DE2824101A1

DE2824101A1 - Energieversorgungsanlage

Info

Publication number: DE2824101A1
Application number: DE19782824101
Authority: DE
Inventors: Guenter Dipl Phys Fauvel
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1978-06-01
Filing date: 1978-06-01
Publication date: 1980-01-10
Also published as: FR2427470B3; IT1118858B; FR2427470A1; NL7903882A; IT7949244A0; GB2025604A

Description

MASCHINENFABRIK AUGSBURG-NÜRNBERG
Aktiengesellschaft

München, den 24. Mai 1978

Energieversorgungsanlage

Die Erfindung bezieht sich auf eine Energieversorgungsanlage mit einem Verbraucher, der die Energie von einer Energiequelle erhält.

Das Problem der Energieversorgung, sei es im Heizungsoder im Elektrizitätswesen oder in der industriellen Prozeßwärmetechnik, besteht im wesentlichen darin, daß der Verbrauch zeitlich unstetig erfolgt. Diesem unregelmäßigen Bedarf zur Folge, werden die Energieversorgungsanlagen im Regelfall gemäß der Spitzenlast ausgelegt, was in den meisten Fällen eine überdxmensionierung und damit überhöhte spezifische Investionskosten darstellt bzw. mit sich führt.

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Es hat sich außerdem gezeigt, daß der Primärenergie-Verbrauch ebenso der Verschleiß, bei unstetigem Betrieb einer Maschine höher ist, als wenn die Maschine auf einer konstanten Last gehalten wird.

Als Beispiel hierzu seien die Heiz- oder Elektrizitätswerke genannt, bei denen eine Spitzenlast selten und dann auch nur kurzzeitig erfolgt, während ie Belastung im Normalfall um einen mittleren Lastbetrieb schwankt.

Um eine wirtschaftliche Nutzung der Energie zu gewährleisten, versucht man deshalb, die bei Teillast anfallende überschüssige Energie anderweitig zu verwerten, wie z.B. zur Aufbereitung von Trink- oder Warmwasser. Aber auch im diesem Fall wird durch die ebenfalls begrenzte Kapazität des sekundären Verbrauchers in den meisten Fällen weiterhin ungenützte Energie verbleiben müssen, weil die Spann.» zwischen der selten erfolgenden Spitzenlast und der durchschnittlichen Mittellast sehr groß sein kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anlage der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der eine wirtschaftlichere Nutzung von Energie als bei den bekannten Anlagen erreicht werden kann.

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Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Anlage auf eine mittlere Betriebslast ausgelegt ist, und daß ein Latentwärmespeicher vorgesehen ist, der die bei Teillast überschüssige Euergia aufni:niut und die bei Vollast fehlende Energie zuschießt.

Die Auslegung auf bzw. der Betrieb bei Mittellast reduziert die Investions- bzw. Betriebskosten, erhöht die Lebensdauer der Artlagenkomponenten und verringert den ebenfalls kostenintensiven Aufwand zur Regelung der Anlage.

Latentwärmespeicher sind in der Wärmetechnik in unterschiedlichen Ausführungen bekannt. Sie bestehen im wesentlichen aus Behältern, die mindestens zum Teil mit Speicherelementen oder Speichermassen ausgefüllt sind, die bei Änderung ihres Aggregatzustandes latente Wärme aufnehmen oder abgeben. Als Speichermassen können verschiedene Substanzen benutzt werden, die je nach Anwendungsfall ausgewählt werden müssen. So wird beispielsweise Wasser, oder Salz mit Kristallwasser verwendet, wenn der Wärmespeicher für Kühlzwecke angewandt wird. Zur Aufbereitung von Heißwasser wird beispielsweise ein Nitrat-hydrat verwendet, das bei ca. 80⁰C schmilzt. Wesentlich ist, daß die Übergangstemperatur der Speichermasse im Bereich der Betriebstemperatur des Speichers liegt.

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Bei üblichen Speichern ist der Behälter mit der Speichermasse gefüllt und mit Rohren durchsetzt, durch die das
Wärmetransportmedium, das ein Gas oder eine Flüssigkeit
sein kann, durchgeführt wird, das über die .Rohrwände in
wärmeleitender Verbindung mit der Speichermasse stehen muß.

