DE2746864A1

DE2746864A1 - Waermeuebertragungsanlage mit ein salz als waermetraeger enthaltendem speicher

Info

Publication number: DE2746864A1
Application number: DE19772746864
Authority: DE
Inventors: Nichtnennung Beantragt
Original assignee: BERTRAMS AG
Current assignee: BERTRAMS AG
Priority date: 1976-11-02
Filing date: 1977-10-19
Publication date: 1978-05-18
Also published as: CH613510A5; GB1544024A; US4187904A; NL7712020A; FR2369532B1; IT1087041B; FR2369532A1

Description

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Hch. Bertrams Aktiengesellschaft Basel

Wärmetibertragungsanlage mit ein Salz als Wärmeträger enthaltendem Speicher

Gegenstand der Erfindung ist eine Wärmeübertragungsanlage mit ein Salz als Wärmeträger enthaltendem Speicher.

Ein Wärmespeicher wird in Wärmeübertragungsanlagen dort angewendet, wo Wärmeangebot und Wärmeverbrauch zeitlich gesehen von unterschiedlicher Grosse sind. In den meisten Fällen steht die Wärmeenergie über einen kürzeren Zeitraum zur Verfügung, während die Wärmeentnahme Bahr oder weniger kontinuierlich ist. Als Wärmeenergiequellen können z.B. Nachtstrom, Sonnenenergie oder Prozesswärme in Frage kommen. Als Speichermediwn sind Salzschmelzen vorgesehen, welche auch im hohen Temperaturbereich chemisch stabil sind.

Bei bekanntgewordenen Vorschlägen dieser Art, bei welchen als Wärmeträger des Speichers schmelzbare Salze verwendet wurden, die auch bei hohen Temperaturen, d.h. bis etwa 500° C, stabil sind, ist man so vorgegangen, dass dieser Wärmeträger durch die Jeweils zur Verfügung stehende Energie, ausgehend

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vom festen Salzzustand über den Schmelzpunkt bis auf die höchstzulässige Arbeltstemperatur erhitzt, während die ein Abkühlen des Wärmeträgers bewirkende Wärmeabgabe, z.B. durch Wärmetausch, zur Erzeugung von Heisswasser zu Heiz- oder Verbrauchszwecken, umgekehrt bis unter den Gefrierpunkt der Salzschmelze erfolgte. Salzschmelzen In eutektischen Zasammensetzungen besitzen einen Schmelzpunkt Im Bereich von etwa 150 ° C, so dass ein Herunterkühlen auf z.B. 120° C auch zur Heisswassererzeugung ohne weiteres zulässig 1st. Dies bedeutet aber, dass das Wärmeträgersalz zwischen zwei aufeinanderfolgenden Aufheizperioden jedesmal vom flüssigen In den festen Zusjttand übergeht (und umgekehrt), was zu unkontrollierbaren mechanischen Spannungen Im Speichersystem führt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mit Salz als Wärmeträger des Speichers arbeitende, also hohe Aufheiztemperaturen dieses Wärmeträgere ermöglichende, Wärmeübertragungsanlage zu schaffen, bei welcher durch periodisches Einfrieren der Salzschmelze bedingte Schwierigkeiten nicht auftreten können.

Zu diesem Zweck 1st die Anlage dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Verhinderung des Einfrierens des Speieher-Wärmeträgers zwischen zwei sich folgenden Aufheizperioden vorgesehen sind, so dass der Speicher- Wärmeträger während des Betriebs der Anlage seinen flüssigen Aggregatzustand beibehält. Dies bedeutet zwar, dass die beim Gefrieren frei werdende Schmelzwärme bei der Wärmeentnahme nicht zur Verfügung stehtt sie muss aber auch nicht zwischen zwei Entnahmeperioden durch Energiezufuhr laser wieder ersetzt werden. Anderseits können keine durch Aenderung des Aggregatzustandes bedingte mechanische Belastungen des Speichersystems auftreten, was für die Praxis von ausschlaggebender Bedeutung 1st.

