WO2017016647A1 - Wärmeübertragungsrohr, wärmespeicher und verfahren zum herstellen eines wärmeübertragungsrohrs - Google Patents

Wärmeübertragungsrohr, wärmespeicher und verfahren zum herstellen eines wärmeübertragungsrohrs Download PDF

Info

Publication number
WO2017016647A1
WO2017016647A1 PCT/EP2016/001220 EP2016001220W WO2017016647A1 WO 2017016647 A1 WO2017016647 A1 WO 2017016647A1 EP 2016001220 W EP2016001220 W EP 2016001220W WO 2017016647 A1 WO2017016647 A1 WO 2017016647A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
heat transfer
tube
pressure tube
heat
connecting layer
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2016/001220
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Heinz Posselt
Manfred Schönberger
Stefan Hübner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
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 Linde GmbH filed Critical Linde GmbH
Publication of WO2017016647A1 publication Critical patent/WO2017016647A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/003—Multiple wall conduits, e.g. for leak detection
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES, PROFILES OR LIKE SEMI-MANUFACTURED PRODUCTS OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C23/00—Extruding metal; Impact extrusion
    • B21C23/02—Making uncoated products
    • B21C23/04—Making uncoated products by direct extrusion
    • B21C23/08—Making wire, rods or tubes
    • B21C23/10—Making finned tubes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES, PROFILES OR LIKE SEMI-MANUFACTURED PRODUCTS OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C23/00—Extruding metal; Impact extrusion
    • B21C23/02—Making uncoated products
    • B21C23/04—Making uncoated products by direct extrusion
    • B21C23/14—Making other products
    • B21C23/142—Making profiles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P15/00—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass
    • B23P15/26—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass heat exchangers or the like
    • 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
    • F28D20/021—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat the latent heat storage material and the heat-exchanging means being enclosed in one container
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/08—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of metal
    • F28F21/081—Heat exchange elements made from metals or metal alloys
    • F28F21/082—Heat exchange elements made from metals or metal alloys from steel or ferrous alloys
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/08—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of metal
    • F28F21/081—Heat exchange elements made from metals or metal alloys
    • F28F21/084—Heat exchange elements made from metals or metal alloys from aluminium or aluminium alloys
    • 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
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/12—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
    • F28F1/14—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending longitudinally
    • F28F1/16—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending longitudinally the means being integral with the element, e.g. formed by extrusion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2225/00—Reinforcing means
    • F28F2225/04—Reinforcing means for conduits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2275/00—Fastening; Joining
    • F28F2275/04—Fastening; Joining by brazing
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a heat transfer tube, a heat accumulator with such a heat transfer tube and a method for producing such a heat transfer tube.
  • Heat storage especially so-called latent heat storage, have a
  • Storage medium in particular the phase transition from solid to liquid and vice versa.
  • the storage medium When charging the latent heat storage, the storage medium is melted. During the melting process, the storage medium of the fluid absorbs a large heat energy in the form of the heat of fusion. Due to the
  • the storage medium gives this heat energy during solidification back to the fluid.
  • the heat transfer tube may have in its longitudinal direction extending ribs. Since aluminum alloys have particularly good heat conduction properties and a filigree rib designs, for example by means of extrusion molding, is possible, with regard to a good
  • an aluminum material is a suitable material for such
  • WO 201 1/0696693 A1 describes a heat transfer tube with a pressure tube made of a steel alloy and a heat transfer element, the an aluminum alloy is made. Since aluminum alloys have a significantly higher coefficient of thermal expansion than steel alloys, a heat transfer obstructing gap may form when a heat input into the heat transfer tube between the pressure tube and the heat transfer element. To prevent the formation of a gap, the heat transfer element is by means of resilient clamps, the two half shells of the
  • the object of the present invention is to provide an improved heat transfer tube for a heat storage available. Accordingly, a heat transfer tube, in particular a fin tube, for a heat storage, in particular for a molten salt latent heat storage, proposed.
  • the heat transfer tube comprises a pressure tube for conveying a fluid, an outside of the pressure tube provided
  • Heat transfer element arranged connecting layer to connect the heat transfer element with the pressure tube, wherein the bonding layer is integrally connected to the heat transfer element and a provided on or in the connection layer reinforcing element, which is adapted to prevent a thermal expansion of the bonding layer.
  • connection layer is to be understood in the present case that a heat-related expansion of the bonding layer is prevented or reduced so that no gap between the pressure tube and the connecting layer. Due to the cohesive connection of the connecting layer with the
  • Heat transfer element are the connecting layer and the
  • Heat transfer element integrally formed That is more precisely
  • Reinforcing element adapted to prevent a heat-related formation of a gap between the connecting layer and the pressure tube. Characterized in that the connection layer for connecting the heat transfer element with the Pressure tube is provided, a flat contact of the connecting layer is always ensured with the pressure tube. That is, there is a gap-free contact the
  • the connecting layer is integrally connected to the heat transfer element, the formation of a gap between the connecting layer and the heat transfer element is prevented.
  • the connecting layer is connected to the heat transfer element in particular gap-free.
  • the reinforcing element also prevents a thermal expansion of the heat transfer element. In the known arrangement only a linear contact is achieved.
  • the fact that the reinforcing element prevents a heat-related expansion of the connecting layer is to be understood in the present case that a heat-related expansion of the connecting layer is prevented or reduced so that no gap is formed between the pressure tube and the connecting layer.
  • the reinforcing element mechanically prevented.
  • the reinforcing element absorbs circumferential stresses resulting from thermal expansion of the connecting layer.
  • An operating temperature of the heat accumulator can be over 300 ° C.
  • the absorption of the compressive forces takes place exclusively with the help of the pressure tube. Bonded connections, such as soldered connections, are to be understood as meaning all connections in which the
  • Connection partners are held together by atomic or molecular forces. They are at the same time non-detachable connections, which can only be separated by destruction of the connecting means.
  • the reinforcing element is adapted to a flat contact of the heat transfer in the heat transfer tube
  • the connecting layer is circumferentially resting on the pressure tube.
  • the support surface is preferably cylindrical.
  • a material from which the Heat transfer element and the connecting layer are made a higher coefficient of thermal expansion than a material from which the pressure tube and the reinforcement are made. This ensures that the connecting layer can expand only as far as it allows the material of the reinforcing element.
  • the heat transfer element and / or the connecting layer are each made of an aluminum alloy.
  • the aluminum alloys may, for example, have different thermal expansion coefficients.
  • the pressure tube and / or the reinforcing element may be made of a stainless steel or a stainless steel alloy.
  • Arming element made of different steel alloys.
  • the different steel alloys can be different
  • the material of the reinforcing element may have a lower coefficient of thermal expansion than the material of the pressure tube.
  • the connecting layer is made of a solder, in particular of an aluminum solder.
  • the connecting layer can be wound on the pressure tube, for example in the form of a wire.
  • the reinforcing element comprises a perforated or slotted tube, a wire circulating in the pressure tube or a
  • the reinforcing element can be pushed onto the connecting layer or wound up. Preferably, the reinforcing element is melted into the connecting layer.
  • the heat transfer element has at least two shells, between which the pressure tube is arranged.
  • the shells may be formed, for example, as extruded sections.
  • the mounting of the heat transfer element to the pressure tube is simplified by the use of multiple shells. As a result, the heat transfer tube can also be produced inexpensively.
  • the heat transfer element may have any number of shells.
  • the heat transfer element may comprise two half shells, three third shells or four quarter shells.
  • the heat transfer element is cylindrical and has radially extending ribs.
  • the ribs preferably extend in a longitudinal direction of the
  • the ribs may have a variety of ramifications. This enlarges the surface of the ribs
