EP4273447B1 - Dampferzeuger - Google Patents

Dampferzeuger Download PDF

Info

Publication number
EP4273447B1
EP4273447B1 EP22172048.5A EP22172048A EP4273447B1 EP 4273447 B1 EP4273447 B1 EP 4273447B1 EP 22172048 A EP22172048 A EP 22172048A EP 4273447 B1 EP4273447 B1 EP 4273447B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
flow channel
housing
heat exchange
steam generator
exchange element
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.)
Active
Application number
EP22172048.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP4273447A1 (de
EP4273447C0 (de
Inventor
Robert Duschl
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.)
RD Estate GmbH and Co KG
Original Assignee
RD Estate GmbH and Co KG
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 RD Estate GmbH and Co KG filed Critical RD Estate GmbH and Co KG
Priority to EP22172048.5A priority Critical patent/EP4273447B1/de
Priority to PCT/EP2023/061758 priority patent/WO2023213925A1/de
Publication of EP4273447A1 publication Critical patent/EP4273447A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP4273447B1 publication Critical patent/EP4273447B1/de
Publication of EP4273447C0 publication Critical patent/EP4273447C0/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/02—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers
    • F22B1/06—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being molten; Use of molten metal, e.g. zinc, as heat transfer medium
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/02—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers
    • F22B1/18—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being a hot gas, e.g. waste gas such as exhaust gas of internal-combustion engines
    • F22B1/1884—Hot gas heating tube boilers with one or more heating tubes

