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DE102011000655A1 - Heat transporting method, involves changing volume of chambers, so that total capacity of chambers is constant, and connecting chambers with connection pieces, such that filling and draining of chambers takes place temporarily at same time - Google Patents

Heat transporting method, involves changing volume of chambers, so that total capacity of chambers is constant, and connecting chambers with connection pieces, such that filling and draining of chambers takes place temporarily at same time Download PDF

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DE102011000655A1
DE102011000655A1 DE102011000655A DE102011000655A DE102011000655A1 DE 102011000655 A1 DE102011000655 A1 DE 102011000655A1 DE 102011000655 A DE102011000655 A DE 102011000655A DE 102011000655 A DE102011000655 A DE 102011000655A DE 102011000655 A1 DE102011000655 A1 DE 102011000655A1
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heat
chambers
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storage
gas
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Kristian Franzius
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Athmann Uwe De
Franzius Kristian Mw
Hemsing Christian De
Steverding Stefan De
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Athmann Uwe 45145
Franzius Kristian 32427
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Abstract

The method involves transporting a heat storage medium in a transportable container (101) from a heat source to a heat sink, where the container has connection pieces for loading and discharging the medium. The container is used with chambers for receiving hot and cooled water. Volume of the chambers is changed in such a manner that the total capacity of the chambers is constant. The chambers stay in fluid communication with the connection pieces, such that the filling and draining of the chambers takes place temporarily at the same time. An independent claim is also included for a transportable container for transporting heat from a heat source to a heat sink.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Wärmetransportsystem. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Wärmetransportsystem, welches ohne vorgegebene, installierte Transportwege, z. B. Leitungen auskommt sowie die hierfür benötigten mobilen Wärmespeicher und die Verfahren zu deren Be- und Entladung.The invention relates to a heat transport system. In particular, the invention relates to a heat transport system, which without predetermined, installed transport routes, z. B. lines and the required mobile heat storage and the process for loading and unloading.

Durch steigende Energiepreise sowie durch den durch die Verbrennung fossiler Energieträger hervorgerufenen anthropogenen Treibhauseffekt gilt es, die vorhandene Energie effizienter zu nutzen und auch bislang nicht genutzte Energiequellen zu erschließen. Mit Hilfe der hier beschriebenen mobilen Wärmespeicher ist es möglich, bislang ungenutzte Abwärme vom Entstehungsort (Wärmequelle) zu Wärmeabnehmern (Wärmesenken) zu transportieren, um sie dort zu nutzen. Dadurch können in den Wärmesenken andere Energieträger substituiert und somit die Umwelt entlastet werden.Rising energy prices as well as the anthropogenic greenhouse effect caused by the burning of fossil energy sources mean that existing energy needs to be used more efficiently and energy sources that have not yet been exploited. With the help of the mobile heat storage described here, it is possible to transport previously unused waste heat from the source (heat source) to heat consumers (heat sinks) to use them there. As a result, other energy sources can be substituted in the heat sinks and thus the environment can be relieved.

Prinzipiell besteht die Möglichkeit, diese Abwärme von der Quelle über ein leitungsgebundenes Nah- oder Fernwärmenetz zu Wärmesenken zu transportieren. Vielfach ist der Bau eines solchen leitungsgebundenen Wärmenetzes jedoch schwierig oder unwirtschaftlich. Dies ist besonders der Fall, wenn es schwierige Geländesituationen wie z. B. die Querung von Flüssen oder Bahnstrecken zu bewältigen gilt.In principle, it is possible to transport this waste heat from the source via a wired local or district heating network to heat sinks. In many cases, however, the construction of such a wired heat network is difficult or uneconomical. This is especially the case if there are difficult terrain situations such. B. the crossing of rivers or railways to overcome.

Zur Speicherung von thermischer Energie ohne Leitungsbindung stehen generell drei physikalische Prozesse zur Verfügung: die sensible, latente und thermochemische Wärmespeicherung. Erste Systeme, welche sich der Speicherung latenter Wärme bedienen, um diese ohne Leitungsbindung zu transportieren, sind bereits am Markt verfügbar. Bei diesen Latentwärmespeichern auf Natriumacetatbasis ist die auskoppelbare Temperatur verfahrensbedingt auf etwa 50°C begrenzt.There are generally three physical processes available for storing thermal energy without conduction: sensitive, latent and thermochemical heat storage. The first systems that use latent heat storage to transport them without line binding are already available on the market. In the case of these latent heat accumulators based on sodium acetate, the temperature which can be released is limited to approximately 50 ° C. due to the process.

Aufgabe der Erfindung ist es, bestehende Abwärmepotenziale in vereinfachter und günstiger Weise nutzbar zu machen und somit zur Ressourcenschonung und zum Klimaschutz beizutragen.The object of the invention is to make available existing waste heat potentials in a simplified and favorable manner and thus to contribute to resource conservation and climate protection.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch Verfahren gemäß den Patentansprüchen 1 und 6 sowie durch die Wärmetransportsysteme gemäß den Ansprüchen 5 und 9.This object is achieved by methods according to claims 1 and 6 and by the heat transfer systems according to claims 5 and 9.

Die Erfindung basiert ausschließlich auf der sensiblen Wärmespeicherung. Die Temperatur der Wärmeträger (des Wärmespeichermediums) wird also verändert, um Wärmeenergie aufzunehmen oder abzugeben. Die aufgeladenen Wärmeträger werden dann vom Ort einer Wärmequelle zum einer Wärmesenke verbracht, wo die Wärme entladen wird.The invention is based exclusively on the sensitive heat storage. The temperature of the heat carrier (the heat storage medium) is thus changed to absorb or release heat energy. The charged heat carriers are then transferred from the location of a heat source to a heat sink where the heat is discharged.

Die Erfindung ist insbesondere für die mobile Nutzung von Abwärme aus industriellen, gewerblichen sowie landwirtschaftlichen Quellen bestimmt. Die Nutzung von Abwärme, wie sie in vielen Industrieprozessen, aber auch in Kraftwerken und Biogasanlagen anfällt, ist gemäß der Erfindung speicherbar und transportierbar. Diese Abwärme wird bislang nur teilweise genutzt und meist über Kühler in die Atmosphäre geleitet, da vielfach kein unmittelbarer Wärmebedarf in der notwendigen Größenordnung am Ort der Entstehung vorhanden ist.The invention is particularly intended for the mobile use of waste heat from industrial, commercial and agricultural sources. The use of waste heat, as obtained in many industrial processes, but also in power plants and biogas plants, can be stored and transported according to the invention. This waste heat is currently only partially used and usually passed through cooler into the atmosphere, as often no direct heat demand in the necessary magnitude at the place of origin is present.

Wesentlicher Aspekt der Erfindung ist es, in Abgrenzung zu bekannten Verfahren der Wärmespeicherung und des Transports gespeicherter Wärme, Verfahren und Vorrichtungen vorzuschlagen, welche besonders einfach in ihrem Aufbau und besonders Vorteilhaft in der Benutzung sind.An essential aspect of the invention is, in contrast to known methods of heat storage and the transport of stored heat, to propose methods and devices which are particularly simple in construction and particularly advantageous in use.

Generell kann Abwärme als Niedertemperaturwärme (unter 100°C, z. B. Kühlwasser von Blockheizkraftwerken von Biogasanlagen) sowie als Hochtemperaturwärme (über 100°C, z. B. Prozessdampf oder Abgas von Blockheizkraftwerken) anfallen. Daher werden zwei Konzepte vorgeschlagen, wovon eines die Speicherung von Niedertemperaturwärme erlaubt (T < 100°C) und ein anderes die Speicherung von hochtemperaturwärme erlaubt (T > 100°C).In general, waste heat can be generated as low-temperature heat (below 100 ° C, eg cooling water from cogeneration plants of biogas plants) as well as high-temperature heat (above 100 ° C, eg process steam or waste gas from combined heat and power plants). Therefore, two concepts are proposed, one of which allows the storage of low-temperature heat (T <100 ° C) and another allows the storage of high-temperature heat (T> 100 ° C).

Erfindungsgemäß wird Niedertemperaturwärme in einem Wärmespeicherfluid und Hochtemperaturwärme in einem festen Wärmespeichermedium gespeichert. Als Wärmespeicherfluid wird, aufgrund seiner hohen spezifischen Wärmekapazität und einfachen Handhabung, Wasser verwendet. Gegebenenfalls können diesem Wasser noch Zusätze zur Korrosionsminderung, Frostsicherheit etc. beigemischt werden.According to the invention, low-temperature heat is stored in a heat storage fluid and high-temperature heat in a solid heat storage medium. As a heat storage fluid, water is used because of its high specific heat capacity and easy handling. Optionally, this water additives to reduce corrosion, frost resistance, etc. are added.

In beiden Fällen werden kostengünstige Speichermedien verwendet, die außerdem nahezu überall verfügbar sind.In both cases, low-cost storage media are used, which are also available almost everywhere.

Erfindungsgemäß werden Behälter mit dem Speichermedium auf den verfügbaren Transportwegen zwischen Wärmequellen und Wärmesenken transportiert. Die Konzepte sind insbesondere auf den Straßentransport ausgerichtet, aber auch andere Transportsysteme sind denkbar. Es werden Speichermedien mit einer Masse von 5 bis 50 Tonnen verwendet. Zur einfacheren Integration in bestehende Logistikkonzepte können die Speicher in containerähnlicher Bauform ausgeführt sein.According to the invention, containers with the storage medium are transported on the available transport paths between heat sources and heat sinks. The concepts are particularly geared to road transport, but other transport systems are conceivable. Storage media with a mass of 5 to 50 tons are used. For easier integration into existing logistics concepts, the storage tanks can be designed in container-like design.

Der Umschlag von Niedertemperaturwärme erfolgt erfindungsgemäß an Wärmequelle und Wärmesenke durch schnelles Umpumpen des Wärmespeicherfluids vom Mobilspeicher in den Stationärspeicher. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird in demselben Behälter, welcher das geladene Speichermedium anliefert auch das entladene Speichermedium aus dem Stationärspeicher aufgenommen. Hierbei ist entscheidend, dass ein Vermischen von warmem und kaltem Wärmespeicherfluid verhindert wird. Dies wird durch mehrere Kammern im Behälter realisiert, die jeweils in ihrer Größe veränderbar sind. Das Gesamtvolumen der Kammern bleibt jedoch konstant. Eine Kammer kann also auf Kosten einer anderen Kammer vergrößert/verkleinert werden, indem die Kammertrennung verschoben wird.The transfer of low-temperature heat is carried out according to the invention to heat source and heat sink by rapid pumping of the Heat storage fluids from the mobile storage in the stationary storage. In the method according to the invention, the discharged storage medium is taken from the stationary storage in the same container, which supplies the loaded storage medium. It is crucial that a mixing of hot and cold heat storage fluid is prevented. This is realized by several chambers in the container, which are each variable in size. The total volume of the chambers, however, remains constant. A chamber can thus be increased / decreased at the expense of another chamber by the chamber separation is moved.

Erfindungsgemäß können hierzu die im Folgenden beschriebenen Isolierkolben oder Schlauchtrennungen verwendet werden. Zur Erhöhung der Betriebssicherheit beim Umfüllen können leckagefreie Schnellschlussventile, wie sie z. B. für den Umschlag von Chemikalien Anwendung finden, verwendet werden. Selbst wenn die Trennung der Kupplung versehentlich während des Umfüllvorgangs unter Druck erfolgt, beträgt die Leckrate nur wenige Milliliter (Beispiel: www.waltherpraezision.de, Serie CN).According to the invention, the insulating piston or tube separations described below can be used for this purpose. To increase the reliability during refilling can leak-free quick-closing valves, as z. B. for the handling of chemicals application can be used. Even if the disconnection of the coupling occurs accidentally during the transfer process under pressure, the leak rate is only a few milliliters (example: www.waltherpraezision.de, series CN).