Besonders vorteilhaft sind jedoch die sogenannten Modul-Latentwärmespeicher, bei denen die Speichermasse in einer Vielzahl von Kugeln oder ähnlichen Behältnissen eingeschlossen ist, die vom Wärmeträger im Bedarfsfall umspült werden können. Hierbei vermitteln die Behältnisse der
Speichermasse den Wärmetausch zwischen Speichermasse und
Wärmetransportmedium. Durch die Aufteilung des Speichermaterials in kleine Portionen werden die Wärmeübertragungsflachen erheblich vergrößert sowie entlastet. Stillstandszeiten zwecks Reparatur defekter Rohre entfallen hier, da die Elemente kontinuierlich ersetzt werden können.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Wärmespeicher mit stationären Speicherelementen bestückt, die einen Durchmesser in der Größenordnung zwischen 10 und 100 mm haben, wodurch ein guter Wärmetausch gewährleistet ist. Zur weiteren Anhebung des Wärmetausches zwischen der Speichermasse und dem Wärmeträger können gemäß einer weiteren Ausgestaltung in dem Wärmeträger suspendierte Speicherelemente vorgesehen werden,

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die eine Größe zwischen 1 und 10 mm Durchmesser haben. Diese instationäre Anordnung der Speicherelemente hat den weiteren Vorteil, daß ein gleichzeitiges Laden und Entladen der Elemente möglich ist, wobei ein Sammelbehälter und ein getrennter Wärmetauscher vorgesehen sein können.

Eine weitere Ausgestaltung besteht darin, daß instationäre Speicherelemente vorgesehen sind, die als Wärmeträger dienen, indem sie an einer Stelle des Kreislaufes, z.B. im Speicherwärmetauscher, geladen und an einer anderen Stelle, z.B. einem Wärmetauscher, entladen werden. Hierbei kann die Entladung und Beladung alternativ oder aber auch kontinuierlich und gleichzeitig erfolgen.

Es ist vorteilhaft, wenn in der Energieversorgungsanlage der Latentwärmespeicher parallel zum Verbraucher geschaltet ist und Mittel vorgesehen sind, die eine partielle Kreis- " umkehr zur Be- hzw. Entladung des Wärmespeichers bewerkstelligen.

Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 und 2 je ein Ausführungsbeispiel in Blockdarstellung und

fig. 3 einen Wärmetauscher.

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In Fig. 1 ist eine Energieversorgungsanlage 10 gezeigt, die eine Energiequelle 11 und einen von ihr versorgten Verbraucher 12 sowie einen latentwärmespeicher 13 hat. Dia Energiequelle 11 kann beispielsweise aus Sonnenkollektoren bestehen, die Sonnenenergie 14 aufnehmen und diese nach Umwandlung in Wärmeenergie an einen Wärmeträger weiterleiten, der gemäß dem Pfeil 15 dem Verbraucher 12, beispielsweise einem Kraftwerk, zugeführt wird. Die Kollektoren sind so ausgelegt, daß die erzeugte Wärmeenergie 15 gerade ausreicht, um das Kraftwerk 12 für den normalen Strombedarf im ausreichendem Masse zu betreiben. In diesem Fall bleibt der durch den Latentwärmespeicher 13 führende Kreis 16 geschlossen. Sinkt nun der Strombedarf, so wird die überschüssige Energie aus der konstant strömenden Wärmemenge 15 dem Wärmespeicher 13 zugeführt. Hierzu schaltet eine Pumpe 17 im Kreis 16 eine Strömung in Richtung des vollen Pfeiles ein. Diese Energie speichert sich als latente Wärme in der im Speicher enthaltenden Speichermasse. Wird nun mehr Strom als im Normalbedarf gebraucht, dann schaltet die Pumpe 17 den Kreislauf gemäß dem gestrichelten Pfeil um, wodurch die latente Wärme im Speicher 13 wieder entnommen wird und zusätzlich zur Energie 15 dem Verbraucher 12 zugeführt wird, wodurch das Kraftwerk 12 die Mehrleistung erbringen kann, ohne daß die Energiequelle 11 stärker beansprucht werden muß.

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In Fig. 2 ist eine Energieversorgungsanlage 20 gezeigt, die einen Wärmetauscher 21 und einen Speicherbehälter 22 hat, die mit einem Strömungskreis 23 für die Speichermasse verbunden sind. Wie in der Anlage gemäß Fig. 1 wird auch hier die Speichermasse während des Teillastbetriebes geladen und bei höherer oder Spitzenlast wieder entladen. Der Ladebzw. Entladevorgang erfolgt hier jedoch in einem Wärmetauscher 21, den die Speicherelemente aus dem Sammelbehälter 22 über den Kreis 23 durchströmen und dabei Wärme aufnehmen oder abgeben.

Die Ladung und die Entladung erfolgt bei den beiden bisher beschriebenen Beispielen alternierend. Es ist aber auch möglich, den Latentwärmetauscher für einen gleichzeitigen Lade- und Entladebetrieb einzusetzen. Hierzu kann beispielsweise ein zweiter Wärmetauscher 25 vorgesehen werden, der von der selben Energiequelle 11 oder einer getrennten Energiequelle gespeist wird, und der über einen Speichermassenströmungskreis 26 mit dem Speicherbehälter 22 in Verbindung steht. Die beiden als getrennte Kreise 23 und 26 gezeichnete Kreise können selbstverständlich in einem einzigen Kreis, der durch den Behälter 22 führt, integriert sein.

