CZ202424A3 - Kombinovaný zásobník pro sensibilní a latentní ukládání energie do roztavených solí - Google Patents
Kombinovaný zásobník pro sensibilní a latentní ukládání energie do roztavených solí Download PDFInfo
- Publication number
- CZ202424A3 CZ202424A3 CZ2024-24A CZ202424A CZ202424A3 CZ 202424 A3 CZ202424 A3 CZ 202424A3 CZ 202424 A CZ202424 A CZ 202424A CZ 202424 A3 CZ202424 A3 CZ 202424A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- salt
- inlet
- outlet
- energy storage
- cold
- Prior art date
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
- F28D20/02—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat
- F28D20/026—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat with different heat storage materials not coming into direct contact
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
- F28D2020/0004—Particular heat storage apparatus
- F28D2020/0013—Particular heat storage apparatus the heat storage material being enclosed in elements attached to or integral with heat exchange conduits
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
- F28D20/0034—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using liquid heat storage material
- F28D2020/0047—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using liquid heat storage material using molten salts or liquid metals
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
- F28D2020/0065—Details, e.g. particular heat storage tanks, auxiliary members within tanks
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
- F28D2020/0065—Details, e.g. particular heat storage tanks, auxiliary members within tanks
- F28D2020/0078—Heat exchanger arrangements
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/14—Thermal energy storage
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Other Air-Conditioning Systems (AREA)
Abstract
Vynález se týká kombinovaného zásobníku pro sensibilní a latentní ukládání energie do roztavených solí obsahujícího nosnou konstrukci (3) s přívodem a odvodem solí, kde je konstrukce (3) je opatřena otevřenými kavitami (5) s přívodem a odvodem primárního média pro ukládání tepla v podobě tavené dusičnanové soli (1). Dále je konstrukce (3) opatřena uzavřenými kavitami (4) naplněnými sekundárním médiem v podobě materiálu (2) s fázovou změnou s vyšší teplotu tání než má primární médium. Ve spodní části konstrukce (3) je vstup (6) horké soli a výstup (9) horké soli a v horní části konstrukce (3) je výstup (7) studené soli a vstup (8) studené soli.
Description
Kombinovaný zásobník pro sensibilní a latentní ukládání energie do roztavených solí
Oblast techniky
Vynález se týká inovativního kombinovaného zásobníku pro sensibilní a latentní ukládání energie do roztavených solí s využitím specifického proudění s přirozenou cirkulací pro zvýšení přestupu tepla.
Dosavadní stav techniky
Ukládání energie do roztavených solí je v současné době spojeno se získáváním energií v koncentračních solárních elektrárnách (CSP), viz např. H.L. Zhang, J. Baeyens, J. Degrevem, G. Caceres, Concentrated solar power plants: review and design methodology. Renewable and Sustainable Energy Revieews 22, 2013, pp. 466-481. Kromě CSP se dusičnanové soli využívají v vysokoteplotních uložištích energie - T. Bauer, Ch. Odenthal, A. Bonk, Molten Salt Storage for Power Generation. Chemie Ingenieur Technik 93, 2021, pp. 534-546. Dosažení vysokých teplot bez nutnosti zařízení tlakovat, obvykle až 600 °C pro dusičnanové sole, umožňuje použít roztavené sole pro zpětné získávání energie, jak je popsáno např.: S.H. Gagem D. Kesseli, J. Dupree, Ch. Kimbal, J. Rigby, J. Yates, B. Morrison, G. Bigham, C.S. Turchi, Technical and economic feasibility of molten chloride salt thermal energy storage systems. Solar Energy Materials and Solar cells 226, 2021, nebo A. Boretti, S. Castelletto, High-temperature molten-salt thermal energy storage and advanced-Ultra-supercritical power cycles. Journal of Energy Storage 42, 2021.
V současné době se systémy pro ukládání energie do roztavených solí dají rozdělit do dvou kategorií. V první kategorii jsou uložiště využívající dvě zásobní nádrže, tzv. studenou a horkou nádrž, např.: W.D. Steinmann, C. Prieto, 24 - Thermal storage for concentrating solar power plants. Editor(s): L. F. Cabeza, In Woodhead Publishing Series in Energy, Advances in Thermal Energy Storage Systems (Second Edition), Woodhead Publishing, 2021, pp. 673-697.
V druhé kategorii jsou systémy s jedním zásobníkem tzv. Termocline - K.E. Elfeky, X. Li, N. Ahmed, L. Lu, Q. Wang. Optimization of thermal performance in thermocline tank thermal energy storage systém with multilayered PCM(s) for CSP tower plants. Applied Energy 243, 2019, pp. 175-190. Systém termocline má oproti dvou zásobníkovému systému větší kapacitu na jednotku objemu, ale proměnlivou účinnost nabíjení/vybíjení. Další variantou je zásobník s plovoucí membránou který kombinuje dvou zásobníkový systém do jedné nádrže.