Der Durchmesser der Anschlussstutzen des Niedertemperaturspeichers ist aufgrund der hohen Umpumpraten des Wärmespeicherfluids ausreichend zu dimensionieren. Bei einer Umpumprate von beispielsweise 5 m3/min sollten die Anschlussstutzen in DN 150 bzw. DN 200 ausgeführt werden. Der Durchmesser der Anschlussstutzen ist in der Regel derselbe wie der der Verbindungsleitungen oder -schläuche. Bei der Wahl zu kleiner Durchmesser steigt der Druckverlust unverhältnismäßig hoch an. Die Wahl zu großer Durchmesser ist aus rein technischer Sicht unkritisch, sie führt jedoch zu hohen Kosten z. B. für die Absperrarmaturen.The diameter of the connecting piece of the low-temperature accumulator is to be dimensioned sufficiently due to the high Umpumpraten the heat storage fluid. At a pumping rate of, for example, 5 m 3 / min, the connecting pieces should be designed in DN 150 or DN 200. The diameter of the connecting pieces is usually the same as that of the connecting pipes or hoses. When choosing too small diameter, the pressure loss increases disproportionately high. The choice of large diameter is uncritical from a purely technical point of view, but it leads to high costs z. B. for the shut-off valves.

Die Menge an Niedertemperaturwärme, die mit einer LKW-Ladung transportiert werden kann, ist stark abhängig vom Temperaturniveau. Nach oben hin ist die Temperatur aus sicherheitstechnischen Gründen auf 95°C begrenzt. Damit bestimmt vor allem die für die Wärmesenke erforderliche Minimaltemperatur die Energiespeicherdichte pro LKW-Ladung. Beträgt diese, beispielsweise bei Schwimmbädern, 40°C, so kann eine Temperaturdifferenz von 55 Kelvin genutzt werden, und in einer Speichermasse von 23 Tonnen können etwa 1.500 kWh transportiert werden.The amount of low temperature heat that can be transported by a truckload is highly dependent on the temperature level. At the top, the temperature is limited to 95 ° C for safety reasons. Thus, above all, the minimum temperature required for the heat sink determines the energy storage density per truck load. If this, for example in swimming pools, is 40 ° C, a temperature difference of 55 Kelvin can be used, and in a storage mass of 23 tonnes, about 1,500 kWh can be transported.

Die erfindungsgemäße Hochtemperaturspeicherung ist vor allem zur Nutzung der Abgasabwärme von Generatoren zur Stromerzeugung oder Blockheizkraftwerken interessant. Derzeit sind in der BRD etwa 5.000 Biogasanlagen mit einer elektrischen Gesamtleistung von etwa 1,7 GW installiert, die mit einer mittleren Verfügbarkeit von 8.000 Stunden pro Jahr betrieben werden. Die von Biogasanlagen nutzbare thermische Leistung entspricht etwa ihrer elektrischen Leistungsabgabe. Der Anteil der nutzbaren Hochtemperaturwärme beträgt knapp die Hälfte der thermischen Leistung. Die überwiegende Anzahl der Biogasanlagen verfügt über keine ausreichende Wärmenutzung, was überwiegend durch die Aufstellungsorte in ländlichen Gegenden begründet ist.The high-temperature storage according to the invention is of particular interest for the utilization of the waste gas waste heat from generators for power generation or combined heat and power plants. There are currently about 5,000 biogas plants with a total electrical output of around 1.7 GW installed in the Federal Republic of Germany, which are operated with an average availability of 8,000 hours per year. The usable by biogas plants thermal power corresponds approximately to their electrical power output. The proportion of usable high-temperature heat is just under half of the thermal power. The vast majority of biogas plants do not have sufficient heat utilization, which is mainly due to the sites in rural areas.

Bei dem erfindungsgemäßen Hochtemperatur-Wärmespeicher handelt es sich um eine Variation des Funktionsprinzips des Winderhitzers des Hochofenprozesses (sog. Cowper), bei dem schamottbasierte Steine als Wärmespeichermaterial eingesetzt werden und bei dem der Wärmeübergang ebenfalls durch direkten Gas-Feststoffkontakt ohne zusätzliche Wärmetauscher erfolgt. Für die mobile Wärmespeicherung scheidet die Verwendung von Schamottsteinen allerdings aus, da sie über eine zu geringe mechanische Festigkeit verfügen. Zusätzlich wird ihre hohe thermische Belastbarkeit bei der Speicherung von Motorenabgas nicht benötigt. Es ist erfindungsgemäß ein festes, poröses, vorzugsweise mineralisches Speichermaterial verwendbar. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform stellt eine Kiesschüttung eine geeignete Kombination aus mechanischer und thermischer Stabilität bei gleichzeitig geringen Materialkosten dar.The high-temperature heat accumulator according to the invention is a variation of the operating principle of the kiln heater of the blast furnace process (so-called Cowper), in which fireclay-based bricks are used as heat storage material and in which the heat transfer also takes place by direct gas-solid contact without additional heat exchanger. For mobile heat storage, however, the use of fireclay bricks is eliminated because they have too low a mechanical strength. In addition, their high thermal capacity is not required in the storage of engine exhaust. It is inventively a solid, porous, preferably mineral storage material used. According to a preferred embodiment, a gravel filling represents a suitable combination of mechanical and thermal stability with simultaneously low material costs.

Mit einer Speicherdichte von etwa 100 kWh pro Tonne Speichermasse ist der wirtschaftlich bedingte Transportradius für Hochtemperaturwärme größer als der für Niedertemperaturwärme. Darüber hinaus eröffnet die Speicherung von Hochtemperaturwärme weitere Anwendungsgebiete, die sich mit der erfindungsgemäßen Speicherung von Niedertemperaturwärme oder ersten marktverfügbaren mobilen Latentwärmespeichern auf Natriumacetatbasis (vgl. www.latherm.de), bei denen die auskoppelbare Temperatur auf etwa 50°C verfahrensbedingt begrenzt ist, kaum realisieren lassen. Zu diesen weiteren Anwendungsgebieten gehören z. B. die Dampferzeugung, der Betrieb von Adsorptionskälteanlagen für Tieftemperaturanwendungen sowie die aus trinkwasserhygienischen Gründen zum Abtöten von Legionellen erforderliche Brauchwassererwärmung auf über 60°C. Auch wenn ein Teil dieses Anwendungsgebietes theoretisch durch die Verwendung anderer Latentwärmespeichermedien erschlossen werden könnte, würde dies unter Inkaufnahme höherer Kosten zur Beherrschung von Korrosionsproblemen und einer möglichen Einstufung in die Gefahrgutverordnung geschehen. Zum Verfahren der thermochemischen mobilen Wärmespeicherung, z. B. mit Zeolithen, konnten sich bis heute keine Verfahren am Markt etablieren.With a storage density of about 100 kWh per ton of storage mass, the economically induced transport radius for high-temperature heat is greater than that for low-temperature heat. In addition, the storage of high-temperature heat opens up further fields of application, which scarcely occur with the storage according to the invention of low-temperature heat or first commercially available mobile latent heat storage units based on sodium acetate (see www.latherm.de) in which the decoupled temperature is limited to about 50 ° C. let realize. These other fields of application include, for. As the steam generation, the operation of Adsorptionskälteanlagen for low temperature applications as well as for drinking water hygiene reasons required to kill legionella hot water heating to about 60 ° C. Even if a part of this field of application could theoretically be opened up by the use of other latent heat storage media, this would be done at the expense of higher costs for controlling corrosion problems and a possible classification in the dangerous goods regulation. For the method of thermochemical mobile heat storage, z. As with zeolites, were able to establish today no method on the market.

Die Be- und Entladung mit Hochtemperaturwärme erfolgt durch direkten Gas-Feststoffkontakt, da hierdurch der beste Wärmeübergang erzielt werden kann. Darüber hinaus entfallen hierbei verfahrensbedingt die Kosten für Wärmetauscher. Der Umschlag des Wärmespeichermaterials erfolgt erfindungsgemäß durch Austausch von Transporteinheiten, die beispielsweise als Container ausgeführt sein können.The loading and unloading with high-temperature heat is done by direct gas-solid contact, as this the best heat transfer can be achieved. In addition, omitted here Due to the process, the costs for heat exchangers. The envelope of the heat storage material is carried out according to the invention by exchanging transport units, which may be designed, for example, as a container.

Kurze Transport- und Umschlagzeiten sind für die Realisierung der Erfindung von besonderer ökonomischer Bedeutung. Abhängig von der verwendeten Technologie, den vereinbarten Preisen für die Abwärme und der transportierten Speichermasse liegt der Wert einer Speicherladung im Bereich von 50 bis über 100 Euro. Bei einer zukünftigen Erhöhung des zulässigen Gesamtgewichtes für LKW Transporte würde sich dieser Wert entsprechend erhöhen.Short transport and turnaround times are of particular economic importance for the realization of the invention. Depending on the technology used, the agreed prices for the waste heat and the transported storage mass, the value of a storage load ranges from 50 to over 100 euros. With a future increase of the permissible total weight for truck transports this value would increase accordingly.

Bei den derzeitigen Betriebskosten für LKW oder größere Traktoren von etwa 60 bis 80 Euro pro Stunde (inklusive Fahrer) liegt der wirtschaftlich vertretbare Transportradius im Bereich zwischen 5 und 15 Kilometern und ist damit deutlich größer als der Versorgungsradius der meisten Nahwärmenetze.At the current operating costs for trucks or larger tractors of about 60 to 80 euros per hour (including drivers) is the economically acceptable transport radius in the range between 5 and 15 kilometers and is thus significantly larger than the supply radius of most local heating networks.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen mobilen Hochtemperaturwärmespeicherung besteht in dem extrem einfachen und robusten Aufbau. Der Wärmespeicher kann, sofern er mit den Abgasen von Verbrennungsmotoren, deren Temperatur in aller Regel 400–500°C beträgt, beladen wird, weder überhitzen noch kann er überladen werden. In diesem Temperaturbereich kann z. B. Kies als Wärmespeichermaterial verwendet werden, da eine thermische Umwandlung des Materials, der sogenannte Quarzsprung, erst bei 573°C stattfinden würde und so sicher ausgeschlossen werden kann. Mit dem Bezugspreis von Kies, der in Kieswerken in der Größenordnung von mehreren Tausend Tonnen pro Tag umgesetzt wird und im Bereich von etwa 10 Euro pro Tonne liegt, kann kein anderes bekanntes Wärmespeichermaterial konkurrieren. Darüber hinaus ist Kies handelsüblich bereits in vielen Korngrößenverteilungen verfügbar, kann einfach nachgesiebt werden und besitzt verglichen mit vielen anderen Gesteinen eine vergleichsweise runde Struktur, die sich positiv auf die Durchströmung mit Gas und auf eine verfahrensnotwendige Auflockerung der Kiesschüttung auswirkt.The advantage of the mobile high-temperature heat storage according to the invention consists in the extremely simple and robust construction. The heat accumulator can, if it is loaded with the exhaust gases of internal combustion engines whose temperature is usually 400-500 ° C, charged, neither overheat nor can it be overloaded. In this temperature range z. B. gravel can be used as a heat storage material, since a thermal transformation of the material, the so-called quartz crack, would take place only at 573 ° C and can be safely excluded. With the reference price of gravel, which is implemented in gravel factories on the order of several thousand tons per day and is in the range of about 10 euros per tonne, no other known heat storage material can compete. In addition, gravel is commercially available in many particle size distributions, can be easily res screened and has compared to many other rocks a relatively round structure, which has a positive effect on the flow of gas and a loosening process necessary gravel bedding.