  • a heat storage in particular a molten salt latent heat storage with at least one such heat transfer tube and a storage medium, in particular a molten salt, in which the at least one heat transfer tube is at least partially proposed.
  • the heat accumulator may comprise a plurality of heat transfer tubes, which are at least partially disposed in the storage medium.
  • the storage medium may be salts or salt mixtures, in particular alkali metal hydrates, nitrates, nitrites, Sulfates, carbonates, chlorides, hydroxides, bromides, thiocyanates, fluorides and / or combinations of these.
  • the storage medium comprises anhydrous salts or salt hydrates.
  • the method comprises the following steps: providing a pressure tube and a
  • Heat transfer element Attaching a bonding layer to the pressure tube; Attaching a reinforcing element to the connecting layer; Attaching the heat transfer element to the pressure tube, wherein the connecting layer and the reinforcing element between the pressure tube and the
  • Heat transfer element are arranged; Reflowing the bonding layer to connect the pressure tube to the heat transfer element; and cooling the heat transfer tube.
  • the melting of the connecting layer for connecting the pressure tube to the heat transfer element can be carried out, for example, in an oven, wherein the heat transfer tube is baked.
  • the bonding layer is integrally bonded to the heat transfer element, so that no gap can form between the bonding layer and the heat transfer element.
  • a solder is applied to the pressure tube to form the bonding layer.
  • the solder can be wound up on the pressure tube.
  • the reinforcing element can continue to be wound in the form of a wire.
  • a further solder layer can be wound onto the reinforcing element.
  • the bonding layer in the molten state can flow through the reinforcing element.
  • Further possible implementations of the heat transfer tube, of the heat store and / or of the method also include not explicitly mentioned combinations of features or embodiments described above or below with regard to the exemplary embodiments.
  • the skilled person will also add individual aspects as improvements or additions to the respective basic form of the heat transfer tube, the heat accumulator and / or the method.
  • Fig. 1 shows a schematic sectional view of an embodiment of a
  • FIG. 2 shows a schematic perspective view of an embodiment of a heat transfer tube for the heat accumulator according to FIG. 1;
  • FIG. 2 shows a schematic perspective view of an embodiment of a heat transfer tube for the heat accumulator according to FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a schematic block diagram of an embodiment of a
  • Fig. 4 is a schematic sectional view of the heat transfer tube of Fig. 2;
  • FIG. 5 shows a further schematic sectional view of the heat transfer tube according to FIG. 2.
  • FIG. 1 shows a highly simplified schematic sectional view of a
  • Embodiment of a heat accumulator 1 may be a
  • Heat storage 1 is a so-called latent heat storage.
  • the heat storage 1 may be a molten salt latent heat storage.
  • Such latent heat storage use the enthalpy reversible thermodynamic state changes of a process medium or storage medium 2 as a phase transition from solid to liquid and vice versa. Under enthalpy are the energy expenditure of
  • Charging the heat accumulator 1 is melted in this provided storage medium 2, which may be a phase change material.
  • Storage medium 2 this heat energy when solidifying again.
  • the storage medium 2 may be a salt or a salt mixture.
  • Storage medium 2 comprises alkali metal hydrates, nitrates, nitrites, sulfates, carbonates, chlorides, hydroxides, bromides, thiocyanates, fluorides or combinations of these, in particular anhydrous salts or salt hydrates.
  • alkali metal hydrates nitrates, nitrites, sulfates, carbonates, chlorides, hydroxides, bromides, thiocyanates, fluorides or combinations of these, in particular anhydrous salts or salt hydrates.
  • Storage medium 2 have a melting temperature of about 300 ° C. Consequently, the heat accumulator 1 can be operated with an operating temperature of over 300 ° C.
  • the heat storage 1 further comprises one or more heat transfer tube 3, which are designed as so-called fin tubes or can be referred to as fin tubes.
  • the heat transfer tube 3 is at least partially in the
  • Storage medium 2 arranged and / or passed therethrough.
  • a fluid 4 such as water vapor can be passed.
  • the fluid 4 gives heat to the
  • Storage medium 2 from. When the storage medium 2 solidifies, this heat is transferred to the fluid 4.
  • Fig. 2 shows a schematic perspective view of an embodiment of such a heat transfer tube 3.
  • the heat transfer tube 3 comprises a pressure tube 5 for conveying the fluid 4.
  • the pressure tube 5 is made of a steel alloy manufactured.
  • the pressure tube 5 may be made of a stainless steel.
  • On the outside of the pressure tube 5 is a rib body, heat transfer body or
  • Heat transfer element 6 is provided.
  • the heat transfer element 6 is cylindrical and may have a first circular cylindrical shell 7 and a second circular cylindrical shell 8, between which the pressure tube 5 is arranged.
  • the heat transfer element 6 comprises a plurality of radially extending ribs 9, of which in Fig. 2 only two with a
  • the ribs 9 extend in a fin shape out of the half-shells 7, 8. Therefore, the heat transfer tube 3 is also referred to as a fin tube.
  • the number of ribs 9 is arbitrary. As shown in FIG. 2, that can
  • Heat transfer element 6 eight ribs 9 have.
  • the ribs 9 extend in a longitudinal direction L of the heat transfer tube 3 and radially out of the
  • the ribs 9 can have a multiplicity of branches or ramifications, not shown in FIG. 2. This can be a
  • the heat transfer element 6 is made of a
  • Heat transfer element 6 is provided with the pressure tube 5.
  • the Bonding layer 10 is also made of an aluminum alloy.
  • the bonding layer 10 may be made of an aluminum solder.
  • Connecting layer 10 may be made of the same material as that
  • Heat transfer element 6 The material of the heat transfer element 6 and the connecting layer 10 has a higher coefficient of thermal expansion than the material of the pressure tube 5.
  • the connecting layer 10 is materially connected to the heat transfer element 6. Bonded connections, such as soldered connections, are to be understood as meaning all connections in which the
  • Connection partners are held together by atomic or molecular forces. They are at the same time non-detachable connections, which can only be separated by destruction of the connecting means.
  • a reinforcing element 11 is provided, which is adapted to prevent a thermal expansion of the connecting layer 10 and the heat transfer element 6.
  • the reinforcing element 11 is provided on the outside of the connecting layer 10 and / or in this
  • the connecting layer 10 is sandwiched between the pressure tube 5 and the reinforcing element 1 1.
  • the material from which the reinforcing element 1 1 is made, has a lower coefficient of thermal expansion than the material of the heat transfer element 6 and the connecting layer 10th
  • Reinforcing element 1 1 acted upon by radially acting pressure forces.
  • the reinforcing element 11 is made from a steel factory off.
  • the pressure tube 5 and the reinforcing element 11 may be made of the same steel alloy.
  • the pressure tube 5 and the reinforcing element 11 may be made of different steel alloys. More precisely, that can
  • Pressure tube 5 and the reinforcing element 11 may be made of steel alloys having different thermal expansion coefficients.
  • the reinforcing element 11 may comprise a slotted or perforated tube, a wire surrounding the pressure tube 5 or a wire mesh.
  • Connecting layer 10 due to their arrangement between the pressure tube 5 and the reinforcing element 1 1 does not extend so far that forms a gap between the pressure tube 5 and the connecting layer 10. This is always a good one
  • Heat transfer from the pressure tube 5 ensures the heat transfer element 6. Due to the cohesive connection of the connecting layer 10 with the heat transfer element 6 can also be between the
  • Heat transfer element 6 and the connecting layer 10 form no gap.
  • the reinforcing element 11 receives at a heat input into the heat transfer tube 3 circumferential stresses resulting from a thermal expansion of the bonding layer 10.
  • Figs. 3 to 5 show an embodiment of a method of manufacturing such a heat transfer tube 3.
  • the pressure tube 5 and the heat transfer member 6 are provided.
  • the heat transfer element 6 may have the two half shells 7, 8, which may be formed as extruded profiles.
  • the bonding layer 10 is attached to the pressure pipe 5. In this case, an aluminum solder can be wound onto the pressure tube 5.
  • the reinforcing element 11 is attached to the bonding layer 10.
  • the reinforcing element 11 may be in the form of a tube over the
  • the reinforcing element 11 can be wound onto the bonding layer 10 in the form of a wire.
  • the heat transfer element 6 with the two half shells 7, 8 is attached to the pressure tube 5, wherein the connecting layer 10 and the
  • FIG. 4 shows the pressure tube 5 after step S4.
  • a step S5 the connecting layer 10 is melted to connect the pressure tube 5 with the heat transfer element 6.
  • the connecting layer 10 is melted to connect the pressure tube 5 with the heat transfer element 6.
  • FIG. 5 shows the heat transfer tube 3 after the step S6.
  • the half-shells 7, 8 are arranged slightly spaced from each other. Between the half-shells 7, 8, a gap 12 may be provided.
  • the reinforcing element 1 1 is melted into the connecting layer 10 and the heat transfer element 6 is materially connected to the connecting layer 10.
  • the gap 12 closes.
  • the heat transfer element 6 may comprise three third shells or four quarter shells.
  • the number of bowls is arbitrary.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

