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WO1998019115A1 - Continuous collector - Google Patents

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WO1998019115A1
WO1998019115A1 PCT/DE1997/002469 DE9702469W WO9819115A1 WO 1998019115 A1 WO1998019115 A1 WO 1998019115A1 DE 9702469 W DE9702469 W DE 9702469W WO 9819115 A1 WO9819115 A1 WO 9819115A1
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WO
WIPO (PCT)
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collector
circulation
heat
absorber
flow
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/DE1997/002469
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German (de)
French (fr)
Inventor
Volker Böhringer
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Individual
Original Assignee
Individual
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Priority claimed from DE19644695A external-priority patent/DE19644695A1/en
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to AU53979/98A priority Critical patent/AU5397998A/en
Priority to DE19781219D priority patent/DE19781219D2/en
Priority to DE19781219A priority patent/DE19781219C1/en
Publication of WO1998019115A1 publication Critical patent/WO1998019115A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Priority to SE9903599A priority patent/SE9903599D0/en
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S50/00—Arrangements for controlling solar heat collectors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S90/00—Solar heat systems not otherwise provided for
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers

Definitions

  • the invention is based on a method for optimizing the conversion factor in the production of thermal energy from waste heat processes in favor of a heat store (consumer).
  • a device (circulation collector) (claim 1) is proposed for carrying out the method.
  • the prior art reproduces a charge control of the memory (US Pat. No. 4,531,510) based on an external, bidirectional thermosiphon valve.
  • the storage tank is charged on the basis of the temperature-dependent density of the heat transfer fluid.
  • the bidirectional thermo-siphon valve works as a 3-way valve and switches according to the temperatures of the supplied heat transfer fluids between two operating states: 1. charging the storage tank, 2. circulation in the collector circuit.
  • the disadvantages of the method are its limited heat output and the compulsory flow of the collector circuit which counteracts the charging process.
  • the limited Heat output is based on a volume flow in the collector circuit restricted to avoid turbulence in the thermo-siphon valve, which, in addition to the continuously high line temperatures, has a negative effect on the efficiency of the overall system.
  • the circulation line (14) (within the energy space collector (1)) is shaded and provided with heat sinks and a (controllable) valve (16).
  • a gravity circulation based on the temperature-dependent, different density of the medium starts in the absorber tubes (12) and in the circulation line (14), which accelerates and transfers the heat from the absorber (11) into the heat transfer fluid thus improving the efficiency of the collector (1).
  • the valve (16) prevents the flow of the Heat transfer fluid through the circulation line (14). The continuous flow in the absorber tubes remains, the efficiency is further improved.
  • the valve (16) enables the circulation of gravity in the circulation line (14).
  • the valve (22) in line (2) blocks line (2) and supplies the heat transfer fluid exclusively to the collector (Fig. 1/4).
  • the gravity circulation in the collector (1) and the circulation line (14) is supported by a conveyor device (18).
  • the conveyor device (18) switches on and conveys the heat transfer fluid through the circulation line (14) and the absorber tubes (12). without additional line losses, ie heat and flow losses through the collector (1).
  • the valve (22) in the line blocks the line (2) so that the entire mass flow flows through the absorber (Fig. 3/4).
  • the valve (16) prevents the flow of the heat transfer fluid through the circulation line (14).
  • the continuous flow in the absorber tubes remains, the efficiency is further improved.
  • the valve (16) gives the circulation in the circulation line (14) free.
  • the valve (22) in line (2) blocks line (2) and supplies the heat transfer fluid exclusively to the collector (Fig. 4/4).
  • the circulation assembly consisting of the circulation line (14), the conveying device (18) and the valve (16), is a separate assembly which is connected to conventional collectors and collector groups.
  • valve (16) and the valve (22) are a check valve.
  • Fig.1 a representation of the regulated gravity circulation system
  • a circulation collector 1 is shown, the connecting lines 2; 5 is connected to a heat exchanger 3 in a heat accumulator 4.
  • the heated in the operating state "gravity circulation" in the circulation collector 1 is transferred from the pump 21 through the connecting line 2 in the Heat store 4 located heat exchanger 3 promoted. There it gives off its heat and leaves the heat exchanger 3 and the store 4.
  • In the connecting line 5 it flows back into the collector, provided that there is sufficient energy flow density to be heated again.
  • the check valve 16 serves to ensure the exclusive flow of the absorber when the pump 21 is switched on, the check valve 21 serves to ensure the circulation within the collector when the pump 21 is switched off and to prevent undesirable backflows of the heat transfer medium from the store into the line 2 and the collector 1 prevent.
  • a circulation collector is shown, the connection lines 2; 5 is connected to a heat exchanger 3 in a heat accumulator 4.
  • the heat carrier which is heated in the operating state “pump circulation” in the circulation collector 1 when the pump 18 is switched on is conveyed by the pump 21 through the connecting line 2 into the heat exchanger 3 located in the heat accumulator 4 when the pump 18 is switched off. There it gives off its heat and leaves the heat exchanger 3 and the memory 4. It flows back into the collector in the connecting line 5, provided that there is sufficient energy flow density to be heated up again.
  • the check valve 16 serves to ensure the exclusive flow of the absorber 11 when the pump 21 is switched on, and the check valve 21 serves this purpose to ensure the circulation within the collector 1 when the pump 21 is switched off and undesirable backflows of the heat transfer medium to prevent from the heat exchanger 3 in the heat accumulator 4 into the line 2 and the collector 1.
  • Fig. 3 shows the fluid flows in the operating state "load storage” with heat transfer fluid flow in the absorber; pump 21: ON, pump 16: OFF
  • the method according to the invention for the management of a heat store from waste heat processes can also be used when solar collectors, heat exchangers, heat pipes or waste heat sources serve as energy collectors for the heat store 4 as the collector 1.

