WO2019096344A1 - Heizmodul für einen fluiden wärmeüberträger sowie vorrichtung zur energiespeicherung - Google Patents

Heizmodul für einen fluiden wärmeüberträger sowie vorrichtung zur energiespeicherung Download PDF

Info

Publication number
WO2019096344A1
WO2019096344A1 PCT/DE2018/100890 DE2018100890W WO2019096344A1 WO 2019096344 A1 WO2019096344 A1 WO 2019096344A1 DE 2018100890 W DE2018100890 W DE 2018100890W WO 2019096344 A1 WO2019096344 A1 WO 2019096344A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
heat
heat transfer
heating module
heat exchanger
storage medium
Prior art date
Application number
PCT/DE2018/100890
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dieter Schluckebier
Original Assignee
B + S Entwicklungsgesellschaft Mbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by B + S Entwicklungsgesellschaft Mbh filed Critical B + S Entwicklungsgesellschaft Mbh
Priority to EP18818977.3A priority Critical patent/EP3710758A1/de
Publication of WO2019096344A1 publication Critical patent/WO2019096344A1/de

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H3/00—Air heaters
    • F24H3/02—Air heaters with forced circulation
    • F24H3/04—Air heaters with forced circulation the air being in direct contact with the heating medium, e.g. electric heating element
    • F24H3/0405—Air heaters with forced circulation the air being in direct contact with the heating medium, e.g. electric heating element using electric energy supply, e.g. the heating medium being a resistive element; Heating by direct contact, i.e. with resistive elements, electrodes and fins being bonded together without additional element in-between
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K3/00—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein
    • F01K3/18—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein having heaters
    • F01K3/186—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein having heaters using electric heat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C1/00—Gas-turbine plants characterised by the use of hot gases or unheated pressurised gases, as the working fluid
    • F02C1/04—Gas-turbine plants characterised by the use of hot gases or unheated pressurised gases, as the working fluid the working fluid being heated indirectly
    • F02C1/05—Gas-turbine plants characterised by the use of hot gases or unheated pressurised gases, as the working fluid the working fluid being heated indirectly characterised by the type or source of heat, e.g. using nuclear or solar energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F02C6/14—Gas-turbine plants having means for storing energy, e.g. for meeting peak loads
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/10—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications
    • H05B6/105—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications using a susceptor
    • H05B6/108—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications using a susceptor for heating a fluid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/60—Application making use of surplus or waste energy
    • 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
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/14—Combined heat and power generation [CHP]