Ein Wärmeübertragungsrohr (3), insbesondere Flossenrohr, für einen Wärmespeicher (1), insbesondere für einen Salzschmelze-Latentwärmespeicher, mit einem Druckrohr (5) zum Fördern eines Fluids (4), einem außenseitig an dem Druckrohr (5) vorgesehenen Wärmeübertragungselement (6), einer zwischen dem Druckrohr (5) und dem Wärmeübertragungselement (6) angeordneten Verbindungsschicht (10) zum Verbinden des Wärmeübertragungselements (6) mit dem Druckrohr (5), wobei die Verbindungsschicht (10) stoffschlüssig mit dem Wärmeübertragungselement (6) verbunden ist und einem an oder in der Verbindungsschicht (10) vorgesehenen Armierungselement (11), das dazu eingerichtet ist, eine wärmebedingte Ausdehnung der Verbindungsschicht (10) zu verhindern.

Description

Beschreibung
Wärmeübertragungsrohr, Wärmespeicher und Verfahren zum Herstellen eines
Wärmeübertraqungsrohrs
Die Erfindung betrifft ein Wärmeübertragungsrohr, einen Wärmespeicher mit einem derartigen Wärmeübertragungsrohr und ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Wärmeübertragungsrohrs.
Wärmespeicher, insbesondere sogenannte Latentwärmespeicher, weisen ein
Speichermedium und ein in dem Speichermedium oder durch dieses hindurchgeführtes Wärmeübertragungsrohr auf. Durch das Wärmeübertragungsrohr wird ein Fluid, wie beispielsweise erhitzter Wasserdampf, geleitet. Derartige Latentwärmespeicher nutzen die Enthalpie reversibler thermodynamischer Zustandsänderungen des
Speichermediums, insbesondere den Phasenübergang von fest zu flüssig und umgekehrt. Beim Aufladen des Latentwärmespeichers wird das Speichermedium geschmolzen. Während des Schmelzvorgangs nimmt das Speichermedium von dem Fluid eine große Wärmeenergie in Form der Schmelzwärme auf. Aufgrund der
Reversibilität dieses Vorgangs gibt das Speichermedium diese Wärmeenergie beim Erstarren wieder an das Fluid ab. Um eine gute Wärmeübertragung von dem Wärmeübertragungsrohr auf das
Speichermedium zu gewährleisten, kann das Wärmeübertragungsrohr sich in seiner Längsrichtung erstreckende Rippen aufweisen. Da Aluminiumlegierungen besonders gute Wärmeleiteigenschaften aufweisen und eine filigrane Rippengestaltungen, beispielsweise mittels Strangpressen, möglich ist, ist hinsichtlich einer guten
Wärmeübertragung von dem Wärmeübertragungsrohr auf das Speichermedium und umgekehrt ein Aluminiumwerkstoff ein geeignetes Material für derartige
Wärmeübertragungsrohre. Da Aluminiumlegierungen jedoch bei höheren
Temperaturen nur eine eingeschränkte Festigkeit aufweisen, ist es erforderlich, das Wärmeübertragungsrohr mit einem Druckrohr aus einer Stahllegierung zu versehen, um den Druck des Fluids aufzunehmen.
Die WO 201 1/0696693 A1 beschreibt ein Wärmeübertragungsrohr mit einem aus einer Stahllegierung gefertigten Druckrohr und einem Wärmeübertragungselement, das aus einer Aluminiumlegierung gefertigt ist. Da Aluminiumlegierungen einen deutlich höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten als Stahllegierungen aufweisen, kann sich bei einem Wärmeeintrag in das Wärmeübertragungsrohr zwischen dem Druckrohr und dem Wärmeübertragungselement ein die Wärmeübertragung behindernder Spalt bilden. Um eine Spaltbildung zu verhindern, ist das Wärmeübertragungselement mit Hilfe von federnden Klammern, die zwei Halbschalen des
Wärmeübertragungselements an das Druckrohr klemmen, an dem Druckrohr befestigt. Bei einem Wärmeeintrag in das Wärmeübertragungsrohr halten die Klammern das Wärmeübertragungselement in Kontakt mit dem Druckrohr.
Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein verbessertes Wärmeübertragungsrohr für einen Wärmespeicher zur Verfügung zu stellen. Demgemäß wird ein Wärmeübertragungsrohr, insbesondere ein Flossenrohr, für einen Wärmespeicher, insbesondere für einen Salzschmelze-Latentwärmespeicher, vorgeschlagen. Das Wärmeübertragungsrohr umfasst ein Druckrohr zum Fördern eines Fluids, ein außenseitig an dem Druckrohr vorgesehenes
Wärmeübertragungselement, eine zwischen dem Druckrohr und dem
Wärmeübertragungselement angeordnete Verbindungsschicht zürn Verbinden des Wärmeübertragungselements mit dem Druckrohr, wobei die Verbindungsschicht stoffschlüssig mit dem Wärmeübertragungselement verbunden ist und ein an oder in der Verbindungsschicht vorgesehenes Armierungselement, das dazu eingerichtet ist, eine wärmebedingte Ausdehnung der Verbindungsschicht zu verhindern.
Darunter, dass das Armierungselement eine wärmebedingte Ausdehnung der
Verbindungsschicht verhindert, ist vorliegend zu verstehen, dass eine wärmebedingte Ausdehnung der Verbindungsschicht unterbunden oder derart reduziert wird, dass zwischen dem Druckrohr und der Verbindungsschicht kein Spalt entsteht. Aufgrund der stoffschlüssigen Verbindung der Verbindungsschicht mit dem
Wärmeübertragungselement sind die Verbindungsschicht und das
Wärmeübertragungselement einteilig ausgebildet. Genauer gesagt ist das
Armierungselement dazu eingerichtet, eine wärmebedingte Ausbildung eines Spalts zwischen der Verbindungsschicht und dem Druckrohr zu verhindern. Dadurch, dass die Verbindungsschicht zum Verbinden des Wärmeübertragungselements mit dem Druckrohr vorgesehen ist, ist stets ein flächiger Kontakt der Verbindungsschicht mit dem Druckrohr gewährleistet. Das heißt, es liegt ein spaltfreier Kontakt der
Verbindungsschicht mit dem Druckrohr vor. Dadurch, dass die Verbindungsschicht stoffschlüssig mit dem Wärmeübertragungselement verbunden ist, wird die Ausbildung eines Spalts zwischen der Verbindungsschicht und dem Wärmeübertragungselement verhindert. Die Verbindungsschicht ist mit dem Wärmeübertragungselement insbesondere spaltfrei verbunden. Das Armierungselement verhindert insbesondere auch eine wärmebedingte Ausdehnung des Wärmeübertragungselements. Bei der bekannten Anordnung wird nur ein linienförmiger Kontakt erreicht. Darunter, dass das Armierungselement eine wärmebedingte Ausdehnung der Verbindungsschicht verhindert, ist vorliegend zu verstehen, dass eine wärmebedingte Ausdehnung der Verbindungsschicht unterbunden oder derart reduziert wird, dass zwischen dem Druckrohr und der Verbindungsschicht kein Spalt entsteht. Hierbei ist die
Zwischenschicht zwischen dem Armierungselement und dem Druckrohr eingezwängt. Eine wärmebedingte Ausdehnung der Verbindungsschicht wird durch das
