WO2016008588A1 - Wärmespeichereinrichtung - Google Patents

Wärmespeichereinrichtung Download PDF

Info

Publication number
WO2016008588A1
WO2016008588A1 PCT/EP2015/001467 EP2015001467W WO2016008588A1 WO 2016008588 A1 WO2016008588 A1 WO 2016008588A1 EP 2015001467 W EP2015001467 W EP 2015001467W WO 2016008588 A1 WO2016008588 A1 WO 2016008588A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
heat storage
tubes
tube
heat
storage device
Prior art date
Application number
PCT/EP2015/001467
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Heinz Posselt
Manfred Schönberger
Original Assignee
Linde Aktiengesellschaft
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 Linde Aktiengesellschaft filed Critical Linde Aktiengesellschaft
Priority to CN201580038682.8A priority Critical patent/CN106574826A/zh
Priority to EP15739173.1A priority patent/EP3169962A1/de
Priority to US15/325,494 priority patent/US20170160020A1/en
Priority to MA39556A priority patent/MA39556B1/fr
Priority to AU2015291473A priority patent/AU2015291473A1/en
Publication of WO2016008588A1 publication Critical patent/WO2016008588A1/de

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D20/02—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat
    • F28D20/021—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat the latent heat storage material and the heat-exchanging means being enclosed in one container
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/003—Multiple wall conduits, e.g. for leak detection
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/12—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
    • F28F1/14—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending longitudinally
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D2020/0065—Details, e.g. particular heat storage tanks, auxiliary members within tanks
    • F28D2020/0069—Distributing arrangements; Fluid deflecting means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D2020/0065—Details, e.g. particular heat storage tanks, auxiliary members within tanks
    • F28D2020/0078—Heat exchanger arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2270/00—Thermal insulation; Thermal decoupling
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/14—Thermal energy storage