Definitions

  • Heating module for a fluid heat exchanger and device for energy storage
  • the invention relates to a heating module for inductive heating of a fluid according to the preamble of claim 1 and to a device for energy storage according to the preamble of claim 11.
  • Battery technology is fundamentally an alternative, as plants up to 40 MWh have already been built and larger capacities are planned.
  • battery systems are costly and polluting, especially because of the required raw material extraction. After their lifetime, batteries usually form toxic
  • thermoelectric approach in which excess electrical energy is induced by induction in
  • Heat energy is converted and stored in a heat storage.
  • An operating according to this principle device for energy storage of the type mentioned above and a heating module suitable for this purpose are known from EP 28330290 B1.
  • an energy storage device is disclosed, which at least one coupling element includes, which is inductively heated by means of a transformer circuit.
  • a fluid heat exchanger for example air, is heated directly in or on the coupling element and releases the absorbed heat to a heat storage medium, for example stones.
  • the heat storage medium is in a thermally insulated
  • Heat storage medium can be brought to a temperature of 1000 ° C and more, for example.
  • Heat exchanger the heat removed from the memory and a consumer, for example, a heat-power coupling in the form of a steam turbine, supplied when a corresponding energy demand is detected at a consumer or in a connected power grid.
  • Coupling element is guided as a secondary winding around a magnetic core.
  • the coupling element for example in the form of a metallic tube, is also part of the circuit for the fluid heat exchanger and provides the
  • Heating module of the aforementioned type and a device for
  • a heating module is used, which alternating field generating means for generating an electromagnetic
  • the heating module has at least one heat transfer element, which is electrically connected in series with the coupling element and arranged within the heat transfer volume.
  • the at least one heat transfer element is heated by means of the ohmic resistance of an electric current supplied via the coupling element.
  • Heat transfer volume flows around the fluid heat exchanger to the at least one heat transfer element and is heated in this way.
  • a very effective heating of the heat exchanger can be achieved with high efficiency.
  • the heat transfer volume may be communicated to a fluid conduit system, e.g. With
  • Fluid line elements of a fluid circuit be connected and surrounds the at least one heat transfer element, preferably with lateral walls, which extend between an inlet opening and an outlet opening for the fluid heat exchanger.
  • Inlet opening and outlet opening may be smaller than the cross section in the cross-section perpendicular to the main direction of flow of the heat exchanger
  • Heat exchanger can first hit the heat transfer element or at least one of the heat transfer elements.
  • the end of the heat transfer volume is then defined accordingly by the cross section at which the heat exchanger can not touch the heat transfer element or at least one of the heat transfer elements for the first time.
  • Heat transfer volume are arranged. It is thus given a spatial separation between at least a part of the coupling element and the at least one heat transfer element.
  • the coupling element is at least not exposed in its full extent to the fluid heat exchanger and can be operated at relatively low temperatures, whereby the specific resistance can be kept correspondingly low.
  • Heat transfer element or the heat transfer elements is dimensioned such that the ratio of all provided for the contact with the fluid surfaces of the heat transfer element or the heat transfer elements to the
  • Heat transfer volume at least 100 m 2 / m 3 , preferably at least 150 m 2 / m 3 .
  • Energy sources such as Solar systems or wind power.
  • Coupling element is guided around at least part of the magnetic coil core.
  • the coupling element forms a secondary winding, which may for example consist of a single turn or partial turn.
  • the coupling element is band-shaped, thus has a large width compared to its thickness.
  • the coupling element could have a width of 1000 mm and a thickness of 5 to 10 mm and be made of an electrically conductive metal, e.g. Copper exist. In the width direction, the coupling element, as well as the
  • Heat transfer elements be divided into separate segments to
  • the heating module according to the invention can be designed so that at least two heat transfer elements are provided. At least two of the
  • Heat transfer elements are electrically connected in series with each other. In an advantageous embodiment, at least 10, more advantageously at least 15, 20, 25, 40, 50, 100 or 150 heat transfer elements are arranged in the heat transfer volume.
  • the heating module according to the invention is designed such that the at least one heat transfer element is plate-shaped or cup-shaped. Accordingly, a heat transfer element on flat sides, which are dimensioned perpendicular to its thickness direction by at least an order of magnitude larger than the thickness. In a plate-shaped heat transfer element, the flat sides are flat, while in a shell-shaped heat transfer element, the flat sides can be curved one or more times.
  • the at least one heat transfer element can also have perforations and / or be structured on its flat sides, for example by ribs or dents, in order to further increase the heat transferring surface.
  • the fluid may alternatively flow through the tubes to flow around the outsides.
  • the tubes may e.g. at their circumferences in the axial direction
  • a plurality of welded together tubes for example, each form a wall-like structure, wherein the current flows perpendicular to the axial direction of the tubes over the peripheries of the tubes.
  • the wall-like structures can in turn be connected in series and arranged such that adjacent wall structures are passed in opposite directions from the stream.
  • the heating module according to the invention may be advantageous to design the heating module according to the invention such that at least two of the heat transfer elements are arranged with their flat sides facing each other. In this way, gaps are formed between the heat transfer elements, through which the heat exchanger can flow.
  • Gap thicknesses and thus the distances between adjacent heat transfer elements perpendicular to the flat sides may preferably be at most 30 mm, not more than 25 mm, not more than 20 mm, not more than 15 mm or not more than 10 mm.
  • the gap thicknesses can also have different values depending on the requirement. It may be advantageous if the flat sides with each other facing heat transfer elements are aligned parallel to each other. This can be uniform
  • Gap thickness can be achieved.
  • the use of the electromagnetic induction in the heating module according to the invention is particularly characterized in that the conversion of electricity to heat can be achieved almost lossless. This is made possible on the one hand by the high ohmic resistance in the series-connected heat transfer elements.
  • the induced magnetic fields largely cancel each other out and the inductive resistance is negligible.
  • a power factor of 1 results. For sinusoidal current through the alternating field generating means, this also means an effective factor in reality (ratio of active power to apparent power).
  • Gases e.g. Air as a heat exchanger increase the operational safety, as they can be used non-toxic, environmentally friendly and otherwise unproblematic.
  • gases with high storage temperatures of up to 1,000 ° C possible which in turn has a positive effect on the efficiency of a power plant, which can use the stored heat as a source.
  • a device for energy storage comprising a heat storage medium and at least one circuit for a fluid heat exchanger, wherein the at least one circuit of the heat exchanger is designed such that the
  • Heat input into the heat storage medium and / or for heat removal from the heat storage medium of the heat transfer medium flows around the heat storage medium and / or flows through, it is proposed a for heating the
  • Heat exchanger serving heating module according to one of the above
  • the device according to the invention can be designed such that the
  • Heat storage medium has a solid.
  • the solid may comprise, for example, mineral substances, in particular stones, which are characterized by a high
  • the device according to the invention can be designed so that for the heat input into the
  • Heat storage medium and / or for heat removal from the Heat storage medium of the heat exchanger directly contacted the heat storage medium. This also allows the efficiency of the device can be significantly increased.
  • Heating module and the device for energy storage illustrated by figures.
  • Fig. 1 the basic structure of a heating module
  • Fig. 2 a device for energy storage with three heating modules, a
  • Fig. 1 shows the basic structure of a heating module 1 in the form of a
  • Transformer circuit with a arranged in a transformer space 22 coil 2 as a primary winding, a magnetic core 3 and serving as a secondary winding coupling element 4, which is band-shaped and with a variety of as
  • Heat transfer elements serving heating plates 5 is electrically connected in series.
  • Fig. 1 shows a relatively small number of heating plates 5, the number of which is preferably greater in actual systems, e.g. 40 to 150.
  • the electrical contacting of the heating plates 5 with each other is shown schematically in the figure by semicircles.
  • the heating plates 5 can also be integrally connected to each other in this way, so that there is a single meandering body that forms the heating plates 5.
  • the coupling element 4 is electrically contacted at transition points 18 on the outermost heating plates 5.
  • the heating plates 5 have a depth of eg 1 m or 1.5 m measured relative to the illustration in FIG. 5, measured perpendicular to the image plane.
  • the band-shaped coupling element 4 may preferably have the same or a similar depth or bandwidth measured in the same direction.
  • the heating plates 5 and / or the coupling element 4 can also be seen perpendicular to the image plane Segments of, for example, 200 mm or 250 mm wide may be subdivided to counteract problems associated with thermal length change.
  • the beaten by the coupling element 4 to the coil 2 and the magnetic core 3 semicircle may, for example, have a diameter of about 1 m.
  • the heating plates 5 are arranged within a heat transfer volume 19, which in the image plane has a cross-section of, for example, 1 m 2 and is surrounded by side walls 20 and a demarcation wall 21.
  • the demarcation wall 21 is used for spatial demarcation with respect to the transformer room 22 and is - like the
  • the heat transfer volume 19 can be connected to fluid line elements 6 of a fluid circuit 13.
  • the region of the transition points 18 is - unlike in Figure 1 shown for clarity - preferably also largely thermally insulating and preventing or at least aggravating a mass transfer, e.g. through an insulation material.
  • the heating plates 5 can - as in other than the concrete embodiment of the heating module 1 described here - be arranged standing or hanging.
  • Alternating field in the coupling element 4 generates a heating current, which heats due to the given in the heating plates 5 high ohmic resistance.
  • the heating plates 5 in turn serve to heat a fluid, not shown here
  • the transformer space 22 preferably has thermally insulating walls 23.
  • the heating plates 5 are dimensioned and arranged in the heat transfer volume 19 such that the ratio of the total area of the heating of the fluid provided flat sides of the heating plates 5 to the heating plates 5 receiving heat transfer volume 19 at least 100 m 2 / m 3 , preferably at least 150 m 2 / m 3 . In this way it is possible to heat the fluid to be heated, preferably air, to 1000 ° C. or more.
  • Heating module according to the invention can also be used for other purposes to heat fluids. Then, depending on the temperature or power requirement entirely different dimensions may be useful. Also, the heat transfer elements need not be formed as a heating plate 5. Other forms, e.g. Pipes are in the
  • Fig. 2 shows schematically the structure of a device for energy storage with three in terms of the fluid flow in series heating modules 1, a
  • Heat storage 7 and a heat-power coupling 8 The heating modules 1 are shown here only symbolically and can the heating module 1 shown in FIG.
  • a heat storage medium 9 for example, stones in a bed, arranged.
  • the heat storage medium 9 is to be heated to a maximum temperature, for example 1000 ° C, by means of the heat transfer fluid, preferably air.
  • the fluid itself is brought by means of the heating modules 1 to a corresponding temperature.
  • the heating modules 1 are over
  • this electric power can be provided, which is not used in the power grid, that is excess, is.
  • the fluid line elements 6 each go via at least one input and output not shown here in the heat transfer volume 19 of
  • the fluid is finally brought in the heating modules 1 to a heating temperature, for example 1000 ° C, and then contacted in the heat storage 7, the heat storage medium 9, preferably immediately. This took place until the heat storage medium over the entire height of the
  • the fluid is guided by means of a second fan 11 in a second circuit 12 via the heat accumulator 7 and a heat exchanger 14.
  • the heat exchanger 14 is part of the heat e-power coupling 8, by means of which a turbine 15 electrical power is generated, which is the power grid or an immediate consumer (not shown here) is provided.
  • a gas turbine power plant is shown by way of example as a heat-power coupling 8.
  • Gas turbine power plant and steam turbine power plant can be used for energy production.
  • the gas turbine power plant shown in Fig. 2 densified by means of a
  • Compressor 17 the operating fluid, such as air coming from the environment, and it leads by means of the pipe 16 via the heat exchanger 14 to the turbine 15, where the cooled operating fluid is then supplied to the environment or used for further use.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)