Armierungselement mechanisch verhindert. Dabei nimmt das Armierungselement Umfangsspannungen auf, die aus einer Wärmeausdehnung der Verbindungsschicht resultieren. Eine Betriebstemperatur des Wärmespeichers kann über 300° C betragen. Bei der Betriebstemperatur des Wärmespeichers ist eine Streckgrenze des Materials des Wärmeübertragungselements und/oder der Verbindungsschicht sö gering, dass diese keine Kraft aufnehmen können. Die Aufnahme der Druckkräfte erfolgt ausschließlich mit Hilfe des Druckrohrs. Unter stoffschlüssigen Verbindungen, wie Lötverbindungen sind alle Verbindungen zu verstehen, bei denen die
Verbindungspartner durch atomare oder molekulare Kräfte zusammengehalten werden. Sie sind gleichzeitig nicht lösbare Verbindungen, die sich nur durch Zerstörung der Verbindungsmittel trennen lassen.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Armierungselement dazu eingerichtet, bei einem Wärmeeintrag in das Wärmeübertragungsrohr einen flächigen Kontakt der
Verbindungsschicht mit dem Druckrohr zu gewährleisten.
Insbesondere ist die Verbindungsschicht umlaufend flächig an dem Druckrohr aufliegend. Die Aufliegefläche ist vorzugsweise zylinderförmig. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist ein Werkstoff, aus dem das Wärmeübertragungselement und die Verbindungsschicht gefertigt sind, einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten auf als ein Werkstoff, aus dem das Druckrohr und die Armierung gefertigt sind. Hierdurch ist gewährleistet, dass die Verbindungsschicht sich nur soweit ausdehnen kann, wie es der Werkstoff des Armierungselements zulässt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind das Wärmeübertragungselement und/oder die Verbindungsschicht jeweils aus einer Aluminiumlegierung gefertigt.
Beispielsweise können das Wärmeübertragungselement und/oder die
Verbindungsschicht aus dem derselben oder aus unterschiedlichen
Aluminiumlegierungen gefertigt sein. Die Aluminiumlegierungen können beispielsweise unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind das Druckrohr und/oder das
Armierungselement jeweils aus einer Stahllegierung gefertigt.
Beispielsweise können das Druckrohr und/oder das Armierungselement aus einem rostfreien Stahl oder einer Edelstahllegierung gefertigt sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind das Druckrohr und das
Armierungselement aus unterschiedlichen Stahllegierungen gefertigt. Beispielsweise können die unterschiedlichen Stahllegierungen unterschiedliche
Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. Beispielsweise kann das Material des Armierungselements einen niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen als das Material des Druckrohrs. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Verbindungsschicht aus einem Lot, insbesondere aus einem Aluminiumlot, gefertigt.
Die Verbindungsschicht kann beispielsweise in Form eines Drahts auf das Druckrohr aufgewickelt sein. Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Armierungselement ein gelochtes oder geschlitztes Rohr, einen in das Druckrohr umlaufenden Draht oder ein
Drahtgeflecht. Das Armierungselement kann auf die Verbindungsschicht aufgeschoben oder aufgewickelt sein. Vorzugsweise ist das Armierungselement in die Verbindungsschicht eingeschmolzen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Wärmeübertragungselement zumindest zwei Schalen auf, zwischen denen das Druckrohr angeordnet ist.
Die Schalen können beispielsweise als Strang pressprofile ausgebildet sein. Die Montage des Wärmeübertragungselements an dem Druckrohr vereinfacht sich durch die Verwendung mehrerer Schalen. Hierdurch kann das Wärmeübertragungsrohr auch kostengünstig hergestellt werden. Das Wärmeübertragungselement kann beliebig viele Schalen aufweisen. Beispielsweise kann das Wärmeübertragungselement zwei Halbschalen, drei Drittelschalen oder vier Viertelschalen umfassen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Wärmeübertragungselement zylinderförmig und weist sich radial erstreckende Rippen auf.
Die Rippen erstrecken sich vorzugsweise in einer Längsrichtung des
Wärmeübertragungsrohrs. Die Rippen können eine Vielzahl an Verästelungen aufweisen. Hierdurch vergrößert sich die Oberfläche des
Wärmeübertragungselements, wodurch eine verbesserte Wärmeübertragung möglich ist.
Weiterhin wird ein Wärmespeicher, insbesondere ein Salzschmelze- Latentwärmespeicher mit zumindest einem derartigen Wärmeübertragungsrohr und einem Speichermedium, insbesondere einer Salzschmelze, in dem das zumindest eine Wärmeübertragungsrohr zumindest teilweise angeordnet ist, vorgeschlagen.
Der Wärmespeicher kann eine Vielzahl an Wärmeübertragungsrohren umfassen, die in dem Speichermedium zumindest teilweise angeordnet sind. Das Speichermedium kann Salze oder Salzmischungen, insbesondere Alkalimetallhydrate, Nitrate, Nitrite, Sulfate, Carbonate, Chloride, Hydroxide, Bromide, Thiocyanate, Fluoride und/oder Kombinationen von diesen aufweisen. Insbesondere umfasst das Speichermedium wasserfreie Salze oder Salzhydrate. Ferner wird ein Verfahren zum Herstellen eines Wärmeübertragungsrohrs,
insbesondere eines Flossenrohrs, für einen Wärmespeicher, insbesondere für einen Salzschmelze-Latentwärmespeicher vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Bereitstellen eines Druckrohrs und eines
Wärmeübertragungselements; Anbringen einer Verbindungsschicht an dem Druckrohr; Anbringen eines Armierungselements an der Verbindungsschicht; Anbringen des Wärmeübertragungselements an dem Druckrohr, wobei die Verbindungsschicht und das Armierungselement zwischen dem Druckrohr und dem
Wärmeübertragungselement angeordnet sind; Aufschmelzen der Verbindungsschicht zum Verbinden des Druckrohrs mit dem Wärmeübertragungselement; und Abkühlen des Wärmeübertragungsrohrs.
Das Aufschmelzen der Verbindungsschicht zum Verbinden des Druckrohrs mit dem Wärmeübertragungselement kann beispielsweise in einem Ofen erfolgen, wobei das Wärmeübertragungsrohr gebacken wird. Insbesondere wird die Verbindungsschicht stoffschlüssig mit dem Wärmeübertragungselement verbunden, so dass sich zwischen der Verbindungsschicht und dem Wärmeübertragungselement kein Spalt bilden kann.
