EP3405734A1 - Verfahren zum übertragen von wärme und wärmeübertrager - Google Patents

Verfahren zum übertragen von wärme und wärmeübertrager

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Publication number
EP3405734A1
EP3405734A1 EP17700961.0A EP17700961A EP3405734A1 EP 3405734 A1 EP3405734 A1 EP 3405734A1 EP 17700961 A EP17700961 A EP 17700961A EP 3405734 A1 EP3405734 A1 EP 3405734A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
storage medium
heat
medium
storage
screw
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP17700961.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Florian SCHEIT
Marc Linder
Matthias Schmidt
Christian Brack
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Original Assignee
Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV filed Critical Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Publication of EP3405734A1 publication Critical patent/EP3405734A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D20/003—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using thermochemical reactions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F5/00—Elements specially adapted for movement
    • F28F5/06—Hollow screw conveyors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/14—Thermal energy storage

Definitions

  • the present invention relates to a method for transferring heat, in which heat is transferred from a heat transfer medium to a storage medium and / or from a storage medium to a heat transfer medium.
  • the heat transfer medium and the storage medium are supplied with two spaces separated from one another by means of a heat transfer plate.
  • the heat transfer then takes place via the heat transfer plate.
  • the present invention has for its object to provide a method for transferring heat, which is easy to implement and allows efficient heat transfer.
  • This object is achieved by a method for transferring heat from a heat transfer medium to a storage medium and / or from a storage medium to a heat transfer medium in that the method comprises:
  • the inventive method is particularly suitable for
  • Storage medium is or is provided as a free-flowing storage medium. - -
  • the storage medium may be formed or provided, for example, as a powder bed.
  • the heat transfer medium and the storage medium are preferably guided without direct or direct contact with each other, in particular past each other.
  • heat is provided by exothermic reaction of the storage medium with a reaction medium.
  • This provided heat is transferred in particular subsequently and / or even during the heat generation on the heat transfer medium.
  • reaction medium and the heat transfer medium are mutually different media or identical media.
  • reaction medium and the heat transfer medium are preferably conducted in one and the same or in different and fluidically effective separate line regions.
  • Reaction medium is used and comes in the supply to the storage medium and / or when passing through the storage medium in direct contact with the storage medium, which preferably on the one hand a heat-generating exothermic reaction and on the other hand
  • the storage medium is included in this specification and the attached
  • the storage medium is a storage medium in the separated state, in which the storage medium is separated from the reaction medium.
  • storage medium contextually preferably both storage medium in the connected state and storage medium in the disconnected state or only storage medium in the connected state or storage medium in the separated state.
  • the storage medium may preferably be conveyed in a state, in particular in the connected state or in the separated state, by means of the screw device.
  • the storage medium is conveyed together in both states in the screw device and thereby mixed.
  • this can be an efficient heat generation and / or heat transfer can be realized.
  • the reaction between the storage medium and the reaction medium is preferably a reversible reaction.
  • the storage medium in the connected state is a metal hydroxide and / or in the separated state, a metal oxide.
  • the reaction medium is preferably water.
  • reaction medium is supplied to the heat generation in the screw device to the conveyed in the screw device storage medium.
  • the heat transfer medium is preferably guided in one or more shafts for receiving one or more screw elements of the screw device.
  • the heat transfer medium is guided in a jacket which surrounds the one or more screw elements at least partially or completely.
  • the leadership of the heat transfer medium is carried out in particular such that a heat transfer from and / or to the storage medium is possible.
  • the screw device is operated selectively, in particular alternately, in a heat storage operation and in a heat supply operation, wherein a conveying direction of the
  • Storage medium in the heat storage operation is preferably opposite to a conveying direction of the storage medium in the heat supply operation.
  • heat is preferably transferred from the heat transfer medium to the storage medium.
  • the storage medium heated in this way is preferably subsequently fed to a regeneration device and is preferably further heated there.
  • this reaction medium can be separated from the storage medium.
  • the regeneration device is preferably used to remove the
  • the storage medium is preferably discharged by means of the regeneration device.
  • a single storage container is used to hold both loaded storage medium and discharged storage medium.
  • the use of one or more variable inner walls of the storage container may be provided in order to store variable amounts of loaded storage medium and discharged storage medium with maximum space utilization.
  • loaded storage medium is removed from the storage container for loaded storage medium and fed to the screw device.
  • the loaded storage medium is preferably heated, so that the reaction medium is removed from the storage medium.
  • the storage medium is preferably conveyed alternately from one storage container to the other storage container and in each case passed through the screw device, so that heat can be stored and heat can be provided alternately.
  • the present invention further relates to a heat exchanger.
  • the invention is in this respect the task of providing a heat exchanger, which is easy to manufacture and allows efficient heat transfer.
  • a heat exchanger for transferring heat from a heat transfer medium to a storage medium and / or from a storage medium to a heat transfer medium
  • the heat exchanger comprises a screw device, in particular a twin screw device, wherein the screw device a screw conveyor area for conveying the storage medium and a conduit region for guiding the heat transfer medium, wherein the screw conveyor region and the heat transfer line region are thermally coupled to one another.
  • the heat exchanger according to the invention preferably has one or more of the features and / or advantages described in connection with the method according to the invention.
  • the heat exchanger according to the invention is preferably suitable for carrying out the method according to the invention.
  • the method according to the invention can preferably have one or more of the features and / or advantages described in connection with the heat exchanger.
  • the storage medium is free-flowing, in particular powdery.
  • the heat transfer medium is preferably liquid or gaseous, for example vaporous. - -
  • the screw device comprises at least two storage medium feeds for feeding storage medium to the screw feed area and / or at least two storage medium discharges for discharging storage medium from the screw feed area.
  • the supply and / or discharge preferably take place at different points of the screw device with respect to one or more conveying directions.
  • the storage medium feeds and / or the storage medium discharges are preferably arranged on mutually opposite end regions of the screw device.
  • Storage medium on the one hand and discharged storage medium on the other hand are provided.
  • a storage medium supply for supplying loaded storage medium and a storage medium discharge for discharging loaded storage medium are arranged at one and the same end region of the screw device.
  • a storage medium supply for supplying discharged storage medium and a storage medium discharge for discharging discharged storage medium are arranged on one and the same end region of the screw device.
  • Heat exchanger comprises a regeneration device for regenerating storage medium.
  • the regeneration device preferably adjoins the screw device, in particular in a conveying direction of the storage medium in the heat storage operation of the heat exchanger.
  • the regeneration device preferably comprises a heating device for heating the storage medium.
  • the heating device may for example comprise an electric heater or be designed as an electric heater.
  • the heating device is preferably heat to the loaded
  • the heat exchanger in particular the screw device, preferably comprises a line region for a reaction medium.
  • the line region for a reaction medium preferably opens into the screw conveyor region or is formed in sections by the screw conveyor region.
  • reaction medium is then preferably guided or feasible independently of the heat transfer medium.
  • the heat exchanger is particularly suitable for use in a heat storage device.
  • the present invention therefore also relates to a heat storage device for storing and / or providing heat. - -
  • the heat storage device preferably comprises at least one heat exchanger according to the invention.
  • the heat storage device preferably has one or more of the features and / or advantages described in connection with the heat exchanger or the method according to the invention.
  • the method according to the invention and / or the heat exchanger according to the invention preferably have one or more of the
  • the heat storage device preferably further comprises:
  • a conveyor for conveying discharged storage medium; and / or a conveyor system for conveying loaded storage medium; and / or one or more storage containers for storage of discharged storage medium and / or loaded storage medium.
  • the screw device is preferably designed as a twin-screw device.
  • the screw device preferably forms a reactor for reacting the storage medium with the reaction medium.
  • the screw device preferably comprises two laterally juxtaposed or otherwise adjacent and / or intermeshing screw elements.
  • the loading of the storage medium with reaction medium is in particular a discharge of the heat storage device, that is, a provision of heat. - -
  • the discharge of the storage medium is preferably a loading of the heat storage device with heat (heat storage).
  • the loading of the heat storage device with heat that is the
  • Separation of the reaction medium from the storage medium preferably can be done electrically.