Zur Erhöhung des Wärmeüberganges vom heißen Abgas auf den kälteren Kies ist eine möglichst hohe Turbulenz der Gasströmung erforderlich, die zu einem erhöhten gasseitigen Differenzdruck oder Druckverlust über die Kiesschüttung führt. Dieser Druckverlust ist motorenseitig nach oben hin durch die ansteigenden Abgastemperaturen begrenzt. Verschiedene Motorentypen erlauben unterschiedliche maximale Abgasgegendrücke. Als allgemeingültige Obergrenze kann jedoch 10 mbar maximaler Abgasgegendruck angesehen werden. Damit ist der Hochtemperaturspeicher so zu dimensionieren, dass ein maximaler Gegendruck von etwa 7 mbar nicht überschritten werden kann.To increase the heat transfer from the hot exhaust gas to the colder gravel, the highest possible turbulence of the gas flow is required, which leads to an increased gas-side differential pressure or pressure loss over the gravel bed. This pressure loss is limited on the engine side upwards by the rising exhaust gas temperatures. Different engine types allow different maximum exhaust back pressures. As a general upper limit, however, 10 mbar maximum exhaust gas back pressure can be considered. Thus, the high-temperature accumulator is to be dimensioned so that a maximum back pressure of about 7 mbar can not be exceeded.

Die Berechnung des Druckverlustes bei der Durchströmung von Schüttungen kann nach der Gleichung von Ergun berechnet werden, in die die Leerrohrströmungsgeschwindigkeit des Gases, dessen Temperatur, Dichte und Viskosität sowie der Kugeldurchmesser der Schüttung und dessen Lückengrad eingehen.The calculation of the pressure drop in the flow of bedding can be calculated according to Ergun's equation, which includes the empty tube flow velocity of the gas, its temperature, density and viscosity, and the ball diameter of the bed and its void ratio.

Mit zunehmender Temperatur steigt bei konstanter Gasströmung, bedingt durch die Erhöhung der Viskosität des Gases, der Druckverlust über die Schüttung. Daher sind die Hochtemperaturspeicher so auszulegen, dass der Druckverlust bei vollständig aufgeheiztem Speicher und einem gegebenen Abgasvolumenstrom sicher unterhalb von beispielsweise 7 mbar bleibt.With increasing temperature, with constant gas flow, due to the increase in the viscosity of the gas, the pressure drop across the bed increases. Therefore, the high-temperature accumulators are designed so that the pressure loss remains at a fully heated storage and a given exhaust gas flow safely below, for example, 7 mbar.

Die Beherrschung von verstärkten Randströmungen, die beim Durchströmen von in festen Geometrien befindlichen Schüttgütern auftreten, ist vergleichsweise einfach durch das Anbringen einer temperaturbeständigen weichen Schicht, wie z. B. Glaswolle, an den Behälterwänden zu erreichen. Glaswolle bietet darüber hinaus den Vorteil, dass sie bei einer verfahrensbedingten Unterschreitung des Wasser- und Säuretaupunktes (z. B. bei Biogasanlagen aus der Verbrennung von Schwefelwasserstoff) chemisch beständig ist. Die gasberührten Teile des Hochtemperaturwärmespeichers sollten aus diesem Grund aus höherwertigen Edelstählen, wie z. B. 1.4571, gefertigt sein. Für die ebenfalls mechanisch hoch beanspruchten Teile, wie den unteren Auflagerost und evtl. auch das gasdurchlässige Tragesystem unterhalb des Auflagerostes kann auch auf besonders gegen Schwefelsäure resistente Stähle wie 1.4539 zurückgegriffen werden.The control of reinforced edge flows that occur when flowing through solids in solid geometries, is comparatively easy by attaching a temperature-resistant soft layer, such. B. glass wool, to reach the container walls. Glass wool also has the advantage that it is chemically resistant to a process-related below the water and acid dew point (eg in biogas plants from the combustion of hydrogen sulfide). The gas-contacting parts of the high-temperature heat storage should therefore be made of higher quality stainless steels such. B. 1.4571, be made. For parts which are also subject to high mechanical stress, such as the lower support bar and possibly also the gas-permeable carrying system below the support bar, it is also possible to resort to steels which are particularly resistant to sulfuric acid, such as 1.4539.

Die wesentliche Herausforderung besteht in der Beherrschung der Wärmespannungen, die beim Aufheizen und Abkühlen der Schüttung entstehen. Die lineare Ausdehnung einzelner Kiesel liegt bei einer Temperaturänderung von 400 Kelvin etwa im Bereich von einem Prozent. Beim Abkühlen der Schüttung zieht sich diese zusammen, und es besteht die Gefahr, dass einzelne Steine in eine tiefere Ebene rutschen, so dass die Schüttung zusammensackt und sich im unteren Teil verdichtet. Bei erneuter Erwärmung treten dadurch im unteren Teil immer stärkere Kräfte durch die Wärmeausdehnung des Speichermaterials auf. Nach einer größeren Anzahl von Wechselzyklen kann es bei stationären Wärmespeichern hierdurch zu einer mechanischen Zerstörung der die Speichermasse umgebenden Behälter kommen.The main challenge is to control the thermal stresses that arise during heating and cooling of the bed. The linear expansion of individual pebbles is approximately in the range of one percent with a temperature change of 400 Kelvin. As the bed cools, it contracts and there is a risk of individual stones sliding into a deeper level, causing the bed to collapse and compact in the lower part. Upon renewed heating thereby occur in the lower part ever stronger forces due to the thermal expansion of the storage material. After a larger number of alternating cycles, this can lead to a mechanical destruction of the container surrounding the storage mass in stationary heat accumulators.

Bei mobilen Wärmespeichern, die beispielsweise mit eher rundem Kies gefüllt sind, kommt es allein durch transportbedingte Erschütterungen zu einer fortwährenden Auflockerung des Speichermaterials. Durch die optional sich nach oben erweiternden konischen Behälterwände kann eine Ableitung der Wärmespannungen beim Aufheizvorgang nach oben erfolgen, die Auflockerung durch Transporterschütterungen wird begünstigt.In mobile heat storage, which are filled, for example, with rather round gravel, it is due solely by transport-related vibrations a continuous loosening of the storage material. Due to the optional conical container walls that expand upwards, the thermal stresses can be dissipated during the heating process upwards, and the loosening caused by transport shocks is favored.

Das folgende Beispiel veranschaulicht eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Hochtemperaturwärmespeichers: Drei konische Behälter aus Edelstahl (z. B. 1.4571) mit einer Höhe von 2.300 mm, einem oberen Durchmesser von 2.000 mm und einem unteren Durchmesser von 1.500 mm sind in einem innenseitig wärmegedämmten Container installiert und mit insgesamt 23 Tonnen Kies gefüllt. Bei einer Beladung bis zu einer mittleren Temperatur von 450°C und einer Entladung bis auf 50°C können etwa 2.300 kWh an Wärme gespeichert werden. Für den Fall, dass zukünftig LKW-Transporte bis 60 Tonnen (sogenannte Gigaliner) zugelassen werden, erhöht sich der Anwendungsbereich aller Verfahren der mobilen Wärmespeicherung erheblich.The following example illustrates a variant embodiment of the high-temperature heat accumulator according to the invention: Three conical containers made of stainless steel (eg 1.4571) with a height of 2,300 mm, an upper diameter of 2,000 mm and a lower diameter of 1,500 mm are installed in a thermally insulated container on the inside and filled with a total of 23 tons of gravel. With a load up to an average temperature of 450 ° C and a discharge up to 50 ° C, about 2,300 kWh of heat can be stored. In the event that truck transports of up to 60 tonnes (so-called gigaliners) are approved in the future, the scope of application of all mobile heat storage methods will increase considerably.

Die Metallkonstruktion der mobilen Hochtemperaturwärmespeicher nach dem o. g. Beispiel ist für alle Größen von Biogasanlagen und verwendeten Motorentypen gleich. Abhängig vom jeweiligen Abgasvolumenstrom und dem maximal zulässigen Abgasgegendruck werden unterschiedliche Kiesschüttungen verwendet.The metal construction of mobile high-temperature heat storage after o. G. Example is the same for all sizes of biogas plants and engine types used. Depending on the respective exhaust gas volume flow and the maximum permissible exhaust backpressure different gravel packings are used.

Die Speicherdichte der erfindungsgemäßen Hochtemperaturwärmespeicherung pro Containerladung liegt mit etwa 100 kWh pro Tonne Speichermasse, unabhängig von der gesetzlich zulässigen Begrenzung der Transporttonnage, etwa 50 Prozent höher als die der erfindungsgemäßen Niedertemperaturwärmespeicherung, und damit im Bereich von marktverfügbaren Latentwärmespeichern auf Natriumacetatbasis.The storage density of the high-temperature heat storage per container charge according to the invention is about 100 kWh per ton of storage mass, regardless of the legally permissible limit of transport tonnage, about 50 percent higher than the low-temperature heat storage according to the invention, and thus in the range of market-available latent heat storage on sodium acetate basis.

Anhand der Zeichnungen wird das erfindungsgemäße Prinzip der mobilen sensiblen Wärmespeicherung näher erläutert:The principle of mobile sensitive heat storage according to the invention will be explained in more detail with reference to the drawings.

1 und 2 zeigen den Lade- bzw. Entladevorgang mit einem mobilen Niedertemperaturwärmespeicher gemäß der Erfindung; 1 and 2 show the charging and discharging with a mobile low-temperature heat storage according to the invention;

3 bis 5 zeigen alternative Ausführungsformen eines Niedertemperaturwärmespeichers mit Trennkolben gemäß der Erfindung; 3 to 5 show alternative embodiments of a low-temperature heat accumulator with separating piston according to the invention;

6 bis 9 zeigen den Aufbau und die Anordnung eines Trennkolbens in einem Niedertemperaturwärmespeicher gemäß der Erfindung; 6 to 9 show the construction and the arrangement of a separating piston in a low-temperature heat storage according to the invention;

10 bis 12 zeigen eine Ausführungsform eines Niedertemperaturwärmespeichers mit Schlauchtrennung gemäß der Erfindung, wobei unterschiedliche Füllzustände dargestellt sind; 10 to 12 show an embodiment of a low-temperature heat accumulator with hose separation according to the invention, wherein different filling states are shown;

13 bis 15 zeige die Anordnung eines Trennschlauches in einem Niedertemperaturwärmespeicher gemäß der Erfindung; 13 to 15 show the arrangement of a separation tube in a low-temperature heat storage according to the invention;

16 bis 23 zeigen alternative Ausführungsformen eines Niedertemperaturwärmespeichers mit Schlauchtrennung gemäß der Erfindung; 16 to 23 show alternative embodiments of a low-temperature heat accumulator with hose separation according to the invention;

24 bis 27 zeigen die Be- und Entladung eines Mobilspeichers mit fester mineralischer Speichermasse gemäß der Erfindung; 24 to 27 show the loading and unloading of a mobile storage with solid mineral storage mass according to the invention;

28 und 29 zeigen eine Ausführungsform des Mobilspeichers mit fester mineralischer Speichermasse gemäß der Erfindung; 28 and 29 show an embodiment of the mobile storage with solid mineral storage mass according to the invention;

30 bis 34 zeigen alternative Ausführungsformen des Mobilspeichers mit fester mineralischer Speichermasse gemäß der Erfindung; 30 to 34 show alternative embodiments of the mobile storage with solid mineral storage mass according to the invention;

In 1 ist der Beladungsvorgang eines mobilen Wärmespeichers für Niedertemperaturwärme an einer Wärmequelle (102) dargestellt.In 1 is the loading process of a mobile heat storage for low-temperature heat at a heat source ( 102 ).

An der Wärmequelle (101) ist jeweils mindestens ein stationärer Speicher für warmes (104) und kaltes (105) Wärmespeicherfluid installiert. Das kalte Wärmespeicherfluid wird aus dem kalten Stationärspeicher (105) entnommen, an der Wärmequelle (101) erwärmt und dem warmen Stationärspeicher (104) zugeführt. Alternativ zu den hier dargestellten zwei Stationärspeichern (104, 105) mit variablen Füllständen könnte z. B. auch ein Stationärspeicher mit einer Trennung, ähnlich der des Mobilspeichers (101) verwendet werden. Die Beschreibung des Lade- und Entladevorganges erfolgt exemplarisch auf Basis von jeweils zwei Stationärspeichern an der Wärmequelle (102) und der Wärmesenke (108) und schließt auch andere Ausführungen der Stationärspeicher mit ein, ohne dass diese explizit erwähnt werden.At the heat source ( 101 ) is always at least one stationary storage for warm ( 104 ) and cold ( 105 ) Heat storage fluid installed. The cold heat storage fluid is removed from the cold stationary storage tank ( 105 ), at the heat source ( 101 ) and the warm stationary storage ( 104 ). Alternative to the two stationary memories shown here ( 104 . 105 ) with variable levels could z. B. also a stationary storage with a separation, similar to that of the mobile storage ( 101 ) be used. The description of the charging and discharging process is exemplary based on two stationary storage at the heat source ( 102 ) and the heat sink ( 108 ) and also includes other versions of the stationary storage, without these being explicitly mentioned.