Ukládání energie do fázové změny, tzv. latentní teplo, je jeden ze způsobů zvýšení kapacity zásobníku při zachování jeho rozměrů. Materiál který je použit pro ukládání tepla do fázové změny (Phase Change Material - PCM) má vyšší teplotu tání než má materiál použitý jako primární médium. Díky odlišné teplotě tání lze v zásobníku kombinovat PCM materiály a dosáhnout tak nejen požadované kapacity, ale také požadovaného průběhu nabíjení a vybíjení zásobníku, viz C. Suresh, R.P. Saini, Experimental study on combined sensible-latent heat storage system for different volume fractions of PCM. Solar Energy 212, 2020, pp. 282-296. Proto se PCM využívají u thermocline zásobníků.
Jednou z nevýhod ukládání energie do termocline zásobníku s roztavenými solemi je nižší účinnost nabíjení a vybíjení zásobníku.
- 1 CZ 2024 - 24 A3
Podstata vynálezu
Výše uvedené nevýhody jsou do značné míry odstraněny kombinovaným zásobníkem pro sensibilní a latentní ukládání energie do roztavených solí obsahujícím nosnou konstrukci s přívodem a odvodem solí, podle tohoto vynálezu. Jeho podstatou je to, že konstrukce zásobníku je opatřena otevřenými kavitami s přívodem a odvodem primárního média pro ukládání tepla v podobě tavené dusičnanové soli a dále je konstrukce opatřena uzavřenými kavitami naplněnými sekundárním médiem v podobě materiálu s fázovou změnou s vyšší teplotu tání než má primární médium. Ve spodní části konstrukce je vstup horké soli a výstup horké soli a v horní části konstrukce je výstup studené soli a vstup studené soli.
Velikosti průřezů vstupu horké soli, výstupu horké soli, výstupu studené soli a vstupu studené soli jsou ve výhodném řešení nastavitelné.
Kombinovaný zásobník je s výhodou v podobě válcové nádoby s podélnou osou ve vertikálním směru jejíž vnitřní průměr je 1,5 až 3 m, tloušťka uzavřených kavit je 0,10 až 0,20 m a výška 0,40 až 0,50 m a minimální výška nádoby je 3 m. Kombinovaný zásobník může být tvořen několika segmenty spojenými dohromady.
Inovativní kombinované ukládání tepelné energie využívá tavenou dusičnanovou sůl jako primární médium pro ukládání tepla, tj. smyšlenkové ukládání tepla, a pro přenos tepla, zatímco sekundárním médiem je materiál s fázovou změnou (PCM). Materiál s fázovou změnou má vyšší teplotu tání než primární ukládací médium pro správný chod kombinovaného ukládání. Inovativním prvkem tohoto ukládání je zvýšený přenos tepla do materiálu s fázovou změnou díky kombinaci vztlakových a konvektivních sil. Princip zvýšeného přenosu tepla spočívá v rozdílných teplotách přicházející soli a PCM. Solné úložiště je složeno z uzavřených a otevřených dutin nebo-li kavit. Uzavřené dutiny jsou naplněny PCM a otevřené dutiny jsou naplněny tavenou solí. Díky použitím otevřených duti je dosaženo vyšší rychlosti proudění v zásobníku než které by bylo v případě zásobníku bez dutin. Díky vyšší rychlosti proudění se zvýší koeficient přestupu tepla.
Během nabíjecího procesu má sůl vyšší teplotu a PCM nižší teplotu, což vytváří vztlakové síly, které pohání proud v dutině a zvyšují přenos tepla do PCM. Kromě vztlakových sil je proud v kavitě řízen také od hlavního proudu soli ze vstupní části zásobníku.
Proces vybíjení využívá stejný princip jako v případě nabíjení zásobníku. Díky tomu že přicházející sůl má nižší teplotu než PCM, tak se vytvoří proud hnaný vztlakovými silami. Tentokráte má proud opačný směr oproti procesu nabíjení.
Využitím systému otevřených kavit je možné zvýšit přestup tepla do PCM materiálu více než desetkrát. V principu závisí na poměru vstupní části zásobníku a průřezu otevřených kavit.
Objasnění výkresů
Kombinovaný zásobník pro sensibilní a latentní ukládání energie do roztavených solí podle tohoto vynálezu bude podrobněji popsán na konkrétním příkladu provedení s pomocí přiložených výkresů, ve kterých na:
obr. 1 je v nárysu v řezu pohled na hlavní části kombinovaného zásobníku;
obr. 2 je znázorněn proces nabíjení zásobníku; a obr. 3 je znázorněn proces vybíjení zásobníku.