Definitions

  • the present invention relates to a steam generator for generating steam to generate energy, for example by means of a steam engine or a steam turbine.
  • the steam generator can be coupled, for example, to a biomass furnace, biogas plant or a pellet heater.
  • Steam generators are generally used to generate steam. These steam generators usually have a combustion chamber (the furnace) in which fuel is heated or burned to generate heat. Alternatively, the still hot exhaust gas from a biogas plant can be used to provide the required heat. This heat in the form of a heat transfer medium is passed past a heat exchanger, for example, in order to evaporate water flowing in the heat exchanger. The steam generated in this way can then be used to generate energy, for example in a steam engine.
  • EN 10 2010 046 804 A1 a shell and tube heat exchanger with a plurality of tube windings which extend from a common outlet space for a heat exchange medium and into a common outlet space, each pipe winding comprising an alternating sequence of pipe sections and pipe bends, and the pipe bends being designed as a deflection of 180° with respect to an associated bend axis and having the same bending radii.
  • This tube bundle heat exchanger is characterized in that along each pipe winding the bend axes of pipe bends that are connected to the same pipe section are at an angle to one another and the bend axes of pipe bends between which a pipe section, a pipe bend and another pipe section are arranged in immediate succession run parallel.
  • the efficiency depends heavily on the distance between the tube bundle heat exchanger and the housing and heavily on the type of flow of the heat exchange fluid in the tube bundles to the heat energy generated by the fuel. This means that wall losses, which are generated by flowing past between the tube bundle heat exchanger and a surrounding housing without flowing through the heat exchanger, cannot be prevented in such a design.
  • the heat exchange efficiency is therefore not optimal.
  • the DE 20 2007 017 403 U1 discloses a tube bundle heat exchanger, in particular for the heat exchange of heating gas to heating water or drinking water, wherein the tube bundle heat exchanger has a water chamber through which a heating water flow or drinking water flow can flow and a heating gas chamber through which a heating gas flow can flow.
  • the heating gas pipes forming the heating gas are arranged parallel or serial flow.
  • US 2012/067551 A1 an arrangement with which solar energy, which is collected by parabolic mirrors in a solar park with solar panels, can be stored in such a salt bath. At a later time, for example at night, the energy stored in the salt bath can then be used to generate electricity in phases without sunlight, thus ensuring constant power generation.
  • Such decomposed salt can attack the metal of the remaining steam generator and cause leaks.
  • the steam generator has a housing and a flow channel through which a heat exchange fluid can flow from an inlet of the flow channel to an outlet of the flow channel.
  • At least one section of the flow channel is arranged in the housing. This can be arranged as the first heat exchange element in the housing. In other words, the flow channel can be flowed through as the first heat exchange element from an inlet of the housing to an outlet of the housing in a first flow direction.
  • the steam generator also has a second heat exchange element arranged in the housing. Water can flow through this to generate steam.
  • a heat transfer medium is arranged in the housing.
  • the housing is filled with a heat transfer medium.
  • the heat transfer medium is provided to transfer heat from a heat exchange fluid flowing through the flow channel to the water flowing through the second heat exchange element. Steam can thus be generated.
  • the heat transfer medium is a salt bath.
  • the cross-section of the flow channel is larger at the inlet of the flow channel than at the outlet of the flow channel.
  • cross section of the flow channel is to be understood as the internal dimension of the flow channel. If the flow channel is designed as a cylindrical tube, the “cross section of the flow channel” is to be understood as the inner diameter of the pipe. In other words, the “cross section of the flow channel” is to be understood as the effective flow cross section of the flow channel.
  • the heat exchange fluid can be flue gas.
  • the heat exchange fluid can be waste heat from a biomass furnace, biogas plant or pellet heating system, which can flow through the flow channel or the first heat exchange element and thus through the steam generator.
  • Such a steam generator is able to exchange heat as homogeneously as possible due to the heat transfer medium, while local overheating can be prevented.
  • pressures between 50 and 800 bar preferably 30 to 500 bar, particularly preferably 30 to 180 bar, but also lower pressures between 4 and 10 bar steam pressure can be generated.
  • a complex arrangement with an additional dam storage boiler to achieve low pressure losses is also unnecessary in such a design. This makes it possible to create not only a particularly flexible but also cost-effective device for generating steam.
  • the salt is crystalline in its resting state and liquefied by heating with or via the first heat exchange element, through which the heat exchange fluid can flow, so that the molten salt is heated by the heat exchange fluid and thus the salt liquefies and absorbs energy.
  • the salt bath acts as a liquid salt, for example as a nitrate melt, and thus improves the heat transfer from the heat exchange fluid to the water.
  • the energy input into the salt can be made as large as possible at the beginning. This can prevent local overheating or decomposition of the salt.
  • the operational reliability of such a steam generator can also be further improved due to a larger cross-section at the inlet of the flow channel compared to the outlet of the flow channel, since the initial flow velocities, for example of flue gas as a heat transfer fluid, can be reduced.
  • the heat exchange fluid can, as mentioned above, for example a combustion gas from the combustion of a fuel, for example in the form of undried, low-quality biomass, in a combustion chamber of an already known moving grate furnace or the exhaust gas from a biogas plant. This makes it possible to generate electricity from residual materials. Depending on the heat exchange fluid, different temperature ranges can occur in the steam generator.
  • the heat exchange fluid also known as heating fluid
  • this is usually between 600°C and 1000°C, preferably 900°C.
  • the homogeneous heat transfer properties of the salt bath allow flue gas temperatures of over 1000°C, in particular 1300°C and more, to be "run” without endangering the safety of the steam generator. Furthermore, the claimed design enables homogeneous heat transfer or heat input into the water for steam generation to be achieved even with strongly fluctuating flue gas temperature peaks.
  • temperatures of 450°C to 500°C, preferably 470°C usually occur in the steam generator.
  • salts can be used that change from a crystalline to a liquid state, i.e. an operating state, at temperatures as low as 130°C - 150°C.
  • the flexibility of the steam generator is particularly advantageous and the generation of the desired steam pressure is particularly easy to control.
  • pressures of seven bar can be achieved (for example for the food industry) and shortly thereafter, by increasing the flow velocity, pressures of up to 800 bar can be generated without the need for other, additional or different resistant materials, configurations or designs.
  • steam generation is also independent of the heat source.
  • the heat exchange fluid can not only be present as flue gas from the combustion of biomass, but the heat exchange fluid can also be generated, for example, by the combustion of fossil fuels such as coal or natural gas. This heat exchange fluid can then flow through the first heat exchange element in the same way as flue gas.
  • the first heat exchange element can have a ceramic coating at least in a section at the inlet of the housing.
  • an area at the inlet of the first heat exchange element within the housing may have a have a ceramic layer.
  • Such a design is particularly valuable in terms of increasing efficiency in steam generation, as high-temperature flue gas flows of, for example, 1000°C can be used particularly effectively due to their radiant energy.
  • the ceramic insulation of the initial area of the first heat exchange element enables the thermal energy of the high-temperature flue gas to be transferred to the salt bath without running the risk of the salt bath decomposing.
  • the radiant energy of the high-temperature flue gas can thus be used particularly efficiently with a high level of operational reliability.
  • the ceramic coating can be formed from calcium aluminate.
  • At least a portion of the first heat exchange element at the outlet of the housing may not have a ceramic casing in order to be able to use the remaining residual heat of the heat exchange fluid after flowing through the housing through the first heat exchange element to generate steam.
  • the ceramic casing can be provided on the inside of the first heat exchange element. This reliably prevents overstressing of the first heat exchange element, i.e. the flow channel inside the housing, particularly in the area where the flow enters the housing. This undoubtedly increases operational safety and ensures the longevity and reliability of the steam generator.
  • ribs can be provided on the outside of the first heat exchange element, at least in the region of the ceramic casing, preferably over the entire extent of the first heat exchange element. Such ribs can extend into the interior of the housing.
  • the fins act like a finned heat exchanger and further increase the energy transfer from the heat exchange fluid (e.g. flue gas) to the salt bath.
  • the heat exchange fluid e.g. flue gas
  • the heat input into the salt bath can be adjusted as desired via the thickness of the ceramic coating as well as the size and spacing of the fins.
  • the ribs are preferably made of steel.
  • An additional ceramic layer can also be provided on the housing itself to further insulate the steam generator from the outside of the housing and to maximize the energy input from the flow channel to the salt bath and then to the water in the second heat exchange element. This minimizes potential heat loss and allows the process parameters to be set even more stably.
  • the housing is supported on a base.
  • a preheating section is provided in the flow channel. This preheating section is arranged in the base.
  • the steam generator is designed so that the heat exchange fluid first passes through the preheating section of the flow channel and then through the first Heat exchange element flows in the section of the flow channel arranged in the housing.
  • the heat exchange fluid can first flow through the preheating section, which is arranged in the base, before it enters the housing of the steam generator.
  • the cross-section of the flow channel is largest at the inlet of the flow channel, i.e. at the inlet of the preheating section, the flow velocity of the heat exchange fluid is simultaneously lowest, so that the salt bath can be effectively preheated from outside the housing without the lines of the flow channel in the area inside the housing, i.e. in the area of the first heat exchange element, being overstressed.
  • the base is preferably made of concrete.
  • the housing is preferably made of stainless steel.
  • the preheating section of the flow channel is formed from ceramic.
  • the preheating section of the flow channel is formed from calcium aluminate.
  • the preheating section can be divided into a first and a second half.
  • the first and second halves can be manufactured monolithically.
  • first half is to be understood as the side/half of the preheating section of the flow channel facing the housing and the “second half” as the half/side facing away from the housing.
  • the first and second halves of the preheating section are made of different ceramic materials.
  • the first half of the preheating section comprises silicon carbide. This means that an improved thermal conductivity of the first half of the preheating section is achieved with higher temperature resistance and the desired thermal conductivity is "set”. At the same time, the second half ensures improved insulation from the environment.
  • the ceramic design of the flow channel ensures that even at very high heat exchange fluid temperatures (for example above 800 °C), overloading of the flow channel is prevented, thus ensuring safe and reliable operation of the steam generator.
  • the ceramic properties ensure that the salt bath is preheated via the flow channel or via the preheating section of the flow channel in the base.
  • heating or "preheating section” is to be understood in such a way that a first heating of the salt bath takes place through the preheating section and a further heating then takes place in the section of the flow channel that flows through the housing.
  • the term "preheating" does not exclude the fact that the majority of the heat transfer from the heat exchange fluid to the salt bath already takes place in this preheating section of the flow channel.
  • the heat exchange fluid can enter the preheating section at 1300°C and transfer heat energy to the salt bath via the ceramic design and the housing.
  • the heat exchange fluid can then enter the housing itself at an exemplary temperature of around 600°C and leave it again with a residual heat temperature of around 500°C.
  • the salt bath can also reach approx. 500°C in continuous operation.
  • a preferred embodiment can provide a tube-water heat exchanger, preferably with helical windings, in order to be able to use the residual heat temperature of approximately 500°C even further. This allows the overall efficiency of the steam generator to be increased even further.
  • the preheating section of the flow channel can be a cast-in ceramic element in the base or a ceramic tube in the base.
  • the preheating section of the flow channel can be coated with a ceramic layer, particularly preferably a layer of calcium aluminate.
  • weld seams e.g. of the housing and/or the flow channel in the area of the housing, are often the most heavily stressed areas and the most critical points for leaks and corrosion.
  • a ceramic layer e.g. in the form of thermal barrier sleeves, can be provided in the area of the weld seams.
  • the flow channel or housing can be protected from excessive heat flow densities.
  • the wall thickness of the preheating section decreases along its extension direction.
  • the degree of transfer to the housing and the salt bath located therein can be increased along the extension direction of the preheating section. This ensures a higher degree of heat transfer and thus preheating of the salt bath with increasing extension.
  • the heat exchange fluid can ensure homogeneous heating and thus liquefaction of the salt bath due to the flow through the preheating section before the heat exchange fluid flows through the housing in the region of the first heat exchange element for further heat exchange.
  • the preheating section of the flow channel arranged in the base can contact the housing directly.
  • a silicon carbide sand layer can optionally be provided in the base between the housing and the preheating section of the flow channel.
  • Such a layer has particularly good thermal conduction and heat transfer properties.
  • silicon carbide sand can be filled into an intermediate membrane wall between the preheating section of the flow channel and the outside of the housing.
  • the preheating section is arranged on the underside of the housing and also on one side of the housing and that heat exchange fluid, e.g. flue gas, flows through this area.
  • the heat exchange fluid on the underside of the housing can thus serve as a type of "tub heater” and the intermediate membrane wall in a side area of the housing can regulate the heat coupling.
  • the silicon carbide sand can be used alone or, if heat transfer is to be reduced, mixed with quartz sand.
  • this achieves a cascade-like gradation of heat transfer from the ceramic of the preheating section to the silicon carbide sand layer, to the metal of the housing, to the salt bath and finally to the metal tubes of the second heat exchange element and thus to the water.
  • the cross-section of the flow channel in the preheating section is constant.
  • the cross-section of the preheating section is constant throughout the base and at the same time has the largest cross-section of the flow channel.
  • the preheating section has a constant and larger cross-section than the flow channel inside the housing, i.e. in the area where it acts as the first heat exchange element.
  • the cross-section of the flow channel is larger at an inlet of the portion of the flow channel arranged in the housing than at the outlet of the portion of the flow channel arranged in the housing.
  • the section of the flow channel which is arranged as the first heat exchange element in the housing has a larger cross-section at the inlet than at the outlet.
  • the cross-section can be reduced iteratively, i.e. in steps. However, it is also possible for the cross-section to decrease continuously along its extension direction.
  • the flow channel has several U-shaped pipe windings.
  • the flow channel can be "snaking" as much as possible from the inlet to the outlet, thus reaching the potential surface for heat transfer to the housing in the preheating section or directly to the salt bath in the area inside the housing.
  • the preheating section of the flow channel has at least one U-shaped pipe winding, so that the heat exchange fluid is guided from an inlet of the flow channel along the extension direction of the housing in the base, at the end of the housing a U-shaped changes direction and is then returned towards the inlet of the housing to continue flowing through the flow channel through the housing.
  • At least one U-shaped pipe winding is provided in the region of the flow channel which extends in the region of the housing.
  • the U-shaped tube windings are provided in the preheating section and/or the section of the flow channel which is arranged in the housing.
  • the steam generator has several flow channels.
  • These flow channels preferably run parallel to each other and can each be flowed through by the heat exchange fluid.
  • the heat transfer surface at the flow channel in the preheating section and in the housing can be further increased, thus enabling a homogeneous and uniform heat transfer to the salt bath and thus also to the water intended for steam generation in the second heat exchange element.
  • the salt bath preferably contains a nitrate salt.
  • the salt bath particularly preferably contains a potassium sodium nitrate.
  • the nitrate salt is not only particularly cost-effective, but can also be used to store energy at high temperatures of the heat transfer medium, for example in flue gas up to 900 °C, without chemical decomposition. This means that the steam generator can be designed to be as reliable and efficient as possible.
  • potassium sodium nitrate is also particularly temperature-stable and therefore suitable for efficient heat transfer and heat storage in the event of overheating.
  • a salt bath temperature of 350° to 565 °C can be present without posing a risk to the operational safety of the steam generator.
  • the heat transfer medium here the salt bath, covers at least the first heat exchange element and the second heat exchange element.
  • the salt bath ensures high heat transfer at a wide range of temperatures and also has a "high forgivability" with regard to temperature fluctuations and fluctuating energy contents.
  • the salt bath enables high heat homogeneity and can thus counteract the problems described above of the different steam temperatures and the variable energy content of the biomass used, for example.
  • the high initial cross-section of the flow channel ensures that the flow speeds are reduced at the beginning of the heat transfer, thus preventing heat hotspots, overheating or even decomposition of the salt bath.
  • the preheating section provided in the base ensures that the salt bath is preheated before the heat exchange fluid enters the housing, thus allowing heat to be transferred particularly efficiently to the water in the second heat exchange element to generate steam.
  • the width of the base is slightly enlarged in relation to the housing in order to better illustrate the flow channels contained in the base.
  • the silicon carbide layer described in more detail below is also shown at a distance from the flow channel and the housing.
  • the silicon carbide can also be filled into a cavity or recesses between the housing and the base, so that there is no distance to the silicon carbide layer.
  • Fig.1 shows a perspective view of a steam generator 1 according to an exemplary embodiment.
  • the steam generator 1 has a housing 2 and a base 20.
  • the base 20 is in Figure 1 shown opened by a section in order to better illustrate the flow path through the base 20 described in more detail below.
  • the Fig.1 The steam generator 1 shown comprises a housing 2 in which a flow channel and a second heat exchange element 4 are arranged.
  • a heat exchange fluid can flow through the first heat exchange element 3.
  • flue gas is used as an example of such a heat exchange fluid, which has been generated by biomass combustion.
  • Another example of such a heat exchange fluid would be the waste heat from a biogas plant.
  • the flue gas is led to the steam generator 1 via a funnel 13.
  • the housing 2 of the steam generator 1 has an inlet 6, to which the funnel 13 is connected, and an outlet 7. Accordingly, the flue gas can flow through the housing 2 from the inlet 6 to the outlet 7 through the flow channel.
  • This flow direction is referred to in the described embodiment as the "first flow direction 5". This means that the flue gas flows through the housing 2 along the first flow direction 5 from the inlet 6 to the Outlet 7 of housing 2.
  • a preheating section 21 of the flow channel 3 is also provided.
  • Figure 1 As can be seen, the flue gas first flows through this preheating section 21 of the flow channel before it reaches the inlet 6 of the housing 2.
  • the first heat exchange element 3 has a plurality of tubes 8, that is, a plurality of flow channels, which extend along the extension direction of the housing 2, that is, from the inlet 6 to the outlet 7 of the housing 2.
  • the housing 2 is designed in a "box-like" manner, i.e. it extends essentially along a depth direction of the housing 2 and has a rectangular cross-section.
  • the width and/or height as well as the depth of the housing 2 are not limiting for the steam generation and can be configured according to space requirements and/or desired designs.
  • the first flow direction 5 corresponds to the longitudinal extension of the housing 2.
  • the water in the second heat exchange element 4 is heated by the heat from the first heat exchange element 3 or the flue gas flowing therein and is thus changed from a liquid state to a vaporous state.
  • This steam can then be used, for example, to generate electricity.
  • the electricity can be used in a steam engine and/or a steam turbine, which is fed with the generated steam.
  • the second heat exchange element 4 is designed as a single tube, which extends with windings through the housing 2 of the steam generator 1.
  • second flow direction the flow direction of the water in the second heat exchange element 4.
  • the second heat exchange element 4 in the form of a tube has a plurality of tube windings 10.
  • These tube windings 10 are, as in Fig.1 recognizable, arranged in the housing 2 such that the second heat exchange element 4 extends essentially perpendicular to the first flow direction 5 from the inlet 6 of the housing 2 to the outlet 7 of the housing 2 and with U-shaped pipe winding sections achieves the greatest possible pipe length and thus pipe surface along its extension from the inlet 6 to the outlet 7 of the housing 2.
  • the illustration of the second heat exchange element 4 is omitted.
  • the tube of the second heat exchange element 4 has a plurality of tube sections which, in the embodiment shown, run vertically, so that the tube windings 10 connected to U-shaped tube winding sections extend substantially perpendicular to the first flow direction 5 from the inlet 6 to the outlet 7 of the housing 2.
  • first flow direction 5 and the second flow direction may run substantially parallel to one another.
  • each pipe 8 i.e. the respective flow channels of the steam generator through which flue gas flows
  • the flue gas can, for example, run from the inlet 6 of the housing (or, if provided, from the inlet of the preheating section 21 of the flow channel) initially along the first flow direction 5, then run through the U-shaped pipe winding in the opposite direction and thus flow back towards the inlet 6.
  • the flue gas first flows through a lower pocket 21a before it can flow back through a U-shaped pipe winding through a side pocket 21b. After the flue gas has flowed through the side pocket 21b of the preheating section 21, it flows into the plurality of pipes 8.
  • this also means that the U-shaped Pipe windings of the flow channel 3 in the preheating section 21 and/or the section of the flow channel which is arranged in the housing.
  • U-shaped tube windings are provided both in the preheating section 21 and in the section of the flow channel which is arranged in the housing 2.
  • Such a flow pattern is also indicated by the direction indications in the respective pipes 8 in Fig. 2 and the preheating section 21 in the base 20 in Fig.1 illustrated and is explained in more detail below.
  • the arrow in the preheating section 21 in the base 20 of the steam generator makes it clear and unambiguous that the incoming flue gas first flows through a lower part of the base 20 in the preheating section 21, that is, through the lower pocket 21a, for heat transfer to the housing 2, then has a U-shaped pipe winding, and then flows back laterally from the housing in a direction opposite to the first flow direction 5 through the lateral pocket 21b of the preheating section 21 for further heat transfer to the housing 2.
  • Fig.1 also illustrates that the second heat exchange element 4 with the U-shaped tube windings 10 extends between the tubes 8 and the housing 2.
  • the first flow direction 5 runs essentially along a horizontal direction, whereas the second flow direction runs essentially vertically.
  • the steam generator 1 it is also possible to arrange the steam generator 1 "upright" so that a first flow direction 5 runs in a vertical direction and the second flow direction in the Essentially runs in a horizontal direction. If space requirements so require, an inclined arrangement of the housing 2 is also conceivable.
  • the second heat exchange element 4 extends along several planes in a width direction, because the tube windings 10 of the second heat exchange element 4 extend substantially perpendicular to the first flow direction 5. Separately from this, however, it is also possible for the tube windings 10 of the second heat exchange element 4 to extend along a vertical direction in different planes in a height direction of the housing 2 between the tubes 8 of the first heat exchange element 3 or a mixture thereof within the housing 2 between the tubes 8 of the first heat exchange element 3.
  • a heat transfer medium is arranged in the housing 2 in order to transfer heat from the heat exchange fluid (here flue gas) flowing through the first heat exchange element 3 to the water flowing through the second heat exchange element 4 in order to generate steam.
  • the heat transfer medium is a salt bath which covers the first heat exchange element 3 and the second heat exchange element 4 in the housing 2.
  • this salt bath can be filled into the housing 2 via inlet nozzle 15.
  • the salt bath thus fills the gaps between the first heat exchange element 3 and the second heat exchange element 4 in the housing 2 and can completely fill it. Accordingly, this salt bath can serve as a heat transfer medium and energy storage device in order to increase the homogeneity of the energy transfer.
  • the salt bath may contain a nitrate salt, particularly a potassium sodium nitrate.
  • the flow channel within the housing can be in the Fig. 1 shown embodiment, i.e. the first heat exchange element 3, has a tapering cross-section within the housing 2. Accordingly, the cross-section at an inlet 6 of the flow channel is larger than at an outlet 7 of the flow channel.
  • This tapering of the cross section can be provided, for example, in the area of the U-shaped pipe windings of the flow channel. Alternatively, it is possible for the tapering to occur along the first flow direction 5.
  • a pipe 8 for seven bar steam, another pipe 8 for 16 bar steam and a third pipe 8 for high pressure steam (for example 500 bar) for engines and turbines can be provided with the same device. This is controlled by the flow velocity in the respective pipes 8 of the second heat exchange element 4.
  • the energy input into the salt bath at the inlet of the flow channel is kept at its highest and at the same time the flow velocity at the inlet of the flow channel is kept at its lowest.
  • a steam generator can be realized which can be operated permanently and safely at a maximum pressure of 0.1 bar on the molten salt.
  • a monitoring device (not shown) can be provided on the housing 2 for process monitoring.
  • such a monitoring device can be designed in the form of a tube provided on an upper side of the housing 2, which opens into a water bath.
  • the base 20 is made of concrete, preferably HT concrete.
  • FIG. 2 Analogous to the representation of Fig.1 , the cross-section in Fig. 2 along line AA from Figure 1 A heat exchange fluid flows through the flow channel shown from an inlet of the flow channel to an outlet of the flow channel and a section of the flow channel is arranged as a first heat exchange element 3 in the housing 2.
  • Fig. 2 a preheating section 21 of the flow channel which is arranged in the base 20 and can be divided into the lower pocket 21a and the side pocket 21b connected by a U-shaped pipe winding.
  • the flow channel has a section in the housing 2 in which it functions as a first heat exchange element 3 and a preheating section 21 arranged upstream thereof, which runs through the base 20.
  • the steam generator of the embodiment shown is designed such that the heat exchange fluid flows first through the preheating section 21 of the flow channel and then through the section of the flow channel arranged as the first heat exchange element 3 in the housing 2.
  • the flow channel in the region of the base 20 is formed from ceramic, in particular from calcium aluminate.
  • both the preheating section 21 and the section of the flow channel 3 which is arranged in the housing 2 have at least one U-shaped pipe winding, so that the heat exchange fluid entering at the inlet of the flow channel 3 can flow through the flow channel parallel to the direction of extension of the housing and can then flow in the opposite direction again in the direction of the inlet of the flow channel parallel thereto, in order to then be able to flow into the housing 2 of the steam generator through a further U-shaped pipe winding of the flow channel.
  • the flow is along the extension direction from the inlet of the flow channel along the housing, that is, along the first flow direction 5 of Fig.1 , by an "X” and the flow in the opposite direction by a dot (".") in Fig.2 illustrated.
  • the section of the flow channel which is arranged in the housing 2 and functions as the first heat exchange element 3 also has several U-shaped pipe windings so that the heat exchange fluid can be guided through the housing over as long an extension as possible.
  • the heat exchange fluid first through the preheating sections 21 of the two shown here, parallel flow channels from the inlet of the preheating section 21 along the housing 2 through the lower pocket 21a on the outside of the housing and flow back at the end of the housing 2 in the longitudinal direction through the side pocket 21b in the opposite flow direction.
  • the heat exchange fluid then passes through the section of the flow channel arranged in the housing 2 and serving as the first heat exchange element 3. Consequently, the heat of the heat exchange fluid in the preheating section 21 can initially be transferred to the housing 2 and thus to the salt bath contained therein. This prevents the section of the flow channel in the housing (first heat exchange element 3) from being overstressed.
  • Fig. 2 It can be seen that the cross section of the flow channel 3 is largest in the region of the preheating section 21. In other words, the cross section of the preheating section 21 is larger than the cross section of the flow channel 3 within the housing 2. Consequently, the heat input into the salt bath is greatest in the region of the preheating section 21 due to the reduced flow velocity and the salt bath can be preheated accordingly.
  • a silicon carbide sand layer 22 may be provided between the housing 3 and the preheating section 21.
  • the larger cross-section of the flow channel 3 in the region of the preheating section 21 enables the flow velocity at the beginning of the flow through the flow channel 3 to be kept as low as possible.
  • cross-section remains constant in the entire area of the preheating section 21 of the flow channel and is only reduced in the area of the first heat exchange element 3.
  • the wall thickness of the preheating section 21 is reduced along its direction of extension. In this way, initial overheating can be avoided and uniform heat transfer to the housing or the salt bath contained therein can be achieved over the extension of the preheating section 21.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Description

    TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Dampferzeuger zur Erzeugung von Dampf zur Energiegewinnung beispielsweise mittels eines Dampfmotors oder einer Dampfturbine. Dafür ist der Dampferzeuger zum Beispiel an eine Biomassefeuerung, Biogasanlage oder einen Pelletsheizer koppelbar.
    • HINTERGRUND
  • Zum Erzeugen von Wasserdampf werden im Allgemeinen Dampferzeuger verwendet. Diese Dampferzeuger weisen meist eine Brennkammer (die Feuerung), in der Brennmaterial erhitzt bzw. verbrannt wird, um Wärme zu erzeugen, auf. Alternativ kann auch das noch heiße Abgas einer Biogasanlage genutzt werden, um die erforderliche Wärme bereitzustellen. Diese Wärme in Form eines Wärmetransfermediums wird zum Beispiel an einem Wärmetauscher vorbeigeführt, um so in dem Wärmetauscher strömendes Wasser zu verdampfen. Der dadurch erzeugte Wasserdampf kann dann zur Energiegewinnung genutzt werden, zum Beispiel in einem Dampfmotor.
  • Zur effizienten Dampf- und Energieerzeugung sind hohe Drücke und damit verbunden auch hohe Temperaturen erforderlich. Dies führt zur thermischen Ausdehnung des Wärmetauschers und zu Spannungen im Material des Wärmetauschers.
  • Im Stand der Technik geht beispielsweise aus der DE 10 2010 046 804 A1 ein Rohrbündel-Wärmetauscher mit einer Vielzahl von Rohrwicklungen, die von einem gemeinsamen Auslassraum für ein Wärmetauschmedium ausgehen und in einen gemeinsamen Auslassraum münden, wobei jede Rohrwicklung eine alternierende Abfolge von Rohrstücken und Rohrbögen umfasst und wobei die Rohrbögen als Umlenkung um 180° bezüglich einer zugeordneten Bogenachse ausgebildet sind und gleiche Biegeradien aufweisen, hervor. Dieser Rohrbündel-Wärmetauscher ist dadurch gekennzeichnet, dass entlang jeder Rohrwicklung die Bogenachsen von Rohrbögen, die an dasselbe Rohrstück angeschlossen sind, in Winkelstellung zueinander stehen und die Bogenachsen von Rohrbögen zwischen denen in unmittelbarer Abfolge ein Rohrstück, ein Rohrbogen und ein weiteres Rohrstück angeordnet sind, parallel verlaufen.
  • Dokument US5307802 A offenbart einen Dampferzeuger aus dem Stand der Technik.
  • Jedoch hängt die Effizienz hierbei stark vom Abstand des Rohrbündel-Wärmetauschers zum Gehäuse und stark von der Strömungsart des Wärmetauschfluids in den Rohrbündeln zu der durch Brennmaterial erzeugten Wärmenergie ab. Das heißt, dass Wandverluste, die durch ein Vorbeiströmen zwischen dem Rohrbündel-Wärmetauscher und einem umgebenden Gehäuse erzeugt werden, ohne dass der Wärmetauscher durchströmt wird, in einer solchen Ausgestaltung nicht verhindert werden können. Somit ist die Wärmetauscheffizienz nicht optimal.
  • Des Weiteren ist es gemäß einer solchen Ausgestaltung nicht möglich, Spannungen in den Rohrbündeln durch eine thermische Ausdehnung, die durch die hohen Temperaturen des Wärmetauschfluids erzeugt wird, auszugleichen.
  • Auch die DE 20 2007 017 403 U1 offenbart einen Rohrbündel-Wärmetauscher, insbesondere für den Wärmeaustauch von Heizgas auf Heizungswasser oder Trinkwasser, wobei der Rohrbündel-Wärmetauscher einen von einem Heizungswasserstrom oder Trinkwasserstrom durchströmbaren Wasserraum und einen von einem Heizgasstrom durchströmbaren Heizgasraum aufweist. Hierbei sind die das Heizgas bildenden Heizgasrohre parallel oder seriell durchströmbar.
  • Hierbei treten die oben beschriebenen Probleme ebenfalls auf und außerdem ist die Effizienz des Wärmeaustauschs niedrig, da dieser im Gleichstrom betrieben wird.
  • Darüber hinaus ist es bei der Dampferzeugung mit Biomasse in bisher bekannten Dampferzeugern besonders kritisch, einen undefinierten und gegebenenfalls schwankenden Energiegehalt der Brennmasse (im Gegensatz zu, beispielsweise, Kohle) und damit die schwankenden Dampfparameter bei der Dampferzeugung auszugleichen. Kann der schwankende Energiegehalt nicht ausreichend ausgeglichen werden, kommt es zu einer Schwankung der Dampftemperatur, was - beispielsweise bei der Verwendung von Dampfturbinen - zur Beeinträchtigung oder gar Beschädigung dieser Dampfturbinen führen kann.
  • Bisher bekannte Ausgestaltungen verwenden aufgrund dessen einen zusätzlichen Dampfspeicherkessel, um so geringe Druckverluste zu realisieren und der Schwankung entgegenzuwirken.
  • Eine solche Ausgestaltung ist jedoch bei Hochdrücken zum Beispiel über 250 bar, nicht mehr anwendbar, da ein hohes Risiko der Zerstörung, zum Beispiel in Form einer Explosion, gegeben ist.
  • Somit besteht bisheriger Bedarf an einer Lösung für einen Dampferzeuger beim Einsatz mit Biomasse und Hochdrücken, welcher nicht nur Hochdruck-resistent, sondern auch einfach und kostengünstig realisierbar ist.
  • Losgelöst davon ist bisher die Eigenschaft eines Salzbades als Energiespeicher über einen längeren Zeitraum nur in fremden technischen Gebieten bekannt.
  • So offenbart zum Beispiel US 2012/067551 A1 eine Anordnung, mit welcher in einem Solarpark mit Solarpanelen Sonnenenergie, welche durch Parabolspiegel gesammelt wird, in einem solchen Salzbad gespeichert werden kann. Zu einem späteren Zeitpunkt, zum Beispiel in der Nacht, kann dann die im Salzbad gespeicherte Energie verwendet werden, um Strom in sonneneinstrahlungslosen Phasen zu erzeugen, um somit eine konstante Stromerzeugung sicherzustellen.
  • Selbst wenn man Salzbäder als ein zwischengeschaltetes Wärmetransfermedium in einem (Hochdruck-)Dampferzeuger verwenden würde, kann es zu Stabilitätsproblemen in der Wärmeübertragung kommen.
  • Diese sind vor allem auf lokale Hotspots im Salzbad, zum Beispiel an Ecken oder bei Strömungsabrissen, zurückzuführen.
  • Dies ist besonders nachteilig, da dadurch ein dauerhaftes Glühen von Metallkomponenten eines solchen Dampferzeugers aufgrund einer Überhitzung sowie eine Zersetzung des Salzes hervorgerufen werden kann.
  • Ein solches zersetztes Salz kann das Metall des verbleibenden Dampferzeugers angreifen und zu Leckagen führen.
    • DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine effiziente Vorrichtung zur Dampferzeugung (einen Dampferzeuger) vorzusehen, bei der mit einer einfachen Ausgestaltung und sogar bei schwankendem Energiegehalt der Brennmasse, ein zuverlässiger Betrieb gewährleistet und ein hoher Wirkungskraft erzielt werden kann, sowie die obigen Nachteile vermindert oder sogar verhindert werden können.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen finden sich in den weiteren Ansprüchen der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen.
  • Gemäß einem Aspekt weist der Dampferzeuger ein Gehäuse sowie ein Strömungskanal, der von einem Einlass des Strömungskanals zu einem Auslass des Strömungskanals von einem Wärmetauschfluid durchströmbar ist, auf.
  • Mindestens ein Abschnitt des Strömungskanals ist in dem Gehäuse angeordnet. Dieser kann als erstes Wärmetauschelement in dem Gehäuse angeordnet sein. Mit anderen Worten, der Strömungskanal ist also als erstes Wärmetauschelement von einem Einlass des Gehäuses zu einem Auslass des Gehäuses in einer ersten Strömungsrichtung durchströmbar.
  • Der Dampferzeuger weist ferner ein in dem Gehäuse angeordnetes zweite Wärmetauschelement auf. Dieses ist zur Dampferzeugung von Wasser durchströmbar.
  • Darüber hinaus ist ein Wärmetransfermedium in dem Gehäuse angeordnet.
  • Mit anderen Worten, das Gehäuse ist mit einem Wärmetransfermedium befüllt. Das Wärmetransfermedium ist vorgesehen, um Wärme von einem durch den Strömungskanal strömenden Wärmetauschfluid auf das durch das zweite Wärmetauschelement strömende Wasser zu übertragen. Somit kann Dampf erzeugt werden.
  • Bei dem Wärmetransfermedium handelt es sich um ein Salzbad.
  • Des Weiteren ist der Querschnitt des Strömungskanals an dem Einlass des Strömungskanals größer als an dem Auslass des Strömungskanals.
  • Der "Querschnitt des Strömungskanals" ist hierbei als Innenmaß des Strömungskanals zu verstehen. Ist der Strömungskanal als zylindrisches Rohr ausgestaltet, ist somit der "Querschnitt des Strömungskanals" entsprechend als Innendurchmesser des Rohrs zu verstehen. Mit anderen Worten, der "Querschnitt des Strömungskanals" ist als effektiver Strömungsquerschnitt des Strömungskanal zu verstehen.
  • Bei dem Wärmetauschfluid kann es sich um Rauchgas handeln. Darüber hinaus kann das Wärmetauschfluid, eine aus einer Biomassefeuerung, Biogasanlage oder einer Pelletsheizung stammenden Abwärme sein, welche durch den Strömungskanal bzw. das erste Wärmetauschelement und damit durch den Dampferzeuger strömen kann.
  • Ein solcher Dampferzeuger ist in der Lage aufgrund des Wärmetransfermediums möglichst homogen Wärme auszutauschen, während lokale Überhitzungen verhindert werden können.
  • In der vorliegenden Wärmetauschanordnung des Dampferzeugers können Drücke zwischen 50 und 800 bar, bevorzugt 30 bis 500 bar, besonders bevorzugt 30 bis 180 bar, aber auch geringere Drücke zwischen 4 und 10 bar Dampfdruck erzeugt werden.
  • Das heißt, eine solche Anordnung ist aufgrund des wärmeübertragenden Salzbades besonders flexibel einsetzbar und es können sowohl niedrige Drücke im Bereich von beispielsweise sieben bar für die Lebensmittelproduktion, als auch Hochdruck-Dampfströme im Bereich von 500 bis 800 bar erzeugt werden, ohne dass dabei der schwankende Energiegehalt der Biomasse kritisch für die Vorrichtung selbst wäre.
  • Auch eine komplexe Anordnung mit einem zusätzlichen Dammspeicherkessel, um geringe Druckverluste zu realisieren, ist in einer solchen Ausgestaltung unnötig. Somit kann nicht nur eine besonders flexible, sondern auch kostengünstige Vorrichtung zur Dampferzeugung realisiert werden.
  • Zudem ist eine Zerstörung oder Explosion zuverlässig vermeidbar, da im Ruhezustand das Salz kristallin ist und durch die Erwärmung mit bzw. über das erste Wärmetauschelement, das von dem Wärmetauschfluid durchströmbar ist, verflüssigt, sodass die Salzschmelze durch das Wärmetauschfluid erwärmt wird und sich somit das Salz verflüssigt und Energie aufnimmt.
  • Das heißt, das Salzbad agiert als flüssiges Salz, beispielsweise als Nitratschmelze, und verbessert somit die Wärmeübertragung vom Wärmetauschfluid zum Wasser.
  • Gleichzeitig kann durch die Veränderung des Querschnitts zwischen Einlass und Auslass des Strömungskanals, der Energieeintrag in das Salz zu Beginn möglichst groß ausgelegt werden. Dadurch können lokale Überhitzungen bzw. Zersetzungen des Salzes verhindert werden.
  • Gemäß einer solchen Ausgestaltung, kann also nicht nur ein besonders flexibles System realisiert werden, welches bei verschiedensten Drücken bis zu 800 bar Dampfdruck erzeugen kann, sondern auch ein besonders betriebssicherer und langlebiger Dampferzeuger erreicht werden.
  • Auch die Betriebssicherheit eines solchen Dampferzeugers kann aufgrund eines größeren Querschnitts am Einlass des Strömungskanals im Vergleich zum Auslass des Strömungskanals weitere verbessert werden, da die anfänglichen Strömungsgeschwindigkeiten, zum Beispiel von Rauchgas als Wärmetransferfluid, herabgesetzt werden können.
  • Somit herrschen beim Eintritt in den Strömungskanal geringere Strömungsgeschwindigkeiten aufgrund des größeren Querschnitts im Strömungskanal. Dies wiederum ermöglicht, dass eine Überhitzung des Salzes und eine potenzielle Zersetzung des Salzbades verhindert werden kann.
  • Das Wärmetauschfluid kann, wie eingangs erwähnt, zum Beispiel ein Verbrennungsgas aus der Verbrennung eines Brennmaterials, beispielsweise in Form von ungetrockneter, minderwertiger Biomasse, in einer Brennkammer einer bereits bekannten Vorschubrostfeuerung oder das Abgas einer Biogasanlage sein. Dadurch kann Strom aus Reststoffen erzeugt werden. Abhängig vom Wärmetauschfluid können verschiedene Temperaturbereiche im Dampferzeuger auftreten.
  • Abhängig vom Wärmetauschfluid können verschiedene Temperaturbereiche im Dampferzeuger auftreten. Wird im Dampferzeuger das Wärmetauschfluid, auch als Heizfluid benennbar, durch Pelletverbrennung erzeugt, hat dies üblicherweise zwischen 600°C und 1000°C, bevorzugt 900°C.
  • Losgelöst davon ermöglichen die homogenen Wärmeübertragungseigenschaften des Salzbades, dass auch Rauchgastemperaturen von über 1000°C, insbesondere 1300°C und mehr "gefahren" werden können, ohne dabei die Sicherheit des Dampferzeugers zu gefährden. Ferner ermöglicht die beanspruchte Ausgestaltung, dass selbst bei stark schwankenden Rauchgastemperaturspitzen ein homogener Wärmeübergang bzw. Wärmeeintrag in das Wasser zur Dampferzeugung erzielt werden kann.
  • Wird Abgas einer Biogasanlage als Wärmetauschfluid verwendet, treten im Dampferzeuger üblicherweise Temperaturen von 450°C bis 500°C, bevorzugt 470°C auf. Zudem können Salze verwendet werden, die bereits ab 130°C - 150°C von einem kristallinen in einen flüssigen Aggregatszustand, das heißt einem Betriebszustand übergehen.
  • Hierbei gestaltet sich die Flexibilität des Dampferzeugers als besonders vorteilhaft und die Erzeugung des gewünschten Dampfdrucks als besonders einfach steuerbar.
  • Durch die hohen Energiespeicherfähigkeiten des verwendeten Salzbades, ist es möglich, dass der zu erzeugende Druck lediglich über die Strömungsgeschwindigkeit durch Steigerung des Durchflusses des durch das zweite Wärmetauschelement strömende Wasser zu regulieren. Dies kann über eine einfache Pumpe erfolgen.
  • Beispielsweise können, bei Bedarf, Drücke von sieben bar (beispielsweise für die Lebensmittelindustrie) gefahren werden und kurz darauf, durch eine Steigerung der Strömungsgeschwindigkeit, Drücke von bis zu 800 bar erzeugt werden, ohne dass dabei andere, zusätzliche oder verschiedene resistente Materialen, Konfigurationen oder Ausgestaltungen vorgesehen werden müssen.
