EP3594458A1 - Apparatus and method for storing or provision of a vapour - Google Patents

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Publication number
EP3594458A1
EP3594458A1 EP18182347.7A EP18182347A EP3594458A1 EP 3594458 A1 EP3594458 A1 EP 3594458A1 EP 18182347 A EP18182347 A EP 18182347A EP 3594458 A1 EP3594458 A1 EP 3594458A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
container
phase change
steam
pressure
change sludge
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Withdrawn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
EP18182347.7A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Vladimir Danov
Christian Lindner
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.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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 Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to EP18182347.7A priority Critical patent/EP3594458A1/en
Priority to PCT/EP2019/065468 priority patent/WO2020011482A1/en
Publication of EP3594458A1 publication Critical patent/EP3594458A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K3/00—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein
    • F01K3/12—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein having two or more accumulators

Definitions

  • the invention relates to a device according to the preamble of claim 1 and a method for storing and / or providing a steam.
  • renewable energies have increased steadily in recent years. Due to the varying supply characteristics of renewable energies, a major challenge is to integrate them into existing energy networks, in particular electricity networks. This is because typically for renewable forms of energy, their generation does not match current demand. Furthermore, renewable energies are unevenly distributed locally. Currently, attempts are being made to solve the challenges mentioned by expanding existing energy networks or electricity networks.
  • a disadvantage of known steam stores for example Ruth's stores, is that they are still too sluggish to allow power plants to be sufficiently flexible. This is because the flexibility of evaporation, for example of water, is limited by the large masses used. This makes it difficult to react to short-term fluctuations in electricity production.
  • the device according to the invention for storing a steam comprises at least one pressure container for receiving the steam and a first and second container, the pressure container and the two containers (first and second containers) being in thermal contact via a pipeline system.
  • the device according to the invention is characterized in that the first container and the second container are designed to hold a phase change sludge with a melting temperature above 50 degrees Celsius, in particular above 100 degrees Celsius, with the phase change sludge using the piping system from the first container via the pressure container can be conveyed, in particular pumped, to the second container and / or from the second container via the pressure container to the first container.
  • the conveyance of the phase change sludge via the pressure vessel means that the pressure vessel or the steam within the pressure vessel are in thermal contact with the phase change sludge.
  • the device is designed in such a way that heat can be transferred between the steam inside the pressure vessel and the phase change sludge conveyed via the pressure vessel.
  • the word - about - is therefore to be understood functionally with regard to heat exchange or heat transfer.
  • a phase change slurry (abbreviated: PCS or PCM slurry), also referred to as a phase change slurry, comprises a carrier liquid, for example water, and a phase change material.
  • the phase change sludge is particularly characterized in that it can be pumped regardless of the physical state of its phase change material.
  • the phase change material and the carrier liquid can form a dispersion, suspension and / or emulsion.
  • the melting temperature of the phase change sludge is defined by the melting temperature of the phase change material. In other words, there is a phase transition at the melting temperature of the phase change sludge the phase change material from solid to liquid or from liquid to solid.
  • the melting temperature can also be a temperature range or can be characterized by a temperature range.
  • a phase change sludge is a mixture of a carrier liquid, for example water, and a phase change material. Since the phase change sludge and thus the phase change material has a melting temperature or a melting range above 50 degrees Celsius, water is not regarded as a phase change material in the sense of the present invention.
  • the carrier liquid of the phase change sludge is preferably fixed in such a way that it remains liquid in the range of the temperatures present during operation of the devices, in particular in the range of the melting temperature. As a result, the phase change sludge can always be pumped, in particular pumped.
  • the melting temperature of the phase change sludge is preferably in the range of the condensation temperature of the steam within the pressure accumulator, the condensation temperature being dependent on the pressure within the pressure accumulator.
  • phase change material of the phase change sludge is microencapsulated, that is to say that the individual encapsulated phase change materials have an average diameter of less than or equal to 100 micrometers, in particular less than or equal to 50 micrometers, particularly preferably less than or equal to 10 micrometers.
  • a common container may include the first and second containers.
  • a physical separation of the first and second containers with respect to the phase change sludge can also be dispensed with here.
  • phase change sludge - in contrast to a phase change material - can also be conveyed, in particular pumped, in the range of the melting temperature.
  • This allows the phase change sludge between the first container and the second container promoted back and forth, especially pumped.
  • This advantageously decouples the size of the pressure container from its storage capacity and is proportional to the storage capacity.
  • the device according to the invention forms a steam store, the storage capacity of which is decoupled from its storage volume. This advantageously provides a steam store with improved flexibility.
  • phase change sludge can be stored by means of first and second containers which are depressurized with respect to the ambient pressure.
  • first and the second container preferably have ambient pressure. This can save costs in relation to the containers mentioned.
  • Another advantage of the invention is that the heat transfer takes place through the thermal contact between the phase change sludge and the steam at an approximately constant temperature. This is particularly advantageous for providing the steam after it has been stored.
  • the heat released by the condensation of the steam is stored essentially latently at least partially by means of the phase change sludge. Due to the heat transfer, the phase change material of the phase change sludge changes from solid to liquid.
  • the phase change sludge, which now has a liquid phase change material, is stored by means of the second container.
  • phase change sludge stored by means of the second container is conveyed to the pressure container back to the first container, in particular pumped, as a result of which the latently stored heat is again partly transferred to the condensed steam, typically water, and thus at least partly evaporates ,
  • the phase change material changes at least partially from its physical state liquid too solid. Since this heat transfer also takes place at an approximately constant temperature, steam with almost constant thermal properties is provided or generated. This is particularly advantageous for steam power plants, that is to say when the device according to the invention is used within a steam power plant.
  • the storage of the phase change sludge within the second container enables a sufficiently long storage time for the steam within the pressure container. Only when steam is actually required is the phase change sludge conveyed, in particular pumped, from the second tank via the pressure tank to the first tank. In particular, storage times of several hours, for example from 10 hours to 15 hours, are made possible by means of the device according to the invention.
  • the second container and / or the first container can preferably have thermal insulation (thermal insulation).
  • the steam is introduced into a pressure vessel for storing the steam. Furthermore, a phase change sludge is conveyed, in particular pumped, from a first tank via the pressure tank to a second tank, wherein at least partial condensation of the steam takes place within the pressure tank by heat transfer from the introduced steam to the phase change sludge.
  • the phase change sludge is passed through the pressure vessel, which is in thermal contact with the introduced steam inside the pressure vessel.
  • the thermal contact results in heat transfer from the steam to the phase change sludge, the steam condensing at least partially within the pressure vessel, typically to water, and being stored at least partially in its condensed form.
  • the phase change mud, the latent heat or condensation heat of the steam is at least partially stored, is stored by means of the second container.
  • the stored steam is made available again in that the phase change sludge stored within the second container is conveyed, in particular pumped, from the second container via the pressure container to the first container.
  • an at least partial evaporation of the previously condensed steam takes place within the pressure vessel.
  • the heat previously stored latently by means of the phase change sludge is transferred to the vapor, for example water, condensed in the pressure vessel, whereby this evaporates.
  • the device according to the invention has the same and equivalent advantages of the method according to the invention.
  • the device comprises at least one pump, by means of which the phase change sludge can be pumped from the first tank via the pressure tank to the second tank and / or from the second tank via the pressure tank to the first tank.
  • phase change sludge can be pumped back and forth between the two tanks via the pressure tank by means of the pump.
  • the phase change sludge advantageously remains pumpable, regardless of whether the phase change material of the phase change sludge is liquid or solid.
  • At least the first container comprises the phase change sludge.
  • the phase change sludge preferably has a melting temperature in the range from 130 degrees Celsius to 170 degrees Celsius.
  • the preferred temperature range of 130 degrees Celsius to 170 degrees Celsius is particularly advantageous for the paper industry.
  • the phase change sludge has a melting temperature in the range from 240 degrees Celsius to 260 degrees Celsius.
  • the preferred temperature range of 240 degrees Celsius to 260 degrees Celsius is advantageous for storing steam within steam power plants.
  • the steam power plant comprises a device according to the present invention and / or one of its configurations.
  • the device according to the present invention and / or one of its configurations is preferably integrated into a steam circuit of the steam power plant.
  • the storage time of the steam can be minutes to several hours, for example up to 15 hours.
  • the pressure vessel is designed as a tube bundle heat exchanger.
  • the tube bundle heat exchanger comprises a plurality of tubes, by means of which the phase change sludge can be conveyed, in particular pumped, from the first container via the pressure container to the second container and / or from the second container via the pressure container to the first container.
  • the pressure container and the two containers provided for the phase change sludge are advantageously decoupled in terms of their pressure.
  • the containers provided for the phase change sludge can be provided inexpensively, since they can be designed as pressureless containers with respect to the ambient pressure.
  • the first container and / or the second container comprise a stirring device.
  • the stirring device can advantageously ensure that the phase change sludge does not clump within the first and / or second container.
  • the stirring device is not absolutely necessary.
  • the stirring device can support or improve the pumpability of the phase change sludge.
  • the phase change sludge can be stirred or stirred within the first container and / or second container during the storage of the phase change sludge or shortly before loading or shortly before the pressure container is unloaded.
  • a stirring device is therefore advantageous in the case of phase change sludges which tend to clump so that they remain pumpable, in particular pumpable, even with longer storage times.
  • the pressure vessel is designed as a Ruth storage.
  • the pressure vessel forms a steam store, by means of which the steam is stored in a condensed form.
  • the Ruth reservoir and thus the pressure vessel is largely, for example up to 90 percent, filled with condensed steam, for example water or boiling water.
  • the remaining volume of the pressure vessel is still filled with steam, in particular water vapor, of approximately the same temperature.
  • the pressure vessel has a length of at least 5 meters and at most 15 meters.
  • the pressure vessel is intended for industrial plants, with a maximum length of 15 meters is therefore advantageous because the pressure vessel can then be transported.
  • the phase change sludge comprises potassium nitrate or lithium nitrate.
  • phase change material of the phase change sludge preferably comprises potassium nitrate or lithium nitrate.
  • Potassium nitrate has a melting point of around 334 degrees Celsius.
  • the phase change sludge can preferably comprise an oil as a carrier liquid, in particular a thermal oil.
  • a mixture of substances with potassium nitrate and an oil or a mixture of substances with lithium nitrate and an oil is particularly preferred.
  • the oil is in particular a thermal oil.
  • the phase change sludge preferably comprises a microencapsulated phase change material, in particular microencapsulated paraffins. Furthermore, the phase change sludge preferably comprises water.
  • steam is introduced into the pressure vessel from a cold reheat of a power plant, in particular a steam power plant.
  • the steam can advantageously be safely removed even before the turbine of the power plant starts up and also during operation of the turbine and can be stored by means of the pressure accumulator.
  • the figure shows a device 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the device 1 is provided for storing a vapor, in particular water vapor.
  • the device 1 comprises a first container 2 and a second container 4. Furthermore, the device 1 comprises a pressure container 3.
  • the device 1 can be divided schematically into capacity components 101 and power components 102.
  • the capacity components 101 comprise at least the first and second containers 2, 4 and the power components 102 comprise at least the pressure container 2.
  • the containers 2, 4 are provided or designed at least for receiving a phase change sludge 42.
  • the containers 2, 4 comprise the phase change sludge 42.
  • the pressure vessel 3 comprises a supply line 31 for supplying the steam and a discharge line 32 for discharging or providing the steam.
  • the pressure vessel 3 is at least partially loaded with steam by means of the feed line 31 and at least partially discharged by means of the drain line 32.
  • the pressure vessel 3 has a distributor device 8.
  • the first container 2, the second container 4 and the pressure container 3 are thermally coupled by means of a piping system 6.
  • pipes 61 of the piping system 6 extend inside or through the pressure vessel 3.
  • the piping system 6 or the pipes 61 enable heat transfer and thus thermal contact between the one inside the pressure accumulator 3 Steam and / or condensed steam and the phase change sludge 42.
  • the phase change sludge 42 can be conveyed back and forth, in particular pumped, between the containers 2, 4 by means of or via the piping system 6.
  • at least one pump can be provided.
  • the device 1 With regard to the operation of the device 1, a distinction can be made between loading and unloading the pressure accumulator 3. If the entire device 1 is understood as a steam store, a distinction can be made with regard to the operation of the device 1 from loading (storing steam) and unloading (providing or generating steam).
  • the steam When loading the pressure accumulator 3, the steam is fed to the pressure accumulator 3 via the feed line 31. In particular, the steam supplied is distributed within the pressure vessel 3 by means of the distributor device 8. Furthermore, the phase change sludge 42 present within the first container 2 is conveyed through the pipes 61 of the piping system 6 to the second container 4, in particular pumped. The phase change sludge can be conveyed, in particular pumped. Due to the thermal contact between the introduced steam and the phase change sludge 42 pumped through the pressure vessel 3, heat is transferred to the phase change sludge 42 (heat transfer) and stored latently by the phase change material of the phase change sludge 42. The heat transfer causes an at least partial condensation of the steam inside the pressure container 3. The steam is thereby stored in condensed form, in particular as water, by means of the pressure container 3. The direction of flow or pumping direction of the phase change sludge 42 during loading is indicated by the arrows 421.
  • the phase change sludge 42 is stored by means of the second container 4.
  • the phase change material of the phase change sludge 42 is largely in a liquid state.
  • Thermal insulation (thermal insulation) of the second container 4 can be provided. However, this can be dimensioned significantly smaller because, due to the melting process of the phase change material, the heat transmitted by the steam is stored latently, that is to say without a significant increase in the temperature of the phase change sludge 42.
  • phase change sludge 42 When the pressure accumulator 3 is unloaded, that is to say when steam is provided, the phase change sludge 42 is conveyed, in particular pumped, from the second container 4 via the pipes 61 of the piping system 6 back to the first container 2. Due to the thermal contact of the phase change sludge 42 with the condensed steam, the condensed steam evaporates and can be provided at the outlet 32 of the pressure vessel 3. Due to this heat transfer from the phase change sludge 42 to the condensed steam, in particular water, stored in the pressure vessel 3, the phase change material of the phase change sludge 42 changes from liquid to solid. Here, the phase change sludge 42 remains conveyable, in particular pumpable, even in the solid phase of its phase change material.
  • the unloading or the provision of the steam and the flow direction or pump direction of the phase change sludge 42 provided for this purpose is indicated by the arrows 422.
  • the phase change sludge 42 is conveyed, in particular pumped, from the first container 2 via the pressure accumulator 3 to the second container 4.
  • the phase change sludge 42 is conveyed, in particular pumped, from the second container 4 via the pressure container 3 back to the first container 2.
  • the second container 4 can advantageously provide a sufficient storage time, for example in the region of hours for the steam.
  • steam power plants which for example comprise a device 1 according to the present invention and / or one of its configurations
  • a steam power plant which comprises a device according to the present invention and / or one of its configurations as a steam store, has increased flexibility.
  • Another advantage of the present invention is that the two containers 2, 4 and the pressure accumulator 3 are decoupled in terms of their pressure due to the pipeline system 6.
  • inexpensive containers 2, 4 which are unpressurized with respect to the ambient pressure can be used for the first containers 2, 4.
  • the heat transfer takes place at a constant temperature, so that steam with fixed and specific parameters can always be provided in the same way. This is particularly advantageous with regard to the generation of electricity in steam power plants.
  • phase change sludge can comprise a liquid salt.
  • the phase change sludge preferably comprises potassium nitrate, lithium nitrate and / or a thermal oil.