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Abstract

The invention concerns a method and device for obtaining thermal energy from waste heat processes. In conventional methods, a fluid flows continuously through the absorber (11) by being pumped through the connection lines between the energy accumulator and heat exchanger in the heat accumulator. In contrast thereto, according to the invention, the heat-carrier fluid is pumped (16, 21) through the connection lines (2, 5) between the energy accumulator (1) and the heat exchanger (3) in the heat accumulator (4) or through a continuous line (14) in the energy accumulator as a function of the operating state of the installation (continuous collector) (1).

Description

UMLAUFKOLLEKTORCIRCULATION COLLECTOR

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Optimierung des Konversionsfaktors bei der Gewinnung thermischer Energie aus Abwärmeprozessen zugunsten eines Wärmespeichers(- verbrauchers). Zur Ausführung des Verfahrens wird eine Vorrichtung (Umlaufkollektor) (Anspruch 1) vorgeschlagen.The invention is based on a method for optimizing the conversion factor in the production of thermal energy from waste heat processes in favor of a heat store (consumer). A device (circulation collector) (claim 1) is proposed for carrying out the method.

Nach dem Stand der Technik wird versucht, im Bereich der Ladung des Speichers (US 4,409,959) Schwerkraftsysteme einzusetzen. Die Ladung des Speichers erfolgt über einen externen Wärmetauscher, der die Zirkulation des Wärmeträgerfluids im Kollektorkreislauf von dem Sekundärkreislauf hydraulisch trennt. Eine Umkehrung des Wärmetransports aus dem Wärmetauscher in den Kollektor wird durch ein Ventil verhindert. Eine zusätzliche Laderegelung ist je nach Ausführung nicht erforderlich. Nachteil des Verfahrens ist neben den Kosten des Wärmetauschers und dessen eingeschränkter Wärmeleistung die kontinuierlich hohe Temperatur der Leitungen bei nur geringer Fluidströmung im Kollektor.According to the prior art, attempts are made to use gravity systems in the area of the storage charge (US Pat. No. 4,409,959). The storage tank is charged via an external heat exchanger, which hydraulically separates the circulation of the heat transfer fluid in the collector circuit from the secondary circuit. A valve prevents a reversal of the heat transport from the heat exchanger into the collector. An additional charge control is not necessary depending on the version. In addition to the cost of the heat exchanger and its limited heat output, the disadvantage of the method is the continuously high temperature of the lines with only a low fluid flow in the collector.