  • Somit kann mit nur einer kompakten Vorrichtung und einem Gehäuse eine besonders flexible und multiple anwendbare Vorrichtung zur Dampferzeugung vorgesehen werden.
  • Die Dampferzeugung ist im vorliegenden Fall außerdem unabhängig von der Wärmequelle. Somit kann das Wärmetauschfluid nicht nur durch die Verbrennung von Biomasse als Rauchgas vorliegen, sondern das Wärmetauschfluid kann beispielsweise auch durch die Verbrennung von fossilen Brennstoffen, wie z.B. Kohle oder Erdgas, erzeugt werden. Dieses Wärmetauschfluid kann dann analog zu Rauchgas durch das erste Wärmetauschelement strömen.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt kann das erste Wärmetauschelement zumindest in einem Abschnitt am Einlass des Gehäuses eine Keramik-Ummantelung aufweisen.
  • Mit anderen Worten, ein Bereich am Einlass des ersten Wärmetauschelements innerhalb des Gehäuses kann eine Keramikschicht aufweisen.
  • Eine solche Ausgestaltung ist mit Blick auf die Effizienzsteigerung bei der Dampferzeugung besonders wertvoll, da dabei Hochtemperatur-Rauchgasströme von beispielsweise 1000°C auf Grund ihrer Strahlungsenergie besonders stark genutzt werden kann. Hierbei ermöglicht die Keramik-Isolierung des Anfangsbereichs des ersten Wärmetauschelements, dass die Wärmeenergie des Hochtemperatur-Rauchgases auf das Salzbad übertragen werden kann, ohne dabei Gefahr zu laufen, dass es zu einer Zersetzung des Salzbades kommt. Somit kann bei hoher Betriebssicherheit die Strahlungsenergie des Hochtemperatur-Rauchgases besonders effizient genutzt werden.
  • Bevorzugt kann die Keramik-Ummantelung aus Calcium-Aluminat geformt sein.
  • Im Gegensatz kann, besonders bevorzugt, zumindest ein Abschnitt des ersten Wärmetauschelements am Auslass des Gehäuses keine Keramik-Ummantelung aufweisen, um auch die verbleibende Restwärme des Wärmetauschfluids nach einer Durchströmung des Gehäuses durch das erste Wärmetauschelements zur Dampferzeugung nutzen zu können.
  • Hierbei kann die Keramik-Ummantelung an einer Innenseite des ersten Wärmetauschelements vorgesehen sein. Somit kann eine Überbeanspruchung des ersten Wärmetauchelements, d.h. des Strömungskanals innerhalb des Gehäuses, insbesondere im Bereich des Strömungseintritts in das Gehäuse, sicher verhindert werden. Zweifelsohne steigert dies die Betriebssicherheit und sichert die Langlebigkeit und Zuverlässigkeit des Dampferzeugers.
  • Um den Energieeintrag in das Salzbad weiter zu steigern können, außerdem zumindest in dem Bereich der Keramik-Ummantelung, bevorzugt über die gesamte Erstreckung des ersten Wärmetauschelements, an der Außenseite des ersten Wärmetauschelements Rippen vorgesehen sein. Solche Rippen können sich in das Innere des Gehäuses hinein erstrecken.
  • Entsprechend wirken die Rippen wie ein Rippenwärmetauscher und steigern die Energieübertragung von dem Wärmetauschfluid (z.B. Rauchgas) auf das Salzbad weiter.
  • Gemäß einer solchen Ausgestaltung kann über die Dicke der Keramik-Ummantelung sowie durch die Größe und den Abstand der Rippen der Wärmeeintrag in das Salzbad beliebig eingestellt werden.
  • Bevorzugt handelt es sich bei den Rippen um Stahlrippen.
  • Ebenso kann auch am Gehäuse selbst eine zusätzliche Keramikschicht vorgesehen sein, um den Dampferzeuger nach außerhalb des Gehäuses hin noch stärker zu isolieren und den Energieeintrag vom Strömungskanal auf das Salzbad und dann weiter auf das Wasser im zweiten Wärmetauschelement zu maximieren. So wird ein potenzieller Wärmeverlust minimiert und die Prozessparameter können noch stabiler eingestellt werden.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt ist das Gehäuse auf einem Sockel abgestützt. Hierbei ist im Strömungskanal ein Vorwärmabschnitt vorgesehen. Dieser Vorwärmabschnitt ist in dem Sockel angeordnet.
  • Entsprechend ist der Dampferzeuger so ausgestaltet, dass das Wärmetauschfluid zuerst durch den Vorwärmabschnitt des Strömungskanals und dann durch den in dem als erstes Wärmetauschelement in dem Gehäuse angeordneten Abschnitt des Strömungskanals strömt.
  • Entsprechend kann also das Wärmetauschfluid zunächst durch den Vorwärmabschnitt strömen, welcher im Sockel angeordnet ist, bevor es in das Gehäuse des Dampferzeugers eintritt.
  • Konkret bedeutet dies, dass dadurch das Gehäuse sowie das darin eingefüllte Salzbad durch den Vorwärmabschnitt mit dem größtmöglichen Querschnitt des Strömungskanals vorgewärmt werden können.
  • Nachdem am Einlass des Strömungskanals, also beim Einlass des Vorwärmabschnitts, der Querschnitt des Strömungskanals am größten ist, ist gleichzeitig die Strömungsgeschwindigkeit des Wärmetauschfluids am geringsten, sodass effektiv eine Vorwärmung des Salzbades von außerhalb des Gehäuses erfolgen kann, ohne dass die Leitungen des Strömungskanals im Bereich innerhalb des Gehäuses, also im Bereich des ersten Wärmetauschelements, überstrapaziert werden.
  • Bevorzugt ist der Sockel aus Beton geformt.
  • Dadurch kann eine sichere und hochtemperaturresistente Abstützung des Strömungskanals und des Gehäuses sichergestellt werden.
  • Bevorzugt ist das Gehäuse aus Edelstahl geformt.
  • Aufgrund dessen kann eine hohe Korrosionsbeständigkeit, auch bei höheren Temperaturen, zum Beispiel des Salzbades, sichergestellt werden, und ein zuverlässiger und sicherer Betrieb über einen längeren Zeitraum ermöglicht werden.
  • Bevorzugt ist der Vorwärmabschnitt des Strömungskanals aus Keramik geformt. Besonders bevorzugt ist der Vorwärmabschnitt des Strömungskanals aus Calcium-Aluminat geformt.
  • Ferner kann der Vorwärmabschnitt in einer bevorzugten Ausgestaltungsform in eine erste und eine zweite Hälfte unterteilt sein. Die erste und zweite Hälfte können monolithisch hergestellt sein.
  • In diesem Kontext ist die "erste Hälfte" als die dem Gehäuse zugewandte Seite/Hälfte des Vorwärmabschnitts des Strömungskanals und die "zweite Hälfte" als die dem Gehäuse abgewandte Hälfte/Seite zu verstehen.
  • Bevorzugt sind die erste und zweite Hälfte des Vorwärmabschnitts aus unterschiedlichen Keramik-Materialien hergestellt.
  • Hierbei ist besonders bevorzugt, dass die erste Hälfte des Vorwärmabschnitts Silicium-Carbid aufweist. Dadurch kein bei höherer Temperaturresistenz eine verbesserte Wärmeleitfähigkeit der ersten Hälfte des Vorwärmabschnitts erzielt und die gewünschte Wärmeleitfähigkeit "eingestellt" werden. Parallel dazu stellt die zweite Hälfte eine verbesserte Isolierung zur Umgebung sicher.
  • Die Keramikausgestaltung des Strömungskanals stellt sicher, dass auch bei sehr hohen Wärmetauschfluidtemperaturen (zum Beispiel oberhalb von 800 °C) eine Überbelastung des Strömungskanals verhindert und somit eine sichere und zuverlässige Betriebsweise des Dampferzeugers sichergestellt werden kann. Gleichzeitig ist aufgrund der Keramikeigenschaften ein Vorwärmen des Salzbades über den Strömungskanal bzw. über den Vorwärmabschnitt des Strömungskanals im Sockel sichergestellt.
  • Hierbei ist der Begriff "Vorwärmen" bzw. "Vorwärmabschnitt" so zu verstehen, dass eine erste Erwärmung des Salzbades durch den Vorwärmabschnitt erfolgt und eine weitere Erwärmung dann in dem Abschnitt des Strömungskanals erfolgt, der durch das Gehäuse strömt.
  • Der Begriff "Vorwärmen" schließt dabei jedoch nicht aus, dass der größte Teil des Wärmeübergangs vom Wärmetauschfluid auf das Salzbad bereits in diesem Vorwärmabschnitt des Strömungskanals erfolgt. So kann z.B. das Wärmetauschfluid mit 1300°C in den Vorwärmabschnitt eintreten und Wärmeenergie über die Keramikausgestaltung und das Gehäuse an das Salzbad übertragen. Anschließend kann das Wärmetauschfluid mit einer beispielhaften Temperatur von ca. 600°C in das Gehäuse selbst eintreten und dieses mit einer Restwärmetemperatur von ca. 500°C wieder verlassen.
  • Somit kann das Salzbad im Dauerbetrieb ebenfalls ca. 500°C aufweisen.
  • Um auch die Restwärme des Wärmetauschfluids von ca. 500°C nutzen zu können, kann in einer bevorzugten Ausführungsform ein Rohr-Wasser-Wärmetauscher, bevorzugt mit schneckenförmigen Windungen, vorgesehen sein, um auch die Restwärmetemperatur von ca. 500°C noch weiter nutzen zu können. Dadurch kann der Gesamt-Wirkungsgrad des Dampferzeugers noch weiter gesteigert werden.
  • Beispielhaft kann der Vorwärmabschnitt des Strömungskanals ein eingegossenes Keramikelement in dem Sockel bzw. ein Rohr aus Keramik in dem Sockel sein.
  • Darüber hinaus kann analog dazu, der Vorwärmabschnitt des Strömungskanals mit einer Keramikschicht, besonders bevorzugt eine Schicht aus Calcium-Aluminat, beschichtet sein.
  • In einem solchen Dampferzeuger stellen oftmals die Schweißnähte, z.B. des Gehäuses und/oder des Strömungskanals im Bereich des Gehäuses, die am stärksten belasteten Bereiche und die kritischsten Punkte für Leckagen und Korrosion dar.
  • Um Leckagen oder Korrosion vorzugbeugen, kann in einer bevorzugten Ausgestaltungsform eine Keramikschicht, z.B. in Form von thermischen Barrierehülsen, im Bereich der Schweißnähte vorgesehen sein.
  • Dadurch kann eine zusätzliche Ummantelung des Stahls mit einer temperaturresistenten Schicht erzielt werden. Entsprechend kann der Strömungskanal bzw. das Gehäuse vor zu hohen Wärmestromdichten geschützt werden.
  • Darüber hinaus kann dadurch erreicht werden, dass Wärmeenergie gleichmäßig und ohne "Peaks" in die Stahlflächen und dementsprechend in das Salz eingeleitet werden kann.
  • Bevorzugt nimmt die Wandstärke des Vorwärmabschnitts entlang seiner Erstreckungsrichtung ab.
  • Selbst wenn am Einlass des Strömungskanals und damit am Einlass des Vorwärmabschnitts des Strömungskanals die höchste Temperatur des Wärmetauschfluids bei gleichzeitig niedrigster Strömungsgeschwindigkeit anliegt, kann dabei das Risiko der Überbelastung des Strömungskanals sichergestellt und ein stabiler Wärmeübergang ermöglicht werden.
  • In Ergänzung dazu kann aufgrund der abnehmenden Wandstärke der Übertragungsgrad auf das Gehäuse und das darin befindliche Salzbad entlang der Erstreckungsrichtung des Vorwärmabschnitts erhöht werden. Somit mit zunehmender Erstreckung ein höherer Grad der Wärmeübertragung und damit Vorwärmung des Salzbades sichergestellt werden.
  • Gemäß einer solchen Anordnung kann also das Wärmetauschfluid aufgrund des Durchströmens des Vorwärmabschnitts eine homogene Erwärmung und damit Verflüssigung des Salzbades sicherstellen, bevor das Wärmetauschfluid im Bereich des ersten Wärmetauschelements zum weiteren Wärmeaustausch durch das Gehäuse strömt.
  • Der im Sockel angeordnete Vorwärmabschnitt des Strömungskanals kann das Gehäuse direkt kontaktieren. Zum verbesserten Steuern des Wärmeübergangs kann jedoch im Sockel zwischen Gehäuse und Vorwärmabschnitt des Strömungskanals optional eine Silizium-Carbid-Sand-Schicht vorgesehen sein.
  • Eine solche Schicht weist besonders gute Wärmeleitungseigenschaften und Wärmeübertragungseigenschaften auf.
  • Dadurch kann der Wärmeeintrag über das Gehäuse in das Salzbad verbessert werden.
  • In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung kann dabei Silicium-Carbid-Sand in eine Zwischenmembranwand zwischen dem Vorwärmabschnitt des Strömungskanal und der Außenseite des Gehäuses gefüllt werden.
  • Hierbei ist besonders bevorzugt, dass der Vorwärmabschnitt sowohl an der Unterseite des Gehäuses also auch einer Seite des Gehäuses angeordnet ist und in diesen Bereich von Wärmetauschfluid, z.B. Rauchgas, durchströmt wird. So kann das Wärmetauschfluid an der Unterseite des Gehäuses als eine Art "Wannenheizung" dienen und die Zwischenmembranwand in einem Seitenbereich des Gehäuses die Wärme-Einkopplung regulieren.
  • Hierbei kann der Silicium-Carbid-Sand allein, oder falls der Wärmeübergang verringert werden soll, mit Quarzsand gemischt vorliegen.
  • Insbesondere wird dadurch eine kaskadenförmige Abstufung der Wärmeübertragung von der Keramik des Vorwärmabschnittes auf die Silizium-Carbid-Sand-Schicht, auf das Metall des Gehäuses, auf das Salzbad und abschließend auf Metallrohre des zweiten Wärmetauschelements und somit auf das Wasser erreicht.
  • Bevorzugt ist der Querschnitt des Strömungskanals in dem Vorwärmabschnitt konstant.
  • Mit anderen Worten, der Querschnitt des Vorwärmabschnitts ist im gesamten Sockel konstant und gleichzeitig mit dem größten Querschnitt des Strömungskanals versehen.
  • Noch anders ausgedrückt bedeutet dies, dass der Vorwärmabschnitt einen konstanten und größeren Querschnitt als der Strömungskanal innerhalb des Gehäuses, also in dem Bereich, in dem er als erstes Wärmetauschelement fungiert, aufweist.
  • Ein solch großer, konstanter Querschnitt des Vorwärmabschnitts des Strömungskanals stellt eine ausreichende und sichere Vorwärmung des Salzbades innerhalb des Gehäuses sicher.
  • Bevorzugt ist der Querschnitt des Strömungskanals an einem Einlass des Abschnitts des Strömungskanals, der in dem Gehäuse angeordnet ist, größer als an dem Auslass des Abschnitts des Strömungskanals, der in dem Gehäuse angeordnet ist.
  • Mit anderen Worten, der Abschnitt des Strömungskanals, der als erstes Wärmetauschelement im Gehäuse angeordnet ist, weist am Einlass einen größeren Querschnitt als am Auslass auf.
  • Der Querschnitt kann hierbei sich iterativ, d. h. in Stufen, reduzieren. Es ist jedoch ebenfalls möglich, dass der Querschnitt kontinuierlich entlang seiner Erstreckungsrichtung abnimmt.
  • Bevorzugt weist der Strömungskanal mehrere U-förmige Rohrwicklungen auf.
  • Gemäß einer solchen Ausgestaltung kann also ein möglichst zahlreiches "Schlängeln" des Strömungskanals vom Einlass zum Auslass erzielt werden und somit die potenzielle Oberfläche für Wärmeübertragung an das Gehäuse im Vorwärmabschnitt bzw. direkt an das Salzbad im Bereich innerhalb des Gehäuses erreicht werden.