Gemäß einer Ausführungsform wird zum Bilden der Verbindungsschicht ein Lot auf das Druckrohr aufgebracht.
Das Lot kann auf das Druckrohr aufgewickelt werden. Auf das Lot kann weiterhin das Armierungselement in Form eines Drahts aufgewickelt werden. Zusätzlich kann auf das Armierungselement eine weitere Lotschicht aufgewickelt werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird beim Aufschmelzen der
Verbindungsschicht das Armierungselement in die Verbindungsschicht
eingeschmolzen.
Insbesondere kann die Verbindungsschicht im geschmolzenen Zustand durch das Armierungselement hindurchfließen. Weitere mögliche Implementierungen des Wärmeübertragungsrohrs, des Wärmespeichers und/oder des Verfahrens umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform des Wärmeübertragungsrohrs, des Wärmespeichers und/oder des Verfahrens hinzufügen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Aspekte des Wärmeübertragungsrohrs, des Wärmespeichers und/oder des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele des Wärmeübertragungsrohrs, des Wärmespeichers und/oder des Verfahrens. Im Weiteren werden das
Wärmeübertragungsrohr, der Wärmespeicher und/oder das Verfahren anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform eines
Wärmespeichers; Fig. 2 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Wärmeübertragungsrohrs für den Wärmespeicher gemäß Fig. 1 ;
Fig. 3 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform eines
Verfahrens zum Herstellen eines Wärmeübertragungsrohrs gemäß Fig. 2;
Fig. 4 zeigt eine schematische Schnittansicht des Wärmeübertragungsrohrs gemäß Fig. 2; und
Fig. 5 zeigt eine weitere schematische Schnittansicht des Wärmeübertragungsrohrs gemäß Fig. 2.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben
Bezugszeichen versehen worden, sofern nichts anderes angegeben ist. Die Fig. 1 zeigt in einer stark vereinfachten schematischen Schnittansicht eine
Ausführungsform eines Wärmespeichers 1. Der Wärmespeicher 1 kann einen
Durchmesser von etwa 50 Meter und eine Höhe von 30 Meter aufweisen. Der
Wärmespeicher 1 ist ein sogenannter Latentwärmespeicher. Der Wärmespeicher 1 kann ein Salzschmelze-Latentwärmespeicher sein. Derartige Latentwärmespeicher nutzen die Enthalpie reversibler thermodynamischer Zustandsänderungen eines Prozessmediums oder Speichermediums 2 wie einen Phasenübergang von fest zu flüssig und umgekehrt. Unter Enthalpie sind der Energieaufwand von
Phasenumwandlungen und der Energiegehalt von Stoffen zu verstehen. Beim
Aufladen des Wärmespeichers 1 wird das in diesem vorgesehene Speichermedium 2, das ein Phasenwechselmaterial sein kann, aufgeschmolzen. Während des
Schmelzvorgangs nimmt das Speichermedium 2 eine große Wärmeenergie in Form der Schmelzwärme auf. Auf Grund der Reversibilität dieses Vorgangs gibt das
Speichermedium 2 diese Wärmeenergie beim Erstarren wieder ab.
Das Speichermedium 2 kann ein Salz oder eine Salzmischung sein. Das
Speichermedium 2 umfasst Alkalimetallhydrate, Nitrate, Nitrite, Sulfate, Karbonate, Chloride, Hydroxide, Bromide, Thiocyanate, Fluoride oder Kombinationen von diesen, insbesondere wasserfreie Salze oder Salzhydrate. Beispielsweise kann das
Speichermedium 2 eine Schmelztemperatur von über 300° C aufweisen. Demzufolge kann der Wärmespeicher 1 mit einer Betriebstemperatur von über 300° C betrieben werden.
Der Wärmespeicher 1 umfasst weiterhin ein oder mehrere Wärmeübertragungsrohr 3, das als sogenannte Flossenrohre ausgebildet sind oder als Flossenrohre bezeichnet werden können. Das Wärmeübertragungsrohr 3 ist zumindest teilweise in dem
Speichermedium 2 angeordnet und/oder durch dieses hindurchgeführt. Durch das Wärmeübertragungsrohr 3 kann ein Fluid 4, wie Wasserdampf hindurchgeführt werden. Beim Aufschmelzen des Speichermediums 2 gibt das Fluid 4 Wärme an das
Speichermedium 2 ab. Beim Erstarren des Speichermediums 2 gibt dieses Wärme an das Fluid 4 ab.
Die Fig. 2 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines derartigen Wärmeübertragungsrohrs 3. Das Wärmeübertragungsrohr 3 umfasst ein Druckrohr 5 zum Fördern des Fluids 4. Das Druckrohr 5 ist aus einer Stahllegierung gefertigt. Das Druckrohr 5 kann aus einem rostfreien Stahl gefertigt sein. Außenseitig an dem Druckrohr 5 ist ein Rippenkörper, Wärmeübertragungskörper oder
Wärmeübertragungselement 6 vorgesehen. Das Wärmeübertragungselement 6 ist zylinderförmig und kann eine erste kreiszylinderförmige Halbschale 7 und eine zweite kreiszylinderförmige Halbschale 8 aufweisen, zwischen denen das Druckrohr 5 angeordnet ist. Das Wärmeübertragungselement 6 umfasst eine Vielzahl sich radial erstreckender Rippen 9, von denen in der Fig. 2 lediglich zwei mit einem
Bezugszeichen versehen sind. Die Rippen 9 erstrecken sich flossenförmig aus den Halbschalen 7, 8 heraus. Deshalb wird das Wärmeübertragungsrohr 3 auch als Flossenrohr bezeichnet.
Die Anzahl der Rippen 9 ist beliebig. Wie die Fig. 2 zeigt, kann das
Wärmeübertragungselement 6 acht Rippen 9 aufweisen. Die Rippen 9 erstrecken sich in einer Längsrichtung L des Wärmeübertragungsrohrs 3 und radial aus den
Halbschalen 7, 8 heraus. Die Rippen 9 können eine Vielzahl in der Fig. 2 nicht gezeigter Verzweigungen oder Verästelungen aufweisen. Hierdurch kann eine
Oberfläche des Wärmeübertragungselements 6 vergrößert werden, was die
Wärmeübertragung von dem Wärmeübertragungsrohr 3 auf das Speichermedium 2 und umgekehrt verbessert. Das Wärmeübertragungselement 6 ist aus einer
Aluminiumlegierung gefertigt. Durch die Verwendung einer Aluminiumlegierung für das Wärmeübertragungselement 6 kann dieses besonders filigran gestaltet werden und weist aufgrund der hohen spezifischen Wärmeleitfähigkeit von Aluminium im Vergleich zu der für das Druckrohr 5 verwendeten Stahllegierung gute Wärmeleiteigenschaften auf.
Bei hohen Temperaturen, wie beispielsweise bei Temperaturen von über 300° C, fällt die Streckgrenze von Aluminiumlegierungen im Vergleich zu Stahllegierungen drastisch ab, so dass eine kraftübertragende Konstruktion mit Aluminiumlegierungen bei hohen Temperaturen nicht möglich ist. Daher wird nur das Druckrohr 5 mit dem Fluid 4 beaufschlagt und das Wärmeübertragungselement 6 wird nicht mechanisch mit dem Innendruck belastet.
Zwischen dem Druckrohr 5 und dem Wärmeübertragungselement 6 ist eine