  • the heating device provided for this purpose may, for example, be a resistance heater.
  • a grid or an arrangement of rods may be provided as heating elements of the heating device.
  • the heating device comprises a microwave heating.
  • the storage medium may comprise a microwave-active or microwave-active substance.
  • the storage medium comprises activated carbon or that the storage medium activated carbon is mixed.
  • a direct contact between the storage medium to be discharged and one or more heating elements of the heating device is provided in order to transfer the heat required for discharging the storage medium to the storage medium.
  • the storage medium is preferably mixed, in particular in order to achieve a uniform heat transfer and / or heat supply by supplying reaction medium.
  • the screw device preferably makes it possible to realize a long and closed reaction space for reacting the storage medium with the reaction medium. As a result, an essentially complete reaction with a slight excess of reaction medium can preferably be realized.
  • the excess reaction medium in particular water vapor, can preferably be easily separated from the storage medium, so that the storage medium preferably dry in a
  • Storage tank is storable.
  • a compensation can be provided by varying a shaft diameter of the screw device and / or a change in the pitch of screw elements of the screw device.
  • the screw device preferably comprises two or more screw elements, which in particular have mutually different speeds and / or thread heights. In this way, in particular a mutual cleaning of the screw elements and / or an optimized mechanical processing, promotion and / or mixing of the storage medium can be realized.
  • One or more storage medium feeds and / or one or more storage medium discharges preferably have locks and / or security elements, in particular non-return flaps. In this way, an undesired backflow of storage medium, reaction medium and / or heat transfer medium can preferably be avoided.
  • a security element may be, for example, a rotary valve.
  • a rotary valve By means of such a rotary valve, in particular, a backflow of steam into the screw conveyor region or out of the screw conveyor region can be avoided.
  • the heat exchanger comprises a pressure equalization vessel and / or a condensation heat exchanger.
  • vaporous or gaseous reaction medium and / or heat transfer medium is condensed by means of a condensation device, in particular after leaving a screw conveying region of the screw device.
  • the invention can realize a seasonal heat storage with low losses.
  • surplus electricity from a photovoltaic system can be used for discharging storage medium in order to be able to provide heat at any later time through reaction medium supply.
  • the efficiency of heat storage and / or heat utilization can be optimized.
  • the heat of condensation for domestic water heating can be used.
  • the heat exchanger comprises one or more heat exchanger units.
  • the screw device is a heat exchanger unit.
  • the heat exchanger comprises one or more further heat exchanger units. - -
  • a heat exchanger unit is arranged upstream of the screw device with respect to a conveying direction of the storage medium in the heat storage operation and / or in the heat supply operation.
  • a heat exchanger unit with respect to a conveying direction of the storage medium in the heat storage operation and / or in the heat supply operation
  • a heat exchanger unit may be arranged upstream of the regeneration device with respect to a conveying direction of the storage medium in the heat storage operation and / or in the heat provision operation.
  • a heat exchanger unit can be arranged downstream of the regeneration device with respect to a conveying direction of the storage medium in the heat storage operation and / or in the heat provision operation.
  • One or more heat exchanger units are preferably thermally coupled to each other, in particular, a common heat transfer medium circuit may be provided.
  • heat of the storage medium can be recovered, in particular downstream of the screw device and / or the
  • Regeneration device to be supplied storage medium with heat, in particular preheated, heated, which of the from the Schnecken- - -
  • FIG. 1 shows a schematic longitudinal section through a first embodiment of a heat exchanger, in which a screw device is provided for transferring heat from a heat transfer medium to a storage medium and / or from the storage medium to the heat transfer medium;
  • FIG. 2 is one of FIG. 1 corresponding schematic representation of a second embodiment of a heat exchanger, in which a subsequent to the screw device regeneration device is provided, wherein the heat exchanger is operated in a heat storage operation;
  • FIG. 3 is a of FIG. 1 corresponding schematic representation of
  • Heat exchanger of Figure 2 wherein the heat exchanger is operated in a heat supply operation.
  • FIGS. 2 and 3 shows a schematic representation of a heat storage device, which has a heat exchanger according to FIGS. 2 and 3;
  • Fig. 5 is a schematic sectional view of a storage container for storing loaded and unloaded storage medium
  • Fig. 6 is a corresponding to FIG. 5 schematic representation of
  • FIG. 1 illustrated first embodiment of a designated as a whole with 100 heat exchanger is used to transfer heat from a heat transfer medium to a storage medium and / or from a storage medium to a heat transfer medium.
  • the heat exchanger 100 comprises a screw device 102 which, for example, is a twin-screw device 104 and comprises one or more screw elements 106.
  • a storage medium can be conveyed linearly in a conveying direction 108 by means of the screw device 102.
  • the heat exchanger 100 comprises a storage medium supply 110, via which storage medium to a screw feed region 112 of the
  • Screw device 102 can be fed.
  • the heat exchanger 100 comprises a storage medium discharge 114, via which storage medium can be discharged from the screw feed region 112.
  • reaction medium can be fed.
  • reaction medium supply 116 discharges directly into the screw conveyor region 112 filled with storage medium.
  • the reaction medium supply 116 is in particular part of a
  • the heat exchanger 100 comprises a reaction medium discharge 120 for the removal of reaction medium from the screw conveyor region 112.
  • the heat exchanger 100 also includes a conduit region 122 for guiding heat transfer medium.
  • the line region 122 in this case comprises a heat transfer medium supply 124 for supplying heat transfer medium to the screw device 102 and a heat transfer medium removal 126 for discharging
  • the screw device 102 further preferably comprises one or more shafts 130, preferably each designed as a hollow shaft 128, on which the one or more screw elements 106 are arranged, formed and / or mounted.
  • the hollow shaft 128 or the hollow shafts 128 preferably connect the
  • Heat transfer medium supply 124 with the heat transfer medium removal 126 so that heat transfer medium can be passed through the screw device 102, in particular without direct contact between the
  • the screw device 102 preferably comprises a jacket 132, which preferably surrounds the one or more screw elements 106 and preferably forms part of a housing 134 of the screw device 102 surrounding the screw conveyor region 112. - -
  • the jacket 132 preferably also connects the heat transfer medium supply 124 with the heat transfer medium removal 126, so that heat transfer medium can be passed through the screw device 102, in particular without direct contact with the storage medium and / or the reaction medium.
  • the first embodiment of the heat exchanger 100 described above functions as follows:
  • storage medium formed as a metal oxide is supplied to the screw feed region 112 of the screw device 102 via the storage medium feed 110.
  • Reaction medium is fed to the storage medium via the reaction medium supply 116.
  • the storage medium reacts with the reaction medium.
  • the reaction medium is, for example, water, which reacts in particular with the formation of metal hydroxide with the storage medium.
  • Screw elements 106 causes heat released during the reaction of the storage medium with the reaction medium to be uniform and efficient - - The guided in the screw device 102 heat transfer medium is transmitted.
  • the heat transfer medium 106 is passed through the screw device 102 in a direction opposite to the direction of conveyance 108 of the storage medium.
  • the heat transfer thus takes place preferably in the countercurrent principle.
  • heated heat transfer medium can be removed via the heat transfer medium discharge 126.
  • reaction medium storage medium loaded storage medium
  • reaction medium removal 120 serves to discharge excess reaction medium from the screw feed region 112.
  • the reaction medium which in particular is removed in vapor form, can be fed to a condensation device in order to optimize the provision of heat and / or heat.
  • a second embodiment of a heat exchanger 100 shown in FIGS. 2 and 3 differs from that shown in FIG. 1, essentially in that two storage medium feeders 110 and two storage medium deliveries 114 are provided.
  • the screw device 102 is operable in two different operations with different conveying direction 108.
  • FIG. 2 illustrated heat storage operation and the in Fig. 3 provided heat supply operation.
  • Heat exchanger 100 is also provided a regeneration device 140 for regenerating the storage medium.
  • a storage medium supply 110 and a storage medium removal 114 are respectively provided at opposite ends of the screw device 102.