  • Besonders bevorzugt, weist dabei der Vorwärmabschnitt des Strömungskanals mindestens eine U-förmige Rohrwicklung auf, sodass das Wärmetauschfluid von einem Einlass des Strömungskanals entlang der Erstreckungsrichtung des Gehäuses im Sockel geführt wird, am Ende des Gehäuses eine U-förmige Richtungsänderung erlebt und dann wieder in Richtung des Einlasses des Gehäuses zurückgeführt wird, um dann weiter durch den Strömungskanal durch das Gehäuse zu strömen.
  • Ferner ist besonders bevorzugt, dass auch im Bereich des Strömungskanals, der sich im Bereich des Gehäuses erstreckt, mindestens eine U-förmige Rohrwicklung vorgesehen ist.
  • Somit kann auch im Bereich des Strömungskanals innerhalb des Gehäuses, also im Bereich in dem er als erstes Wärmetauschelement fungiert, sichergestellt werden, dass ein hoher Wärmeübergang realisierbar ist.
  • Bevorzugt sind also die U-förmigen Rohrwicklungen in dem Vorwärmabschnitt und/oder dem Abschnitt des Strömungskanals, der in dem Gehäuse angeordnet ist, vorgesehen.
  • Bevorzugt weist der Dampferzeuger mehrere Strömungskanäle auf.
  • Diese Strömungskanäle verlaufen bevorzugt parallel zueinander und sind jeweils von dem Wärmetauschfluid durchströmbar.
  • Somit kann die Wärmeübertragungsoberfläche am Strömungskanal im Vorwärmabschnitt und im Gehäuse weiter erhöht werden, und somit eine homogene und gleichmäßige Wärmeübertragung auf das Salzbad und damit auch auf das zur Dampferzeugung vorgesehene Wasser im zweiten Wärmetauschelement erfolgen.
  • Bevorzugt weist das Salzbad ein Nitratsalz auf. Besonders bevorzugt weist das Salzbad ein Kalium-Natrium-Nitrat auf.
  • Das Nitratsalz ist nicht nur besonders kostengünstig, sondern auch zur Energiespeicherung bei hohen Temperaturen des Wärmetransfermediums, zum Beispiel bei Rauchgas bis zu 900 °C, ohne chemische Zersetzung verwendbar. Somit wird eine möglichst betriebssichere und effiziente Ausgestaltung des Dampferzeugers realisiert.
  • Parallel dazu ist das Kalium-Natrium-Nitrat ebenfalls besonders temperaturstabil und somit zur effizienten Wärmeübertragung und Wärmespeicherung bei Überhitzung geeignet.
  • Somit kann zum Beispiel eine Salzbadtemperatur von 350° bis 565 °C anliegen, ohne eine Gefährdung für die Betriebssicherheit des Dampferzeugers darzustellen.
  • Bevorzugt bedeckt das Wärmetransfermedium, hier das Salzbad, mindestens das erste Wärmetauschelement und das zweite Wärmetauschelement.
  • Gemäß den oben beschriebenen Ausgestaltungen kann eine besonders betriebssichere, effiziente und günstige, sowie flexible Dampferzeugung realisiert werden, denn das Salzbad gewährt eine hohe Wärmeübertragung bei verschiedensten Temperaturen und weist zudem eine "hohe Verzeihlichkeit" hinsichtlich Temperaturschwankungen und schwankenden Energiegehalten auf. Das heißt, das Salzbad ermöglicht eine hohe Wärmehomogenität und kann somit den oben beschriebenen Problemen der unterschiedlichen Dampftemperaturen und dem variablen Energiegehalt, der, zum Beispiel verwendeten Biomasse, entgegenwirken.
  • Darüber hinaus stellt der hohe Anfangsquerschnitt des Strömungskanals sicher, dass die Strömungsgeschwindigkeiten zu Beginn der Wärmeübertragung reduziert sind und somit Wärmehotspots, Überhitzungen oder sogar Zersetzungen des Salzbades verhindert werden können. In Ergänzung oder alternativ dazu stellt der im Sockel vorgesehene Vorwärmabschnitt sicher, dass bereits vor Eintritt des Wärmetauschfluids in das Gehäuse das Salzbad vorgewärmt und so besonders effizient Wärme zur Dampferzeugung an das Wasser im zweiten Wärmetauschelement übertragen werden kann.
  • Aufgrund dessen können Stabilitätsprobleme, die zum Beispiel durch einen Strömungsabriss der Strömung des Wärmetauschfluids durch das Rohr bzw. im Salz verhindert und somit ein homogener Wärmeübergang sichergestellt werden.
  • In Ergänzung dazu können lokale Hotspots zum Beispiel in Ecken des Gehäuses oder aufgrund der oben beschriebenen Strömungsabrisse hervorgerufene Hotspots verhindert werden. Entsprechend kann einem dauerhaften Glühen des Gehäuses, des Strömungskanals und/oder des zweiten Wärmetauschelements und damit einer Überbelastung des Salzes, welches sich gegebenenfalls zersetzen würde, verhindert werden.
  • Aufgrund dessen kann auch ein Angriff des Metalls durch das zersetzte Salz verhindert werden.
  • Dies ist insbesondere dadurch sichergestellt, dass lediglich im Bereich des Einlasses des Strömungskanals der Energieeintrag in das Salzbad am höchsten ist und entlang der Erstreckungsrichtung des Strömungskanals abnimmt.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Nachfolgend wird anhand schematischer Zeichnungen ein Dampferzeuger gemäß einer beispielhaften Ausführungsform beschrieben. Solche Dampferzeuger werden beispielsweise zur Dampferzeugung für die Energiegewinnung zum Beispiel in einer Dampfmaschine oder einem Dampfmotor verwendet. Es zeigen:
    • Figur 1: eine isometrische Darstellung eines Dampferzeugers gemäß einer beispielhaften Ausführungsform, wobei die Oberseite des Gehäuses und die Seitenwand des Sockels zu Darstellungszwecken weggelassen worden bzw. geschnitten dargestellt sind.
    • Figur 2: eine zu Darstellungszwecken leicht modifizierte schematische Querschnittsdarstellung des Dampferzeugers gemäß der beispielhaften Ausführungsform entlang der Schnittlinie A-A von Figur 1.
  • Wie im vorhergehenden Absatz bereits angedeutet, ist Figur 2 mit Blick auf die Proportionen und die gezeigten Merkmale nicht vollständig identisch zur isometrischen Darstellung des Dampferzeugers in Figur 1.
  • Dies wurde vor allem deshalb durchgeführt, um im Querschnitt von Figur 2 der vorliegenden Anmeldung die Kerneigenschaften der wichtigsten Merkmale des Dampferzeugers und deren Ausgestaltung hervorzuheben.
  • Konkret werden dabei zum Bespiel die Bereite des Sockels im Verhältnis zum Gehäuse etwas vergrößert, um die im Sockel enthaltenen Strömungskanäle besser zu veranschaulichen. Ebenso wurde die nachfolgend genauer beschriebene Silicium-Carbid Schicht beabstandet zum Strömungskanal und zum Gehäuse dargestellt. Das Silicium-Carbid kann jedoch auch in einen Hohlraum bzw. Aussparungen zwischen Gehäuse und Sockel gefüllt sein, so dass kein Abstand zur Silicium-Carbid Schicht gegeben ist.
  • Auch der im Gehäuse selbst verlaufende Teil des Strömungskanals, nachfolgend als erstes Wärmetauschelement bezeichnet, und die entsprechenden Rohre wurden zu Darstellungszwecken vergrößert abgebildet.
  • All diese Proportionen können jedoch variieren und sind in den Figuren rein exemplarischer Natur.
  • Es versteht sich, dass Figuren 1 und 2 sich auf die gleiche Ausführungsform beziehen und in keinem Widerspruch stehen bzw. als Alternativen oder dergleichen verstanden werden sollen.
    • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • Fig. 1 stellt eine perspektive Darstellung eines Dampferzeugers 1 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform dar.
  • Fig. 1 ist dabei zu entnehmen, dass der Dampferzeuger 1 ein Gehäuse 2 und einen Sockel 20 aufweist. Der Sockel 20 ist in Figur 1 durch einen Schnitt geöffnet dargestellt, um den nachfolgend genauer beschriebenen Strömungsverlauf durch den Sockel 20 besser darzustellen.
  • Der Sockel 20 und die darin enthaltenen Komponenten werden im Detail mit Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben.
  • Der in Fig. 1 gezeigte Dampferzeuger 1 umfasst ein Gehäuse 2, in dem ein Strömungskanal und ein zweites Wärmetauschelement 4 angeordnet sind.
  • Das erste Wärmetauschelement 3 ist von einem Wärmetauschfluid durchströmbar. In der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform wird Rauchgas als Beispiel eines solchen Wärmetauschfluids verwendet, welches durch eine Biomasseverbrennung erzeugt worden ist. Ein weiteres Beispiel für ein solches Wärmetauschfluid wäre die Abwärme einer Biogasanlage.
  • Das Rauchgas wird über einen Trichter 13 zum Dampferzeuger 1 geführt.
  • In diesem Zusammenhang weist das Gehäuse 2 des Dampferzeugers 1 einen Einlass 6, an dem der Trichter 13 angeschlossen ist, sowie einen Auslass 7 auf. Dementsprechend kann das Rauchgas das Gehäuse 2 von dem Einlass 6 zu dem Auslass 7 durch den Strömungskanal durchströmen. Diese Strömungsrichtung wird in der beschriebenen Ausführungsform als "erste Strömungsrichtung 5" bezeichnet. Das heißt, das Rauchgas durchströmt das Gehäuse 2 entlang der ersten Strömungsrichtung 5 vom Einlass 6 zum Auslass 7 des Gehäuses 2.
  • In der hier beschriebenen Ausführungsform ist außerdem ein Vorwärmabschnitt 21 des Strömungskanals 3 vorgesehen. Wie Figur 1 zu entnehmen ist, strömt das Rauchgas zunächst durch diesen Vorwärmabschnitt 21 des Strömungskanals, bevor es zum Einlass 6 des Gehäuses 2 gelangt.
  • Ebenso ist es jedoch auch möglich, dass kein Vorwärmabschnitt vorgesehen ist, so dass das Rauchgas direkt vom Einlass 6 des Gehäuses 2 entlang der ersten Strömungsrichtung 5 zum Auslass 7 des Gehäuses 2 strömt.
  • In der gezeigten Ausführungsform weist das erste Wärmetauschelement 3 eine Vielzahl von Rohren 8, das heißt eine Vielzahl von Strömungskanälen auf, welche sich entlang der Erstreckungsrichtung des Gehäuses 2, das heißt vom Einlass 6 zum Auslass 7 des Gehäuses 2, erstrecken.
  • In der gezeigten Ausführungsform des Dampferzeugers 1 ist das Gehäuse 2 "boxartig" ausgestaltet, das heißt, es erstreckt sich im Wesentlichen entlang einer Tiefenrichtung des Gehäuses 2 und weist einen rechtwinkligen Querschnitt auf. Die Breite und/oder Höhe sowie die Tiefe des Gehäuses 2 sind jedoch für die Dampferzeugung nicht limitierend und können nach Platzbedarf und/oder Wunschausgestaltungen konfiguriert werden. In der gezeigten Ausführungsform entspricht die erste Strömungsrichtung 5 der Längserstreckung des Gehäuses 2.
  • Das zweite Wärmetauschelement 4 wird in dieser Ausführungsform zur Dampferzeugung von Wasser durchströmt. Mit anderen Worten, das Wasser im zweiten Wärmetauschelement 4 wird durch die vom ersten Wärmetauschelement 3 bzw. dem darin strömenden Rauchgas erwärmt und somit von einem flüssigen Zustand in einen dampfförmigen Zustand gebracht. Dieser Dampf kann anschließend beispielsweise zur Stromerzeugung verwendet werden. Hierbei kann der Strom in einem Dampfmotor und/oder einer Dampfturbine verwendet werden, welcher mit dem erzeugten Dampf gespeist wird. In der gezeigten Ausführungsform ist das zweite Wärmetauschelement 4 als ein einziges Rohr ausgestaltet, welches sich mit Wicklungen durch das Gehäuse 2 des Dampferzeugers 1 erstreckt.
  • An dieser Stelle sei angemerkt, dass aus Illustrationszwecken auch der Deckel des Gehäuses 2 (an einer Oberseite davon) in Fig. 1 nicht dargestellt worden ist, sodass das Innenleben des Gehäuses 2 in der isometrischen Ansicht von Fig. 1 erkennbar ist.
  • In dieser Ausführungsform wird die Strömungsrichtung des Wassers im zweiten Wärmetauschelement 4 als "zweite Strömungsrichtung" bezeichnet.
  • Wie aus den Figuren ersichtlich ist, weist das zweite Wärmetauschelement 4 in Form eines Rohrs eine Vielzahl von Rohrwicklungen 10 auf. Diese Rohrwicklungen 10 sind, wie in Fig. 1 erkennbar, so im Gehäuse 2 angeordnet, dass sich das zweite Wärmetauschelement 4 im Wesentlichen senkrecht zur ersten Strömungsrichtung 5 von dem Einlass 6 des Gehäuses 2 zu dem Auslass 7 des Gehäuses 2 erstreckt und mit U-förmigen Rohrwicklungsabschnitten eine möglichst große Rohrlänge und damit Rohroberfläche entlang seiner Erstreckung vom Einlass 6 zum Auslass 7 des Gehäuses 2 erzielt. Im Querschnitt durch den Dampferzeuger gemäß Figur 2 wird zur verbesserten Darstellung auf die Abbildung des zweiten Wärmetauschelements 4 verzichtet.
  • Das heißt, während sich die Rohre 8 des ersten Wärmetauschelements 3 vom Einlass 6 zum Auslass 7 des Gehäuses 2 geradlinig erstrecken nachdem das Rauchgas den Vorwärmabschnitt 21 durchlaufen hat, weist das Rohr des zweiten Wärmetauschelements 4 eine Vielzahl von in der gezeigten Ausführungsform vertikal verlaufenden Rohrabschnitten auf, sodass die mit U-förmigen Rohrwicklungsabschnitten verbundenen Rohrwicklungen 10 sich im Wesentlichen senkrecht zur ersten Strömungsrichtung 5 von dem Einlass 6 zu dem Auslass 7 des Gehäuses 2 erstrecken.
  • Gemäß einer weiteren, nicht gezeigten Ausführungsform ist es jedoch ebenso möglich, dass die erste Strömungsrichtung 5 und die zweite Strömungsrichtung im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen.
  • Ebenso ist es möglich, dass ein jedes Rohr 8, also die jeweiligen Strömungskanäle des Dampferzeugers durch welche Rauchgas strömt, mindestens eine, bevorzugt mehrere U-förmige Rohrwicklungen aufweist. Ist dies der Fall, kann das Rauchgas z.B. vom Einlass 6 des Gehäuses (bzw. falls vorgesehen, vom Einlass des Vorwärmabschnitts 21 des Strömungskanals) zunächst entlang der ersten Strömungsrichtung 5 verlaufen, dann durch die U-förmige Rohrwicklung in entgegengesetzter Richtung verlaufen und somit in Richtung des Einlasses 6 zurückströmen. Ein solcher Verlauf ist in Figur 1 und 2 dargestellt. Wie dem im Sockel 21 vorgesehenen Vorwärmabschnitt 21 und dem darin dargestellten Pfeil entnommen werden kann, strömt das Rauchgas zunächst durch eine untere Tasche 21a bevor es über eine U-förmige Rohrwicklung durch eine seitliche Tasche 21b zurückströmen kann. Nachdem die seitliche Tasche 21b des Vorwärmabschnitts 21 vom Rauchgas durchströmt worden ist, wird es in die Vielzahl von Rohren 8 geströmt.