Zwischenschicht oder Verbindungsschicht 10 zum Verbinden des
Wärmeübertragungselements 6 mit dem Druckrohr 5 vorgesehen. Die Verbindungsschicht 10 ist ebenfalls aus einer Aluminiumlegierung gefertigt. Die Verbindungsschicht 10 kann aus einem Aluminiumlot gefertigt sein. Die
Verbindungsschicht 10 kann aus demselben Werkstoff gefertigt sein wie das
Wärmeübertragungselement 6. Das Material des Wärmeübertragungselements 6 und der Verbindungsschicht 10 weist einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten auf als das Material des Druckrohrs 5. Die Verbindungsschicht 10 ist stoffschlüssig mit dem Wärmeübertragungselement 6 verbunden. Unter stoffschlüssigen Verbindungen, wie Lötverbindungen sind alle Verbindungen zu verstehen, bei denen die
Verbindungspartner durch atomare oder molekulare Kräfte zusammengehalten werden. Sie sind gleichzeitig nicht lösbare Verbindungen, die sich nur durch Zerstörung der Verbindungsmittel trennen lassen.
An oder in der Verbindungsschicht 10 ist ein Armierungselement 11 vorgesehen, das dazu eingerichtet ist, eine wärmebedingte Ausdehnung der Verbindungsschicht 10 und des Wärmeübertragungselements 6 zu verhindern. Das Armierungselement 11 ist außenseitig auf der Verbindungsschicht 10 vorgesehen und/oder in diese
eingeschmolzen. Die Verbindungsschicht 10 ist zwischen dem Druckrohr 5 und dem Armierungselement 1 1 eingezwängt. Das Material, aus dem das Armierungselement 1 1 gefertigt ist, weist einen geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten auf als das Material des Wärmeübertragungselements 6 und der Verbindungsschicht 10.
Hierdurch wird eine wärmebedingte Ausdehnung der Verbindungsschicht 10 verhindert. Bei einem betriebsbedingten Wärmeeintrag in das Wärmeübertragungsrohr 3 wird die Verbindungsschicht 10 mit Hilfe des Druckrohrs 5 und des
Armierungselements 1 1 mit radial wirkenden Druckkräften beaufschlagt.
Das Armierungselement 11 ist aus einem Stahl werkst off gefertigt. Beispielsweise können das Druckrohr 5 und das Armierungselement 11 aus derselben Stahllegierung gefertigt sein. Alternativ können das Druckrohr 5 und das Armierungselement 11 aus unterschiedlichen Stahllegierungen gefertigt sein. Genauer gesagt können das
Druckrohr 5 und das Armierungselement 11 aus Stahllegierungen gefertigt sein, die unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. Beispielsweise kann das Material des Armierungselements 11 einen geringeren
Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen als das des Druckrohrs 5. Hierdurch wird stets gewährleistet, dass bei einem Wärmeeintrag in das Wärmeübertragungsrohr 3 ein umfänglich flächiger Kontakt der Verbindungsschicht 10 mit dem Druckrohr 5 gewährleistet ist. Das Armierungselement 11 kann ein geschlitztes oder gelochtes Rohr, einen das Druckrohr 5 umlaufenden Draht oder ein Drahtgeflecht umfassen.
Bei einem Wärmeeintrag in das Wärmeübertragungsrohr 3 kann sich die
Verbindungsschicht 10 aufgrund ihrer Anordnung zwischen dem Druckrohr 5 und dem Armierungselement 1 1 nicht soweit ausdehnen, dass sich zwischen dem Druckrohr 5 und der Verbindungsschicht 10 ein Spalt bildet. Hierdurch ist stets ein guter
Wärmeübertrag von dem Druckrohr 5 auf das Wärmeübertragungselement 6 gewährleistet. Aufgrund der stoffschlüssigen Verbindung der Verbindungsschicht 10 mit dem Wärmeübertragungselement 6 kann sich auch zwischen dem
Wärmeübertragungselement 6 und der Verbindungsschicht 10 kein Spalt bilden. Das Armierungselement 11 nimmt bei einem Wärmeeintrag in das Wärmeübertragungsrohr 3 Umfangsspannungen auf, die aus einer Wärmeausdehnung der Verbindungsschicht 10 resultieren.
Die Fig. 3 bis 5 zeigen eine Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen eines derartigen Wärmeübertragungsrohrs 3. In einem Schritt S1 werden das Druckrohr 5 und das Wärmeübertragungselement 6 bereitgestellt. Das Wärmeübertragungselement 6 kann die beiden Halbschalen 7, 8 aufweisen, die als Strangpressprofile ausgebildet sein können. In einem Schritt S2 wird die Verbindungsschicht 10 an dem Druckrohr 5 angebracht. Hierbei kann ein Aluminiumlot auf das Druckrohr 5 aufgewickelt werden.
In einem Schritt S3 wird das Armierungselement 11 an der Verbindungsschicht 10 angebracht. Das Armierungselement 11 kann in Form eines Rohrs über die
Verbindungsschicht 10 geschoben werden. Alternativ kann das Armierungselement 11 in Form eines Drahtes auf die Verbindungsschicht 10 aufgewickelt werden. In einem Schritt S4 wird das Wärmeübertragungselement 6 mit den beiden Halbschalen 7, 8 an dem Druckrohr 5 angebracht, wobei die Verbindungsschicht 10 und das
Armierungselement 11 zwischen dem Druckrohr 5 und dem
Wärmeübertragungselement 6 angeordnet sind. Die Fig. 4 zeigt das Druckrohr 5 nach dem Schritt S4.
In einem Schritt S5 wird die Verbindungsschicht 10 zum Verbinden des Druckrohrs 5 mit dem Wärmeübertragungselement 6 aufgeschmolzen. Hierbei wird das
Armierungselement 11 in die Verbindungsschicht 10 eingeschmolzen. Hierzu kann das Wärmeübertragungsrohr 3 in einem Ofen gebacken werden. In einem Schritt S6 wird das Wärmeübertragungsrohr 3 abgekühlt. Die Fig. 5 zeigt das Wärmeübertragungsrohr 3 nach dem Schritt S6. Vor dem Aufschmelzen der Verbindungsschicht 10 sind, wie in der Fig. 4 gezeigt, die Halbschalen 7, 8 geringfügig voneinander beabstandet angeordnet. Zwischen den Halbschalen 7, 8 kann ein Spalt 12 vorgesehen sein. Nach dem Aufschmelzen der Verbindungsschicht 10 ist das Armierungselement 1 1 in die Verbindungsschicht 10 eingeschmolzen und das Wärmeübertragungselement 6 ist stoffschlüssig mit der Verbindungsschicht 10 verbunden. Beim Aufschmelzen der Verbindungsschicht 10 schließt sich der Spalt 12.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist sie vielfältig modifizierbar.
Beispielsweise kann das Wärmeübertragungselement 6 anstatt zwei Halbschalen 7, 8 drei Drittelschalen oder vier Viertelschalen umfassen. Die Anzahl der Schalen ist beliebig.
Verwendete Bezugszeichen
1 Wärmespeicher
2 Speichermedium
3 Wärmeübertragungsrohr
4 Fluid
5 Druckrohr
6 Wärmeübertragungselement
7 Halbschale
8 Halbschale
9 Rippe
10 Verbindungsschicht
11 Armierungselement
12 Spalt
L Längsrichtung
51 Schritt
52 Schritt
53 Schritt
S4 Schritt
55 Schritt
56 Schritt