Ein Speicher (101) zur Aufnahme von kaltem und warmem Wärmespeicherfluid ist auf einem Fahrgestell montiert und mit kaltem Wärmespeicherfluid beladen. Zum Aufladen wird der Speicher an der Wärmequelle mit den beiden Stationärspeichern verbunden. Über den Stutzen A wird durch die Pumpe (109) kaltes Wärmespeicherfluid aus dem Mobilspeicher (101) in den Stationärspeicher für kaltes Fluid (105) gepumpt. Hierdurch wird der Isolierkolben (113) zur Saugseite (in 1 nach links) bewegt und saugt warmes Wärmespeicherfluid aus dem Stationärspeicher (104) über den Stutzen B in den Mobilspeicher. Die Pumpe (109) ist zur Materialschonung auf der kalten Seite montiert. Der Ladevorgang ist abgeschlossen, wenn der Isolierkolben am Abschlussboden des Mobilspeichers angekommen ist und vollständig mit warmem Wärmespeicherfluid gefüllt ist.A memory ( 101 ) for receiving cold and warm heat storage fluid is mounted on a chassis and loaded with cold heat storage fluid. For charging, the storage at the heat source is connected to the two stationary storage tanks. About the port A is through the pump ( 109 ) cold heat storage fluid from the mobile storage ( 101 ) into the stationary storage for cold fluid ( 105 ) pumped. As a result, the insulating piston ( 113 ) to the suction side (in 1 to the left) and draws warm heat storage fluid from the stationary storage ( 104 ) over the port B in the mobile storage. The pump ( 109 ) is mounted on the cold side for material protection. The charging process is completed when the insulating piston on Closing bottom of the mobile storage has arrived and is completely filled with warm heat storage fluid.

In 2 ist der Entladevorgang des mobilen Wärmespeichers an der Wärmesenke (108) dargestellt. Hierzu wird aus dem Stationärspeicher (107) das kalte Fluid über den Stutzen B in den mobilen Speicher gepumpt. Das einströmende kalte Fluid schiebt den Isolierkolben (113) nach links und verdrängt somit das warme Fluid aus dem Mobilspeicher, so dass dieses über den Stutzen A in den warmen Stationärspeicher (106) gedrückt wird. Am Ende des Entladevorgangs befindet sich der Isolierkolben in der Endlage am linken Abschlussboden und der Mobilspeicher ist komplett mit kaltem Fluid gefüllt. Auch bei der Entladung ist die Pumpe (109) zur Materialschonung auf der kalten Seite montiert. Von der Wärmesenke (108) wird warmes Wärmespeicherfluid aus dem Stationärspeicher (106) entnommen und nach Entzug der thermischen Energie in den kalten Stationärspeicher (107) übergeben.In 2 is the unloading process of the mobile heat accumulator at the heat sink ( 108 ). For this purpose, from the stationary storage ( 107 ) pumped the cold fluid through the port B in the mobile storage. The inflowing cold fluid pushes the insulating piston ( 113 ) to the left and thus displaces the warm fluid from the mobile storage, so that this via the port A in the warm stationary storage ( 106 ) is pressed. At the end of the unloading process, the insulating piston is in the end position on the left-hand end of the floor and the mobile storage tank is completely filled with cold fluid. Even when discharging the pump ( 109 ) for material protection on the cold side. From the heat sink ( 108 ) is warm heat storage fluid from the stationary storage ( 106 ) and after removal of the thermal energy in the cold stationary storage ( 107 ) to hand over.

In 3 bis 5 sind drei Varianten des Speichers mit verschieden Isolierkolben dargestellt. Das Profil des Isolierkolbens (113) entspricht dem der Abschlussböden des Innenbehälters (110), so dass in der Endlage des Isolierkolbens nur ein minimales Restvolumen zwischen Kolben und Abschlussboden verbleibt. Das Profil von Kolben und Abschlussböden kann z. B. als Kegel, Klöpperboden oder auch flach ausgeführt sein. Als bevorzugte Variante wird die in 3 dargestellte Bauart mit flachen kegelförmigen Böden und Kolbenseiten angesehen, da diese Kegel sowohl preiswert in der Fertigung als auch druckstabil sind. An der Oberseite des Innenbehälters (110) ist ein Entlüftungsstutzen (116) angebracht, um Luftansammlungen im Speicher zu verhindern. An der Unterseite des Innenbehälters (110) ist ein Ablaufstutzen mit einer Frostsicherung (117) angebracht, über den während Betriebspausen im Winter verhindert wird, dass der Speicher zufriert und durch die Volumenausdehnung des Eises beschädigt wird.In 3 to 5 Three variants of the memory are shown with different insulating piston. The profile of the insulating piston ( 113 ) corresponds to that of the end plates of the inner container ( 110 ), so that in the end position of the insulating piston remains only a minimal residual volume between the piston and the end floor. The profile of pistons and trays can z. B. be executed as a cone, dished bottom or flat. As a preferred variant, the in 3 shown type with flat conical bottoms and piston sides viewed as these cones are both inexpensive to manufacture and pressure-stable. At the top of the inner container ( 110 ) is a vent pipe ( 116 ) to prevent accumulation of air in the storage tank. At the bottom of the inner container ( 110 ) is a drain connection with a frost protection ( 117 ), which prevents during winter breaks, that the memory freezes and is damaged by the volumetric expansion of the ice.

3: Darstellung des Speichers zur Aufnahme von kaltem und warmem Wärmespeicherfluid. Der Innenbehälter (110) mit Wärmedämmung (111) hat mindestens zwei Öffnungen A und B, zur Einfüllung bzw. zur Entnahme des Wärmespeicherfluids. Die Wärmedämmung ist durch eine Verkleidung (112) geschützt. Der wärmegedämmte Speicher wird durch den verschiebbaren und gegen die Speicherwand abgedichteten eingebuchteten Isolierkolben (113) in zwei thermisch entkoppelte Kammern geteilt. Das Gesamtvolumen der beiden Kammern ist stets gleich, sodass das Wärmespeicherfluid durch die eine Öffnung entnommen und durch die andere Öffnung zurück in den Speicher geführt werden kann. Befindet sich der Kolben z. B. ganz links, so ist die linke Kammer leer und die rechte hat ihr Maximalvolumen. Wird nun Wärmespeicherfluid durch Öffnung A in den Speicher gepumpt, so tritt das Wärmespeicherfluid aus der rechten Kammer durch Öffnung B aus. Die eingebuchtete Form des Isolierkolbens hat den Vorteil, dass bei vergleichsweise geringem Kolbenvolumen die Kontaktfläche zum Innenbehälter (110) groß ist, so dass einem Verkeilen des Kolbens durch die Bewegung entgegengewirkt werden kann. 3 : Representation of the memory for holding cold and warm heat storage fluid. The inner container ( 110 ) with thermal insulation ( 111 ) has at least two openings A and B, for filling or for removing the heat storage fluid. The insulation is covered by a panel ( 112 ) protected. The heat-insulated storage is by the sliding and sealed against the storage wall indented insulating piston ( 113 ) divided into two thermally decoupled chambers. The total volume of the two chambers is always the same, so that the heat storage fluid can be removed through the one opening and passed through the other opening back into the memory. Is the piston z. B. far left, the left chamber is empty and the right has its maximum volume. Now, if heat storage fluid is pumped through opening A in the memory, the heat storage fluid exits the right chamber through opening B. The indented shape of the insulating piston has the advantage that at comparatively small piston volume, the contact surface to the inner container ( 110 ) is large, so that a wedging of the piston can be counteracted by the movement.

4: Darstellung des Speichers analog zu 3, jedoch mit ausgewölbtem Isolierkolben (114) und entsprechenden Abschlussböden des Innenbehälters (110). Die Wölbungen können z. B. kegelförmig oder als Klöpperboden ausgebildet sein. 4 : Representation of the memory analog to 3 , but with bulged insulating piston ( 114 ) and corresponding end plates of the inner container ( 110 ). The vaults can z. B. cone-shaped or formed as a dished bottom.

5: Darstellung des Speichers analog zu 3, jedoch mit flachem Isolierkolben (115) und flachen Abschlussböden des Innenbehälters (110). 5 : Representation of the memory analog to 3 , but with flat insulating piston ( 115 ) and flat bottom plates of the inner container ( 110 ).

In 6 ist der linke Teil des Mobilspeichers von 3 detaillierter dargestellt. Der eingebuchtete Isolierkolben (113) besteht aus einem zylindrischen Rohrstück (141) und bevorzugt aus flachen Konen (142). Vorzugsweise ist der Kolben aus Edelstahl gefertigt und kann mit hier nicht explizit dargestellten Versteifungsrippen stabilisiert sein. Der Kolben kann alternativ auch aus Kunststoff, z. B. GFK mit Schaumkern hergestellt werden. Der durch das Rohrstück und die Konen (142) gebildete Innenraum des Kolbens (113) kann sowohl hohl als auch beispielsweise mit Polyurethan ausgeschäumt sein. Um die Kräfte zu minimieren, die der Isolierkolben über die Zentrierung (155) auf den Innenbehälter (110) ausübt und die ihn an der Bewegung während der Ladevorgänge behindern, verfügt der Isolierkolben über Gewichte (143). Durch diese Gewichte kann die durchschnittliche Dichte des Kolbens so eingestellt werden, dass sie der Dichte des Wärmespeicherfluides entspricht. D. h. bei einer Dichte von etwa 1.000 kg/m3 schwimmt der Kolben nicht innerhalb des Speichers auf bzw. sinkt nicht in diesem ab, so dass er sich leicht während der Ladevorgänge bewegen kann.In 6 is the left part of the mobile memory of 3 shown in more detail. The indented insulating piston ( 113 ) consists of a cylindrical piece of pipe ( 141 ) and preferably from flat cones ( 142 ). Preferably, the piston is made of stainless steel and can be stabilized with stiffening ribs not explicitly shown here. The piston can alternatively also plastic, z. B. GFK be made with foam core. The through the pipe section and the cones ( 142 ) formed interior of the piston ( 113 ) may be both hollow and foamed, for example, with polyurethane. In order to minimize the forces that the insulating piston on the centering ( 155 ) on the inner container ( 110 ) and impede the movement during charging, the insulating piston has weights ( 143 ). By these weights, the average density of the piston can be adjusted so that it corresponds to the density of the heat storage fluid. Ie. at a density of about 1,000 kg / m 3, the piston does not float within or fall within the reservoir so that it can easily move during loading.

7 veranschaulicht die Demontage der in 6 dargestellten Komponenten. Nach Entfernen der seitlichen Isolierkappe (159) kann die Flanschverbindung (150, 152) gelöst werden und so der angeflanschte Abschlussboden (150) mit dem konischen Füllstück (151) entfernt werden. 7 illustrates the disassembly of in 6 illustrated components. After removing the side insulating cap ( 159 ), the flange connection ( 150 . 152 ) and so the flanged end floor ( 150 ) with the conical filler ( 151 ) are removed.