Abstract

Ein Heizmodul für einen fluiden Wärmeüberträger, umfassend Wechselfeld-Erzeugungsmittel zur Erzeugung eines elektromagnetischen Wechselfeldes, ein Ankoppelelement (4) zur induktiven Ankopplung an das elektromagnetische Wechselfeld und ein Wärmetransfervolumen (19) zur Erwärmung des fluiden Wärmeüberträgers, kennzeichnet sich dadurch, dass mindestens ein Wärmetransfer-Element (5) mit dem Ankoppelelement (4) elektrisch in Reihe geschaltet und innerhalb des Wärmetransfervolumens (19) angeordnet ist. Eine Vorrichtung zur Energiespeicherung, umfassend ein Wärmespeichermedium (9) und mindestens einen Kreislauf (12, 13) für einen fluiden Wärmeüberträger, wobei der mindestens eine Kreislauf (12, 13) des Wärmeüberträgers derart gestaltet ist, dass zur Wärmeeinspeisung in das Wärmespeichermedium (9) und/oder zur Wärmeentnahme aus dem Wärmespeichermedium (9) der Wärmeüberträger das Wärmespeichermedium umströmt und/oder durchströmt, kennzeichnet sich durch ein zur Aufheizung des Wärmeüberträgers dienendes Heizmodul (1) der vorgenannten Art.

