Verfahren zur Speicherung von Wärmeenergie, Wärmespeicher und Method for storing heat energy, heat storage and
Dampfkraftwerk Steam power plant
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Speicherung von The invention relates to a method for storing
Wärmeenergie mit den Schritten: Heat energy with the steps:
- Anordnen einer Schüttung in einem ersten Speicherbehälter; - placing a bed in a first storage tank;
- Transportieren der Schüttung von dem ersten Speicherbehälter in ein Wirbelschichtmodul; - Transporting the bed of the first storage tank in a fluidized bed module;
- Fluidisieren der Schüttung in dem Wirbelschichtmodul; - Fluidizing the bed in the fluidized bed module;
- Wärmeaustausch zwischen der Schüttung im fluidisierten - Heat exchange between the bed in the fluidized
Zustand und einer ersten Fluidströmung innerhalb eines ersten Wärmetauscherelementes ; Condition and a first fluid flow within a first heat exchanger element;
- Transportieren der Schüttung von dem Wirbelschichtmodul in den zweiten Speicherbehälter. - Transporting the bed of the fluidized bed module in the second storage container.
Weiters betrifft die Erfindung einen Wärmespeicher aufweisend Furthermore, the invention relates to a heat storage having
- eine Schüttung; - a pile;
- ein Wirbelschichtmodul; - a fluidized bed module;
- eine Einrichtung zum Einleiten eines Fluidisierungsgases in das Wirbelschichtmodul, um die Schüttung in einen - Means for introducing a fluidizing gas in the fluidized bed module to the bed in a
fluidisierten Zustand zu versetzen; to put fluidized state;
- einen ersten Speicherbehälter für die Schüttung; - A first storage container for the bedding;
- einen zweiten Speicherbehälter für die Schüttung, wobei der zweite Speicherbehälter über das Wirbelschichtmodul mit dem ersten Speicherbehälter verbunden ist; - A second storage container for the bed, wherein the second storage container is connected via the fluidized bed module with the first storage container;
- ein erstes Wärmetauscherelement, welches in das - A first heat exchanger element, which in the
Wirbelschichtmodul geführt ist. Fluidized bed module is guided.
Schließlich betrifft die Erfindung ein Dampfkraftwerk mit einem Dampferzeuger und mit einem Wärmespeicher. Finally, the invention relates to a steam power plant with a steam generator and with a heat storage.
Im Stand der Technik werden Wirbelschichten seit langem für die Behandlung und Handhabung von Feststoffschüttungen verwendet. Als Wirbelschicht wird eine Schüttung von Feststoffpartikeln In the prior art fluidized beds have long been used for the treatment and handling of solid beds. The fluidized bed is a bed of solid particles
bezeichnet, welche durch eine aufwärtsgerichtete Strömung eines
Fluidisierungsgases in einen fluidisierten Zustand versetzt wird. Bei solchen Wirbelschichtreaktoren ist ein Düsenboden vorgesehen, durch den das Fluidisierungsgas aus einer darunterliegenden denoted by an upward flow of a Fluidizing gas is placed in a fluidized state. In such fluidized bed reactors, a nozzle bottom is provided, through which the fluidizing gas from an underlying
Windbox in den Reaktorraum eingeleitet wird, um dort durch Windbox is introduced into the reactor room to go through there
Aufwirbelung der Feststoffschüttung die Wirbelschicht zu erzeugen (vgl. die AT 515 810 AI) . Raising the solids bed to produce the fluidized bed (see AT 515 810 AI).
Mit dieser Technologie können Wirbelschichtwärmetauscher With this technology, fluidized bed heat exchangers
realisiert werden, bei denen Wärmetauscherelemente in die be realized, in which heat exchanger elements in the
Wirbelschicht eingetaucht werden, um das fluidisierte Fluidized bed are immersed in the fluidized
Wärmespeichermedium durch Wärmeaustausch mit dem Arbeitsmedium innerhalb der Wärmetauscherelemente aufzuheizen oder abzukühlen. Beim Stand der Technik werden als Wärmeträger- und Heat storage medium by heat exchange with the working fluid within the heat exchanger elements to heat or cool. In the prior art are as heat transfer and
Wärmespeichermedium feine Feststoffpartikel verwendet. Besonders häufig wird Sand eingesetzt. Heat storage medium used fine solid particles. Sand is used especially frequently.
Die DE 10 2013 208 973 AI offenbart ein Latentwärmespeichersystem mit zwei Behältern, welche über eine Rohrleitung miteinander verbunden sind. Zwischen den Behältern wird über die Rohrleitung ein Phasenwechselmaterial gefördert (beispielsweise direkt mit einer Förderschnecke oder als Suspension in einem Transportfluid) , wobei über eine Wärmeübertragungsvorrichtung thermische Energie zwischen dem Phasenwechselmaterial und einem DE 10 2013 208 973 AI discloses a latent heat storage system with two containers, which are connected to each other via a pipe. Between the containers, a phase change material is conveyed via the pipeline (for example, directly with a screw conveyor or as a suspension in a transport fluid), wherein a heat transfer device thermal energy between the phase change material and a
Wärmetransportmaterial übertragen wird. Bei solchen formstabilen PCM erfolgt jedoch keine Verkapselung des Phasenwechselmaterials wie bei der gegenständlichen Erfindung. Zudem weisen solche Heat transfer material is transferred. In such dimensionally stable PCM, however, there is no encapsulation of the phase change material as in the subject invention. In addition, such
Polymere lediglich Schmelztemperaturen im Bereich bis zu ca. 150°C auf . Polymers only melting temperatures in the range up to about 150 ° C.
WO 2013/089678 AI zeigt eine andersartige Kühlvorrichtung für eine Wärme erzeugende Komponente eines Computers (beispielsweise ein Prozessor) . WO 2013/089678 A1 shows a different cooling device for a heat-generating component of a computer (for example a processor).
Demgegenüber besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin,
ein Verfahren und einen Wärmespeicher der eingangs angeführten Art dahingehend zu verbessern, dass die Speicherung von Wärme mit höherer Effizienz bewerkstelligt werden kann. In contrast, the object of the present invention is to improve a method and a heat accumulator of the kind set forth in such a way that the storage of heat with higher efficiency can be accomplished.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen von This task is performed by a method with the characteristics of
Anspruch 1, einen Wärmespeicher mit den Merkmalen von Anspruch 8 und ein Dampfkraftwerk mit den Merkmalen von Anspruch 15 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 7 bzw. 9 bis 14 angegeben. Claim 1, a heat accumulator with the features of claim 8 and a steam power plant with the features of claim 15 solved. Preferred embodiments of the invention are specified in the dependent claims 2 to 7 and 9 to 14, respectively.
Erfindungsgemäß weist die Schüttung Mikrokapseln mit einem According to the invention, the bed has microcapsules with a
Phasenwechselmaterial auf. Phase change material on.
Im Stand der Technik wurden bereits verschiedenste Ausführungen von Latentwärmespeichern vorgeschlagen, bei welchen die im In the prior art, various versions of latent heat storage devices have already been proposed, in which the in
Vergleich zu sensiblen Wärmespeichermedien höhere Compared to sensitive heat storage media higher
Wärmeaufnahmekapazität von Phasenwechselmaterialien (engl. „Phase Change Materials", kurz PCM) genutzt werden. Solche Heat absorption capacity of phase change materials ("Phase Change Materials", short PCM) are used
Latentwärmespeicher nutzen die Enthalpieänderung des Latent heat storage use the enthalpy change of
Phasenwechselmaterials , welches beim Aufschmelzen hohe Mengen von Wärmeenergie aufnimmt, die beim Entladen des Latentwärmespeichers als Erstarrungswärme wieder abgegeben werden. Ein Beispiel für einen solchen Latentwärmespeicher ist in der DE 10 2010 060 717 gezeigt. Bei dieser Ausführung des Latentwärmespeichers wird ein Wärmeträgermedium durch ein Rohr zugeführt, welches innerhalb eines Wärmeverteilers in Form eines Strangpressprofils aufgenommen ist. Das Strangpressprofil weist einen Grundkörper auf, an welchem Rippen befestigt sind, die in Rippenäste und Rippenzweige Phase change material, which absorbs high amounts of heat energy during melting, which are discharged again as solidification heat during discharge of the latent heat storage. An example of such a latent heat storage is shown in DE 10 2010 060 717. In this embodiment of the latent heat storage, a heat transfer medium is supplied through a pipe, which is received within a heat spreader in the form of an extruded profile. The extruded profile has a base body, on which ribs are fixed, which are in rib branches and rib branches
aufgespalten sind. Der Wärmeverteiler wird in einem Wärmespeicher angeordnet, in dessen Inneren ein Phasenwechselmaterial vorgesehen ist . are split. The heat spreader is arranged in a heat storage, inside which a phase change material is provided.