Abstract

Es wird eine Vorrichtung (1) zur Speicherung eines Dampfes vorgeschlagen, umfassend einen Druckbehälter (3) zur Aufnahme des Dampfes sowie einen ersten und zweiten Behälter (2, 4), wobei der Druckbehälter (3) und die zwei Behälter (2, 4) über ein Rohrleitungssystem (6) im thermischen Kontakt sind. Erfindungsgemäß sind der erste und zweite Behälter (2, 4) zur Aufnahme eines Phasenwechselschlammes (42) mit einer Schmelztemperatur oberhalb von 50 Grad Celsius ausgebildet, wobei der Phasenwechselschlamm (42) mittels des Rohrleitungssystems (6) vom ersten Behälter (2) über den Druckbehälter (3) zum zweiten Behälter (4) und/oder vom zweiten Behälter (4) über den Druckbehälter (3) zum ersten Behälter (2) förderbar ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Speicherung oder Bereitstellungen eines Dampfes.A device (1) for storing a steam is proposed, comprising a pressure container (3) for holding the steam and a first and second container (2, 4), the pressure container (3) and the two containers (2, 4) are in thermal contact via a piping system (6). According to the invention, the first and second containers (2, 4) are designed to hold a phase change sludge (42) with a melting temperature above 50 degrees Celsius, the phase change sludge (42) being carried by means of the piping system (6) from the first container (2) via the pressure container (3) to the second container (4) and / or from the second container (4) via the pressure container (3) to the first container (2). The invention further relates to a method for storing or providing a steam.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren zur Speicherung und/oder Bereitstellung eines Dampfes.The invention relates to a device according to the preamble of claim 1 and a method for storing and / or providing a steam.