Description

Heizmodul für einen fluiden Wärmeüberträger sowie Vorrichtung zur Energiespeicherung
Die Erfindung betrifft ein Heizmodul zur induktiven Erwärmung eines Fluids gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Energiespeicherung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 11.
Der zunehmende Einsatz regenerativer Energien, wie zum Beispiel Solarenergie oder Windenergie, stellt insbesondere aufgrund der schwankenden Verfügbarkeit dieser Energiequellen das Energiesystem vor große Herausforderungen. Es wird versucht, den zeitlich stark schwankenden Energiebedarf und die stark schwankende
Verfügbarkeit regenerativer Energiequellen durch intelligente Vernetzung
auszugleichen. Die intelligente Vernetzung zur Steuerung von Stromerzeugern und elektrischen Verbrauchern in einem möglichst großen geografischen Bereich, zum Beispiel Europa, kann zur Sicherstellung der Energieversorgung beitragen. Jedoch bleiben - insbesondere mit zunehmendem Anteil der regenerativen Energiequellen - Energiespeicher unerlässlich. Pumpspeicher sind bewährt, stehen jedoch nicht an beliebigen Orten und auch nicht im beliebigen Umfange zur Verfügung. Es sind somit zusätzliche Speicherkapazitäten erforderlich. Speicheranlagen auf Basis der
Batterietechnik bilden grundsätzlich eine Alternative, da inzwischen bereits Anlagen bis 40 MWh realisiert wurden und größere Kapazitäten geplant sind. Batteriesysteme sind jedoch kostenträchtig und umweltbelastend, insbesondere wegen der erforderlichen Rohstoffgewinnung. Nach ihrer Laufzeit bilden Batterien in der Regel giftigen
Sondermüll, der Schwermetalle wie Quecksilber, Cadmium und Blei umfasst. Zudem besteht eine gewisse Betriebsgefahr, da Explosionen, Undichtigkeiten und ungewollte chemische Reaktionen schwerlich völlig auszuschließen sind.
Für eine weitere alternative Form der Energiespeicherung wird ein thermoelektrischer Ansatz verfolgt, bei dem überschüssige elektrische Energie mittels Induktion in
Wärmeenergie umgewandelt und in einem Wärmespeicher gespeichert wird. Eine nach diesem Prinzip arbeitende Vorrichtung zur Energiespeicherung der eingangs genannten Art sowie ein hierfür geeignetes Heizmodul sind aus der EP 28330290 B1 bekannt. Dort ist eine Energiespeichervorrichtung offenbart, welche mindestens ein Ankoppelelement umfasst, das mittels einer Transformatorschaltung induktiv erwärmt wird. Ein fluider Wärmeübertrager, zum Beispiel Luft, wird unmittelbar in oder an dem Ankoppelelement erhitzt und gibt die aufgenommene Wärme an ein Wärmespeichermedium, zum Beispiel Steine, ab. Das Wärmespeichermedium befindet sich in einem wärmeisolierten
Speicher, der eine mittelfristige Speicherung des Wärmeinhalts erlaubt. Das
Wärmespeichermedium kann zum Beispiel auf eine Temperatur von 1000°C und mehr gebracht werden.
In einem Entnahmekreislauf wird über den gleichen oder einen anderen fluiden
Wärmeüberträger die Wärme aus dem Speicher entnommen und einem Verbraucher, zum Beispiel einer Wärme-Kraft-Kopplung in Form einer Dampfturbine, zugeführt, wenn an einem Verbraucher oder in einem angeschlossenen Stromnetz ein entsprechender Energiebedarf festgestellt wird.
Zu Zwecken der Wärmeeinspeisung offenbart die EP 2833092 B1 , deren
Offenbarungsgehalt im vollen Umfange einbezogen wird, in einer Variante ein
außerhalb des Speichers angeordnetes Heizmodul sowie eine Vorrichtung zur
Energiespeicherung der eingangs genannten Art. Bei dem bekannten Heizmodul wird ein elektromagnetisches Wechselfeld in einer Primärspule erzeugt wird und ein
Ankoppelelement als Sekundärwicklung um einen magnetischen Kern geführt ist. Das Ankoppelelement, zum Beispiel in Form eines metallischen Rohres, ist gleichzeitig Teil des Kreislaufes für den fluiden Wärmeüberträger und stellt das
Wärmeübertragungsvolumen zur Erwärmung des fluiden Wärmeüberträgers zur
Verfügung. Die Erwärmung erfolgt unmittelbar durch den Kontakt des fluiden
Wärmeüberträgers mit den Wänden des Ankoppelelements.
Der hier betroffenen Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein
Heizungsmodul der eingangs genannten Art sowie eine Vorrichtung zur
Energiespeicherung der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, die einen gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Wirkungsgrad aufweisen. Bei einem Heizmodul der eingangs genannten Art wird das technische Problem mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 und bei der Vorrichtung der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst.
Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf vorteilhafte Weiterbildungen der
Erfindung.
Somit wird zur Erwärmung eines fluiden Wärmeüberträgers, der z.B. zur Erhitzung eines Wärmespeichermediums vorgesehen ist, ein Heizmodul eingesetzt, welches Wechselfeld-Erzeugungsmittel zur Erzeugung eines elektromagnetischen
Wechselfeldes, ein Ankoppelelement zur induktiven Ankopplung an das
elektromagnetische Wechselfeld und ein Wärmetransfervolumen zur Erwärmung des fluiden Wärmeüberträgers umfasst. Erfindungsgemäß weist das Heizmodul mindestens ein Wärmetransfer-Element auf, welches mit dem Ankoppelelement elektrisch in Reihe geschaltet und innerhalb des Wärmetransfervolumens angeordnet ist. Somit wird das mindestens eine Wärmetransfer-Element mittels des ohmschen Widerstands eines über das Ankoppelelement gelieferten elektrischen Stromes erhitzt. Im
Wärmetransfervolumen fließt der fluide Wärmeüberträger um das mindestens eine Wärmetransfer-Element herum und wird auf diese Weise erhitzt. Damit kann eine sehr effektive Erwärmung des Wärmeüberträgers mit einem hohen Wirkungsgrad erreicht werden.
Das Wärmetransfervolumen kann an ein Fluidleitungssystem, z.B. mit
Fluidleitungselementen eines Fluidkreislaufs, angeschlossen werden und umgibt das mindestens eine Wärmetransfer-Element, vorzugsweise mit seitlichen Wandungen, welche sich zwischen einer Einlassöffnung und einer Auslassöffnung für den fluiden Wärmeüberträger erstrecken. Einlassöffnung und Auslassöffnung können senkrecht zur Hauptfließrichtung des Wärmeüberträgers im Querschnitt kleiner sein als das
Wärmetransfervolumen oder aber auch eine gleiche oder größere Querschnittsfläche aufweisen. In Hauptfließrichtung gesehen wird der Beginn des
Wärmeübertragungsvolumens durch den Querschnitt definiert, an dem der
Wärmeüberträger erstmals auf das Wärmetransfer-Element oder mindestens eines der Wärmetransfer-Elemente treffen kann. Das Ende des Wärmeübertragungsvolumens ist dann entsprechend durch den Querschnitt definiert, an dem der Wärmeübertrager erstmalig das Wärmetransfer-Element oder mindestens eines der Wärmetransfer- Elemente nicht mehr berühren kann.
Das erfindungsgemäße Heizmodul kann so ausgebildet werden, dass die Wechselfeld- Erzeugungsmittel und mindestens ein die Wechselfeld-Erzeugungsmittel zumindest zum Teil umlaufender Teil des Ankoppelelements außerhalb des
Wärmetransfervolumens angeordnet sind. Es ist somit eine räumliche Trennung zwischen zumindest einem Teil des Ankoppelelements und dem mindestens einen Wärmetransfer-Element gegeben. Das Ankoppelelement ist zumindest nicht in seiner vollen Erstreckung dem fluiden Wärmeüberträger ausgesetzt und kann auf relativ niedrigen Temperaturen betrieben werden, womit der spezifische Widerstand entsprechend gering gehalten werden kann.
Es ist vorteilhaft, wenn die Oberfläche des mindestens einen Wärmetransfer-Elements im Verhältnis zum Wärmetransfervolumen groß ist. Daher wird vorgeschlagen, dass in einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Heizmoduls das
Wärmetransfer-Element oder die Wärmetransfer-Elemente derart dimensioniert ist (sind), dass das Verhältnis aller für den Kontakt mit dem Fluid vorgesehenen Flächen des Wärmetransfer-Elementes oder der Wärmetransfer-Elemente zu dem
Wärmetransfervolumen mindestens 100 m2/m3, vorzugsweise mindestens 150 m2/m3 beträgt.