Weiters wurde von Amin et al . in „Effective thermal conductivity for melting in PCM encapsulated in a sphere", Applied Energy
122:280-287, June 2014, vorgeschlagen, kugelförmige Behälter mit Einschlüssen des Phasenwechselmaterials vorzusehen. Diese Furthermore, Amin et al. in "Effective thermal conductivity for melting in PCM encapsulated in a sphere", Applied Energy 122: 280-287, June 2014, proposed to provide spherical containers with inclusions of the phase change material. These
kugelförmigen Behälter werden in einem Speicherbehälter angeordn in welchen ein Wärmeträgerfluid zum Umströmen der kugelförmigen Behälter eingeleitet wird. Spherical containers are arranged in a storage container in which a heat transfer fluid for flowing around the spherical container is introduced.
Die vorstehend erläuterten Ausführungen des Latentwärmespeichers haben jedoch den Nachteil gemeinsam, dass die Wärmeleistung von der Speicherkapazität nicht getrennt werden kann. However, the embodiments of the latent heat accumulator explained above have the common disadvantage that the heat output can not be separated from the storage capacity.
Ein Ansatz für die Trennung der Wärmeleistung von der An approach to the separation of heat output from the
Speicherkapazität wurde von Zipf et al . in „High temperature Storage capacity was reported by Zipf et al. in "high temperature
latent heat storage with a screw heat exchanger: Design of latent heat storage with a screw heat exchanger: Design of
prototype", Applied energy 109 (2013) 462-469, verfolgt. Dabei wird das Phasenwechselmaterial mittels eines prototype ", Applied energy 109 (2013) 462-469, whereby the phase change material is analyzed by means of a
Schneckenwärmetauschers transportiert. Diese Ausführung ist jedoch konstruktiv aufwendig und wenig effizient. Transported worm heat exchanger. However, this design is structurally complex and not very efficient.
In der DE 3038723 wurde eine andersartige Wärmespeichermasse in Form einer Hohlkugel offenbart, bei welcher ein In DE 3038723 a different heat storage mass in the form of a hollow sphere has been disclosed in which a
Phasenwechselmaterial in Poren einer Außenhülle aus einem Phase change material in pores of an outer shell of a
Trägermaterial eingeschlossen ist. Die Hohlkugeln können in einem Wirbelschichtwärmetauscher verwendet werden. Mit den bekannten Support material is included. The hollow spheres can be used in a fluidized bed heat exchanger. With the well-known
Hohlkugeln kann jedoch das vorhandene Speichervolumen nur Hollow balls, however, the existing storage volume can only
ungenügend ausgenützt werden. Dies würde bei gleicher Leistung zu einer wesentlich größeren Bauweise der Speicherbehälter sowie des Wirbelschichtmoduls führen. Grundsätzlich müssen die Hohlkugeln wesentlich größer als die erfindungsgemäßen Mikropartikel insufficiently exploited. This would lead to a much larger design of the storage tank and the fluidized bed module at the same power. In principle, the hollow spheres must be substantially larger than the microparticles according to the invention
ausgeführt werden. Nachteilig ist zudem, dass wesentliche höhere Hilfsenergien für den Transport der Hohlkugeln notwendig wären. be executed. Another disadvantage is that significantly higher auxiliary energies would be necessary for the transport of the hollow spheres.
Schließlich bewirken die Hohlkugeln aufgrund des größeren Volumens einen schlechteren Wärmeübergang. Finally, the hollow spheres cause a poorer heat transfer due to the larger volume.
Darüber hinaus sind mikroverkapselte Phasenwechselmaterialien (vgl.
zum Beispiel DE 10 2006 055 707 AI) im Stand der Technik an sich bekannt. Solche Mikrokapseln sind jedoch bisher lediglich für abliegende Einsatzzwecke verwendet worden. Beispielsweise wurde eine sogenannte Slurry-Strömung (mit Phasenwechselmaterial in einer Flüssigkeit) zur Kühlung von Maschinenbauteilen genutzt (EP 2 949 422 AI) . In addition, microencapsulated phase change materials (cf. for example DE 10 2006 055 707 A1) is known per se in the prior art. However, such microcapsules have hitherto been used only for remote uses. For example, a so-called slurry flow (with phase change material in a liquid) was used for cooling machine components (EP 2 949 422 A1).
Erfindungsgemäß werden Mikrokapseln, also Partikel mit einem According to the invention microcapsules, ie particles with a
Außendurchmesser im Mikrometer-Bereich, im fluidisierten Zustand, vorzugsweise im Wesentlichen in horizontaler Ebene, entlang des Wirbelschichtmoduls transportiert. Das Wirbelschichtmodul ist zwischen einem ersten Speicherbehälter und einem zweiten Outside diameter in the micrometer range, in the fluidized state, preferably substantially in the horizontal plane, transported along the fluidized bed module. The fluidized bed module is between a first storage container and a second
Speicherbehälter angeordnet. Bei einem Transport der Mikrokapseln in die eine horizontale Richtung, vom ersten Speicherbehälter über das Wirbelschichtmodul in den zweiten Speicherbehälter, nehmen die Mikrokapseln Wärme von der ersten Fluidströmung des Storage container arranged. When the microcapsules are transported in the one horizontal direction, from the first storage container via the fluidized bed module into the second storage container, the microcapsules absorb heat from the first fluid flow of the first
Wärmeaustauschmediums auf, so dass die Mikrokapseln in einem Heat exchange medium, so that the microcapsules in one
Zustand höherer Wärmeenergie in den zweiten Speicherbehälter gelangen, in welchem die Mikrokapseln im Zustand höherer State of higher heat energy in the second storage container reach, in which the microcapsules in the state of higher
Wärmeenergie gesammelt werden können. Dieser Vorgang entspricht dem Einspeicherbetriebszustand. Umgekehrt können die Mikrokapseln bei einem Transport in die andere horizontale Richtung, von dem zweiten Speicherbehälter über das Wirbelschichtmodul in den ersten Speicherbehälter, Wärme an die erste Fluidströmung des Heat energy can be collected. This process corresponds to the Einspeicherbetriebszustand. Conversely, the microcapsules, when transported in the other horizontal direction, from the second storage tank via the fluidized bed module into the first storage tank, heat to the first fluid flow of the
Wärmeaustauschmediums abgeben, so dass die Mikrokapseln in dem ersten Speicherbehälter in einem Zustand niedrigerer Wärmeenergie in den ersten Speicherbehälter gelangen. Je nach Ausführung kann ein einzelnes Wirbelschichtmodul für den Einspeicher- und den Ausspeichervorgang vorgesehen sein. Es können jedoch auch zwei Wärmeübertrager in Form von Wirbelschichtmodulen vorgesehen sein, so dass eine Richtungsumkehr der Strömung im jeweiligen Deliver heat exchange medium, so that the microcapsules in the first storage tank in a state of lower heat energy reach the first storage tank. Depending on the design, a single fluidized bed module for the Einspeicher- and the Ausspeichervorgang be provided. However, it can also be provided in the form of fluidized bed modules, two heat exchangers, so that a reversal of direction of the flow in the respective
Wärmeübertrager nicht notwendig ist. Bei dieser Aus führungs form ist der eine Wärmeübertrager für das Einspeichern und der andere Wärmeübertrager für das Ausspeichern der Wärmenergie eingerichtet.