Weiter gibt der Stand der Technik eine Laderegelung des Speichers (US 4,531 ,510) auf der Basis eines externen, bidirektionalen Thermo-Syphon-Ventils wieder. Die Ladung des Speichers erfolgt auf der Grundlage der temperaturabhängigen Dichte des Wärmeträgerfluids. Das bidirektionale Thermo-Syphon-Ventil arbeitet als 3-Wege-Ventil und schaltet entspechend den Temperaturen der zugeführten Wärmeträgerfluide zwischen zwei Betriebszuständen um: 1. Ladung des Speichers, 2. Zirkulation im Kollektorkreislauf. Nachteil des Verfahrens ist neben den Kosten des externen Thermo-Syphon-Ventils zum einen dessen eingeschränkte Wärmeleistung und die dem Ladevorgang entgegenwirkende, zwanghafte Strömung des Kollektorkreislaufs. Die begrenzte Wärmeleistung beruht auf einem zur Vermeidung von Verwirbelungen im Thermo-Syphon-Ventil eingeschränkten Volumenstrom im Kollektorkreislauf, der sich neben den kontinuierlich hohen Leitungstemperaturen nachteilig auf den Wirkungsgrad des Gesamtsystems auswirkt.Furthermore, the prior art reproduces a charge control of the memory (US Pat. No. 4,531,510) based on an external, bidirectional thermosiphon valve. The storage tank is charged on the basis of the temperature-dependent density of the heat transfer fluid. The bidirectional thermo-siphon valve works as a 3-way valve and switches according to the temperatures of the supplied heat transfer fluids between two operating states: 1. charging the storage tank, 2. circulation in the collector circuit. In addition to the costs of the external thermosiphon valve, the disadvantages of the method are its limited heat output and the compulsory flow of the collector circuit which counteracts the charging process. The limited Heat output is based on a volume flow in the collector circuit restricted to avoid turbulence in the thermo-siphon valve, which, in addition to the continuously high line temperatures, has a negative effect on the efficiency of the overall system.

Es sind Systeme bekannt, die durch drehzahlgeregelte Pumpen und Bypaßsysteme auf der Grundlage einer geregelten, kontinuierliche Strömung des Wärmeträgerfluids versuchen den Ertrag thermischer Solaranlagen zu verbessern. Gemeinsamer Nachteil dieser Verfahren ist neben den Kosten der Bauteile und dem hohen Strömungswiderstand in den Verbindungsleitungen und dem Wärmetauscher die Addition der Leitungsverluste zu den Kollektorverlusten.Systems are known which attempt to improve the yield of thermal solar systems by means of speed-controlled pumps and bypass systems based on a regulated, continuous flow of the heat transfer fluid. A common disadvantage of these methods is, in addition to the costs of the components and the high flow resistance in the connecting lines and the heat exchanger, the addition of the line losses to the collector losses.