Auf diese Weise kann bei hoher Leistungsübertragung ein großer Wirkungsgrad der Wärmeübertragung auf geringem Raum erreicht werden. Diese hocheffiziente Art der Umwandlung von elektrischer Energie in Wärmeenergie kann besonders vorteilhaft zur Speicherung von Energie genutzt werden, z.B. von Energie aus regenerativen
Energiequellen, wie z.B. Solaranlagen oder Windkraft.
Das erfindungsgemäße Heizmodul kann so ausgebildet sein, dass die Wechselfeld- Erzeugungsmittel eine das elektromagnetische Wechselfeld erzeugende
Primärwicklung und einen zugehörigen Spulenkern aufweisen und das
Ankoppelelement um zumindest einen Teil des magnetischen Spulenkerns geführt ist. In diesem Fall bildet das Ankoppelelement eine Sekundärwicklung, die beispielsweise aus einer einzigen Windung oder Teilwindung bestehen kann.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Heizmoduls ist das Ankoppelelement bandförmig, weist also im Vergleich zu seiner Dicke eine große Breite auf.
Beispielsweise könnte das Ankoppelelement eine Breite von 1000 mm und eine Dicke von 5 bis 10 mm aufweisen und aus einem elektrisch leitfähigen Metall, z.B. Kupfer bestehen. In der Breitenrichtung kann das Ankoppelelement, wie auch die
Wärmetransferelemente, in voneinander getrennte Segmente unterteilt sein, um
Problemen der thermischen Längenausdehnung zu begegnen.
Das erfindungsgemäße Heizmodul kann so ausgebildet sein, dass mindestens zwei Wärmetransfer-Elemente vorgesehen sind. Dabei können mindestens zwei der
Wärmetransfer-Elemente elektrisch miteinander in Reihe geschaltet sein. In einer vorteilhaften Ausführungsform sind mindestens 10, weiter vorteilhaft mindestens 15, 20, 25, 40, 50, 100 oder 150 Wärmetransfer-Elemente in dem Wärmetransfervolumen angeordnet.
Insbesondere kann es vorteilhaft sein, wenn das erfindungsgemäße Heizmodul so ausgebildet ist, dass das mindesten eine Wärmetransfer-Element plattenförmig oder schalenförmig ist. Demnach weist ein Wärmetransfer-Element Flachseiten auf, die senkrecht zu seiner Dickenrichtung um mindestens eine Größenordnung größer dimensioniert sind als die Dicke. Bei einem plattenförmigen Wärmetransfer-Element sind die Flachseiten eben, während bei einem schalenförmigen Wärmetransfer-Element die Flachseiten einfach oder mehrfach gekrümmt sein können.
Das mindestens eine Wärmetransfer-Element kann auch Lochungen aufweisen und/oder auf seinen Flachseiten anderweitig, zum Beispiel durch Rippen oder Dellen, strukturiert sein, um die Wärme transferierende Oberfläche weiter zu vergrößern.
Andere Formen der Wärmetransfer-Elemente, wie z.B. Rohre, sind ebenfalls denkbar.
Im Falle von Rohren kann das Fluid alternativ zum Umfließen der Außenseiten durch die Rohre fließen. Die Rohre können z.B. an ihren Umfängen in Axialrichtung
unmittelbar, oder mittelbar durch Zwischenstücke, aneinander fixiert sein, z.B. durch Schweißen. Dabei kann eine Mehrzahl zusammengeschweißter Rohre beispielsweise jeweils eine wandartige Struktur bilden, wobei der Strom senkrecht zur Axialrichtung der Rohre über die Umfänge der Rohre fließt. Die wandartigen Strukturen können wiederum in Reihe geschaltet und derart angeordnet werden, dass benachbarte Wandstrukturen gegensinnig vom Strom durchlaufen werden.
Es kann vorteilhaft sein, das erfindungsgemäße Heizmodul so auszubilden, dass mindestens zwei der Wärmetransfer-Elemente mit ihren Flachseiten einander zugewandt angeordnet sind. Auf diese Weise werden zwischen den Wärmetransfer- Elementen Spalten gebildet, durch die der Wärmeüberträger fließen kann. Die
Spaltdicken und somit die Abstände zwischen benachbarten Wärmetransfer-Elementen senkrecht zu den Flachseiten können vorzugsweise höchstens 30 mm, höchstens 25 mm, höchsten 20 mm, höchstens 15 mm oder höchstens 10 mm betragen. Die Spaltdicken können auch je nach Anforderung andere Werte aufweisen. Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn die mit ihren Flachseiten einander zugewandten Wärmetransfer- Elemente parallel zueinander ausgerichtet sind. Hierdurch können gleichmäßige
Spaltdicken erreicht werden.
Mit den dargestellten Strukturen lassen sich sehr hohe Wirkungsgrade erreichen. Die Nutzung der elektromagnetischen Induktion im erfindungsgemäßen Heizmodul zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die Umwandlung von Strom zu Wärme nahezu verlustlos erreicht werden kann. Dies wird zum einen ermöglicht durch den hohen ohmschen Widerstand in den in Reihe geschalteten Wärmetransfer-Elementen. Bei einer Anordnung der Wärmetransfer-Elemente, bei der die Stromrichtung zueinander benachbarter Wärmetransfer-Elemente gegensinnig ist, z.B. mäanderartig, heben sich die induzierten magnetischen Felder weitgehend auf und der induktive Widerstand ist vernachlässigbar gering. Zusammen ergibt sich bei einer der Realität nahe kommenden Annahme eines gegen unendlich gehenden ohmschen Widerstand und gegen Null gehenden induktiven Widerstand ein Leistungsfaktor von 1. Bei sinusförmigem Strom durch das Wechselfeld-Erzeugungsmittel bedeutet dies auch in der Realität einen Wirkfaktor (Verhältnis der Wirkleistung zur Scheinleistung) von cos F « 1 , womit ein hoher elektrischer Wirkungsgrad von etwa 99% einhergeht. Die so eingesetzte induktive Technik ermöglicht damit, insbesondere zusammen mit der erreichbaren hohen Dichte an Wärmetransfer-Elementen, hohe Leistungsdichten und Leistungsübertragungen im Heizmodul, wobei hierfür als Wärmeübertrager auch Luft in großen Mengen eingesetzt werden kann. Für bislang aus dem Stand der Technik bekannte Varianten, z.B. eine Widerstandsbeheizung von Fluiden mittels in Rohren angebrachten Heizwendeln, sind vergleichbar hohe Leistungsdichten nicht als realisierbar betrachtet worden. Das Verhältnis aller für den Kontakt mit dem Fluid vorgesehenen Flächen zum umgebenden Wärmetransfervolumen beträgt gemäß den aus dem Stand der Technik bekannten Varianten in der Regel bis 10 m2/m3.
Gase, wie z.B. Luft, als Wärmeüberträger erhöhen die Betriebssicherheit, da sie ungiftig, umweltfreundlich und auch anderweitig unproblematisch eingesetzt werden können. Zudem sind mit Gasen hohe Speichertemperaturen von bis zu 1.000°C möglich, was sich wiederum positiv auf den Wirkungsgrad eines Kraftwerkes auswirkt, welches die so gespeicherte Wärme als Quelle nutzen kann.
Bei einer Vorrichtung zur Energiespeicherung, umfassend ein Wärmespeichermedium und mindestens einen Kreislauf für einen fluiden Wärmeüberträger, wobei der mindestens eine Kreislauf des Wärmeüberträgers derart gestaltet ist, dass zur
Wärmeeinspeisung in das Wärmespeichermedium und/oder zur Wärmeentnahme aus dem Wärmespeichermedium der Wärmeüberträger das Wärmespeichermedium umströmt und/oder durchströmt, wird vorgeschlagen, ein zur Aufheizung des
Wärmeüberträgers dienendes Heizmodul gemäß einer der oben dargestellten
erfindungsgemäßen Ausgestaltungen einzusetzen. Wegen der hohen Effektivität des Heizmoduls kann gegenüber dem Stand der Technik eine deutliche Erhöhung des Wirkungsgrades der Vorrichtung zur Energiespeicherung erreicht werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann so ausgebildet sein, dass das
Wärmespeichermedium einen Feststoff aufweist. Der Feststoff kann zum Beispiel mineralische Stoffe umfassen, insbesondere Steine, die sich durch eine hohe
Wärmekapazität auszeichnen. In vorteilhafter Weise kann die erfindungsgemäße Vorrichtung so ausgebildet sein, dass zur Wärmeeinspeisung in das
Wärmespeichermedium und/oder zur Wärmeentnahme aus dem Wärmespeichermedium der Wärmeübertrager das Wärmespeichermedium unmittelbar kontaktiert. Auch hierdurch kann der Wirkungsgrad der Vorrichtung deutlich erhöht werden.
Im Folgenden werden beispielhafte erfindungsgemäße Ausführungsformen des
Heizmoduls sowie der Vorrichtung zur Energiespeicherung anhand von Figuren dargestellt.
Es zeigt schematisch
Fig. 1 : den prinzipiellen Aufbau eines Heizmoduls und
Fig. 2: eine Vorrichtung zur Energiespeicherung mit drei Heizmodulen, einem
Wärmespeicher und einer Wärme-Kraft-Kopplung.
Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines Heizmoduls 1 in Form einer