Die Mikrokapseln enthalten ein Phasenwechselmaterial, welches beim Transport durch das Wirbelschichtmodul im Wärmeaustausch mit der ersten Fluidströmung des Wärmeaustauschmediums den Heat exchanger is not necessary. In this embodiment, the one heat exchanger for storing and the other heat exchanger for the storage of the heat energy is set up. The microcapsules contain a phase change material, which during transport through the fluidized bed module in heat exchange with the first fluid flow of the heat exchange medium the
Aggregatszustand ändern kann, so dass Latentwärme in den Can change state of aggregation, so that latent heat in the
Mikrokapseln gespeichert wird bzw. Latentwärme von den Microcapsules is stored or latent heat of the
Mikrokapseln abgegeben wird. Vorzugsweise geht das Microcapsules is dispensed. Preferably that works
Phasenwechselmaterial der Mikrokapseln beim Transport vom ersten Speicherbehälter in den zweiten Speicherbehälter innerhalb des Wirbelschichtmoduls von der festen Phase in die flüssige Phase über, wodurch hohe Mengen an Schmelzenergie aufgenommen werden können. Entsprechend findet beim Transport der Mikrokapseln in die andere Richtung, vom zweiten Speicherbehälter über das Phase change material of the microcapsules during transport from the first storage container into the second storage container within the fluidized bed module from the solid phase to the liquid phase, whereby high amounts of melting energy can be absorbed. Accordingly, when transporting the microcapsules in the other direction, from the second storage container via the
Wirbelschichtmodul in den ersten Speicherbehälter, ein Erstarren des Phasenwechselmaterials der Mikrokapseln statt, wodurch die zuvor gespeicherte Wärme in Form von Erstarrungswärme an die erste Fluidströmung des Wärmeaustauschmediums abgegeben wird. Diese Ausführung bringt wesentliche Vorteile mit sich. Zum einen ist der Wärmeübergang besonders effizient. Insbesondere erfolgt der Fluidized bed module in the first storage tank, a solidification of the phase change material of the microcapsules instead, whereby the previously stored heat is released in the form of solidification heat to the first fluid flow of the heat exchange medium. This design brings significant benefits. On the one hand, the heat transfer is particularly efficient. In particular, the
Phasenwechsel bei im Wesentlichen konstanter Temperatur der Phase change at substantially constant temperature of
Mikrokapseln. Weiters können besonders hohe Wärmemengen Microcapsules. Furthermore, particularly high amounts of heat can
gespeichert werden. Der Transport zwischen dem ersten und zweiten Speicherbehälter über die Wirbelschicht ist deshalb besonders vorteilhaft, weil eine Entkopplung von Wärmeleistung und get saved. The transport between the first and second storage container via the fluidized bed is therefore particularly advantageous because a decoupling of heat output and
Speicherkapazität stattfinden kann. Die Wirbelschicht ermöglicht zudem einen sehr guten Wärmeübergang zwischen den Mikrokapseln und dem Wärmeaustauschmedium. Die Mikrokapseln können Storage capacity can take place. The fluidized bed also allows a very good heat transfer between the microcapsules and the heat exchange medium. The microcapsules can
vorteilhafterweise mit geringem Energieaufwand in den advantageously with low energy consumption in the
fluidisierten Zustand gebracht werden. be brought fluidized state.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Speicherung von Wärme werden bevorzugt die weiteren Schritte: In the method according to the invention for storing heat, the further steps are preferred:
- Wärmeaustausch zwischen der Schüttung im fluidisierten - Heat exchange between the bed in the fluidized
Zustand und einer zweiten Fluidströmung innerhalb eines zweiten Wärmetauscherelementes, vorzugsweise zudem
- Wärmeaustausch zwischen der Schüttung im fluidisierten Zustand und einer dritten Fluidströmung innerhalb eines dritten Wärmetauscherelementes Condition and a second fluid flow within a second heat exchanger element, preferably also - Heat exchange between the bed in the fluidized state and a third fluid flow within a third heat exchanger element
durchgeführt . carried out .
Bei dieser Aus führungs form wird daher eine zweite Fluidströmung eines Wärmeaustauschmediums, insbesondere zudem eine dritte In this embodiment, therefore, a second fluid flow of a heat exchange medium, in particular also a third
Fluidströmung eines Wärmeaustauschmediums, in das Fluid flow of a heat exchange medium, in the
Wirbelschichtmodul geführt, um unabhängig voneinander jeweils einen Wärmeaustausch mit den fluidisierten Mikrokapseln zu ermöglichen. Vorteilhafterweise kann daher dieselbe Wirbelschicht aus Mikrokapseln dazu genutzt werden, im Fluidized bed module out to independently allow each heat exchange with the fluidized microcapsules. Advantageously, therefore, the same fluidized bed of microcapsules can be used in the
Einspeicherbetriebszustand Wärme von der ersten und der zweiten Fluidströmung aufzunehmen und im Ausspeicherbetriebszustand die gespeicherte Wärme an die erste und die zweite Fluidströmung abzugeben . Einspeicherbetriebszustand receive heat from the first and second fluid flow and deliver the stored heat to the first and the second fluid flow in Ausspeicherbetriebszustand.
Gemäß einer bevorzugten Aus führungs form wird in einem According to a preferred disclosed embodiment is in a
Einspeicherbetriebszustand das Phasenwechselmaterial der Einspeicherbetriebszustand the phase change material of
Mikrokapseln durch Wärmeaufnahme von der ersten Fluidströmung im festen Aggregatszustand erhitzt, wobei in dem Microcapsules heated by heat absorption of the first fluid flow in the solid state, wherein in the
Einspeicherbetriebszustand das Phasenwechselmaterial der Einspeicherbetriebszustand the phase change material of
Mikrokapseln durch Wärmeaufnahme von der zweiten Fluidströmung vom festen Aggregatszustand in den flüssigen Aggregatszustand Microcapsules by heat absorption from the second fluid flow from the solid state to the liquid state
überführt wird. is transferred.
Bei dieser Ausführungsvariante kann die Wärme der ersten In this embodiment, the heat of the first
Fluidströmung dazu genutzt werden, die sensible Wärme, d. Fluid flow to be used, the sensible heat, d.
mit einer Temperaturänderung einhergehender Wärme, des with a temperature change accompanying heat, the
Phasenwechselmaterials im festen Zustand zu erhöhen. Im Phase change material to increase in the solid state. in the
Ausspeicherbetriebszustand wird das Phasenwechselmaterial Discharge mode becomes the phase change material
festen Aggregatszustand unter Wärmeabgabe an die erste solid state of aggregation with heat release to the first
Fluidströmung abgekühlt.
Weiters kann die Wärme der zweiten Fluidströmung beim Aufladen des Wärmespeichers in Schmelzwärme des Phasenwechselmaterials der Mikrokapseln umgewandelt werden. Entsprechend kann der Übergang vom flüssigen in den festen Aggregatszustand des Cooled fluid flow. Furthermore, the heat of the second fluid flow during charging of the heat accumulator can be converted into heat of fusion of the phase change material of the microcapsules. Accordingly, the transition from the liquid to the solid state of aggregation of
Phasenwechselmaterials beim Entladen des Wärmespeichers dazu genutzt werden, die Wärme für den Verdampfer des Dampferzeugers bereitzustellen. Phase change material when unloading the heat accumulator can be used to provide the heat for the evaporator of the steam generator.
Das Material der Hülle der Mikrokapseln bleibt im festen The material of the shell of the microcapsules remains solid
Aggregatszustand, wenn das Phasenwechselmaterial der Mikrokapseln durch Wärmeaufnahme von der zweiten Fluidströmung vom festen Aggregate state, when the phase change material of the microcapsules by heat absorption from the second fluid flow from the solid
Aggregatszustand in den flüssigen Aggregatszustand überführt wird. State of aggregation is transferred to the liquid state of aggregation.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Aus führungs form wird im According to a further preferred embodiment, the form of FIG
Einspeicherbetriebszustand das Phasenwechselmaterial der Einspeicherbetriebszustand the phase change material of
Mikrokapseln durch Wärmeaufnahme von der dritten Fluidströmung im flüssigen Aggregatszustand erhitzt. Microcapsules heated by heat absorption of the third fluid flow in the liquid state.