In den letzten Jahren steigt der Anteil an erneuerbaren Energien stetig an. Hierbei besteht aufgrund der variierenden Angebotscharakteristik von erneuerbaren Energien eine wesentliche Herausforderung darin, diese in bereits bestehende Energienetze, insbesondere Stromnetze, einzubinden. Das ist deshalb der Fall, da typischerweise für erneuerbare erzeugte Energieformen deren Erzeugung nicht mit einer aktuellen Nachfrage übereinstimmt. Weiterhin sind erneuerbare Energien örtlich ungleichmäßig verteilt. Aktuell wird versucht die genannten Herausforderungen durch einen Ausbau bestehender Energienetze oder Stromnetze zu lösen.The share of renewable energies has increased steadily in recent years. Due to the varying supply characteristics of renewable energies, a major challenge is to integrate them into existing energy networks, in particular electricity networks. This is because typically for renewable forms of energy, their generation does not match current demand. Furthermore, renewable energies are unevenly distributed locally. Currently, attempts are being made to solve the challenges mentioned by expanding existing energy networks or electricity networks.

Zusammenfassend ergibt sich ein Regelleistungsmarkt, der Anbieter, die kurzeitig negative oder positive Regelleistung bereitstellen können, fördert. Bestehende Kraftwerke, beispielsweise Dampfkraftwerke, können aufgrund mangelnder Flexibilität nur schwer an einem solchen Markt partizipieren. Problematisch ist hierbei der Dampfkreis, da dieser zeitlich träge ist. Allerdings kann die Flexibilisierung des Dampfkreises durch einen Dampfspeicher gesteigert werden. Hierbei wird erzeugter Dampf mittels des Dampfspeichers zwischengespeichert. Erfolgt eine Leistungsanforderung an das Dampfkraftwerk, so wird der Dampf mittels des Dampfspeichers bereitgestellt und zur Turbine zur Erzeugung elektrischen Stromes geführt. Mit anderen Worten kann mittels des Dampfspeichers überschüssiger Strom in Bedarfszeiträume verschoben werden. Dadurch kann ein Beitrag zur Netzstabilität geleistet werden.In summary, there is a balancing power market that promotes providers who can temporarily provide negative or positive balancing power. Existing power plants, such as steam power plants, are difficult to participate in such a market due to a lack of flexibility. The steam circuit is problematic because it is sluggish in time. However, the flexibility of the steam circuit can be increased by using a steam accumulator. The steam generated is temporarily stored in the steam accumulator. If there is a power requirement for the steam power plant, the steam is made available by means of the steam accumulator and is led to the turbine for generating electrical current. In other words, excess electricity can be shifted into required periods by means of the steam store. This can make a contribution to network stability.

Ein Nachteil bekannter Dampfspeicher, beispielsweise Ruthsspeicher, ist, dass diese weiterhin zu träge sind um eine ausreichende Flexibilisierung von Kraftwerken zu ermöglichen. Das ist deshalb der Fall, da die Flexibilität der Verdampfung, beispielsweise von Wasser, durch die großen verwendeten Massen beschränkt ist. Dadurch kann auf kurzfristige Schwankungen in der Stromproduktion nur schwer reagiert werden.A disadvantage of known steam stores, for example Ruth's stores, is that they are still too sluggish to allow power plants to be sufficiently flexible. This is because the flexibility of evaporation, for example of water, is limited by the large masses used. This makes it difficult to react to short-term fluctuations in electricity production.

Um ebenfalls Dampfspeicher flexibler zu gestalten können diese mit einem verkapselten Phasenwechselmaterial versehen werden. Eine solche Verkapselung ist beispielsweise aus der Patentanmeldung EP 3116797 A1 bekannt. Allerdings ist hierbei die Größe des Dampfspeichers mit einem verkapselten Phasenwechselmaterial proportional zu seiner Speicherkapazität. Dadurch können nur kurze Speicherzeiten im Bereich von 10 Minuten bis 15 Minuten erreicht werden, da der Dampfspeicher wirtschaftlich nur als Leistungsspeicher betrieben werden kann. Speicherzeiten im technisch erstrebenswerten Bereich von Stunden können auch mit Dampfspeichern, die ein verkapseltes Phasenwechselmaterial umfassen, aktuell nicht erreicht werden. Erstrebenswert ist daher ein Dampfspeicher dessen Größe proportional zur Speicherleistung ist.In order to make steam storage more flexible, they can be provided with an encapsulated phase change material. Such an encapsulation is, for example, from the patent application EP 3116797 A1 known. However, the size of the steam accumulator with an encapsulated phase change material is proportional to its storage capacity. As a result, only short storage times in the range from 10 minutes to 15 minutes can be achieved, since the steam store can only be operated economically as a power store. Storage times in the technically desirable range of hours cannot currently be achieved even with steam accumulators that comprise an encapsulated phase change material. A steam store whose size is proportional to the storage capacity is therefore desirable.

Aus dem Stand der Technik sind weitere Dampfspeicher bekannt, beispielsweise Warmwasser beziehungsweise Druckwasserspeicher oder P2H-Lösungen (englisch: Power to Heat; abgekürzt P2H; deutsch: Elektroenergie zu Wärme) sowie Ruthsspeicher, Flüssigsalzspeicher und/oder Batterien.Further steam stores are known from the prior art, for example hot water or pressurized water stores or P2H solutions (English: Power to Heat; abbreviated P2H; German: electrical energy to heat), as well as Ruth stores, liquid salt stores and / or batteries.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine flexiblere Speicherung eines Dampfes zu ermöglichen.It is the object of the present invention to enable a more flexible storage of a vapor.

Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 11 gelöst. In den abhängigen Patentansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung angegeben.The object is achieved by a device with the features of independent claim 1 and by a method with the features of independent claim 11. Advantageous refinements and developments of the invention are specified in the dependent claims.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Speicherung eines Dampfes umfasst wenigstens einen Druckbehälter zur Aufnahme des Dampfes sowie einen ersten und zweiten Behälter, wobei der Druckbehälter und die zwei Behälter (erster und zweiter Behälter) über ein Rohrleitungssystem im thermischen Kontakt sind. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der erste Behälter und der zweite Behälter zur Aufnahme eines Phasenwechselschlammes mit einer Schmelztemperatur oberhalb von 50 Grad Celsius, insbesondere oberhalb von 100 Grad Celsius, ausgebildet sind, wobei der Phasenwechselschlamm mittels des Rohrleitungssystems vom ersten Behälter über den Druckbehälter zum zweiten Behälter und/oder vom zweiten Behälter über den Druckbehälter zum ersten Behälter förderbar, insbesondere pumpbar, ist.The device according to the invention for storing a steam comprises at least one pressure container for receiving the steam and a first and second container, the pressure container and the two containers (first and second containers) being in thermal contact via a pipeline system. The device according to the invention is characterized in that the first container and the second container are designed to hold a phase change sludge with a melting temperature above 50 degrees Celsius, in particular above 100 degrees Celsius, with the phase change sludge using the piping system from the first container via the pressure container can be conveyed, in particular pumped, to the second container and / or from the second container via the pressure container to the first container.

Hierbei bedeutet die Förderung des Phasenwechselschlammes über den Druckbehälter dass der Druckbehälter beziehungsweise der Dampf innerhalb des Druckbehälters mit dem Phasenwechselschlamm im thermischen Kontakt sind. Mit anderen Worten ist die Vorrichtung derart ausgestaltet, dass eine Wärmeübertragung zwischen dem Dampf innerhalb des Druckbehälters und dem über den Druckbehälter geförderten Phasenwechselschlamm erfolgen kann. Das Wort - über - ist somit funktional bezüglich des Wärmeaustausches beziehungsweise der Wärmeübertragung zu verstehen.The conveyance of the phase change sludge via the pressure vessel means that the pressure vessel or the steam within the pressure vessel are in thermal contact with the phase change sludge. In other words, the device is designed in such a way that heat can be transferred between the steam inside the pressure vessel and the phase change sludge conveyed via the pressure vessel. The word - about - is therefore to be understood functionally with regard to heat exchange or heat transfer.

