPa.
Durch die vorgenannt beschriebenen Varianten können zur Versorgung des/der Verbraucher sehr hohe Temperaturen bereitgestellt werden.Through the variants described above, very high temperatures can be provided to supply the consumer(s).
Bei der Verwendung anderer Arbeitsstoffe ändern sich die Temperatur-/Druckbereiche.When using other working materials, the temperature/pressure ranges change.
Diese können für die verwendeten Arbeitsstoffe aus einschlägigen Quellen bezogen/bestimmt/berechnet werden.These can be obtained/determined/calculated from relevant sources for the working materials used.
Die in den Figuren dargestellten Varianten sind untereinander kombinierbar und erweiterbar.The variants shown in the figures can be combined with one another and expanded.
Anstelle der in den Zeichnungen dargestellten Verdichter 3.1, 3.2, 3.3 können jeweils auch mehrere Verdichter verwendet werden bzw. kombiniert sein und/oder auch ein oder mehrere Verdichterstufen eingesetzt werden.Instead of the compressors 3.1, 3.2, 3.3 shown in the drawings, several compressors can be used or combined and/or one or more compressor stages can be used.
Zwischen dem Hochtemperaturspeicher 4.1 und dem Verbraucher 6 und können beispielsweise ein oder mehrere Strömungsmaschinen (z.B.Turbine/n) und/oder Verdrängungsmaschinen (z.B. eine Hubkolbenmaschine) zur Rückverstromung angeordnet sein.For example, one or more turbomachines (e.g. turbine(s)) and/or displacement machines (e.g. a reciprocating piston engine) can be arranged between the high-temperature storage unit 4.1 and the consumer 6 for reconversion into electricity.
Weiterhin können auch als Verbraucher 6 beispielsweise auch ein oder mehrere Strömungsmaschinen (z.B. Turbine/n) und/oder Verdrängungsmaschinen (z.B. eine Hubkolbenmaschine) und/oder Brennstoffzellen eingesetzt werden.Furthermore, one or more turbomachines (e.g. turbine(s)) and/or displacement machines (e.g. a reciprocating piston engine) and/or fuel cells can also be used as consumers 6.
Neben der Wärmeversorgung/Energieversorgung eines oder mehrerer Verbraucher ist es mit der erfindungsgemäßen Anlage und dem Verfahren auch möglich, eine Stoffversorgung eines oder mehrerer Verbraucher mit Stoffen insbesondere hoher Temperatur/en zu realisieren. Dies kann beispielsweise in der chemischen oder verfahrenstechnischen Industrie Anwendung finden und bevorzugt bei Verwendung von Arbeitsstoffen in Form von Ethanol und/oder Methanol und/oder Wasser bzw. deren Mischungen/Kombinationen.In addition to supplying heat/energy to one or more consumers, it is also possible with the system and method according to the invention to supply one or more consumers with substances, in particular at high temperatures. This can be used, for example, in the chemical or process engineering industry and preferably when using working materials in the form of ethanol and/or methanol and/or water or their mixtures/combinations.
Typisch ist die Versorgung mit Wasserdampf. Dann kann der Arbeitsstoff direkt zum Verbraucher geleitet werden. Wird ein anderer Arbeitsstoff verwendet, setzt man üblicherweise mindestens einen Wärmeübertrager zur Stofftrennung ein.The supply with water vapor is typical. The working material can then be sent directly to the consumer. If a different working material is used, at least one heat exchanger is usually used to separate the materials.
Eine Wärme-/Energieversorgung findet meist in geschlossenen Kreisläufen statt, d.h. der Stoff bzw. Wärmeträger bleibt im Kreislauf.Heat/energy supply usually takes place in closed circuits, i.e. the material or heat transfer medium remains in the circuit.
Bei einer Stoff-/und Energieversorgung ist auch eine offene Prozessführung möglich, dass werden den dargestellten Prozessen auf der Quellen- und/oder Senkenseite Stoffe zu- und abgeführt um chemische und/oder verfahrenstechnische Prozesse zu realisieren.With a material/and energy supply, an open process control is also possible, in which substances are added to and removed from the processes shown on the source and/or sink side in order to realize chemical and/or process engineering processes.
Wärmequellen können beispielsweise sein:
- - Abwärme aus industriellen und/oder kraftwerkstechnischen Prozessen,
- - Umweltwärme,
- - Abwasserströme,
- - regenerative Wärmequellen,
- - Wärme aus Heiznetzen bzw. Heizkreisläufen,
- - Wärme aus Rückkühlanlagen,
- - Abwärme aus Rechenzentren.
- - Waste heat from industrial and/or power plant processes,
- - environmental heat,
- - wastewater flows,
- - renewable heat sources,
- - Heat from heating networks or heating circuits,
- - Heat from recooling systems,
- - Waste heat from data centers.