Bei dieser Ausführungsvariante kann die Wärme der dritten In this embodiment, the heat of the third
Fluidströmung zur Erhöhung der sensiblen Wärme des Fluid flow to increase the sensible heat of the
Phasenwechselmaterials im flüssigen Zustand herangezogen werden Entsprechend wird das Phasenwechselmaterial beim Entladen des Wärmespeichers im flüssigen Aggregatszustand unter Wärmeabgabe die dritte Fluidströmung abgekühlt. Accordingly, the phase change material is cooled during discharge of the heat accumulator in the liquid state of aggregation with heat release the third fluid flow.
Bevorzugt wird daher beim Aufladen des Energiespeichers sowohl der sensible Bereich des Phasenwechselmaterials der Mikrokapseln im festen Zustand, die Latentwärme des Phasenwechselmaterials beim Übergang vom festen Zustand in den flüssigen Zustand und die sensible Wärme des Phasenwechselmaterials im flüssigen Zustand genutzt . When charging the energy store, it is therefore preferable to use both the sensitive area of the phase change material of the microcapsules in the solid state, the latent heat of the phase change material in the transition from the solid state to the liquid state, and the sensible heat of the phase change material in the liquid state.
Bei einer bevorzugten Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die erste Fluidströmung zwischen einem Dampferzeuger,
insbesondere eines Dampfkraftwerkes, und dem ersten In a preferred application of the method according to the invention, the first fluid flow between a steam generator, in particular a steam power plant, and the first
Wärmetauscherelement gefördert. Bei dieser Aus führungs form kann die Wärme der ersten Fluidströmung des Dampferzeugers an die Promoted heat exchanger element. In this embodiment, the heat from the first fluid flow of the steam generator to the
Wirbelschicht aus Mikrokapseln abgegeben werden, welche in dem Wirbelschichtmodul zwischen dem ersten Speicherbehälter und dem zweiten Speicherbehälter ausgebildet wird. Fluidized bed of microcapsules are discharged, which is formed in the fluidized bed module between the first storage tank and the second storage container.
Aufgrund des stetigen Ausbaus erneuerbarer Energien können im Zeitverlauf sowohl Überkapazitäten als auch Unterkapazitäten der elektrischen Leistung auftreten. Die Schwankungen werden mit Hilfe konventioneller Kraftwerke ausgeglichen. Hierfür werden vielfach fossilbefeuerte Kraftwerke, insbesondere Kohlekraftwerke, mit Dampferzeuger herangezogen, welche jedoch den Nachteil mit sich bringen, dass die an das Stromnetz abzugebende Leistung nicht in beliebigem Ausmaß und ausreichend schnell geändert werden kann. Due to the steady expansion of renewable energies, both overcapacities and undercapacities of electrical power can occur over time. The fluctuations are compensated with the help of conventional power plants. For this fossil-fired power plants, especially coal power plants, are often used with steam generators, which, however, bring the disadvantage that the output power to the power grid can not be changed to any extent and fast enough.
Durch den Wärmeaustausch zwischen der ersten Fluidströmung des Dampferzeugers und den Mikrokapseln in dem Wirbelschichtmodul wird eine Zwischenspeicherung von Energie des Dampfkraftwerkes By the heat exchange between the first fluid flow of the steam generator and the microcapsules in the fluidized bed module is an intermediate storage of energy of the steam power plant
ermöglicht, wenn der Bedarf an elektrischer Energie momentan geringer als die vom Dampfkraftwerk zur Verfügung gestellte allows, when the need for electrical energy currently available less than that provided by the steam power plant
Energie ist. Steigt der Bedarf an elektrischer Energie, kann die in den Mikrokapseln gespeicherte Energie in den Wasser-Dampf- Kreislauf des Dampfkraftwerkes rückgeführt werden. Energy is. If the demand for electrical energy increases, the energy stored in the microcapsules can be returned to the water-steam cycle of the steam power plant.
Besonders bevorzugt ist hierbei, wenn die erste Fluidströmung zwischen einem Vorwärmer des Dampferzeugers und dem ersten It is particularly preferred in this case if the first fluid flow between a preheater of the steam generator and the first
Wärmetauscherelement gefördert wird, wobei in einem Heat exchanger element is conveyed, wherein in one
Einspeicherbetriebszustand das Phasenwechselmaterial der Einspeicherbetriebszustand the phase change material of
Mikrokapseln durch Wärmeaufnahme von der ersten Fluidströmung im festen Aggregatszustand erhitzt wird. Bei dieser Microcapsules is heated by heat absorption from the first fluid flow in the solid state. At this
Ausführungsvariante kann die Wärme der ersten Fluidströmung aus dem Vorwärmer des Dampferzeugers dazu genutzt werden, die sensible Wärme, d.h. die mit einer Temperaturänderung einhergehender Wärme,
des Phasenwechselmaterials im festen Zustand zu erhöhen. Im Ausspeicherbetriebszustand wird das Phasenwechselmaterial im festen Aggregatszustand unter Wärmeabgabe an die erste Embodiment variant, the heat of the first fluid flow from the preheater of the steam generator can be used to the sensible heat, ie the heat associated with a temperature change, of the phase change material in the solid state. In the Ausspeicherbetriebszustand the phase change material in the solid state state with heat release to the first
Fluidströmung abgekühlt. Vorteilhafterweise ist der sensible Bereich des Phasenwechselmaterials im festen Aggregatszustand auf die Temperaturen des Wärmeaustauschmediums im Vorwärmer des Cooled fluid flow. Advantageously, the sensitive area of the phase change material in the solid state of aggregation on the temperatures of the heat exchange medium in the preheater of
Dampferzeugers abgestimmt. Steam generator tuned.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführung wird die zweite Fluidströmung zwischen einem Verdampfer eines Dampferzeugers und dem zweiten Wärmetauscherelement gefördert, wobei in einem According to a particularly preferred embodiment, the second fluid flow is conveyed between an evaporator of a steam generator and the second heat exchanger element, wherein in a
Einspeicherbetriebszustand das Phasenwechselmaterial der Einspeicherbetriebszustand the phase change material of
Mikrokapseln durch Wärmeaufnahme von der zweiten Fluidströmung vom festen Aggregatszustand in den flüssigen Aggregatszustand Microcapsules by heat absorption from the second fluid flow from the solid state to the liquid state
überführt wird. Demnach kann die Wärme der zweiten Fluidströmung beim Aufladen des Wärmespeichers in Schmelzwärme des is transferred. Accordingly, the heat of the second fluid flow during charging of the heat storage in heat of fusion of the
Phasenwechselmaterials der Mikrokapseln umgewandelt werden. Phase change material of the microcapsules are converted.
Vorteilhafterweise ist der Phasenwechsel der Mikrokapseln Advantageously, the phase change of the microcapsules
effizient auf die Eigenschaften der zweiten Fluidströmung efficient on the properties of the second fluid flow
abgestimmt, welche von dem Verdampfer des Dampferzeugers matched, which of the evaporator of the steam generator
hergeleitet wird. Entsprechend kann der Übergang vom flüssigen in den festen Aggregatszustand des Phasenwechselmaterials beim is derived. Accordingly, the transition from the liquid state to the solid state of the phase change material in the
Entladen des Wärmespeichers dazu genutzt werden, die Wärme für den Verdampfer des Dampferzeugers bereitzustellen. Discharging the heat accumulator can be used to provide the heat for the evaporator of the steam generator.