Claims

Patentansprüche
1. Wärmeübertragungsrohr (3), insbesondere Flossenrohr, für einen Wärmespeicher (1), insbesondere für einen Salzschmelze-Latentwärmespeicher, mit einem
Druckrohr (5) zum Fördern eines Fluids (4), einem außenseitig an dem Druckrohr (5) vorgesehenen Wärmeübertragungselement (6), einer zwischen dem Druckrohr (5) und dem Wärmeübertragungselement (6) angeordneten Verbindungsschicht (10) zum Verbinden des Wärmeübertragungselements (6) mit dem Druckrohr (5), wobei die Verbindungsschicht (10) stoffschlüssig mit dem
Wärmeübertragungselement (6) verbunden ist und einem an oder in der
Verbindungsschicht (10) vorgesehenen Armierungselement (11), das dazu eingerichtet ist, eine wärmebedingte Ausdehnung der Verbindungsschicht (10) zu verhindern.
2. Wärmeübertragungsrohr nach Anspruch 1 , wobei das Armierungselement (1 1) dazu eingerichtet ist, bei einem Wärmeeintrag in das Wärmeübertragungsrohr (3) einen flächigen Kontakt der Verbindungsschicht (10) mit dem Druckrohr (5) zu gewährleisten.
3. Wärmeübertragungsrohr nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Werkstoff, aus dem das Wärmeübertragungselement (6) und die Verbindungsschicht (10) gefertigt sind, einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist als ein Werkstoff, aus dem das Druckrohr (5) und das Armierungselement (11) gefertigt sind.
4. Wärmeübertragungsrohr nach einem der Ansprüche 1 - 3, wobei das
Wärmeübertragungselement (6) und/oder die Verbindungsschicht (10) jeweils aus einer Aluminiumlegierung gefertigt sind.
5. Wärmeübertragungsrohr nach einem der Ansprüche 1 - 4, wobei das Druckrohr (5) und/oder das Armierungselement (1 1) jeweils aus einer Stahllegierung gefertigt sind.
6. Wärmeübertragungsrohr nach Anspruch 5, wobei das Druckrohr (5) und das
Armierungselement (11) aus unterschiedlichen Stahllegierungen gefertigt sind.
7. Wärmeübertragungsrohr nach einem der Ansprüche 1 - 6, wobei die Verbindungsschicht (10) aus einem Lot, insbesondere aus einem Aluminiumlot, gefertigt ist.
8. Wärmeübertragungsrohr nach einem der Ansprüche 1 - 7, wobei das
Armierungselement (1 1) ein gelochtes oder geschlitztes Rohr, einen das Druckrohr umlaufenden Draht öder ein Drahtgeflecht umfasst.
9. Wärmeübertragungsrohr nach einem der Ansprüche 1 - 8, wobei das
Wärmeübertragungselement (6) zumindest zwei Schalen (7, 8) aufweist, zwischen denen das Druckrohr (5) angeordnet ist.
10. Wärmeübertragungsrohr nach einem der Ansprüche 1 - 9, wobei das
Wärmeübertragungselement (6) zylinderförmig ist und sich radial erstreckende Rippen (9) aufweist.
1 1. Wärmespeicher (1), insbesondere Salzschmelze-Latentwärmespeicher, mit
zumindest einem Wärmeübertragungsrohr (3) nach einem der Ansprüche 1 - 10 und einem Speichermedium (2), insbesondere einer Salzschmelze, in dem das zumindest eine Wärmeübertragungsrohr (3) zumindest teilweise angeordnet ist.
12. Verfahren zum Herstellen eines Wärmeübertragungsrohrs (3), insbesondere eines Flossenrohrs, für einen Wärmespeicher (1), insbesondere für einen Salzschmelze- Latentwärmespeicher, mit folgenden Schritten:
Bereitstellen (S1) eines Druckrohrs (5) und eines Wärmeübertragungselements
(6);
Anbringen (S2) einer Verbindungsschicht (10) an dem Druckrohr (5);
Anbringen (S3) eines Armierungselements (1 1) an der Verbindungsschicht (10); Anbringen (S4) des Wärmeübertragungselements (6) an dem Druckrohr (5), wobei die Verbindungsschicht (10) und das Armierungselement (11) zwischen dem
Druckrohr (5) und dem Wärmeübertragungselement (6) angeordnet sind;
Aufschmelzen (S5) der Verbindungschicht (10) zum Verbinden des Druckrohrs (5) mit dem Wärmeübertragungselement (6); und
Abkühlen (S6) des Wärmeübertragungsrohrs (3).
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei zum Bilden der Verbindungschicht (10) ein Lot auf das Druckrohr (5) aufgebracht wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei beim Aufschmelzen der
Verbindungsschicht (10) das Armierungselement (10) in die Verbindungsschicht
(10) eingeschmolzen wird.
PCT/EP2016/001220 2015-07-30 2016-06-14 Wärmeübertragungsrohr, wärmespeicher und verfahren zum herstellen eines wärmeübertragungsrohrs Ceased WO2017016647A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP15002264 2015-07-30
EP15002264.8 2015-07-30