Diese können auch kombiniert genutzt werden.These can also be used in combination.
Wärmesenken können beispielsweise sein:
- - Wärmeversorgungssysteme für industrielle, verfahrenstechnische, chemische Prozesse,
- - Raumheizung,
- - Klimatisierung,
- - Brauchwasserserwärmung,
- - Kraftwerksprozesse,
- - Trocknung,
- - Kälteerzeugung.
- - heat supply systems for industrial, process engineering, chemical processes,
- - space heating,
- - air conditioning,
- - Domestic water heating,
- - power plant processes,
- - drying,
- - Cold production.
Es können auch mehrere Wärmesenken versorgt werden.Multiple heat sinks can also be supplied.
Stoffquellen können beispielsweise sein:
- - Stoffe aus einer natürlichen oder künstlichen Quelle, z.B.
- - Abwasserstrom,
- - natürliches oder künstliches Gewässer,
- - Abgasstrom aus einem Verbrennungsprozess oder chemischen Prozess,
- - kontinuierlicher oder nichtkontinuierlicher Produktstrom aus einem Prozess, Diese können auch kombiniert genutzt werden.
- - Substances from a natural or artificial source, e.g
- - wastewater stream,
- - natural or artificial water,
- - exhaust gas stream from a combustion process or chemical process,
- - continuous or non-continuous product stream from a process, these can also be used in combination.
Stoffsenken können beispielsweise sein:
- - industrielle, verfahrenstechnische, chemische Prozesse,
- - Kraftwerksprozesse,
- - Raumheizung,
- - Klimatisierung,
- - Brauchwasserserwärmung,
- - Trocknung,
- - Kälteerzeugung,
- - kontinuierliche und/oder nichtkontinuierliche Produktionsprozesse,
- - industrial, process engineering, chemical processes,
- - power plant processes,
- - space heating,
- - air conditioning,
- - Domestic water heating,
- - drying,
- - cooling production,
- - continuous and/or non-continuous production processes,
Es können auch mehrere Stoffsenken versorgt werden.Several material sinks can also be supplied.
Mit der Erfindung wird eine Anlage zur Verfügung gestellt, welches flexibel an die vorhandenen Wärmequellen und Stoffquellen anpassbar ist und unter Temperaturerhöhung nach dem/den Dampf-/Flüssigkeitsspeicher/n und der Verwendung eines Hochtemperaturspeichers eine Versorgung eines oder mehrerer Verbraucher aus einem oder mehreren Wärmesenken oder einer oder mehreren Stoffsenken ermöglicht. Dabei können der/die Verbraucher mittels der Anlage auch mit unterschiedlichen Temperaturen versorgt werden.The invention provides a system which can be flexibly adapted to the existing heat sources and material sources and can increase the temperature according to the steam /Liquid storage/s and the use of a high-temperature storage enables one or more consumers to be supplied from one or more heat sinks or one or more material sinks. The system can also supply the consumer(s) with different temperatures.
BezugszeichenlisteReference symbol list
- 1.11.1
- erste Wärmequelle und/oder Stoffquellefirst heat source and/or material source
- 1.a1.a
- VerdampferEvaporator
- 1.b1.b
- WärmepumpenverdichterHeat pump compressor
- 1.c1.c
- Verflüssigerliquefier
- 1.d1.d
- Gaskühler und Wärmepumpen-EntspannungsorganGas cooler and heat pump expansion device
- 2.12.1
- erster Dampf-/Flüssigkeitsspeicherfirst vapor/liquid storage
- 2.1a2.1a
- unterer Bereich des ersten Dampf-/Flüssigkeitsspeicherslower area of the first vapor/liquid storage
- 2.1b2.1b
- oberer Bereich des ersten Dampf-/Flüssigkeitsspeichersupper area of the first vapor/liquid storage
- 2.22.2
- zweiter Dampf-/Flüssigkeitsspeichersecond vapor/liquid storage
- 2.2a2.2a
- unterer Bereich des zweiten Dampf-/Flüssigkeitsspeicherslower area of the second vapor/liquid storage
- 2.2b2.2b
- oberer Bereich des zweiten Dampf-/Flüssigkeitsspeichersupper area of the second vapor/liquid storage
- 2.32.3
- dritter Dampf-/Flüssigkeitsspeicherthird vapor/liquid storage
- 2.3a2.3a
- unterer Bereich des dritten Dampf-/Flüssigkeitsspeicherslower area of the third vapor/liquid storage
- 2.3b2.3b