- 2 CZ 2024 - 24 A3
Příklady uskutečnění vynálezu
Příkladný kombinovaný zásobník pro sensibilní a latentní ukládání energie do roztavených solí obsahuje nosnou konstrukci 3 s přívodem a odvodem roztavené dusičnanové soli. Svislá konstrukce 3 je podél své osy opatřena otevřenými kavitami 5 pro přívod a odvod primárního média pro ukládání tepla v podobě tavené dusičnanové soli 1. Dále je konstrukce 3 opatřena po svém obvodu uzavřenými kavitami 4 naplněnými sekundárním médiem v podobě PCM materiálu 2 s fázovou změnou s vyšší teplotu tání než má primární médium. Ve spodní části konstrukce 3 je vstup 6 horké soli a výstup 9 horké soli a v horní části konstrukce 3 je výstup 7 studené soli a vstup 8 studené soli. Velikosti průřezů vstupu 6 horké soli, výstupu 9 horké soli, výstupu 7 studené soli a vstupu 8 studené soli jsou nastavitelné pro umožnění velikosti a rychlosti průtoku primárního média.
Konkrétní příkladný kombinovaný zásobník je v podobě válcové nádoby s podélnou osou umístěnou ve vertikálním směru. Vnitřní průměr nádoby 2 m. Tloušťka uzavřených kavit 4 s PCM materiálem 2 je 0,15 m a výška 0,45 m. Výška nádoby je 3 m. Kombinovaný zásobník je tvořen třemi segmenty spojenými dohromady. Konstrukčním materiálem zásobníku je nerezová ocel.
Zásobník pro ukládání sensibilního a latentního tepla do roztavených solí využívá inovativního principu zvýšení účinnosti nabíjení a vybíjení zásobníku díky využití systému otevřených kavit 5 a uzavřených kavit 4.
Dále je podrobněji popsána funkce a činnost kombinovaného zásobníku pro sensibilní a latentní ukládání energie do roztavených dusičnanových solí. Při procesu nabíjení je primární medium v podobě horké soli 1 čerpáno do zásobníku skrze vstup 6 horké soli v dolní části konstrukce 3. Sůl postupně nahřívá konstrukci 3 zásobníku a také PCM materiál 2 v uzavřených kavitách 4. Díky rozdílné teplotě mezi čerpanou solí 1 a PCM materiálem 2, dojde k ustavení přirozené cirkulace. Ta zintenzivní přestup tepla a dojde tak k rychlejšímu roztavení PCM materiálu 2. Proces nabíjení je možné dále řídit díky změně průměru vstupu 6 horké soli a měnit tak konvektní složku přestupu tepla.
Při procesu vybíjení studená sůl vstupuje přes vstup 8 studené soli do zásobníku v horní části zásobníku. Studená sůl 1 postupně ochlazuje konstrukci 3 zásobníku a PCM materiál 2. Opět díky rozdílené teplotě dojde k vytvoření přirozené cirkulace která zintenzivním přestup tepla mezi PCM materiálem 2 a solí 1. Na základě vyššího přestupu tepla dojde k ztuhnutí PCM materiálu 2 rychleji. Stejně jako během procesu nabíjení lze měnit rozměr vstupního průměru vstupu 8 studené soli a ovlivnit tak konvektivní složku přestupu tepla.
Unikátním přínosem navrhovaného řešení je zvýšení přestupu tepla do materiálu s fázovou změnou a s tím související vyšší rychlosti nabíjení/vybíjení zásobníku.
Průmyslová využitelnost
Navržené technické řešení zásobníku může být využito v systémech pro ukládání energie se zpětnou konverzí na elektrickou energii díky použití média s pracovní teplotou do 600 °C.
Claims (3)
1. Kombinovaný zásobník pro sensibilní a latentní ukládání energie do roztavených solí obsahující nosnou konstrukci (3) s přívodem a odvodem solí, vyznačující se tím, že konstrukce (3) je opatřena 5 otevřenými kavitami (5) s přívodem a odvodem primárního média pro ukládání tepla v podobě tavené dusičnanové soli (1) a dále je konstrukce (3) opatřena uzavřenými kavitami (4) naplněnými sekundárním médiem v podobě materiálu (2) s fázovou změnou s vyšší teplotu tání než má primární médium, přičemž ve spodní části konstrukce (3) je vstup (6) horké soli a výstup (9) horké soli a v horní části konstrukce (3) je výstup (7) studené soli a vstup (8) studené soli.