Definitions

  • the invention relates to a heat storage device according to claim 1.
  • Such heat storage devices are used for indirect heat transfer between a fluid and a heat storage medium and for storing the heat transferred from the fluid to the heat storage medium.
  • the heat storage medium may in particular be a so-called phase change material (phase change material or PCM for short), with the aid of which the heat of a fluid, which may be any process medium or process stream, is at a nearly constant temperature can be stored or released again by means of the latent heat (eg during the liquid-solid phase transition). Due to the jump in the specific volume between the solid and liquid phases of the heat storage medium, the phase transition must be spatially continuous to avoid local pressure differences. Otherwise these pressure differences would become mechanical
  • Heat storage medium or phase change material lead
  • the present invention has the object to improve a heat storage device of the type mentioned in that the aforementioned disadvantages are at least partially reduced. This problem is solved by a heat storage device having the features of claim 1.
  • the invention provides that in the interior of the
  • Container is arranged a plurality of tubes, each extending along a longitudinal axis, wherein the tubes or the longitudinal axes - relative to a properly arranged heat storage device - extend along the vertical, each of the tubes at a lower end portion of the respective tube with a (especially individual) also vertically extending
  • the manifold is in fluid communication (i.e., the manifold extends along a longitudinal axis that is relative to an intended one
  • Flow connections can e.g. in each case be formed by a pipe section or flow path running along the horizontal, which connects the respective pipe with a lower portion of the manifold or by a collector (see below).
  • the tubes have a plurality of heat transfer ribs which contact the heat storage medium in order to ensure the best possible transfer of heat between the fluid and the heat transfer medium
  • the heat storage device is preferably designed to remove the fluid (e.g.
  • Heat storage medium is transferable, wherein the heat storage device is further preferably designed to guide the fluid in the manifold from the bottom up again, wherein the fluid is removable in particular via the collecting tube.
  • the heat storage device is preferably designed to supply the fluid (eg water) via the collecting tube from top to bottom Lead and over the pipes from the bottom up again, so that heat of the
  • Heat storage medium is transferable to the fluid.
  • the heat transfer ribs can each protrude in the radial direction of the respective tube from a jacket of the respective tube or be fixed in any other way to the respective tube.
  • the heat transfer ribs can also protrude in the radial direction from an additional carrier, which is fixed to a jacket of the respective tube.
  • the carrier may itself be tubular or cupped.
  • the respective carrier may have two shells which face each other and surround the respective sheath on which they are fixed. From the carrier or trays, the heat transfer ribs are then placed in e.g. radial direction.
  • the heat transfer fins may be integrally formed with or otherwise bonded to the carrier (s) (e.g., welded joints).
  • Heat storage medium With the heat storage device according to the invention, on the one hand, heat of a fluid or process medium can thus be transferred to the heat storage medium and stored therein or, on the other hand, heat stored in the heat storage medium can be transferred to a fluid or process medium. Due to the vertically arranged tubes, a spatially homogeneous melting or freezing of the heat storage medium around the tubes is possible, wherein in addition in addition due to the guidance of the fluid through the tubes (with recirculation or supply through a manifold), a lower tube sheet is dispensable, so that the weight of the heat storage medium does not have to be derived via a lower tube plate, but eg via a correspondingly designed container bottom. Preferably, therefore, the pipes and possibly the
  • the heat storage medium is preferably a phase change material, that is, a material whose latent heat of fusion, solution heat or heat of absorption is greater than the heat which it can store due to its specific heat capacity (without phase transformation).
  • the heat storage device is also called as
  • the heat storage medium may be e.g. to act a nitrate salt or the heat storage medium can
  • the heat storage medium may also comprise a mixture of nitrate salts, in particular a mixture of NaNO 3 and KNO 3 .
  • a distributor is preferably provided, which is in fluid communication with the tubes at an upper end of the tubes, so that the fluid can be fed into the respective tube via the distributor.
  • the distributor has at least one (in particular annular) pipeline, each having a first and a second chamber separated therefrom.
  • annular pipelines which are then preferably arranged concentrically with one another in a plane.
  • the distributor can also have a tube bottom, in which the tubes are anchored with their upper end or.
  • the distributor can furthermore have a further tube plate in which the collecting tube is anchored.
  • the pipes are each anchored with an upper end in a tube bottom of the distributor, so that the fluid flows over the
  • Tube bottom in the respective tube can be fed (or deducted from it) and flows therein down or up.
  • the collecting tube is preferably passed through the tube bottom with an upper end portion or a corresponding flow path leads through the tube bottom.
  • the tube plate with a preferably hood-shaped lid of the container can define a chamber of the distributor, into which the fluid via a connection piece can be introduced or from which the fluid is removable via the neck.
  • the fluid introduced into the chamber can then enter the tubes via the tubesheet or can be withdrawn from the tubes via that chamber.
  • the collecting tube is preferably arranged centrally in the container along the vertical, wherein the tubes are preferably arranged radially further out and are preferably distributed around the collecting tube.
  • the flow connection between the tubes and the collecting tube has a Sammier or is produced via a collector, wherein the tubes each open into the collector via a lower end opening of the respective tube, and wherein the collecting tube via a lower end opening of the manifold opens into the collector.
  • the manifold, pipes and collector can be carried through the tubesheet.
  • the collector has a convex jacket which delimits an interior of the collector for collecting the fluid, wherein in particular at least an upper region of the jacket of the collector is designed in the shape of a spherical segment.
  • the tubes open into this upper region of the collector, wherein preferably the collecting pipe opens at a highest point of the collector or the jacket of the collector into the collector.
  • the jacket of the collector is formed cylindrically symmetrical, wherein the cylinder axis coincides with the longitudinal axis of the collecting tube, which opens from above into the collector.
  • Heat storage medium has a region surrounding the collection tube or a region in which the collection tube is arranged, wherein in the region none of the tubes is arranged.
  • the said region preferably extends along the collecting tube.
  • This area (which is also referred to as a feeder), in which no or a reduced heat transfer takes place, during the solidification of the heat storage medium fluid heat storage medium in particular down and out to the pipes towards redeemed.
  • the area preferably has one Diameter, which is at least twice as large as the outer diameter of the manifold.
  • the diameter of the area is further selected so that the heat storage medium is the last thing fixed here. If this is the case, the diameter may also be smaller.
  • the manifold can be performed without additional insulation.
  • An insulation can then by the insulating effect of the (solidified)
  • Heat storage medium or salt can be achieved.
  • the central region then preferably has a correspondingly larger diameter over which the desired insulation is provided.
  • the interior of the container has at the top of the tubes an area or sub-volume, e.g. adjacent to the tubesheet, and in which said amount of fluid heat storage medium is providable.
  • this area or sub-volume e.g. adjacent to the tubesheet, and in which said amount of fluid heat storage medium is providable.
  • Partial volume of the interior, the tubes preferably have no heat transfer ribs.
  • the tubes each have a lower portion, through which the respective tube opens into the collector, wherein no heat transfer ribs are also provided at these portions.
  • the container is designed as an inner container, which is arranged in an inner space of an outer container, so that a gap between the jacket of the inner container and a jacket of the outer container is present.
  • the gap or portions of the gap may be evacuated and / or filled with an insulating material (e.g., in the form of a bed).
  • a nozzle for feeding the Interior of the container or inner container with heat storage medium and / or be provided for removing the heat storage medium from the interior of the container or inner container.
  • the nozzle can have a heating device, so that the heat storage medium can optionally be converted into the liquid state of matter.
  • Fig. 1 is a schematic sectional view of amitted part of adielectric material.
  • Fig. 2 is a schematic, partial sectional view of an alternative
  • Fig. 3A is a schematic sectional view of a tube of a
  • Fig. 3B is another schematic sectional view of a tube of a
  • Fig. 4 is a sectional view of another embodiment of a