- oberer Bereich des dritten Dampf-/Flüssigkeitsspeichersupper area of the third vapor/liquid storage
- 3.13.1
- erster Verdichterfirst compressor
- 3.23.2
- zweiter Verdichtersecond compressor
- 3.33.3
- dritter Verdichterthird compressor
- 4.14.1
- erster Hochtemperaturspeicherfirst high-temperature storage
- 4.24.2
- zweiter Hochtemperaturspeichersecond high temperature storage
- 4.34.3
- dritter Hochtemperaturspeicherthird high temperature storage
- 4.44.4
- vierter Hochtemperaturspeicherfourth high temperature storage
- 5.15.1
- erstes Entspannungsorganfirst relaxation organ
- 5.25.2
- zweites Entspannungsorgansecond relaxation organ
- 5.35.3
- drittes Entspannungsorganthird relaxation organ
- 66
- Wärmesenke und/oder Stoffsenke (Verbraucher)Heat sink and/or material sink (consumer)
- 77
- interner Wärmeübertragerinternal heat exchanger
- 88th
- externer Wärmeübertragerexternal heat exchanger
- 99
- FlüssigkeitsspeicherFluid storage
- 1010
- dritter Wärmeübertragerthird heat exchanger
- 11.111.1
- erstes geregeltes Entspannungsorgan/Motorventilfirst regulated relaxation element/motor valve
- 11.211.2
- zweites geregeltes Entspannungsorgan/Motorventilsecond regulated relaxation element/motor valve
- 11.311.3
- drittes geregeltes Entspannungsorgan/Motorventilthird regulated relaxation element/motor valve
- 11.411.4
- viertes geregeltes Entspannungsorgan/Motorventilfourth regulated relaxation organ/motor valve
- 11.511.5
- fünftes geregeltes Entspannungsorgan/Motorventilfifth regulated relaxation organ/motor valve
- 1212
- Speicherstoffstorage material
- 1313
- Kanälechannels
- 1414
- DrosselstellenRestrictions
- 1515
- WandWall
- A1A1
- erster Arbeitsstofffirst working material
- A2A2
- zweiter Arbeitsstoffsecond working material
- B1B1
- erste Beladungfirst loading
- B1RB1R
- Rücklauf der ersten Beladung B1Return of the first load B1
- B1VB1V
- Vorlauf der ersten Beladung B1Advance of the first load B1
- B2B2
- zweite Beladungsecond loading
- B2RB2R
- Rücklauf der zweiten Beladung B2Return of the second load B2
- B2VB2V
- Vorlauf der zweiten Beladung B2Advance of the second load B2
- E1E1
- erste Entladungfirst discharge
- E1RE1R
- Rücklauf der Entladung 1Return of discharge 1
- E1VE1V
- Vorlauf der Entladung 1Advance of discharge 1
- E2E2
- zweite Entladungsecond discharge
- E2RE2R
- Rücklauf der Entladung 2Return of discharge 2
- E2VE2V
- Vorlauf der Entladung 2Advance of discharge 2
- E3E3
- dritte Entladungthird discharge
- E3RE3R
- Rücklauf der Entladung 3Return of the discharge 3
- E3VE3V
- Vorlauf der Entladung 3Advance of discharge 3
- P1P1
- erste Pumpefirst pump
- P2P2
- zweite Pumpesecond pump
- P3P3
- dritte Pumpethird pump
- P4P4
- vierte Pumpefourth pump
- P5P5
- fünfte Pumpefifth pump
- P6P6
- sechste Pumpesixth pump
- P7P7
- siebente Pumpeseventh pump
- RR
- RücklaufRewind
- UU
- KreislaufCirculation
- Vv
- Vorlaufleader
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- EP 3260803 A1 [0008]EP 3260803 A1 [0008]
- AT 518793 A1 [0008]AT 518793 A1 [0008]
- AT 518828 A1 [0008]AT 518828 A1 [0008]
- DE 4121462 A1 [0008]DE 4121462 A1 [0008]
- CN 114517925 A [0009]CN 114517925 A [0009]
- DE 102013225543 B3 [0010]DE 102013225543 B3 [0010]
- DE 000010052766 C2 [0011]DE 000010052766 C2 [0011]
- DE 000000919589 B [0011]DE 000000919589 B [0011]
- DE 102008047283 A1 [0011]DE 102008047283 A1 [0011]
- DE 102009016775 A1 [0012]DE 102009016775 A1 [0012]
- CN 112879995 A [0013]CN 112879995 A [0013]
- CN 113932208 A [0015]CN 113932208 A [0015]
- CN 216408920 U [0016]CN 216408920 U [0016]
- US 10794227 B1 [0017]US 10794227 B1 [0017]
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Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE202023103656U1 (en) |
Citations (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE919589C (en) | 1952-11-26 | 1954-10-28 | Gustav Friedrich Gerdts | Back and additional feed system for steam boiler |
DE4121462A1 (en) | 1991-06-28 | 1993-01-14 | Deutsche Forsch Luft Raumfahrt | HIGH TEMPERATURE HEAT STORAGE SYSTEM |