Ein Phasenwechselschlamm (englisch: Phase Change Slurry; abgekürzt: PCS oder PCM-Slurry), ebenfalls als Phasenwechsel-Slurry bezeichnet, umfasst eine Trägerflüssigkeit, beispielsweise Wasser, und ein Phasenwechselmaterial. Der Phasenwechselschlamm ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass dieser unabhängig vom Aggregatzustand seines Phasenwechselmaterials pumpbar ist. Das Phasenwechselmaterial und die Trägerflüssigkeit können eine Dispersion, Suspension und/oder Emulsion ausbilden. Die Schmelztemperatur des Phasenwechselschlammes ist durch die Schmelztemperatur des Phasenwechselmaterials definiert. Mit anderen Worten erfolgt bei der Schmelztemperatur des Phasenwechselschlammes ein Phasenübergang des Phasenwechselmaterials von fest nach flüssig oder von flüssig nach fest. Die Schmelztemperatur kann ebenfalls ein Temperaturbereich sein oder durch einen Temperaturbereich gekennzeichnet sein. Mit anderen Worten ist ein Phasenwechselschlamm ein Gemisch aus einer Trägerflüssigkeit, beispielsweise Wasser, und einem Phasenwechselmaterial. Da der Phasenwechselschlamm und somit das Phasenwechselmaterial eine Schmelztemperatur oder einen Schmelzbereich oberhalb von 50 Grad Celsius aufweist, wird Wasser im Sinne der vorliegenden Erfindung nicht als Phasenwechselmaterial angesehen. Bevorzugt wird die Trägerflüssigkeit des Phasenwechselschlammes derart festgelegt, dass diese im Bereich der bei einem Betrieb der Vorrichtungen vorliegenden Temperaturen, insbesondere im Bereich der Schmelztemperatur, flüssig bleibt. Dadurch ist der Phasenwechselschlamm stets förderbar, insbesondere pumpbar. Die Schmelztemperatur des Phasenwechselschlammes liegt bevorzugt im Bereich der Kondensationstemperatur des Dampfes innerhalb des Druckspeichers, wobei die Kondensationstemperatur vom Druck innerhalb des Druckspeichers abhängig ist.A phase change slurry (abbreviated: PCS or PCM slurry), also referred to as a phase change slurry, comprises a carrier liquid, for example water, and a phase change material. The phase change sludge is particularly characterized in that it can be pumped regardless of the physical state of its phase change material. The phase change material and the carrier liquid can form a dispersion, suspension and / or emulsion. The melting temperature of the phase change sludge is defined by the melting temperature of the phase change material. In other words, there is a phase transition at the melting temperature of the phase change sludge the phase change material from solid to liquid or from liquid to solid. The melting temperature can also be a temperature range or can be characterized by a temperature range. In other words, a phase change sludge is a mixture of a carrier liquid, for example water, and a phase change material. Since the phase change sludge and thus the phase change material has a melting temperature or a melting range above 50 degrees Celsius, water is not regarded as a phase change material in the sense of the present invention. The carrier liquid of the phase change sludge is preferably fixed in such a way that it remains liquid in the range of the temperatures present during operation of the devices, in particular in the range of the melting temperature. As a result, the phase change sludge can always be pumped, in particular pumped. The melting temperature of the phase change sludge is preferably in the range of the condensation temperature of the steam within the pressure accumulator, the condensation temperature being dependent on the pressure within the pressure accumulator.

Beispielsweise ist das Phasenwechselmaterial des Phasenwechselschlammes mikroverkapselt, das heißt, dass die einzelnen verkapselten Phasenwechselmaterialen einen durchschnittlichen Durchmesser kleiner gleich 100 Mikrometer, insbesondere kleiner gleich 50 Mikrometer, besonders bevorzugt kleiner gleich 10 Mikrometer, aufweisen.For example, the phase change material of the phase change sludge is microencapsulated, that is to say that the individual encapsulated phase change materials have an average diameter of less than or equal to 100 micrometers, in particular less than or equal to 50 micrometers, particularly preferably less than or equal to 10 micrometers.

Ein gemeinsamer Behälter kann den ersten und zweiten Behälter umfassen. Hierbei kann ebenfalls auf eine stoffliche Trennung des ersten und zweiten Behälters in Bezug auf den Phasenwechselschlamm verzichtet werden.A common container may include the first and second containers. A physical separation of the first and second containers with respect to the phase change sludge can also be dispensed with here.

Ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung ist, dass der Phasenwechselschlamm - im Gegensatz zu einem Phasenwechselmaterial - ebenfalls im Bereich der Schmelztemperatur förderbar, insbesondere pumpbar ist. Dadurch kann der Phasenwechselschlamm zwischen dem ersten Behälter und dem zweiten Behälter hin und her gefördert, insbesondere gepumpt, werden. Dadurch wird vorteilhafterweise die Größe des Druckbehälters vom seiner Speicherkapazität entkoppelt und proportional zur Speicherleistung. Mit anderen Worten bildet die erfindungsgemäße Vorrichtung einen Dampfspeicher aus, dessen Speicherleistung von seinem Speichervolumen entkoppelt ist. Dadurch wird vorteilhafterweise ein Dampfspeicher mit einer verbesserten Flexibilität bereitgestellt.A basic idea of the present invention is that the phase change sludge - in contrast to a phase change material - can also be conveyed, in particular pumped, in the range of the melting temperature. This allows the phase change sludge between the first container and the second container promoted back and forth, especially pumped. This advantageously decouples the size of the pressure container from its storage capacity and is proportional to the storage capacity. In other words, the device according to the invention forms a steam store, the storage capacity of which is decoupled from its storage volume. This advantageously provides a steam store with improved flexibility.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, dass der Phasenwechselschlamm mittels in Bezug auf den Umgebungsdruck druckloser erster und zweiter Behälter gespeichert werden kann. Mit anderen Worten weisen der erste und der zweite Behälter bevorzugt Umgebungsdruck auf. Dadurch können Kosten in Bezug auf die genannten Behälter eingespart werden.Another advantage of the device according to the invention is that the phase change sludge can be stored by means of first and second containers which are depressurized with respect to the ambient pressure. In other words, the first and the second container preferably have ambient pressure. This can save costs in relation to the containers mentioned.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass die Wärmeübertragung durch den thermischen Kontakt zwischen dem Phasenwechselschlamm und dem Dampf bei einer annähernd konstanten Temperatur erfolgt. Dies ist besonders für eine Bereitstellung des Dampfes nach seiner Speicherung von Vorteil. Mit anderen Worten wird die durch die Kondensation des Dampfes freigesetzte Wärme im Wesentlichen latent wenigstens teilweise mittels des Phasenwechselschlammes gespeichert. Aufgrund der Wärmeübertragung erfolgt ein Phasenübergang des Phasenwechselmaterials des Phasenwechselschlammes von fest zu flüssig. Der Phasenwechselschlamm, der nun ein flüssiges Phasenwechselmaterial aufweist, wird mittels des zweiten Behälters gespeichert.Another advantage of the invention is that the heat transfer takes place through the thermal contact between the phase change sludge and the steam at an approximately constant temperature. This is particularly advantageous for providing the steam after it has been stored. In other words, the heat released by the condensation of the steam is stored essentially latently at least partially by means of the phase change sludge. Due to the heat transfer, the phase change material of the phase change sludge changes from solid to liquid. The phase change sludge, which now has a liquid phase change material, is stored by means of the second container.

Soll der Dampf wenigstens teilweise wieder bereitgestellt werden, wird der mittels des zweiten Behälters gespeicherte Phasenwechselschlamm zum Druckbehälter zurück zum ersten Behälter gefördert, insbesondere gepumpt, wodurch die latent gespeicherte Wärme wieder teilweise auf den kondensierten Dampf, typischerweise Wasser, übertragen wird und somit wenigstens teilweise verdampft. Das Phasenwechselmaterial wechselt hierbei wenigstens teilweise seinen Aggregatzustand von flüssig zu fest. Da diese Wärmeübertragung ebenfalls bei einer annähernd konstanten Temperatur erfolgt, wird Dampf mit nahezu konstanten thermischen Eigenschaften bereitgestellt beziehungsweise erzeugt. Dies ist insbesondere für Dampfkraftwerke, das heißt bei einer Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung innerhalb eines Dampfkraftwerkes, von Vorteil.If the steam is to be made available at least in part again, the phase change sludge stored by means of the second container is conveyed to the pressure container back to the first container, in particular pumped, as a result of which the latently stored heat is again partly transferred to the condensed steam, typically water, and thus at least partly evaporates , The phase change material changes at least partially from its physical state liquid too solid. Since this heat transfer also takes place at an approximately constant temperature, steam with almost constant thermal properties is provided or generated. This is particularly advantageous for steam power plants, that is to say when the device according to the invention is used within a steam power plant.

Weiterhin wird durch die Speicherung des Phasenwechselschlammes innerhalb des zweiten Behälters eine ausreichend lange Speicherzeit des Dampfes innerhalb des Druckbehälters ermöglicht. Erst wenn Dampf tatsächlich erforderlich ist, wird der Phasenwechselschlamm vom zweiten Behälter über den Druckbehälter zum ersten Behälter gefördert, insbesondere gepumpt. Insbesondere werden Speicherzeiten von mehreren Stunden, beispielsweise von 10 Stunden bis 15 Stunden, mittels der erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht. Bevorzugt können/kann der zweite Behälter und/oder der erste Behälter eine thermische Isolierung (Wärmeisolierung) aufweisen.Furthermore, the storage of the phase change sludge within the second container enables a sufficiently long storage time for the steam within the pressure container. Only when steam is actually required is the phase change sludge conveyed, in particular pumped, from the second tank via the pressure tank to the first tank. In particular, storage times of several hours, for example from 10 hours to 15 hours, are made possible by means of the device according to the invention. The second container and / or the first container can preferably have thermal insulation (thermal insulation).