  • FIG. 1 shows in connection with Fig. 3A and Fig. 3B, an embodiment of a heat storage device 1 according to the invention comprising a container 10 with a jacket 11 which defines an interior I of the container 10, wherein in the interior I, a heat storage medium P in shape a phase change material is arranged.
  • a plurality of tubes 24 are further arranged, each extending along a longitudinal axis, wherein the
  • the tubes 24 are surrounded by the heat storage medium P and contact this, so that a run in the tubes 24 fluid F in an indirect heat transfer with the Heat storage medium P can occur.
  • the tubes 24 are formed as shown in FIG. 3A or 3B.
  • Each tube 24 is adapted to guide said fluid F down the vertical z.
  • the tubes 24 are connected via a respective flow connection with a central collecting tube 25, in which the fluid F is guided upwards again.
  • the flow connections can e.g. be formed by extending along the horizontal pipe sections 245, which connect the respective pipe 24 with a lower portion of the manifold 25.
  • the fluid F is then preferably introduced at an upper end 24b of the respective tube 24 by means of a distributor 35 into the respective tube 24, then flows along the vertical z or longitudinal axis in the respective tube 24 downwards and then flows through the pipe sections 245 in the Collecting tube 25 and then flows upwards again in it (the distributor 35 can also in the manner of Figure 2 as
  • the fluid F can exchange heat on its way down in the tubes 24 with the heat storage medium P.
  • the fluid F can be solid
  • Heat storage medium P comparatively much heat energy (heat of fusion) absorbs. At a later time, the heat storage medium P can be discharged if necessary by the heat storage medium P is brought to solidification, the heat storage medium P, the previously absorbed amount of heat as solidification heat back to the guided in the respective pipe 24 fluid F, which is heated accordingly.
  • the manifold 25 may have a heat insulation 253.
  • the manifold 25 may be formed as a double tube having an inner tube 252 and an inner tube 252 surrounding the outer tube 251, wherein the heat insulation 253 may be disposed in an annular gap 254 between the inner tube 252 and the outer tube 251 of the manifold (25).
  • Container bottom of the container 10 are introduced.
  • FIG. 3A A typical cross section of a tube 24 according to the invention is shown in FIG. 3A.
  • the respective tube 24 preferably has a cylindrical shell 2 0, protrude from the radial direction of heat transfer ribs 211, which provide an increase in the effective surface of the shell 210 of the tube 24, so that the heat transfer between the respective tube 24 and the surrounding Heat storage medium P is improved.
  • FIG. 3B shows a further embodiment of a tube 24 according to the invention, wherein, in contrast to FIG. 3A, the heat transfer ribs 211 are fixed to separate, cup-shaped carriers 212, 213, which are fixed in pairs to the jackets 210 of the tubes 24.
  • the carriers 212, 213 arranged on a jacket 210 can be fixed to one another in order to realize an attachment to the respective outer tube 21.
  • Fig. 2 shows an alternative to Fig. 1 embodiment of a manifold 35, which can be used in a heat storage device 1 of FIG. 1 instead of the manifold 35 used.
  • the distributor 35 is designed as a double tube bottom, which has two parallel tube plates 310, 320, namely a (first) tube plate 310, in which the collecting tube 25 is anchored, and a parallel further (second) tube plate 320, in which the respective tubes 24 are anchored.
  • a first chamber 301 is formed between the two tubesheets 310, 320, into which the liquid medium F can be introduced, so that it can pass through passage openings 3 1 of the first tube plate 310 in the respective tubes 24.
  • the recycled in the collecting pipe 25 liquid phase F can be passed through through holes 321 of the further tube plate 320 in an adjacent second chamber 302, from which the liquid phase F can be deducted and fed to their further use.
  • FIG. 4 shows a sectional view of another inventive device
  • the heat storage device 1 has a container 10a in the form of an inner container, the shell 11a of which surrounds an inner space I of the container 10a, wherein a heat storage medium P is arranged in the inner space I.
  • the container 10a is arranged in an inner space ⁇ , which is bounded by a jacket 11b of an outer container 10b, so that between the inner and the outer container 10a, 10b, a gap is created, which is preferably evacuated and filled with a thermal insulation 10c , eg in the form of a bed.
  • the container 10a is preferably via a suspension 2 on the shell 11b of the
  • Outer container 10b stored or suspended.
  • the weight of the two containers 10a, 10b is introduced into the ground via feet 13 of the outer container 10b.
  • a nozzle 600 For feeding the interior I of the container 10a with heat storage medium P or for removing heat storage medium P from the interior I of the container 10a, a nozzle 600 is provided, which preferably has a heater 601, so that the heat storage medium P when discharging or in the liquid state of aggregation can be maintained.
  • a plurality of tubes 24 are provided in the interior I of the container 10a, each extending along the vertical z and surrounded by the heat storage medium P or contact this.
  • the tubes 24 may in turn, as already described above, have heat transfer ribs 211 (e.g., as shown in Figures 3A and 3B without inner tubes 22).
  • the tubes 24 are further provided with an upper end 24b, on which the tubes 24 each have an upper, end-side opening 242, in a tube plate 401 of a
  • Distributor 400 of the container 10a anchored, so that the fluid F can be fed via the tube sheet 401 in the respective tube 24 and deducted from it and can be guided down or up there.
  • the tube plate 401 bounded with an upper lid 10d of the container 10a, a chamber 404 of the distributor 400, in which the fluid F via a nozzle 405, the upper lid 11 of the d
  • Outer container 11 b is arranged, as well as a to the nozzle 405th
  • the subsequent pipeline 402 which opens into the chamber 404, into the chamber 404 can be introduced.
  • the fluid F via the pipe 402 and the nozzle 405th are withdrawn from the chamber 404.
  • the fluid F introduced into the chamber 404 can enter the tubes 24 via the tube bottom 401 or can be withdrawn from the tubes 24 via that chamber 404.
  • the tubes 24 At a lower end portion 24a, the tubes 24 have a front-side lower opening 241, via which the tubes 24 each open into a collector 500.
  • the collector 500 has a jacket 501 which is cylindrically symmetrical to the longitudinal axis of the container 10a (or the collecting tube 25th , see below) and delimits an interior space I "of the collector 500, whereby an upper area 502 of the jacket 501 or of the collector 500 is formed as a spherical segment
  • the tubes 24 open via this upper area 502 into the interior space I" of FIG Collector's 500 one.
  • a vertical collecting pipe 25 is provided, which runs parallel to the tubes 24, in the middle in the container 10a along the vertical longitudinal axis of the container 0a, wherein the tubes 24 are preferably arranged radially further outward and are preferably grouped around the manifold 25 around.
  • the manifold 25 has a lower end opening 250 through which the manifold 25 opens into a highest point of the collector 500. With its upper end portion 25 a, the manifold 25 through the tube sheet 401
  • Collecting tube 25 is removable or via which the fluid F is introduced into the collecting pipe 25.
  • the heat storage device 1 is thus configured so that the supply and discharge of the fluid F takes place from above.
  • the fluid F e.g. Water vapor
  • the manifold 400 i.e., via the nozzle 405, the chamber 404, and the tubesheet 401 into the tubes 24 flows down the tubes 24, giving off heat to the thermal storage medium P, which is thereby liquefied.
  • the cooled fluid F e.g., cooled
  • a central region B of the inner space I of the container 10a surrounding the collecting tube 25 is provided, in which none of the tubes 24 is arranged, so that substantially no heat transfer takes place there.
  • fluid heat storage medium P is replenished during solidification of the heat storage medium P.
  • a quantity of fluid heat storage medium P required for this purpose is provided in a partial volume V of the interior I of the container 10 a at the upper end 24 b of the tubes 24.
  • the tubes 24 preferably have no heat transfer ribs 211 in order to reduce the heat transfer here.
  • the partial volume V is marked by the two water levels P 'and P ".
  • the solid, solidified heat storage medium P has the lower one
  • the tubes 24 each have no heat transfer ribs 211 at the lower end portion 24a through which the tubes 24 lead into the collector 25.
  • These lower end portions 24a of the tubes 24 may further have a curvature or have a bent course, so that the tubes 24 can each open vertically into the jacket 501 of the collector 500.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
  • Other Air-Conditioning Systems (AREA)
  • Central Heating Systems (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wärmespeichereinrichtung (1) zur indirekten Wärmeübertragung zwischen einem Fluid (F) und einem Wärmespeichermedium (P= sowie zur Speicherung übertragener Wärme, mit einem Behälter (10, 10a), der einen Innenraum (I) des Behälters (10, 10a) umgibt, wobei das Wärmespeichermedium (P) in dem Innenraum (I) angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass im Innenraum (I) des Behälters (10, 10a) eine Mehrzahl an vertikalen Rohren (24) angeordnet ist, wobei die Rohre (24) jeweils über einen unteren Endabschnitt (24b) mit einem vertikalen Sammelrohr (25) in Strömungsverbindung (245, 500) stehen, wobei die Rohre (24) jeweils eine Mehrzahl an Wärmetransferrippen (211) aufweisen, wobei die Wärmetransferrippen (211) das Wärmespeichermedium (P) kontaktieren.

