CZ2023173A3 - System for storage and transfer of heat with solid bulk material - Google Patents
System for storage and transfer of heat with solid bulk material Download PDFInfo
- Publication number
- CZ2023173A3 CZ2023173A3 CZ2023-173A CZ2023173A CZ2023173A3 CZ 2023173 A3 CZ2023173 A3 CZ 2023173A3 CZ 2023173 A CZ2023173 A CZ 2023173A CZ 2023173 A3 CZ2023173 A3 CZ 2023173A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- heat
- gas
- temperature
- storage
- channel
- 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
- F28D17/00—Regenerative heat-exchange apparatus in which a stationary intermediate heat-transfer medium or body is contacted successively by each heat-exchange medium, e.g. using granular particles
- F28D17/04—Distributing arrangements for the heat-exchange media
-
- 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
- F28D20/0056—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using solid heat storage material
-
- 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
- F28D13/00—Heat-exchange apparatus using a fluidised bed
-
- 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
- F28D19/00—Regenerative heat-exchange apparatus in which the intermediate heat-transfer medium or body is moved successively into contact with each heat-exchange medium
- F28D19/02—Regenerative heat-exchange apparatus in which the intermediate heat-transfer medium or body is moved successively into contact with each heat-exchange medium using granular particles
-
- 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
-
- 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)
- Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
- Central Heating Systems (AREA)
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Abstract
Systém pro uložení a přenos tepla zahrnuje alespoň jeden zdroj tepla pro generování tepelné energie; vysokoteplotní úložiště tepla se sypkým žáruvzdorným materiálem (1) vyplňujícím vysokoteplotní akumulační prostor (14) pro uložení generované tepelné energie; alespoň jeden systém spotřeby tepla pro využití uložené tepelné energie; a mechanismus přenosu tepla pro přenos tepla ze zdroje tepla do vysokoteplotního úložiště tepla a z vysokoteplotního úložiště tepla do systému spotřeby tepla. Mechanismem přenosu tepla je uzavřený plynový okruh propojující zdroj tepla, vysokoteplotní úložiště tepla a systém spotřeby tepla. Vysokoteplotní úložiště tepla je částečně opláštěno nosným vnitřním pláštěm (3). Sypký žáruvzdorný materiál (1) zahrnuje frakci částic se sféricitou v rozsahu 0,4 až 1 a se střední velikostí částic v rozsahu 0,5 až 20 mm. Poměr objemu největších a nejmenších částic je maximálně 5:1. Nosný vnitřní plášť (3) je opláštěn vnějším tepelně-izolačním pláštěm (5) tak, že mezi nosným vnitřním pláštěm (3) a vnějším tepelně-izolačním pláštěm (5) se nachází plynová mezera (4.1) pro rekuperaci tepelných ztrát z vysokoteplotního úložiště tepla prostupujících přes nosný vnitřní plášť (3). Plynová mezera (4.1) spolu s propojovacím plynovým kanálem (4.3) propojuje vysokoteplotní úložiště tepla s alespoň jedním technologickým prostorem (4.2), který je dále spojen s alespoň jedním systémem spotřeby tepla. Horký plynový kanál (7) propojuje vysokoteplotní úložiště tepla s alespoň jedním zdrojem tepla. Předmětem vynálezu je rovněž způsob uložení a přenosu tepla pomocí uvedeného systému.The heat storage and transfer system includes at least one heat source for generating thermal energy; high-temperature heat storage with bulk refractory material (1) filling the high-temperature storage space (14) for storing the generated thermal energy; at least one heat consumption system for utilizing stored thermal energy; and a heat transfer mechanism for transferring heat from the heat source to the high temperature heat storage and from the high temperature heat storage to the heat consumption system. The heat transfer mechanism is a closed gas circuit connecting the heat source, high-temperature heat storage and the heat consumption system. The high-temperature heat storage is partially covered by a supporting inner jacket (3). The bulk refractory material (1) comprises a fraction of particles with a sphericity in the range of 0.4 to 1 and an average particle size in the range of 0.5 to 20 mm. The volume ratio of the largest and smallest particles is a maximum of 5:1. The load-bearing inner shell (3) is sheathed with an outer heat-insulating shell (5) so that between the load-bearing inner shell (3) and the outer heat-insulation shell (5) there is a gas gap (4.1) for the recovery of heat losses from the high-temperature heat storage passing through the supporting inner shell (3). The gas gap (4.1) together with the connecting gas channel (4.3) connects the high-temperature heat storage with at least one technological space (4.2), which is further connected to at least one heat consumption system. The hot gas channel (7) connects the high-temperature heat storage with at least one heat source. The subject of the invention is also a method of storing and transferring heat using the mentioned system.
Description
Systém pro uložení a přenos tepla s pevným sypkým materiálemSystem for storage and transfer of heat with solid bulk material
Oblast technikyField of technology
Tento vynález se týká systému pro uložení a přenos tepla ve vysokoteplotním úložišti tepla, kde tepelná energie je vázána v pevném sypkém materiálu.This invention relates to a system for storing and transferring heat in a high-temperature heat storage facility where thermal energy is bound in a solid bulk material.
Dosavadní stav technikyCurrent state of the art
V mezinárodní patentové přihlášce WO 2020183063 A1 je popsán systém a odpovídající způsob pro uložení a přenos tepla (zde uvedené vztahové značky patří k WO 2020183063 A1). Uvedený systém (100, 300, 400) zahrnuje alespoň jeden rezistor (101, 301, 401) pro generování tepelné energie z elektrické energie; alespoň jedno úložiště (102, 302, 402) tepla s pevným materiálem (např. pískem, kamením nebo štěrkem) pro uložení generované tepelné energie, s výhodou uložené pod zemí a pro uložení energie až do teploty 1200 °C; a mechanismus (103, 303, 403) přenosu tepla pro přenos tepla z úložiště (102, 302, 402) tepla do systému (104, 304, 404) spotřeby tepla pro další využití. Rezistor (101) může být uspořádán v úložišti (102) tepla nebo mimo něj. Mechanismem (103, 303, 403) přenosu tepla je buď uzavřený plynový okruh (první provedení stavu techniky), nebo termosifonový systém s vícero trubkami uzavřenými na obou koncích (druhé provedení stavu techniky). Úložiště (102, 302, 402) tepla zahrnuje (např. nerezové) trubky uspořádané v pevném materiálu pro transport plynu.In the international patent application WO 2020183063 A1, a system and corresponding method for storing and transferring heat is described (here the reference marks belong to WO 2020183063 A1). Said system (100, 300, 400) includes at least one resistor (101, 301, 401) for generating thermal energy from electrical energy; at least one heat storage (102, 302, 402) with a solid material (e.g. sand, stone or gravel) for storing the generated heat energy, preferably stored underground and for storing energy up to a temperature of 1200 °C; and a heat transfer mechanism (103, 303, 403) for transferring heat from the heat storage (102, 302, 402) to the heat consumption system (104, 304, 404) for further use. The resistor (101) can be arranged in the heat storage (102) or outside it. The heat transfer mechanism (103, 303, 403) is either a closed gas circuit (first embodiment of the state of the art) or a thermosiphon system with multiple pipes closed at both ends (second embodiment of the state of the art). The heat storage (102, 302, 402) includes (e.g., stainless steel) pipes arranged in a solid material for gas transport.
V prvním provedení přenáší uzavřený plynový okruh teplo z a do úložiště (102, 302, 402) tepla, např. prostřednictvím dusíku o tlaku 1 až 50 bar a s výhodou za pomoci obousměrného ventilátoru. V tomto provedení je plyn směrován trubkami v úložišti (102, 302, 402) tepla. V druhém provedení může termosifonový systém zahrnovat termosifonové trubky naplněné kapalinou do maximálně 25 % svého objemu, např. svisle uspořádané nerezové termosifonové trubky naplněné ve spodní části vodou, která se po ohřevu může úplně proměnit v páru, případně až superkritickou páru, stoupající do vrchní části trubky. Volitelně uvedený systém zahrnuje sekundární okruh (312, 412) přenosu tepla a/nebo sekundární úložiště (313, 413) tepla. Volitelně uvedený systém zahrnuje generátor elektrické energie pro generování energie z fluktuujících zdrojů nebo nadměrné kapacity elektrické sítě, např. solární panel, větrnou turbínu, přílivovou elektrárnu nebo přetíženou elektrickou síť. Úložiště (102, 302, 402) tepla může být opláštěno izolační vrstvou s materiálem o nízké tepelné vodivosti, např. umělým kamenivem o tepelné vodivosti pod 0,3 W/mK.In the first embodiment, the closed gas circuit transfers heat from and to the storage (102, 302, 402) of heat, e.g. by means of nitrogen at a pressure of 1 to 50 bar and preferably with the help of a two-way fan. In this embodiment, the gas is routed through tubes in the heat storage (102, 302, 402). In the second embodiment, the thermosiphon system can include thermosiphon tubes filled with liquid up to a maximum of 25% of their volume, e.g. vertically arranged stainless steel thermosiphon tubes filled in the lower part with water, which after heating can completely turn into steam, possibly even supercritical steam, rising to the upper part tubing. Optionally, said system includes a secondary heat transfer circuit (312, 412) and/or a secondary heat storage (313, 413). Optionally, the system includes an electrical power generator to generate power from fluctuating sources or excess power grid capacity, such as a solar panel, wind turbine, tidal power plant, or an overloaded power grid. The storage (102, 302, 402) of heat can be covered with an insulating layer with a material of low thermal conductivity, e.g. artificial aggregate with a thermal conductivity below 0.3 W/mK.
Nevýhodou uvedeného systému s uzavřeným plynovým okruhem uvnitř akumulačního prostoru, jako mechanismem přenosu tepla, je nutnost zajistit teplosměnnou plochu pro plynné médium pomocí dodatečných prvků - trubek. Teplosměnná plocha, a tím i množství vložených prvků, je úměrná požadovanému výkonu a uložené energii a tvoří značnou část hmoty akumulátoru tepla. Vedení tepla mezi akumulačním materiálem a stěnou trubky vyžaduje tepelný spád, který zvyšuje rozdíl teplot mezi vstupní a výstupní teplotou, čímž se snižuje účinnost uložení tepelné energie. Dodatečné prvky pro vedení média musí odolávat maximální teplotě v akumulátoru, a případně navíc i vnitřnímu tlaku média. Kovové materiály s vysokou tepelnou odolností, použitelné pro tyto prvky, mají vysokou cenu, která výrazně zvyšuje cenu akumulátoru ve vztahu k uložené energii. I u odolných kovových materiálů se s růstem teplot výrazně snižují mechanické vlastnosti, a často nedosahují teplotních odolností běžných žáruvzdorných materiálů. Použití kovových materiálů v oblasti vysokých teplot má tímto své limity, kterými je omezována pracovní teplota i kapacita úložiště. Vzhledem k ceně trubek je jejich průřez nutné minimalizovat, což vede k vysoké rychlosti proudění, a tím k omezené možnosti stratifikace teplot v úložišti. Systém využívající teplo z akumulátoru poté musí akceptovat velký rozsah výstupních teplot média.The disadvantage of the mentioned system with a closed gas circuit inside the storage space, as a heat transfer mechanism, is the need to provide a heat exchange surface for the gaseous medium using additional elements - pipes. The heat exchange surface, and thus the amount of inserted elements, is proportional to the required performance and stored energy and constitutes a significant part of the mass of the heat accumulator. Conducting heat between the storage material and the pipe wall requires a thermal gradient, which increases the temperature difference between the inlet and outlet temperatures, thereby reducing the efficiency of thermal energy storage. Additional elements for conducting the medium must withstand the maximum temperature in the accumulator, and possibly also the internal pressure of the medium. Metal materials with high heat resistance, applicable for these elements, have a high price, which significantly increases the cost of the accumulator in relation to the stored energy. Even with resistant metal materials, the mechanical properties decrease significantly with increasing temperatures, and often do not reach the temperature resistance of ordinary refractory materials. The use of metal materials in the area of high temperatures has its limits, which limit the working temperature and the storage capacity. Due to the price of the pipes, their cross-section must be minimized, which leads to a high flow rate and thus to a limited possibility of temperature stratification in the storage. The system using the heat from the accumulator must then accept a large range of outlet temperatures of the medium.
- 1 CZ 2023 - 173 A3- 1 CZ 2023 - 173 A3
Nevýhodou uvedeného systému s termosifonovým systémem, jako mechanismem přenosu tepla, je závislost na fyzikálních parametrech média, vzájemná vazba mezi tlakem a teplotou v teplosměnném okruhu, přičemž při vysokých teplotách je nutné provozovat teplosměnný okruh při vysokých tlacích. Jednosměrný tok energie v uzavřené trubce, od spodního konce k hornímu konci neumožňuje teplotní stratifikaci uložení energie. Navíc má uvedený systém nevýhody systému s uzavřeným plynovým okruhem, popsané výše.The disadvantage of the mentioned system with a thermosiphon system, as a heat transfer mechanism, is the dependence on the physical parameters of the medium, the interrelationship between pressure and temperature in the heat exchange circuit, while at high temperatures it is necessary to operate the heat exchange circuit at high pressures. The unidirectional flow of energy in a closed tube, from the lower end to the upper end, does not allow thermal stratification of energy storage. In addition, said system has the disadvantages of a closed gas circuit system, described above.
Podobná trubková řešení jsou známa z čínské patentové přihlášky CN 108007246 A (tepelná energie je uložena do taveniny soli), japonské patentové přihlášky JP H102616 A (tepelná energie je uložena do kovového bloku), a americké patentové přihlášky US 2012111006 A1 (tepelná energie je uložena do sypkého materiálu v strukturním labyrintu akumulačního prostoru).Similar tube solutions are known from Chinese patent application CN 108007246 A (thermal energy is stored in molten salt), Japanese patent application JP H102616 A (thermal energy is stored in a metal block), and American patent application US 2012111006 A1 (thermal energy is stored into loose material in the structural labyrinth of the storage space).
Ve stavu techniky tedy vzniká potřeba poskytnout systém a odpovídající způsob pro uložení a přenos tepla o vyšší účinnosti uložení tepelné energie, který se vyznačuje potřebnou tepelnou odolností, nižším provozním tlakem, možností teplotní stratifikace uložení tepelné energie a nižšími vstupními náklady ve vztahu k uložené tepelné energii.In the state of the art, there is therefore a need to provide a system and a corresponding method for storing and transferring heat with a higher thermal energy storage efficiency, which is characterized by the necessary thermal resistance, lower operating pressure, the possibility of thermal stratification of thermal energy storage and lower input costs in relation to the stored thermal energy .