Da die Wärmeentnahme stets durch Wärmetausch über geeignete Kontaktflächen mit dem Wärmeverbrauchermedium erfolgt, haben sich, zufolge des meist grossen Temperaturgefalles, besonders bei Verwendung von Wasser als Wärmeverbrauchermedium Schwie-

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rigkeiten ergeben. Die vorliegende Erfindung gestattet auch dieses Problem zu lösen, indem ein Zwischenwärmeträger vorgesehen sein kann, der Über einen ersten Wärmetauscher mit dem Strömungsweg der Salzschmelze und über wenigstens einen zweiten Wärmetauscher mit dem Strömungsweg des Verbrauchermediums in wärmetauschender Verbindung steht, wobei die Mittel zur Verhinderung des Einfrierens der Speicher-Salzschmelze, die Temperatur des Zwischenwärmeträgers über dem Gefrierpunkt der Salzschmelze haltende Mittel sind. Zweckmässig liegt der genannte erste Wärmetauscher ausserhalb eines Speichertanks für den Speicher-Wärmeträger. Bei dieser Ausf Uhrungsart wird zusätzlich erreicht, dass die Gesamttemperaturdifferenz zwischen Speicher-Wärmeträger und Verbrauchermedium auf zwei voneinander unabhängige Wärmetauscher aufgeteilt wird, so dass die genannten Schwierigkeiten vermieden werden können. Dazu kommt, dass in den ausserhalb des Speichertanks liegenden Wärmetauschern nur Jeweils relativ geringe Wärmeträgermengen nur durch die Wärmeaustauschflächen voneinander getrennt, einander gegenüberstehen, was bezüglich Sicherheit und Regeltechnik weitere Vorteile bringt.

Die Erfindung ist in der beiliegenden Zeichnung schematisch beispielsweise dargestellt.

In der Zeichnung ist 1 ein Speicherbehälter, der so bemessen ist, dass er die Gesamtmenge des Speicher-Wärmeträgers aufzunehmen vermag. Durch die Behälterdecke hindurch tauchen elektrische Heizelemente 2 in den Behälter 1. Als Speicher-Wärmeträger ist eine Salzmischung vorgesehen, die auch bei hohen Temperaturen chemisch stabil ist; so kann z.B. die eutektisch· anorganische Salzmischung aus 40 Gewichts^ Natriumnitrit, 7 Gewichts?* Natriumnitrat und 53 Gewients# Kaliumnitrat Verwendung finden, welche bis etwa 500° C chemisch stabil ist und z.B. gegenüber Wasser als Speicher-Wärmeträger eine erhebliche vergrösserte Speicherkapazität im drucklosen Zustand aufweist. Ausser den Heizelementen 2 ragen durch die Behälter-

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decke an einen Wärmetauscher 4 angeschlossen Leitungen 3 in den Behälter. Lieber den Wärmetauscher 4 kann dem Speicher-Wärme träger Fremdenergie, z.B. Sonnenenergie, Prozesswärme und dergl., zugeführt werden. Wird als Fremdenergie z.B. Nachtstrom verwendet, kann diese durch die Heizelemente 2 zugeführt werden; andernfalls dienen diese Heizelemente zum erstmaligen Schmelzen der Salzmischung und/oder zum Halten einer bestimmten, über dem Gefrierpunkt der Mischung liegenden Temperatur. Die Teile 2, 3 und 4 bilden somit die Energiezufuhrseite der Anlage.

Durch die Decke des Speicherbehälters 1 ragen ferner Leitungen 5, die Über einen Zwischenwärmetauscher 6 führen und eine Pumpe 7 zur Förderung der Speicher-Salzschmelze aufweisen. An diesen Zwischen-Wärmetauscher 6 ist der Strömungsweg 8 eines Zwischen-Wärmeträgers angeschlossen, der seinerseits über einen (oder mehrere) Verbraucher-Wärmetauscher 9 mit dem in einer Leitung 10 geführten Verbraucher-Wärmeträger, z.B. Heisswasser oder Dampf, in wärmeübertragender Verbindung steht. Als Zwischen-Wärmeträger ist zweckmässig ein solcher zu verwenden, der sich sowohl zur Salzschmelze als auch zum Verbraucherwärmeträger neutral verhält. Er kann z.B. aus einer Pb, Bi, Cd, Su oder dergl. enthaltende Metallegierung sein; auch Gase, z.B. Luft, oder Wasser bzw. Wasserdampf oder eine Salzlösung können als Zwischenwärmeträger Verwendung finden.