Description

Beschreibung
Wärmespeichereinrichtunq
Die Erfindung betrifft eine Wärmespeichereinrichtung gemäß dem Anspruch 1. Derartige Wärmespeichereinrichtungen dienen zur indirekten Wärmeübertragung zwischen einem Fluid und einem Wärmespeichermedium sowie zur Speicherung der vom Fluid auf das Wärmespeichermedium übertragenen Wärme.
Bei dem Wärmespeichermedium kann es sich insbesondere um ein so genanntes Phasenwechselmaterial handeln (Phase Change Material oder kurz PCM), mit dessen Hilfe die Wärme eines Fluids, bei dem es sich um ein beliebiges Prozessmedium bzw. einen Prozessstrom handeln kann, bei einer nahezu konstanten Temperatur mithilfe der latenten Wärme gespeichert bzw. wieder abgegeben werden kann (z.B. beim Phasenübergang flüssig-fest). Aufgrund des Sprungs des spezifischen Volumens zwischen der festen und flüssigen Phase des Wärmespeichermediums muss der Phasenübergang räumlich kontinuierlich erfolgen, um lokale Druckdifferenzen zu vermeiden. Diese Druckdifferenzen würden ansonsten zu einer mechanischen
Überbeanspruchung des Wärmetransfersystems zwischen dem Fluid und dem
Wärmespeichermedium bzw. Phasenwechselmaterial führen.
Bisher ist bekannt (vgl. z. B. KR20000033239), dass Rohre, durch die das Fluid bzw. Prozessmedium strömt, und die mit äußeren Wärmetransferrippen versehen sind, in dem das Wärmespeichermedium aufnehmendem Behälter horizontal angeordnet werden. Hierbei ist jedoch ein gleichmäßiges Schmelzen oder Gefrieren des
Wärmespeichermediums nicht sichergestellt.
Ferner sind Konzepte bekannt (vgl. z. B. CN 102777874), bei denen die Rohre mit ihren äußeren Wärmetransferrippen zwischen zwei Rohrböden vertikal geführt werden. Der untere Rohrboden muss dabei jedoch das volle Gewicht des Wärmespeichermediums ablasten. Bei großen Volumina des Wärmespeichermediums wären daher Rohrböden von mehreren Metern Durchmesser notwendig. Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Wärmespeichereinrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass die vorgenannten Nachteile zumindest teilweise gemindert werden. Dieses Problem wird durch eine Wärmespeichereinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den entsprechenden
Unteransprüchen angegeben bzw. werden nachfolgend beschrieben.
Gemäß Anspruch 1 ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass im Innenraum des
Behälters eine Mehrzahl an Rohren angeordnet ist, die sich jeweils entlang einer Längsachse erstrecken, wobei die Rohre bzw. die Längsachsen - bezogen auf eine bestimmungsgemäß angeordnete Wärmespeichereinrichtung - entlang der Vertikalen verlaufen, wobei jedes der Rohre an einem unteren Endabschnitt des jeweiligen Rohres mit einem (insbesondere einzelnen) ebenfalls vertikal verlaufenden
Sammelrohr in Strömungsverbindung steht (d.h. das Sammelrohr erstreckt sich entlang einer Längsachse, die bezogen auf eine bestimmungsgemäß angeordnete
Wärmespeichereinrichtung entlang der Vertikalen verläuft). Die
Strömungsverbindungen können z.B. jeweils durch einen entlang der Horizontalen verlaufenden Rohrleitungsabschnitt bzw. Strömungspfad gebildet sein, der das jeweilige Rohr mit einem unteren Abschnitt des Sammelrohres verbindet oder durch einen Sammler (siehe unten). Weiterhin weisen die Rohren erfindungsgemäß eine Mehrzahl an Wärmetransferrippen auf, die das Wärmespeichermedium kontaktieren, um eine möglichst gute Wärmeübertragung zwischen dem Fluid und dem
Wärmespeichermedium zu gewährleisten.
Die Wärmespeichereinrichtung ist bevorzugt dazu ausgebildet, das Fluid (z.B.
Wasserdampf) beim Einspeichern von Wärme im jeweiligen Rohr von oben nach unten zu führen, so dass Wärme vom im jeweiligen Rohr strömenden Fluid auf das
Wärmespeichermedium übertragbar ist, wobei die Wärmespeichereinrichtung weiterhin bevorzugt dazu ausgebildet ist, das Fluid im Sammelrohr von unten wieder nach oben zu führen, wobei das Fluid insbesondere über das Sammelrohr abziehbar ist. Zum Ausspeichern von Wärme ist die Wärmespeichereinrichtung bevorzugt dazu ausgebildet, das Fluid (z.B. Wasser) über das Sammelrohr von oben nach unten zu führen und über die Rohre von unten wieder nach oben, so dass Wärme des
Wärmespeichermediums auf das Fluid übertragbar ist.
Vorzugsweise können die Wärmetransferrippen dabei jeweils in radialer Richtung des jeweiligen Rohres von einem Mantel des jeweiligen Rohres abstehen oder in sonstiger Weise an dem jeweiligen Rohr festgelegt sein. Die Wärmetransferrippen können auch in radialer Richtung von einem zusätzlichen Träger abstehen, der an einem Mantel des jeweiligen Rohres festgelegt ist. Der Träger kann selber rohrförmig oder schalenförmig ausgebildet sein. Insbesondere kann der jeweilige Träger zwei Schalen aufweisen, die einander gegenüberliegen und den jeweiligen Mantel, an dem sie festgelegt sind, umgeben. Vom Träger bzw. von den Schalen stehen dann die Wärmetransferrippen in z.B. radialer Richtung ab. Die Wärmetransferrippen können einstückig an den Träger bzw. die Schalen angeformt sein oder in sonstiger Weise mit diesen verbunden sein (z.B. Schweißverbindungen).
Aufgrund der durch die Rippen vergrößerten effektiven Oberfläche der Rohre kommt eine verbesserte Wärmeübertragung zwischen dem Fluid und dem
Wärmespeichermedium zustande. Mit der erfindungsgemäßen Wärmespeichereinrichtung kann somit einerseits Wärme eines Fluids bzw. Prozessmediums auf das Wärmespeichermedium übertragen und darin gespeichert werden bzw. andererseits im Wärmespeichermedium gespeicherte Wärme auf ein Fluid bzw. Prozessmedium übertragen werden. Aufgrund der vertikal angeordneten Rohre ist ein räumlich homogenes Schmelzen bzw. Gefrieren des Wärmespeichermediums um die Rohre herum möglich, wobei insbesondere zusätzlich aufgrund der Führung des Fluids durch die Rohre (mit Rückführung bzw. Zuführung durch ein Sammelrohr) ein unterer Rohrboden verzichtbar ist, so dass das Gewicht des Wärmespeichermediums nicht über einen unteren Rohrboden abgeleitet werden muss, sondern z.B. über einen entsprechend ausgelegten Behälterboden. Bevorzugt werden also die Rohre sowie ggf. das
Sammelrohr und die Strömungsverbindung zwischen den Rohren und dem
Sammelrohr von oben her gehalten, insbesondere durch einen Verteiler oder einen Rohrboden und/oder sonstige Einbauten. Wie eingangs bereits erwähnt, handelt es sich bei dem Wärmespeichermedium bevorzugt um ein Phasenwechselmaterial, das heißt, um ein Material, dessen latente Schmelzwärme, Lösungswärme oder Absorptionswärme größer ist als die Wärme, die es aufgrund seiner spezifischen Wärmekapazität (ohne Phasenumwandlung) speichern kann. Die Wärmespeichereinrichtung wird entsprechend auch als
Latentwärmespeichereinrichtung bezeichnet. Bei dem Wärmespeichermedium kann es sich z.B. um ein Nitratsalz handeln bzw. das Wärmespeichermedium kann ein
Nitratsalz aufweisen, wie z.B. NaN03 oder KN03. Das Wärmespeichermedium kann auch ein Gemisch von Nitratsalzen, insbesondere ein Gemisch aus NaN03 und KN03 aufweisen.
Zum Verteilen des Fluids auf die Rohre ist bevorzugt ein Verteiler vorgesehen, der an einem oberen Ende der Rohre mit den Rohren in Strömungsverbindung steht, so dass das Fluid über den Verteiler in das jeweilige Rohr einspeisbar ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Verteiler zumindest eine (insbesondere ringförmige) Rohrleitung mit jeweils einer ersten und einer davon getrennten zweiten Kammer aufweist.
Es können natürlich auch mehrere dieser ringförmigen Rohrleitungen vorgesehen sein, die dann bevorzugt in einer Ebene konzentrisch zueinander angeordnet sind.
Gemäß einer alternativen Variante der erfindungsgemäßen Wärmespeichereinrichtung kann der Verteiler auch einen Rohrboden aufweisen, in dem die Rohre mit ihrem oberen Ende bzw. verankert sind. Der Verteiler kann des Weiteren einen weiteren Rohrboden aufweisen, in dem das Sammelrohr verankert ist.
Gemäß einer Ausführungsform mit Sammelrohr zum Abziehen und ggf. Zuführen des Fluids ist bevorzugt vorgesehen, dass die Rohre jeweils mit einem oberen Ende in einem Rohrboden des Verteilers verankert sind, so dass das Fluid über den
Rohrboden in das jeweilige Rohr einspeisbar (bzw. daraus abziehbar) ist und darin nach unten bzw. nach oben strömt. Das Sammelrohr ist dabei bevorzugt mit einem oberen Endabschnitt durch den Rohrboden hindurchgeführt bzw. ein entsprechender Strömungspfad führt durch den Rohrboden hindurch.