10
2. Kombinovaný zásobník podle nároku 1, vyznačující se tím, že velikosti průřezů vstupu (6) horké soli, výstupu (9) horké soli, výstupu (7) studené soli a vstupu (8) studené soli jsou nastavitelné.
3. Kombinovaný zásobník podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že je v podobě válcové nádoby s podélnou osou ve vertikálním směru jejíž vnitřní průměr je 1,5 až 3 m, tloušťka uzavřených kavit (4) je 0,10 až 0,20 m a výška 0,40 až 0,50 m a minimální výška nádoby je 3 m.
15 4. Kombinovaný zásobník podle nároku 3, vyznačující se tím, že je tvořen alespoň ze dvou segmentů spojených dohromady.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2024-24A CZ202424A3 (cs) | 2024-01-25 | 2024-01-25 | Kombinovaný zásobník pro sensibilní a latentní ukládání energie do roztavených solí |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2024-24A CZ202424A3 (cs) | 2024-01-25 | 2024-01-25 | Kombinovaný zásobník pro sensibilní a latentní ukládání energie do roztavených solí |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ310336B6 CZ310336B6 (cs) | 2025-03-05 |
| CZ202424A3 true CZ202424A3 (cs) | 2025-03-05 |
Family
ID=94771122
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2024-24A CZ202424A3 (cs) | 2024-01-25 | 2024-01-25 | Kombinovaný zásobník pro sensibilní a latentní ukládání energie do roztavených solí |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ202424A3 (cs) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2996630B1 (fr) * | 2012-10-09 | 2014-12-19 | Commissariat Energie Atomique | Procede de realisation d'un echangeur de chaleur contenant un materiau a changement de phase, echangeur obtenu et utilisations aux hautes temperatures. |
| WO2021108846A1 (en) * | 2019-12-03 | 2021-06-10 | Graphite Energy (Assets) Pty Limited | Method and apparatus for heat storage |
| CN117146626A (zh) * | 2023-10-16 | 2023-12-01 | 内蒙古工业大学 | 一种基于熔盐的混合热能联合储存装置 |
-
2024
- 2024-01-25 CZ CZ2024-24A patent/CZ202424A3/cs unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ310336B6 (cs) | 2025-03-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| AU2015363809B2 (en) | Thermal energy storage and heat exchanger | |
| US4192144A (en) | Direct contact heat exchanger with phase change of working fluid | |
| US20220228271A1 (en) | Hydrogen production system and method for producing hydrogen in a hydrogen production system | |
| US4088183A (en) | Thermal energy storage tank | |
| US20160201995A1 (en) | Thermal energy storage system combining sensible heat solid material and phase change material | |
| US20160115945A1 (en) | Solar thermal energy storage system | |
| US20080289793A1 (en) | Thermal energy storage systems and methods | |
| US20140123646A1 (en) | Concentrating Solar Power Methods and Systems with Liquid-Solid Phase Change Material for Heat Transfer | |
| SE1750135A1 (en) | Control of pre-SCR ammonia dosing based on look-ahead | |
| JP2014513260A (ja) | 特に集光型太陽熱装置に適切な蓄熱設備 | |
| US20150316288A1 (en) | Flow Control Systems and Methods for a Phase Change Material Solar Receiver | |
| CN103890322A (zh) | 用于潜热（相变）的蓄热和相关的热传输和交换的装置及方法 | |
| Fasquelle et al. | Numerical simulation of a 50 MWe parabolic trough power plant integrating a thermocline storage tank | |
| CN108496053A (zh) | 包括颗粒床和热调节装置的用于储存和释放热量的系统和方法 | |
| EP2776712A1 (en) | Methods and apparatus for thermal energy storage control optimization | |
| Fasquelle et al. | Operating results of a thermocline thermal energy storage included in a parabolic trough mini power plant | |
| Elfeky et al. | Thermo-mechanical investigation of the multi-layer thermocline tank for parabolic trough power plants | |
| CZ202424A3 (cs) | Kombinovaný zásobník pro sensibilní a latentní ukládání energie do roztavených solí | |
| US20160061534A1 (en) | Latent Thermal Energy System (LTES) Bubbling Tank System | |
| CN110359972B (zh) | 超临界co2为工质的熔盐电蓄热发电装置 | |
| Shahid Afridi et al. | Experimental comparison of longitudinal and annular fins using PCM for Thermal energy storage | |
| JP6529218B2 (ja) | 熱媒排出装置および熱媒排出方法 | |
| EP2971760B1 (fr) | Centrale solaire à concentration à fonctionnement amélioré | |
| Touzo et al. | Thermal energy storage | |
| CZ37755U1 (cs) | Zásobník pro ukládání energie do dusičnanových solí |