Die in den Speicherbehälter eingefüllte Salzmischung wird erstmalig, z.B. mittels der Heizelemente 2, durch Erwärmung aus dem festen in den flüssigen Aggregatzustand umgewandelt. Während der gesamten Betriebsdauer wird die Salzschmelze in flüssigem Zustand gehalten; als Speicherenergie wird also nur die Flüssigkeitswärme des Salzes, nicht aber die Schmelzwärme, benutzt. Die weitere Erwärmung der Salzschmelze kann dann durch die vorhandene Energiequelle erfolgen. Ist die Anlage z.B. für Nachtstrom vorgesehen, so kann die Beheizung mittels der Elektroheizelemente 2 durchgeführt werden. Diese HeIz-

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elemente sind dabei vertikal im Speicherbehälter montiert. Die vertikale Anordnung hat zur Folge, dass die Durchführung durch die Wand des Speicherbehälters über dem Salzniveau liegt. Sofern die Anlage mit z.B. Sonnenenergie oder Prozesswärme beheizt wird, erfolgt die weitere Erwärmung durch den Wärmetauscher 4 ausserhalb des Speicherbehälters

Die erwärmte Salzschmelze wird zwecks Wärmeentnahme Über die Umwälzpumpe 7 dem Zwischenwärmetauscher 6 zugeführt, wo sie den Zwischenwärmeträger beheizt. Der Zwischenwärmeträger wird auf einem Temperaturniveau gehalten, welches über dem Gefrierpunkt der Salzschmelze liegt, so dass ein Einfrieren der Salz· schmelze unter Jeder Betriebsbedingung vermieden wird.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1.^WärmeUbertragungsanlage mit ein Salz als Wärmeträger enthal- ^--^tendem Speicher, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Verhinderung des Einfrierens des Speicher-Wärmeträgers zwischen zwei sich folgenden Aufheizperioden vorgesehen sind, so dass der Speicher-Wärmeträger während des Betriebs der Anlage seinen flüssigen Aggregatzustand beibehält.

2. WärmeUbertragungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Wärmeübertragung von der Salzschmelze an einen Verbraucherwärmeträger ein Zwischenwärmeträger vorgesehen ist, der Über einen Zwischenwärmetauscher mit dem Speicher-Wärmeträger und über wenigstens einen Verbraucherwärmetauscher mit dem Verbraucher-Wärmeträger in wärmeübertragender Verbindung steht.

3. Wärmeübertragungsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Verhinderung des Einfrierens des Speieher-Wärmeträgers die Temperatur des Zwischenwärmeträgers über dem Gefrierpunkt des Speicher-Wärmeträgers halten.

4. WärmUbertragungsanlage nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenwärmetauscher ausserhalb des Speicherbehälters angeordnet ist.

5» WärmeUbertragungsanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Einführung der Salzschmelzeleitungen und eventueller Heizelemente in der Behälterwand notwendigen Durchbrüche über dem Salzschmelzeniveau des Behälters, z.B. in der Behälterdecke, liegen.

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6. Wärmeübertragungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass der Speieher-Wärmeträger eine eutektische, anorganische Salzmischung ist, z.B. aus 40 Ge wichts^ Natriumnitrit, 7 Gewichts^ Natriumnitrat und 53 Ge wichts^ Kaliumnitrat.

7. Wärmeübertragungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5»
dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenwärmeträger, z.B. eine Metallegierung, ein Gas, z.B. Luft oder Wasserdampf, Wasser oder eine Salzlösung, sowohl gegenüber dem Speicher Wärmeträger als auch gegenüber dem Verbraucher-Wärmeträger chemisch neutral ist.

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