Podstata vynálezuThe essence of the invention
Cílem vynálezu je poskytnout systém pro uložení a přenos tepla, který využívá nekovové materiály pro rozvod teplosměnného média v akumulátoru tepla, a který zajišťuje rekuperaci tepelných ztrát procházejících tepelně-izolačním pláštěm úložiště. Zároveň tento systém umožňuje vysoký stupeň stratifikace uložení tepla, a tím umožňuje zpětné využití uložené tepelné energie v trvale vysokých teplotách, minimálně se lišících od vstupní teploty. Systém dmychadel (viz podrobněji níže) umožňuje přesnou regulaci výstupní teploty a výkonu.The aim of the invention is to provide a system for storing and transferring heat, which uses non-metallic materials for the distribution of the heat exchange medium in the heat accumulator, and which ensures the recovery of heat losses passing through the heat-insulating shell of the storage. At the same time, this system enables a high degree of stratification of heat storage, and thus enables the re-use of stored thermal energy at permanently high temperatures, minimally different from the input temperature. The blower system (see below in more detail) allows precise regulation of output temperature and output.
Výše uvedené vlastnosti mají za cíl zlepšit ekonomické a technické parametry ukládaní tepelné energie ve vysokých teplotách. Zvýšení maximální pracovní teploty a trvalý výstup tepelné energie ve vysokých teplotách umožní využití technologie ukládání tepla v dosud nevyužívaných aplikacích. Vysoké teploty také obvykle zvyšují účinnost technologických procesů a dalších transformací energie.The above-mentioned properties aim to improve the economic and technical parameters of thermal energy storage at high temperatures. An increase in the maximum working temperature and a continuous output of thermal energy at high temperatures will enable the use of heat storage technology in hitherto unused applications. High temperatures also usually increase the efficiency of technological processes and other energy transformations.
Cílem vynálezu je rovněž poskytnout způsob uložení a přenosu tepla, který využívá zde popsaný systém.It is also an object of the invention to provide a method of storing and transferring heat that utilizes the system described here.
Uvedeného cíle je dosaženo systémem pro uložení a přenos tepla, zahrnujícíThe stated goal is achieved by a system for storing and transferring heat, including
a. alespoň jeden zdroj tepla pro generování tepelné energie;a. at least one heat source for generating heat energy;
b. vysokoteplotní úložiště tepla se sypkým žáruvzdorným materiálem vyplňujícím vysokoteplotní akumulační prostor pro uložení generované tepelné energie;b. high-temperature heat storage with bulk refractory material filling the high-temperature storage space for storing the generated thermal energy;
c. alespoň jeden systém spotřeby tepla pro využití uložené tepelné energie; ac. at least one heat consumption system for the use of stored heat energy; and
d. mechanismus přenosu tepla pro přenos tepla ze zdroje tepla do vysokoteplotního úložiště tepla a z vysokoteplotního úložiště tepla do systému spotřeby tepla, přičemž mechanismem přenosu tepla je uzavřený plynový okruh propojující zdroj tepla, vysokoteplotní úložiště tepla a systém spotřeby tepla, přičemž vysokoteplotní úložiště tepla je částečně opláštěno nosným vnitřním pláštěm.d. heat transfer mechanism for transferring heat from the heat source to the high-temperature heat storage and from the high-temperature heat storage to the heat consumption system, the heat transfer mechanism being a closed gas circuit connecting the heat source, the high-temperature heat storage and the heat consumption system, the high-temperature heat storage being partially sheathed with a load-bearing inner shell.
Podstata uvedeného systému spočívá v tom, že sypký žáruvzdorný materiál zahrnuje frakci částic se sféricitou v rozsahu 0,4 až 1 a se střední velikostí částic v rozsahu 0,5 až 20 mm, přičemž poměr objemu největších a nejmenších částic je maximálně 5:1. Uvedená frakce částic zajišťujeThe essence of the mentioned system is that the bulk refractory material includes a fraction of particles with a sphericity in the range of 0.4 to 1 and with an average particle size in the range of 0.5 to 20 mm, while the volume ratio of the largest and smallest particles is a maximum of 5:1. The stated fraction of particles ensures
- 2 CZ 2023 - 173 A3 prostup horkého i ochlazeného plynu bez nutnosti použít v sypkém žáruvzdorném materiálu trubky pro vedení plynu. Uvedený maximální poměr 5:1 udává maximální rovnoměrnost ve velikosti částic, čímž je zajištěna největší mezerovitost, a rovnoměrnost změn teploty částic v proudícím plynu, a tím minimalizace rozsahu oblasti strmého tepelného gradientu. Požadování jednotné, příliš úzké frakce kameniva je technicky náročnější než vyšší tolerance rozměrů částic. Vyšší tolerance rozměru částic jak 5:1 už bude mít zásadní vliv na mezerovitost kameniva a rovnoměrnost ohřevu, a přitom minimální vliv na technickou náročnost jeho přípravy (a tím i cenu). Při poměru vyšším než 5:1 by se jednalo o frakci s obsahem částic o příliš různé velikosti, čímž by došlo k zmenšení střední velikosti mezer mezi částicemi.- 2 CZ 2023 - 173 A3 permeation of hot and cooled gas without the need to use gas pipes in bulk refractory material. The stated maximum ratio of 5:1 indicates maximum uniformity in particle size, thus ensuring the largest gap, and uniformity of particle temperature changes in the flowing gas, thereby minimizing the extent of the steep thermal gradient region. Requiring a uniform, excessively narrow aggregate fraction is technically more demanding than higher particle size tolerances. A higher particle size tolerance such as 5:1 will already have a major effect on the aggregate gap and heating uniformity, and at the same time have a minimal effect on the technical complexity of its preparation (and thus the price). At a ratio higher than 5:1, it would be a fraction containing particles of too different sizes, thereby reducing the mean size of the gaps between the particles.
Nosný vnitřní plášť je dále opláštěn vnějším tepelně-izolačním pláštěm tak, že mezi nosným vnitřním pláštěm a vnějším tepelně-izolačním pláštěm se nachází plynová mezera pro zajištění rekuperace tepelných ztrát z vysokoteplotního úložiště tepla prostupujících přes nosný vnitřní plášť. Tato plynová mezera spolu s propojovacím plynovým kanálem propojuje vysokoteplotní úložiště tepla s alespoň jedním technologickým prostorem, který je dále spojen s alespoň jedním systémem spotřeby tepla. Horký plynový kanál dále propojuje vysokoteplotní úložiště tepla s alespoň jedním zdrojem tepla.The load-bearing inner shell is further covered with an outer heat-insulating shell so that there is a gas gap between the load-bearing inner shell and the outer heat-insulating shell to ensure recovery of heat losses from the high-temperature heat storage penetrating through the load-bearing inner shell. This gas gap, together with the connecting gas channel, connects the high-temperature heat storage with at least one technological space, which is further connected to at least one heat consumption system. The hot gas channel further connects the high-temperature heat storage with at least one heat source.
Nosný vnitřní plášť může obsahovat vysokoteplotní tepelnou izolaci na straně přiléhající k vysokoteplotnímu akumulačnímu prostoru pro účinnější zamezení prostupu tepla z vysokoteplotního úložiště tepla do nosného vnitřního pláště.The load-bearing inner shell may contain high-temperature thermal insulation on the side adjacent to the high-temperature storage space for more effective prevention of heat transfer from the high-temperature heat storage to the load-bearing inner shell.
V jednom provedení tohoto vynálezu může být zdrojem tepla vstupní tepelný výměník. V technologickém prostoru může být uspořádán systém dmychadla pro vedení ochlazeného plynu z vysokoteplotního akumulačního prostoru přes plynovou mezeru, propojovací plynový kanál, technologický prostor a první výstupní plynový kanál do alespoň jednoho vstupního tepelného výměníku. Pro vedení horkého plynu ze vstupního tepelného výměníku může být uspořádán alespoň jeden horký plynový kanál vedený ze vstupního tepelného výměníku do plynové vrstvy nad vysokoteplotním akumulačním prostorem.In one embodiment of the present invention, the heat source may be an inlet heat exchanger. A blower system can be arranged in the technological space for guiding the cooled gas from the high-temperature storage space through the gas gap, the connecting gas channel, the technological space and the first outlet gas channel to at least one input heat exchanger. At least one hot gas channel may be arranged to guide the hot gas from the inlet heat exchanger, leading from the inlet heat exchanger to the gas layer above the high-temperature storage space.
Alternativně nebo navíc k provedení výše, zdrojem tepla může být alespoň jedno elektricky ohřívané těleso. V technologickém prostoru může být uspořádán systém dmychadla pro vedení ochlazeného plynu z vysokoteplotního akumulačního prostoru přes plynovou mezeru, propojovací plynový kanál a technologický prostor do druhého propojovacího plynového kanálu a horkého plynového kanálu, a dále v tepelném kontaktu s elektricky ohřívaným tělesem pro ohřev plynu do plynové vrstvy nad vysokoteplotním akumulačním prostorem. Elektricky ohřívané těleso může být uspořádáno uvnitř nosného vnitřního pláště mimo vysokoteplotní akumulační prostor, s výhodou v horkém plynovém kanále.Alternatively or in addition to the embodiment above, the heat source can be at least one electrically heated body. In the technological space, a blower system can be arranged for guiding the cooled gas from the high-temperature storage space through the gas gap, the connecting gas channel and the technological space into the second connecting gas channel and the hot gas channel, and further in thermal contact with an electrically heated body for heating the gas into the gas layers above the high-temperature storage space. The electrically heated body can be arranged inside the supporting inner shell outside the high-temperature storage space, preferably in the hot gas channel.
Navíc k provedením výše, systémem přenosu tepla může být výstupní tepelný výměník. V technologickém prostoru může být uspořádán systém dmychadla pro vedení ochlazeného plynu z výstupního tepelného výměníku přes druhý vstupní plynový kanál, technologický prostor, propojovací plynový kanál a plynovou mezeru do vysokoteplotního akumulačního prostoru. Pro vedení horkého plynu z vysokoteplotního akumulačního prostoru může být uspořádán alespoň jeden horký plynový kanál vedený z plynové vrstvy nad vysokoteplotním akumulačním prostorem do alespoň jednoho výstupního tepelného výměníku.In addition to the embodiments above, the heat transfer system may be an outlet heat exchanger. A blower system can be arranged in the technological space to guide the cooled gas from the output heat exchanger through the second inlet gas channel, the technological space, the connecting gas channel and the gas gap into the high-temperature storage space. At least one hot gas channel may be arranged for conducting hot gas from the high-temperature storage space, leading from the gas layer above the high-temperature storage space to at least one outlet heat exchanger.
První vstupní plynový kanál a první výstupní plynový kanál můžou být uspořádány navzájem koaxiálně tak, že první výstupní plynový kanál obklopuje první vstupní plynový kanál. Podobně, druhý vstupní plynový kanál a druhý výstupní plynový kanál můžou být uspořádány navzájem koaxiálně tak, že druhý vstupní plynový kanál obklopuje druhý výstupní plynový kanál. Podobně, propojovací plynový kanál a horký plynový kanál můžou být uspořádány navzájem koaxiálně, tak že propojovací plynový kanál obklopuje horký plynový kanál. Koaxiální uspořádání zamezuje prostupu tepla z horkého plynu do okolí, a umožňuje jeho rekuperaci v ochlazeném plynu.The first inlet gas channel and the first outlet gas channel may be arranged coaxially with each other such that the first outlet gas channel surrounds the first inlet gas channel. Similarly, the second inlet gas channel and the second outlet gas channel may be arranged coaxially with each other such that the second inlet gas channel surrounds the second outlet gas channel. Similarly, the connecting gas channel and the hot gas channel can be arranged coaxially with each other such that the connecting gas channel surrounds the hot gas channel. The coaxial arrangement prevents the transfer of heat from the hot gas to the surroundings, and enables its recovery in the cooled gas.
- 3 CZ 2023 - 173 A3- 3 CZ 2023 - 173 A3
Plynová mezera může být propojena přes vzduchový kanál s dvoucestným ventilem, který je dále propojen s okolím přes pojistný vstupní plynový kanál a pojistný výstupní plynový kanál. Tím je zajištěna bezpečnost provozu a možnost vyrovnání tlaků.The gas gap can be connected via an air channel with a two-way valve, which is further connected to the environment via a safety inlet gas channel and a safety outlet gas channel. This ensures operational safety and the possibility of equalizing pressures.
Sypkým žáruvzdorným materiálem může být kterýkoliv ze skupiny zahrnující čedič, andezit, dacit, umělé slinuté kamenivo, keramický materiál, vysokopecní struska, lisovaný grafit se skelným uhlíkem na povrchu, karbid a nitrid.The bulk refractory material can be any of the group consisting of basalt, andesite, dacite, artificial sintered aggregate, ceramic material, blast furnace slag, pressed graphite with glassy carbon on the surface, carbide and nitride.
V prvním vstupním plynovém kanále, v prvním výstupním plynovém kanále, v druhém vstupním plynovém kanále, v druhém výstupním plynovém kanále, v prostoru vstupu-výstupu ochlazeného plynu, v prostoru napojení jímky elektricky ohřívaného tělesa na plynovou vrstvou nad vysokoteplotním akumulačním prostorem a v prostoru horkého plynového kanálu před vstupem do jímky může být uspořádáno teplotní čidlo, přičemž každé teplotní čidlo je propojeno s řídicí jednotkou.In the first inlet gas channel, in the first outlet gas channel, in the second inlet gas channel, in the second outlet gas channel, in the inlet-outlet area of the cooled gas, in the area of the connection of the sink of the electrically heated body on the gas layer above the high-temperature accumulation area and in the area of the hot a temperature sensor can be arranged in the gas channel before entering the sump, and each temperature sensor is connected to the control unit.
Pod vysokoteplotním akumulačním prostorem může být uspořádán servisní prostor pro umístění sběrného a dopravního systému odloučeného prachu a/nebo pro umístění sběrného a dopravního systému materiálu k repasi.A service space can be arranged under the high-temperature accumulation space for the location of the collection and transport system of the separated dust and/or for the location of the collection and transport system of the material to be overhauled.