Die Erfindung mit den kennzeichnenden Merkmalen der Ansprüche hat demgegenüber die Vorteile, daß die Fördereinrichtung (21) nur dann eingeschaltet wird, wenn eine konventionelle oder Energiedifferenzregelung den zu erwartenden Energieeintrag in den Speicher (4) positiv bewertet.The invention with the characterizing features of the claims has the advantages that the conveyor (21) is only switched on when a conventional or energy difference control evaluates the expected energy input into the memory (4) positively.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist die Umlaufleitung (14) (innerhalb des Energieraums Kollektor (1)) beschattet und mit Kühlkörpern, sowie einem (regelbaren) Ventil (16) versehen. Bei Beginn der Einwirkung der Wärmestrahlung setzt sich in den Absorberröhren (12) und in der Umlaufleitung (14) eine auf der temperaturabhängigen, unterschiedlichen Dichte des Mediums beruhende Schwerkraftzirkulation in Gang, die den Übergang der Wärme vom Absorber (11) in das Wärmeträgerfluid beschleunigt und damit den Wirkungsgrad des Kollektors (1) verbessert. Solange die Einschaltbedingung eines Regelalgorithmus die Fördereinrichtung (21) einschaltet, verhindert das Ventil (16) die Strömung des Wärmeträgerfluids durch die Umlaufleitung (14). Der kontinuierliche Fluß in den Absorberröhren bleibt bestehen, der Wirkungsgrad wird weiter verbessert. Schaltet die Ausschaltbedingung eines Regelalgorithmus die Fördereinrichtung (21) ab, gibt das Ventil (16) die Schwerkraftzirkulation in der Umlaufleitung (14) frei. Das Ventil (22) in der Leitung (2) sperrt die Leitung (2) und führt das Wärmeträgerfluid ausschließlich dem Kollektor zu (Fig. 1/4). Die Erfindung mit den kennzeichnenden Merkmalen der Ansprüche hat die Vorteile, daß der Konversationsfaktor des Absorbers und damit der Wirkungsgrad des Kollektors durch diesen kontinuierlichen Fluß des Wärmeträgerfluids unter Ausschaltung der Leitungsverluste wesentlich verbessert wird.According to an advantageous embodiment of the method, the circulation line (14) (within the energy space collector (1)) is shaded and provided with heat sinks and a (controllable) valve (16). When heat radiation begins to act, a gravity circulation based on the temperature-dependent, different density of the medium starts in the absorber tubes (12) and in the circulation line (14), which accelerates and transfers the heat from the absorber (11) into the heat transfer fluid thus improving the efficiency of the collector (1). As long as the switch-on condition of a control algorithm switches on the conveyor (21), the valve (16) prevents the flow of the Heat transfer fluid through the circulation line (14). The continuous flow in the absorber tubes remains, the efficiency is further improved. If the switch-off condition of a control algorithm switches off the conveying device (21), the valve (16) enables the circulation of gravity in the circulation line (14). The valve (22) in line (2) blocks line (2) and supplies the heat transfer fluid exclusively to the collector (Fig. 1/4). The invention with the characterizing features of the claims has the advantages that the conversation factor of the absorber and thus the efficiency of the collector is significantly improved by this continuous flow of the heat transfer fluid with elimination of the line losses.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens wird die Schwerkraftzirkulation im Kollektor (1) und der Umlaufleitung (14) durch eine Fördereinrichtung (18) unterstützt. Nach überschreiten eines anlagenspezifischen Energiestroms dE/dt auf den Absorber (11), der beispielsweise durch Erfassen der Temperaturgradienten innerhalb des Absorbers ermittelt wird, schaltet die Fördereinrichtung (18) ein und fördert das Wärmeträgerfluid durch die Umlaufleitung (14) und die Absorberröhren (12) ohne zusätzliche Leitungsverluste, d.h. Wärme- und Strömungsverluste durch den Kollektor (1). Das Ventil (22) in der Leitung sperrt die Leitung (2) so daß der gesamte Massenstrom durch den Absorber fließt (Fig. 3/4). Solange die Einschaltbedingung eines Regelalgorithmus die Fördereinrichtung (21) ein- und die Fördereinrichtung (18) ausschaltet, verhindert das Ventil (16) die Strömung des Wärmeträgerfluids durch die Umlaufleitung (14). Der kontinuierliche Fluß in den Absorberröhren bleibt bestehen, der Wirkungsgrad wird weiter verbessert. Schaltet die Ausschaltbedingung eines Regelalgorithmus die Fördereinrichtung (21) ab, gibt das Ventil (16) die Zirkulation in der Umlaufleitung (14) frei. Das Ventil (22) in der Leitung (2) sperrt die Leitung (2) und führt das Wärmeträgerfluid ausschließlich dem Kollektor zu (Fig. 4/4). Die Erfindung mit den kennzeichnenden Merkmalen der Ansprüche hat den Vorteil, daß der Konversationsfaktor des Absorbers und damit der Wirkungsgrad des Kollektors durch diesen kontinuierlichen Fluß des Wärmeträgerfluids unter Ausschaltung der Leitungsverluste wesentlich verbessert wird.According to a further advantageous embodiment of a device for carrying out the method, the gravity circulation in the collector (1) and the circulation line (14) is supported by a conveyor device (18). After exceeding a system-specific energy flow dE / dt on the absorber (11), which is determined, for example, by detecting the temperature gradients within the absorber, the conveyor device (18) switches on and conveys the heat transfer fluid through the circulation line (14) and the absorber tubes (12). without additional line losses, ie heat and flow losses through the collector (1). The valve (22) in the line blocks the line (2) so that the entire mass flow flows through the absorber (Fig. 3/4). As long as the switch-on condition of a control algorithm switches the conveying device (21) on and the conveying device (18) off, the valve (16) prevents the flow of the heat transfer fluid through the circulation line (14). The continuous flow in the absorber tubes remains, the efficiency is further improved. If the switch-off condition of a control algorithm switches off the conveying device (21), the valve (16) gives the circulation in the circulation line (14) free. The valve (22) in line (2) blocks line (2) and supplies the heat transfer fluid exclusively to the collector (Fig. 4/4). The invention with the characterizing features of the claims has the advantage that the conversation factor of the absorber and thus the efficiency of the collector is significantly improved by this continuous flow of the heat transfer fluid with elimination of the line losses.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist die Umlaufbaugruppe, bestehend aus der Umlaufleitung (14), der Fördereinrichtung (18) und dem Ventil (16) eine eigene Baugruppe, die auf konventionelle Kollektoren und Kollektorgruppen aufgeschaltet wird.According to a further advantageous embodiment of a device for carrying out the method, the circulation assembly, consisting of the circulation line (14), the conveying device (18) and the valve (16), is a separate assembly which is connected to conventional collectors and collector groups.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist das Ventil (16) und das Ventil (22) ein Rückschlagventil.According to a further advantageous embodiment of a device for carrying out the method, the valve (16) and the valve (22) are a check valve.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen sind der nachfolgenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen entnehmbar.Further advantages and advantageous configurations can be found in the following description, the drawings and the claims.