  • the one or more shafts 130 for receiving the one or more screw elements 106 are preferably provided with an inner double guide 136, so that the heat transfer medium in the one or more waves 130 both in a direction parallel to the conveying direction 108 first direction through the Screw conveyor area 112 and against this direction in a second direction again through the
  • Screw conveyor area 112 is feasible.
  • One end of each shaft 130 thus preferably comprises a deflection section 138 for deflecting and returning the heat transfer medium guided inside the shaft 130.
  • Such a double guide 136 can advantageously be in the one or more shafts 130, in particular when the one or more screw elements 106 of the screw device 102 are connected to one another
  • Regeneration device 140 of the heat exchanger 100 connects.
  • the storage medium conveyed by means of the screw device 102 can then be supplied directly from the screw device 102 to a heating device 142 of the regeneration device 140, in particular without being adversely affected by a line region 122 for guiding the heat transfer medium.
  • the regeneration device 140 is used in particular for removing reaction medium from the storage medium. - -
  • the storage medium can be heated in particular by direct contact and thereby heat transfer takes place, whereby the bound to the storage medium reaction medium is separated from the storage medium.
  • the reaction medium can then be removed and / or used in particular via a reaction medium removal 120 of the regeneration device 140.
  • the heat exchanger 100 preferably comprises one or more security elements 144, for example check valves 146, by means of which an undesired backflow or return of storage medium and / or reaction medium and / or heat carrier medium against a predetermined flow direction or conveying direction can be prevented.
  • security elements 144 for example check valves 146
  • non-return valves 146 As an alternative to the use of one or more non-return valves 146, the use of one or more rotary valves may also be provided.
  • the heat exchanger 100 is selectively operable in either a heat storage operation (FIG. 2) or a heat providing operation (FIG. 3).
  • heat is transferred from the heat transfer medium to the storage medium and / or the storage medium is heated by means of the regeneration device 140, in order ultimately to remove the reaction medium from the storage medium and thus to store energy (heat).
  • FIG. 2 and 3 illustrated second embodiment of the heat exchanger 100 in terms of structure and function with the first embodiment shown in FIG. 1, so that reference is made to the above description in this regard.
  • a heat storage device designated as a whole as 148 includes, for example, a heat exchanger 100 according to the heat storage device 100 shown in FIG. 2 and 3 illustrated second embodiment.
  • the heat storage device 148 preferably comprises one or more storage containers 150 and one or more conveyor systems 152.
  • Storage medium can be stored in particular by means of a storage container 150.
  • a conveyor 152 storage medium is preferably from the screw device 102 of the heat exchanger 100 to a storage container 150 and / or from a storage container 150 to the screw device 102 of the heat exchanger 100 can be conveyed.
  • two storage containers 150 which are different from one another, and two conveyor systems 152, which are different from one another, are provided.
  • a storage container 150 and a conveyor 152 for storage and / or promotion of loaded with reaction medium
  • Another storage tank 150 and a further conveyor 152 are used for storage and / or promotion of liberated from reaction medium storage medium. - -
  • the heat storage device 148 operates as follows:
  • the storage medium is conveyed alternately from one storage container 150 to the other storage container 150.
  • the storage medium in each case passes through the screw conveyor region 112 of the screw device 102 of the heat exchanger 100.
  • the storage medium is mixed with reaction medium alternately, in particular to provide heat, and freed from the reaction medium, in particular to store heat.
  • a heat storage device 148 may contain only a single storage container 150 for receiving loaded and unloaded storage medium.
  • Such a storage container 150 is shown in FIGS. 5 and 6 are shown.
  • such a storage container 150 comprises a movable, in particular displaceably arranged, partition wall 154, by means of which an interior 156 of the storage container 150 can be subdivided into size-variable storage areas 158.
  • the size ratio of the storage areas 158 can be flexibly varied depending on which amount of storage medium is present as a loaded storage medium and as a discharged storage medium.
  • a large amount of storage medium can thus be stored with optimum space utilization, - - In particular, regardless of whether this storage medium is present in the loaded or unloaded state.

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Abstract

Um ein Verfahren zum Übertragen von Wärme bereitzustellen, welches einfach umsetzbar ist und eine effiziente Wärmeübertragung ermöglicht, wird vorge- schlagen, dass das Verfahren Folgendes umfasst: Fördern eines Speichermediums mittels einer Schneckenvorrichtung; Hindurchführen von Wärmeträgermedium durch die Schneckenvorrichtung und/oder Vorbeiführen von Wärmeträgermedium an der Schneckenvorrich- tung, wobei Wärme von dem Wärmeträgermedium auf das Speichermedium und/oder von dem Speichermedium auf das Wärmeträgermedium übertragen wird.

Description

Verfahren zum Übertragen von Wärme und Wärmeübertrager
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Übertragen von Wärme, bei welchem Wärme von einem Wärmeträgermedium auf ein Speichermedium und/oder von einem Speichermedium auf ein Wärmeträgermedium übertragen wird .
Bei einem solchen Verfahren kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das Wärmeträgermedium und das Speichermedium zwei mittels einer Wärmeübertragungsplatte voneinander getrennten Räumen zugeführt wird. Über die Wärmeübertragungsplatte erfolgt dann die Wärmeübertragung .
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Übertragen von Wärme bereitzustellen, welches einfach umsetzbar ist und eine effiziente Wärmeübertragung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Übertragen von Wärme von einem Wärmeträgermedium auf ein Speichermedium und/oder von einem Speichermedium auf ein Wärmeträgermedium dadurch gelöst, dass das Verfahren Folgendes umfasst:
Fördern eines Speichermediums mittels einer Schneckenvorrichtung;
Hindurchführen von Wärmeträgermedium durch die Schneckenvorrichtung und/oder Vorbeiführen von Wärmeträgermedium an der Schneckenvorrichtung, wobei Wärme von dem Wärmeträgermedium auf das Speichermedium und/oder von dem Speichermedium auf das Wärmeträgermedium übertragen wird .
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere dann zur
Wärmeübertragung, wenn das Speichermedium ein rieselfähiges
Speichermedium ist oder als rieselfähiges Speichermedium bereitgestellt wird . - -
Das Speichermedium kann beispielsweise als eine Pulverschüttung ausgebildet sein oder bereitgestellt werden.
Das Wärmeträgermedium und das Speichermedium werden vorzugsweise ohne direkten oder unmittelbaren Kontakt miteinander geführt, insbesondere aneinander vorbeigeführt.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass Wärme durch exotherme Reaktion des Speichermediums mit einem Reaktionsmedium bereitgestellt wird.
Diese bereitgestellte Wärme wird insbesondere anschließend und/oder noch während der Wärmeentstehung auf das Wärmeträgermedium übertragen.
Es kann vorgesehen sein, dass das Reaktionsmedium und das Wärmeträgermedium voneinander verschiedene Medien oder identische Medien sind .
Das Reaktionsmedium und das Wärmeträgermedium werden vorzugsweise in ein und demselben oder in voneinander verschiedenen und fluidwirksam voneinander getrennten Leitungsbereichen geführt.
Es kann vorgesehen sein, dass das Wärmeträgermedium zugleich als
Reaktionsmedium dient und bei der Zuführung zu dem Speichermedium und/oder bei einem Hindurchführen durch das Speichermedium in direkten Kontakt mit dem Speichermedium gelangt, wodurch sich vorzugsweise einerseits eine wärmeerzeugende exotherme Reaktion und andererseits die
Wärmeübertragung auf das Wärmeträgermedium ergeben.
Das Speichermedium ist in dieser Beschreibung und den beigefügten
Ansprüchen insbesondere ein Speichermedium in einem beladenen Zustand, in welchem dieses mit Reaktionsmedium umgesetzt wurde oder sonst wie reagiert hat. - -
Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass das Speichermedium ein Speichermedium im getrennten Zustand ist, in welchem das Speichermedium von dem Reaktionsmedium getrennt ist.
Ohne Konkretisierung auf Speichermedium im verbundenen Zustand (bela- denes Speichermedium) oder Speichermedium im getrennten Zustand (entladenes Speichermedium) bezeichnet der Begriff "Speichermedium" kontextabhängig vorzugsweise sowohl Speichermedium im verbundenen Zustand als auch Speichermedium im getrennten Zustand oder lediglich Speichermedium im verbundenen Zustand oder lediglich Speichermedium im getrennten Zustand.