Do horké plynové vrstvy nad vysokoteplotním akumulačním prostorem může ústit alespoň jeden distribuční ventil pro vstup sypkého žáruvzdorného materiálu za provozních teplot vysokoteplotního úložiště tepla.At least one distribution valve for the entry of bulk refractory material at the operating temperatures of the high-temperature heat storage can open into the hot gas layer above the high-temperature storage space.
Střední velikost částic může být v rozsahu od 0,5 mm do 20 mm, s výhodou od 0,5 mm do 10 mm, přičemž poměr střední velikosti částic sypkého žáruvzdorného materiálu k celkové výšce vysokoteplotního akumulačního prostoru může být v rozsahu 1:1500 až 1:6000.The mean particle size may be in the range from 0.5 mm to 20 mm, preferably from 0.5 mm to 10 mm, and the ratio of the mean particle size of the loose refractory material to the total height of the high-temperature storage space may be in the range of 1:1500 to 1 :6000.
Uvedeného cíle je dále dosaženo způsobem uložení a přenosu tepla pomocí zde popsaného systému pro uložení a přenos tepla. Uvedený způsob zahrnuje následující kroky uložení tepla:The stated goal is further achieved by means of heat storage and transfer using the heat storage and transfer system described here. Said method includes the following heat storage steps:
a. generování tepelné energie v alespoň jednom zdroji tepla za vzniku horkého plynu;a. generation of thermal energy in at least one heat source to produce hot gas;
b. přenos horkého plynu ze zdroje tepla do vysokoteplotního úložiště tepla pomocí mechanismu přenosu tepla v podobě uzavřeného plynového okruhu;b. transfer of hot gas from the heat source to the high-temperature heat storage using a heat transfer mechanism in the form of a closed gas circuit;
c. uložení generované tepelné energie z horkého plynu do vysokoteplotního úložiště tepla se sypkým žáruvzdorným materiálem obsaženým ve vysokoteplotním akumulačním prostoru za vzniku ochlazeného plynu;c. storing the generated thermal energy from the hot gas in a high-temperature heat storage with bulk refractory material contained in the high-temperature storage space to create cooled gas;
d. přenos ochlazeného plynu z vysokoteplotního úložiště tepla do zdroje tepla pomocí mechanismu přenosu tepla v podobě uzavřeného plynového okruhu; ad. transfer of cooled gas from the high-temperature heat storage to the heat source using a heat transfer mechanism in the form of a closed gas circuit; and
e. volitelně opakování kroků a. až d.;e. optionally repeating steps a. to d.;
a dále následující kroky spotřeby uloženého tepla:and then the following steps of stored heat consumption:
f. přenos ochlazeného plynu ze systému spotřeby tepla do vysokoteplotního úložiště tepla pomocí mechanismu přenosu tepla v podobě uzavřeného plynového okruhu;f. transfer of cooled gas from the heat consumption system to high-temperature heat storage using a heat transfer mechanism in the form of a closed gas circuit;
g. získání uložené tepelné energie z vysokoteplotního úložiště tepla se sypkým žáruvzdorným materiálem obsaženým ve vysokoteplotním akumulačním prostoru za vzniku horkého plynu;g. obtaining stored thermal energy from a high-temperature heat storage with bulk refractory material contained in a high-temperature storage space to generate hot gas;
- 4 CZ 2023 - 173 A3- 4 CZ 2023 - 173 A3
h. přenos horkého plynu z vysokoteplotního úložiště tepla do systému spotřeby tepla pomocí mechanismu přenosu tepla v podobě uzavřeného plynového okruhu;h. transfer of hot gas from high-temperature heat storage to the heat consumption system using a heat transfer mechanism in the form of a closed gas circuit;
i. spotřeba uložené tepelné energie z horkého plynu v alespoň jednom systému spotřeby tepla.i. consumption of stored heat energy from hot gas in at least one heat consumption system.
Podstata uvedeného způsobu spočívá v tom, že sypký žáruvzdorný materiál zahrnuje frakci částic se sféricitou v rozsahu 0,4 až 1 a se střední velikostí částic v rozsahu 0,5 až 20 mm, přičemž poměr objemu největších a nej menších částic je maximálně 5:1. V krocích d. a f. jsou ztráty tepla unikajícího z vysokoteplotního úložiště tepla, vzniklé prostupem tepla přes nosný vnitřní plášť obklopující vysokoteplotní úložiště tepla, rekuperovány vedením ochlazeného plynu přes plynovou mezeru uspořádanou mezi nosným vnitřním pláštěm a vnějším tepelně-izolačním pláštěm obklopujícím nosný vnitřní plášť.The essence of the mentioned method is that the bulk refractory material includes a fraction of particles with a sphericity in the range of 0.4 to 1 and with an average particle size in the range of 0.5 to 20 mm, while the volume ratio of the largest and smallest particles is a maximum of 5:1 . In steps d. and f., heat losses escaping from the high-temperature heat storage, caused by heat penetration through the supporting inner shell surrounding the high-temperature heat storage, are recovered by passing the cooled gas through the gas gap arranged between the supporting inner shell and the outer heat-insulating shell surrounding the supporting inner shell .
Pod pojmem „sypký“ materiál se rozumí „volně sypaný“ materiál.The term "loose" material means "loosely loose" material.
Podstata vynálezu spočívá v ukládání tepelné energie přímo do sypkého žáruvzdorného materiálu, bez pomoci uzavřeného trubkového systému uvnitř akumulačního prostoru. Rekuperací tepelných ztrát se zajistí podstatné snížení závislosti velikosti tepelných ztrát do vnějšího prostředí na výši vnitřní teploty. Ekonomicky dosažitelná hodnota maximální vnitřní teploty se tímto způsobem výrazně zvýší.The essence of the invention consists in storing thermal energy directly in bulk refractory material, without the help of a closed pipe system inside the storage space. The recovery of heat losses ensures a substantial reduction in the dependence of the magnitude of heat losses to the external environment on the level of the internal temperature. The economically achievable value of the maximum internal temperature will be significantly increased in this way.
Pro omezení úniku tepla z vysokoteplotního akumulačního prostoru je nosný vnitřní plášť na vnitřní straně opatřen vysokoteplotní tepelnou izolací, která může být provedena jako vrstvená izolace, jež využívá různé žáruvzdorné a vysokoteplotní izolační materiály. Optimální parametry vysokoteplotní tepelné izolace a vnitřního pláště jsou závislé na optimalizačních výpočtech po zadání ekonomických, provozních a fyzikálních parametrů. Velký vliv mají velikost a tvar úložiště tepla, požadované časové a výkonové parametry ukládání a odběru tepla.To limit heat leakage from the high-temperature storage space, the load-bearing inner shell is provided with high-temperature thermal insulation on the inside, which can be made as a layered insulation that uses various heat-resistant and high-temperature insulation materials. The optimal parameters of the high-temperature thermal insulation and the inner shell are dependent on the optimization calculations after entering the economic, operational and physical parameters. The size and shape of the heat storage, as well as the required time and power parameters of heat storage and extraction, have a great influence.
Optimalizační výpočet zohledňuje rozdíl v intenzitě tepelného toku (Ti) procházejícího vysokoteplotní tepelnou izolací a v intenzitě tepelného toku (Te) procházejícího vnějším tepelněizolačním pláštěm, ve vztahu k plošné tepelné kapacitě (Cpi) pláště. Tím se získá rychlost (Rpl; v jednotkách K.s) ohřívání pláště vysokoteplotního akumulačního prostoru při zastavení proudění ochlazeného plynu v plynové mezeře (zastavení odběru tepelné energie z výstupního tepelného výměníku).The optimization calculation takes into account the difference in the intensity of the heat flow (Ti) passing through the high-temperature thermal insulation and in the intensity of the heat flow (Te) passing through the outer thermal insulation shell, in relation to the area thermal capacity (Cpi) of the shell. This gives the rate (Rpl; in units of K.s) of the heating of the shell of the high-temperature storage space when the flow of cooled gas in the gas gap stops (stopping the withdrawal of thermal energy from the output heat exchanger).
CpiCpi
Rpl = —-—Rpl = —-—
[Ti — Te)[You — You)
Základním parametrem návrhu je čas (T; v jednotkách s), po který se nemá odebírat žádná tepelná energie z úložiště (nebo parametr minimálního odběru tepelné energie po určitý časový úsek), a rozdíl teplot mezi ochlazeným plynem (t_chl), který se vrací do úložiště po odebrání tepelné energie ve výstupním tepelném výměníku, a nejvyšší možná teplota v plynové mezeře a v technologickém prostoru (t_max).The basic design parameter is the time (T; in units of s) during which no thermal energy is to be taken from the storage (or the parameter of minimum thermal energy withdrawal for a certain period of time), and the temperature difference between the cooled gas (t_chl) that returns to storage after removing thermal energy in the output heat exchanger, and the highest possible temperature in the gas gap and in the technological space (t_max).
CpiCpi
T = . (t_ max —t_chV)T = . (t_max —t_chV)
Z výpočtů vyplývají nejmenší tepelné ztráty vnějším tepelně-izolačním pláštěm při rovnoměrném odběru energie z úložiště tepla (při kterém bude teplota v plynové mezeře udržována na minimální úrovni prouděním ochlazeného plynu z výstupního tepelného výměníku). Teplota v plynové mezeře (a tím i celkové tepelné ztráty) se po přerušení odběru tepla z úložiště začnouThe calculations result in the smallest heat losses through the outer heat-insulating jacket with uniform energy consumption from the heat storage (during which the temperature in the gas gap will be kept at a minimum level by the flow of cooled gas from the outlet heat exchanger). The temperature in the gas gap (and thus the total heat loss) will start after the interruption of heat extraction from the storage
-5 CZ 2023 - 173 A3 pomalu zvyšovat s teplotou nosného vnitřního pláště. Přerušení odběru tepla v řádu hodin, vysoká nerovnoměrnost dodávky energie, a stav nabytí úložiště (střední teplota) proto příliš neovlivňují celkové tepelné ztráty do vnějšího prostředí. Pro minimalizaci tepelných ztrát do vnějšího prostředí má hlavní význam maximalizace tepelného odporu vnějšího tepelně-izolačního pláště, a pravidelný odběr tepelné energie. Čím větší časové úseky bez odběru energie musí úložiště udržet, tím vyšší je nutná plošná tepelná kapacita vnitřního nosného pláště, případně tepelná odolnost vnějšího tepelně-izolačního pláště a vybavení technologického prostoru.-5 CZ 2023 - 173 A3 slowly increase with the temperature of the supporting inner shell. Interruption of heat extraction in the order of hours, high unevenness of energy supply, and the state of acquisition of the storage (average temperature) therefore do not greatly affect the total heat loss to the external environment. To minimize heat loss to the external environment, the main importance is the maximization of the thermal resistance of the external heat-insulating jacket, and the regular consumption of thermal energy. The longer the time periods without energy consumption the storage must maintain, the higher is the necessary area thermal capacity of the inner supporting shell, or the thermal resistance of the outer heat-insulating shell and equipment of the technological space.
Hlavní výhody zde popsaného systému:The main advantages of the system described here:
• Řeší časovou nesouvztažnost nabídky a poptávky tepelné a elektrické energie, s nižšími nároky na drahé materiály, s dosažitelnějšími nižšími tepelnými ztrátami, a tím s vyšší účinností.• It solves the temporal inconsistency of the supply and demand of heat and electricity, with lower requirements for expensive materials, with more attainable lower heat losses, and thus with higher efficiency.
• Vysoká teplota ukládané energie a trvalé poskytování energie prostřednictvím plynového média o vysoké teplotě umožňuje technologické použití úložiště tepla tam, kde to doposud nebylo možné.• The high temperature of the stored energy and the continuous supply of energy through a high-temperature gas medium enable the technological use of heat storage where it was not possible until now.
• Díky vysoké teplotě je efektivní převod (dle poptávky) na jinou formu energie, např. elektrickou pomocí plynové turbíny nebo jiného tepelného motoru či termoelektrického generátoru.• Thanks to the high temperature, the conversion (according to demand) to another form of energy, e.g. electricity using a gas turbine or other heat engine or thermoelectric generator, is effective.
• Technologicky snadněji dosažitelné vysoké teploty umožňují za nižších nákladů dosáhnout vysokou hustotu uložení energie. U silikátových žáruvzdorných materiálů (např. čedič (bazalt) s mezerovitostí 0,46 při teplotním rozdílu 800 K) má úložiště tepelnou kapacitu 1,27 GJ/m3, což odpovídá 120 až 180 kWh elektrické energie při 35 až 50% účinnosti převodu tepelné energie v tepelném motoru (nejvyšší účinnost je možná u kombinace plynové a parní turbíny, běžné u paroplynových elektráren).• High temperatures, which are technologically easier to achieve, enable high energy storage density to be achieved at lower costs. For silicate refractory materials (e.g. basalt (basalt) with a gap of 0.46 at a temperature difference of 800 K), the storage has a thermal capacity of 1.27 GJ/m 3 , which corresponds to 120 to 180 kWh of electrical energy at 35 to 50% heat transfer efficiency energy in a heat engine (the highest efficiency is possible with a combination of gas and steam turbines, common in steam-gas power plants).
• Systém vnitřního proudění zajišťuje rekuperaci ztrát tepelné energie procházející tepelnou žáruvzdornou izolací. Vnější plášť úložiště má nízké tepelné ztráty do vnějšího prostředí, odvozené od teploty ochlazeného úložiště tepla.• The internal flow system ensures the recovery of heat energy losses passing through the heat-resistant insulation. The outer casing of the storage has low heat losses to the external environment, derived from the temperature of the cooled heat storage.
• Nejsou použity toxické ani chemicky reaktivní kapalné látky ohrožující životní prostředí nebo zvyšující provozní rizika.• No toxic or chemically reactive liquid substances that endanger the environment or increase operational risks are used.
• Akumulační materiál a plášť úložiště jsou již v současnosti ve velkých objemech vyráběné materiály pro stavby silnic a budov.• Accumulation material and storage casing are currently mass-produced materials for road and building construction.