Schließlich ist bevorzugt vorgesehen, dass die dritte Finally, it is preferably provided that the third
Fluidströmung zwischen einem Überhitzer eines Dampferzeugers und dem dritten Wärmetauscherelement gefördert wird, wobei im Fluid flow between a superheater of a steam generator and the third heat exchanger element is promoted, wherein in
Einspeicherbetriebszustand das Phasenwechselmaterial der Einspeicherbetriebszustand the phase change material of
Mikrokapseln durch Wärmeaufnahme von der dritten Fluidströmung im flüssigen Aggregatszustand erhitzt wird. Bei dieser Microcapsules is heated by heat absorption of the third fluid flow in the liquid state. At this
Ausführungsvariante kann die Wärme der vom Überhitzer Variant may be the heat of the superheater
hergeleiteten dritten Fluidströmung zur Erhöhung der sensiblen Wärme des Phasenwechselmaterials im flüssigen Zustand herangezogen
werden. Entsprechend wird das Phasenwechselmaterial beim Entladen des Wärmespeichers im flüssigen Aggregatszustand unter Wärmeabgabe an die dritte Fluidströmung abgekühlt. Vorteilhafterweise ist der sensible Bereich des Phasenwechselmaterials im flüssigen derived third fluid flow used to increase the sensible heat of the phase change material in the liquid state become. Accordingly, the phase change material is cooled during discharge of the heat accumulator in the liquid state of aggregation with release of heat to the third fluid flow. Advantageously, the sensitive area of the phase change material is in the liquid
Aggregatszustand auf die Temperaturen des Wärmeaustauschmediums im Überhitzer des Dampferzeugers abgestimmt. State of aggregation matched to the temperatures of the heat exchange medium in the superheater of the steam generator.
In einer besonders bevorzugten Aus führungs form wird beim Aufladen des Energiespeichers sowohl der sensible Bereich des In a particularly preferred embodiment, when the energy store is charged, both the sensitive area of the energy storage device and the energy storage device are charged
Phasenwechselmaterials der Mikrokapseln im festen Zustand, die Phase change material of the microcapsules in the solid state, the
Latentwärme des Phasenwechselmaterials beim Übergang vom festen Zustand in den flüssigen Zustand und die sensible Wärme des Latent heat of the phase change material in the transition from the solid state to the liquid state and the sensible heat of the
Phasenwechselmaterials im flüssigen Zustand genutzt. Hierfür sind das erste, zweite und dritte Wärmetauscherelement vorgesehen, welche mit dem Vorwärmer, Verdampfer bzw. Überhitzer des Phase change material used in the liquid state. For this purpose, the first, second and third heat exchanger element are provided, which with the preheater, evaporator or superheater of the
Dampferzeugers verbunden sind. Vorteilhafterweise kann der Steam generator are connected. Advantageously, the
Wärmeaustausch zwischen den Mikrokapseln und der ersten, zweiten bzw. dritten Fluidströmung in einzelnen Längsabschnitten des Heat exchange between the microcapsules and the first, second and third fluid flow in individual longitudinal sections of the
Wirbelschichtmoduls stattfinden, damit sich ein Temperaturprofil entlang der Wirbelschicht ausbildet. Fluid bed module take place so that forms a temperature profile along the fluidized bed.
In einer bevorzugten Ausführung weisen die Mikrokapseln jeweils einen Kern aus dem Phasenwechsel-Wärmespeichermaterial und eine den Kern allseitig umschließende Hülle auf. Die Hülle besteht aus einem anderen Material als das Phasenwechsel-Wärmespeichermaterial des Kerns. In a preferred embodiment, the microcapsules each have a core of the phase change heat storage material and a shell enclosing the core on all sides. The shell is made of a different material than the phase change thermal storage material of the core.
Als Phasenwechselmaterial der Mikrokapseln kann beispielsweise ein Nitratsalz vorgesehen sein. Die Hülle besteht hingegen bevorzugt aus einem Kunststoff, beispielsweise Polyimid. Die Mikrokapseln haben den Vorteil, dass die benötigte Hilfsenergie für die As the phase change material of the microcapsules, for example, a nitrate salt may be provided. The shell, however, preferably consists of a plastic, such as polyimide. The microcapsules have the advantage that the required auxiliary energy for the
Wirbelschicht kleiner, der Wärmeübergangskoeffizient aber größer als bei den im Stand der Technik verwendeten Hohlkugeln ist, welche zudem, gleiches Gewicht und gleiches Material vorausgesetzt,
ein größeres Volumen haben und deshalb größere Speicherbehälter erforderlich machen. Demnach ermöglichen die Mikrokapseln einen besonders wirtschaftlichen Betrieb des Wärmespeichers. Fluidized bed is smaller, but the heat transfer coefficient is greater than in the case of the hollow spheres used in the prior art, which in addition, assuming the same weight and the same material, have a larger volume and therefore require larger storage tank required. Accordingly, the microcapsules allow a particularly economical operation of the heat storage.
Um einerseits eine hohe Wärmeleistung zu ermöglichen und On the one hand to allow a high heat output and
andererseits die Fluidisierung der Mikrokapseln in der on the other hand, the fluidization of the microcapsules in the
Wirbelschicht zu erleichtern, ist es günstig, wenn die To facilitate fluidized bed, it is beneficial if the
Mikrokapseln jeweils einen Durchmesser von 50 bis 500 Mikrometer, insbesondere von 50 bis 100 Mikrometer, aufweisen. Bevorzugt sind gleichartige Mikrokapseln vorgesehen, welche jeweils im Microcapsules each having a diameter of 50 to 500 microns, in particular from 50 to 100 microns. Preferably, similar microcapsules are provided, each in the
Wesentlichen denselben Durchmesser aufweisen. Have substantially the same diameter.
In einer bevorzugten Ausführung ist ein zweites In a preferred embodiment is a second
Wärmetauscherelement, vorzugsweise zudem ein drittes Heat exchanger element, preferably also a third
Wärmetauscherelement, in das Wirbelschichtmodul geführt. Das zweite Wärmetauscherelement, gegebenenfalls auch das dritte Heat exchanger element, led into the fluidized bed module. The second heat exchanger element, optionally also the third
Wärmetauscherelement, führt ein Wärmeaustauschmedium zum Heat exchanger element, leads to a heat exchange medium to
Wärmeaustausch mit den Mikrokapseln in dem Wirbelschichtmodul. Zu diesem Zweck sind das erste, zweite, gegebenenfalls auch das dritte, Wärmetauscherelement mit einer Wärmequelle bzw. Wärmesenke verbunden. Als erstes und/oder zweites und/oder drittes Heat exchange with the microcapsules in the fluidized bed module. For this purpose, the first, second, and optionally also the third, heat exchanger element are connected to a heat source or heat sink. First and / or second and / or third
Wärmetauscherelement ist jeweils bevorzugt ein Rohrbündel Each heat exchanger element is preferably a tube bundle
vorgesehen . intended .
In einer besonders bevorzugten Aus führungs form sind das erste Wärmetauscherelement und das zweite Wärmetauscherelement, In a particularly preferred embodiment, the first heat exchanger element and the second heat exchanger element are
vorzugsweise zudem das dritte Wärmetauscherelement, in preferably also the third heat exchanger element, in
Längsrichtung des Wirbelschichtmoduls gesehen voneinander Seen longitudinally of the fluidized bed module from each other
beabstandet sind. Bei dieser Ausführung sind das erste, zweite und gegebenenfalls das dritte Wärmetauscherelement, in are spaced. In this embodiment, the first, second and optionally the third heat exchanger element, in
Strömungsrichtung der Mikropartikel (bezogen auf den Flow direction of the microparticles (based on the
Einspeicherbetriebszustand) gesehen, in aufeinanderfolgenden Injection mode), in successive
Längsabschnitten des Wirbelschichtmoduls angeordnet. Dadurch können an den einzelnen Längsabschnitten des Wirbelschichtmoduls
unterschiedliche Wärmezustände der Mikrokapseln ausgebildet werden, Longitudinal sections of the fluidized bed module arranged. As a result, at the individual longitudinal sections of the fluidized bed module different heat states of the microcapsules are formed,
Bei einer bevorzugten Anwendung des Energiespeichers ist das erste Wärmetauscherelement mit einem Dampferzeuger verbunden. Der In a preferred application of the energy store, the first heat exchanger element is connected to a steam generator. Of the
Dampferzeuger ist insbesondere Bestandteil eines Dampfkraftwerkes. Bei dieser Ausführung kann die in einem Dampfkessel entstehende Wärme zumindest teilweise in den Wärmespeicher ausgespeichert werden, wenn der Bedarf an elektrischer Energie zum jeweiligen Steam generator is in particular part of a steam power plant. In this embodiment, the heat generated in a steam boiler can be at least partially stored in the heat storage when the demand for electrical energy to the respective
Zeitpunkt geringer als die vom Dampfkessel zur Verfügung gestellte Wärme ist. Damit kann vorteilhafterweise ein Ausgleich von Time is lower than the heat provided by the boiler is. This can advantageously be a balance of
Schwankungen im Strombedarf geschaffen werden, wodurch ein Fluctuations in electricity demand are created, creating a
besonders effizienter Betrieb des Dampfkraftwerkes ermöglicht wird. particularly efficient operation of the steam power plant is made possible.