Der zusätzliche Wärmekreis ist in Fig. 2 gestrichelt dargestellt, der zugehörige zweite Wärmetauscher 25 kann entweder am Verbraucher 12 oder am einem anderen Verbraucher

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27 iingoschlossen worden. Eine derartige Anlage kann beispielsweise dort eingesetzt werden, wo Abwärme anfällt, z.B. Motoren. Diese Abwärme kann dann im Speicherbehälter 22 gespeichert und bei Bedarf dem Verbraucher 12 zugeführt werden, was insbesondere für Anlagen mit längeren Spitzenbelastungen oder stark schwankenden Belastungen von großem Vorteil ist.

In Fig. 3 ist schließlich ein Latentwärmetauscher 13 mit stationären Speicherelementen 30 schematisch dargestellt. Die Speicherelemente 30 sind mit einer Speichermasse gefüllte Kugeln, die den Speicherbehälter 13 nahezu ausfüllen. Als Speichermasse dient eine Substanz, deren Übergangstemperatur von einem Aggregatszustand zum anderen, im allgemeinen zwischen dem festen und dem flüssigen Zustand, im Temperaturbereich zwischen den Temperaturen des Wärmeträgers bzw. der Energiequelle 11 und im Verbraucher 12 liegt. Der eigentliche Wärmeträger wird über Leitungen 31 durch den Wärmespexcherbehälter 13 durchgeführt.

Es können anstelle der gemeinsamen Leitung 31 auch gegebenenfalls getrennte Leitungen 31, 32 für das Entladen und das Beladen vorgesehen werden. Dabei kommt der Wärmeträger mit den Kugeln 3 0 in wärmeleitendem Kontakt und gibt ihnen oder

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entzieht ihnen sowohl fühlbare als auch Latentwärme. Bei einem Kreislauf gemäß Fig. 1 in Richtung des Pfeiles 18 gelangt wärmeres Trägermedium in den Wärmespeicher, so daß die Speicheruiassa in den Kugeln 3 0 unter Aufnahme von Schmelzwärme in den flüssigen Zustand übergeht. Erfolgt nun der Strömungskre: des Wärmeträgers in entgegengesetzter Richtung, so gelangt das Medium mit einer Temperatur unterhalb des Übergangspunktes in den Wärmespeicher 13 und entzieht dabei fühlbare und die eingespeicherte Latentwärme, wobei die Speichermasse erstarrt.

Im Falle des Wärmespeichers 21, 22 sind die Speicherelemente nicht in dem Behälter gefesselt. Sie fließen suspendiert in einem Wärmeträger durch den Kreis 23, wobei sie beim Wärmetauscher 21 je nach Betriebsstellung Wärme aufnehmen oder abgeben. Bei einer Anlage mit den gestrichelten Vorrichtungen gemäß Fig. 2 können die Speicherelemente auf der einen Seite, nämlich im Wärmetauscher 25, geladen werden und wenn sie bei dem Wärmetauscher 21 vorbeikommen, sich wieder entladen, so daß eine kontinuierliche Ladung und Entladung erfolgt.

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Claims

MASCHINENFABRIK AUGSBURG-IfJRIiBEtG 2824101

Aktiengesellschaft

München, den 24, Mai 1973

Patentansp r ü ehe

nJ Energieversorgungsanlage mit einem Verbraucher, der die Energie von einer Energiequelle erhält, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage (10) auf eine mittlere Betriebslast ausgelegt ist, und daß ein Latentwärmespeicher (13) vorgesehen ist, der die überschüssige Energie aus der Energiequelle (11) bei Teillastbetrieb aufnimmt und sie bei einer höheren Betriebslast dem Verbraucher (12) wieder abgibt.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Latentwärmespeicher (13) mit stationären Speicherelementen (30) ausgerüstet ist, die von der Größenordnung zwischen 10 und 100 mm sind.

3. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Latentwärmespeicher (21, 22) mit in einem den Speicher durchströmenden Wärmeträger suspendierten Speicherelementen bestückt ist, die von der Größenordnung zwischen 1 und 10 mm sind.

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4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Latentwärmespeicher aus einem Speicherbehälter (22) und einem mit ihm verschalteten Wärmetauscher

(21) besteht.

5. Anlage nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherelemente als Wärmeträger dienen, indem sie an einer Stelle des Kreislaufes geladen und an einer anderen Stelle entladen werden.

6. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Latentwärmespeicher

(13) im Kreislauf der Anlage (10) parallel zum Verbraucher (12) geschaltet ist.

7. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (22) und der Wärmetauscher (21) des Latentwärmespeichers in einem geschlossenen Wärmeträgerkreislauf zwischengeschaltet sind, und daß der Wärmetauscher zusätzlich parallel zum Verbraucher

(12) angeschlossen ist.

8. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Latentwärmespeicher

(22) an die erste Energiequelle (11) und an eine zweite Energiequelle angeschlossen ist.

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