Z hlediska dostupnosti velkých objemů a ceny jsou vhodné běžné sypané přírodní i umělé materiály. Jejich vhodná zrnitost, velikost a poměr mezer k plnému materiálu, a povrchová hustota je určována dle optimalizačních výpočtů po zadání ekonomických a fyzikálních parametrů místně dostupných materiálů. Velký vliv má i velikost a tvar úložiště tepla. Pro optimální funkci úložiště je ideální tvar válce, nebo tělesa se svislými nebo téměř svislými stěnami s půdorysným řezem ve tvaru čtverce, kruhu, elipsy nebo pravidelného mnohostěnu (5 a více stěn). Obecně je vhodné dosáhnout co nejmenší poměr povrchu k objemu, což vede k vyšší účinnosti u většího objemu úložiště. Možný výkon ukládané a získávané energie je přímo závislý na půdorysné ploše úložiště, a nepřímo na výšce úložiště.From the point of view of availability of large volumes and price, common bulk natural and artificial materials are suitable. Their appropriate grain size, size and ratio of voids to solid material, and surface density are determined according to optimization calculations after entering the economic and physical parameters of locally available materials. The size and shape of the heat storage also have a big influence. For optimal storage function, the ideal shape is a cylinder, or a body with vertical or nearly vertical walls with a plan section in the shape of a square, circle, ellipse or regular polyhedron (5 or more walls). In general, it is desirable to achieve the smallest possible surface-to-volume ratio, which leads to higher efficiency for larger storage volumes. The possible performance of stored and recovered energy is directly dependent on the floor plan area of the storage, and indirectly on the height of the storage.
Parametry úložiště budou do značné míry určeny fyzikálními parametry pevných částic (sypký žáruvzdorný materiál) vyplňujících vysokoteplotní akumulační prostor úložiště. Z přírodních materiálů jsou vhodné mikrokrystalické výlevné horniny s minimem alkálií (Na2O, K2O) s vysokou pevností a tepelnou odolností. Jedná se zejména o čedič (bazalt), andezit a dacit. Pro jejich posouzení vhodnosti konkrétního materiálu budou nutné zkoušky ověřující jeho odolnost na tepelné cykly. Pro menší rozsahy úložiště bude vhodné zejména umělé kamenivo vyráběnéThe storage parameters will be largely determined by the physical parameters of the solid particles (bulk refractory material) filling the high-temperature accumulation space of the storage. Of the natural materials, microcrystalline pouring rocks with a minimum of alkali (Na2O, K2O) with high strength and heat resistance are suitable. These are mainly basalt, andesite and dacite. For their assessment of the suitability of a particular material, tests verifying its resistance to thermal cycles will be necessary. For smaller storage ranges, manufactured artificial aggregates will be particularly suitable
- 6 CZ 2023 - 173 A3 slinováním za vysokých teplot, podobně jako keramika. Použitelná je i vysokopecní struska.- 6 CZ 2023 - 173 A3 by sintering at high temperatures, similar to ceramics. Blast furnace slag is also usable.
Sypké pevné částice musí mít pro zajištění výhodných parametrů úložiště vedle vlastní hmotnosti a tepelné kapacity i významný podíl mezer umožňující obtékání pevných částic plynem. Tohoto stavu je nejlépe dosaženo při úzkém rozsahu frakce pevných částic, bez jemných a prachových frakcí, a s vysokou sféricitou (kouli blízký tvar). Zaoblenost hran částic nemá jednoznačný pozitivní nebo negativní vliv na fyzikální parametry úložiště. Ostré, nebo jen mírně zaoblené hrany zvyšují specifický povrch a mezerovitost, a tím zlepšují parametry, ale na druhou stranu prodlužují a více zakřivují dráhu plynu mezi částicemi, a tím působí protikladně. Z hlediska mechanické odolnosti, a tím i životnosti částic bude vhodná vyšší zaoblenost hran. Povrch částic s mikrokrystalickou strukturou má jen malou hrubost, která většinou v pomalém laminárním proudění bude ovlivňovat tlakovou ztrátu jen zanedbatelně. Výhodné parametry pro sdílení tepla v úložišti zajišťuje velká teplosměnná plocha (povrch pevných částic vztažený na objem nebo hmotnost - specifický povrch). Tato plocha je nejvíce závislá na střední velikosti částice. Malá velikost pevných částic je výhodná pro sdílení tepla, ale snižování velikosti částic způsobuje nárůst tlakové ztráty.In order to ensure favorable storage parameters, loose solid particles must have, in addition to their own weight and heat capacity, a significant proportion of gaps that allow gas to circulate around the solid particles. This condition is best achieved with a narrow range of solid particles fraction, without fine and dust fractions, and with high sphericity (close to spherical shape). The roundness of the edges of the particles does not have a clear positive or negative effect on the physical parameters of the repository. Sharp or only slightly rounded edges increase the specific surface area and gap, and thus improve the parameters, but on the other hand, they lengthen and curve the gas path between the particles, and thus have the opposite effect. From the point of view of mechanical resistance, and thus also the lifetime of the particles, a higher roundness of the edges will be suitable. The surface of the particles with a microcrystalline structure has only a small roughness, which will mostly affect the pressure loss only negligibly in slow laminar flow. Favorable parameters for heat sharing in storage are provided by a large heat exchange surface (surface of solid particles related to volume or weight - specific surface). This area is most dependent on the mean particle size. A small solid particle size is beneficial for heat sharing, but decreasing particle size causes an increase in pressure drop.
Z provedených matematicko-fyzikálních analýz se jeví vhodné dodržení poměru celkové výšky akumulačního prostoru úložiště k střední velikosti částice sypkého žáruvzdorného materiálu v rozsahu 1:1500 až 1:6000. V běžné technické praxi se tak bude jednat o střední velikosti částic v rozsahu od 0,5 mm do 20 mm, s výhodou od 0,5 mm do 10 mm, při maximálním rozdílu velikosti částic v konkrétní aplikaci do poměru 5:1 (největší k nejmenší velikosti částice). Základním parametrem je požadovaný výkon ukládání a odběru tepelné energie vztažený na 1 m2 půdorysné plochy akumulačního prostoru úložiště. Tento parametr může být výrazně odlišný pro ukládání, a pro zpětný odběr tepelné energie. Možný maximální výkon ukládání/odběru tepelné energie je kromě výkonu dmychadel omezen hlavně výškou oblasti strmého tepelného gradientu, která vznikne při proudění plynu akumulačním prostorem. Tuto oblast lze definovat tím, že při proudění plynu akumulačním prostorem v ní proběhne 90 % změny teploty plynu. Výška oblasti strmého tepelného gradientu je základním parametrem návrhu akumulačního prostoru úložiště. Výpočet této výšky je úlohou pro matematicko-fyzikální analýzu proudění plynu skrz pórovité médium - vrstvu částic materiálu. Při zachování ostatních parametrů velikost této výšky roste v závislosti na rychlosti proudění plynu, a tím v závislosti na výkonu.From the mathematical-physical analyzes carried out, it appears appropriate to maintain the ratio of the total height of the storage storage space to the average particle size of the bulk refractory material in the range of 1:1500 to 1:6000. In common technical practice, this will mean average particle sizes in the range from 0.5 mm to 20 mm, preferably from 0.5 mm to 10 mm, with the maximum difference in particle size in a specific application up to a ratio of 5:1 (the largest to smallest particle size). The basic parameter is the required performance of thermal energy storage and extraction based on 1 m 2 of floor plan area of the storage storage area. This parameter can be significantly different for storage, and for recovery of thermal energy. In addition to the performance of the blowers, the possible maximum power of thermal energy storage/absorption is mainly limited by the height of the area of the steep thermal gradient, which is created when the gas flows through the storage space. This area can be defined by the fact that 90% of the gas temperature change takes place in it when the gas flows through the storage space. The height of the area of the steep thermal gradient is a basic parameter for the design of the storage storage space. The calculation of this height is a task for the mathematical-physical analysis of gas flow through a porous medium - a layer of material particles. If the other parameters are maintained, the size of this height increases depending on the gas flow rate, and thus depending on the power.
Příklad této závislosti je znázorněn na obr. 2 - zvětšování výšky oblasti strmého tepelného gradientu v závislosti na rychlosti proudění. Maximální rozsah oblasti strmého tepelného gradientu pro zajištění funkce úložiště tepla je polovina výšky akumulačního prostoru. Obecně účinnější úložiště bude při výkonu/rychlosti proudění, kdy poměr výšky oblasti strmého tepelného gradientu k výšce akumulačního prostoru bude vyšší (např. 1:4, 1:5, 1:6, 1:7 nebo 1:8).An example of this dependence is shown in Fig. 2 - increasing the height of the steep thermal gradient region depending on the flow rate. The maximum extent of the steep thermal gradient area to ensure the heat storage function is half the height of the storage space. In general, a more efficient storage will be at a power/flow rate where the ratio of the height of the steep thermal gradient region to the height of the storage space is higher (eg 1:4, 1:5, 1:6, 1:7 or 1:8).
Při potřebě zvýšení parametru výkonu na m2 půdorysné plochy úložiště je pro snížení výšky oblasti strmého tepelného gradientu nutné snížit střední velikost částic sypkého žáruvzdorného materiálu. Příklad této závislosti je znázorněn na obr. 3 - zmenšování výšky oblasti strmého tepelného gradientu v závislosti na snižování střední velikosti částic sypkého žáruvzdorného materiálu.If there is a need to increase the performance parameter per m 2 of the floor plan area of the repository, it is necessary to reduce the average particle size of the bulk refractory material in order to reduce the height of the area of the steep thermal gradient. An example of this dependence is shown in Fig. 3 - the reduction of the height of the area of steep thermal gradient depending on the reduction of the mean particle size of the bulk refractory material.
Obousměrné prohánění plynu úložištěm bude zajišťováno systémem dmychadel. Je vhodné, aby výkon systému dmychadel, kompenzující tlakovou ztrátu, byl v ekonomickém poměru k projektovanému tepelnému výkonu proudícího plynného média v úložišti tepla. V případě že je vstupní tepelná energie generována alespoň částečně z elektrické energie, může být výhodné použití výrazně vyšších rychlostí proudění (vyšší výkon systému dmychadel) při ukládání tepelné energie, než u obráceného výstupního proudění, protože prakticky všechna energie použitá na mechanickou práci při ukládání tepla se výsledně přemění na uloženou tepelnou energii. Z hlediska požadavku na výkon dmychadel jsou pro technickou praxi vhodné parametry mimovrstvové rychlosti proudění v rozsahu 0,01 - 1 m/s (prostup 0,01 - 1 m3 plynu plochou 1 m2/s), a tlaková ztráta v řádu 102 až 104 Pa/m výšky akumulačního prostoru úložiště.Two-way driving of gas through the storage facility will be ensured by a system of blowers. It is advisable that the performance of the blower system, compensating the pressure loss, be in an economic ratio to the projected heat output of the flowing gas medium in the heat storage. In the event that the input thermal energy is generated at least in part from electrical energy, it may be advantageous to use significantly higher flow rates (higher blower system performance) in thermal energy storage than in the reverse output flow, since virtually all energy used for mechanical work in heat storage is ultimately transformed into stored thermal energy. From the point of view of the requirement for the performance of the blowers, for technical practice, parameters of extra-layer flow velocity in the range of 0.01 - 1 m/s (permeation of 0.01 - 1 m 3 of gas through an area of 1 m 2 /s) and pressure loss in the order of 10 2 are suitable up to 10 4 Pa/m of the height of the storage storage area.
- 7 CZ 2023 - 173 A3- 7 CZ 2023 - 173 A3
Pro technickou realizovatelnost úložiště je nutná vysoká míra spolehlivosti výpočtového matematicko-fyzikálního modelování akumulačního prostoru úložiště tepla. Zásadní parametry upřesňující konkrétní materiál v matematicko-fyzikálním modelu, jako tlaková ztráta, součinitel přestupu tepla a tepelná kapacita, lze ověřit laboratorně na malém vzorku konkrétního materiálu.For the technical feasibility of the storage, a high degree of reliability of computational mathematical-physical modeling of the accumulation space of the heat storage is required. Fundamental parameters specifying a specific material in a mathematical-physical model, such as pressure loss, heat transfer coefficient and heat capacity, can be verified in the laboratory on a small sample of a specific material.
Cena materiálu pro uložení energie, včetně ceny zpracování a dopravy, budou mít s růstem velikosti úložiště větší význam. Pro menší úložiště v řádu desítek m3 objemu budou optimální sypané keramické materiály, nebo uměle slinuté kamenivo s nízkou hodnotou tepelné vodivosti a s menším důrazem na objemovou hmotnost (např. lehký granulát z expandovaných jílů značky Liapor 4-8/600). U velkých úložišť bude parametr tepelné vodivosti ztrácet na významu a bude možné s vysokou účinností použít levnější, tepelně dodatečně nezpracované přírodní materiály. Je také možné optimalizovat celkové vlastnosti akumulačního materiálu úložiště mícháním pevných částic podobné velikosti, ale s různými materiálovými parametry, nebo ukládáním materiálově různých částic po vrstvách podpořit stratifikaci tepla v úložišti.The cost of the energy storage material, including the cost of processing and transportation, will become more important as the storage size grows. For smaller storage in the order of tens of m 3 in volume, loose ceramic materials or artificially sintered aggregates with a low value of thermal conductivity and less emphasis on volumetric weight will be optimal (eg light granulate from expanded clays brand Liapor 4-8/600). For large storage facilities, the thermal conductivity parameter will lose its significance and it will be possible to use cheaper, thermally additional natural materials with high efficiency. It is also possible to optimize the overall properties of the storage storage material by mixing solid particles of similar size but with different material parameters, or by depositing materially different particles in layers to promote heat stratification in the storage.