Insbesondere ist es günstig, wenn das erste Wärmetauscherelement mit einem ersten Abnehmer, insbesondere einem Vorwärmer eines In particular, it is advantageous if the first heat exchanger element with a first customer, in particular a preheater of a
Dampferzeugers, und/oder das zweite Wärmetauscherelement mit einem zweiten Abnehmer, insbesondere einem Verdampfer des Dampferzeugers, und/oder das dritte Wärmetauscherelement mit einem dritten Steam generator, and / or the second heat exchanger element with a second consumer, in particular an evaporator of the steam generator, and / or the third heat exchanger element with a third
Abnehmer, insbesondere einem Überhitzer des Dampferzeugers, Customer, in particular a superheater of the steam generator,
verbunden ist bzw. sind. is connected or are.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines bevorzugten The invention will be described below with reference to a preferred
Ausführungsbeispiels, auf das sie jedoch nicht beschränkt sein soll, weiter erläutert. Embodiment, to which it should not be limited, further explained.
Fig. 1 zeigt schematisch einen Wärmespeicher zur Verwendung in einem Dampfkraftwerk, wobei im dargestellten Fig. 1 shows schematically a heat storage for use in a steam power plant, wherein in the illustrated
Einspeicherbetriebszustand Mikrokapseln mit Phasenwechselmaterial- Kern im fluidisierten Zustand in horizontaler Richtung Storage Mode Microcapsules with phase change material core in the fluidized state in the horizontal direction
transportiert werden, um die Wärme von Fluidströmungen aus einem Dampferzeuger aufzunehmen; transported to receive the heat of fluid flows from a steam generator;
Fig. 2 den Wärmespeicher von Fig. 1 in einem Fig. 2 shows the heat storage of Fig. 1 in one
Ausspeicherbetriebszustand, wobei die Mikrokapseln der
Wirbelschicht in entgegengesetzte Richtung transportiert werden, um die zuvor gespeicherte Wärme an die Fluidströmungen des Ausspeicherbetriebszustand, wherein the microcapsules of the Fluidized bed can be transported in opposite directions to transfer the previously stored heat to the fluid flows of the
Dampferzeugers abzugeben; und Deliver steam generator; and
Fig. 3 schematisch eine Mikrokapsel mit einem Kern aus Fig. 3 shows schematically a microcapsule with a core
Phasenwechselmaterial und einer Hülle. Phase change material and a shell.
Fig. 1, 2 zeigen einen Wärmespeicher 1, welcher in der gezeigten Aus führungs form Bestandteil eines Dampfkraftwerkes 2 ist. Das Dampfkraftwerk 2 kann einen herkömmlichen Aufbau aufweisen, wobei im Folgenden lediglich die für die Erfindung wesentlichen Fig. 1, 2 show a heat storage 1, which in the embodiment shown from management part of a steam power plant 2 is. The steam power plant 2 may have a conventional structure, wherein in the following only the essential for the invention
Komponenten erläutert werden. In der gezeigten Ausführung ist der Wärmespeicher 1 mit einem Wasser-Dampf-Kreislauf des Components are explained. In the embodiment shown, the heat accumulator 1 with a water-steam cycle of
Dampfkraftwerkes 2 verbunden. Der Einfachheit halber ist lediglich ein Dampferzeuger 3 des Wasser-Dampf-Kreislaufes dargestellt. Der Dampferzeuger 3 weist einen Vorwärmer 4 zum Vorwärmen von Steam power plant 2 connected. For the sake of simplicity, only one steam generator 3 of the water-steam cycle is shown. The steam generator 3 has a preheater 4 for preheating
Speisewasser, einen Verdampfer 5 zur Erzeugung von Wasserdampf aus dem Speisewasser und einen Überhitzer 6 zur Erhitzung des Feed water, an evaporator 5 for generating water vapor from the feed water and a superheater 6 for heating the
Wasserdampfes auf. Der Dampferzeuger 3 ist mit einer (nicht dargestellten) Dampfturbine verbunden, welche an einen Generator (nicht dargestellt) angeschlossen ist. Water vapor on. The steam generator 3 is connected to a steam turbine (not shown), which is connected to a generator (not shown).
Wie aus Fig. 1, 2 ersichtlich, weist der Wärme- bzw. As can be seen from Fig. 1, 2, the heat or
Energiespeicher 1 ein Wirbelschichtwärmetauschermodul (nachstehend kurz: Wirbelschichtmodul) 7 zur Erzeugung einer Wirbelschicht aus einer Schüttung 8 auf, welche aus Wärmespeicherpartikeln besteht. Das Wirbelschichtmodul 7 ist am einen Endbereich mit einem ersten Speicherbehälter 9 für die Schüttung 8 und am anderen Endbereich mit einem zweiten Speicherbehälter 10 für die Schüttung 8 Energy storage 1 a fluidized bed heat exchanger module (hereinafter referred to as: fluidized bed module) 7 for generating a fluidized bed of a bed 8, which consists of heat storage particles. The fluidized-bed module 7 is provided with a first storage container 9 for the bed 8 at one end region and with a second storage container 10 for the bed 8 at the other end region
verbunden. In der gezeigten Ausführung ist eine erste connected. In the embodiment shown is a first
Absperrvorrichtung 11 zwischen dem ersten Speicherbehälter 9 und dem Wirbelschichtmodul 7 und eine zweite Absperrvorrichtung 12 zwischen dem zweiten Speicherbehälter 9 und dem Wirbelschichtmodul 7 vorgesehen. Die erste Absperrvorrichtung 11 und die zweite
Absperrvorrichtung 12 sind jeweils zwischen einem geöffneten Zustand und einem geschlossenen Zustand überführbar. Im offenen Zustand der ersten 11 bzw. zweiten Absperrvorrichtung 12 kann die Schüttung von dem ersten 9 bzw. zweiten Speicherbehälter 10 unter der Wirkung der Schwerkraft in das Wirbelschichtmodul 7 strömen. Im geschlossenen Zustand der ersten 11 bzw. zweiten Shut-off device 11 between the first storage tank 9 and the fluidized bed module 7 and a second shut-off device 12 between the second storage tank 9 and the fluidized bed module 7 is provided. The first shut-off device 11 and the second Shut-off device 12 can each be transferred between an open state and a closed state. In the open state of the first 11 and second shut-off device 12, the bed of the first 9 and second storage container 10 can flow under the action of gravity in the fluidized bed module 7. In the closed state of the first 11 and second
Absperrvorrichtung 12 ist der Durchtritt von dem ersten 9 bzw. Shut-off device 12 is the passage of the first 9 or
zweiten Speicherbehälter 10 in das Wirbelschichtmodul 7 abgesperrt. In der Zeichnung sind die erste 11 und zweite Absperrvorrichtung 12 beispielhaft als Schieber veranschaulicht. Das second storage container 10 is shut off in the fluidized bed module 7. In the drawing, the first 11 and second shut-off device 12 are exemplified as a slider. The
Wirbelschichtmodul 7 weist an der Unterseite (bezogen auf den dargestellten Betriebszustand) eine Einrichtung 13 zum Einleiten eines Fluidisierungsgases (vgl. Pfeile 14) in das Fluidized-bed module 7 has a device 13 for introducing a fluidizing gas (see arrows 14) into the bottom side (with reference to the operating state shown)
Wirbelschichtmodul 7 auf. Durch die aufwärtsgerichtete Strömung des Fluidisierungsgases wird eine Wirbelschicht mit den Fluidized bed module 7 on. Due to the upward flow of the fluidizing gas, a fluidized bed with the
Wärmespeicherpartikeln der Schüttung 8 erzeugt. Somit werden die Wärmespeicherpartikel der Schüttung 8 in dem Wirbelschichtmodul 7 in einen fluidisierten Zustand versetzt. Die Einrichtung 13 kann einen im Stand der Technik bekannten Düsenboden aufweisen. Das Heat storage particles of the bed 8 generates. Thus, the heat storage particles of the bed 8 are placed in the fluidized bed module 7 in a fluidized state. The device 13 may have a nozzle base known in the prior art. The
Wirbelschichtmodul 7 weist an der Oberseite eine Decke 7a auf, in welcher zumindest eine Austrittsöffnung 15 für das Fluidized bed module 7 has at the top a ceiling 7a, in which at least one outlet opening 15 for the
Fluidisierungsgas ausgebildet ist. Die Austrittsöffnung 15 kann mit einem Ventil, insbesondere einem Regelventil, zur Anpassung des austretenden Fluidisierungsgasstromes (vgl. Pfeil 16) versehen sein . Fluidizing gas is formed. The outlet opening 15 can be provided with a valve, in particular a control valve, for adaptation of the exiting fluidizing gas flow (compare arrow 16).