  • Konkret bedeutet dies außerdem, dass die U-förmigen Rohrwicklungen des Strömungskanals 3 im Vorwärmabschnitt 21 und/oder dem Abschnitt des Strömungskanals, der in dem Gehäuse angeordnet ist, vorgesehen sein kann. Zur Erläuterung der bevorzugten Ausführungsform wird, in Anlehnung an Fig. 2, davon ausgegangen, dass sowohl im Vorwärmabschnitt 21 als auch im Abschnitt des Strömungskanals, der in dem Gehäuse 2 angeordnet ist, U-förmige Rohrwicklungen vorgesehen sind.
  • Eine solcher Strömungsverlauf ist außerdem durch die Richtungsangaben in den jeweiligen Rohren 8 in Fig. 2 sowie dem Vorwärmabschnitt 21 im Sockel 20 in Fig. 1 veranschaulicht und wird weiter unten nochmals detaillierter erläutert.
  • Ferner lässt der Pfeil im Vorwärmabschnitt 21 im Sockel 20 des Dampferzeugers klar und eindeutig verstehen, dass das eintretende Rauchgas zunächst durch einen unteren Teil des Sockels 20 im Vorwärmabschnitt 21, das heißt durch die untere Tasche 21a, zur Wärmeübertragung auf das Gehäuse 2 strömt, dann eine U-Förmige Rohrwicklung aufweist, um dann seitlich vom Gehäuse in einer der ersten Strömungsrichtung 5 entgegengesetzten Richtung durch die seitliche Tasche 21b des Vorwärmabschnitts 21 zur weiteren Wärmeübertragung auf das Gehäuse 2 zurückzuströmen.
  • Fig. 1 veranschaulicht zudem, dass sich das zweite Wärmetauschelement 4 mit den U-förmigen Rohrwicklungen 10 zwischen den Rohren 8 und dem Gehäuse 2 erstreckt.
  • In der in den Figuren veranschaulichten Ausführungsform verläuft die erste Strömungsrichtung 5 im Wesentlichen entlang einer horizontalen Richtung, wohingegen die zweite Strömungsrichtung im Wesentlichen vertikal verläuft. Ebenso ist es jedoch möglich, den Dampferzeuger 1 "hochkant" anzuordnen, sodass eine erste Strömungsrichtung 5 in einer vertikalen Richtung und die zweite Strömungsrichtung im Wesentlichen in einer horizontalen Richtung verläuft. Sollte der Platzbedarf dies erfordern, ist ebenso eine geneigte Anordnung des Gehäuses 2 denkbar.
  • In der in Fig. 1 und in Fig. 2 veranschaulichten Ausführungsform erstreckt sich das zweite Wärmetauschelement 4 entlang mehrerer Ebenen in einer Breitenrichtung, denn die Rohrwicklungen 10 des zweiten Wärmetauschelements 4 erstrecken sich im Wesentlichen senkrecht zur ersten Strömungsrichtung 5. Losgelöst davon ist es jedoch ebenso möglich, dass die Rohrwicklungen 10 des zweiten Wärmetauschelements 4 sich entlang einer vertikalen Richtung in verschiedenen Ebenen in einer Höhenrichtung des Gehäuses 2 zwischen den Rohren 8 des ersten Wärmetauschelements 3 oder einer Mischung daraus innerhalb des Gehäuses 2 zwischen den Rohren 8 des ersten Wärmetauschelements 3 erstrecken.
  • In dem Gehäuse 2 ist ein Wärmetransfermedium angeordnet, um zur Dampferzeugung Wärme von dem durch das erste Wärmetauschelement 3 strömende Wärmetauschfluid (hier Rauchgas) auf das durch das zweite Wärmetauschelement 4 strömende Wasser zu übertragen. Hierbei ist das Wärmetransfermedium ein Salzbad, welches das erste Wärmetauschelement 3 und das zweite Wärmetauschelement 4 im Gehäuse 2 bedeckt.
  • Wie in Fig. 1 dargestellt, kann dieses Salzbad über Einlassstutzen 15 in das Gehäuse 2 gefüllt werden. Somit füllt das Salzbad die Zwischenräume zwischen dem ersten Wärmetauschelement 3 und dem zweiten Wärmetauschelement 4 im Gehäuse 2 und kann dieses vollständig ausfüllen. Entsprechend kann dieses Salzbad als Wärmetransfermedium und Energiespeicher dienen, um so die Homogenität der Energieübertragung zu steigern.
  • Das Salzbad kann ein Nitratsalz, insbesondere ein Kalium-Natrium-Nitrat aufweisen.
  • Ferner kann der Strömungskanal innerhalb des Gehäuses in der in Fig 1 gezeigten Ausführungsform, also das erste Wärmetauschelement 3, einen sich verjüngenden Querschnitt innerhalb des Gehäuses 2 aufweisen. Entsprechend ist der Querschnitt an einem Einlass 6 des Strömungskanals größer als an einem Auslass 7 des Strömungskanals.
  • Diese Verjüngung des Querschnitts kann z.B. im Bereich der U-förmigen Rohrwicklungen des Strömungskanals vorgesehen sein. Alternativ ist es möglich, dass die Verjüngung entlang der ersten Strömungsrichtung 5 erfolgt.
  • Gemäß einer solchen Ausgestaltung kann eine Problematik aufgrund von schwankenden Dampfparametern, der zum Beispiel auf nicht konstantem Brennstoff bzw. dessen Brennwert zurückzuführen ist, selbst bei überkritischen Drücken von über 350 bar unterbunden werden.
  • Das heißt, selbst wenn zum Beispiel Rauchgas mit einer Temperatur von 900°C in den Dampferzeuger 1 eintritt, wird die Wärmeenergie zunächst auf das Wärmetransfermedium in Form eines Salzbades übertragen. Hierbei ist es, im Falle von mehreren zweiten Wärmetauschelementen 4 ebenfalls möglich, dass eines dieser Wärmetauschelemente nicht von Wasser durchströmt wird, falls dieses gerade nicht benötigt wird. Aufgrund der Anordnung des Wärmetransfermedium im Gehäuse 2 des Dampferzeugers 1 kann dabei eine Zerstörung oder Überhitzung des Leerrohrs des zweiten Wärmetauschelements 4 verhindert werden, denn das Salzbad ist nicht nur als Wärmetransfermedium vorgesehen, sondern kann überdies auch Wärmenergie speichern und bei Bedarf wieder abgeben. Ein solches Salzbad wird oft auch als "Nitratschmelze" bezeichnet.
  • Dieses kann bis zu 565°C erhitzt werden, ohne sich dabei zu zersetzen.
  • Darüber hinaus kann auch zum Beispiel im Lebensmittelbereich ein Rohr 8 für sieben bar Dampf, ein weiteres Rohr 8 für 16 bar Dampf sowie ein drittes Rohr 8 für Hochdruckdämpfe (beispielsweise 500 bar) für Motoren und Turbinen mit der gleichen Vorrichtung bereitgestellt werden. Dies wird durch die Strömungsgeschwindigkeit in den jeweiligen Rohren 8 des zweiten Wärmetauschelements 4 gesteuert.
  • Darüber hinaus wird aufgrund der Querschnittsverjüngung entlang der Wärmetauschfluidströmung durch das Gehäuse 2 der Energieeintrag in das Salzbad am Einlass des Strömungskanals am höchsten und gleichzeitig die Strömungsgeschwindigkeit am Einlass des Strömungskanals am geringsten gehalten.
  • Somit kann eine Überbelastung des Salzbades auch bei Hochtemperaturanwendungen verhindert und eine möglichst homogene Wärmeübertragung erzielt werden. Somit ist eine drucklose Speicherung von Energie realisierbar, ohne dass dabei ein Betriebsrisiko auftritt und Überbelastungen riskiert werden würden.
  • Gemäß einer solchen Ausgestaltung kann also ein Dampferzeuger realisiert werden, welcher bei einem maximalen Druck von 0,1 bar auf die Salzschmelze dauerhaft und sicher betrieben werden kann.
  • Eine weitere Absicherung kann hierbei durch das Vorsehen von (nicht dargestellte) Edelstahlblechen als (Sicherheits-) Membran realisiert werden. Selbst im unwahrscheinlichen Fall einer Leckage oder Korrosion im Gehäuse 2 ist somit das Gehäuse 2 nach außen hin zusätzlich abgesichert.
  • Des Weiteren kann zur Prozessüberwachung am Gehäuse 2 eine (nicht dargestellte) Überwachungseinrichtung vorgesehen sein.
  • Beispielhaft kann eine solche Überwachungseinrichtung in Form eines an einer Oberseite des Gehäuses 2 vorgesehen Rohrs ausgestaltet sein, welches in ein Wasserbad mündet.
  • Würde es im Gehäuse 2 zu einer (unwahrscheinlichen) Leckage des Wärmetauschfluids in das Salzbad und/oder einer Zersetzung des Salzbades kommen, würden, z.B., Stickoxide und/oder Sauerstoff freigesetzt werden. Die entstandenen Gase könnten dann durch Wasserblasen im Wasser unverzüglich erfasst und entsprechende Sicherheitsmaßnahmen abgeleitet werden.
  • Darüber hinaus ermöglicht das Vorsehen eines Vorwärmeabschnitts 21 im Sockel 20, welcher das Gehäuse 2 trägt, dass bereits der Großteil des Wärmeeintrags über dieses Vorwärmabschnitt 21 des Strömungskanals 3 erfolgen kann.
  • In Fig. 2 ist die Grundstruktur des Dampferzeugers 1 analog zum Dampferzeuger von Fig. 1 mit leicht modifizierten Proportionen ausgestaltet. In der gezeigten Ausführungsform ist der Sockel 20 aus Beton, bevorzugt HT-Beton.
  • Analog zur Darstellung von Fig. 1, wird der im Querschnitt in Fig. 2 entlang der Linie A-A von Figur 1 dargestellte Strömungskanal von einem Einlass des Strömungskanals zu einem Auslass des Strömungskanals von einem Wärmetauschfluid durchströmt und ein Abschnitt des Strömungskanals ist als erstes Wärmetauschelement 3 in dem Gehäuse 2 angeordnet. Darüber hinaus veranschaulicht Fig. 2 einen Vorwärmabschnitt 21 des Strömungskanals, der in dem Sockel 20 angeordnet ist und in die untere Tasche 21a und die durch eine U-förmige Rohrwicklung verbundene seitliche Tasche 21b unterteilt werden kann.
  • Mit anderen Worten, der Strömungskanal weist einen Abschnitt in dem Gehäuse 2 auf, in dem er als erstes Wärmetauschelement 3 fungiert sowie einen stromaufwärts davon angeordneten Vorwärmabschnitt 21, der durch den Sockel 20 verläuft.
  • Somit ist der Dampferzeuger der dargestellten Ausführungsform ausgestaltet, dass das Wärmetauschfluid zuerst durch den Vorwärmabschnitt 21 des Strömungskanals und dann durch den in dem als erstes Wärmetauschelement 3 in dem Gehäuse 2 angeordneten Abschnitt des Strömungskanals strömt. In der in Fig. 2 gezeigten Ausgestaltung ist der Strömungskanal im Bereich des Sockels 20 aus Keramik, insbesondere aus Calcium-Aluminat geformt.
  • Wie bereits erwähnt weist die in Fig. 2 gezeigte Ausgestaltung sowohl der Vorwärmabschnitt 21 als auch der Abschnitt des Strömungskanals 3, der in dem Gehäuse 2 angeordnet ist, mindestens eine U-förmige Rohrwicklung auf, sodass das am Einlass des Strömungskanals 3 eintretende Wärmetauschfluid den Strömungskanal parallel zur Erstreckungsrichtung des Gehäuses durchströmen kann und dann in entgegengesetzter Richtung wieder in Richtung des Einlasses des Strömungskanals parallel dazu strömen kann, um dann durch eine weitere U-förmige Rohrwicklung des Strömungskanals in das Gehäuse 2 des Dampferzeugers einströmen zu können.
  • Zur Veranschaulichung der Strömungsrichtung des Wärmetauschfluids ist die Strömung entlang der Erstreckungsrichtung vom Einlass des Strömungskanals entlang des Gehäuses, das heißt entlang der ersten Strömungsrichtung 5 von Fig. 1, durch ein "X" und die Strömung in entgegengesetzter Richtung durch einen Punkt (".") in Fig. 2 veranschaulicht.
  • Analog dazu, weist, wie oben erwähnt, auch der Abschnitt des Strömungskanals, der in dem Gehäuse 2 angeordnet ist und dabei als erstes Wärmetauschelement 3 fungiert, mehrere U-förmige Rohrwicklungen auf, sodass das Wärmetauschfluid über eine möglichst lange Erstreckung durch das Gehäuse geführt werden kann.
  • Somit kann, wie durch den Pfeil in Figur 1 angedeutet, in einer solchen Ausgestaltung, das Wärmetauschfluid zunächst durch die Vorwärmabschnitte 21 der hier gezeigten zwei, parallel zueinander verlaufenden Strömungskanäle vom Einlass des Vorwärmabschnitts 21 entlang des Gehäuses 2 durch die untere Tasche 21a an der Außenseite des Gehäuses strömen und am Ende des Gehäuses 2 in Längsrichtung durch die seitliche Tasche 21b wieder in der entgegengesetzten Strömungsrichtung zurückströmen.
  • Im Anschluss tritt das Wärmetauschfluid durch den in dem Gehäuse 2 angeordneten als erstes Wärmetauschelement 3 dienenden Abschnitts des Strömungskanals. Folglich kann zunächst die Wärme des Wärmetauschfluids im Vorwärmabschnitt 21 an das Gehäuse 2 und damit an das darin enthaltene Salzbad abgegeben werden. Somit ist eine Überbeanspruchung des Abschnitts des Strömungskanals im Gehäuse (erstes Wärmetauschelement 3) ausgeschlossen.
  • Darüber hinaus ist aus Fig. 2 zu entnehmen, dass der Querschnitt des Strömungskanals 3 im Bereich des Vorwärmabschnitts 21 am größten ist. Mit anderen Worten, der Querschnitt des Vorwärmabschnitts 21 ist größer als der Querschnitt des Strömungskanals 3 innerhalb des Gehäuses 2. Folglich ist der Wärmeeintrag in das Salzbad im Bereich des Vorwärmabschnitts 21 auf Grund der reduzierten Strömungsgeschwindigkeit am größten und das Salzbad kann entsprechend vorgewärmt werden.
  • Um hierzu den Energieeintrag zu optimieren, kann, wie in Fig. 2 dargestellt, eine Silizium-Carbid-Sand-Schicht 22 zwischen dem Gehäuse 3 und dem Vorwärmabschnitt 21 vorgesehen sein.
  • Dadurch wird eine möglichst homogene Wärmeübertragung in das Gehäuse 2 sichergestellt.
  • Darüber hinaus ermöglicht der größere Querschnitt des Strömungskanals 3 im Bereich des Vorwärmabschnitts 21, dass die Strömungsgeschwindigkeit zu Beginn des Durchströmens des Strömungskanals 3 möglichst geringgehalten werden kann.
  • Hierbei ist es ebenfalls möglich, dass zum Beispiel der Querschnitt im gesamten Bereich des Vorwärmabschnitts 21 des Strömungskanals konstant bleibt und sich lediglich im Bereich des ersten Wärmetauschelements 3 reduziert.
  • Analog dazu ist es ebenso denkbar, dass sich die Querschnitte des Vorwärmabschnitts 21 und/oder Querschnitte des Strömungskanals, in dem Abschnitt, in dem er als erstes Wärmetauschelement 3 dient, kontinuierlich oder stufenweise reduzieren.
  • Analog dazu ist es möglich, dass sich die Wandstärke des Vorwärmabschnitts 21 entlang seiner Erstreckungsrichtung reduziert. So kann eine anfängliche Überhitzung vermieden und über den Erstreckungsverlauf des Vorwärmabschnitts 21 gleichmäßige Wärmeübertragung an das Gehäuse bzw. das darin enthaltene Salzbad realisiert werden.
    • BEZUGSZEICHENLISTE
    • 1
    Dampferzeuger
    2
    Gehäuse
    3
    erstes Wärmetauschelement
    4
    zweites Wärmetauschelement
    5
    erste Strömungsrichtung
    6
    Einlass des Gehäuses
    7
    Auslass des Gehäuses
    8
    Rohr
    10
    Rohrwicklungen des zweiten Wärmetauschelements
    13
    Trichter
    15
    Einlassstutzen
    20
    Sockel
    21
    Vorwärmabschnitt
    21a
    untere Tasche
    21b
    seitliche Tasche
    22
    Silizium-Carbid-Sand-Schicht