Prakticky u všech částic i z velmi odolných materiálů, bude docházet vlivem tepelných cyklů a z toho odvozených objemových změn k narušování povrchu a odlučování prachových částic. Tyto prachové částice se hromadí v kanálcích mezi částicemi běžné velikosti, a zejména při proudění směrem dolů jsou plynem unášeny. Při běžné funkci úložiště bude potřebný špičkový vstupní tepelný výkon vyšší jak výstupní, a tím bude rychlost proudění vysokoteplotním akumulačním prostorem směrem dolů vyšší než směrem nahoru. Plyn proto bude po výstupu ze spodní části vysokoteplotního akumulačního prostoru procházet odlučovačem prachu (ideálně cyklonový odlučovač doplněný filtrem), aby nedocházelo k zanášení trubních vedení a tepelných výměníků prachem. Proudění plynu při zpětném získávání tepla probíhá zespodu nahoru, a proto unáší pouze výjimečně velmi jemné prachové částice, bez rizika usazování v systému plynových kanálů. Toto proudění může navíc rekuperovat filtry odlučovače (s výhodou vybavené vibrátorem).Virtually all particles, even those made of very resistant materials, will suffer surface disruption and separation of dust particles due to thermal cycles and resulting volume changes. These dust particles accumulate in channels between particles of normal size, and are carried away by the gas, especially in the downward flow. In normal storage operation, the required peak input heat output will be higher than the output, and thus the downward flow rate through the high-temperature storage space will be higher than upward. Therefore, after exiting the lower part of the high-temperature storage space, the gas will pass through a dust separator (ideally a cyclone separator complete with a filter) to prevent pipe lines and heat exchangers from becoming clogged with dust. The gas flow during heat recovery takes place from the bottom up and therefore carries away only exceptionally fine dust particles, without the risk of settling in the gas channel system. This flow can additionally recover the filters of the separator (preferably equipped with a vibrator).
Eroze částic, zvláště u odolných slinutých keramických materiálů, je sice pomalá, ale trvale snižuje funkční parametry úložiště. Vlivem eroze částic dochází k zanášení a zmenšování průřezu kanálků mezi částicemi. Výsledkem je zvyšování tlakové ztráty, a vlivem snižování tepelné vodivosti na povrchu částic také snižování součinitele přestupu tepla. Při konstrukci úložiště je proto nutné zajistit možné jednorázové nahrazení nebo postupné nahrazování sypkého žáruvzdorného materiálu ve vysokoteplotním akumulačním prostoru. U velkých úložišť bude praktičtější postupná repase a doplňování bez nutnosti vychladnutí celého úložiště, a tím zásadního ovlivnění činnosti.Particle erosion, especially in durable sintered ceramic materials, is slow but permanently reduces the functional parameters of the repository. As a result of particle erosion, there is clogging and reduction of the cross section of the channels between the particles. The result is an increase in pressure loss, and due to the decrease in thermal conductivity on the surface of the particles, also a decrease in the heat transfer coefficient. When designing the storage, it is therefore necessary to ensure the possible one-time replacement or gradual replacement of bulk refractory material in the high-temperature storage space. In the case of large storage facilities, gradual overhaul and replenishment will be more practical without the need to cool down the entire storage facility, thereby significantly affecting the operation.
Součástí příkladu uskutečnění tohoto vynálezu je řešení postupného nahrazování sypkého žáruvzdorného materiálu (výplně vysokoteplotního akumulačního prostoru). Cílem řešení je zajistit tak standardní, trvale udržitelné podmínky ukládání energie. Eroze probíhá oddělováním povrchových částí velikostí odpovídající jemnosti struktury materiálu. U přírodních materiálů probíhá rychleji, oddělováním větších prachových částic a méně rovnoměrně než u umělých keramických materiálů (jemnější, rovnoměrnější a slinutější struktura). Obecně lze předpokládat že bude možné provádět repasi sypkého žáruvzdorného materiálu otlučením (např. v bubnové míchačce) a proséváním (např. vibrační síto pod mírným sklonem). Pro snížení prašnosti a hlučnosti a zkvalitnění procesu je vhodné současné promývání vodou. Před opuštěním síta je materiál proudem vzduchu zbaven vody, a prachu na povrchu. Při promývání je dále dosušen při průchodu pomalu rotujícím válcem, nebo nuceným průchodem vzduchu se sníženou vlhkostí zásobníkem. Znovu nepoužitelný materiál s nedostatečnou pevností a velikostí je takto odloučen, a nadále vhodný materiál je zbaven narušeného povrchu, prachu a nežádoucích menších částic. Výsledkem je poté znovu použitelná požadovaná úzká frakce sypkého žáruvzdorného materiálu. Zbytek po repasi tzv. “podsítné” může být použit u jiného, menšího nebo výkonnějšího typu úložiště kde jsou žádoucí menší částice, nebo jinak využit. Zbytkový prach a otlučený materiál mohou být dále tříděny a zpracovány při výrobě keramických hmot, nebo může sloužit proPart of the example of the realization of this invention is the solution of gradual replacement of bulk refractory material (filling of the high-temperature storage space). The goal of the solution is to ensure standard, sustainable energy storage conditions. Erosion takes place by separating the surface parts in sizes corresponding to the fineness of the material structure. With natural materials, it occurs faster, separating larger dust particles and less evenly than with artificial ceramic materials (finer, more uniform and more sintered structure). In general, it can be assumed that it will be possible to reprocess bulk refractory material by beating (e.g. in a drum mixer) and sieving (e.g. vibrating sieve under a slight slope). To reduce dust and noise and improve the quality of the process, simultaneous washing with water is suitable. Before leaving the sieve, the material is freed from water and dust on the surface by an air stream. During washing, it is further dried by passing through a slowly rotating cylinder, or by forced passage of air with reduced humidity through a reservoir. Unusable material with insufficient strength and size is separated in this way, and still suitable material is freed from disturbed surface, dust and unwanted smaller particles. The result is then a reusable, desired narrow fraction of bulk refractory material. The rest after overhaul of the so-called "sub-mesh" can be used in another, smaller or more efficient type of storage where smaller particles are desired, or used in another way. Residual dust and battered material can be further sorted and processed in the production of ceramic materials, or it can be used for
- 8 CZ 2023 - 173 A3 výrobu nových keramických žáruvzdorných slinutých částic. Technologie ukládání energie tak bude mít minimální environmentální dopad.- 8 CZ 2023 - 173 A3 production of new ceramic refractory sintered particles. Energy storage technology will thus have minimal environmental impact.
Úložiště lze principiálně provozovat i při teplotách vyšších než snesou běžné žáruvzdorné silikátové materiály. Vyžádá si to ovšem provedení všech horkých částí úložiště z vysokoteplotních materiálů s vyšší odolností, a s inertním plynem jako médiem. Jako akumulační materiál pro maximální teploty je vhodná dostatečně pevná forma uhlíku nebo jeho sloučenin ve formě karbidů. Jako tepelně-izolační materiál pro teploty až 3000 °C lze použít vlnu nebo pěnu z uhlíkových vláken a grafitu. Ohřev úložiště na teploty nad 1200 °C může být efektivně řešen pouze elektrickou energií, pomocí grafitových odporových prvků, uhlíkovými odporovými vlákny, případně bezkontaktním indukčním systémem.In principle, the storage can also be operated at temperatures higher than the normal heat-resistant silicate materials can withstand. However, it will require the construction of all hot parts of the storage from high-temperature materials with higher resistance, and with an inert gas as a medium. A sufficiently solid form of carbon or its compounds in the form of carbides is suitable as storage material for maximum temperatures. As a heat-insulating material for temperatures up to 3000 °C, wool or foam made of carbon fibers and graphite can be used. Heating the storage to temperatures above 1200 °C can be effectively solved only with electricity, using graphite resistance elements, carbon resistance fibers, or a non-contact induction system.
Objasnění výkresůClarification of drawings
Obr. 1 schematicky znázorňuje vysokoteplotní úložiště tepla (plná čára se šipkami znázorňuje horký plyn, přerušovaná čára se šipkami znázorňuje ochlazený plyn, přerušovaná čára bez šipek znázorňuje elektrické vedení).fig. 1 schematically shows a high-temperature heat storage (solid line with arrows shows hot gas, dashed line with arrows shows cooled gas, dashed line without arrows shows electrical lines).
Obr. 2 znázorňuje zvětšování výšky oblasti strmého tepelného gradientu v závislosti zvyšování na rychlosti proudění (vrchní část sloupců znázorňuje nejvyšší teplotu a spodní část sloupců nejnižší teplotu).fig. 2 shows the increase in the height of the region of the steep thermal gradient as a function of the increase in the flow rate (the upper part of the columns shows the highest temperature and the lower part of the columns the lowest temperature).
Obr. 3 znázorňuje zmenšování výšky oblasti strmého tepelného gradientu v závislosti na snižování střední velikosti částic sypkého žáruvzdorného materiálu (vrchní část sloupců znázorňuje nejvyšší teplotu a spodní část sloupců nejnižší teplotu).fig. 3 shows the decrease in the height of the steep thermal gradient region as a function of the decrease in the mean particle size of the bulk refractory material (the upper part of the bars shows the highest temperature and the lower part of the bars the lowest temperature).
Obr. 4 jsou funkční schémata teplosměnných okruhů (plná čára se šipkami znázorňuje horký plyn, přerušovaná čára se šipkami znázorňuje ochlazený plyn).fig. 4 are functional diagrams of heat exchange circuits (solid line with arrows represents hot gas, dashed line with arrows represents cooled gas).
Obr. 5 schematicky znázorňuje distribuční ventil.fig. 5 schematically shows the distribution valve.
Příklady uskutečnění vynálezuExamples of implementation of the invention
Konstrukce vysokoteplotního úložiště teplaConstruction of high-temperature heat storage
Uspořádání vysokoteplotního úložiště tepla, kde tepelná energie je vázána prostřednictvím pevného sypkého žáruvzdorného materiálu, je znázorněno na obr. 1. V tomto provedení vysokoteplotní úložiště zahrnuje tepelně izolovaný prostor uvnitř vnějšího tepelně-izolačního pláště 5. Převažující část tepelně izolovaného prostoru uvnitř vnějšího tepelně-izolačního pláště 5 vyplňuje nosný vnitřní plášť 3 s vysokoteplotní tepelnou izolací 2 a vysokoteplotní akumulační prostor 14, který je z vrchní strany a z bočních stran obklopen nosným vnitřním pláštěm 3 s vysokoteplotní tepelnou izolací 2 a ze spodní strany obklopen roštem s plynovými kanály 14.7. Mezi vnějším tepelně-izolačním pláštěm 5 a nosným vnitřním pláštěm 3, je vytvořena plynová mezera 4.1, a dále s výhodou propojovací plynový kanál 4.3, resp. vzduchový kanál 13.3 (viz podrobnější popis níže).An arrangement of high-temperature heat storage, where thermal energy is bound through a solid bulk refractory material, is shown in Fig. 1. In this embodiment, the high-temperature storage includes a thermally insulated space within an outer thermally insulating shell 5. The majority of the thermally insulated space within the outerly thermally insulating shell 5 shell 5 is filled by the load-bearing inner shell 3 with high-temperature thermal insulation 2 and the high-temperature storage space 14, which is surrounded from the top and sides by the load-bearing inner shell 3 with high-temperature thermal insulation 2 and from the bottom side surrounded by the grate with gas channels 14.7. A gas gap 4.1 is formed between the outer heat-insulating shell 5 and the supporting inner shell 3, and further preferably a connecting gas channel 4.3, or air channel 13.3 (see more detailed description below).
Spodní část tepelně izolovaného prostoru uvnitř vnějšího tepelně-izolačního pláště 5 vyplňuje servisní prostor 22. V servisním prostoru 22 pod roštem s plynovými kanály 14.7 se nachází minimálně jedna násypka 21.1, minimálně jeden odlučovač prachu 20.1, dále může být v servisním prostoru instalován sběrný a dopravní systém 20 odloučeného prachu a sběrný a dopravní systém 21 materiálu k repasi. Sypký žáruvzdorný materiál v násypce 21.1 a objemThe lower part of the thermally insulated space inside the outer heat-insulating jacket 5 fills the service space 22. In the service space 22, under the grate with gas channels 14.7, there is at least one hopper 21.1, at least one dust separator 20.1, and collection and transport can also be installed in the service space a system 20 of separated dust and a collection and transport system 21 of material for overhaul. Bulk refractory material in hopper 21.1 and volume
- 9 CZ 2023 - 173 A3 odlučovače prachu 20.1 je s výhodou izolován od zbylého servisního prostoru 22 tepelnou izolací 5.2 servisního prostoru. Základovou konstrukci vysokoteplotního úložiště tepla s výhodou tvoří základová deska 3.1 ležící na nosné tepelné izolaci 5.1 (např. štěrk z pěnového skla) navazující na vnější tepelně-izolační plášť 5.- 9 CZ 2023 - 173 A3 of the dust separator 20.1 is preferably isolated from the rest of the service space 22 by thermal insulation 5.2 of the service space. The base structure of the high-temperature heat storage preferably consists of a base plate 3.1 lying on a load-bearing thermal insulation 5.1 (e.g. foam glass gravel) connected to the outer heat-insulating jacket 5.
Uvnitř vnějšího tepelně-izolačního pláště 5 je v libovolném uspořádání vzhledem k nosnému vnitřnímu plášti 3, nebo v samostatně odděleném prostoru, umístěn minimálně jeden technologický prostor 4.2, který je s výhodou umístěn ve výšce servisního prostoru a/nebo vedle nosného vnitřního pláště 3. Samostatně oddělený technologický prostor 4.2 je k ostatním částem tepelně izolovaného prostoru uvnitř vnějšího tepelně-izolačního pláště 5 s výhodou připojen koaxiálním vstupem-výstupem 7.3 tepla, kdy plynový kanál o vyšší teplotě je uvnitř plynového kanálu o nižší teplotě.At least one technological space 4.2 is located inside the outer heat-insulating shell 5 in any arrangement relative to the supporting inner shell 3, or in a separate space, which is preferably located at the height of the service area and/or next to the supporting inner shell 3. Separately the separate technological space 4.2 is preferably connected to the other parts of the thermally insulated space inside the outer heat-insulating shell 5 by the coaxial heat input-output 7.3, when the gas channel with a higher temperature is inside the gas channel with a lower temperature.