In der gezeigten Ausführung ist die Schüttung 8 aus Mikrokapseln 17 gebildet, welche jeweils aus einem Kern aus In the embodiment shown, the bed 8 is formed of microcapsules 17, each consisting of a core
Phasenwechselmaterial 18 und einer den Kern allseitig Phase change material 18 and one the core on all sides
umschließenden Hülle 19 bestehen. Somit sind die Mikrokapseln 17 im Wesentlichen frei von Hohlräumen. Die mikroverkapselten enclosing sheath 19 exist. Thus, the microcapsules 17 are substantially free of voids. The microencapsulated
Phasenmaterialien bzw. Mikrokapseln 17 weisen jeweils einen Phase materials or microcapsules 17 each have one
Durchmesser von 50 bis 500 Mikrometer auf.
Zum Einspeichern von Wärme in den Wärmespeicher 1 bzw. zum Diameter of 50 to 500 microns. For storing heat in the heat accumulator 1 or for
Ausspeichern von Wärme aus dem Wärmespeicher 1 sind in der Discharge of heat from the heat accumulator 1 are in the
gezeigten Ausführung ein erstes Wärmetauscherelement 20, ein shown embodiment, a first heat exchanger element 20, a
zweites Wärmetauscherelement 21 und ein drittes second heat exchanger element 21 and a third
Wärmetauscherelement 22 vorgesehen, welche jeweils abschnittsweise in das Wirbelschichtmodul 7 ragen. Das erste Wärmetauscherelement Heat exchanger element 22 is provided which each project in sections in the fluidized bed module 7. The first heat exchanger element
20 führt eine erste Fluidströmung, das zweite Wärmetauscherelement20 carries a first fluid flow, the second heat exchanger element
21 führt eine zweite Fluidströmung und das dritte 21 carries a second fluid flow and the third
Wärmetauscherelement 22 führt eine dritte Fluidströmung eines Heat exchanger element 22 carries a third fluid flow of a
Wärmeaustauschmediums, hier Wasser-Dampf. Das erste Heat exchange medium, here water vapor. The first
Wärmetauscherelement 20 ist mit dem Vorwärmer 4, das zweite Heat exchanger element 20 is connected to the preheater 4, the second
Wärmetauscherelement 21 ist mit dem Verdampfer 5 und das dritte Wärmetauscherelement 22 ist mit dem Überhitzer 6 des Heat exchanger element 21 is connected to the evaporator 5 and the third heat exchanger element 22 is connected to the superheater 6 of the
Dampferzeugers 3 verbunden. Steam generator 3 connected.
In Fig. 1 ist der Einspeicherbetriebszustand des Wärmespeichers 1 dargestellt, wobei die Mikrokapseln 17 der Wirbelschicht im In Fig. 1, the Einspeicherbetriebszustand of the heat accumulator 1 is shown, wherein the microcapsules 17 of the fluidized bed in
fluidisierten Zustand aufgrund des Höhenunterschiedes zwischen dem ersten Speicherbehälter 9 und dem Wirbelschichtmodul 7 in die eine horizontale Richtung 23 entlang des Wirbelschichtmoduls 7 strömen. Wie nachstehend noch im Detail erläutert wird, werden die fluidized state due to the difference in height between the first storage tank 9 and the fluidized bed module 7 in the one horizontal direction 23 along the fluidized bed module 7 flow. As will be explained in detail below, the
Mikrokapseln 17 durch den Kontakt mit dem ersten 20, zweiten 21 und dritten Wärmetauscherelement 22 in einen Zustand höherer Microcapsules 17 by the contact with the first 20, second 21 and third heat exchanger element 22 in a higher state
Wärmeenergie gebracht. In der gezeigten Ausführung werden die Heat energy brought. In the embodiment shown, the
Mikrokapseln 17 nach dem Passieren des Wirbelschichtmoduls 7 über eine verschließbare erste Austrittsöffnung 24a in einen ersten Microcapsules 17 after passing through the fluidized bed module 7 via a closable first outlet opening 24a in a first
Zwischenbunker 24b geführt. Danach werden die Mikrokapseln 17 mit Hilfe einer ersten Transportvorrichtung 25, welche in der Between bunker 24 b out. Thereafter, the microcapsules 17 by means of a first transport device 25, which in the
gezeigten Ausführung in Form eines Becherwerks vorliegt, in den zweiten Speicherbehälter 10 transportiert. Im is shown in the form of a bucket elevator, transported in the second storage container 10. in the
Einspeicherbetriebszustand, d.h. beim Beladen des Wärmespeichers 1, befindet sich die erste Absperrvorrichtung 11 im geöffneten Injection mode, i. when loading the heat accumulator 1, the first shut-off device 11 is in the open
Zustand, wohingegen sich die zweite Absperrvorrichtung 12 im Condition, whereas the second shut-off device 12 in
geschlossenen Zustand befindet.
Zur Ausbildung einzelner Wärmeaustauschzonen sind das erste Wärmetauscherelement 20, das zweite Wärmetauscherelement 21 und das dritte Wärmetauscherelement 22 in Transportrichtung 23 der Mikrokapseln 17 (bezogen auf den Einspeicherbetriebszustand) an aufeinanderfolgenden Längspositionen des Wirbelschichtmoduls 7 angeordnet . closed state is located. To form individual heat exchange zones, the first heat exchanger element 20, the second heat exchanger element 21 and the third heat exchanger element 22 are arranged in the transport direction 23 of the microcapsules 17 (in relation to the injection operating state) at successive longitudinal positions of the fluidized bed module 7.