Weiterhin kann der Rohrboden mit einem vorzugsweise haubenförmigen Deckel des Behälters eine Kammer des Verteilers begrenzen, in die das Fluid über einen Stutzen einleitbar ist bzw. aus der das Fluid über den Stutzen abziehbar ist. Das in die Kammer eingeleitete Fluid kann dann über den Rohrboden in die Rohre gelangen bzw. kann über jene Kammer aus den Rohren abgezogen werden. Das Sammelrohr ist bevorzugt mittig im Behälter entlang der Vertikalen angeordnet, wobei die Rohre bevorzugt radial weiter außen angeordnet sind und bevorzugt um das Sammelrohr verteilt angeordnet sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Strömungsverbindung zwischen den Rohren und dem Sammeirohr einen Sammier aufweist bzw. über einen Sammler hergestellt wird, wobei die Rohre jeweils über eine untere stirnseitige Öffnung des jeweiligen Rohres in den Sammler münden, und wobei das Sammelrohr über eine untere stirnseitige Öffnung des Sammelrohres in den Sammler mündet. Das Sammelrohr, die Rohre und der Sammler können durch den Rohrboden getragen werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist dabei vorgesehen, dass der Sammler einen konvexen Mantel aufweist, der einen Innenraum des Sammlers zum Sammeln des Fluids begrenzt, wobei insbesondere zumindest ein oberer Bereich des Mantels des Sammlers kugelsegmentförmig ausgebildet ist. Bevorzugt münden die Rohre in diesen oberen Bereich des Sammlers, wobei bevorzugt das Sammelrohr an einem höchsten Punkt des Sammlers bzw. des Mantels des Sammlers in den Sammler mündet.
Vorzugsweise ist der Mantel des Sammlers zylindersymmetrisch ausgebildet, wobei die Zylinderachse mit der Längsachse des Sammelrohres zusammenfällt, das von oben in den Sammler mündet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der
Innenraum des Behälters zur Lunkervermeidung bei einem Erstarren des
Wärmespeichermediums einen das Sammelrohr umgebenden Bereich aufweist bzw. einen Bereich, in dem das Sammelrohr angeordnet ist, wobei in dem Bereich keines der Rohre angeordnet ist. Der besagte Bereich erstreckt sich vorzugsweise entlang des Sammelrohres. Über diesen Bereich (der auch als Speiser bezeichnet wird), in dem keine bzw. eine verminderte Wärmeübertragung stattfindet, wird beim Erstarren des Wärmespeichermediums fluides Wärmespeichermedium insbesondere nach unten sowie nach außen zu den Rohren hin nachgeliefert. Der Bereich weist bevorzugt einen Durchmesser auf, der zumindest doppelt so groß ist wie der Außendurchmesser des Sammelrohres. Vorzugsweise wird der Durchmesser des Bereiches weiterhin so gewählt, das hier das Wärmespeichermedium als letztes fest wird. Ist dies der Fall, kann der Durchmesser ggf. auch kleiner ausfallen.
Weiterhin kann das Sammelrohr auch ohne zusätzliche Isolierung ausgeführt werden. Eine Isolierung kann dann durch die isolierende Wirkung des (erstarrten)
Wärmespeichermediums bzw. Salzes erzielt werden. Der zentrale Bereich weist dann vorzugsweise einen entsprechend größeren Durchmesser auf, über den die gewünschte Isolierung bereitgestellt wird.
Zur Bereitstellung der benötigten Menge an fluidem Wärmespeichermedium weist der Innenraumes des Behälters am oberen Ende der Rohre einen Bereich bzw. ein Teilvolumen auf, das z.B. an den Rohrboden angrenzt, und in dem die besagte Menge an fluidem Wärmespeichermedium bereitstellbar ist. In diesem Bereich bzw.
Teilvolumen des Innenraumes weisen die Rohre bevorzugt keine Wärmetransferrippen auf.
Weiterhin kann ebenfalls vorgesehen sein, dass die Rohre jeweils einen unteren Abschnitt aufweisen, über den das jeweilige Rohr in den Sammler mündet, wobei an diesen Abschnitten ebenfalls keine Wärmetransferrippen vorgesehen sind.
Bei allen Ausführungsformen der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Behälter als Innenbehälter ausgebildet ist, der in einem Innenraum eines Außenbehälters angeordnet ist, so dass ein Zwischenraum zwischen dem Mantel des Innenbehälters und einem Mantel des Außenbehälters vorhanden ist.
Der Zwischenraum oder Teile des Zwischenraums können evakuiert sein und/oder mit einem Isolationsmaterial befüllt sein (z.B. in Form einer Schüttung).
Weiterhin kann der Innenbehälter über eine Aufhängung am Mantel des
Außenbehälters aufgehängt sein.
Weiterhin kann bei allen Ausführungsformen an einem unteren Bereich bzw. Boden des Mantels des Behälters bzw. Innenbehälters ein Stutzen zum Beschicken des Innenraumes des Behälters bzw. Innenbehälters mit Wärmespeichermedium und/oder zum Abziehen vom Wärmespeichermedium aus dem Innenraum des Behälters bzw. Innenbehälters vorgesehen sein. Der Stutzen kann dabei eine Heizeinrichtung aufweisen, so dass das Wärmespeichermedium ggf. in den flüssigen Aggregatzustand überführt werden kann.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sollen bei der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsforrn einer
erfindungsgemäßen Wärmespeichereinrichtung;
Fig. 2 eine schematische, ausschnitthafte Schnittdarstellung einer alternativen
Ausgestaltung des Verteilers gemäß Fig. 1
Fig. 3A eine schematische Schnittdarstellung eines Rohres einer
erfindungsgemäßen Wärmespeichereinrichtung;
Fig. 3B eine weitere schematische Schnittdarstellung eines Rohres einer
erfindungsgemäßen Wärmespeichereinrichtung;
Fig. 4 eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform einer
erfindungsgemäßen Wärmespeichereinrichtung. Fig. 1 zeigt im Zusammenhang mit Fig. 3A und Fig. 3B eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wärmespeichereinrichtung 1 , die einen Behälter 10 mit einem Mantel 11 aufweist, der einen Innenraum I des Behälters 10 begrenzt, wobei in dem Innenraum I ein Wärmespeichermedium P in Form eines Phasenwechselmaterials angeordnet ist. In dem Innenraum I des Behälters 10 sind weiterhin mehrere Rohre 24 angeordnet, die sich jeweils entlang einer Längsachse erstrecken, wobei die
Längsachsen bezogen auf einen bestimmungsgemäß angeordneten Zustand der Wärmespeichereinrichtung 1 , parallel zur Vertikalen z verlaufen. Die Rohre 24 sind dabei vom Wärmespeichermedium P umgeben und kontaktieren dieses, so dass ein in den Rohren 24 geführtes Fluid F in eine indirekte Wärmeübertragung mit dem Wärmespeichermedium P treten kann. Die Rohre 24 sind entsprechend Fig. 3A oder Fig. 3B ausgebildet.
Jedes Rohr 24 ist dazu ausgebildet, das besagte Fluid F entlang der Vertikalen z nach unten zu führen. An einem unteren Endabschnitt 24a sind die Rohre 24 über je eine Strömungsverbindung mit einem zentralen Sammelrohr 25 verbunden, in dem das Fluid F wieder nach oben geführt wird. Die Strömungsverbindungen können z.B. durch entlang der Horizontalen verlaufende Rohrleitungsabschnitte 245 gebildet sein, die das jeweilige Rohr 24 mit einem unteren Abschnitt des Sammelrohres 25 verbinden.
Das Fluid F wird nun bevorzugt an einem oberen Ende 24b des jeweiligen Rohres 24 mittels eines Verteilers 35 in das jeweilige Rohr 24 eingeleitet, strömt sodann entlang der Vertikalen z bzw. Längsachse im jeweiligen Rohr 24 nach unten und strömt sodann über die Rohrleitungsabschnitte 245 in das Sammelrohr 25 und strömt darin dann wieder nach oben (der Verteiler 35 kann auch nach Art der Figur 2 als
Doppelrohrboden ausgebildet sein, wobei die Rohre 24 im ersten Rohrboden 310 verankert sind und das Sammelrohr 25 im weiteren Rohrboden 320). Dabei kann das Fluid F auf seinem Weg nach unten in den Rohren 24 mit dem Wärmespeichermedium P Wärme austauschen. So kann zum Beispiel das Fluid F das sich im festen
Aggregatzustand befindliche Wärmespeichermedium P schmelzen, wobei das
Wärmespeichermedium P vergleichsweise viel Wärmeenergie (Schmelzwärme) aufnimmt. Zu einem späteren Zeitpunkt kann das Wärmespeichermedium P bei Bedarf entladen werden, indem das Wärmespeichermedium P zum Erstarren gebracht wird, wobei das Wärmespeichermedium P die zuvor aufgenommene Wärmemenge als Erstarrungswärme wieder an das im jeweiligen Rohr 24 geführte Fluid F abgibt, das entsprechend erwärmt wird.
Weiterhin kann das Sammelrohr 25 eine Wärmeisolierung 253 aufweisen. So kann das Sammelrohr 25 als ein Doppelrohr ausgebildet sein, das ein Innenrohr 252 sowie ein das Innenrohr 252 umgebendes Außenrohr 251 aufweist, wobei die Wärmeisolierung 253 in einem Ringspalt 254 zwischen dem Innenrohr 252 und dem Außenrohr 251 des Sammelrohres (25) angeordnet sein kann.
Durch den Umstand, dass das jeweilige Rohr 24 am oberen Ende 24b mit dem Fluid F beaufschlagt wird bzw. das Fluid F wieder am oberen Ende des Sammelrohres 25 abgezogen wird, kann auf einen Rohrboden am unteren Ende 24a der Rohre 24 verzichtet werden. Die Last des Wärmespeichermediums P muss daher wiederum nicht durch einen unteren Rohrboden abgefangen werden, sondern kann in einem entsprechend verfestigten Untergrund bzw. einen geeignet dimensionierten
Behälterboden des Behälters 10 eingeleitet werden.
Ein typischer Querschnitt eines erfindungsgemäßen Rohres 24 ist in der Fig. 3A gezeigt. Dabei weist das jeweilige Rohr 24 vorzugsweise einen zylindrischen Mantel 2 0 auf, von dem in radialer Richtung Wärmetransferrippen 211 abstehen, die für eine Vergrößerung der effektiven Oberfläche des Mantels 210 des Rohrs 24 sorgen, so dass die Wärmeübertragung zwischen dem jeweiligen Rohr 24 und dem umgebenden Wärmespeichermedium P verbessert wird.