Uvedený plynový kanál o vyšší teplotě v koaxiálním vstupu-výstupu 7.3 tepla navazuje na horký plynový kanál 7 probíhající vysokoteplotní tepelnou izolací 2 a ústící do vrchní části vysokoteplotního akumulačního prostoru 14 (do plynové vrstvy 14.6). Uvedený plynový kanál o nižší teplotě v koaxiálním vstupu-výstupu 7.3 tepla navazuje na propojovací plynový kanál 4.3 probíhající mezi vnějším tepelně-izolačním pláštěm 5 a nosným vnitřním pláštěm 3, a ústící do plynové mezery 4.1 v místě vstupu-výstupu 6 ochlazeného plynu. Vstup-výstup 6 ochlazeného plynu, se vždy nachází nad vysokoteplotním akumulačním prostorem 14, blízko nejvyššího místa plynové mezery 4.1. Při velké půdorysné ploše úložiště může být výhodné použití více vstupů-výstupů 6 ochlazeného plynu. Horký plynový kanál 7 a propojovací plynový kanál 4.3 mohou tedy být s výhodou uspořádány koaxiálně do vstupu-výstupu 7.3 tepla, a to tak, že propojovací plynový kanál 4.3 obklopuje horký plynový kanál 7. Při velké půdorysné ploše úložiště může být výhodné použití více propojovacích plynových kanálů 4.3 a horkých plynových kanálů 7.The mentioned gas channel with a higher temperature in the coaxial heat input-output 7.3 connects to the hot gas channel 7 running through the high-temperature thermal insulation 2 and opening into the upper part of the high-temperature accumulation space 14 (into the gas layer 14.6). The mentioned gas channel with a lower temperature in the coaxial heat input-output 7.3 is connected to the connecting gas channel 4.3 running between the outer heat-insulating shell 5 and the supporting inner shell 3, and opening into the gas gap 4.1 at the point of the input-output 6 of the cooled gas. The inlet-outlet 6 of the cooled gas is always located above the high-temperature storage space 14, near the highest point of the gas gap 4.1. With a large floor plan area of the storage, it may be advantageous to use multiple inlets-outlets 6 of the cooled gas. The hot gas channel 7 and the connecting gas channel 4.3 can therefore advantageously be arranged coaxially to the heat input-output 7.3, in such a way that the connecting gas channel 4.3 surrounds the hot gas channel 7. With a large floor plan of the storage, it can be advantageous to use several connecting gas channels channels 4.3 and hot gas channels 7.
Dále může být technologický prostor 4.2 připojen k minimálně jednomu výstupnímu tepelnému výměníku 12. Výstupní tepelný výměník 12 je s výhodou připojen koaxiálním výstupem 7.2 tepla, kdy plynový kanál o vyšší teplotě je uvnitř plynového kanálu o nižší teplotě. Dále může být technologický prostor 4.2 připojen k minimálně jednomu vstupnímu tepelnému výměníku 11. Vstupní tepelný výměník 11 je s výhodou připojen koaxiálním vstupem-výstupem 7.3 tepla.Furthermore, the technological space 4.2 can be connected to at least one output heat exchanger 12. The output heat exchanger 12 is preferably connected by a coaxial heat output 7.2, when the gas channel with a higher temperature is inside the gas channel with a lower temperature. Furthermore, the technological space 4.2 can be connected to at least one input heat exchanger 11. The input heat exchanger 11 is preferably connected by a coaxial heat input-output 7.3.
Plynová mezera 4.1 je na spodní straně dále spojena se servisním prostorem 22 a se vzduchovým kanálem 13.3. Tento vzduchový kanál 13.3 je napojen na tepelně-izolační dvoucestný ventil 13, který je dále připojen na pojistný vstupní plynový kanál 13.2. Dvoucestný ventil 13 je napojen i na horní část propojovacího plynového kanálu 4.3 a na havarijní výstup 13.1 plynu. Dvoucestný ventil 13 může být spojen přes magnetickou spojku 15.4 se servopohonem 15.3.The gas gap 4.1 is further connected on the lower side to the service space 22 and to the air channel 13.3. This air channel 13.3 is connected to the heat-insulating two-way valve 13, which is further connected to the safety inlet gas channel 13.2. The two-way valve 13 is also connected to the upper part of the connecting gas channel 4.3 and to the emergency gas outlet 13.1. The two-way valve 13 can be connected via the magnetic clutch 15.4 to the servo drive 15.3.
Nosný vnitřní plášť 3 vymezuje vysokoteplotní akumulační prostor 14 okolo vnitřního objemu úložiště tepla a je tvořen dostatečně těsným a únosným materiálem pro udržení tvaru úložiště vyplněného sypkým materiálem, např. monolitický beton, těsně spojené betonové prefabrikované dílce, ocelový plech, keramické dílce, hutné dostatečně tepelně-odolné vláknité kompozitní desky, a kombinace těchto materiálů. Nosný vnitřní plášť 3 je zároveň nosnou konstrukcí úložiště tepla a je vytvořen jako sekundární tepelně-akumulační vrstva. Na vnitřní straně nosného vnitřního pláště 3, přiléhající k vysokoteplotnímu akumulačnímu prostoru 14, je uspořádána vysokoteplotní tepelná izolace 2 vymezující vysokoteplotní akumulační prostor 14, v němž je uspořádán sypký žáruvzdorný materiál 1.The load-bearing inner shell 3 defines the high-temperature accumulation space 14 around the internal volume of the heat storage and is made of sufficiently tight and load-bearing material to maintain the shape of the storage filled with loose material, e.g. monolithic concrete, tightly connected concrete prefabricated parts, steel sheet, ceramic parts, dense enough thermally - durable fibrous composite boards, and combinations of these materials. The load-bearing inner shell 3 is also a load-bearing structure for heat storage and is created as a secondary heat-accumulation layer. On the inner side of the supporting inner shell 3, adjacent to the high-temperature storage space 14, a high-temperature thermal insulation 2 is arranged defining the high-temperature storage space 14, in which the bulk refractory material 1 is arranged.
Půdorysná plocha a výška vysokoteplotního akumulačního prostoru 14 je odvozena jednak od návrhové kapacity a vhodného poměru zajišťujícího minimalizaci povrchu průměrného horkého akumulačního objemu 14.4, jednak od vhodné výšky celého vysokoteplotního akumulačního prostoru 14. Lepší parametry vysokoteplotního akumulačního prostoru 14 zajišťuje prostor s větší výškou. Je to dáno nutností splňovat podmínku minimálně dvojnásobku, optimálně 4- až 8-násobku, výšky oblasti 14.3 strmého tepelného gradientu, definované jako oblast ve kteréThe floor plan area and height of the high-temperature storage space 14 is derived both from the design capacity and a suitable ratio ensuring the minimization of the surface of the average hot storage volume 14.4, and from the appropriate height of the entire high-temperature storage space 14. Better parameters of the high-temperature storage space 14 are ensured by a space with a greater height. This is due to the need to meet the condition of at least double, optimally 4- to 8-fold, the height of the area 14.3 steep thermal gradient, defined as an area in which
- 10 CZ 2023 - 173 A3 proudící plyn změní 90 % rozdílu teploty mezi střední teplotou ochlazeného akumulačního prostoru 14.5 a střední teplotou horkého akumulačního prostoru 14.4. Výška oblasti 14.3 strmého tepelného gradientu roste s rychlostí proudění plynu (obr. 2), a klesá při stejné rychlosti se zmenšováním velikosti částic sypkého žáruvzdorného materiálu (obr. 3). Výška oblasti 14.3 strmého tepelného gradientu je vypočtena pomocí Ergunovy rovnice proudění v pórovité zóně, a rovnic pro sdílení tepla v matematicko-fyzikálním modelu. Navrhovaná střední velikost částic sypkého žáruvzdorného materiálu 1 vyplňujících vysokoteplotní akumulační prostor 14 odpovídá 1/1500 až 1/6000 jeho výšky, při maximálním rozdílu velikosti částic v konkrétní aplikaci do poměru 5:1.- 10 CZ 2023 - 173 A3 the flowing gas changes 90% of the temperature difference between the mean temperature of the cooled storage space 14.5 and the mean temperature of the hot storage space 14.4. The height of the steep thermal gradient region 14.3 increases with gas flow rate (Fig. 2), and decreases at the same rate with decreasing bulk refractory particle size (Fig. 3). The height of the steep thermal gradient region 14.3 is calculated using Ergun's pore zone flow equation and the heat sharing equations in the mathematical-physical model. The proposed average particle size of the bulk refractory material 1 filling the high-temperature storage space 14 corresponds to 1/1500 to 1/6000 of its height, with a maximum difference in particle size in a specific application of up to a ratio of 5:1.
Z přírodních materiálů lze u sypkého žáruvzdorného materiálu 1 uvažovat zejména o mikrokrystalických výlevných horninách, s minimem alkalických příměsí, jako čedič, andezit, dacit apod. Z umělých materiálů jsou zejména vhodná keramická slinutá kameniva z vysokou objemovou hmotností a kulovým tvarem částic. Pro speciální aplikace s teplotami nad 1200 °C lze použít dostatečně pevnou formu uhlíku (např. do pelet lisovaný grafit se skelným uhlíkem na povrchu) nebo jeho sloučenin ve formě karbidů a nitridů. Výhodných celkových vlastností lze dosáhnout i směsí nebo vrstvením částic podobné frakce, ale s různými materiálovými vlastnostmi (např. z hlediska objemové hmotnosti a tepelné vodivosti).Of the natural materials, loose refractory material 1 can be considered especially microcrystalline pouring rocks, with a minimum of alkaline admixtures, such as basalt, andesite, dacite, etc. Of the artificial materials, ceramic sintered aggregates with a high volumetric weight and spherical particle shape are particularly suitable. For special applications with temperatures above 1200 °C, a sufficiently solid form of carbon (e.g. graphite pressed into pellets with glassy carbon on the surface) or its compounds in the form of carbides and nitrides can be used. Advantageous overall properties can also be achieved by mixing or layering particles of a similar fraction, but with different material properties (e.g. in terms of bulk density and thermal conductivity).
Vysokoteplotní tepelná izolace 2 může být provedena jako vrstvená izolace, která využívá žáruvzdorné a vysokoteplotní izolační materiály. Žáruvzdorné materiály se kromě ceny významně liší tepelnou odolností a tepelně-izolačními vlastnostmi. Od vnitřního k vnějšímu líci izolace klesá vnitřní lokální teplota v izolaci. Izolace s vynikajícími parametry při vysokých teplotách jsou až násobně dražší než tepelné izolace účinné pouze při nižších teplotách. Proto je vhodné celkovou tepelnou izolaci rozdělit do vrstev pracujících v určitém rozsahu teplot. Materiály jednotlivých vrstev lze pak navrhnout s ohledem na vypočtenou maximální lokální teplotu. Lze tím optimalizovat výslednou cenu i tloušťku tepelné izolace. Nejvyšší účinností při vysokých teplotách se vyznačují mikroporézní keramické izolace (např. opacifikované směsi pyrogenního oxidu křemičitého pomocí karbidu křemíku nebo oxidu titaničitého, např. značky FREEFLOW od společnosti PrOmAT). Nákladově ale může být efektivnější levnější materiál s horšími vlastnostmi (např. expandovaný perlit a/nebo expandovaný vermikulit).High-temperature thermal insulation 2 can be made as a layered insulation that uses heat-resistant and high-temperature insulation materials. In addition to price, refractory materials differ significantly in terms of heat resistance and thermal insulation properties. The internal local temperature in the insulation decreases from the inner to the outer face of the insulation. Insulation with excellent parameters at high temperatures are up to several times more expensive than thermal insulation effective only at lower temperatures. Therefore, it is advisable to divide the overall thermal insulation into layers operating in a certain range of temperatures. The materials of the individual layers can then be designed with regard to the calculated maximum local temperature. In this way, the resulting price and the thickness of the thermal insulation can be optimized. The highest efficiency at high temperatures is characterized by microporous ceramic insulations (e.g. opacified fumed silica mixtures using silicon carbide or titanium dioxide, e.g. FREEFLOW brand from PrOmAT). However, a cheaper material with worse properties (e.g. expanded perlite and/or expanded vermiculite) may be more cost effective.
Tepelné izolace nemají vysokou mechanickou odolnost. Pro praktické použití v úložišti tepla je nutné vázat je uvnitř materiálu odolnému vůči tlaku a otěru. Ideální pro teploty 500 až 1200 °C může být vrstva sestavená za použití broušených izolačních keramických cihel (např. značky POROTHERM s dutinami vyplněnými na vnější straně expandovaným perlitem a na vnitřní straně mikroporézní izolací). Pro aplikace o menším rozsahu lze mechanicky málo odolné vysokoteplotní izolace chránit těsnou povrchovou vrstvou, např. ze žáruvzdorného plechu (např. žáruvzdorná, legovaná, ušlechtilá, austentická ocel třídy 1.4828 dle norem AISI 309, ČSN 17251). Výhodnějších tepelně-izolačních vlastností lze dosáhnout i vakuováním vrstvy.Thermal insulations do not have high mechanical resistance. For practical use in heat storage, it is necessary to bind them inside a material resistant to pressure and abrasion. Ideal for temperatures of 500 to 1200 °C can be a layer assembled using ground insulating ceramic bricks (e.g. POROTHERM brand with cavities filled on the outside with expanded perlite and on the inside with microporous insulation). For applications on a smaller scale, mechanically weak high-temperature insulation can be protected with a tight surface layer, e.g. from refractory sheet (e.g. refractory, alloyed, noble, austenitic steel class 1.4828 according to AISI 309, ČSN 17251 standards). Better thermal insulation properties can also be achieved by vacuuming the layer.
Pro vrstvy v nižších provozních teplotách na vnější straně vysokoteplotní izolace (v lokálních teplotách do 500 až 600 °C) jsou již účinné podstatně levnější minerální a keramické vláknité materiály (např. deska z kamenné vlny značky ORSTECH 100 od společnosti ISOVER).For the layers at lower operating temperatures on the outside of the high-temperature insulation (in local temperatures up to 500 to 600 °C), significantly cheaper mineral and ceramic fiber materials (e.g. stone wool board of the ORSTECH 100 brand from ISOVER) are already effective.
Vnější tepelně-izolační plášť 5 může zahrnovat vzájemně těsněné montované prvky se sendvičovou konstrukcí (plášť - izolační jádro - plášť), kotvenými do nosného vnitřního pláště 3 s odstupem tvořícím vzduchovou mezeru 4.1, např. průmyslově vyráběné sendvičové panely typu plech - minerální vata - plech.The outer heat-insulating shell 5 can include mutually sealed assembled elements with a sandwich construction (sheath - insulating core - shell), anchored to the supporting inner shell 3 with a distance forming an air gap 4.1, e.g. industrially produced sandwich panels of the sheet metal - mineral wool - sheet metal type .