Claims (15)

  1. Dampferzeuger (1), aufweisend:
    ein Gehäuse (2);
    einen Strömungskanal, der von einem Einlass des Strömungskanals zu einem Auslass des Strömungskanals von einem Wärmetauschfluid, bevorzugt Rauchgas, durchströmbar ist,
    wobei zumindest ein Abschnitt des Strömungskanals als erstes Wärmetauschelement (3) in dem Gehäuse (2) angeordnet ist;
    mindestens ein in dem Gehäuse (2) angeordnetes zweites Wärmetauschelement (4), das zur Dampferzeugung von Wasser durchströmbar ist,
    ein Wärmetransfermedium, das in dem Gehäuse (2) angeordnet ist, um zur Dampferzeugung Wärme von dem durch den Strömungskanal strömenden Wärmetauschfluid auf das durch das zweite Wärmetauschelement (4) strömende Wasser zu übertragen,
    wobei
    das Wärmetransfermedium ein Salzbad ist, dadurch gekennzeichnet, dass
    der Querschnitt des Strömungskanals an dem Einlass des Strömungskanals größer ist als an dem Auslass des Strömungskanals.
  2. Dampferzeuger (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse (2) aus Edelstahl geformt ist.
  3. Dampferzeuger (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das erste Wärmetauschelement (3) zumindest in einem Abschnitt am Einlass (6) des Gehäuses (2) eine Keramik-Ummantelung, bevorzugt aus Calcium-Aluminat, aufweist.
  4. Dampferzeuger (1) gemäß Anspruch 3, wobei
    die Keramik-Ummantelung an einer Innenseite des ersten Wärmetauschelements (3) vorgesehen ist, und
    zumindest in dem Bereich der Keramik-Ummantelung, bevorzugt über die gesamte Erstreckung des ersten Wärmetauschelements (3), an der Außenseite des ersten Wärmetauschelements (3) Rippen, bevorzugt, Stahlrippen, vorgesehen sind, welche sich in das Innere des Gehäuses hinein erstrecken.
  5. Dampferzeuger (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse (2) auf einem Sockel (20) abgestützt ist,
    wobei der Strömungskanal einen Vorwärmabschnitt (21) aufweist, der in dem Sockel (20) angeordnet ist, und
    wobei der Dampferzeuger (1) so ausgestaltet ist, dass das Wärmetauschfluid zuerst durch den Vorwärmabschnitt (21) des Strömungskanals und dann durch den in dem als erstes Wärmetauschelement (3) in dem Gehäuse (2) angeordneten Abschnitt des Strömungskanals strömt.
  6. Dampferzeuger (1) gemäß Anspruch 5, wobei
    der Sockel (20) aus Beton geformt ist, und/oder
    der Vorwärmabschnitt (21) des Strömungskanals aus Keramik, bevorzugt aus Calcium-Aluminat, geformt ist.
  7. Dampferzeuger (1) gemäß Anspruch 5 oder 6, wobei die Wandstärke des Vorwärmabschnitts (21) entlang seiner Erstreckungsrichtung abnimmt.
  8. Dampferzeuger (1) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei im Sockel (20) zwischen Gehäuse (2) und Vorwärmabschnitt (21) des Strömungskanals eine Silizium-Carbid-Sand-Schicht (22) vorgesehen ist.
  9. Dampferzeuger (1) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei der Querschnitt des Strömungskanals in dem Vorwärmabschnitt (21) konstant ist.
  10. Dampferzeuger (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Querschnitt des Strömungskanals an einem Einlass (6) des Abschnitts des Strömungskanals, der in dem Gehäuse (2) angeordnet ist, größer ist als an dem Auslass (7) des Abschnitts des Strömungskanals, der in dem Gehäuse (2) angeordnet ist.
  11. Dampferzeuger (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Strömungskanal mehrere U-förmige Rohrwicklungen (10) aufweist.
  12. Dampferzeuger (1) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 11, wobei
    der Strömungskanal mehrere U-förmige Rohrwicklungen (10) aufweist, und
    die U-förmigen Rohrwicklungen (10) in dem Vorwärmabschnitt (21) und/oder dem Abschnitt des Strömungskanals, der in dem Gehäuse (2) angeordnet ist, vorgesehen sind.
  13. Dampferzeuger (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Dampferzeuger (1) mehrere der Strömungskanäle aufweist, die parallel zueinander von dem Wärmetauschfluid durchströmbar sind.
  14. Dampferzeuger (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Salzbad ein Nitratsalz, bevorzugt Kalium-Natrium-Nitrat, aufweist.
  15. Dampferzeuger (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Wärmetransfermedium mindestens das erste Wärmetauschelement (3) und das zweite Wärmetauschelement (4) bedeckt.
EP22172048.5A 2022-05-06 2022-05-06 Dampferzeuger Active EP4273447B1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP22172048.5A EP4273447B1 (de) 2022-05-06 2022-05-06 Dampferzeuger
PCT/EP2023/061758 WO2023213925A1 (de) 2022-05-06 2023-05-04 Dampferzeuger