In 8 ist die Seitenansicht von links von 7 (aus der Blickrichtung Z) dargestellt. Die Isolierung des zylindrischen Speicherteils (158) ragt über die Dichtfläche des geöffneten Gehäuseflansches (152) hinaus. Innerhalb des Gehäuseflansches (152) wird die angeschraubte äußere umlaufende Dichtung (159) sichtbar. Der umlaufende Auflagering, der die Schraubenkräfte auf die Dichtung überträgt, ist zur Erhöhung der Übersichtlichkeit hier nicht graphisch dargestellt. Diese Dichtung besteht aus einem temperaturbeständigen flexiblen Material, wie beispielsweise NBR. An mindestens drei Stellen (hier: an sechs Stellen) am Umfang sind federnd gelagerte Zentrierungen (155) angebracht, die den Isolierkolben auch bei fertigungsbedingten Unrundheiten von Innenbehälter (110) und zylindrischem Rohrstück des Kolbens (141) mittig führen. Die umlaufenden Dichtungen sind mit einem so großen Übermaß ausgeführt, dass sie ebenfalls die Unrundheiten kompensieren und die Leckrate des Wärmespeicherfluides zwischen warmer und kalter Seite minimieren.In 8th is the side view from the left of 7 (viewed from the direction Z). The isolation of the cylindrical storage part ( 158 ) protrudes beyond the sealing surface of the open housing flange ( 152 ). Within the housing flange ( 152 ), the bolted outer circumferential seal ( 159 ) visible, noticeable. The circumferential bearing ring, which transmits the screw forces on the seal, is not shown here for clarity in the diagram. This seal consists of a temperature resistant flexible material, such as NBR. At least three points (here: at six points) on the circumference are spring-mounted centerings ( 155 ), which the insulating piston even in production-related Unrundheiten of inner container ( 110 ) and cylindrical tube piece of the piston ( 141 ) in the middle. The circumferential seals are designed with such a large oversize that they also compensate for the discontinuities and minimize the leakage rate of the heat storage fluid between the warm and cold sides.

In 9 ist die in 7 dargestellte federgeführte Zentrierung (155) im Detail dargestellt. Dargestellt sind der Isolierkolben (113) mit Konus (142), Ausgleichsgewicht (143), zylindrischem Rohrstück (141) und der äußeren umlaufenden Dichtung (159), die durch Schrauben (167) befestigt ist. Zusätzlich zur äußeren Dichtung (159) können auch innere Dichtungen (166), die durch Schrauben (168) befestigt werden, angebracht sein. Der Isolierkolben (113) wird durch Rollen (160), die hier beispielhaft als federnd gelagerte Kugelrollen (siehe auch: www.tretter.de) ausgeführt sind, geführt. Die Kugelrollen sind beweglich in einer Führung (161) gelagert. Sie werden durch Tellerfedern (162), die durch einen Einschraubstopfen (163) gehalten und justiert werden, gegen den zylindrischen Teil des Innenbehälters (110) gedrückt, so dass der Isolierkolben (113) trotz fertigungsbedingter Unrundheiten zentriert im Innenbehälter geführt werden kann.In 9 is the in 7 illustrated spring-guided centering ( 155 ) in detail. Shown are the insulating flask ( 113 ) with cone ( 142 ), Balance weight ( 143 ), cylindrical tube piece ( 141 ) and the outer circumferential seal ( 159 ) by screws ( 167 ) is attached. In addition to the outer seal ( 159 ) can also inner seals ( 166 ) by screws ( 168 ) be attached. The insulating piston ( 113 ) is replaced by roles ( 160 ), which are exemplified here as a spring-mounted ball rollers (see also: www.tretter.de) out. The ball rollers are movable in a guide ( 161 ) stored. They are replaced by disc springs ( 162 ) by a screw-in ( 163 ) and adjusted, against the cylindrical part of the inner container ( 110 ), so that the insulating piston ( 113 ) can be performed centered in the inner container despite production-related Unrundheiten.

In 10 bis 12 ist eine Variante der Trennung des warmen und kalten Wärmespeicherfluids mit einem flexiblen Schlauch (170) dargestellt. Der Schlauch trennt den Innenraum (171) vom Mantelraum (172) des Speichers. Der Schlauch (170) besteht aus einem temperaturbeständigen flüssigkeitsundurchlässigen Material, wie z. B. einem nicht dehnbaren silikonisierten Polyestergewebe, wie es für Airbags von PKW genutzt wird (420 g/m2 Flächengewicht, beidseitige Silikonschicht von 90 g/m2). Zur Verringerung des Wärmeübergangs während der Ladevorgänge kann dieses Gewebe doppelt ausgeführt und optional zusätzlich mit einer innen liegenden zusätzlichen temperaturbeständigen flexiblen Dämmschicht (z. B. Filz) versehen sein. Für diese Ausführungsvariante kann ein einseitig silikonbeschichtetes Gewebe verwendet werden.In 10 to 12 is a variant of the separation of the hot and cold heat storage fluid with a flexible hose ( 170 ). The hose separates the interior ( 171 ) from the mantle space ( 172 ) of the memory. The hose ( 170 ) consists of a temperature-resistant liquid-impermeable material, such. B. a non-stretchy siliconized polyester fabric, as it is used for airbags of cars (420 g / m 2 basis weight, double-sided silicone layer of 90 g / m 2 ). To reduce the heat transfer during charging, this fabric can be made double and optionally additionally provided with an internal additional temperature-resistant flexible insulating layer (eg felt). For this embodiment, a one-sided silicone-coated fabric can be used.

Der Schlauch hat denselben Durchmesser wie der zylindrische Innenbehälter (110) und eine Länge, die der Summe der Länge des zylindrischen Innenbehälters plus des Durchmessers des Innenbehälters zuzüglich eines Sicherheitszuschlags von einigen Prozent entspricht. Durch dieses Längenmaß kann sich der Schlauch bei Füllung des Mantelraums (172) zusammenfalten, so dass der Innenraum (171) vollständig entleert wird, ohne dass größere Kräfte auf die Befestigungspunkte (173) vom Schlauch am Innenbehälter (110) auftreten.The tube has the same diameter as the cylindrical inner container ( 110 ) and a length corresponding to the sum of the length of the cylindrical inner container plus the diameter of the inner container plus a safety margin of a few percent. Due to this length dimension, the hose can be filled when the jacket space ( 172 ), so that the interior ( 171 ) is completely emptied without major forces on the attachment points ( 173 ) from the hose on the inner container ( 110 ) occur.

Insbesondere bei allen im Folgenden dargestellten Varianten des Mobilspeichers mit Schlauchtrennung ist die Belieferung großer Abnehmer mit jeweils vollständiger Entladung an der Wärmesenke anzustreben. Eine nur teilweise Entleerung, wie sie z. B. bei der Belieferung mehrerer kleiner Wärmeabnehmer, wie z. B. Wohnhäusern, stattfinden würde, hätte durch die längere Aufenthaltszeit von warmem und kaltem Wärmeträgerfluid im Mobilspeicher einen größeren Wärmeübergang über das Schlauchmaterial zur Folge. Durch kurze Zeiten und vollständige Umfüllung kann der Verlust an transportierbarer Wärme durch Temperaturausgleich über das Schlauchmaterial unter fünf Prozent gehalten werden.In particular, in all variants of the mobile storage with hose separation shown below, the delivery of large customers with each complete discharge at the heat sink is desirable. A partial emptying, as z. B. in the supply of several small heat consumers, such. B. homes, would take place, would result from the longer residence time of hot and cold heat transfer fluid in the mobile storage greater heat transfer through the tubing result. Through short times and complete transfer, the loss of transportable heat through temperature compensation via the tubing can be kept below five percent.

In 10 ist der Mobilspeicher mit konischen Abschlussböden (150, 151) und Kammertrennung durch einen flexiblen Schlauch (170) während eines Umladevorgangs dargestellt. Es befindet sich Wärmespeicherfluid sowohl im Innenraum des Schlauches (171) als auch im Mantelraum (172).In 10 is the mobile storage unit with conical bottom plates ( 150 . 151 ) and chamber separation through a flexible hose ( 170 ) during a transshipment process. There is heat storage fluid both in the interior of the hose ( 171 ) as well as in the mantle space ( 172 ).

In 11 ist der Innenraum (171) vollständig gefüllt und der Mantelraum (172) nahezu komplett entleert.In 11 is the interior ( 171 ) completely filled and the shell space ( 172 ) almost completely emptied.

In 12 ist der Mantelraum (172) vollständig gefüllt und der Innenraum (171) ist nahezu vollständig entleert. Der Schlauch (170) legt sich dabei an die konischen Abschlussböden (150, 151), so dass im Befestigungsbereich (173) keine größeren Kräfte auf den Schlauch auftreten.In 12 is the mantle space ( 172 ) completely filled and the interior ( 171 ) is almost completely emptied. The hose ( 170 ) lies against the conical topsoils ( 150 . 151 ), so that in the attachment area ( 173 ) no major forces on the hose occur.

In 13 bis 15 ist die Befestigung des Schlauches (170) im Speicher dargestellt. Der Schlauch (170) wird mit schalenförmigen Kreissegmenten (174) in der Nähe des Gehäuseflansches (152) am zylindrischen Teil des Innenbehälters (110) befestigt, insbesondere verschraubt. Die schalenförmigen Kreissegmente sind mit abgerundeten Begrenzungsflächen versehen, so dass der Schlauch bei den Ladevorgängen nicht beschädigt wird. 13 zeigt den Mobilspeicher mit konischen Abschlussböden und Schlauchtrennung im montierten Zustand, 14 die Demontage der Isolierkappe und des Abschlussbodens mit konischem Innenteil und dem am zylindrischen Teil des Innenbehälters (110) befestigten Schlauch (170). 15 zeigt die Seitenansicht des geöffneten Wärmespeichers mit montiertem Schlauch von links (Blickrichtung Z in 14). Die schalenförmigen Kreissegmente zur Befestigung des Schlauches sind in 15 als lose Bauteile nahe ihrem Montageort dargestellt.In 13 to 15 is the attachment of the hose ( 170 ) in the memory. The hose ( 170 ) is formed with cup-shaped circle segments ( 174 ) near the housing flange ( 152 ) on the cylindrical part of the inner container ( 110 ), in particular screwed. The cup-shaped circle segments are provided with rounded boundary surfaces, so that the hose is not damaged during the loading process. 13 shows the mobile storage with conical end plates and hose separation in the mounted state, 14 the dismantling of the insulating cap and the bottom plate with conical inner part and the cylindrical part of the inner container ( 110 ) attached hose ( 170 ). 15 shows the side view of the open heat accumulator with mounted hose from the left (viewing direction Z in 14 ). The cup-shaped circle segments for fastening the hose are in 15 shown as loose components near their mounting location.

In 16 bis 23 sind weitere Variationen des Mobilspeichers mit Schlauchtrennung dargestellt, die als Untervarianten der in 10 bis 12 dargestellten Trennung mit einem großen Schlauch zu verstehen sind.In 16 to 23 Further variations of the mobile storage with hose separation are shown, which are sub-variants of the in 10 to 12 shown separation with a large hose to understand.

In 16 ist eine Trennung der Kammern für warmes und kaltes Fluid mit zwei jeweils einseitig offenen Schläuchen (180, 181) dargestellt, die durch die seitlichen Anschlussstutzen montiert sind. Die beiden einseitig offenen Schläuche sind so dimensioniert, dass sie jeweils das Gesamtvolumen des Mobilspeichers einnehmen können. Eine Montage der beiden Schläuche am zylindrischen Innenbehälter (110) analog zu 13 bis 15 ist ebenfalls möglich, ohne dass dies gesondert graphisch dargestellt wird.In 16 is a separation of the chambers for hot and cold fluid with two open on each side hoses ( 180 . 181 ), which are mounted through the side connecting pieces. The two unilaterally open hoses are dimensioned so that they can take up the total volume of the mobile storage. An assembly of the two hoses on the cylindrical inner container ( 110 ) analogous to 13 to 15 is also possible without this being shown separately.

17 zeigt eine Variation von 16, bei der an mindestens einem Boden der einseitig offenen Schläuche (180, 181) eine Isolierschicht (182) an mindestens einem der Schläuche zur Verminderung des Wärmeübergangs während der Ladevorgänge angebracht ist. 17 shows a variation of 16 in which at least one bottom of the unilaterally open tubes ( 180 . 181 ) an insulating layer ( 182 ) is attached to at least one of the hoses to reduce heat transfer during charging.