Uvnitř horní části vysokoteplotní tepelné izolace 2 je s výhodou uspořádána alespoň jedna jímka 8.1 pro elektricky ohřívané těleso 8.2, která je na spodní straně napojena na horký plynový kanál 7 a na horní straně na plynovou vrstvu 14.6 nad vysokoteplotním akumulačním prostorem 14. Jímka 8.1 ústí na vnějším líci vnějšího tepelně-izolačního pláště 5 a její vnitřní část je od ústí k vnitřnímu líci vysokoteplotní tepelné izolace 2 vyplněna tepelně izolačnímInside the upper part of the high-temperature thermal insulation 2, at least one sump 8.1 for the electrically heated body 8.2 is preferably arranged, which is connected on the lower side to the hot gas channel 7 and on the upper side to the gas layer 14.6 above the high-temperature accumulation space 14. The sump 8.1 opens onto the outer face of the outer heat-insulating jacket 5, and its inner part is filled from the mouth to the inner face of the high-temperature heat insulation 2 with heat-insulating
- 11 CZ 2023 - 173 A3 materiálem. V jímce 8.1 je uspořádáno alespoň jedno elektricky ohřívané těleso 8.2 (např. rezistor, indukční ohřev), které je napojeno na zdroj elektrického napětí 8.- 11 CZ 2023 - 173 A3 material. At least one electrically heated body 8.2 (e.g. resistor, induction heating) is arranged in the sump 8.1, which is connected to the electric voltage source 8.
Uvnitř technologického prostoru 4.2 se nachází systém 10 dmychadel, který zahrnuje kombinaci minimálně dvou dmychadel umožňující proudění v jednom vstupním teplosměnném okruhu 9.1 nebo 9.3 tepla a v jednom výstupním teplosměnném okruhu 9.2 tepla. S výhodou systém 10 dmychadel zahrnuje i další ventily a dmychadla, umožňující souběžnou funkci a propojení více teplosměnných okruhů. Pohony 15.5 dmychadel a případné servopohony 15.3 ventilů, jsou s výhodou umístěny na vnější straně vnějšího tepelně-izolačního pláště 5.Inside the technological space 4.2 there is a system of 10 blowers, which includes a combination of at least two blowers enabling flow in one input heat exchange circuit 9.1 or 9.3 of heat and in one output heat exchange circuit 9.2 of heat. Advantageously, the system of 10 blowers also includes other valves and blowers, enabling the simultaneous function and connection of several heat exchange circuits. Blower drives 15.5 and any valve servo drives 15.3 are preferably located on the outside of the outer heat-insulating jacket 5.
Teplosměnné okruhyHeat exchange circuits
Systém 10 dmychadel zajišťuje proudění plynu minimálně v jednom vstupním a jednom výstupním teplosměnném okruhu tepla (obr. 4), přičemž vstupním teplosměnným okruhem může být vstupní teplosměnný okruh 9.1 tepla nebo vstupní teplosměnný okruh 9.3 tepla s elektrickým ohřevem. S výhodou systém 10 dmychadel zajišťuje proudění ve výstupním teplosměnném okruhu 9.2 nebo ve výstupním teplosměnném okruhu 9.4 s řízením výstupní teploty, a/nebo v kombinaci 9.5 teplosměnných okruhů s převahou vstupů a v kombinaci 9.6 teplosměnných okruhů s převahou výstupů. S výhodou systém 10 dmychadel umožňuje v těchto kombinovaných teplosměnných okruzích (9.5 a 9.6) snížení výstupní teploty ve výstupním tepelném výměníku 12. Při činnosti všech teplosměnných okruhů může elektricky ohřívané těleso 8.2 dodávat teplo. Schéma teplosměnných okruhů je uvedeno na obr. 4a až 4f.The blower system 10 ensures gas flow in at least one input and one output heat exchange circuit (Fig. 4), whereby the input heat exchange circuit can be the input heat exchange circuit 9.1 heat or the input heat exchange circuit 9.3 heat with electric heating. Advantageously, the blower system 10 ensures flow in the output heat exchange circuit 9.2 or in the output heat exchange circuit 9.4 with output temperature control, and/or in combination 9.5 of heat exchange circuits with a predominance of inputs and in combination 9.6 of heat exchange circuits with a predominance of outputs. Advantageously, the blower system 10 allows in these combined heat exchange circuits (9.5 and 9.6) to reduce the output temperature in the output heat exchanger 12. When all heat exchange circuits are operating, the electrically heated body 8.2 can supply heat. The diagram of the heat exchange circuits is shown in Fig. 4a to 4f.
Vstupní teplosměnný okruh 9.1 tepla (obr. 4a) představuje propojení systému 10 dmychadel, postupně na straně sání, s technologickým prostorem 4.2, s propojovacím plynovým kanálem 4.3, se vstupem-výstupem 6 ochlazeného plynu, s plynovou mezerou 4.1, s odlučovačem 20.1 prachu, s roštem s plynovými kanály 14.7 pod vysokoteplotním akumulačním prostorem 14. Na straně výstupu je systém 10 dmychadel postupně propojen s prvním výstupním kanálem 10.1, se vstupním tepelným výměníkem 11, s prvním vstupním kanálem 11.1, s horkým plynovým kanálem 7, a s horkou plynovou vrstvou 14.6 nad vysokoteplotním akumulačním prostorem 14, přičemž mezi ukončením horkého plynového kanálu 7 a horkou plynovou vrstvou 14.6 je s výhodou umístěna jímka 8.1 s elektricky ohřívaným tělesem 8.2.The heat input heat exchange circuit 9.1 (Fig. 4a) represents the connection of the blower system 10, successively on the suction side, with the technological space 4.2, with the connecting gas channel 4.3, with the inlet-outlet 6 of the cooled gas, with the gas gap 4.1, with the dust separator 20.1, with a grate with gas channels 14.7 below the high-temperature accumulation space 14. On the outlet side, the blower system 10 is successively connected to the first outlet channel 10.1, to the inlet heat exchanger 11, to the first inlet channel 11.1, to the hot gas channel 7, and to the hot gas layer 14.6 above the high-temperature storage space 14, and between the end of the hot gas channel 7 and the hot gas layer 14.6, a sump 8.1 with an electrically heated body 8.2 is preferably located.
Výstupní teplosměnný okruh 9.2 tepla (obr. 4b) představuje propojení systému 10 dmychadel, postupně na straně sání, s druhým vstupním plynovým kanálem 10.2, s výstupním tepelným výměníkem 12, s druhým výstupním kanálem 12.1, s horkým plynovým kanálem 7 a s horkou plynovou vrstvou 14.6 nad vysokoteplotním akumulačním prostorem 14, přičemž mezi ukončením horkého plynového kanálu 7 a horkou plynovou vrstvou 14.6 je s výhodou umístěna jímka 8.1 s elektricky ohřívaným tělesem 8.2. Na straně výstupu je systém 10 dmychadel postupně propojen s technologickým prostorem 4.2, s propojovacím plynovým kanálem 4.3, se vstupem-výstupem 6 ochlazeného plynu, s plynovou mezerou 4.1, s odlučovačem 20.1 prachu, a s roštem s plynovými kanály 14.7 pod vysokoteplotním akumulačním prostorem 14.The heat output heat exchange circuit 9.2 (Fig. 4b) represents the connection of the blower system 10, successively on the suction side, with the second input gas channel 10.2, with the output heat exchanger 12, with the second output channel 12.1, with the hot gas channel 7 and with the hot gas layer 14.6 above the high-temperature storage space 14, and between the end of the hot gas channel 7 and the hot gas layer 14.6, a sump 8.1 with an electrically heated body 8.2 is preferably located. On the outlet side, the system of 10 blowers is successively connected to the technological space 4.2, to the connecting gas channel 4.3, to the inlet-outlet 6 of the cooled gas, to the gas gap 4.1, to the dust separator 20.1, and to the grate with gas channels 14.7 under the high-temperature accumulation space 14.
Vstupní teplosměnný okruh 9.3 s elektrickým ohřevem (obr. 4c) představuje propojení systému 10 dmychadel, postupně na straně sání, s technologickým prostorem 4.2, s propojovacím plynovým kanálem 4.3, se vstupem-výstupem 6 ochlazeného plynu, s plynovou mezerou 4.1, s odlučovačem 20.1 prachu, s roštem s plynovými kanály 14.7 pod vysokoteplotním akumulačním prostorem 14. Na straně výstupu je systém 10 dmychadel postupně propojen s druhým propojovacím plynovým kanálem 10.3, s horkým plynovým kanálem 7, s jímkou 8.1 s elektricky ohřívaným tělesem 8.2 a s horkou plynovou vrstvou 14.6 nad vysokoteplotním akumulačním prostorem 14.The input heat exchange circuit 9.3 with electric heating (Fig. 4c) represents the connection of the system of 10 blowers, successively on the suction side, with the technological space 4.2, with the connecting gas channel 4.3, with the inlet-outlet 6 of the cooled gas, with the gas gap 4.1, with the separator 20.1 dust, with a grate with gas channels 14.7 below the high-temperature accumulation space 14. On the output side, the blower system 10 is successively connected to the second connecting gas channel 10.3, to the hot gas channel 7, to the sump 8.1 with the electrically heated body 8.2 and to the hot gas layer 14.6 above high-temperature storage space 14.
Ostatní teplosměnné okruhy (9.4, 9.5, 9.6) používají pouze fyzické propojení výše popsaných vstupních a výstupních teplosměnných okruhů (9.1, 9.2, 9.3).The other heat exchange circuits (9.4, 9.5, 9.6) use only the physical connection of the input and output heat exchange circuits (9.1, 9.2, 9.3) described above.
- 12 CZ 2023 - 173 A3- 12 CZ 2023 - 173 A3
Přídavné funkce a řízeníAdditional functions and management
Jako vstupy pro doplňování sypkého žáruvzdorného materiálu slouží distribuční ventil 16, jeho umístění je vždy nad horkou plynovou vrstvou 14.6, přičemž při velké půdorysné ploše úložiště může být výhodné použití více distribučních ventilů 16. Na spodní části 17.6 vnitřního tělesa distribučního ventilu je v prostoru horké plynové vrstvy 14.6 upevněna vibrační deska 18. Součástí distribučního ventilu jsou elektricky ovládané prvky v podobě servopohonu 15.3 ventilu, vibrátoru 15.8 a elektromagnetické spojky 17.7 distribučního ventilu, zapojené za tepelnou pojistkou 15.6. Vnitřní členění a funkce distribučního ventilu 16 je znázorněna na obr. 5 a je součástí samostatného popisu, viz níže. Distribuční ventil 16 je přes doplňovací kanál 19.3 napojen na systém 19 dopravy sypkého žáruvzdorného materiálu. V případě použití více distribučních ventilů 16 je doplňovací kanál 19.3 veden z rozdělovače 19.1 a tento je pak napojen na systém 19 dopravy sypkého žáruvzdorného materiálu.The distribution valve 16 serves as the input for refilling the loose refractory material, its location is always above the hot gas layer 14.6, while the use of several distribution valves 16 may be advantageous in the case of a large storage area. On the lower part 17.6 of the inner body of the distribution valve, there is a hot gas a vibrating plate 18 is attached to layer 14.6. Part of the distribution valve are electrically controlled elements in the form of a valve servo drive 15.3, a vibrator 15.8 and an electromagnetic clutch 17.7 of the distribution valve, connected behind the thermal fuse 15.6. The internal structure and function of the distribution valve 16 is shown in Fig. 5 and is part of a separate description, see below. The distribution valve 16 is connected to the bulk refractory material transport system 19 via the replenishment channel 19.3. In the case of using multiple distribution valves 16, the replenishment channel 19.3 is led from the distributor 19.1, and this is then connected to the system 19 for transporting bulk refractory material.
Součástí příkladného vysokoteplotního úložiště tepla je i systém měření a regulace obsahující řídicí jednotku 15.1, která je připojena jednak na zdroj 8 elektrického napětí, jednak k pohonům 15.5 a servopohonům systému 10 dmychadel, přes tepelnou pojistku 15.6 k elektromagnetické spojce 15.4 a servopohonu 15.3 ventilu, dále k elektricky ovládaným prvkům distribučního ventilu 16 přes tepelnou pojistku 15.6 k servopohonu 15.3 ventilu, vibrátoru 15.8, a k elektromagnetické spojce 17.7 distribučního ventilu. Při použití více než jednoho distribučního ventilu 16, je řídicí jednotka s výhodou napojena i na servopohon 19.2 rozdělovače, systém 19 dopravy sypkého žáruvzdorného materiálu, a sleduje tlakovou ztrátu odlučovače 20.1 prachu a řídí jeho regeneraci, řídí sběrný a dopravní systém 20 odloučeného prachu a řídí sběrný a dopravní systém 21 materiálu k repasi.An exemplary high-temperature heat storage system also includes a measurement and regulation system containing a control unit 15.1, which is connected to the power source 8, to the drives 15.5 and the servo drives of the blower system 10, via the thermal fuse 15.6 to the electromagnetic clutch 15.4 and the valve servo drive 15.3, and to the electrically controlled elements of the distribution valve 16 via the thermal fuse 15.6 to the servo drive 15.3 of the valve, the vibrator 15.8, and to the electromagnetic clutch 17.7 of the distribution valve. When using more than one distribution valve 16, the control unit is preferably also connected to the servo drive 19.2 of the distributor, the system 19 for transporting loose refractory material, and monitors the pressure loss of the dust separator 20.1 and controls its regeneration, controls the collection and transport system 20 of the separated dust and controls collection and transport system of 21 materials for overhaul.
Dále je řídicí jednotka 15.1 připojena k teplotním čidlům 15.2, která jsou uspořádána jednak v prvním výstupním plynovém kanále 10.1 a prvním vstupním plynovém kanále 11.1, dále k teplotním čidlům 15.2, která jsou uspořádána v druhém vstupním plynovém kanále 10.2 a druhém výstupním plynovém kanále 12.1, a k teplotním čidlům 15.2, která jsou uspořádána v prostoru vstupu-výstupu 6 ochlazeného plynu. S výhodou je řídicí jednotka připojena k teplotním čidlům 15.2 v místě napojení jímky 8.1 na plynovou vrstvu 14.6, a v místě napojení jímky 8.1 na horký plynový kanál 7.Furthermore, the control unit 15.1 is connected to the temperature sensors 15.2, which are arranged both in the first outlet gas channel 10.1 and the first inlet gas channel 11.1, and to the temperature sensors 15.2, which are arranged in the second inlet gas channel 10.2 and the second outlet gas channel 12.1, and to the temperature sensors 15.2, which are arranged in the inlet-outlet space 6 of the cooled gas. Advantageously, the control unit is connected to the temperature sensors 15.2 at the point of connection of the well 8.1 to the gas layer 14.6, and at the point of connection of the well 8.1 to the hot gas channel 7.