Transformatorschaltung mit einer in einem Transformatorraum 22 angeordneten Spule 2 als Primärwicklung, einem Magnetkern 3 und einem als Sekundärwicklung dienenden Ankoppelelement 4, welches bandförmig ist und mit einer Vielzahl von als
Wärmetransfer-Elemente dienende Heizplatten 5 elektrisch in Reihe geschaltet ist.
Fig. 1 zeigt der besseren Übersicht halber eine relativ geringe Anzahl von Heizplatten 5, deren Anzahl in tatsächlichen Anlagen vorzugsweise größer ist, z.B. 40 bis 150. Die elektrische Kontaktierung der Heizplatten 5 untereinander ist in der Figur schematisch durch Halbkreise dargestellt. Tatsächlich können die Heizplatten 5 auch auf diese Weise einstückig miteinander verbunden sein, so dass sich ein einziger mäanderförmig verlaufender Körper ergibt, der die Heizplatten 5 bildet.
Das Ankoppelelement 4 ist an Übergangsstellen 18 an den äußersten Heizplatten 5 elektrisch kontaktiert. Die Heizplatten 5 haben eine auf die Darstellung in Fig. 5 bezogene, senkrecht zur Bildebene gemessene Tiefe von z.B. 1 m oder 1 ,5 m. Das bandförmige Ankoppelelement 4 kann vorzugsweise in dieselbe Richtung gemessen dieselbe oder eine ähnliche Tiefe oder Bandbreite aufweisen. Die Heizplatten 5 und/oder das Ankoppelelement 4 können senkrecht zur Bildebene gesehen auch in Segmente von z.B. 200 mm oder 250 mm Breite unterteilt sein, um Problemen im Zusammenhang mit der thermischen Längenänderung entgegen zu wirken. Der vom Ankoppelelement 4 um die Spule 2 und den Magnetkern 3 geschlagene Halbkreis kann z.B. einen Durchmesser von etwa 1 m aufweisen.
Die Heizplatten 5 sind innerhalb eines Wärmetransfervolumens 19 angeordnet, welches in der Bildebene einen Querschnitt von z.B. 1 m2 aufweist und von Seitenwänden 20 sowie einer Abgrenzungswand 21 umgeben ist. Die Abgrenzungswand 21 dient zur räumlichen Abgrenzung gegenüber dem Transformatorraum 22 und ist - wie die
Seitenwände 20 auch - thermisch isolierend. Das Wärmetransfervolumen 19 kann an Fluidleitungselemente 6 eines Fluidkreislaufs 13 angeschlossen werden. Hinsichtlich des Fluidkreislaufs 13 und des Fluidleitungselements 6 wird auf die Beschreibung zu Fig. 2 verwiesen. Der Bereich der Übergangsstellen 18 ist - anders als in Fig.1 zur besseren Übersicht dargestellt - vorzugsweise ebenfalls weitgehend thermisch isolierend und einen Stoffaustausch verhindernd oder zumindest erschwerend ausgebildet, z.B. durch ein Isolationsmaterial. Die Heizplatten 5 können - wie auch in anderen als der hier beschriebenen konkreten Ausführungsform des Heizmoduls 1 - stehend oder hängend angeordnet werden.
Mithilfe der Spule 2 und dem Magnetkern 3 wird über ein elektromagnetisches
Wechselfeld im Ankoppelelement 4 ein Heizstrom erzeugt, der aufgrund des in den Heizplatten 5 gegebenen hohen ohmschen Widerstandes diese erhitzt. Die Heizplatten 5 dienen wiederum zur Erwärmung eines hier nicht dargestellten fluiden
Wärmeüberträgers, der an den Heizplatten 5 entlang vorzugsweise senkrecht zur Zeichnungsebene fließt. Es ist denkbar, auch den Transformatorraum 22 von einem Fluid durchfließen zu lassen, um das Ankoppelelement 4 zu kühlen, z.B. mittels eines hier nicht dargestellten gesonderten Fluidkreislaufs. Dabei kann es sich auch um den noch kühlen fluiden Wärmeüberträger handeln, der dadurch bereits erwärmt werden kann. Der Transformatorenraum 22 weist vorzugsweise thermisch isolierende Wände 23 auf.
Die Heizplatten 5 sind derart dimensioniert und im Wärmetransfervolumen 19 so angeordnet, dass das Verhältnis der Gesamtfläche der für das Aufheizen des Fluids vorgesehenen Flachseiten der Heizplatten 5 zu dem die Heizplatten 5 aufnehmenden Wärmetransfervolumen 19 mindestens 100 m2/m3, vorzugsweise mindestens 150 m2/m3 beträgt. Auf diese Weise ist es möglich, das aufzuheizende Fluid, vorzugsweise Luft, auf 1000 °C oder mehr zu erwärmen.
Die vorgenannten beispielhaften Abmessungen wurden beispielhaft angegeben und können vorteilhaft im Zusammenhang mit einer Vorrichtung zur Energiespeicherung sein, die in Fig. 2 näher dargestellt wird. Aber auch in diesem Zusammenhang sind andere Abmessungen selbstverständlich möglich. Tatsächlich kann das
erfindungsgemäße Heizmodul auch für andere Zwecke genutzt werden, um Fluide zu erwärmen. Dann können je nach Temperatur- oder Leistungsanforderung gänzlich andere Abmessungen sinnvoll sein. Auch müssen die Wärmetransfer-Elemente nicht als Heizplatte 5 ausgebildet sein. Andere Formen, wie z.B. Rohre, sind in der
Beschreibungseinleitung dargestellt.
Fig. 2 zeigt schematisch den Aufbau einer Vorrichtung zur Energiespeicherung mit drei in Hinblick auf den Fluidfluss in Reihe angeordneten Heizmodulen 1 , einem
Wärmespeicher 7 und einer Wärme-Kraft-Kopplung 8. Die Heizmodule 1 sind hier nur symbolhaft dargestellt und können dem in Fig. 1 dargestellten Heizmodul 1
entsprechen.
Im wärmeisolierten Wärmespeicher 7 ist ein Wärmespeichermedium 9, zum Beispiel Steine in einer Schüttung, angeordnet. Das Wärmespeichermedium 9 soll mithilfe des wärmeübertragenden Fluids, vorzugsweise Luft, auf eine maximale Temperatur, zum Beispiel 1000 °C, erhitzt werden. Das Fluid selbst wird mithilfe der Heizmodule 1 auf eine entsprechende Temperatur gebracht. Die Heizmodule 1 werden über
Strom leitungen 25 mit elektrischer Leistung aus einen Stromnetz oder einer bestimmten Energiequelle, zum Beispiel einem oder mehreren Windrädern 24, versorgt.
Insbesondere kann hierfür elektrische Leistung vorgesehen werden, die im Stromnetz gerade nicht gebraucht, also überschüssig, ist.
Zum Beladen des Wärmespeichers 7 wird das Fluid in einem ersten Kreislauf 13 mittels eines ersten Ventilators 10 durch Fluidleitungselemente 6 hindurch über die Wärmetransfervolumina 19 (siehe Fig.1 ) der Heizmodule 1 und den Wärmespeicher 7 geführt. Die Fluidleitungselemente 6 gehen jeweils über mindestens einen hier nicht dargestellten Eingang und Ausgang in das Wärmetransfervolumen 19 des
angeschlossenen Heizmoduls 1 über. Das Fluid wird in den Heizmodulen 1 letztendlich auf eine Heiztemperatur, zum Beispiel 1000 °C, gebracht und kontaktiert anschließend im Wärmespeicher 7 das Wärmespeichermedium 9, vorzugsweise unmittelbar. Dies erfolgte so lange, bis das Wärmespeichermedium über die gesamte Höhe der
Mediumschüttung seine maximale Temperatur erreicht hat.
Zum Entladen des Wärmespeichers 7 wird das Fluid mittels eines zweiten Ventilators 11 in einem zweiten Kreislauf 12 über den Wärmespeicher 7 und einen Wärmetauscher 14 geführt. Der Wärmetauscher 14 gehört zu der Wärm e-Kraft-Kopplung 8, durch die mittels einer Turbine 15 elektrischer Strom erzeugt wird, der dem Stromnetz oder einem unmittelbaren Verbraucher (hier nicht dargestellt) zur Verfügung gestellt wird.
Im zweiten Kreislauf 12 wird das Fluid im Wärmespeicher 7 durch den unmittelbaren Kontakt mit dem Wärmespeichermedium 9 auf die Maximaltemperatur, zum Beispiel 1000 °C, gebracht. Im Wärmetauscher 14 wird ein in einem Leitungssystem 16 befindliches Betriebsfluid, z.B. Luft, für die Wärme-Kraft-Kopplung 8 erhitzt. In Fig. 2 ist beispielhaft als Wärme-Kraft-Kopplung 8 ein Gasturbinenkraftwerk gezeigt. Alternativ kann auch z.B. ein Dampfturbinenkraftwerk oder eine Kombination aus
Gasturbinenkraftwerk und Dampfturbinenkraftwerk zur Energieerzeugung genutzt werden. Das in Fig. 2 gezeigte Gasturbinenkraftwerk verdichtet mittels eines
Verdichters 17 das Betriebsfluid, z.B. aus der Umgebung stammende Luft, und führt es mittels der Rohrleitung 16 über den Wärmetauscher 14 zur Turbine 15, wo das abgekühlte Betriebsfluid dann der Umgebung zugeführt oder zur weiteren Nutzung verwendet wird. Bezugszeichenliste
1 Heizmodul
2 Spule
3 Magnetkern
4 Ankoppelelement
5 Heizplatte
6 Fluidleitungselement
7 Wärmespeicher
8 Wärme-Kraft-Kopplung
9 Wärmespeichermedium
10 erster Ventilator
11 zweiter Ventilator
12 zweiter Kreislauf
13 erster Kreislauf
14 Wärmetauscher
15 Turbine
16 Rohrleitung
17 Verdichter
18 Übergangsstelle
19 Wärmetransfervolumen
20 Seitenwand
21 Abgrenzungswand
22 Transformatorraum
23 Wand
24 Windrad
25 Strom leitungen