Es zeigtIt shows

Fig.1 : eine Darstellung des geregelten Schwerkraft- UmlaufsystemsFig.1: a representation of the regulated gravity circulation system

In Figur 1 ist ein Umlaufkollektor 1 dargestellt, der über Verbindungsleitungen 2 ; 5 mit einem Wärmetauscher 3 in einem Wärmespeicher 4 verbunden ist. Der im Betriebszustand „Schwerkraft-Umlauf" im Umlaufkollektor 1 erwärmte Wärmeträger wird von der Pumpe 21 durch die Verbindungsleitung 2 in den im Wärmespeicher 4 befindlichen Wärmetauscher 3 gefördert. Dort gibt er seine Wärme ab und verläßt den Wärmetauscher 3 und den Speicher 4. In der Verbindungsleitung 5 strömt er zurück in den Kollektor um, ausreichende Energiestromdichte vorausgesetzt, wieder erwärmt zu werden. Das Rückschlagventil 16 dient dazu, bei eingeschalteter Pumpe 21 die ausschließliche Durchströmung des Absorbers sicherzustellen, das Rückschlagventil 21 dient dazu , bei abgeschalteter Pumpe 21 den Umlauf innerhalb des Kollektors sicherzustellen sowie unerwünschte Rückflüsse des Wärmeträgers aus dem Speicher in die Leitung 2 und den Kollektor 1 zu unterbinden.In Figure 1, a circulation collector 1 is shown, the connecting lines 2; 5 is connected to a heat exchanger 3 in a heat accumulator 4. The heated in the operating state "gravity circulation" in the circulation collector 1 is transferred from the pump 21 through the connecting line 2 in the Heat store 4 located heat exchanger 3 promoted. There it gives off its heat and leaves the heat exchanger 3 and the store 4. In the connecting line 5 it flows back into the collector, provided that there is sufficient energy flow density to be heated again. The check valve 16 serves to ensure the exclusive flow of the absorber when the pump 21 is switched on, the check valve 21 serves to ensure the circulation within the collector when the pump 21 is switched off and to prevent undesirable backflows of the heat transfer medium from the store into the line 2 and the collector 1 prevent.

Es zeigtIt shows

Fig. 2: eine Darstellung des geregelten Pump-2: an illustration of the regulated pump

UmlaufsystemsCirculation system

In Figur 2 ist ein Umlaufkollektor dargestellt, der über Verbindungsleitungen 2 ; 5 mit einem Wärmetauscher 3 in einem Wärmespeicher 4 verbunden ist. Der im Betriebszustand „Pump- Umlauf" im Umlaufkollektor 1 bei eingeschalteter Pumpe 18 erwärmte Wärmeträger wird bei ausgeschalteter Pumpe 18 von der Pumpe 21 durch die Verbindungsleitung 2 in den im Wärmespeicher 4 befindlichen Wärmetauscher 3 gefördert. Dort gibt er seine Wärme ab und verläßt den Wärmetauscher 3 und den Speicher 4. In der Verbindungsleitung 5 strömt er zurück in den Kollektor um, ausreichende Energiestromdichte vorausgesetzt, wieder erwärmt zu werden. Das Rückschlagventil 16 dient dazu, bei eingeschalteter Pumpe 21 die ausschließliche Durchströmung des Absorbers 11 sicherzustellen, das Rückschlagventil 21 dient dazu , bei abgeschalteter Pumpe 21 den Umlauf innerhalb des Kollektors 1 sicherzustellen sowie unerwünschte Rückflüsse des Wärmeträgers aus dem Wärmetauscher 3 im Wärmespeicher 4 in die Leitung 2 und den Kollektor 1 zu unterbinden.In Figure 2, a circulation collector is shown, the connection lines 2; 5 is connected to a heat exchanger 3 in a heat accumulator 4. The heat carrier which is heated in the operating state “pump circulation” in the circulation collector 1 when the pump 18 is switched on is conveyed by the pump 21 through the connecting line 2 into the heat exchanger 3 located in the heat accumulator 4 when the pump 18 is switched off. There it gives off its heat and leaves the heat exchanger 3 and the memory 4. It flows back into the collector in the connecting line 5, provided that there is sufficient energy flow density to be heated up again. The check valve 16 serves to ensure the exclusive flow of the absorber 11 when the pump 21 is switched on, and the check valve 21 serves this purpose to ensure the circulation within the collector 1 when the pump 21 is switched off and undesirable backflows of the heat transfer medium to prevent from the heat exchanger 3 in the heat accumulator 4 into the line 2 and the collector 1.

