DD263113A1

DD263113A1 - Anordnung zur wirbelfreien einleitung von speichermedien in schichtwaermespeicherbehaelter

Info

Publication number: DD263113A1
Application number: DD87305135A
Authority: DD
Inventors: Berthold Fege; Erika Kuesel
Original assignee: Schwerin Energiekombinat
Priority date: 1987-07-20
Filing date: 1987-07-20
Publication date: 1988-12-21
Also published as: DE3819317A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf die im Rahmen der Fernwaermeversorgung, Anfallenergie- sowie Geothermienutzung erforderliche Waermespeicherung in drucklosen Tankbehaelterspeichern nach den Schichtenspeicherprinzip. Mit der Erfindung wird eine Anordnung vorgeschlagen, die die turbulente Stroemung in den Zuleitungen und Einbauten in eine laminare Ausstroemung in den Speicherbehaelter umformen soll. Erfindungsgemaess werden dazu am Rand der Diffusoren angeordnete Lochplattenringe verwendet, die das Verhaeltnis von Stroemungswiderstand und dynamischer Zaehigkeit (Reynoldszahl) guenstig gestalten.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf die Kurzzeitspeicherung von Wärmeenergie in großräumigen Behältern, bei denen die Trennung zwischen dem höhertemperierten Medium geringerer Dichte (geladenes Medium) und dem niedrigtemperierten Medium höherer Dichte (Entlademedium) über eine Grenzschicht mittlerer Dichte erfolgt — Schichtenspeicherprinzip.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Die Verknappung fossiler Energieträger zwingt zu einer zunehmenden Nutzung von Anfall-, Umwelt-, Sekundärenergiepotential, auch wenn dieses nicht kontinuierlich bzw. im Belastungsgang der Nutzung zur Verfugung steht.

Insbesondere zwingt die von den Gebrauchswohnheiten geprägte Spitzenlastcharakteristik der Elektroenergieabnahme dazu, die Fernwärmeauskopplung bei Kraftwerken zu unterbrechen und die Einkopplung von Alternativenergieströmen über, elektrisch anzutreibende Wärmepumpen auszusetzen.

Zur Anpassung des diskontinuierlich bzw. unterbrochenen Wärmestromes an den zeitlich andersgearteten Verbrauch'von Wärmeenergieströmen werden zunehmend Wärmespeicher eingesetzt.

Für die kostengünstige Speicherung großer Energiemengen werden druckreduzierte bzw. drucklose Tankbehälter, als Speichermedium vorzugsweise aufbereitetes Wasser, eingesetzt.

Das bei Nutzung von Alternativwärmequellen in der Regel niedrige Temperaturniveau kommt der drucklosen Wärmespeicherung entgegen. Zur Erreichung geringer spezifischer Speicherinvestkosten werden zunehmend Anordnungen nach dem Schichtwärmespeicherprinzip nach bekannten Lösungen genutzt.

Die Zuführung und Abführung des kalten bzw. aufgeladenen Mediums erfogt bekanntermaßen vorzugsweise über zentrisch unten bzw. oben angeordnete Einbauten, die aufgrund der Gestaltung eine wesentliche Verminderung der Ausströmgeschwindigkeiten in den mit quasistehendem Medium angefüllten Behälter gewährleisten sollen.

Insbesondere beim Anfahren (Laden, Entladen) des Speichers kommt es, bedingt durch die großräumige Gestaltung der Anordnung mit geringen Reibungswiderständen, zur verwirbelten Einleitung des Mediums über die Einbauten und damit zum Aufbau einer größeren Grenzschicht mittleren Temperaturniveaus mit mittlerer Dichte, die eine-Nutzung nicht mehr erlaubt und damit die effektive Ausnutzung der investierten Behälterkapazität einschränkt.

Die bekannten Anordnungen können aufgrund der zu erreichenden geringen Druckverluste beim Geschwindigkeitsabbau in den Zuleitungen und den Einbauten und aufgrund der im großräumigen Wärmespeicherbehälter auftretenden geringen Strömungswiderstände den laminaren Ausstrom aus den Einbauten mit Reynoldszahlen Re < 2320 nicht gewährleisten.

Die Reynoldszahlen liegen im Bereich der Zuleitungen in der Größenordnung 2 · 10⁶, an der Abrißkante der vorzugsweise einzusetzenden zentrisch anzuordnenden Diffusoren um Re —0,1 · 10⁶,im Wärmespeicherbehälter selbst bei Geschwindigkeiten um 10~³m/s um Re ~6 · 10⁵.