Das Speichermedium kann vorzugsweise in einem Zustand, insbesondere im verbundenen Zustand oder im getrennten Zustand, mittels der Schneckenvorrichtung gefördert werden.
Vorzugsweise ist jedoch vorgesehen, dass das Speichermedium in beiden Zuständen in der Schneckenvorrichtung gemeinsam gefördert und dabei gemischt wird. Insbesondere kann hierdurch eine effiziente Wärmeerzeugung und/oder Wärmeübertragung realisiert werden.
Die Reaktion zwischen dem Speichermedium und dem Reaktionsmedium ist vorzugsweise eine reversible Reaktion.
Vorzugsweise ist das Speichermedium im verbundenen Zustand ein Metallhydroxid und/oder im getrennten Zustand ein Metalloxid .
Das Reaktionsmedium ist vorzugsweise Wasser.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Reaktionsmedium zur Wärmeerzeugung in der Schneckenvorrichtung dem in der Schneckenvorrichtung geförderten Speichermedium zugeführt wird . - -
Das Wärmeträgermedium wird vorzugsweise in einer oder mehreren Wellen zur Aufnahme eines oder mehrerer Schneckenelemente der Schneckenvorrichtung geführt.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass das Wärmeträgermedium in einem das eine oder die mehreren Schneckenelemente zumindest abschnittsweise oder vollständig umgebenden Mantel geführt wird .
Die Führung des Wärmeträgermediums erfolgt dabei insbesondere derart, dass ein Wärmeübertrag von und/oder zu dem Speichermedium möglich ist.
Vorteilhaft kann es sein, wenn die Schneckenvorrichtung wahlweise, insbesondere alternierend, in einem Wärmespeicherbetrieb und in einem Wärmebereitstellungsbetrieb betrieben wird, wobei eine Förderrichtung des
Speichermediums in dem Wärmespeicherbetrieb einer Förderrichtung des Speichermediums in dem Wärmebereitstellungsbetrieb vorzugsweise entgegengesetzt ist.
In einem Wärmespeicherbetrieb wird vorzugsweise Wärme von dem Wärmeträgermedium auf das Speichermedium übertragen. Das hierdurch erwärmte Speichermedium wird vorzugsweise anschließend einer Regenerationsvorrichtung zugeführt und dort vorzugsweise weiter erhitzt. Insbesondere kann hierdurch Reaktionsmedium von dem Speichermedium getrennt werden.
Die Regenerationsvorrichtung dient vorzugsweise zum Entfernen des
Reaktionsmediums von dem Speichermedium. Das Speichermedium wird mittels der Regenerationsvorrichtung vorzugsweise entladen.
Günstig kann es sein, wenn in einem Wärmebereitstellungsbetrieb Speichermedium mit Reaktionsmedium beladen und als beladenes Speichermedium nach einer Abführung aus der Schneckenvorrichtung in einem Speicherbehälter gelagert wird. - -
Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass in einem
Wärmespeicherbetrieb Speichermedium von Reaktionsmedium befreit und als entladenes Speichermedium nach einer Abführung aus der Schneckenvorrichtung in einem Speicherbehälter gelagert wird.
Es kann vorgesehen sein, dass ein einziger Speicherbehälter zur Aufnahme von sowohl beladenem Speichermedium als auch entladenem Speichermedium dient. Beispielsweise kann hierbei die Verwendung von einer oder mehreren variablen Innenwänden des Speicherbehälters vorgesehen sein, um mit maximaler Raumausnutzung variable Mengen von beladenem Speichermedium und entladenem Speichermedium lagern zu können.
Ferner kann vorgesehen sein, dass verschiedene Speicherbehälter für bela- denes Speichermedium einerseits und entladenes Speichermedium andererseits vorgesehen sind .
Im Wärmebereitstellungsbetrieb wird vorzugsweise entladenes
Speichermedium aus dem Speicherbehälter für entladenes Speichermedium entnommen und der Schneckenvorrichtung zugeführt und zur
Wärmebereitstellung mit Reaktionsmedium versetzt.
Im Wärmespeicherbetrieb wird vorzugsweise beladenes Speichermedium aus dem Speicherbehälter für beladenes Speichermedium entnommen und der Schneckenvorrichtung zugeführt. In der Schneckenvorrichtung und/oder einer anschließenden Regenerationsvorrichtung wird das beladene Speichermedium vorzugsweise erhitzt, so dass das Reaktionsmedium von dem Speichermedium entfernt wird.
Das Speichermedium wird vorzugsweise alternierend von einem Speicherbehälter in den anderen Speicherbehälter gefördert und dabei jeweils durch die Schneckenvorrichtung hindurchgeführt, so dass alternierend Wärme gespeichert und Wärme bereitgestellt werden kann. - -
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen Wärmeübertrager.
Der Erfindung liegt diesbezüglich die Aufgabe zugrunde, einen Wärmeübertrager bereitzustellen, welcher einfach herstellbar ist und eine effiziente Wärmeübertragung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Wärmeübertrager zum Übertragen von Wärme von einem Wärmeträgermedium auf ein Speichermedium und/oder von einem Speichermedium auf ein Wärmeträgermedium gelöst, wobei der Wärmeübertrager eine Schneckenvorrichtung, insbesondere eine Doppelschneckenvorrichtung, umfasst, wobei die Schneckenvorrichtung einen Schneckenförderbereich zum Fördern des Speichermediums und einen Leitungsbereich zum Führen des Wärmeträgermediums umfasst, wobei der Schneckenförderbereich und der Leitungsbereich zur Wärmeübertragung thermisch miteinander gekoppelt sind .
Der erfindungsgemäße Wärmeübertrager weist vorzugsweise einzelne oder mehrere der im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile auf.
Vorzugsweise eignet sich der erfindungsgemäße Wärmeübertrager zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Ferner kann das erfindungsgemäße Verfahren vorzugsweise einzelne oder mehrere der im Zusammenhang mit dem Wärmeübertrager beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile aufweisen.
Günstig kann es sein, wenn das Speichermedium rieselfähig, insbesondere pulverförmig, ist.
Das Wärmeträgermedium ist vorzugsweise flüssig oder gasförmig, beispielsweise dampfförmig. - -
Vorteilhaft kann es sein, wenn die Schneckenvorrichtung mindestens zwei Speichermediumzuführungen zur Zuführung von Speichermedium zu dem Schneckenförderbereich und/oder mindestens zwei Speichermediumabführungen zur Abführung von Speichermedium aus dem Schneckenförderbereich umfasst.
Die Zuführung und/oder die Abführung erfolgen dabei vorzugsweise an unterschiedlichen Stellen der Schneckenvorrichtung bezüglich einer oder mehrerer Förderrichtungen.
Vorzugsweise sind die Speichermediumzuführungen und/oder die Speichermediumabführungen an einander gegenüberliegenden Endbereichen der Schneckenvorrichtung angeordnet.
Vorzugsweise sind voneinander verschiedene Speichermediumzuführungen zur Zuführung von beladenem Speichermedium einerseits und entladenem
Speichermedium andererseits vorgesehen.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass voneinander verschiedene Speichermediumabführungen zur Abführung von beladenem
Speichermedium einerseits und entladenem Speichermedium andererseits vorgesehen sind.
Günstig kann es sein, wenn eine Speichermediumzuführung zur Zuführung von beladenem Speichermedium und eine Speichermediumabführung zur Abführung von beladenem Speichermedium an ein und demselben Endbereich der Schneckenvorrichtung angeordnet sind .
Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass eine Speichermediumzuführung zur Zuführung von entladenem Speichermedium und eine Speichermediumabführung zur Abführung von entladenem Speichermedium an ein und demselben Endbereich der Schneckenvorrichtung angeordnet sind . - -
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der
Wärmeübertrager eine Regenerationsvorrichtung zum Regenerieren von Speichermedium umfasst. Die Regenerationsvorrichtung schließt sich vorzugsweise an die Schneckenvorrichtung an, insbesondere in einer Förderrichtung des Speichermediums im Wärmespeicherbetrieb des Wärmeübertragers.