Beim Beladen des Wärmespeichers 1 wird die erste Fluidströmung vom Vorwärmer 4 des Dampferzeugers 3 über das erste When loading the heat accumulator 1, the first fluid flow from the preheater 4 of the steam generator 3 via the first
Wärmetauscherelement 20 gefördert. Dabei wird das Heat exchanger element 20 promoted. This is the
Phasenwechselmaterial der Mikrokapseln 17 durch Wärmeaufnahme von der ersten Fluidströmung im festen Aggregatszustand erhitzt. Die erste Fluidströmung des Wärmeaustauschmediums in dem Phase change material of the microcapsules 17 is heated by heat absorption of the first fluid flow in the solid state. The first fluid flow of the heat exchange medium in the
Wärmetauscherelement 20 wird entsprechend abgekühlt. Die zweite Fluidströmung wird vom Verdampfer 5 über das zweite Heat exchanger element 20 is cooled accordingly. The second fluid flow is from the evaporator 5 via the second
Wärmetauscherelement 21 gefördert. Aufgrund des Wärmeaustauschs zwischen den Mikrokapseln 17 und der zweiten Fluidströmung wird das Phasenwechselmaterial der Mikrokapseln 17 vom festen Heat exchanger element 21 promoted. Due to the heat exchange between the microcapsules 17 and the second fluid flow, the phase change material of the microcapsules 17 from the solid
Aggregatszustand in den flüssigen Aggregatszustand überführt. State of aggregation transferred to the liquid state of aggregation.
Schließlich wird die dritte Fluidströmung vom Überhitzer 6 über das dritte Wärmetauscherelement 22 gefördert, wobei im Finally, the third fluid flow is conveyed by the superheater 6 via the third heat exchanger element 22, wherein in
Einspeicherbetriebszustand das Phasenwechselmaterial der Einspeicherbetriebszustand the phase change material of
Mikrokapseln durch Wärmeaufnahme von der dritten Fluidströmung im flüssigen Aggregatszustand erhitzt wird. Microcapsules is heated by heat absorption of the third fluid flow in the liquid state.
Fig. 2 zeigt den Ausspeicherbetriebszustand des Wärmespeichers 1. Zum Entladen des Wärmespeichers 1 wird die zweite 2 shows the Ausspeicherbetriebszustand the heat accumulator 1. For unloading the heat accumulator 1, the second
Absperrvorrichtung 12 geöffnet, wohingegen die erste Shut-off device 12 is opened, whereas the first
Absperrvorrichtung 11 geschlossen wird. Dadurch können die Shut-off device 11 is closed. This allows the
Mikrokapseln 17 mit der gespeicherten Wärme von dem zweiten Microcapsules 17 with the stored heat from the second
Speicherbehälter 10 in das Wirbelschichtmodul 7 gelangen. Dort strömen die Mikrokapseln 17 im fluidisierten Zustand in die andere horizontale Richtung 26 (entgegengesetzt der Richtung 23 im
Einspeicherbetriebszustand) entlang des Wirbelschichtmoduls 7. Im Wärmeaustausch mit der ersten, zweiten und dritten Fluidströmung geben die Mikrokapseln 17 die zuvor gespeicherte Wärme ab. Storage tank 10 enter the fluidized bed module 7. There, the microcapsules 17 flow in the fluidized state in the other horizontal direction 26 (opposite to the direction 23 in FIG Injection mode) along the fluidized bed module 7. In heat exchange with the first, second and third fluid flows, the microcapsules 17 release the previously stored heat.
Aufgrund des dritten Wärmetauscherelementes 22 erfolgt eine Due to the third heat exchanger element 22 is a
Abkühlung des Phasenwechselmaterials im flüssigen Zustand. Das zweite Wärmetauscherelement 21 bewirkt einen Phasenübergang des Phasenwechselmaterials vom flüssigen in den festen Zustand. Durch den Kontakt mit dem ersten Wärmetauscherelement 20 wird das Cooling of the phase change material in the liquid state. The second heat exchanger element 21 effects a phase transition of the phase change material from the liquid to the solid state. By the contact with the first heat exchanger element 20 is the
Phasenwechselmaterial im festen Zustand abgekühlt. Die erste, zweite und dritte Fluidströmung nehmen die von den Mikrokapseln abgegebene Wärme auf. Schließlich gelangen die Mikrokapseln 17 über eine zweite Austrittsöffnung 27a des Wirbelschichtmoduls 7 in einen zweiten Zwischenbunker 27b, welcher über eine zweite Phase change material cooled in the solid state. The first, second and third fluid flows absorb the heat given off by the microcapsules. Finally, the microcapsules 17 pass through a second outlet opening 27a of the fluidized-bed module 7 into a second intermediate bunker 27b, which has a second intermediate bunker 27b
Transportvorrichtung 28, in der gezeigten Ausführung wiederum ein Becherwerk, mit dem ersten Speicherbehälter 9 verbunden ist. Je nach Ausführung kann auch dieselbe Transportvorrichtung für den Transport der Mikrokapseln 17 vom ersten Zwischenbunker 24b in den zweiten Speicherbehälter 19 und zum Transport der Mikrokapseln 17 vom zweiten Zwischenbunker 27b in den ersten Speicherbehälter 9 vorgesehen sein. Selbstverständlich ist es für die Erfindung nicht erforderlich, den horizontalen Transport der Mikrokapseln 17 durch eine erhöhte Anordnung des ersten 9 bzw. zweiten Speicherbehälters 10 gegenüber dem Wirbelschichtmodul 7 sicherzustellen. Es können auch andere Transportmittel für den horizontalen Transport der Mikrokapseln 17 entlang des Wirbelschichtmoduls 7 vorgesehen sein. Transport device 28, in the embodiment shown again a bucket elevator, with the first storage container 9 is connected. Depending on the design, the same transport device for transporting the microcapsules 17 from the first intermediate bunker 24b into the second storage container 19 and for transporting the microcapsules 17 from the second intermediate bunker 27b into the first storage container 9 may also be provided. Of course, it is not necessary for the invention to ensure the horizontal transport of the microcapsules 17 by an increased arrangement of the first 9 and second storage container 10 relative to the fluidized bed module 7. Other transport means for the horizontal transport of the microcapsules 17 along the fluidized-bed module 7 may also be provided.
Fig. 3 zeigen die Mikrokapseln 17, welche in dem Fig. 3 shows the microcapsules 17, which in the
Wirbelschichtmodul bzw. Wirbelschichtbehälter 7 in den Fluidized bed module or fluidized bed tank 7 in the
fluidisierten Zustand versetzt werden. be fluidized state.
Zusammenfassend kann mit dem dargestellten Wärmespeicher 1 ein Verfahren zur Zwischenspeicherung von Wärme, insbesondere in einem Dampfkraftwerk 2, durchgeführt werden, welches zumindest die folgenden Schritte umfasst:
- Vorsehen einer Schüttung 8 in einem ersten Speicherbehälter 9, wobei die Schüttung 8 Mikrokapseln 17 mit einem In summary, with the illustrated heat accumulator 1, a method for intermediate storage of heat, in particular in a steam power plant 2, can be carried out, which comprises at least the following steps: - Provide a bed 8 in a first storage container 9, wherein the bed 8 microcapsules 17 with a
Phasenwechselmaterial 18 aufweist; Phase change material 18;
- Transportieren der Schüttung von dem ersten Speicherbehälter 10 in ein Wirbelschichtmodul 7 ; - Transporting the bed of the first storage container 10 in a fluidized bed module 7;
- Fluidisieren der Schüttung 8 in dem Wirbelschichtmodul 7 ; - Fluidizing the bed 8 in the fluidized bed module 7;
- Transportieren der Schüttung 8 im fluidisierten Zustand in im Wesentlichen horizontaler Richtung entlang des - Transporting the bed 8 in the fluidized state in a substantially horizontal direction along the
Wirbelschichtmoduls 7; Fluidized bed module 7;
- Wärmeaustausch zwischen der Schüttung 8 im fluidisierten - Heat exchange between the bed 8 in the fluidized
Zustand und einer ersten Fluidströmung innerhalb eines ersten Wärmetauscherelementes 20, wobei die erste Fluidströmung bevorzugt zwischen dem Wärmetauscherelement 20 und einem Condition and a first fluid flow within a first heat exchanger element 20, wherein the first fluid flow preferably between the heat exchanger element 20 and a
Dampferzeuger 3 gefördert wird; Steam generator 3 is promoted;
- Transportieren der Schüttung 8 von dem Wirbelschichtmodul 7 in den zweiten Speicherbehälter 10.
- Transporting the bed 8 of the fluidized bed module 7 in the second storage container 10th