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Speicherung und/oder Bereitstellung eines Dampfes, bevorzugt Wasserdampf, wird für die Speicherung des Dampfes der Dampf in einen Druckbehälter eingeleitet. Weiterhin wird ein Phasenwechselschlamm von einem ersten Behälter über den Druckbehälter zu einem zweiten Behälter gefördert, insbesondere gepumpt, wobei innerhalb des Druckbehälters eine wenigstens teilweise Kondensation des Dampfes durch eine Wärmeübertragung vom eingeleiteten Dampf auf den Phasenwechselschlamm erfolgt.In the method according to the invention for storing and / or providing a steam, preferably water steam, the steam is introduced into a pressure vessel for storing the steam. Furthermore, a phase change sludge is conveyed, in particular pumped, from a first tank via the pressure tank to a second tank, wherein at least partial condensation of the steam takes place within the pressure tank by heat transfer from the introduced steam to the phase change sludge.

Mit anderen Worten wird der Phasenwechselschlamm durch den Druckbehälter geführt, wobei dieser innerhalb des Druckbehälters im thermischen Kontakt mit dem eingeleiteten Dampf ist. Durch den thermischen Kontakt erfolgt eine Wärmeübertragung vom Dampf auf den Phasenwechselschlamm, wobei hierbei der Dampf wenigstens teilweise innerhalb des Druckbehälters kondensiert, typischerweise zu Wasser, und wenigstens teilweise in seiner kondensierten Form gespeichert wird. Der Phasenwechselschlamm, der die Wärme beziehungsweise Kondensationswärme des Dampfes latent wenigstens teilweise gespeichert hat, wird mittels des zweiten Behälters gespeichert.In other words, the phase change sludge is passed through the pressure vessel, which is in thermal contact with the introduced steam inside the pressure vessel. The thermal contact results in heat transfer from the steam to the phase change sludge, the steam condensing at least partially within the pressure vessel, typically to water, and being stored at least partially in its condensed form. The phase change mud, the latent heat or condensation heat of the steam is at least partially stored, is stored by means of the second container.

Der gespeicherte Dampf wird dadurch wieder bereitgestellt, dass der innerhalb des zweiten Behälters gespeicherte Phasenwechselschlamm vom zweiten Behälter über den Druckbehälter zum ersten Behälter gefördert, insbesondere gepumpt, wird. Hierbei erfolgt innerhalb des Druckbehälters eine wenigstens teilweise Verdampfung des vorher kondensierten Dampfes.The stored steam is made available again in that the phase change sludge stored within the second container is conveyed, in particular pumped, from the second container via the pressure container to the first container. Here, an at least partial evaporation of the previously condensed steam takes place within the pressure vessel.

Mit anderen Worten wird die vorher mittels des Phasenwechselschlammes latent gespeicherte Wärme auf den im Druckbehälter kondensierten Dampf, beispielsweise Wasser, übertragen, wodurch dieser verdampft.In other words, the heat previously stored latently by means of the phase change sludge is transferred to the vapor, for example water, condensed in the pressure vessel, whereby this evaporates.

Es ergeben sich zur erfindungsgemäßen Vorrichtung gleichartige und gleichwertige Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens.The device according to the invention has the same and equivalent advantages of the method according to the invention.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Vorrichtung wenigstens eine Pumpe, mittels welcher der Phasenwechselschlamm vom ersten Behälter über den Druckbehälter zum zweiten Behälter und/oder vom zweiten Behälter über den Druckbehälter zum ersten Behälter pumpbar ist.According to an advantageous embodiment of the invention, the device comprises at least one pump, by means of which the phase change sludge can be pumped from the first tank via the pressure tank to the second tank and / or from the second tank via the pressure tank to the first tank.

Mit anderen Worten ist der Phasenwechselschlamm mittels der Pumpe zwischen den zwei Behältern über den Druckbehälter hin und her pumpbar. Vorteilhafterweise bleibt der Phasenwechselschlamm pumpbar, unabhängig davon, ob das Phasenwechselmaterial des Phasenwechselschlammes flüssig oder fest ist.In other words, the phase change sludge can be pumped back and forth between the two tanks via the pressure tank by means of the pump. The phase change sludge advantageously remains pumpable, regardless of whether the phase change material of the phase change sludge is liquid or solid.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst wenigstens der erste Behälter den Phasenwechselschlamm.In an advantageous development of the invention, at least the first container comprises the phase change sludge.

Hierbei weist der Phasenwechselschlamm bevorzugt eine Schmelztemperatur im Bereich von 130 Grad Celsius bis 170 Grad Celsius auf.Here, the phase change sludge preferably has a melting temperature in the range from 130 degrees Celsius to 170 degrees Celsius.

Der bevorzugte Temperaturbereich von 130 Grad Celsius bis 170 Grad Celsius ist besonders für die Papierindustrie von Vorteil.The preferred temperature range of 130 degrees Celsius to 170 degrees Celsius is particularly advantageous for the paper industry.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Phasenwechselschlamm eine Schmelztemperatur im Bereich von 240 Grad Celsius bis zu 260 Grad Celsius auf.According to a preferred embodiment of the invention, the phase change sludge has a melting temperature in the range from 240 degrees Celsius to 260 degrees Celsius.

Der bevorzugte Temperaturbereich von 240 Grad Celsius bis 260 Grad Celsius ist zur Speicherung von Dampf innerhalb von Dampfkraftwerken von Vorteil. Hierbei umfasst das Dampfkraftwerk eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung und/oder einer ihrer Ausgestaltungen. Bevorzugt ist die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung und/oder einer ihrer Ausgestaltungen in einen Dampfkreis des Dampfkraftwerkes integriert. Die Speicherzeit des Dampfes kann hierbei Minuten bis mehrere Stunden, beispielsweise bis zu 15 Stunden, betragen.The preferred temperature range of 240 degrees Celsius to 260 degrees Celsius is advantageous for storing steam within steam power plants. Here, the steam power plant comprises a device according to the present invention and / or one of its configurations. The device according to the present invention and / or one of its configurations is preferably integrated into a steam circuit of the steam power plant. The storage time of the steam can be minutes to several hours, for example up to 15 hours.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Druckbehälter als Rohrbündelwärmetauscher ausgebildet.In an advantageous development of the invention, the pressure vessel is designed as a tube bundle heat exchanger.

Hierbei ist es besonders bevorzugt, wenn der Rohrbündelwärmetauscher eine Mehrzahl von Rohren umfasst, mittels welchen der Phasenwechselschlamm vom ersten Behälter über den Druckbehälter zum zweiten Behälter und/oder vom zweiten Behälter über den Druckbehälter zum ersten Behälter förderbar, insbesondere pumpbar, ist.It is particularly preferred here if the tube bundle heat exchanger comprises a plurality of tubes, by means of which the phase change sludge can be conveyed, in particular pumped, from the first container via the pressure container to the second container and / or from the second container via the pressure container to the first container.

Vorteilhafterweise sind dadurch der Druckbehälter und die zwei für den Phasenwechselschlamm vorgesehenen Behälter (erster und zweiter Behälter) bezüglich ihres Druckes entkoppelt. Dadurch können die für den Phasenwechselschlamm vorgesehenen Behälter kostengünstig bereitgestellt werden, da diese in Bezug auf den Umgebungsdruck als drucklose Behälter ausgebildet werden können.The pressure container and the two containers provided for the phase change sludge (first and second containers) are advantageously decoupled in terms of their pressure. As a result, the containers provided for the phase change sludge can be provided inexpensively, since they can be designed as pressureless containers with respect to the ambient pressure.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfassen/umfasst der erste Behälter und/oder der zweiter Behälter eine Rührvorrichtung.According to an advantageous embodiment of the invention, the first container and / or the second container comprise a stirring device.