Claims

Heizmodul für einen fluiden Wärmeüberträger sowie Vorrichtung zur Energiespeicherung Patentansprüche
1. Heizmodul für einen fluiden Wärmeübertrager, umfassend
a) Wechselfeld-Erzeugungsmittel zur Erzeugung eines elektromagnetischen
Wechselfeldes,
b) ein Ankoppelelement (4) zur induktiven Ankopplung an das elektromagnetische Wechselfeld und
c) ein Wärmetransfervolumen (19) zur Erwärmung des fluiden Wärmeüberträgers, dadurch gekennzeichnet, dass
d) mindestens ein Wärmetransfer-Element (5) mit dem Ankoppelelement (4) elektrisch in Reihe geschaltet und innerhalb des Wärmetransfervolumens (19) angeordnet ist.
2. Heizmodul nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Wechselfeld-Erzeugungsmittel und mindestens ein die Wechselfeld-Erzeugungsmittel zumindest zum Teil umlaufender Teil des Ankoppelelements (4) außerhalb des
Wärmetransfervolumens (19) angeordnet sind.
3. Heizmodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmetransfer-Element (5) oder die Wärmetransfer-Elemente (5) derart dimensioniert ist (sind), dass das Verhältnis aller für den Kontakt mit dem Fluid vorgesehenen
Flächen des Wärmetransfer-Elementes (5) oder der Wärmetransfer-Elemente (5) zu dem Wärmetransfervolumen (19) mindestens 100 m2/m3, vorzugsweise mindestens 150 m2/m3 beträgt.
4. Heizmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselfeld-Erzeugungsmittel eine das elektromagnetische Wechselfeld erzeugende Primärwicklung (2) und einen zugehörigen Spulenkern (3) aufweisen und das Ankoppelelement (4) um zumindest einen Teil des magnetischen Spulenkerns (3) geführt ist.
5. Heizmodul nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ankoppelelement (4) bandförmig ist.
6. Heizmodul nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass mindestens zwei Wärmetransfer-Elemente (5) vorgesehen sind.
7. Heizmodul nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei der Wärmetransfer-Elemente (5) elektrisch miteinander in Reihe geschaltet sind.
8. Heizmodul nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das mindesten eine Wärmetransfer-Element (5) plattenförmig oder schalenförmig ist.
9. Heizmodul nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der Wärmetransfer-Elemente (5) mit ihren Flachseiten einander zugewandt angeordnet sind.
10. Heizmodul nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mit ihren Flachseiten einander zugewandten Wärmetransfer-Elemente (5) parallel zueinander ausgerichtet sind.
11. Vorrichtung zur Energiespeicherung, umfassend
ein Wärmespeichermedium (9) und
mindestens einen Kreislauf (12, 13) für einen fluiden Wärmeüberträger, wobei der mindestens eine Kreislauf (12, 13) des Wärmeüberträgers derart gestaltet ist, dass zur Wärmeeinspeisung in das Wärmespeichermedium (9) und/oder zur Wärmeentnahme aus dem Wärmespeichermedium (9) der Wärmeüberträger das Wärmespeichermedium umströmt und/oder durchströmt,
gekennzeichnet durch
ein zur Aufheizung des Wärmeüberträgers dienendes Heizmodul (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das
Wärmespeichermedium (9) einen Feststoff aufweist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass zur Wärmeeinspeisung in das Wärmespeichermedium (9) und/oder zur Wärmeentnahme aus dem Wärmespeichermedium (9) der Wärmeüberträger das Wärmespeichermedium (9) unmittelbar kontaktiert.
PCT/DE2018/100890 2017-11-16 2018-11-02 Heizmodul für einen fluiden wärmeüberträger sowie vorrichtung zur energiespeicherung WO2019096344A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP18818977.3A EP3710758A1 (de) 2017-11-16 2018-11-02 Heizmodul für einen fluiden wärmeüberträger sowie vorrichtung zur energiespeicherung