DE10052766C2 (en) | 2000-10-25 | 2002-10-24 | Baelz Gmbh Helmut | Heat transfer system and method with improved energy utilization |
DE102008047283A1 (en) | 2008-09-16 | 2010-04-15 | Thermea. Energiesysteme Gmbh | Steam generation plant for the regeneration of activated carbon filter of industrial exhaust air cleaning units that are used in gravure print shops for cleaning exhaust air of toluene, comprises a steam storage, and a cooling tower |
DE102009016775A1 (en) | 2008-06-11 | 2010-09-23 | Thermea. Energiesysteme Gmbh | Method and device for generating water vapor at a high temperature level |
DE102013225543B3 (en) | 2013-12-11 | 2015-02-12 | Currenta Gmbh & Co.Ohg | Steam storage with latent heat storage and steam thermocompressor |
EP3260803A1 (en) | 2016-06-23 | 2017-12-27 | AIT Austrian Institute of Technology GmbH | Steam storage |
AT518793A1 (en) | 2016-06-23 | 2018-01-15 | Ait Austrian Inst Tech Gmbh | steam accumulator |
AT518828A1 (en) | 2016-06-23 | 2018-01-15 | Ait Austrian Inst Tech Gmbh | steam accumulator |
US10794227B1 (en) | 2018-08-22 | 2020-10-06 | Walter B. Freeman | System and method for harnessing latent heat to generate energy |
CN112879995A (en) | 2021-02-05 | 2021-06-01 | 云南电网有限责任公司电力科学研究院 | Water-medium high-temperature heat supply heat pump system capable of recycling waste heat |
CN113932208A (en) | 2021-11-23 | 2022-01-14 | 上海诺通新能源科技有限公司 | Multi-heat-source heat pump high-temperature steam supply system and working method thereof |
CN216408920U (en) | 2021-12-24 | 2022-04-29 | 上海诺通新能源科技有限公司 | Double-heat-source thermotechnical hybrid compression heat pump steam system |
CN114517925A (en) | 2021-12-21 | 2022-05-20 | 博尔滋曼新能源科技(上海)有限公司 | Intelligent environment-friendly heat supply method for heat supply system |
-
2023
- 2023-06-30 DE DE202023103656.2U patent/DE202023103656U1/en active Active
Patent Citations (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE919589C (en) | 1952-11-26 | 1954-10-28 | Gustav Friedrich Gerdts | Back and additional feed system for steam boiler |
DE4121462A1 (en) | 1991-06-28 | 1993-01-14 | Deutsche Forsch Luft Raumfahrt | HIGH TEMPERATURE HEAT STORAGE SYSTEM |
DE10052766C2 (en) | 2000-10-25 | 2002-10-24 | Baelz Gmbh Helmut | Heat transfer system and method with improved energy utilization |
DE102009016775A1 (en) | 2008-06-11 | 2010-09-23 | Thermea. Energiesysteme Gmbh | Method and device for generating water vapor at a high temperature level |
DE102008047283A1 (en) | 2008-09-16 | 2010-04-15 | Thermea. Energiesysteme Gmbh | Steam generation plant for the regeneration of activated carbon filter of industrial exhaust air cleaning units that are used in gravure print shops for cleaning exhaust air of toluene, comprises a steam storage, and a cooling tower |
DE102013225543B3 (en) | 2013-12-11 | 2015-02-12 | Currenta Gmbh & Co.Ohg | Steam storage with latent heat storage and steam thermocompressor |
EP3260803A1 (en) | 2016-06-23 | 2017-12-27 | AIT Austrian Institute of Technology GmbH | Steam storage |
AT518793A1 (en) | 2016-06-23 | 2018-01-15 | Ait Austrian Inst Tech Gmbh | steam accumulator |
AT518828A1 (en) | 2016-06-23 | 2018-01-15 | Ait Austrian Inst Tech Gmbh | steam accumulator |
US10794227B1 (en) | 2018-08-22 | 2020-10-06 | Walter B. Freeman | System and method for harnessing latent heat to generate energy |
CN112879995A (en) | 2021-02-05 | 2021-06-01 | 云南电网有限责任公司电力科学研究院 | Water-medium high-temperature heat supply heat pump system capable of recycling waste heat |
CN113932208A (en) | 2021-11-23 | 2022-01-14 | 上海诺通新能源科技有限公司 | Multi-heat-source heat pump high-temperature steam supply system and working method thereof |
CN114517925A (en) | 2021-12-21 | 2022-05-20 | 博尔滋曼新能源科技(上海)有限公司 | Intelligent environment-friendly heat supply method for heat supply system |
CN216408920U (en) | 2021-12-24 | 2022-04-29 | 上海诺通新能源科技有限公司 | Double-heat-source thermotechnical hybrid compression heat pump steam system |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R207 | Utility model specification |