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Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, durch geeignete Anordnungen den Ausnutzungsgrad der zu investierender! Wärmespeicherbehälter durch Verminderung des Grenzschichtaufbaus im Betrieb zu erhöhen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Bildung einer größeren Grenzschicht mittlerer Temperatur und Dichte infolge turbulenten Eintretens der Lade- bzw. Entlademedien über die Einbauten in den großräumigen Wärmespeicherbehälter durch das Anordnen geeigneter Vorrichtungen an der Abrißkante der Einbauten zu vermeiden. .

Erfindungsgemäß wird das prinzipielle Problem der günstigen Gestaltung des Verhältnisses von Reibungswiderständen und dynamischer Zähigkeit des Speichermediums dadurch gelöst, daß an den Austrittsöffnungen der Diffusoren Lochplatten geeigneter Lochgröße und Teilung angeordnet, werden die über die auftretenden Strömungswiderstände einen Stau innerhalb der Einbauten und ein laminares, radiales Abströmen außerhalb der Einbauten der Schichtung nach der Dichte gewährleisten.

Das Verhältnis von Lochgröße und Teilung der Lochplatten ist so zu gestalten, daß ein effektiver Ausströmquerschnitt von ca.

50% bezogen auf die Ringfläche an der Abrißkante der Diffusoren erreicht wird.

Die laminare Ausströmung wird prinzipiell auch bei kleiner Lochung, mit entsprechend geringer effektiver Ausströmfläche erreicht, jedoch steigen die Druckverluste über die Lochblenden mit den entsprechenden Pumpenenergieverlusten stark

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird in einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert.

Tankbehälterspeicher 1

Diffusoren oben, unten 2

Lochplattenringe 3 . . .

Ein Tankbehälterspeicher 1 wird mit zentrisch angeordneten, als Diffusoren 2 ausgebildeten oberen und unteren Einbauten

ausgerüstet. .

Der Wasserstand im Wärmespeicherbehälter wird im Bereich oberhalb des oberen Diffusors gehalten.

Der Wärmespeicher soll aus entladenem Zustand — die Mischzone steht im Bereich des oberen Einbaues an — geladen

werden. .

Dazu wird über die Ladeleitung aufgeheiztes Medium dem Speicher über den oberen Diffusor zugeführt. Über den unteren Diffusor wird die gleiche Menge abgeführt, so daß der Wasserspiegel konstant bleibt. Entsprechend der Gestaltung der Diffusoren erfolgt ein Geschwindigkeitsabbau bis an den Rand beim Ausströmen bzw. Geschwindigkeitsaufbau beim

Einströmen. ·

Durch die Richtungsänderungen sowie den Geschwindigkeitsabbau des beim Laden als Ausströmdiffusor wirkenden oberen Einbaues werden wirbelnde, rollende Bewegungen des Mediums verursacht, die aufgrund der geringen Strömungswiderstände in den Einbauten selbst nicht zu verhindern sind.

Durch den am Rand des Diffusors angebrachten Lochplattenring, vorzugsweise der Lochung 16mm, Teilung 22,4mm versetzt, wird ein Strömungswiderstand hervorgerufen, der innerhalb des Einbaues einen Druckstau auslöst.

Durch die Lochplattenringe strömt das Medium laminar und horizontal gerichtet in den Behälter aus.

Mit dem Abstand vom Einbau reduziert sich die Geschwindigkeit radial weiter bis die Wandung des Behälters erreicht wird.

Nach Erreichen der Behälterwand erfolgt der vertikale Schichtungsaufbau im Behälter mit oben aufgebautem Medium niedriger Dichte, unten abströmendem kalten Medium höherer Dichte und langsam nach unten gefahrener Grenzschicht zwischen warmem und kaltem Medium. Die Ausdehnung der Grenzschicht ist durch die laminare Ausströmung aus dem oberen Diffusor bei Beginn des Ladevorganges erheblich eingeengt worden, da die rollenden Medienbewegungen keine Verwirbelung der Grenzschicht mit Vermischung der Medienströme mehr hervorrufen können.

Beim Entladen erfolgt der Vorgang gleichartig zu Entladebeginn in Bereich des unteren Diffusors.

Claims

1. Anordnung zur Sicherung der wirbelfreien Einleitung von flüssigen Speichermedien in Schichtenwärmespeicherbehälter (1) über oben bzw. unten angeordnete Diffusoren, gekennzeichnet dadurch, daß an der Abrißkante der Diffusoren

(2) Lochplattenrjnge (3) vorgesehen werden, die eine laminare horizontale Ausströmung des Mediums mit daraus folgendem definierten Aufbau der Temperaturschichtung entsprechend den Dichteunterschienden gewährleisten.

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