Fig. 3B zeigt eine weitere Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Rohres 24, wobei hier im Unterschied zur Figur 3A die Wärmetransferrippen 211 an separaten, schalenförmigen Trägern 212, 213 festgelegt sind, die paarweise an den Mänteln 210 der Rohre 24 festgelegt sind. Dabei können die an einem Mantel 210 angeordneten Träger 212, 213 aneinander festgelegt sein, um eine Befestigung an dem jeweiligen Außenrohr 21 zu realisieren. Fig. 2 zeigt eine zur Fig. 1 alternative Ausgestaltung eines Verteilers 35, der bei einer Wärmespeichereinrichtung 1 gemäß Fig. 1 anstelle des Verteilers 35 zum Einsatz kommen kann. Der Verteiler 35 ist dabei als Doppelrohrboden ausgebildet, der zwei parallele Rohrböden 310, 320 aufweist, nämlich einen (ersten) Rohrboden 310, in dem das Sammelrohr 25 verankert is, sowie einen parallelen weiteren (zweiten) Rohrboden 320, in dem die jeweiligen Rohre 24 verankert sind. Zwischen den beiden Rohrböden 310, 320 wird dabei eine erste Kammer 301 gebildet, in die das flüssige Medium F eingeleitet werden kann, so dass es durch Durchgangsöffnungen 3 1 des ersten Rohrbodens 310 in den jeweiligen Rohre 24 gelangen kann. Weiterhin kann die in dem Sammelrohr 25 zurückgeführte flüssige Phase F durch Durchgangsöffnungen 321 des weiteren Rohrbodens 320 in eine angrenzende zweite Kammer 302 geleitet werden, aus der die flüssige Phase F abgezogen und ihrer weiteren Verwendung zugeführt werden kann.
Figur 4 zeigt eine Schnittansicht einer weiteren erfindungsgemäßen
Wärmespeichereinrichtung 1. Die Wärmespeichereinrichtung 1 weist einen Behälter 10a in Form eines Innenbehälters auf, dessen Mantel 11a einen Innenraum I des Behälters 10a umgibt, wobei in dem Innenraum I ein Wärmespeichermedium P angeordnet ist. Der Behälter 10a ist dabei in einem Innenraum Γ angeordnet, der durch einen Mantel 11b eines Außenbehälters 10b begrenzt wird, so dass zwischen dem Innen- und dem Außenbehälter 10a, 10b ein Zwischenraum geschaffen wird, der bevorzugt evakuiert ist und mit einer Wärmeisolierung 10c befüllt ist, z.B. in Form einer Schüttung.
Der Behälter 10a ist bevorzugt über eine Aufhängung 2 am Mantel 11b des
Außenbehälters 10b gelagert bzw. aufgehängt. Das Gewicht der Beiden Behälter 10a, 10b wird über Füße 13 des Außenbehälters 10b in den Untergrund eingeleitet.
Zum Beschicken des Innenraumes I des Behälters 10a mit Wärmespeichermedium P bzw. zum Abziehen von Wärmespeichermedium P aus dem Innenraum I des Behälters 10a ist ein Stutzen 600 vorgesehen, der vorzugsweise eine Heizeinrichtung 601 aufweist, so dass das Wärmespeichermedium P beim Aus- bzw. Einleiten im flüssigen Aggregatzustand gehalten werden kann.
Für die Wärmeübertragung mit dem Wärmespeichermedium P ist in dem Innenraum I des Behälters 10a eine Mehrzahl an Rohren 24 vorgesehen, die sich jeweils entlang der Vertikalen z erstrecken und vom Wärmespeichermedium P umgeben sind bzw. dieses kontaktieren. Die Rohre 24 können wiederum, wie bereits oben beschrieben, Wärmetransferrippen 211 aufweisen (z.B. gemäß Figuren 3A und 3B ohne Innenrohre 22).
Die Rohre 24 sind weiterhin mit einem oberen Ende 24b, an dem die Rohre 24 jeweils eine obere, stirnseitige Öffnung 242 aufweisen, in einem Rohrboden 401 eines
Verteilers 400 des Behälters 10a verankert, so dass das Fluid F über den Rohrboden 401 in das jeweilige Rohr 24 einspeisbar bzw. daraus abziehbar ist und darin nach unten bzw. nach oben geführt werden kann. Dabei begrenzt der Rohrboden 401 mit einem oberen Deckel 10d des Behälters 10a eine Kammer 404 des Verteilers 400, in die das Fluid F über einen Stutzen 405, der am oberen Deckel 11 d des
Außenbehälters 11b angeordnet ist, sowie eine sich an den Stutzen 405
anschließende Rohrleitung 402, die in die Kammer 404 mündet, in die Kammer 404 einleitbar ist. Ebenso kann das Fluid F über die Rohrleitung 402 und den Stutzen 405 aus der Kammer 404 abgezogen werden. Weiterhin kann das in die Kammer 404 eingeleitete Fluid F über den Rohrboden 401 in die Rohre 24 gelangen bzw. kann über jene Kammer 404 aus den Rohren 24 abgezogen werden. An einem unteren Endabschnitt 24a weisen die Rohre 24 eine stirnseitige untere Öffnung 241 auf, über die die Rohre 24 jeweils in einen Sammler 500 münden, Der Sammler 500 weist einen Mantel 501 auf, der zylindersymmetrisch zur Längsachse des Behälters 10a (bzw. des Sammelohres 25, siehe unten) ausgebildet ist und einen Innenraum I" des Sammlers 500 begrenzt, wobei ein oberer Bereich 502 des Mantels 501 bzw. des Sammlers 500 kugelsegmentför ig ausgebildet ist. Die Rohre 24 münden dabei über diesen oberen Bereich 502 in den Innenraum I" des Sammlers 500 ein.
Zum Abziehen des Fluides F aus dem Sammler 500 bzw. zum Einleiten des Fluides F in den Sammler 500 ist wiederum ein vertikales Sammelrohr 25 vorgesehen, das parallel zu den Rohren 24 verläuft, und zwar mittig im Behälter 10a entlang der vertikalen Längsachse des Behälters 0a, wobei die Rohre 24 bevorzugt radial weiter außen angeordnet sind und bevorzugt um das Sammelrohr 25 herum gruppiert sind. Das Sammelrohr 25 weist eine untere stirnseitige Öffnung 250 auf, über die das Sammelrohr 25 in einen höchsten Punkt des Sammlers 500 mündet. Mit seinem oberen Endabschnitt 25a ist das Sammelrohr 25 durch den Rohrboden 401
hindurchgeführt und steht mit einem Stutzen 406 am oberen Deckel 1 1d des
Außenbehälters 11b in Strömungsverbindung, über den das Fluid F aus dem
Sammelrohr 25 abziehbar ist bzw. über den das Fluid F in das Sammelohr 25 einleitbar ist. Die Wärmespeichereinrichtung 1 ist also so konfiguriert, dass das Zuführen und Abführen des Fluids F von oben her erfolgt.
Zum Beladen der Wärmespeichereinrichtung 1 (d.h. Einspeichern von Wärme) wird das Fluid F, z.B. Wasserdampf, über den Verteiler 400, d.h., über den Stutzen 405, die Kammer 404 und den Rohrboden 401 in die Rohre 24 eingespeist, strömt in den Rohren 24 nach unten, wobei Wärme an das Wärmespeichermedium P abgegeben wird, das dabei verflüssigt wird. Das abgekühlte Fluid F (z.B. abgekühlter
Wasserdampf) wird über den Sammler 500 und das Sammelrohr 25 sowie den Stutzen 406 wieder abgezogen und seiner weiteren Verwendung zugeführt. Zum Entladen der Wärmespeichereinrichtung 1 (d.h. Ausspeichern von Wärme) wird das Fluid F (z.B. Wasser) über den Stutzen 406 in das Sammelrohr 25 gegeben, strömt darin nach unten in den Sammler 25 und wird aus diesem über die Rohre 24 wieder nach oben geleitet und über den Verteiler 400 abgezogen. In den Rohren 24 kann das Fluid F Wärme des Wärmespeichermediums P aufnehmen, das dabei zur Erstarrung gebracht werden kann.
Zur Lunkervermeidung bei einem Erstarren des Wärmespeichermediums P ist ein das Sammelrohr 25 umgebender zentraler Bereich B des Innenraumes I des Behälters 10a vorgesehen, in dem keines der Rohre 24 angeordnet ist, so das dort im Wesentlichen keine Wärmeübertragung stattfindet. Über diesen Bereich B wird beim Erstarren des Wärmespeichermediums P fluides Wärmespeichermedium P nachgeliefert. Eine hierfür benötigte Menge an fluidem Wärmespeichermedium P wird in einem Teilvolumen V des Innenraumes I des Behälters 10a am oberen Ende 24b der Rohre 24 bereitgestellt. In diesem Bereich bzw. Teilvolumen V des Innenraumes i weisen die Rohre 24 bevorzugt keine Wärmetransferrippen 211 auf, um hier die Wärmeübertragung herabzusetzen. Das Teilvolumen V ist durch die beiden Pegelstände P' und P" markiert. Das feste, erstarrte Wärmespeichermedium P weist den niedrigeren
Pegelstand P' auf; das flüssige Wärmespeichermedium P den höheren Pegelstand P". Weiterhin weisen die Rohre 24 jeweils am unteren Endabschnitt 24a, über den die Rohre 24 in den Sammler 25 münden, ebenfalls keine Wärmetransferrippen 211 auf. Diese unteren Endabschnitte 24a der Rohre 24 können des Weiteren eine Krümmung oder einen geknickten Verlauf aufweisen, so dass die Rohre 24 jeweils senkrecht in den Mantel 501 des Sammlers 500 münden können.
Bezugszeichen
1 Wärmespeichereinrichtung bzw. Latentwärmespeicher
10, 10a Behälter, insbesondere Innenbehälter
10b Außenbehälter
10d, 11d Deckel
1 1 , 11a, 11 b Mantel
12 Aufhängung
13 Fuß
25a unteres Ende
24b Oberes Ende
251 Außenrohr
252 Innenrohr
254 Ringspalt
24 Rohr
24a Unterer Endabschnitt
25 Sammelrohr
25a Oberer Endabschnitt
35, 300, 400 Verteiler
31 Ringförmige Rohrleitung
32 Erste Kammer
33 Zweite Kammer
210, 240 Mantel
211 Wärmetransferrippen
212, 213 Träger
220, 250, 241 Untere stirnseitige Öffnung
221 , 242 Obere stirnseitige Öffnung
222, 253, 10c Wärmeisolierung
245 Rohrleitungsabschnitt bzw. Strömungsverbindung
301 Erste Kammer
302 Zweite Kammer
310, 401 Rohrboden
311 Durchgangsöffnung
320 weiterer Rohrboden
321 Durchgangsöffnung 402 Rohrleitung
404 Kammer
405, 406, 600 Stutzen
500 Sammler
501 Mantel
502 Oberer Bereich
B Freier Bereich
I, Ι', I" Innenraum
F Fluid
P Wärmespeichermedium p. pn Pegel
V Volumen
z Vertikale