Es zeigt:It shows:

Figur 2 den Betriebszustand „AUS"2 shows the operating state "OFF"

Es zeigtIt shows

Fig. 3 die Fluidströme im Betriebszustand „Speicher laden" bei Wärmeträgerfluidströmung im Absorber; Pumpe 21 : EIN, Pumpe 16: AUSFig. 3 shows the fluid flows in the operating state "load storage" with heat transfer fluid flow in the absorber; pump 21: ON, pump 16: OFF

Fig. 4: die Fluidströme im BetriebszustandFig. 4: the fluid flows in the operating state

„Umlaufkollektor mit Abwärme laden" bei ausschließlicher Wärmeträgerfluidströmung im"Charge circulation collector with waste heat" with exclusive heat transfer fluid flow in the

Umlaufkollektor;Circulation collector;

Pumpe 21 : AUS, Pumpe 16: EINPump 21: OFF, Pump 16: ON

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bewirtschaftung eines Wärmespeichers aus Abwärmeprozessen kann auch dann eingesetzt werden, wenn als Kollektor 1 Solarkollektoren, Wärmetauscher, Wärmerohre oder Abwärmequellen als Energiesammler für den Wärmespeicher 4 dienen.The method according to the invention for the management of a heat store from waste heat processes can also be used when solar collectors, heat exchangers, heat pipes or waste heat sources serve as energy collectors for the heat store 4 as the collector 1.

Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein. BezugszahlenlisteAll features shown in the description, the following claims and the drawing can be essential to the invention both individually and in any combination with one another. List of reference numbers

1 Umlaufkollektor1 circulation collector

11 Absorber im Umlaufkollektor11 absorber in the circulation collector

12 Absorberröhre12 absorber tube

13 Kollektorvorlauf13 collector flow

14 Umlaufleitung14 circulation line

15 Kollektorrücklauf15 collector return

16 Rückschlagventil16 check valve

17 Verteilerröhre17 distribution tube

18 Fördereinrichtung18 conveyor

19 Sammelröhre19 collecting tube

2 Verbindungsleitung zwischen Ausgang des Umlaufkollektors und Eingang des2 connecting line between the outlet of the circulation collector and the inlet of the

WärmetauschersHeat exchanger

21 Fördereinrichtung21 conveyor

22 Rückschlagventil22 check valve

3 Wärmetauscher im Speicher3 heat exchangers in the store

31 Wärmetauschervorlauf31 Heat exchanger flow

32 Wärmetauscherrücklauf32 heat exchanger return

4 Wärmespeicher/-verbraucher4 heat stores / consumers

5 Verbindungsleitung zwischen Ausgang des Wärmetauschers und Eingang des5 connecting line between the outlet of the heat exchanger and the inlet of the