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017016647A1 true WO2017016647A1 (de) 2017-02-02

Family

ID=53765029

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2016/001220 Ceased WO2017016647A1 (de) 2015-07-30 2016-06-14 Wärmeübertragungsrohr, wärmespeicher und verfahren zum herstellen eines wärmeübertragungsrohrs

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2017016647A1 (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
USD857183S1 (en) * 2015-05-21 2019-08-20 Kobe Steel, Ltd. Heat exchanger tube
USD868226S1 (en) * 2015-05-21 2019-11-26 Kobe Steel, Ltd. Heat exchanger tube
WO2023026206A1 (fr) * 2021-08-24 2023-03-02 Sun-Ice Energy Pte. Ltd., Unite de chauffage et/ou de refroidissement a materiau a changement de phase

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB735384A (en) * 1953-04-29 1955-08-17 Wellington Tube Works Ltd Tubular heat exchangers
GB901321A (en) * 1959-11-09 1962-07-18 John Brown & Company Ltd Improvements in or relating to finned tubes for heat-exchangers
US3735465A (en) * 1969-01-21 1973-05-29 Airco Inc Assembling apparatus for rolling and clamping a part to a tubular member
WO2011069693A1 (de) 2009-12-11 2011-06-16 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Wärmeübertragungsrohr
WO2014185178A1 (ja) * 2013-05-17 2014-11-20 株式会社Ihi 蓄熱システム

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB735384A (en) * 1953-04-29 1955-08-17 Wellington Tube Works Ltd Tubular heat exchangers
GB901321A (en) * 1959-11-09 1962-07-18 John Brown & Company Ltd Improvements in or relating to finned tubes for heat-exchangers
US3735465A (en) * 1969-01-21 1973-05-29 Airco Inc Assembling apparatus for rolling and clamping a part to a tubular member
WO2011069693A1 (de) 2009-12-11 2011-06-16 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Wärmeübertragungsrohr
WO2014185178A1 (ja) * 2013-05-17 2014-11-20 株式会社Ihi 蓄熱システム

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
USD857183S1 (en) * 2015-05-21 2019-08-20 Kobe Steel, Ltd. Heat exchanger tube
USD868226S1 (en) * 2015-05-21 2019-11-26 Kobe Steel, Ltd. Heat exchanger tube
WO2023026206A1 (fr) * 2021-08-24 2023-03-02 Sun-Ice Energy Pte. Ltd., Unite de chauffage et/ou de refroidissement a materiau a changement de phase

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2510302B1 (de) Wärmeübertragungsrohr
EP2519798B1 (de) Vorrichtung und anlage zum zwischenspeichern thermischer energie
DE102006008786B4 (de) Adsorptions-Wärmepumpe, Adsorptions-Kältemaschine und darin enthaltene Adsorberelemente auf Basis eines offenporigen wärmeleitenden Festkörpers
DE1501589A1 (de) Waermeaustauscher
EP1739376A1 (de) PCM-Element
DE102005039672A1 (de) Speicher für Kälte oder Wärme
WO2017016646A1 (de) Wärmeübertragungsrohr, wärmespeicher und verfahren zum herstellen eines wärmeübertragungsrohrs
DE102009032045A1 (de) Doppelwandiges Rohr, Verfahren zu seiner Herstellung und seine Verwendung
DE202019105940U1 (de) Wärmespeichereinheit
DE1601232A1 (de) Waermeaustauscher
DE102017114141B4 (de) Wärmeübertragungsrohranordnung sowie Wärmespeicher mit einer solchen Wärmeübertragungsrohranordnung
DE928716C (de) Waermeaustauscher
DE2834767A1 (de) Verfahren zur herstellung von kuehlern, insbesondere fuer lastfahrzeuge, und nach diesem verfahren hergestellte kuehler
DE102008049131A1 (de) Verbundheizkörper
AT523430B1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Wärmerohres
WO2017016656A1 (de) Wärmeübertragungsrohr, wärmespeicher und verfahren zum herstellen eines wärmeübertragungsrohrs
EP3686952A1 (de) Gehäuseteil für einen batterieträger und verfahren zu dessen herstellung
DE102016222697B3 (de) Wärmetauscher und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102007039078A1 (de) Lamellenwärmeübertrager
DE2555599A1 (de) Waermeaustauscher
DE10338318B4 (de) Latentwärmespeicher mit einem Wärmetauscher aus Kunststoff-Metallverbund-Kapillarrohr
DE102005007516A1 (de) Adsorptionskühlvorrichtung
DE1929639C3 (de) Verfahren zur Herstellung eines Verdampfers oder Kondensators mit langgestreckten Rippenrohren und diese verbindenden U Rohren
EP2792437B1 (de) Verfahren zum Herstellen eines Verdampferrohres
DE2341974A1 (de) Verfahren zum umformen von rohren

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: 16738361

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 16738361

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1