Die Regenerationsvorrichtung umfasst vorzugsweise eine Heizvorrichtung zum Erhitzen des Speichermediums. Die Heizvorrichtung kann beispielsweise eine elektrische Heizvorrichtung umfassen oder als eine elektrische Heizvorrichtung ausgebildet sein.
Mittels der Heizvorrichtung ist vorzugsweise Wärme zu dem beladenen
Speichermedium zuführbar, um das Reaktionsmedium von dem beladenen Speichermedium zu entfernen.
Der Wärmeübertrager, insbesondere die Schneckenvorrichtung, umfasst vorzugsweise einen Leitungsbereich für ein Reaktionsmedium.
Der Leitungsbereich für ein Reaktionsmedium mündet vorzugsweise in den Schneckenförderbereich oder ist abschnittsweise durch den Schneckenförder- bereich gebildet.
Günstig kann es sein, wenn der Leitungsbereich für das Reaktionsmedium ein von dem Leitungsbereich für das Wärmeträgermedium verschiedener
Leitungsbereich ist. Das Reaktionsmedium ist dann vorzugsweise unabhängig von dem Wärmeträgermedium geführt oder führbar.
Der Wärmeübertrager eignet sich insbesondere zur Verwendung in einer Wärmespeichervorrichtung .
Die vorliegende Erfindung betrifft daher auch eine Wärmespeichervorrichtung zur Speicherung und/oder Bereitstellung von Wärme. - -
Die Wärmespeichervorrichtung umfasst vorzugsweise mindestens einen erfindungsgemäßen Wärmeübertrager.
Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Wärmespeichervorrichtung einzelne oder mehrere der im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Wärmeübertrager oder dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile auf.
Ferner weisen vorzugsweise das erfindungsgemäße Verfahren und/oder der erfindungsgemäße Wärmeübertrager einzelne oder mehrere der im
Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Wärmespeichervorrichtung beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile auf.
Die Wärmespeichervorrichtung umfasst vorzugsweise ferner Folgendes:
eine Förderanlage zum Fördern von entladenem Speichermedium; und/oder eine Förderanlage zum Fördern von beladenem Speichermedium; und/oder einen oder mehrere Speicherbehälter zur Lagerung von entladenem Speichermedium und/oder beladenem Speichermedium.
Die Schneckenvorrichtung ist vorzugsweise als eine Doppelschneckenvorrichtung ausgebildet.
Die Schneckenvorrichtung bildet vorzugsweise einen Reaktor zur Umsetzung des Speichermediums mit dem Reaktionsmedium.
Die Schneckenvorrichtung umfasst vorzugsweise zwei seitlich nebeneinander oder sonst wie aneinander angrenzende und/oder miteinander in Eingriff stehende Schneckenelemente.
Die Beladung des Speichermediums mit Reaktionsmedium ist insbesondere eine Entladung der Wärmespeichervorrichtung, das heißt eine Bereitstellung von Wärme. - -
Die Entladung des Speichermediums, das heißt das Entfernen des Reaktionsmediums von dem Speichermedium, ist vorzugsweise ein Beladen der Wärmespeichervorrichtung mit Wärme (Wärmespeicherung).
Die Beladung der Wärmespeichervorrichtung mit Wärme, das heißt die
Trennung des Reaktionsmediums von dem Speichermedium (entladen des Speichermediums), kann vorzugsweise elektrisch erfolgen.
Die hierzu vorgesehene Heizvorrichtung kann beispielsweise eine Widerstandsheizung sein. Insbesondere kann hierfür ein Gitter oder eine Anordnung von Stäben als Heizelemente der Heizvorrichtung vorgesehen sein.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass die Heizvorrichtung eine Mikrowellenheizung umfasst.
Zur Optimierung einer Heizwirkung bei einem Heizen des Speichermediums mittels Mikrowellen kann vorgesehen sein, dass das Speichermedium einen mikrowellenaffinen oder mikrowellenaktiven Stoff umfasst. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass das Speichermedium Aktivkohle umfasst oder dass dem Speichermedium Aktivkohle beigemischt ist.
Vorzugsweise ist ein direkter Kontakt zwischen dem zu entladenden Speichermedium und einem oder mehreren Heizelementen der Heizvorrichtung vorgesehen, um die zur Entladung des Speichermediums erforderliche Wärme auf das Speichermedium zu übertragen.
Mittels der Schneckenvorrichtung wird das Speichermedium vorzugsweise durchmischt, insbesondere um eine gleichmäßige Wärmeübertragung und/oder Wärmebereitstellung durch Zuführung von Reaktionsmedium zu erzielen. - -
Vorzugsweise wird mittels der Schneckenvorrichtung eine unerwünschte Agglomeratbildung und/oder Versinterung des Speichermediums im Reaktionsraum vermieden .
Die Schneckenvorrichtung ermöglicht vorzugsweise die Realisierung eines langen und abgeschlossenen Reaktionsraums zur Umsetzung des Speichermediums mit dem Reaktionsmedium. Hierdurch kann vorzugsweise eine im Wesentlichen vollständige Reaktion mit geringem Überschuss von Reaktionsmedium realisiert werden. Das überschüssige Reaktionsmedium, insbesondere Wasserdampf, kann vorzugsweise einfach von dem Speichermedium getrennt werden, so dass das Speichermedium vorzugsweise trocken in einem
Speicherbehälter lagerbar ist.
Insbesondere dann, wenn das Speichermedium bei der Reaktion mit dem Reaktionsmedium sein Volumen ändert, kann eine Kompensation durch Variation eines Wellendurchmessers der Schneckenvorrichtung und/oder einer Steigungsänderung von Schneckenelementen der Schneckenvorrichtung vorgesehen sein.
Die Schneckenvorrichtung umfasst vorzugsweise zwei oder mehr Schneckenelemente, welche insbesondere voneinander verschiedene Drehzahlen und/oder Gewindehöhen aufweisen. Hierdurch kann insbesondere eine gegenseitige Reinigung der Schneckenelemente und/oder eine optimierte mechanische Bearbeitung, Förderung und/oder Durchmischung des Speichermediums realisiert werden .
Eine oder mehrere Speichermediumzuführungen und/oder eine oder mehrere Speichermediumabführungen weisen vorzugsweise Schleusen und/oder Sicherheitselemente, insbesondere Rückschlagklappen, auf. Hierdurch kann eine unerwünschte Rückströmung von Speichermedium, Reaktionsmedium und/oder Wärmeträgermedium vorzugsweise vermieden werden. - -
Ein Sicherheitselement kann beispielsweise eine Zellradschleuse sein. Mittels einer solchen Zellradschleuse kann insbesondere eine Rückströmung von Dampf in den Schneckenförderbereich oder aus dem Schneckenförderbereich vermieden werden.
Insbesondere zur Kompensation von Druck und/oder Volumenänderungen kann vorgesehen sein, dass der Wärmeübertrager ein Druckausgleichsgefäß und/oder einen Kondensationswärmetauscher umfasst.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass dampfförmiges oder gasförmiges Reaktionsmedium und/oder Wärmeträgermedium mittels einer Kondensationsvorrichtung kondensiert wird, insbesondere nach dem Verlassen eines Schneckenförderbereichs der Schneckenvorrichtung .
Insbesondere kann durch die Erfindung eine saisonale Wärmespeicherung mit geringen Verlusten realisiert werden. Beispielsweise kann Überschussstrom aus einer Photovoltaikanlage zum Entladen von Speichermedium genutzt werden, um zu einem beliebigen Zeitpunkt später durch Reaktionsmedium- zuführung Wärme bereitstellen zu können.
Beispielsweise durch Kondensation von bei der Entladung des Speichermediums frei werdendem dampfförmigen oder gasförmigen Wärmeträgermedium und/oder Reaktionsmedium kann die Effizienz der Wärmespeicherung und/oder Wärmenutzung optimiert werden. Beispielsweise kann die Kondensationswärme zur Brauchwassererwärmung genutzt werden.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Wärmeübertrager eine oder mehrere Wärmeübertragereinheiten umfasst.