In 18 ist die Kammertrennung (183) mittig im Mobilspeicher montiert, so dass sie in beiden Endlagen die gesamte Kammer ausfüllen kann. Die mittige Montage kann analog zu der in 14 dargestellten erfolgen. Alternativ hierzu kann die Kammertrennung in einen (hier nicht explizit graphisch dargestellten) mittig angeordneten Gehäuseflansch eingeflanscht werden.In 18 is the chamber separation ( 183 ) mounted in the middle of the mobile storage so that it can fill the entire chamber in both end positions. The central mounting can be analogous to that in 14 shown done. Alternatively, the chamber separation can be flanged into a centrally arranged housing flange (not shown here graphically).

19: Analog zu 16, jedoch mit nur einem einseitig offenen wärmegedämmten Schlauch (184). Dieser Schlauch (184) kann aus einem dehnbaren oder einem nicht dehnbaren Material bestehen, kann aber in beiden Fällen das Gesamtvolumen des Speichers ausfüllen. Die beiden Kammern für warmes und kaltes Wärmespeicherfluid werden durch den Innen- und Außenraum des Schlauches (184) gebildet. 19 : Analogous to 16 , but with only one unilaterally open thermally insulated hose ( 184 ). This hose ( 184 ) may consist of a stretchable or a non-stretchable material, but in both cases may fill the total volume of the reservoir. The two chambers for hot and cold heat storage fluid through the inner and outer space of the hose ( 184 ) educated.

20: Analog zu 16, jedoch mit einem separaten Isoliermaterial (185) zwischen den beiden einseitig offenen Schläuchen (180, 181). 20 : Analogous to 16 but with a separate insulating material ( 185 ) between the two unilaterally open tubes ( 180 . 181 ).

21: Ähnlich 20, jedoch kommt nur ein Schlauch (186) zum Einsatz, der mehr als die doppelte Länge des Mobilspeichers aufweist und etwa mittig an mindestens zwei Stellen, z. B. mit Metallklammern, eingeschnürt ist, so dass sich eine dritte Kammer (187) ausbildet, die mit Isoliermaterial gefüllt ist. 21 : Similar 20 , but only one hose ( 186 ) is used, which has more than twice the length of the mobile memory and approximately centrally in at least two places, for. B. with metal braces, is constricted, so that a third chamber ( 187 ), which is filled with insulating material.

22: Mobilspeicher mit Schlauchtrennung, bei der die Trennung des Innenbehältervolumens durch mehrere flexible beidseitig offene wärmedämmende Schläuche (189) erfolgt, die beidseitig an je einer wärmegedämmten Innenwand (188) befestigt sind. 22 : Mobile storage with hose separation, in which the separation of the inner container volume by a plurality of flexible on both sides open heat-insulating tubes ( 189 ), which on both sides on each a thermally insulated inner wall ( 188 ) are attached.

23: Analog zu 22, jedoch mit einseitig offenen Schläuchen (190), die an ihrem offenen Ende an einer wärmegedämmten Innenwand (188) befestigt sind. 23 : Analogous to 22 , but with hoses open on one side ( 190 ), which at its open end on a thermally insulated inner wall ( 188 ) are attached.

In 24 bis 27 wird beispielhaft die Be- und Entladung eines Mobilspeichers mit fester mineralischer Speichermasse dargestellt.In 24 to 27 For example, the loading and unloading of a mobile storage with a solid mineral storage mass is shown.

Drei konische gasdichte Behälter (230), in deren Inneren sich das poröse Wärmespeichermaterial befindet, sind, wie beispielhaft in 24 dargestellt, in einem Container (231) montiert. Zur Verringerung von Wärmeverlusten sind die drei Behälter sowie der Innenraum des Containers mit Mineralwolle (232) gedämmt. Das heiße Abgas eines Stromaggregates mit Verbrennungsmotor (220) wird über den Stutzen A in den linken der drei Behälter eingeleitet, durchströmt das poröse Wärmespeichermaterial (233) von unten nach oben und tritt im oberen Teil des linken Behälters wieder aus. Der Wärmeübergang vom heißen Abgas an das Wärmespeichermaterial erfolgt ungehindert durch direkten Gas-Feststoffkontakt. Am Boden der drei Behälter ist jeweils als zusätzliche Option ein Ablassstutzen (236) für bei der Abkühlung aus dem Gas ausfallendes Kondensat angebracht. Zum Schutz des Verbrennungsmotors darf ein zusätzlicher maximaler Abgasgegendruck nicht überschritten werden. Als allgemeiner Richtwert kann hier von 10 mbar für das gesamte Abgassystem nach dem Schalldämpfer ausgegangen werden. Als Auslegungsgrundlage und zur Berücksichtigung von Rohrleitungsverlusten soll der maximale Druckverlust über das gesamte Speichermaterial im aufgeheizten Zustand inklusive der Strömungsverluste innerhalb des Mobilspeichers 7 mbar betragen. Als zusätzliche Sicherheit ist zwischen Verbrennungsmotor und Mobilspeicher ein Sicherheitsventil (221) installiert, das bei einem unzulässig hohen Druckverlust über den Mobilspeicher öffnet, das heiße Abgas über einen Notkamin (222) in die Umgebung ableitet und den Motor so vor Beschädigungen schützt. 24 zeigt den Mobilspeicher während des fortgeschrittenen Beladungsvorgangs. Über den Stutzen A wird vom Verbrennungsmotor kommendes 450°C heißes Abgas in den Speicher geleitet. Die Speichermasse im linken Behälter hat eine mittlere Temperatur von 400°C, die im mittleren Behälter von 200°C, während die Speichermasse im linken Behälter noch eine mittlere Temperatur von etwa 50°C aufweist. Das Abgas wird über einen Kamin (223) an die Umgebung abgegeben.Three conical gastight containers ( 230 ), inside which the porous heat storage material is located, are, as exemplified in 24 shown in a container ( 231 ) assembled. To reduce heat loss, the three containers and the interior of the container with mineral wool ( 232 ) insulated. The hot exhaust gas of a power generator with internal combustion engine ( 220 ) is introduced via the nozzle A in the left of the three containers, flows through the porous heat storage material ( 233 ) from bottom to top and exits in the upper part of the left tank again. The heat transfer from the hot exhaust gas to the heat storage material is unimpeded by direct gas-solid contact. At the bottom of the three containers is in each case as an additional option, a drain port ( 236 ) for condensate precipitated from the gas during cooling. To protect the internal combustion engine, an additional maximum exhaust backpressure must not be exceeded. As a general guideline, 10 mbar for the entire exhaust system after the silencer can be assumed here. As a basis for design and to take account of pipe losses, the maximum pressure loss across the entire storage material in the heated state, including the flow losses within the mobile storage 7 mbar. As additional safety, there is a safety valve between the combustion engine and the mobile 221 ), which opens at an inadmissibly high pressure loss via the mobile storage, the hot exhaust gas via an emergency chimney ( 222 ) dissipates into the environment and thus protects the motor from damage. 24 shows the mobile memory during the advanced loading process. About the port A is supplied from the internal combustion engine 450 ° C hot exhaust gas in the memory. The storage mass in the left tank has an average temperature of 400 ° C, in the middle tank of 200 ° C, while the storage mass in the left tank still has an average temperature of about 50 ° C. The exhaust gas is emitted via a chimney ( 223 ) delivered to the environment.

In 24 bis 26 sind die drei Behälter (230) beispielhaft in Reihe geschaltet. Ebenso können die Behälter parallel geschaltet werden, wie in 27 dargestellt. Durch die Parallelschaltung verringert sich die Anströmgeschwindigkeit des Abgases auf das Speichermaterial, so dass bei gleicher Schüttung der Druckverlust über das Speichermaterial deutlich abnimmt. Dieser Verringerung des Druckverlustes bei Parallelschaltung der drei Behälter kann durch die Wahl eines kleineren Korndurchmessers des Speichermaterials entgegengewirkt werden.In 24 to 26 are the three containers ( 230 ) connected in series for example. Likewise, the containers can be switched in parallel, as in 27 shown. Due to the parallel connection, the inflow velocity of the exhaust gas is reduced to the storage material, so that at the same charge the pressure loss over the Storage material decreases significantly. This reduction in the pressure loss in parallel connection of the three containers can be counteracted by the choice of a smaller grain diameter of the storage material.

Beispielhaft kann für einen Stromerzeuger mit einer elektrischen Leistung von 500 kW, bei dem der Druckverlust über das Speichermaterial etwa 7 mbar betragen soll, bei Reihenschaltung der drei Behälter eine Kiesschüttung mit Kornduchmessern von 32 bis 38 mm und bei Parallelschaltung eine Kiesschüttung mit einem Korndurchmesser von 3 bis 7 mm verwendet werden.By way of example, for a power generator with an electrical power of 500 kW, in which the pressure loss over the storage material should be about 7 mbar, in series connection of the three containers a gravel with Kornduchmessern from 32 to 38 mm and parallel connection a gravel with a grain diameter of 3 up to 7 mm can be used.

25 zeigt die gleiche Anordnung wie 24, jedoch am Ende des Aufladevorgangs. Die linke Speichermasse hat beinahe die Eintrittstemperatur des Abgases erreicht. Die Temperatur der rechten Speichermasse ist nur noch geringfügig unterhalb der Eintrittstemperatur am Stutzen A, so dass über den Kamin (223) 400°C heißes Abgas an die Umgebung abgegeben wird. Mit einer weiter fortschreitenden Aufheizung der drei Speichermassen verschlechtert sich durch den Abgasverlust das Verhältnis von Abgaswärme des Verbrennungsmotors zur gespeicherten Wärme. Zur Erzielung eines hohen Speicherwirkungsgrades sollte daher die Aufladung der gesamten Speichermasse nicht bis zur Abgastemperatur durchgeführt werden. Als Richtwert für den Ladeschluss kann gelten, wenn die Gastemperatur am Stutzen B gemessen in Grad Celsius etwa 85 bis 90 Prozent der in Grad Celsius gemessenen Temperatur am Stutzen A beträgt. 25 shows the same arrangement as 24 , but at the end of the charging process. The left storage mass has almost reached the inlet temperature of the exhaust gas. The temperature of the right-hand storage mass is only slightly below the inlet temperature at the connection A, so that over the chimney ( 223 ) 400 ° C hot exhaust gas is discharged to the environment. With a further progressive heating of the three storage masses, the ratio of exhaust gas heat of the internal combustion engine to the stored heat deteriorates due to the exhaust gas loss. To achieve a high storage efficiency, therefore, the charging of the entire storage mass should not be carried out to the exhaust gas temperature. As a guideline for the end of charge may apply if the gas temperature at port B measured in degrees Celsius is about 85 to 90 percent of the temperature measured in degrees Celsius at port A.

Sollte es aus genehmigungsrechtlicher Sicht erforderlich sein, eine vorgeschriebene Abgasmindesttemperatur im Kamin, von beispielsweise 60 K oberhalb des Wassertaupunktes, einzuhalten, so kann dies eine Wiederaufheizung des aus dem Speicher austretenden kalten Abgases erforderlich machen. Die Austrittstemperaturen des Abgases (z. B. 24, Stutzen B) liegen zu Beginn des Ladevorganges eines auf Umgebungstemperatur ausgekühlten Speichers typischerweise im Bereich von etwa 40 bis 65°C und steigen während des Beladungsvorganges bis nahe der Abgastemperatur am Eintrittsstutzen (A). Würde eine Wiederaufheizung des Abgases auf beispielsweise mindestens 120°C vorgeschrieben, so müsste das am Stutzen B aus dem Speicher austretende Abgas so lange aufgeheizt werden, bis der Speicher so weit aufgeladen ist, dass die Austrittstemperatur am Stutzen B diesen Mindestwert 120°C überschreitet.Should it be necessary from a legal point of view to maintain a prescribed minimum exhaust gas temperature in the chimney, for example 60 K above the water dew point, this may necessitate a reheating of the cold exhaust gas leaving the storage tank. The outlet temperatures of the exhaust gas (eg. 24 , Nozzle B) are at the beginning of the charging of a cooled to ambient temperature memory typically in the range of about 40 to 65 ° C and rise during the loading process to near the exhaust gas temperature at the inlet nozzle (A). If a reheating of the exhaust gas to, for example, at least 120 ° C prescribed, then the exhaust gas exiting from the store exhaust should be heated until the memory is charged so far that the outlet temperature at port B exceeds this minimum value 120 ° C.