Claims

Patentansprüche
1. Wärmespeichereinrichtung (1 ) zur indirekten Wärmeübertragung zwischen einem Fluid (F) und einem Wärmespeichermedium (P) sowie zur Speicherung
übertragener Wärme, mit:
- einem Behälter (10, 10a), der einen Innenraum (I) des Behälters (10, 10a) umgibt, wobei das Wärmespeichermedium (P) in dem Innenraum (I) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Innenraum (I) des Behälters (10, 10a) eine Mehrzahl an vertikalen Rohren (24) angeordnet ist, wobei die Rohre (24) jeweils von dem Wärmespeichermedium (P) umgeben sind, wobei die Rohre (24) jeweils über einen unteren Endabschnitt (24b) mit einem vertikalen Sammelrohr (25) in Strömungsverbindung (245, 500) stehen, wobei die Rohre (24) jeweils eine Mehrzahl an Wärmetransferrippen (21 1) aufweisen, wobei die Wärmetransferrippen (211) das Wärmespeichermedium (P) kontaktieren.
2. Wärmespeichereinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmespeichermedium (P) ein Phasenwechselmaterial ist.
3. Wärmespeichereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid (F) in den Rohren in beiden Strömungsrichtungen geführt werden kann.
4. Wärmespeichereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (24) jeweils an einem oberen Ende (24b) mit einem Verteiler (35, 400) in Strömungsverbindung stehen, so dass das Fluid (F) über den Verteiler (300, 400) in das jeweilige Rohr24) einspeisbar ist.
5. Wärmespeichereinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Verteiler (400) einen Rohrboden aufweist, in dem die Rohre (24) verankert sind.
6. Wärmespeichereinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verteiler (400) einen weiteren Rohrboden aufweist, in dem das
Sammelrohr (25) verankert sind.
7. Wärmespeichereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sammelrohr (25) mittig im Behälter (10) angeordnet ist, wobei die Rohre (24) um das Sammelrohr (25) verteilt angeordnet sind.
8. Wärmespeichereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sammelrohr (25) eine Wärmeisolierung (253) aufweist, wobei insbesondere das Sammelrohr (25) als ein Doppelrohr ausgebildet ist, das ein Innenrohr (252) sowie ein das Innenrohr (252) umgebendes Außenrohr (251) aufweist, wobei die Wärmeisolierung (253) in einem Ringspalt (254) zwischen dem Innenrohr (252) und dem Außenrohr (251) des Sammelrohres (25) angeordnet ist.
9. Wärmespeichereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsverbindung zwischen den Rohren (24) und dem Sammelrohr (25) einen Sammler (500) aufweist, wobei die Rohre (24) jeweils über eine untere Öffnung (241) des jeweiligen Rohres (24) in den Sammler (500) münden, und wobei das Sammelrohr (25) über eine untere Öffnung (250) des
Sammelrohres (25) in den Sammler (500) mündet.
10. Wärmespeichereinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammler (500) einen konvexen Mantel (501) aufweist, der einen Innenraum (I") des Sammlers (500) begrenzt, wobei insbesondere zumindest ein oberer Bereich
(502) des Mantels (501) des Sammlers (500) kugelsegmentförmig ausgebildet ist.
1 1. Wärmespeichereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum (I) zur Lunkervermeidung bei einem
Erstarren des Wärmespeichermediums (P) des Behälters (10, 10a) einen das
Sammelrohr (25) umgebenden Bereich (B) aufweist, in dem keines der Rohre (20, 24) angeordnet ist.
PCT/EP2015/001467 2014-07-17 2015-07-16 Wärmespeichereinrichtung WO2016008588A1 (de)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201580038682.8A CN106574826A (zh) 2014-07-17 2015-07-16 蓄热器
EP15739173.1A EP3169962A1 (de) 2014-07-17 2015-07-16 Wärmespeichereinrichtung
US15/325,494 US20170160020A1 (en) 2014-07-17 2015-07-16 Heat storage device
MA39556A MA39556B1 (fr) 2014-07-17 2015-07-16 Dispositif accumulateur de chaleur
AU2015291473A AU2015291473A1 (en) 2014-07-17 2015-07-16 Heat storage device