Vorzugsweise ist die Schneckenvorrichtung eine Wärmeübertragereinheit.
Günstig kann es sein, wenn der Wärmeübertrager einen oder mehrere weitere Wärmeübertragereinheiten umfasst. - -
Es kann vorgesehen sein, dass eine Wärmeübertragereinheit bezüglich einer Förderrichtung des Speichermediums im Wärmespeicherbetrieb und/oder im Wärmebereitstellungsbetrieb stromaufwärts der Schneckenvorrichtung angeordnet ist.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass eine Wärmeübertragereinheit bezüglich einer Förderrichtung des Speichermediums im Wärmespeicherbetrieb und/oder im Wärmebereitstellungsbetrieb
stromabwärts der Schneckenvorrichtung angeordnet ist.
Ferner kann alternativ oder ergänzend hierzu vorgesehen sein, dass eine Wärmeübertragereinheit bezüglich einer Förderrichtung des Speichermediums im Wärmespeicherbetrieb und/oder im Wärmebereitstellungsbetrieb stromaufwärts der Regenerationsvorrichtung angeordnet ist.
Ferner kann alternativ oder ergänzend hierzu vorgesehen sein, dass eine Wärmeübertragereinheit bezüglich einer Förderrichtung des Speichermediums im Wärmespeicherbetrieb und/oder im Wärmebereitstellungsbetrieb stromabwärts der Regenerationsvorrichtung angeordnet ist.
Eine oder mehrere Wärmeübertragereinheiten sind vorzugsweise thermisch miteinander gekoppelt, insbesondere kann ein gemeinsamer Wärmeträgermediumkreislauf vorgesehen sein.
Mittels der einen oder der mehreren Wärmeübertragereinheiten kann vorzugsweise Wärme des Speichermediums zurückgewonnen werden, insbesondere stromabwärts der Schneckenvorrichtung und/oder der
Regenerationsvorrichtung.
Vorzugsweise kann das der Schneckenvorrichtung und/oder der
Regenerationsvorrichtung zuzuführende Speichermedium mit Wärme erhitzt, insbesondere vorgeheizt, werden, welche von dem aus der Schnecken- - -
Vorrichtung und/oder aus der Regenerationsvorrichtung entfernten
Speichermedium abgeführt wurde.
Weitere bevorzugte Merkmale und/oder Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen.
In den Zeichnungen zeigen : einen schematischen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform eines Wärmeübertragers, bei welchem eine Schneckenvorrichtung zur Übertragung von Wärme von einem Wärmeträgermedium auf ein Speichermedium und/oder von dem Speichermedium auf das Wärmeträgermedium vorgesehen ist;
Fig. 2 eine der Fig . 1 entsprechende schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines Wärmeübertragers, bei welchem eine sich an die Schneckenvorrichtung anschließende Regenerationsvorrichtung vorgesehen ist, wobei der Wärmeübertrager in einem Wärmespeicherbetrieb betrieben wird;
Fig. 3 eine der Fig. 1 entsprechende schematische Darstellung des
Wärmeübertragers aus Fig. 2, wobei der Wärmeübertrager in einem Wärmebereitstellungsbetrieb betrieben wird;
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Wärmespeichervorrichtung, welche einen Wärmeübertrager gemäß den Fig . 2 und 3 umfasst;
Fig. 5 eine schematische Schnittdarstellung eines Speicherbehälters zur Speicherung von beladenem und unbeladenem Speichermedium; und - -
Fig. 6 eine der Fig. 5 entsprechende schematische Darstellung des
Speicherbehälters aus Fig. 5 mit einer verschiedenen Befüllung .
Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in sämtlichen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
Eine in Fig . 1 dargestellte erste Ausführungsform eines als Ganzes mit 100 bezeichneten Wärmeübertragers dient der Übertragung von Wärme von einem Wärmeträgermedium auf ein Speichermedium und/oder von einem Speichermedium auf ein Wärmeträgermedium.
Der Wärmeübertrager 100 umfasst hierzu eine Schneckenvorrichtung 102, welche beispielsweise eine Doppelschneckenvorrichtung 104 ist und ein oder mehrere Schneckenelemente 106 umfasst.
Mittels der Schneckenvorrichtung 102 ist insbesondere ein Speichermedium linear in einer Förderrichtung 108 förderbar.
Der Wärmeübertrager 100 umfasst eine Speichermediumzuführung 110, über welche Speichermedium zu einem Schneckenförderbereich 112 der
Schneckenvorrichtung 102 zuführbar ist.
Ferner umfasst der Wärmeübertrager 100 eine Speichermediumabführung 114, über welche Speichermedium aus dem Schneckenförderbereich 112 abführbar ist.
Über eine Reaktionsmediumzuführung 116 des Wärmeübertragers 100 ist der Schneckenvorrichtung 102, insbesondere dem Schneckenförderbereich 112, Reaktionsmedium zuführbar.
Die Reaktionsmediumzuführung 116 mündet dabei insbesondere direkt in den mit Speichermedium gefüllten Schneckenförderbereich 112. - -
Die Reaktionsmediumzuführung 116 ist insbesondere Bestandteil eines
Leitungsbereichs 118 zur Führung von Reaktionsmedium.
Ferner umfasst der Wärmeübertrager 100 eine Reaktionsmediumabführung 120 zur Abführung von Reaktionsmedium aus dem Schneckenförderbereich 112.
Der Wärmeübertrager 100 umfasst zudem einen Leitungsbereich 122 zur Führung von Wärmeträgermedium.
Der Leitungsbereich 122 umfasst dabei eine Wärmeträgermediumzuführung 124 zur Zuführung von Wärmeträgermedium zu der Schneckenvorrichtung 102 sowie eine Wärmeträgermediumabführung 126 zur Abführung von
Wärmeträgermedium von der Schneckenvorrichtung 102.
Die Schneckenvorrichtung 102 umfasst ferner vorzugsweise eine oder mehrere vorzugsweise jeweils als Hohlwelle 128 ausgebildete Wellen 130, auf welchen das eine oder die mehreren Schneckenelemente 106 angeordnet, ausgebildet und/oder gelagert sind .
Die Hohlwelle 128 oder die Hohlwellen 128 verbinden vorzugsweise die
Wärmeträgermediumzuführung 124 mit der Wärmeträgermediumabführung 126, so dass Wärmeträgermedium durch die Schneckenvorrichtung 102 hindurchführbar ist, insbesondere ohne direkten Kontakt zwischen dem
Wärmeträgermedium und dem Speichermedium und/oder dem Reaktionsmedium.
Ferner umfasst die Schneckenvorrichtung 102 vorzugsweise einen Mantel 132, welcher vorzugsweise das eine oder die mehreren Schneckenelemente 106 umgibt und vorzugsweise einen Bestandteil eines den Schneckenförderbereich 112 umgebenden Gehäuses 134 der Schneckenvorrichtung 102 bildet. - -
Der Mantel 132 verbindet vorzugsweise ebenfalls die Wärmeträgermediumzuführung 124 mit der Wärmeträgermediumabführung 126, so dass Wärmeträgermedium durch die Schneckenvorrichtung 102 hindurchführbar ist, insbesondere ohne direkten Kontakt mit dem Speichermedium und/oder dem Reaktionsmedium.
Die vorstehend beschriebene erste Ausführungsform des Wärmeübertragers 100 funktioniert wie folgt:
Über die Speichermediumzuführung 110 wird beispielsweise als Metalloxid ausgebildetes Speichermedium zu dem Schneckenförderbereich 112 der Schneckenvorrichtung 102 zugeführt.
Mittels des einen oder der mehreren Schneckenelemente 106 wird das
Speichermedium längs der Förderrichtung 108 gefördert.
Über die Reaktionsmediumzuführung 116 wird dabei Reaktionsmedium zu dem Speichermedium zugeführt.
Das Speichermedium reagiert dabei mit dem Reaktionsmedium.
Das Reaktionsmedium ist beispielsweise Wasser, welches insbesondere unter Bildung von Metallhydroxid mit dem Speichermedium reagiert.