Vorteilhafterweise kann durch die Rührvorrichtung sichergestellt werden, dass der Phasenwechselschlamm innerhalb des ersten und/oder zweiten Behälters nicht verklumpt. Die Rührvorrichtung ist jedoch, abhängig vom Phasenwechselschlamm, nicht zwingend erforderlich. Die Rührvorrichtung kann jedoch die Pumpbarkeit des Phasenwechselschlammes unterstützen oder verbessern. Hierbei kann ein Rühren oder ein Durchrühren des Phasenwechselschlammes innerhalb des ersten Behälters und/ oder zweiten Behälters während der Speicherung des Phasenwechselschlammes oder kurz vor einer Beladung oder kurz vor einer Entladung des Druckbehälters erfolgen. Eine Rührvorrichtung ist somit bei Phasenwechselschlämmen von Vorteil, die zu einer Verklumpung neigen, sodass diese auch bei längeren Speicherzeiten förderbar, insbesondere pumpbar, bleiben.The stirring device can advantageously ensure that the phase change sludge does not clump within the first and / or second container. However, depending on the phase change sludge, the stirring device is not absolutely necessary. However, the stirring device can support or improve the pumpability of the phase change sludge. The phase change sludge can be stirred or stirred within the first container and / or second container during the storage of the phase change sludge or shortly before loading or shortly before the pressure container is unloaded. A stirring device is therefore advantageous in the case of phase change sludges which tend to clump so that they remain pumpable, in particular pumpable, even with longer storage times.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Druckbehälter als Ruthsspeicher ausgebildet.In an advantageous development of the invention, the pressure vessel is designed as a Ruth storage.

Mit anderen Worten bildet der Druckbehälter einen Dampfspeicher aus, mittels welchem der Dampf in kondensierter Form gespeichert wird. Hierbei ist der Ruthsspeicher und somit der Druckbehälter größtenteils, beispielsweise bis zu 90 Prozent mit kondensierten Dampf, beispielsweise Wasser oder Siedewasser, befüllt. Das restliche verbleibende Volumen des Druckbehälters ist weiterhin mit Dampf, insbesondere Wasserdampf, annähernd gleicher Temperatur gefüllt.In other words, the pressure vessel forms a steam store, by means of which the steam is stored in a condensed form. Here, the Ruth reservoir and thus the pressure vessel is largely, for example up to 90 percent, filled with condensed steam, for example water or boiling water. The remaining volume of the pressure vessel is still filled with steam, in particular water vapor, of approximately the same temperature.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Druckbehälter eine Länge von wenigstens 5 Metern und höchstens 15 Meter auf.According to an advantageous embodiment of the invention, the pressure vessel has a length of at least 5 meters and at most 15 meters.

Mit anderen Worten ist der Druckbehälter für industrielle Anlagen vorgesehen, wobei eine Länge von höchstens 15 Meter deshalb von Vorteil ist, da dann der Druckbehälter transportierbar ist.In other words, the pressure vessel is intended for industrial plants, with a maximum length of 15 meters is therefore advantageous because the pressure vessel can then be transported.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Phasenwechselschlamm Kaliumnitrat oder Lithiumnitrat.In a particularly preferred embodiment of the invention, the phase change sludge comprises potassium nitrate or lithium nitrate.

Dadurch wird als Phasenwechselschlamm ein Stoffgemisch mit Kaliumnitrat oder Lithiumnitrat verwendet. Mit anderen Worten umfasst das Phasenwechselmaterial des Phasenwechselschlammes bevorzugt Kaliumnitrat oder Lithiumnitrat. Kaliumnitrat weist einen Schmelzpunkt von etwa 334 Grad Celsius auf. Weiterhin kann der Phasenwechselschlamm bevorzugt ein Öl als Trägerflüssigkeit, insbesondere ein Thermoöl, umfassen. Besonders bevorzugt ist ein Stoffgemisch mit Kaliumnitrat und einem Öl oder ein Stoffgemisch mit Lithiumnitrat und einem Öl. Das Öl ist hierbei insbesondere ein Thermoöl.As a result, a mixture of substances with potassium nitrate or lithium nitrate is used as the phase change sludge. In other words, the phase change material of the phase change sludge preferably comprises potassium nitrate or lithium nitrate. Potassium nitrate has a melting point of around 334 degrees Celsius. Furthermore, the phase change sludge can preferably comprise an oil as a carrier liquid, in particular a thermal oil. A mixture of substances with potassium nitrate and an oil or a mixture of substances with lithium nitrate and an oil is particularly preferred. The oil is in particular a thermal oil.

Bevorzugt umfasst der Phasenwechselschlamm ein mikroverkapseltes Phasenwechselmaterial, insbesondere mikroverkapselte Paraffine. Weiterhin umfasst der Phasenwechselschlamm bevorzugt Wasser.The phase change sludge preferably comprises a microencapsulated phase change material, in particular microencapsulated paraffins. Furthermore, the phase change sludge preferably comprises water.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird Dampf aus einer kalten Zwischenüberhitzung eines Kraftwerkes, insbesondere eines Dampfkraftwerkes, in den Druckbehälter eingeleitet.According to an advantageous embodiment of the invention, steam is introduced into the pressure vessel from a cold reheat of a power plant, in particular a steam power plant.

Dadurch kann vorteilhafterweise der Dampf bereits vor dem Anfahren einer Turbine des Kraftwerkes und ebenfalls während eines Betriebes der Turbine sicher entnommen werden und mittels des Druckspeichers gespeichert werden.As a result, the steam can advantageously be safely removed even before the turbine of the power plant starts up and also during operation of the turbine and can be stored by means of the pressure accumulator.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigt die einzige Figur schematisiert eine Vorrichtung gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung.Further advantages, features and details of the invention result from the exemplary embodiments described below and from the drawing. The single figure shows schematically a device according to an embodiment of the present invention.

Die Figur zeigt eine Vorrichtung 1 gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 1 ist zur Speicherung eines Dampfes, insbesondere Wasserdampf, vorgesehen.The figure shows a device 1 according to an embodiment of the present invention. The device 1 is provided for storing a vapor, in particular water vapor.

Hierbei umfasst die Vorrichtung 1 einen ersten Behälter 2 und einen zweiten Behälter 4. Weiterhin umfasst die Vorrichtung 1 einen Druckbehälter 3.Here, the device 1 comprises a first container 2 and a second container 4. Furthermore, the device 1 comprises a pressure container 3.

Die Vorrichtung 1 kann schematisch in Kapazitätskomponenten 101 und Leistungskomponenten 102 eingeteilt werden. Hierbei umfassen die Kapazitätskomponenten 101 wenigstens den ersten und zweiten Behälter 2, 4 und die Leistungskomponenten 102 wenigstens den Druckbehälter 2.The device 1 can be divided schematically into capacity components 101 and power components 102. Here, the capacity components 101 comprise at least the first and second containers 2, 4 and the power components 102 comprise at least the pressure container 2.

Die Behälter 2, 4 sind wenigstens zur Aufnahme eines Phasenwechselschlammes 42 vorgesehen oder ausgebildet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel umfassen die Behälter 2, 4 den Phasenwechselschlamm 42.The containers 2, 4 are provided or designed at least for receiving a phase change sludge 42. In the exemplary embodiment shown, the containers 2, 4 comprise the phase change sludge 42.

Weiterhin umfasst der Druckbehälter 3 eine Zuleitung 31 für ein Zuleiten des Dampfes und eine Ableitung 32 für ein Ausleiten oder Bereitstellen des Dampfes. Mit anderen Worten wird der Druckbehälter 3 mittels der Zuleitung 31 mit Dampf wenigstens teilweise beladen und mittels der Ableitung 32 wenigstens teilweise entladen.Furthermore, the pressure vessel 3 comprises a supply line 31 for supplying the steam and a discharge line 32 for discharging or providing the steam. In other words, the pressure vessel 3 is at least partially loaded with steam by means of the feed line 31 and at least partially discharged by means of the drain line 32.

Zur Verteilung des zugeleiteten Dampfes innerhalb des Druckbehälters 3 weist der Druckbehälter 3 eine Verteilervorrichtung 8 auf.To distribute the supplied steam within the pressure vessel 3, the pressure vessel 3 has a distributor device 8.

Der erste Behälter 2, der zweite Behälter 4 und der Druckbehälter 3 sind mittels eines Rohrleitungssystems 6 thermisch gekoppelt. Hierbei erstrecken sich Rohre 61 des Rohrleitungssystems 6 innerhalb beziehungsweise durch den Druckbehälter 3. Das Rohrleitungssystem 6 beziehungsweise die Rohre 61 ermöglichen eine Wärmeübertragung und somit einen thermischen Kontakt zwischen dem innerhalb des Druckspeichers 3 vorliegenden Dampf und/oder kondensierten Dampf und dem Phasenwechselschlamm 42. Hierzu ist der Phasenwechselschlamm 42 mittels oder über des Rohrleitungssystems 6 zwischen den Behältern 2, 4 hin und her förderbar, insbesondere pumpbar. Hierzu kann wenigstens eine Pumpe vorgesehen sein.The first container 2, the second container 4 and the pressure container 3 are thermally coupled by means of a piping system 6. Here, pipes 61 of the piping system 6 extend inside or through the pressure vessel 3. The piping system 6 or the pipes 61 enable heat transfer and thus thermal contact between the one inside the pressure accumulator 3 Steam and / or condensed steam and the phase change sludge 42. For this purpose, the phase change sludge 42 can be conveyed back and forth, in particular pumped, between the containers 2, 4 by means of or via the piping system 6. For this purpose, at least one pump can be provided.