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014010636.5 2014-07-17
DE102014010636.5A DE102014010636A1 (de) 2014-07-17 2014-07-17 Wärmespeichereinrichtung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2016008588A1 true WO2016008588A1 (de) 2016-01-21

Family

ID=53682633

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2015/001467 WO2016008588A1 (de) 2014-07-17 2015-07-16 Wärmespeichereinrichtung

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20170160020A1 (de)
EP (1) EP3169962A1 (de)
CN (1) CN106574826A (de)
AU (1) AU2015291473A1 (de)
DE (1) DE102014010636A1 (de)
MA (1) MA39556B1 (de)
WO (1) WO2016008588A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017125513A3 (fr) * 2016-01-20 2017-12-28 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Echangeur thermique à fluide caloporteur à assemblage optimisé et un dispositif de stockage d'énergie thermique par matériau à changement de phase comprenant ledit échangeur

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3050263A1 (fr) * 2016-04-14 2017-10-20 Commissariat Energie Atomique Dispositif de stockage d'energie thermique par materiau a changement de phase comprenant un element permettant de creer une perte de charge
CN210154395U (zh) * 2019-01-21 2020-03-17 深圳市爱能森科技有限公司 相变材料储热装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201463683U (zh) * 2009-06-19 2010-05-12 上海海事大学 一种热管强化的相变材料蓄热装置
US20110226780A1 (en) * 2010-03-16 2011-09-22 Bell Independent Power Corporation Energy storage vessel, systems, and methods

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4006965A1 (de) * 1990-03-06 1991-09-12 Friedrich Hensberg Hochtemperaturwaermespeicher
US5386871A (en) * 1992-11-24 1995-02-07 Abb Lummus Crest Inc. Thermal energy storage and recovery system
US6675880B2 (en) * 1996-03-29 2004-01-13 Mitsui Engineering And Shipbuilding Company Limited Air heater for recovering a heat of exhaust gas
JPH116639A (ja) * 1997-06-18 1999-01-12 Hitachi Ltd 蓄熱式空気調和装置の蓄熱槽
KR100311095B1 (ko) 1998-11-20 2001-12-12 김강권 상변화 축열시스템
DE20013561U1 (de) * 2000-08-08 2000-11-23 Krueger Alexander Wärmetauscher als Tauchkollektor für Wärmepumpenanlagen
DE102006026531B3 (de) * 2006-03-11 2007-09-20 Strebe, Angelika Erdsonde zur Wärmegewinnung
US20080289793A1 (en) * 2007-05-22 2008-11-27 Gerald Geiken Thermal energy storage systems and methods
DE102008060068A1 (de) * 2008-07-28 2010-02-04 Clina Heiz- und Kühlelemente GmbH Wärmeübertrager
JP5133321B2 (ja) * 2009-10-13 2013-01-30 株式会社神戸製鋼所 蓄熱装置
US9777969B2 (en) * 2009-10-28 2017-10-03 Tai-Her Yang Pipe member equipped with heat insulation core pipeline and U-shaped annularly-distributed pipeline
EP2339263B1 (de) * 2009-12-22 2013-02-27 Uponor Innovation AB Erdwärmetauscher
US20140251310A1 (en) * 2011-10-19 2014-09-11 Abengoa Solar Llc High temperature thermal energy storage
DE102012205771A1 (de) * 2012-04-10 2013-10-10 Siemens Aktiengesellschaft Wärmespeicher für Kraftwerksleistungen
CN102777874B (zh) 2012-08-30 2015-02-04 郑州大学 直接产生蒸汽的相变储热系统及其相变储热剂的制备方法
CN203518745U (zh) * 2013-09-03 2014-04-02 河北科技大学 一种新型相变蓄热器

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201463683U (zh) * 2009-06-19 2010-05-12 上海海事大学 一种热管强化的相变材料蓄热装置
US20110226780A1 (en) * 2010-03-16 2011-09-22 Bell Independent Power Corporation Energy storage vessel, systems, and methods

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017125513A3 (fr) * 2016-01-20 2017-12-28 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Echangeur thermique à fluide caloporteur à assemblage optimisé et un dispositif de stockage d'énergie thermique par matériau à changement de phase comprenant ledit échangeur

Also Published As

Publication number Publication date
CN106574826A (zh) 2017-04-19
AU2015291473A1 (en) 2017-01-19
MA39556B1 (fr) 2018-09-28
DE102014010636A1 (de) 2016-01-21
MA39556A1 (fr) 2018-02-28
EP3169962A1 (de) 2017-05-24
US20170160020A1 (en) 2017-06-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2336700B1 (de) Speichervorrichtung und Verfahren zu deren Betrieb
EP3169962A1 (de) Wärmespeichereinrichtung
DE3835096C2 (de)
DE2448832C2 (de) Flüssigmetall/Wasser-Wärmetauscher mit auswechselbaren Rohrbündeln
CH636427A5 (de) Verfahren zur ladung und entladung eines latentwaerme-speichermediums und waermespeicher.
DE102011007626B4 (de) Latentwärmespeichereinrichtung und Betriebsverfahren für eine Latentwärmespeichereinrichtung
DE1927949A1 (de) Dampferzeugungs- und -ueberhitzungsvorrichtung,insbesondere fuer mit geschmolzenem Metall,geschmolzenem Metallsalz od.dgl. als Waermeuebertrager arbeitende Kernreaktoren
DE10108150A1 (de) Latentwärmespeicher
EP3047226B1 (de) Vorrichtung und verfahren zum zwischenspeichern thermischer energie
DE3102869A1 (de) Vorrichtung zur speicherung von waerme fuer heizungsanlagen
DE102011100219B4 (de) Speichereinrichtung
AT507571B1 (de) Wärmespeicher
EP2530418B1 (de) Wärmespeicher
CH665019A5 (de) Waermeuebertrager, insbesondere zum kuehlen von gas aus einem hochtemperaturreaktor.
DE102008049131A1 (de) Verbundheizkörper
WO2002012814A1 (de) Latentwärmespeicher
DE102012111744A1 (de) Latentwärmespeicher
DE2846230C2 (de) Latentwärmespeicher
DE102016011350B4 (de) Vorrichtung zur Wärmeübertragung
AT519250B1 (de) Wärmetauscher zum Erwärmen von Brauchwasser
DE2843386C3 (de) Brennelement für einen mit Natrium gekühlten schnellen Brutreaktor
AT500491B1 (de) Wärmespeicher mit einem behälter zur temperaturgeschichteten aufnahme eines wärmeträgers
DE102017007733A1 (de) Einsatz eines gewickelten Wärmeübertragers als Latentwärmespeicher
CH654902A5 (en) Method of recovering the heat flowing off from a hot body and accumulator container for implementing the method
AT254752B (de) Verfahren zur Erwärmung von Zuschlagstoffen zur Herstellung von Beton und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15739173

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 39556

Country of ref document: MA

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 15325494

Country of ref document: US

REEP Request for entry into the european phase

Ref document number: 2015739173

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2015739173

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2015291473

Country of ref document: AU

Date of ref document: 20150716

Kind code of ref document: A