Mittels des einen oder der mehreren Schneckenelemente 106 wird das
Speichermedium mit dem Reaktionsmedium vermischt, so dass insbesondere eine gleichmäßige und möglichst vollständige Reaktion des Speichermediums mit dem Reaktionsmedium erhältlich ist.
Ferner wird über die Bewegung mittels des einen oder der mehreren
Schneckenelemente 106 bewirkt, dass bei der Reaktion des Speichermediums mit dem Reaktionsmedium freiwerdende Wärme gleichmäßig und effizient auf - - das in der Schneckenvorrichtung 102 geführte Wärmeträgermedium übertragen wird.
Insbesondere wird dabei das Wärmeträgermedium 106 in einer der Förderrichtung 108 des Speichermediums entgegengerichteten Richtung durch die Schneckenvorrichtung 102 hindurchgeleitet. Die Wärmeübertragung erfolgt somit vorzugsweise im Gegenstromprinzip.
Über die Wärmeträgermediumabführung 126 kann somit erhitztes Wärmeträgermedium abgeführt werden.
Über die Speichermediumabführung 114 wird dann mit Reaktionsmedium versetztes Speichermedium (beladenes Speichermedium) abgeführt.
Die Reaktionsmediumabführung 120 dient schließlich der Abführung von überschüssigem Reaktionsmedium aus dem Schneckenförderbereich 112.
Das hierbei insbesondere dampfförmig abgeführte Reaktionsmedium kann zur Optimierung der Wärmebereitstellung und/oder Wärmenutzung einer Kondensationsvorrichtung zugeführt werden.
Eine in den Fig. 2 und 3 dargestellte zweite Ausführungsform eines Wärmeübertragers 100 unterscheidet sich von der in Fig . 1 dargestellten ersten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass zwei Speichermediumzuführungen 110 und zwei Speichermediumabführungen 114 vorgesehen sind.
Die Schneckenvorrichtung 102 ist dabei in zwei unterschiedlichen Betrieben mit unterschiedlicher Förderrichtung 108 betreibbar.
Insbesondere sind dabei der in Fig . 2 dargestellte Wärmespeicherbetrieb und der in Fig . 3 dargestellte Wärmebereitstellungsbetrieb vorgesehen. - -
Bei der in den Fig. 2 und 3 dargestellten zweiten Ausführungsform des
Wärmeübertragers 100 ist zudem eine Regenerationsvorrichtung 140 zum regenerieren des Speichermediums vorgesehen.
Wie den Fig . 2 und 3 zu entnehmen ist, sind an einander gegenüberliegenden Enden der Schneckenvorrichtung 102 jeweils eine Speichermediumzuführung 110 und eine Speichermediumabführung 114 vorgesehen.
Die eine oder die mehreren Wellen 130 zur Aufnahme des einen oder der mehreren Schneckenelemente 106 sind dabei vorzugsweise mit einer inneren Doppelführung 136 versehen, so dass das Wärmeträgermedium in der einen oder den mehreren Wellen 130 sowohl in einer parallel zur Förderrichtung 108 verlaufenden ersten Richtung durch den Schneckenförderbereich 112 als auch entgegen dieser Richtung in einer zweiten Richtung erneut durch den
Schneckenförderbereich 112 führbar ist. Ein Ende einer jeden Welle 130 umfasst somit vorzugsweise einen Umlenkabschnitt 138 zur Umlenkung und Rückführung des innerhalb der Welle 130 geführten Wärmeträgermediums.
Vorteilhaft kann eine solche Doppelführung 136 in der einen oder den mehreren Wellen 130 insbesondere dann sein, wenn sich an das eine oder die mehreren Schneckenelemente 106 der Schneckenvorrichtung 102 eine
Regenerationsvorrichtung 140 des Wärmeübertragers 100 anschließt.
Das mittels der Schneckenvorrichtung 102 geförderte Speichermedium kann dann insbesondere ohne Beeinträchtigung durch einen Leitungsbereich 122 zur Führung des Wärmeträgermediums direkt von der Schneckenvorrichtung 102 zu einer Heizvorrichtung 142 der Regenerationsvorrichtung 140 zugeführt werden.
Die Regenerationsvorrichtung 140 dient insbesondere zur Entfernung von Reaktionsmedium von dem Speichermedium. - -
Mittels der Heizvorrichtung 142 kann das Speichermedium dabei insbesondere durch unmittelbaren Kontakt und hierdurch erfolgende Wärmeübertragung erhitzt werden, wodurch das an das Speichermedium gebundene Reaktionsmedium von dem Speichermedium abgetrennt wird . Das Reaktionsmedium kann dann insbesondere über eine Reaktionsmediumabführung 120 der Regenerationsvorrichtung 140 abgeführt und/oder weiterverwendet werden.
Der Wärmeübertrager 100 umfasst vorzugsweise ein oder mehrere Sicherheitselemente 144, beispielsweise Rückschlagklappen 146, mittels welchen eine unerwünschte Rückströmung oder Rückführung von Speichermedium und/oder Reaktionsmedium und/oder Wärmeträgermedium entgegen einer vorgegebenen Strömungsrichtung oder Förderrichtung verhindert werden kann.
Alternativ zu der Verwendung von einer oder mehreren Rückschlagklappen 146 kann ferner die Verwendung von einer oder mehreren Zellradschleusen vorgesehen sein.
Wie insbesondere aus einem Vergleich der Fig. 2 und 3 hervorgeht, ist die in den Fig . 2 und 3 dargestellte zweite Ausführungsform des Wärmeübertragers 100 wahlweise in einem Wärmespeicherbetrieb (Fig . 2) oder einem Wärmebereitstellungsbetrieb (Fig . 3) betreibbar.
Im Wärmespeicherbetrieb (Fig . 2) wird Wärme von dem Wärmeträgermedium auf das Speichermedium übertragen und/oder das Speichermedium mittels der Regenerationsvorrichtung 140 erhitzt, um letztlich das Reaktionsmedium von dem Speichermedium zu entfernen und somit Energie (Wärme) zu speichern.
In dem Wärmebereitstellungsbetrieb (Fig . 3) wird das von dem Reaktionsmedium befreite Speichermedium in den Schneckenförderbereich 102 geführt, um dort mit dem Reaktionsmedium versetzt zu werden. Hierdurch ergibt sich - - eine Wärmeentwicklung, welche zum Erhitzen des Wärmeträgermediums genutzt wird.
Im Übrigen stimmt die in den Fig . 2 und 3 dargestellte zweite Ausführungsform des Wärmeübertragers 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird .
Eine in Fig . 4 dargestellte Ausführungsform einer als Ganzes mit 148 bezeichneten Wärmespeichervorrichtung umfasst beispielsweise einen Wärmeübertrager 100 gemäß der in den Fig . 2 und 3 dargestellten zweiten Ausführungsform.
Ferner umfasst die Wärmespeichervorrichtung 148 vorzugsweise einen oder mehrere Speicherbehälter 150 sowie eine oder mehrere Förderanlagen 152.
Mittels eines Speicherbehälters 150 ist insbesondere Speichermedium lagerbar.
Mittels einer Förderanlage 152 ist Speichermedium vorzugsweise von der Schneckenvorrichtung 102 des Wärmeübertragers 100 zu einem Speicherbehälter 150 und/oder von einem Speicherbehälter 150 zu der Schneckenvorrichtung 102 des Wärmeübertragers 100 förderbar.
Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform der Wärmespeichervorrichtung 148 sind zwei voneinander verschiedene Speicherbehälter 150 sowie zwei voneinander verschiedene Förderanlagen 152 vorgesehen.
Dabei ist jeweils ein Speicherbehälter 150 und eine Förderanlage 152 zur Speicherung und/oder Förderung von mit Reaktionsmedium beladenem
Speichermedium vorgesehen. Ein weiterer Speicherbehälter 150 sowie eine weitere Förderanlage 152 dienen der Speicherung und/oder Förderung von von Reaktionsmedium befreitem Speichermedium. - -
Die Wärmespeichervorrichtung 148 gemäß der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform funktioniert insbesondere wie folgt:
Bei alternierender Wärmespeicherung und Wärmebereitstellung wird das Speichermedium alternierend von dem einen Speicherbehälter 150 zu dem anderen Speicherbehälter 150 gefördert.