Bezüglich des Betriebes der Vorrichtung 1 kann zwischen einem Beladen und einem Entladen des Druckspeichers 3 unterschieden werden. Wird die gesamte Vorrichtung 1 als Dampfspeicher aufgefasst, so kann bezüglich des Betriebes für die Vorrichtung 1 ein Beladen (Speicherung von Dampf) und Entladen (Bereitstellung oder Erzeugung von Dampf) unterschieden werden.With regard to the operation of the device 1, a distinction can be made between loading and unloading the pressure accumulator 3. If the entire device 1 is understood as a steam store, a distinction can be made with regard to the operation of the device 1 from loading (storing steam) and unloading (providing or generating steam).

Beim Beladen des Druckspeichers 3 wird der Dampf über die Zuleitung 31 dem Druckspeicher 3 zugeführt. Insbesondere wird der zugeführte Dampf mittels der Verteilervorrichtung 8 innerhalb des Druckbehälters 3 verteilt. Weiterhin wird der innerhalb des ersten Behälters 2 vorliegende Phasenwechselschlamm 42 durch die Rohre 61 des Rohrleitungssystems 6 zum zweiten Behälter 4 gefördert, insbesondere gepumpt. Der Phasenwechselschlamm ist hierbei förderbar, insbesondere pumpbar. Durch den thermischen Kontakt zwischen dem eingeleiteten Dampf und dem durch den Druckbehälter 3 gepumpten Phasenwechselschlamm 42 wird Wärme auf den Phasenwechselschlamm 42 übertragen (Wärmeübertragung) und latent durch das Phasenwechselmaterial des Phasenwechselschlammes 42 gespeichert. Durch die genannte Wärmeübertragung erfolgt eine wenigstens teilweise Kondensation des Dampfes innerhalb des Druckbehälters 3. Dadurch wird der Dampf in kondensierter Form, insbesondere als Wasser, mittels des Druckbehälters 3 gespeichert. Die Strömungsrichtung oder Pumprichtung des Phasenwechselschlammes 42 beim Beladen ist durch die Pfeile 421 gekennzeichnet.When loading the pressure accumulator 3, the steam is fed to the pressure accumulator 3 via the feed line 31. In particular, the steam supplied is distributed within the pressure vessel 3 by means of the distributor device 8. Furthermore, the phase change sludge 42 present within the first container 2 is conveyed through the pipes 61 of the piping system 6 to the second container 4, in particular pumped. The phase change sludge can be conveyed, in particular pumped. Due to the thermal contact between the introduced steam and the phase change sludge 42 pumped through the pressure vessel 3, heat is transferred to the phase change sludge 42 (heat transfer) and stored latently by the phase change material of the phase change sludge 42. The heat transfer causes an at least partial condensation of the steam inside the pressure container 3. The steam is thereby stored in condensed form, in particular as water, by means of the pressure container 3. The direction of flow or pumping direction of the phase change sludge 42 during loading is indicated by the arrows 421.

Der Phasenwechselschlamm 42 wird mittels des zweiten Behälters 4 gespeichert. Hierbei weist das Phasenwechselmaterial des Phasenwechselschlammes 42 größtenteils einen flüssigen Aggregatzustand auf. Eine thermische Isolierung (Wärmeisolierung) des zweiten Behälters 4 kann vorgesehen sein. Diese kann jedoch deutlich kleiner dimensioniert werden, da aufgrund des Schmelzvorganges des Phasenwechselmaterials die vom Dampf übertagende Wärme, latent, das heißt ohne eine signifikante Erhöhung der Temperatur des Phasenwechselschlammes 42 gespeichert wird.The phase change sludge 42 is stored by means of the second container 4. Here, the phase change material of the phase change sludge 42 is largely in a liquid state. Thermal insulation (thermal insulation) of the second container 4 can be provided. However, this can be dimensioned significantly smaller because, due to the melting process of the phase change material, the heat transmitted by the steam is stored latently, that is to say without a significant increase in the temperature of the phase change sludge 42.

Beim Entladen des Druckspeichers 3, das heißt bei einer Bereitstellung von Dampf, wird der Phasenwechselschlamm 42 vom zweiten Behälter 4 über die Rohre 61 des Rohrleitungssystems 6 zurück zum ersten Behälter 2 gefördert, insbesondere gepumpt. Durch den thermischen Kontakt des Phasenwechselschlammes 42 mit dem kondensierten Dampf, Verdampf der kondensierte Dampf und kann an der Ausleitung 32 des Druckbehälters 3 bereitgestellt werden. Aufgrund dieser Wärmeübertragung vom Phasenwechselschlamm 42 auf den im Druckbehälter 3 gespeicherten kondensierten Dampf, insbesondere Wasser, erfolgt ein Phasenübergang des Phasenwechselmaterials des Phasenwechselschlammes 42 von flüssig nach fest. Hierbei bleibt der Phasenwechselschlamm 42 auch in der festen Phase seines Phasenwechselmaterials förderbar, insbesondere pumpbar. Das Entladen beziehungsweise das Bereitstellen des Dampfes und die dazu vorgesehene Strömungsrichtung oder Pumprichtung des Phasenwechselschlammes 42 ist durch die Pfeile 422 gekennzeichnet.When the pressure accumulator 3 is unloaded, that is to say when steam is provided, the phase change sludge 42 is conveyed, in particular pumped, from the second container 4 via the pipes 61 of the piping system 6 back to the first container 2. Due to the thermal contact of the phase change sludge 42 with the condensed steam, the condensed steam evaporates and can be provided at the outlet 32 of the pressure vessel 3. Due to this heat transfer from the phase change sludge 42 to the condensed steam, in particular water, stored in the pressure vessel 3, the phase change material of the phase change sludge 42 changes from liquid to solid. Here, the phase change sludge 42 remains conveyable, in particular pumpable, even in the solid phase of its phase change material. The unloading or the provision of the steam and the flow direction or pump direction of the phase change sludge 42 provided for this purpose is indicated by the arrows 422.

Mit anderen Worten wird beim Beladen des Druckspeichers 3 der Phasenwechselschlamm 42 vom ersten Behälter 2 über den Druckspeicher 3 zum zweiten Behälter 4 gefördert, insbesondere gepumpt. Beim Bereitstellen des Dampfes wird der Phasenwechselschlamm 42 vom zweiten Behälter 4 über den Druckbehälter 3 zurück zum ersten Behälter 2 gefördert, insbesondere gepumpt. Durch das hin und her Fördern oder hin und her Pumpen des Phasenwechselschlammes 42 wischen den zwei Behältern 2, 4 über den Druckspeicher 3 wird vorteilhafterweise die Größe des Druckspeichers 3 von seiner Speicherleistung entkoppelt. Weiterhin kann vorteilhafterweise durch den zweiten Behälter 4 eine ausreichende Speicherzeit, beispielsweise im Bereich von Stunden für den Dampf ermöglicht werden. Dadurch können Dampfkraftwerke, die beispielsweise eine Vorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung und/oder einer ihrer Ausgestaltungen umfassen, bezüglich ihrer Flexibilität verbessert werden. Mit anderen Worten weist ein Dampfkraftwerk, das eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung und/oder einer ihrer Ausgestaltungen als Dampfspeicher umfasst, eine gesteigerte Flexibilisierung auf. Durch die Einbindung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung oder einer Vorrichtung gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung in den Dampfkreis eines Dampfkraftwerkes kann dieses flexibel und schnell in Bezug auf eine angeforderte Leistung reagieren.In other words, when the pressure accumulator 3 is loaded, the phase change sludge 42 is conveyed, in particular pumped, from the first container 2 via the pressure accumulator 3 to the second container 4. When the steam is provided, the phase change sludge 42 is conveyed, in particular pumped, from the second container 4 via the pressure container 3 back to the first container 2. By conveying the phase change sludge 42 back and forth or wiping the two containers 2, 4 over the pressure accumulator 3, the size of the pressure accumulator 3 is advantageously decoupled from its storage capacity. Furthermore, the second container 4 can advantageously provide a sufficient storage time, for example in the region of hours for the steam. As a result, steam power plants, which for example comprise a device 1 according to the present invention and / or one of its configurations, can be improved in terms of their flexibility. In other words, a steam power plant, which comprises a device according to the present invention and / or one of its configurations as a steam store, has increased flexibility. By integrating a device according to the invention or a device according to an embodiment of the present invention into the steam circuit of a steam power plant, this can react flexibly and quickly in relation to a requested output.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass die zwei Behälter 2, 4 und der Druckspeicher 3 aufgrund des Rohrleitungssystems 6 bezüglich ihres Druckes entkoppelt sind. Dadurch können kostengünstige, in Bezug auf den Umgebungsdruck drucklose Behälter 2, 4 für die ersten Behälter 2, 4 verwendet werden. Weiterhin erfolgt die Wärmeübertragung bei konstanter Temperatur, sodass Dampf mit festen und spezifischen Parametern stets gleichartig bereitgestellt werden kann. Dies ist insbesondere in Bezug auf die Stromerzeugung in Dampfkraftwerken von Vorteil.Another advantage of the present invention is that the two containers 2, 4 and the pressure accumulator 3 are decoupled in terms of their pressure due to the pipeline system 6. As a result, inexpensive containers 2, 4 which are unpressurized with respect to the ambient pressure can be used for the first containers 2, 4. Furthermore, the heat transfer takes place at a constant temperature, so that steam with fixed and specific parameters can always be provided in the same way. This is particularly advantageous with regard to the generation of electricity in steam power plants.