Umlaufkollektors Circulation collector

Claims

UmlaufkollektorAnsprüche: Circulation collector claims: 1. Vorrichtung (Umlaufkollektor) und Verfahren zur Optimierung des Konversionsfaktors bei der Gewinnung thermischer Energie aus Abwärmeprozessen zugunsten eines Wärme Speichers, dadurch gekennzeichnet, daß1. Device (circulation collector) and method for optimizing the conversion factor in the production of thermal energy from waste heat processes in favor of a heat storage device, characterized in that 1.1 die Energie primär von einem Absorber (11) aufgenommen wird;1.1 the energy is absorbed primarily by an absorber (11); 1.2 der Absorber (11) Bestandteil des Umlaufkollektors (1) ist;1.2 the absorber (11) is part of the circulation collector (1); 1.3 der Absorber (11) im Umlaufkollektor (1) aus mindestens einer Absorberröhre (12) besteht;1.3 the absorber (11) in the circulation collector (1) consists of at least one absorber tube (12); 1.4 die Absorberröhre (12) thermisch leitend mit dem Absorber verbunden ist1.4 the absorber tube (12) is thermally conductively connected to the absorber 1.5 mehrere Absorberröhren (12) über eine Verteilerleitung (17) und eine Sammelleitung (19) hydraulisch parallel geschaltet werden können (Tichelmann-Prinzip)1.5 several absorber tubes (12) can be hydraulically connected in parallel via a distributor line (17) and a manifold (19) (Tichelmann principle) 1.6 die Energie in der Absorberröhre von einem primär fluiden Wärmeträger aufgenommen wird;1.6 the energy in the absorber tube is absorbed by a primarily fluid heat transfer medium; 1.7 die Absorberröhre (12) mit dem Kollektorvorlauf (13) und Kollektorrücklauf (15) verbunden ist;1.7 the absorber tube (12) is connected to the collector flow (13) and collector return (15); 1.8 die Verteilerröhre (17) mit dem Kollektorrücklauf (15), die Sammelröhre (19) mit dem Kollektorvorlauf(13) verbunden ist;1.8 the distributor tube (17) with the collector return (15), the collector tube (19) with the collector flow (13) is connected; 1.9 diese Verbindung an den bezüglich einer Durchströmung entgegengesetzten Enden erfolgt;1.9 this connection is made at the opposite ends with respect to a flow; 1.10 der Kollektorvorlauf (13) über eine Umlaufleitung (14) mit dem Kollektorrücklauf (15) verbunden ist;1.10 the collector flow (13) is connected to the collector return (15) via a circulation line (14); 1.11 die Umlaufleitung (14) mit einem regelbaren Ventil oder Rückschlagventil (16) versehen ist;1.11 the circulation line (14) is provided with a controllable valve or check valve (16); 1.12 das Rückschlagventil (16) schließt, wenn die Fördereinrichtung (21) in dem über den Wärmetauscher (3) führenden Wärmeträgerkreislauf arbeitet; 1.12 the check valve (16) closes when the conveying device (21) operates in the heat transfer circuit leading over the heat exchanger (3); 1.13 die Umlaufleitung des Umlaufkollektors nach dem Schwerkraftprinzip mit einem (regelbaren) Ventil (16) versehen ist, das sicherstellt, daß die Umlaufleitung nach dem Pumpvorgang des Hauptkreises Kollektortemperatur annimmt, so daß die Schwerkraftzirkulation innerhalb des Umlaufkollektorkreises umgehend in Gang kommt;1.13 the circulation line of the circulation collector is provided with a (controllable) valve (16) according to the principle of gravity, which ensures that the circulation line assumes collector temperature after the pumping of the main circuit so that the gravity circulation within the circulation collector circuit starts immediately; 1.14 die Umlaufleitung (14) mit einer Fördereinrichtung (18) versehen ist;1.14 the circulation line (14) is provided with a conveyor (18); 2. Vorrichtung (Umlaufkollektor) und Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß2. Device (circulation collector) and method according to claim 1, characterized in that 2.1 der Vorlauf (13) des Umlaufkollektors (1) über eine Ver bindungsleitung (2) mit dem Vorlauf (31) des Wärmetauscher2.1 the flow (13) of the circulation collector (1) via a connecting line (2) with the flow (31) of the heat exchanger (3) in dem Wärmespeicher (4) verbunden ist;(3) is connected in the heat accumulator (4); 2.2 der Rücklauf (32) des Wärmetauschers (3) im Speicher2.2 the return (32) of the heat exchanger (3) in the memory (4) über eine Verbindungsleitung (5) mit dem Rücklauf (15) des Umlauf kollekotrs verbunden ist;(4) via a connecting line (5) with the return (15) of the circulation kollekotrs; 2.3 die Verbindungsleitung (2) oder (5) mit einer Fördereinrichtung (21) versehen ist;2.3 the connecting line (2) or (5) is provided with a conveyor (21); 2.4 die Verbindungsleitung (2) oder (5) mit einem Rückschlag ventil (22) versehen ist.2.4 the connecting line (2) or (5) is provided with a check valve (22). 