Das Speichermedium durchläuft dabei jeweils den Schneckenförderbereich 112 der Schneckenvorrichtung 102 des Wärmeübertragers 100. Hierbei wird das Speichermedium alternierend mit Reaktionsmedium versetzt, insbesondere um Wärme bereitzustellen, und von dem Reaktionsmedium befreit, insbesondere um Wärme zu speichern.
Alternativ zu der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform der Wärmespeichervorrichtung 148 kann vorgesehen sein, dass eine Wärmespeichervorrichtung 148 lediglich einen einzigen Speicherbehälter 150 zur Aufnahme von bela- denem und entladenem Speichermedium enthält.
Ein solcher Speicherbehälter 150 ist in den Fig . 5 und 6 dargestellt.
Günstig kann es sein, wenn ein solcher Speicherbehälter 150 eine bewegliche, insbesondere verschiebbar angeordnete, Trennwand 154 umfasst, mittels welcher ein Innenraum 156 des Speicherbehälters 150 in größenvariable Speicherbereiche 158 unterteilbar ist.
So kann abhängig davon, welche Menge von Speichermedium als beladenes Speichermedium und als entladenes Speichermedium vorliegt, das Größenverhältnis der Speicherbereiche 158 flexibel variiert werden.
Insbesondere kann mittels des Speicherbehälters 150 somit bei optimaler Raumausnutzung eine große Menge von Speichermedium gespeichert werden, - - insbesondere unabhängig davon, ob dieses Speichermedium im beladenen oder entladenen Zustand vorliegt.
- -
Bezugszeichenliste
100 Wärmeübertrager
102 Schneckenvorrichtung
104 Doppelschneckenvorrichtung
106 Schneckenelement
108 Förderrichtung
110 Speichermediumzuführung
112 Schneckenförderbereich
114 Speichermediumabführung
116 Reaktionsmediumzuführung
118 Leitungsbereich
120 Reaktionsmediumabführung
122 Leitungsbereich
124 Wärmeträgermediumzuführung
126 Wärmeträgermediumabführung
128 Hohlwelle
130 Welle
132 Mantel
134 Gehäuse
136 Doppelführung
138 Umlenkabschnitt
140 Regenerationsvorrichtung
142 Heizvorrichtung
144 Sicherheitselement
146 Rückschlagklappe
148 Wärmespeichervorrichtung
150 Speicherbehälter
152 Förderanlage
154 Trennwand
156 Innenraum
158 Speicherbereich

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Übertragen von Wärme von einem Wärmeträgermedium auf ein Speichermedium und/oder von einem Speichermedium auf ein Wärmeträgermedium, wobei das Verfahren Folgendes umfasst:
Fördern eines Speichermediums mittels einer
Schneckenvorrichtung (102);
Hindurchführen von Wärmeträgermedium durch die Schneckenvorrichtung und/oder Vorbeiführen von Wärmeträgermedium an der Schneckenvorrichtung (102), wobei Wärme von dem Wärmeträgermedium auf das Speichermedium und/oder von dem
Speichermedium auf das Wärmeträgermedium übertragen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Wärme
durch exotherme Reaktion des Speichermediums mit einem Reaktionsmedium bereitgestellt wird .
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsmedium zur Wärmeerzeugung in der Schneckenvorrichtung (102) dem in der Schneckenvorrichtung (102) geförderten Speichermedium zugeführt wird .
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeträgermedium in einer oder mehreren Wellen (130) zur Aufnahme eines oder mehrerer Schneckenelemente (106) der
Schneckenvorrichtung (102) geführt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneckenvorrichtung (102) wahlweise, insbesondere alternierend, in einem Wärmespeicherbetrieb und in einem Wärmebereitstellungsbetrieb betrieben wird, wobei eine Förderrichtung (108) des Speichermediums in dem Wärmespeicherbetrieb einer Förderrichtung (108) des Speichermediums in dem Wärmebereitstellungsbetrieb entgegengesetzt ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Wärmespeicherbetrieb Wärme von dem Wärmeträgermedium auf das Speichermedium übertragen wird und dass das hierdurch erwärmte Speichermedium anschließend einer Regenerationsvorrichtung (140) zugeführt und dort weiter erhitzt wird, insbesondere zur Trennung eines Reaktionsmediums von dem Speichermedium.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass
a) in einem Wärmebereitstellungsbetrieb Speichermedium mit
Reaktionsmedium beladen und als beladenes Speichermedium nach einer Abführung aus der Schneckenvorrichtung (102) in einem Speicherbehälter (150) gelagert wird
und/oder dass
b) in einem Wärmespeicherbetrieb Speichermedium von Reaktionsmedium befreit und als entladenes Speichermedium nach einer Abführung aus der Schneckenvorrichtung (102) in einem Speicherbehälter (150) gelagert wird.
8. Wärmeübertrager (100) zum Übertragen von Wärme von einem Wärmeträgermedium auf ein Speichermedium und/oder von einem Speichermedium auf ein Wärmeträgermedium, wobei der Wärmeübertrager (100) eine Schneckenvorrichtung (102), insbesondere eine Doppelschneckenvorrichtung (104), umfasst, wobei die Schneckenvorrichtung (102) einen Schneckenförderbereich (112) zum Fördern des Speichermediums und einen Leitungsbereich (122) zum Führen des
Wärmeträgermediums umfasst, wobei der Schneckenförderbereich (112) und der Leitungsbereich (122) zur Wärmeübertragung thermisch miteinander gekoppelt sind.
9. Wärmeübertrager (100) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Speichermedium rieselfähig, insbesondere pulverförmig, ist und/oder dass das Wärmeträgermedium flüssig oder gasförmig ist.
10. Wärmeübertrager (100) nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneckenvorrichtung (102) mindestens zwei Speichermediumzuführungen (110) zur Zuführung von Speichermedium zu dem Schneckenförderbereich (112) und/oder mindestens zwei Speichermediumabführungen (114) zur Abführung von Speichermedium aus dem Schneckenförderbereich (112) umfasst.
11. Wärmeübertrager (100) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager (100) eine Regenerationsvorrichtung (140) zum Regenerieren von Speichermedium umfasst, wobei die Regenerationsvorrichtung (140) sich vorzugsweise an die Schneckenvorrichtung (102) anschließt.
12. Wärmeübertrager (100) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Regenerationsvorrichtung (140) eine Heizvorrichtung (142), insbesondere eine elektrische Heizvorrichtung (142), zum Erhitzen des Speichermediums umfasst.
13. Wärmeübertrager (100) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager (100), insbesondere die Schneckenvorrichtung (102), einen Leitungsbereich (118) für ein Reaktionsmedium umfasst, wobei der Leitungsbereich (118) für das Reaktionsmedium vorzugsweise in den Schneckenförderbereich (112) mündet oder abschnittsweise durch den Schneckenförderbereich (112) gebildet ist und/oder wobei der Leitungsbereich (118) für das
Reaktionsmedium ein von einem Leitungsbereich (122) für das
Wärmeträgermedium verschiedener Leitungsbereich (118) ist.
14. Wärmespeichervorrichtung (148) zur Speicherung und/oder
Bereitstellung von Wärme, umfassend mindestens einen
Wärmeübertrager (100) nach einem der Ansprüche 8 bis 13.
15. Wärmespeichervorrichtung (148) nach Anspruch 14, dadurch
gekennzeichnet, dass die Wärmespeichervorrichtung (148) ferner Folgendes umfasst:
eine Förderanlage (152) zum Fördern von entladenem Speichermedium;
eine Förderanlage (152) zum Fördern von beladenem Speichermedium;
einen oder mehrere Speicherbehälter (150) zur Lagerung von entladenem Speichermedium und/oder beladenem
Speichermedium.
EP17700961.0A 2016-01-22 2017-01-18 Verfahren zum übertragen von wärme und wärmeübertrager Withdrawn EP3405734A1 (de)

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