Die Wiederaufheizung kann prinzipiell auf verschiedene Arten erfolgen:

  • a) Mit Abwärme des Verbrennungsmotors
  • – Einstufig über Erwärmung des Abgases über einen Ölkühler (Abgas-Motoröl-Wärmetauscher) mit Motoröltemperaturen deutlich über 150°C
  • – Zweistufig: Vorwärmung des Abgases mit Kühlwasser auf etwa 80°C. Zur weiteren Aufheizung kann ein Teilvolumenstrom des heißen Abgases gemäß b) erfolgen
  • b) Durch Beimischung eines Teilvolumenstroms des heißen Abgases vom Stutzen A, der im Bypass um den Wärmespeicher herumgeführt wird und dem kalten Abgas vor dem Eintritt in den Kamin (223) beigemischt wird.
The reheating can be done in principle in different ways:
  • a) With waste heat of the internal combustion engine
  • - One-stage heating of the exhaust gas via an oil cooler (exhaust gas engine oil heat exchanger) with engine oil temperatures well above 150 ° C
  • - Two-stage: Preheating the exhaust gas with cooling water to about 80 ° C. For further heating, a partial volume flow of the hot exhaust gas according to b) can take place
  • b) By admixing a partial volume flow of the hot exhaust gas from the port A, which is bypassed around the heat storage in the bypass and the cold exhaust gas before entering the chimney ( 223 ) is added.

Generell erhöht eine Wiederaufheizung der Abgase vor dem Eintritt in den Kamin den betriebsnotwendigen apparativen Aufwand erheblich. Insbesondere eine Wiederaufheizung der kalten Abgases mit einem Teilvolumenstrom des heißem Abgas wirkt dem erfindungsgemäßen Gedanken entgegen, da der Ladevorgang des Speichers länger dauert und daher insgesamt weniger der Abgasabwärme für die Abgabe an den Wärmekunden genutzt werden kann. Auch aus Sicht des Emissions- und Immissionsschutz wird hierdurch keine Minderung von erzielt, da durch die Wiederaufheizung die Kondensation vom Kamin räumlich in die Atmosphäre verlagert wird, wo sie bei Abkühlung der Abgase erneut stattfindet.In general, a reheating of the exhaust gases before entering the chimney significantly increases the operational expenditure on equipment. In particular, a reheating of the cold exhaust gas with a partial volume flow of the hot exhaust gas counteracts the idea according to the invention, since the charging of the memory takes longer and therefore a total of less of the exhaust heat can be used for the delivery to the heat customer. From the point of view of emission and immission protection, no reduction of this is achieved, since the reheating the condensation from the fireplace is spatially relocated to the atmosphere, where it takes place again when cooling the exhaust gases.

Sofern eine Wiederaufheizung der Abgase nicht zwingend durch eine Genehmigungsbehörde vorgeschrieben wird, sollte in jedem Fall aus ökologischer und ökonomischer Sicht hierauf verzichtet werdenIf a reheating of the exhaust gases is not necessarily prescribed by an approval authority, it should in any case be waived from an ecological and economic point of view

Generell sollte zu Entladung des Mobilspeichers, unabhängig davon, ob die Behälter parallel oder in Reihe geschaltet sind, die kühlere Luft über den Stutzen B (Gasaustrittstutzen während der Aufladung) in den Speicher eingebracht werden. Hierdurch trifft die Luft zuerst auf den kühleren Teil des Speichermaterials und kann sich im Laufe der Durchströmung weiter aufheizen. Die Austrittstemperatur der heißen Luft wird so maximiert und der Wärmeübergang im Wärmetauscher (234) verbessert, so dass dieser kleiner dimensioniert werden kann.In general, to discharge the mobile memory, regardless of whether the containers are connected in parallel or in series, the cooler air should be introduced via the nozzle B (gas outlet nozzle during charging) in the memory. As a result, the air first strikes the cooler part of the storage material and can continue to heat up in the course of the flow. The exit temperature of the hot air is thus maximized and the heat transfer in the heat exchanger ( 234 ), so that it can be dimensioned smaller.

In 26 ist die Entladung des Mobilspeichers an einer Wärmesenke (108) dargestellt. Die Entladung erfolgt analog zur Beladung ebenfalls im direkten Gas-Feststoffkontakt. Beispielhaft erfolgt die Entladung hier an in Reihe geschalteten Behältern, sie kann jedoch, wie bereits erwähnt, auch bei parallel geschalten Behältern erfolgen (unter Verwendung von feinerem Schüttgut zur Erhaltung des Druckverlustes). Über einen Ventilator (235) wird Luft beispielhaft mit einer Temperatur von 50 bis 100°C über den Stutzen B dem aufgeheizten Mobilspeicher zugeführt. Der Ventilator ist zur Materialschonung auf der kalten Seite montiert. Beim Durchströmen der aufgeheizten Speichermasse erwärmt sie sich bis beinahe zur Maximaltemperatur des Speichers. 27 zeigt beispielhaft die Entladung des Mobilspeichers mit parallel geschalteten gasdichten Innenbehältern. Sowohl in 26 als auch in 27 tritt die Luft mit 420°C aus dem Speicher aus und gibt ihre Wärme in einem Gas-Flüssigkeitswärmetauscher (234) ab, von dem aus die Wärmesenke (108) versorgt wird.In 26 is the discharge of the mobile memory at a heat sink ( 108 ). The discharge is analogous to the loading also in direct gas-solid contact. By way of example, the discharge takes place here in series connected containers, but it can, as already mentioned, even with parallel connected containers done (using finer bulk material to maintain the pressure loss). Via a fan ( 235 ) air is supplied by way of example with a temperature of 50 to 100 ° C via the port B the heated mobile storage. The fan is mounted on the cold side for material protection. As it flows through the heated storage mass, it heats up to almost the maximum temperature of the memory. 27 shows an example of the discharge of the mobile storage with parallel connected gas-tight inner containers. As well in 26 as well as in 27 the air exits the storage tank at 420 ° C and releases its heat in a gas-liquid heat exchanger ( 234 ), from which the heat sink ( 108 ) is supplied.

28: Darstellung des erfindungsgemäßen Speichers zur Be- und Entladung eines festen Speichermediums mit Wärmeenergie durch direkten Gaskontakt. Der Speicher verfügt über ein festes Speichermedium (233) mit innerem Poren- bzw. Gassensystem, das vom Wärmeträgergas über den Eintritt A zum Austritt B durchströmt wird, einer gasdichten Ummantelung (Innenbehälter, 230) mit innenseitigem weichen Material (240), wie z. B. Glaswolle zur Reduzierung der Randgängigkeit der Gasströmung, sowie hier beispielhaft dargestellt allseitig angebrachten krafttragenden thermischen Entkopplungen (241). Die gasdichte Ummantelung (230) stellt sicher, das über den Stutzen A eingebrachtes Wärmeträgergas gerichtet durch das feste Wämespeichermedium (233) geführt wird und am Stutzen B austritt, ohne dass eine Leckage in die Isolierung (232) bzw. die Umgebung auftreten kann. Die An- und Abströmflächen (242, 243) können beispielsweise als Roste, Lochbleche oder Gitter ausgeführt sein. Das Gewicht des Wärmespeichermaterials wird über den unteren Anströmrost (242), die untere gasdurchlässige Trägerkonstruktion (244), die krafttragenden thermischen Entkopplungen (241) auf die äußere Containerhülle (231) übertragen. An der Unterseite der gasdichten Ummantelung (230) ist ein Ablassstutzen (236) für bei der Abkühlung des Gases anfallendes Kondensat angebracht. 28 : Representation of the memory according to the invention for loading and unloading a solid storage medium with heat energy by direct gas contact. The memory has a fixed storage medium ( 233 ) with inner pore or gas system, which is traversed by the heat transfer gas via the inlet A to the outlet B, a gas-tight casing (inner container, 230 ) with soft material on the inside ( 240 ), such. As glass wool to reduce the Randgängigkeit the gas flow, and here exemplified all sides mounted force-bearing thermal decoupling ( 241 ). The gastight casing ( 230 ) ensures that introduced via the nozzle A heat transfer gas directed through the solid heat storage medium ( 233 ) and exits at port B, without leakage into the insulation ( 232 ) or the environment may occur. The inflow and outflow surfaces ( 242 . 243 ) can be designed, for example, as grates, perforated plates or grids. The weight of the heat storage material is transferred via the lower flow grate ( 242 ), the lower gas-permeable support structure ( 244 ), the force-carrying thermal decouplings ( 241 ) on the outer container shell ( 231 ) transfer. At the bottom of the gastight casing ( 230 ) is a drain port ( 236 ) is attached to the cooling of the gas accumulating condensate.

Die Umkehrung der Strömungsrichtung des Gases von Stutzen B zu Stutzen A ist auch ohne explizite graphische Darstellung Bestandteil der Erfindung.The inversion of the flow direction of the gas from port B to port A is also without explicit graphical representation part of the invention.

29 zeigt den Aufbau des unteren Auflagerostes detaillierter. Der untere Auflagerost (242) besteht beispielsweise aus Winkelprofilen aus Edelstahl, die mit einem ausreichenden Abstand für den Gasdurchtritt zueinander angebracht sind. Der Auflagerost ist fest mit der gasdurchlässigen Trägerkonstruktion (244) verbunden. Auf dem Auflagerost befindet sich eine mehrlagige Schicht von großen Steinen (246), die so groß sind, dass sie nicht durch den Auflagerost fallen können und die durch ein Edelstahlnetz (245) fest auf dem Auflagerost gehalten werden. Durch diese Fixierung der großen Steine wird verhindert, dass diese durch transportbedingte Erschütterungen in der feinkörnigeren Schicht des Speichermaterials aufschwimmen, wodurch letztlich die feinkörnige Schicht durch den Auflagerost rieseln würde. 29 shows the structure of the lower Auflagerostes in more detail. The lower support grid ( 242 ) consists for example of angle profiles made of stainless steel, which are mounted with a sufficient distance for the gas passage to each other. The support grid is fixed to the gas-permeable support structure ( 244 ) connected. There is a multi-layered layer of large stones ( 246 ), which are so large that they can not fall through the support shelf and that through a stainless steel net ( 245 ) are held firmly on the support bottom. This fixation of the large stones prevents these from floating due to transport-related vibrations in the finer-grained layer of the storage material, which would ultimately trickle the fine-grained layer through the Auflagerost.

Die Größenverhältnisse der Steine sind so zu wählen, dass das feinkörnige Speichermaterial nicht durch die Porenräume der großen Steine rieseln kann. Bei besonders feinkörnigem Speichermaterial kann auch eine zweite Schicht mit Steinen einer mittleren Korngröße (hier nicht dargestellt) hinzugefügt werden.The size ratios of the stones are to be chosen so that the fine-grained storage material can not trickle through the pores of the large stones. In the case of particularly fine-grained storage material, it is also possible to add a second layer with stones of medium grain size (not shown here).

In 30 ist eine Variante der Entladung des Speichers mit festem Speichermaterial dargestellt durch einen Kaltluft ansaugenden Ventilator (247), bei der die heiße Luft direkt, d. h. ohne Wärmetauscher und Kreislaufführung, genutzt wird.In 30 is a variant of the discharge of the memory with a solid storage material represented by a cold air-sucking fan ( 247 ), in which the hot air is used directly, ie without heat exchanger and circulation.

In 31 bis 34 sind Variation des erfindungsgemäßen Speichers mit festem Speichermaterial dargestellt.In 31 to 34 are shown variation of the memory according to the invention with a solid memory material.