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP22172048.5A EP4273447B1 (de) 2022-05-06 2022-05-06 Dampferzeuger

Publications (3)

Publication Number Publication Date
EP4273447A1 EP4273447A1 (de) 2023-11-08
EP4273447B1 true EP4273447B1 (de) 2024-09-04
EP4273447C0 EP4273447C0 (de) 2024-09-04

Family

ID=81585833

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP22172048.5A Active EP4273447B1 (de) 2022-05-06 2022-05-06 Dampferzeuger

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP4273447B1 (de)
WO (1) WO2023213925A1 (de)

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5307802A (en) * 1993-09-13 1994-05-03 Placek Edward A High efficiency steam generator
DE102006034811A1 (de) * 2006-07-27 2008-01-31 Man Dwe Gmbh Verfahren zur Temperaturänderung eines Rohrbündelreaktors
DE202007017403U1 (de) 2007-12-14 2009-04-16 Robert Bosch Gmbh Rohrbündelwärmetauscher
US20120067551A1 (en) 2010-09-20 2012-03-22 California Institute Of Technology Thermal energy storage using supercritical fluids
DE102010046804A1 (de) 2010-09-28 2012-03-29 Voith Patent Gmbh Rohrbündel-Wärmetauscher
DE102012010311A1 (de) * 2012-05-24 2013-11-28 Linde Aktiengesellschaft Verfahren zum Betreiben eines Solarthermiekraftwerks

Also Published As

Publication number Publication date
EP4273447A1 (de) 2023-11-08
EP4273447C0 (de) 2024-09-04
WO2023213925A1 (de) 2023-11-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102012023257B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur thermischen Nachverbrennung von Kohlenwasserstoffe enthaltenden Gasen
DE2008311C3 (de) Wärmetauscher
EP4134609A1 (de) Dampferzeuger
DE2711918A1 (de) Elektroofen und verfahren zur abwaermerueckgewinnung
EP3601925B1 (de) Reaktionsvorrichtung mit wärmetauscher und deren verwendung
EP2314971B1 (de) Wärmespeicher mit Energieeinspeisung zur langzeitstabilen und gleichmäßigen Leistungsabgabe und Verfahren hierzu
EP1984673B1 (de) Vorrichtung zum verbrennen organischer stoffe
EP4273447B1 (de) Dampferzeuger
DE2149536A1 (de) Verfahren zum Erhitzen einer Waermeuebertragungsfluessigkeit
EP1794495B1 (de) Fossil beheizter durchlaufdampferzeuger
AT15044U2 (de) Brennkraftmaschine mit einem abwärmerückgewinnungssystem
DE102019215002A1 (de) Dampferzeuger
DE102007041427A1 (de) Verfahren und Anlage zur Wärmebehandlung von feinkörnigen Feststoffen
DE2441706A1 (de) Heizkessel mit gusseisernen gerippten rohren
EP0369556B1 (de) Verfahren zur indirekten Erwärmung eines Prozessgasstroms in einem Reaktionsraum für eine endotherme Reaktion und Vorrichtung zu dessen Durchführung
DE102010012006A1 (de) Wärmetauscher für eine thermische Abluftreinigungsanlage und Verfahren zum Reinigen eines Abluftstroms
WO2024213234A1 (de) Dampferzeuger
EP2390039A1 (de) Vorrichtung zum stoffschlüssigen Verbinden eines Einbaukörpers in ein Dampferzeugerrohr mit einer exzentrisch bezüglich der Mittelachse des Brennerrohrs angeordneten Schweissdrahtdüse
EP2473782B1 (de) Zwangdurchlaufdampferzeuger für den einsatz von dampftemperaturen von über 650°c
EP2564117B1 (de) Dampferzeuger
DE2940729A1 (de) Waermeaustauschvorrichtung mit hohem wirkungsgrad
WO2025021287A1 (de) Dampferzeuger
EP4695573A1 (de) Wärmetauscher
WO2025078013A1 (de) Dampferzeuger
EP3193082B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von überhitztem dampf mittels der im kessel einer verbrennungsanlage erzeugten wärme

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20221124

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

GRAP Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: GRANT OF PATENT IS INTENDED

INTG Intention to grant announced

Effective date: 20240327

GRAS Grant fee paid

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR3

GRAA (expected) grant

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE PATENT HAS BEEN GRANTED

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: B1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

REG Reference to a national code

Ref country code: GB

Ref legal event code: FG4D

Free format text: NOT ENGLISH

REG Reference to a national code

Ref country code: CH

Ref legal event code: EP

REG Reference to a national code

Ref country code: IE

Ref legal event code: FG4D

Free format text: LANGUAGE OF EP DOCUMENT: GERMAN

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R096

Ref document number: 502022001598

Country of ref document: DE

U01 Request for unitary effect filed

Effective date: 20240912

U07 Unitary effect registered

Designated state(s): AT BE BG DE DK EE FI FR IT LT LU LV MT NL PT RO SE SI

Effective date: 20241004

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: NO

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20241204

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: PL

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20240904

Ref country code: GR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20241205

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: HR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20240904

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: RS

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20241204

Ref country code: ES

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20240904

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: RS

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20241204

Ref country code: PL

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20240904

Ref country code: NO

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20241204

Ref country code: HR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20240904

Ref country code: GR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20241205

Ref country code: ES

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20240904

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: IS

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20250104

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: SM

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20240904

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: CZ

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20240904

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: SK

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20240904

PLBE No opposition filed within time limit

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009261

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: NO OPPOSITION FILED WITHIN TIME LIMIT

26N No opposition filed

Effective date: 20250605

REG Reference to a national code

Ref country code: CH

Ref legal event code: U11

Free format text: ST27 STATUS EVENT CODE: U-0-0-U10-U11 (AS PROVIDED BY THE NATIONAL OFFICE)

Effective date: 20251127

U21 Renewal fee for the european patent with unitary effect paid with additional fee

Year of fee payment: 4

Effective date: 20251127

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: CH

Payment date: 20251127

Year of fee payment: 4

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: MC

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20240904