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017126959.2A DE102017126959A1 (de) 2017-11-16 2017-11-16 Heizmodul für einen fluiden Wärmeüberträger sowie Vorrichtung zur Energiespeicherung
DE102017126959.2 2017-11-16

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019096344A1 true WO2019096344A1 (de) 2019-05-23

Family

ID=64664551

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE2018/100890 WO2019096344A1 (de) 2017-11-16 2018-11-02 Heizmodul für einen fluiden wärmeüberträger sowie vorrichtung zur energiespeicherung

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP3710758A1 (de)
DE (1) DE102017126959A1 (de)
WO (1) WO2019096344A1 (de)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3390251A (en) * 1965-10-22 1968-06-25 Joshua D. Lowenfish Heating device
EP0062706A2 (de) * 1981-04-10 1982-10-20 Robert Bosch Gmbh Heizvorrichtung
US20040033063A1 (en) * 2001-05-23 2004-02-19 Bai Bing Electric heater
EP2250356A1 (de) * 2008-03-12 2010-11-17 Siemens Aktiengesellschaft Speicherung elektrischer energie mit wärmespeicher und rückverstromung mittels eines thermodynamischen kreisprozesses
EP2833092B1 (de) 2013-08-01 2016-09-07 B + S Entwicklungsgesellschaft mbH Verfahren sowie Vorrichtung zur Energiespeicherung

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2830290B1 (de) 2013-07-26 2016-10-12 Sap Se Kommunikation von Seiten über ein digitales zellulares Telekommunikationsnetzwerk

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3390251A (en) * 1965-10-22 1968-06-25 Joshua D. Lowenfish Heating device
EP0062706A2 (de) * 1981-04-10 1982-10-20 Robert Bosch Gmbh Heizvorrichtung
US20040033063A1 (en) * 2001-05-23 2004-02-19 Bai Bing Electric heater
EP2250356A1 (de) * 2008-03-12 2010-11-17 Siemens Aktiengesellschaft Speicherung elektrischer energie mit wärmespeicher und rückverstromung mittels eines thermodynamischen kreisprozesses
EP2833092B1 (de) 2013-08-01 2016-09-07 B + S Entwicklungsgesellschaft mbH Verfahren sowie Vorrichtung zur Energiespeicherung

Also Published As

Publication number Publication date
DE102017126959A1 (de) 2019-05-16
EP3710758A1 (de) 2020-09-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69724792T2 (de) Brennstoffzellensystem zur stromerzeugung, heizung und kühlung und ventilation
EP2926623B1 (de) Heizelement und prozessheizer
EP2158432B1 (de) Allzweckwärmespeicher zur speicherung verschiedener arten von energie
EP2557372A1 (de) Thermoelektrischer Energiespeicher
DE102014212676B4 (de) Energiespeichereinrichtung zur Zwischenspeicherung von thermischer Energie, Kraftwerk mit einer Energiespeichereinrichtung sowie Verfahren zum Betreiben einer Energiespeichereinrichtung
EP2764215B1 (de) Energiespeichervorrichtung mit offenem ladekreislauf zur speicherung saisonal anfallender elektrischer überschussenergie
WO2016050851A1 (de) Wärmespeicher und verfahren zum betreiben eines wärmespeichers
EP3841334A1 (de) Heizvorrichtung zum erwärmen von luft
EP2314971B1 (de) Wärmespeicher mit Energieeinspeisung zur langzeitstabilen und gleichmäßigen Leistungsabgabe und Verfahren hierzu
EP3379040A1 (de) Kraftwerk zum erzeugen von elektrischer energie und verfahren zum betreiben eines kraftwerks
EP2833092B1 (de) Verfahren sowie Vorrichtung zur Energiespeicherung
WO2019096344A1 (de) Heizmodul für einen fluiden wärmeüberträger sowie vorrichtung zur energiespeicherung
DE102015009086A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Mini/Mikro-Blockheizkraftwerkes für Einfamilienhäuser
EP3036790A1 (de) Thermisches speichersystem mit hochtemperaturbatterie
DE19537121C2 (de) Vorrichtung zur Gewinnung elektrischer Energie aus Strahlungsenergie
WO2012059183A2 (de) System und verfahren zur vollständigen und uneingeschränkten nutzung von ungesteuert erzeugter elektrischer energie
DE202013002455U1 (de) Wärmespeicher und Wärmespeicherkraftwerk
DE102012014513B4 (de) Energieversorgungsanlage
EP4273447A1 (de) Dampferzeuger
DE112022003879T5 (de) Koaxialer wirbel-rohrheizkörper
AT518267B1 (de) Wasserspeicher
DE102012017039A1 (de) Feststoffwärmespeichermodul. Herstellverfahren und Hybridwärmespeicher
DE102019112229A1 (de) Durchlauferhitzer, Vorrichtung mit Durchlauferhitzer und Anlage mit Vorrichtung
DE1155545B (de) Mit Netzstrom betriebener, elektrisch beheizter Waermeaustauscher, insbesondere fuer Raumheizgeraete
DE102014201232A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Fluiderwärmung

Legal Events

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

Ref document number: 18818977

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2018818977

Country of ref document: EP

Effective date: 20200616