In 31 ist eine mittige Trennwand (250) installiert, so dass das Gas innerhalb eines gasdichten Behälters (230) umgelenkt wird. Die längere Wegstrecke des Gases durch das Speichermaterial kann zur Erhöhung des Druckverlustes genutzt werden.In 31 is a central partition ( 250 ), so that the gas within a gas-tight container ( 230 ) is deflected. The longer path of the gas through the storage material can be used to increase the pressure loss.

In 32 findet eine horizontale Durchströmung des festen Speichermaterials statt. Der gasdichte Behälter kann sowohl rund als auch eckig ausgeführt sein. Die seitlichen Begrenzungsroste (251, 253) halten die Wärmespeichermaterialien in Form und können wie bei den vertikalen Varianten oder auch als seitlich offene Lamellen- oder Jalousieroste oder durch schräg angestellte Flacheisen ausgeführt sein, durch die Wärmespannungen des Wärmespeichermaterials durch seitliche Bewegung der Schüttung abgebaut werden können.In 32 There is a horizontal flow through the solid storage material. The gas-tight container can be designed both round and square. The lateral boundary gratings ( 251 . 253 ) hold the heat storage materials in the form and can be performed as in the vertical variants or as laterally open lamellar or Jalousieroste or obliquely set flat iron, can be reduced by the thermal stresses of the heat storage material by lateral movement of the bed.

In 33 ist die Durchströmung mehrerer paralleler Kammern (253) von Speichermaterial dargestellt.In 33 is the flow through several parallel chambers ( 253 ) represented by memory material.

34 zeigt ein radialsymmetrischen Aufbau mit konzentrischen An- und Abströmrosten (254, 255), die die Schüttung aus Wärmespeichermaterial in Form halten. 34 shows a radially symmetrical structure with concentric inlet and Abströmrosten ( 254 . 255 ), which hold the bed of heat storage material in the form.

Eine Umkehr der Strömungsrichtung (zwischen den Ein- und Auslassstutzen A und B) ist bei allen dargestellten Zeichnungen auch ohne explizite graphische Darstellung Bestandteil der Erfindung.A reversal of the flow direction (between the inlet and outlet ports A and B) is in all the drawings shown without explicit graphical representation part of the invention.

Claims (12)

Verfahren zum Wärmetransport, wobei ein Wärmespeichermedium in einem transportablen Behälter (101) von einer Wärmequelle zu einer Wärmesenke transportiert wird, wobei der Behälter (101) Anschlussstutzen für eine Beladung und Entleerung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass für die Speicherung von sensibler Wärme bei Temperaturen unterhalb von 100°C Wasser als fluides Wärmespeichermedium verwendet wird, dass ein Behälter mit einem Mehrkammersystem zur getrennten Aufnahme von warmem (geladenem) und abgekühltem (entladenem) Wasser verwendet wird, wobei die Kammern jeweils in ihrem Volumen derart veränderbar sind, dass das Gesamtvolumen aller Kammern konstant ist, wobei jede Kammer mit wenigstens einem Anschlussstutzen in Fluidkommunikation steht, wobei die Befüllung und Entleerung der Kammern wenigstens zeitweise gleichzeitig erfolgt.Method for heat transfer, wherein a heat storage medium in a transportable container ( 101 ) is transported from a heat source to a heat sink, wherein the container ( 101 ) Connecting piece for a loading and unloading, characterized in that for the storage of sensitive heat at temperatures below 100 ° C water is used as a fluid heat storage medium, in that a container with a multi-chamber system is used for separately receiving warm (charged) and cooled (discharged) water, the chambers each being variable in their volume so that the total volume of all the chambers is constant, each chamber having at least one connecting piece in Fluid communication is, wherein the filling and emptying of the chambers takes place at least temporarily simultaneously. Verfahren zur mobilen Wärmespeicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kolben (113; 114; 115) als verschiebbare Trennung zwischen den Kammern in dem Behälter verwendet wird, wobei dieser Kolben entlang seines Umfangs durch federnd gelagerte Rollen (160), insbesondere Kugelrollen, geführt wird, die sich an einer inneren Behälterwandung abstützen.A method for mobile heat storage according to claim 1, characterized in that a piston ( 113 ; 114 ; 115 ) is used as a slidable separation between the chambers in the container, said piston along its circumference by resiliently mounted rollers ( 160 ), in particular ball rollers, is guided, which are supported on an inner container wall. Verfahren zur mobilen Wärmespeicherung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Kammern in dem Behälter durch einen flexiblen Schlauch (170) gebildet wird, dessen Volumen bei Befüllung und Entleerung veränderbar ist.A method for mobile heat storage according to claim 1 or 2, characterized in that at least one of the chambers in the container by a flexible hose ( 170 ) is formed, whose volume is variable during filling and emptying. Verfahren zur mobilen Wärmespeicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Befüllen und Entleeren der Kammern des transportablen Behälters mit einer Umpumprate von 1 bis 10 m3/min, vorzugsweise mit 3 bis 6 m3/min erfolgt.Method for mobile heat storage according to one of claims 1 to 3, characterized in that the filling and emptying of the chambers of the transportable container with a pumping rate of 1 to 10 m 3 / min, preferably with 3 to 6 m 3 / min. Transportabler Behälter zum Transport von Wärme von einer Wärmequelle zu einer Wärmesenke, wobei der Behälter Anschlussstutzen für eine Beladung und Entleerung aufweist, durch welche er mit Wasser befüllbar und entleerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter ein Mehrkammersystem zur getrennten Aufnahme von warmem (geladenem) und abgekühltem (entladenem) Wasser aufweist, wobei die Kammern jeweils in ihrem Volumen derart veränderbar sind, dass das Gesamtvolumen aller Kammern konstant ist, wobei jede Kammer mit wenigstens einem Anschlussstutzen in Fluidkommunikation steht, und wobei entweder ein Kolben (113; 114; 115) als verschiebbare Trennung zwischen den Kammern in dem Behälter verwendet wird, wobei dieser Kolben entlang seines Umfangs durch federnd gelagerte Rollen (160), insbesondere Kugelrollen, geführt wird, die sich an einer inneren Behälterwandung abstützen, oder mindestens eine der Kammern in dem Behälter durch einen flexiblen Schlauch (170) gebildet ist, dessen Volumen bei Befüllung und Entleerung veränderbar ist.Transportable container for transporting heat from a heat source to a heat sink, the container comprising connecting pieces for loading and unloading, by which it can be filled and emptied with water, characterized in that the container is a multi-chamber system for separately receiving warm (charged) and cooled (discharged) water, the chambers each being variable in volume such that the total volume of all the chambers is constant, each chamber being in fluid communication with at least one spigot, and either one piston ( 113 ; 114 ; 115 ) is used as a slidable separation between the chambers in the container, said piston along its circumference by resiliently mounted rollers ( 160 ), in particular ball rollers, which are supported on an inner container wall, or at least one of the chambers in the container by a flexible hose ( 170 ) is formed, whose volume is variable during filling and emptying. Verfahren zum Wärmetransport, wobei ein Wärmespeichermedium in einem transportablen Behälter von einer Wärmequelle zu einer Wärmesenke transportiert wird, wobei der Behälter Anschlüsse für ein Beschicken mit Gas und Entnahme von Gas aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass für die Speicherung von sensibler Wärme bei Temperaturen oberhalb von 100°C ein festes, poröses, insbesondere mineralisches Speichermaterial (233) verwendet wird, welches in dem Behälter als Schüttung eingebracht ist, wobei die Schüttung in Fluidverbindung mit den Anschlüssen steht, wobei zur Speicherung oder Entnahme von Hochtemperaturwärme oberhalb von 100°C, Gas mittels der Anschlüsse durch die Schüttung geleitet wird, so das Speichermaterial im direkten Gas-Feststoffkontakt thermisch be- bzw. entladen wird.A method of heat transfer, wherein a heat storage medium is transported in a transportable container from a heat source to a heat sink, wherein the container connections for gas charging and gas removal, characterized in that for the storage of sensible heat at temperatures above 100 ° C a solid, porous, in particular mineral storage material ( 233 ), which is introduced in the container as a bed, wherein the bed is in fluid communication with the terminals, wherein for storing or removal of high temperature heat above 100 ° C, gas is passed through the terminals through the bed, so the storage material in direct gas-solid contact is thermally loaded or unloaded. Verfahren zur mobilen Wärmespeicherung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass für die Speicherung von Wärme bei Temperaturen bis 550°C Kies als Wärmespeichermaterial verwendet wird.A method for mobile heat storage according to claim 6, characterized in that for the storage of heat at temperatures up to 550 ° C gravel is used as a heat storage material. Verfahren zur mobilen Wärmespeicherung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass am Speicher austretendes kaltes Abgas (24, Stutzen B) mit der Abwärme des Verbrennungsmotors oder mit einem Teilvolumenstrom des heißen Abgases (Stutzen A) aufgeheizt wird, bis eine vorgegebene Mindestgastemperatur für den Eintritt in den Kamin (223) erreicht istMobile heat storage method according to claim 6 or 7, characterized in that cold exhaust gas ( 24 , Port B) is heated with the waste heat of the internal combustion engine or with a partial volume flow of the hot exhaust gas (port A) until a predetermined minimum gas temperature for the entry into the chimney ( 223 ) is reached Verfahren zur mobilen Wärmespeicherung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass für die Aufladung des festen Speichermaterials das Abgas eines Verbrennungsmotors verwendet wird, wobei die Korngrößenverteilung des Speichermaterials so gewählt wird, dass der Differenzdruck bei der Durchströmung der vollständig aufgeheizten Schüttung und des installierten Abgassystems im Bereich von 30 bis 95 Prozent, vorzugsweise bei 50 bis 80 Prozent des maximal zulässigen Abgasgegendrucks des Verbrennungsmotors liegt.Method for mobile heat storage according to claim 6 or 7, characterized in that for the charging of the solid storage material, the exhaust gas of an internal combustion engine is used, wherein the particle size distribution of the storage material is selected such that the differential pressure in the flow through the fully heated bed and the installed exhaust system in the range of 30 to 95 percent, preferably at 50 to 80 percent of the maximum allowable exhaust backpressure of the internal combustion engine. Transportabler Behälter zum Transport von Wärme von einer Wärmequelle zu einer Wärmesenke, wobei der Behälter Anschlussstutzen für eine Beladung und Entleerung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter wenigstens eine gasdichte Kammer aufweist, die eine Schüttung aus festem, porösem Speichermaterial enthält, wobei die Kammer in Fluidverbindung mit den Anschlussstutzen steht, so dass die Schüttung von eingeleitetem Gas durchströmbar ist.A transportable container for transporting heat from a heat source to a heat sink, the container having connection ports for loading and unloading, characterized in that the container has at least one gas-tight chamber containing a bed of solid, porous storage material, wherein the chamber in Fluid connection with the connecting piece is, so that the bed of introduced gas can be flowed through. Behälter nach Anspruch 10, wobei die Kammer (230) mindestens einen sich nach unten verjüngenden konischen Abschnitt aufweist, der seiner Höhe nach durchströmbar ist und den Gas-Feststoffkontakt zulässt, so dass die bei Aufheizen und Abkühlen auftretenden Wärmespannungen durch die konische Behältergeometrie nach oben abgebaut werden.A container according to claim 10, wherein the chamber ( 230 ) has at least one downwardly tapered conical section, which can be traversed in height and the gas Solid contact allows, so that the heat stresses occurring during heating and cooling are reduced by the conical container geometry upwards. Behälter nach Anspruch 10 oder 11, wobei die gasdichten Kammern an ihrer dem Speichermedium zugewandten Seite der Innenwand mit einem weichen temperaturbeständigen Material, insbesondere mit künstlicher Mineralwolle (232), zur Verminderung der Randgängigkeit der Gasströmung ausgekleidet sind.Container according to claim 10 or 11, wherein the gas-tight chambers on their side facing the storage medium of the inner wall with a soft temperature-resistant material, in particular with artificial mineral wool ( 232 ), to reduce the Randgängigkeit the gas flow are lined.
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