Alternativ zur vorliegenden Erfindung könnte anstatt eines Phasenwechselschlammes ein Flüssigsalz verwendet werden. Ergänzend kann der Phasenwechselschlamm ein Flüssigsalz umfassen. Weiterhin umfasst der Phasenwechselschlamm bevorzugt Kaliumnitrat, Lithiumnitrat und/oder ein Thermoöl.As an alternative to the present invention, a liquid salt could be used instead of a phase change slurry. In addition, the phase change sludge can comprise a liquid salt. Furthermore, the phase change sludge preferably comprises potassium nitrate, lithium nitrate and / or a thermal oil.

Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt oder andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.Although the invention has been illustrated and described in detail by the preferred exemplary embodiments, the invention is not restricted by the disclosed examples or other variations can be derived therefrom by a person skilled in the art without departing from the scope of protection of the invention.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Vorrichtungcontraption
22
erster Behälterfirst container
33
Druckbehälterpressure vessel
44
zweiter Behältersecond container
66
RohrleistungssystemTube power system
88th
Verteilerdistributor
3131
Pfeil - DampfeinleitungArrow - steam introduction
3232
Pfeil - DampfausleitungArrow - steam discharge
4242
PhasenwechselschlammPhase change mud
421421
Pfeil - BeladenArrow - loading
422422
Pfeil - EntladenArrow - unload
6161
Rohrpipe
101101
Kapazitätskomponentencapacitance components
102102
Leistungskomponentenpower components

Claims (15)

Vorrichtung (1) zur Speicherung eines Dampfes, umfassend einen Druckbehälter (3) zur Aufnahme des Dampfes sowie einen ersten und zweiten Behälter (2, 4), wobei der Druckbehälter (3) und die zwei Behälter (2, 4) über ein Rohrleitungssystem (6) im thermischen Kontakt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Behälter (2, 4) zur Aufnahme eines Phasenwechselschlammes (42) mit einer Schmelztemperatur oberhalb von 50 Grad Celsius ausgebildet sind, wobei der Phasenwechselschlamm (42) mittels des Rohrleitungssystems (6) vom ersten Behälter (2) über den Druckbehälter (3) zum zweiten Behälter (4) und/oder vom zweiten Behälter (4) über den Druckbehälter (3) zum ersten Behälter (2) förderbar ist.Device (1) for storing a steam, comprising a pressure container (3) for receiving the steam and a first and second container (2, 4), the pressure container (3) and the two containers (2, 4) being connected via a piping system ( 6) are in thermal contact, characterized in that the first and second containers (2, 4) are designed to hold a phase change sludge (42) with a melting temperature above 50 degrees Celsius, the phase change sludge (42) using the piping system (6 ) from the first container (2) via the pressure container (3) to the second container (4) and / or from the second container (4) via the pressure container (3) to the first container (2). Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) wenigstens eine Pumpe umfasst, mittels welcher der Phasenwechselschlamm (42) vom ersten Behälter (2) über den Druckbehälter (3) zum zweiten Behälter (4) und/oder vom zweiten Behälter (4) über den Druckbehälter (3) zum ersten Behälter (2) pumpbar ist.Device (1) according to claim 1, characterized in that the device (1) comprises at least one pump, by means of which the phase change sludge (42) from the first tank (2) via the pressure tank (3) to the second tank (4) and / or from the second container (4) via the pressure container (3) to the first container (2). Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens der erste Behälter (2) den Phasenwechselschlamm (42) umfasst.Device (1) according to claim 1 or 2, characterized in that at least the first container (2) comprises the phase change sludge (42). Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Phasenwechselschlamm (42) eine Schmelztemperatur im Bereich von 130 Grad Celsius bis 170 Grad Celsius aufweist.Device (1) according to claim 3, characterized in that the phase change sludge (42) has a melting temperature in the range from 130 degrees Celsius to 170 degrees Celsius. Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Phasenwechselschlamm (42) eine Schmelztemperatur im Bereich von 240 Grad Celsius bis 260 Grad Celsius aufweist.Device (1) according to claim 3, characterized in that the phase change sludge (42) has a melting temperature in the range of 240 degrees Celsius to 260 degrees Celsius. Vorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbehälter (3) als Rohrbündelwärmetauscher ausgebildet ist.Device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the pressure vessel (3) is designed as a tube bundle heat exchanger. Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrbündelwärmetauscher eine Mehrzahl von Rohren (61) umfasst, mittels welchen der Phasenwechselschlamm (42) vom ersten Behälter (2) über den Druckbehälter (3) zum zweiten Behälter (4) und/oder vom zweiten Behälter (4) über den Druckbehälter (3) zum ersten Behälter (2) förderbar ist.Device (1) according to claim 6, characterized in that the tube bundle heat exchanger comprises a plurality of tubes (61), by means of which the phase change sludge (42) from the first container (2) via the pressure container (3) to the second container (4) and / or from the second container (4) via the pressure container (3) to the first container (2). Vorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Behälter (2) und/oder der zweite Behälter (2) eine Rührvorrichtung umfassen/umfasst.Device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the first container (2) and / or the second container (2) comprise / comprises a stirring device. Vorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbehälter (3) als Ruthsspeicher ausgebildet ist.Device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the pressure vessel (3) is designed as a Ruth memory. Vorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbehälter (3) eine Länge von wenigstens 5 Metern und höchstens 15 Meter aufweist.Device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the pressure vessel (3) has a length of at least 5 meters and at most 15 meters. Verfahren zur Speicherung oder Bereitstellungen eines Dampfes, bei dem für die Speicherung des Dampfes der Dampf in einen Druckbehälter (3) eingeleitet wird, und bei dem ein Phasenwechselschlamm (42) von einem ersten Behälter (2) über den Druckbehälter (3) zu einem zweiten Behälter (4) gefördert wird, wobei innerhalb des Druckbehälters (3) eine wenigstens teilweise Kondensation des Dampfes durch eine Wärmeübertragung vom Dampf auf den Phasenwechselschlamm (42) erfolgt.Method for storing or providing a steam, in which the steam is introduced into a pressure container (3) for storing the steam, and in which a phase change sludge (42) from a first container (2) via the pressure container (3) to a second Container (4) is conveyed, wherein at least partial condensation of the steam takes place within the pressure container (3) by heat transfer from the steam to the phase change sludge (42). Verfahren gemäß Anspruch 11, bei dem für die Bereitstellung des Dampfes der Phasenwechselschlamm (42) vom zweiten Behälter (4) über den Druckbehälter (3) zum ersten Behälter (2) gefördert wird, wobei innerhalb des Druckbehälters (3) eine wenigstens teilweise Verdampfung des vorher kondensierten Dampfes erfolgt.Method according to claim 11, in which the phase change sludge (42) is conveyed from the second container (4) via the pressure container (3) to the first container (2) for providing the steam, an at least partial evaporation of the previously condensed steam. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 oder 12, bei dem der Phasenwechselschlamm (42) innerhalb des ersten und/oder zweiten Behälters (2, 4) mittels einer Rührvorrichtung verrührt wird.Method according to one of claims 11 or 12, wherein the phase change sludge (42) within the first and / or second container (2, 4) is stirred by means of a stirring device. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13, bei dem als Phasenwechselschlamm ein Stoffgemisch mit Kaliumnitrat oder Lithiumnitrat verwendet wird.Method according to one of claims 11 to 13, in which a mixture of substances with potassium nitrate or lithium nitrate is used as the phase change sludge. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 14, bei dem der Dampf aus einer kalten Zwischenüberhitzung eines Kraftwerkes, insbesondere Dampfkraftwerkes, in den Druckbehälter (3) eingeleitet wird.Method according to one of Claims 10 to 14, in which the steam is introduced into the pressure vessel (3) from a cold reheat of a power plant, in particular a steam power plant.
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