3.. Vorrichtung (Umlaufkollektor) und Verfahren nach den3 .. Device (circulation collector) and method according to Ansprüchen 1-2, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:Claims 1-2, characterized by the following process steps: 3.1 ermitteln der Energiestromdichte dE/dt, die auf den Absorber des Umlaufkollektor auftrifft;3.1 determine the energy current density dE / dt that strikes the absorber of the circulation collector; 3.2 ermitteln spezifischer Temperaturdifferenzen innerhalb des Umlaufkollektors;3.2 determine specific temperature differences within the circulation collector; 3.3 ermitteln der zeitlichen Gradienten der Temperaturen innerhalb des Umlaufkollektors als Funktion der Energie stromdichte dE/dt, die auf den Absorber auftrifft; 3.3 determine the time gradient of the temperatures within the circulation collector as a function of the energy current density dE / dt that impinges on the absorber; 3.4 feststellen des Betriebszustandes der Fördereinrichtung3.4 determine the operating state of the conveyor (21);(21); 3.5 einschalten der Einrichtung (18) zur Förderung des Wärmeträgers innerhalb des Umlaufkollektors, wenn die För dereinrichtung (21), die in dem über den Wärmetauscher führenden Wärmeträgerkreislauf installiert ist, ausgeschaltet ist und mindestens einer der folgenden Bedingungen erfüllt ist:3.5 switch on the device (18) for conveying the heat transfer medium within the circulation collector when the conveying device (21), which is installed in the heat transfer circuit leading over the heat exchanger, is switched off and at least one of the following conditions is met: 3.5.1 der gemäß Verfahrensschritt 3.1 ermittelte Energiestrom dE/dt überschreitet einen anlagenspezifischen Wert;3.5.1 the energy flow dE / dt determined according to method step 3.1 exceeds a system-specific value; 3.5.2 die gemäß Verfahrensschritt 3.2 ermittelten spezifischen Temperaturdifferenzen innerhalb des Umlaufkollektors über schreiten einen bestimmten, anlagenspezifischen Wert;3.5.2 the specific temperature differences within the circulation collector determined according to method step 3.2 exceed a certain, plant-specific value; 3.5.3 die gemäß Verfahrensschritt 3.3 ermittelten zeitlichen Gradienten der Temperaturen innerhalb des Umlaufkollektors überschreiten einen bestimmten, anlagenspezifischen Wert;3.5.3 the time gradients of the temperatures within the circulation collector determined according to method step 3.3 exceed a specific, plant-specific value; 3.6 abschalten einer Fördereinrichtung (18) zur Förderung des Wärmeträgers innerhalb des Umlaufkollektors bei Zutreffen mindestens einer der folgenden Bedingungen:3.6 switching off a conveying device (18) for conveying the heat carrier within the circulation collector if at least one of the following conditions applies: 3.6.1 der gemäß Verfahrensschritt 3.1 ermittelte Energiestrom unterschreitet einen anlagenspezifischen Wert3.6.1 the energy flow determined according to method step 3.1 falls below a system-specific value 3.6.2 die gemäß Verfahrensschritt 3.2 ermittelten Temperaturdifferenzen innerhalb des Umlaufkollektors unter schreiten einen bestimmten Wert3.6.2 the temperature differences determined according to method step 3.2 within the circulation collector fall below a certain value 3.6.3 die gemäß Verfahrensschritt 3.3 ermittelten zeitlichen Gradienten der Temperaturen innerhalb des Umlaufkollektors unterschreiten einen bestimmten, anlagenspezifischen Wert;3.6.3 the time gradients of the temperatures within the circulation collector determined in accordance with method step 3.3 fall below a certain, plant-specific value; 3.5.4 die Fördereinrichtung (21), die in dem über den Wärme tauscher führenden Wärmeträgerkreislauf installiert ist, nach einem Regelalgorithmus zum Laden eines thermischen Energiespeichers einschaltet 3.5.4 the conveyor (21), which is installed in the heat carrier circuit leading over the heat exchanger, switches on according to a control algorithm for charging a thermal energy store 4. Vorrichtung und zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördereinrichtungen (18, 21) Pumpen sind.4. The device and for carrying out the method according to one or more of claims 1-3, characterized in that the conveying devices (18, 21) are pumps. 5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückschlagventile (14, 22) einzeln oder beide durch geregelte Ventile ersetzt sind.5. Device for performing the method according to one or more of claims 1-4, characterized in that the check valves (14, 22) individually or both are replaced by controlled valves. 6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet,6. Device for performing the method according to one or more of claims 1-5, characterized in - daß der Umlaufkollektor ein thermischer Solarkollektor ist,- that the circulation collector is a thermal solar collector, - daß der Wärmespeicher (4) sensible (fühlbare) und/oder latente Wärme speichert,- That the heat accumulator (4) stores sensitive (tangible) and / or latent heat, - daß der Wärmeträger ein Fluid (Wasser-Glykol-Gemisch) ist- That the heat transfer medium is a fluid (water-glycol mixture) 7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlaufbaugruppe, bestehend aus Umlaufleitung (14), Ventil (16) und Pumpe (18) eine eigene Baugruppe darstellt. 7. Device for performing the method according to one or more of claims 1-6, characterized in that the circulation assembly, consisting of circulation line (14), valve (16) and pump (18) is a separate assembly.
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