Řídicí jednotka 15.1 je dále napojena na akcelerometr 15.9 v distribučním ventilu 16 a s výhodou je napojena i na měřič 15.7 průtoku a diferenciálního tlaku v prvním výstupním plynovém kanále 10.1.The control unit 15.1 is further connected to the accelerometer 15.9 in the distribution valve 16 and is preferably also connected to the flow and differential pressure meter 15.7 in the first outlet gas channel 10.1.
Chod vysokoteplotního úložiště teplaOperation of high-temperature heat storage
Funkce vysokoteplotního úložiště tepla je realizována pomocí teplosměnných okruhů tepla s plynem jako pracovním médiem, schematicky zobrazených na obr. 4. S výhodou se použije inertní plyn, ale pro teploty do 1000 °C lze použít při vhodné volbě materiálů i vzduch. Teplosměnné okruhy jsou uváděny do činnosti systémem 10 dmychadel. Pracovní teplota systému 10 dmychadel je dána teplotou v technologickém prostoru 4.2, která je odvozena od teploty plynu v druhém vstupním plynovém kanále 10.2, a teploty v plynové mezeře 4.1. Výrazné zvýšení pracovní teploty systému 10 dmychadla, může umožnit umístění pohonů 15.5, servopohonů systému 10 dmychadel, i řídicího systému měření a regulace do běžných teplotních podmínek mimo vnější tepelně-izolační plášť 5.The function of high-temperature heat storage is implemented using heat exchange circuits with gas as the working medium, schematically shown in Fig. 4. Preferably, an inert gas is used, but for temperatures up to 1000 °C, air can also be used with a suitable choice of materials. The heat exchange circuits are activated by a system of 10 blowers. The working temperature of the blower system 10 is given by the temperature in the technological space 4.2, which is derived from the temperature of the gas in the second inlet gas channel 10.2, and the temperature in the gas gap 4.1. A significant increase in the working temperature of the blower system 10 can enable the placement of the drives 15.5, the servo drives of the blower system 10, as well as the measurement and regulation control system under normal temperature conditions outside the outer heat-insulating jacket 5.
Úložiště tepla pracuje minimálně ve dvou teplosměnných okruzích, z nichž jeden teplo předává do úložiště, a druhý teplo předává do vystupujícího plynu. Výstupní teplosměnný okruh 9.2 tepla zajišťuje předávání tepla z úložiště do výstupního tepelného výměníku 12. Předávání tepla do úložiště může probíhat prostřednictvím dvou teplosměnných okruhů, vstupního teplosměnného okruhu 9.1 tepla, nebo vstupního teplosměnného okruhu 9.3 tepla s elektrickým ohřevem. Výhodou může být možnost snížení výstupní teploty proudu plynu do výstupního tepelnéhoThe heat storage works in at least two heat exchange circuits, one of which transfers heat to the storage, and the other transfers heat to the exiting gas. The output heat exchange circuit 9.2 of heat ensures the transfer of heat from the storage to the output heat exchanger 12. The transfer of heat to the storage can take place via two heat exchange circuits, the input heat exchange circuit 9.1 of heat, or the input heat exchange circuit 9.3 of heat with electric heating. An advantage may be the possibility of reducing the outlet temperature of the gas stream to the outlet thermal temperature
- 13 CZ 2023 - 173 A3 výměníku 12, realizovatelné prostřednictvím teplosměnného okruhu 9.4 tepla s řízením výstupní teploty. Další výhodou může být možnost úložiště zajistit různé současné výkonové kombinace vstupu a výstupu tepla z úložiště, takto může pracovat kombinace 9.5 teplosměnných okruhů:- 13 CZ 2023 - 173 A3 of the exchanger 12, realizable by means of the heat exchange circuit 9.4 of heat with output temperature control. Another advantage can be the possibility of the storage to ensure different simultaneous power combinations of heat input and output from the storage, this is how the combination of 9.5 heat exchange circuits can work:
• Vstupní teplosměnný okruh 9.1 tepla, předávající teplo proudu plynu v aspoň jednom vstupním tepelném výměníku 11, je aktivován při nabídce tepla ve vstupním tepelném výměníku 11, případně při současné dodávce elektrické energie do elektricky ohřívaného tělesa 8.2. Systém 10 dmychadel nasává plyn z technologického prostoru 4.2 a vytlačuje ho prvním výstupním plynovým kanálem 10.1 do vstupního tepelného výměníku 11. Je výhodné, když jsou první výstupní plynový kanál 10.1 a první vstupní plynový kanál 11.1 ze vstupního tepelného výměníku 11 vedeny koaxiálním potrubním vedením ve formě vstupu 7.1 tepla. Tlakový spád vytvořený systémem 10 dmychadel umožní proudění plynu vysokoteplotním úložištěm tepla a současně i ve vstupním tepelném výměníku 11. Horký plyn z prvního vstupního plynového kanálu 11.1 proudí do horkého plynového kanálu 7, dále může proudit jímkou 8.1 kolem elektricky ohřívaného tělesa 8.2, kde se u plynu při případné aktivní dodávce elektrické energie dále zvyšuje teplota. Poté vstupuje do horké plynové vrstvy 14.6 nad vysokoteplotním akumulačním prostorem 14 do sypkého žáruvzdorného materiálu 1 na horní straně horkého akumulačního objemu 14.4. Po průchodu horkým akumulačním objemem 14.4 vstupuje do oblasti 14.3 strmého tepelného gradientu, kde předává teplo do sypkého žáruvzdorného materiálu 1. Plyn dále proudí do ochlazeného akumulačního objemu 14.5 a po průchodu ochlazeným akumulačním objemem 14.5 na jeho spodní straně proudí do roštu s plynovými kanály 14.7. Plyn dále proudí přes odlučovač 20.1 prachu do plynové mezery 4.1, uspořádané kolem nosného vnitřního pláště 3 vysokoteplotního akumulačního prostoru 14, přičemž plynová mezera 4.1 je napojena vstupem-výstupem 6 ochlazeného plynu a propojovacím kanálem 4.3 na technologický prostor 4.2, čímž se okruh proudění plynu uzavírá.• The heat input heat exchange circuit 9.1, transferring the heat of the gas flow in at least one input heat exchanger 11, is activated when heat is supplied in the input heat exchanger 11, or when electricity is simultaneously supplied to the electrically heated body 8.2. The blower system 10 sucks gas from the technological space 4.2 and pushes it through the first outlet gas channel 10.1 into the inlet heat exchanger 11. It is advantageous if the first outlet gas channel 10.1 and the first inlet gas channel 11.1 from the inlet heat exchanger 11 are guided by a coaxial pipeline in the form input 7.1 heat. The pressure drop created by the blower system 10 enables the gas to flow through the high-temperature heat storage and at the same time in the inlet heat exchanger 11. The hot gas from the first inlet gas channel 11.1 flows into the hot gas channel 7, and can then flow through the sump 8.1 around the electrically heated body 8.2, where of gas, with possible active supply of electricity, further increases the temperature. It then enters the hot gas layer 14.6 above the high-temperature storage space 14 into the bulk refractory material 1 on the upper side of the hot storage volume 14.4. After passing through the hot storage volume 14.4, it enters the region 14.3 of a steep thermal gradient, where it transfers heat to the loose refractory material 1. The gas then flows into the cooled storage volume 14.5, and after passing through the cooled storage volume 14.5, it flows into the grate with gas channels 14.7 on its lower side. The gas further flows through the dust separator 20.1 into the gas gap 4.1, arranged around the supporting inner shell 3 of the high-temperature storage space 14, while the gas gap 4.1 is connected by the inlet-outlet 6 of the cooled gas and the connecting channel 4.3 to the technological space 4.2, thereby closing the gas flow circuit .
• Výstupní teplosměnný okruh 9.2 tepla, předávající teplo proudu plynu v aspoň jednom výstupním tepelném výměníku 12, je aktivován při poptávce tepla. Systém 10 dmychadel nasává plyn z druhého vstupního plynového kanálu 10.2 a vytlačuje plyn do technologického prostoru 4.2. Je výhodné, když jsou druhý vstupní plynový kanál 12.1 a druhý výstupní plynový kanál 10.2 z výstupního tepelného výměníku 12 vedeny koaxiálním potrubním vedením, ve formě výstupu 7.2 tepla. Tlakový spád vytvořený systémem 10 dmychadel umožní proudění plynu vysokoteplotním úložištěm tepla a současně i ve výstupním tepelném výměníku 12. Ochlazený plyn proudí do technologického prostoru 4.2, propojovacího kanálu 4.3, dále vstupem-výstupem 6 ochlazeného plynu do plynové mezery 4.1, která obklopuje nosný vnitřní plášť 3. Ochlazený plyn se průchodem okolo nosného vnitřního pláště 3 předehřívá. Poté prochází (jako zpětné proudění bez nutného účinku) odlučovačem 20.1 prachu, roštem s plynovými kanály 14.7, a vstupuje do sypkého žáruvzdorného materiálu 1 na spodní straně ochlazeného akumulačního objemu 14.5. Po průchodu ochlazeným akumulačním objemem 14.5, v oblasti 14.3 strmého tepelného gradientu, získává teplo z sypkého žáruvzdorného materiálu 1, a dále prochází horkým akumulačním objemem 14.4 do horké plynové vrstvy 14.6. Dále může procházet jímkou 8.1, kolem elektricky ohřívaného tělesa 82. Poté vstupuje do horkého plynového kanálu 7 a výstupního plynového kanálu 12.1. Po průchodu výstupním tepelným výměníkem 12 se ochlazený plyn vrací druhým vstupním plynovým kanálem 10.2, čímž se okruh uzavírá.• The output heat exchange circuit 9.2 of heat, transferring heat to the gas stream in at least one output heat exchanger 12, is activated when there is a demand for heat. The blower system 10 sucks gas from the second inlet gas channel 10.2 and pushes the gas into the technological space 4.2. It is advantageous when the second inlet gas channel 12.1 and the second outlet gas channel 10.2 from the outlet heat exchanger 12 are guided by a coaxial pipeline, in the form of a heat output 7.2. The pressure drop created by the system of 10 blowers will allow the gas to flow through the high-temperature heat storage and at the same time in the outlet heat exchanger 12. The cooled gas flows into the technological space 4.2, the connecting channel 4.3, then through the inlet-outlet 6 of the cooled gas into the gas gap 4.1, which surrounds the supporting inner shell 3. The cooled gas is preheated by passing around the supporting inner casing 3. It then passes (as a backflow without necessary effect) through the dust separator 20.1, the grate with gas channels 14.7, and enters the loose refractory material 1 on the lower side of the cooled storage volume 14.5. After passing through the cooled storage volume 14.5, in the region 14.3 of the steep thermal gradient, it receives heat from the bulk refractory material 1, and further passes through the hot storage volume 14.4 into the hot gas layer 14.6. It can then pass through the sump 8.1, past the electrically heated body 82. It then enters the hot gas channel 7 and the outlet gas channel 12.1. After passing through the outlet heat exchanger 12, the cooled gas returns through the second inlet gas channel 10.2, thereby closing the circuit.
• Vstupní teplosměnný okruh 9.3 tepla z elektrické energie, předávající teplo proudu plynu v aspoň jednom elektricky ohřívaném tělesu 8.2, je aktivován při dodávce elektrické energie do elektricky ohřívaného tělesa 8.2. Systém 10 dmychadel nasává plyn z technologického prostoru 4.2 a vytlačuje ho druhým propojovacím plynovým kanálem 10.3 do horkého plynového kanálu 7, dále proudí jímkou 8.1 kolem elektricky ohřívaného tělesa 82, a vstupuje do horké plynové vrstvy 14.6 nad vysokoteplotním akumulačním prostorem 14 do sypkého žáruvzdorného materiálu 1 na horní straně horkého akumulačního objemu 14.4. Po průchodu horkým akumulačním objemem 14.4 vstupuje do oblasti 14.3 strmého tepelného• The input heat exchange circuit 9.3 of heat from electrical energy, transferring the heat of the gas stream in at least one electrically heated body 8.2, is activated when electrical energy is supplied to the electrically heated body 8.2. The blower system 10 sucks gas from the technological space 4.2 and pushes it through the second connecting gas channel 10.3 into the hot gas channel 7, then flows through the sump 8.1 around the electrically heated body 82, and enters the hot gas layer 14.6 above the high-temperature accumulation space 14 into the bulk refractory material 1 on the upper side of the hot storage volume 14.4. After passing through the hot storage volume 14.4, it enters the region 14.3 of steep thermal
- 14 CZ 2023 - 173 A3 gradientu, kde předává teplo do sypkého žáruvzdorného materiálu 1. Plyn dále proudí do ochlazeného akumulačního objemu 14.5 a po průchodu ochlazeným akumulačním objemem 14.5 na jeho spodní straně proudí do roštu s plynovými kanály 14.7. Plyn dále proudí přes odlučovač 20.1 prachu do plynové mezery 4.1, uspořádané kolem nosného vnitřního pláště 3 vysokoteplotního akumulačního prostoru 14, přičemž plynová mezera 4.1 je napojena vstupem-výstupem 6 ochlazeného plynu a propojovacím kanálem 4.3 na technologický prostor 4.2, čímž se okruh proudění plynu uzavírá.- 14 CZ 2023 - 173 A3 of the gradient, where it transfers heat to the bulk refractory material 1. The gas further flows into the cooled storage volume 14.5 and after passing through the cooled storage volume 14.5 on its lower side flows into the grate with gas channels 14.7. The gas further flows through the dust separator 20.1 into the gas gap 4.1, arranged around the supporting inner shell 3 of the high-temperature storage space 14, while the gas gap 4.1 is connected by the inlet-outlet 6 of the cooled gas and the connecting channel 4.3 to the technological space 4.2, thereby closing the gas flow circuit .
S výhodou úložiště pracuje i v těchto teplosměnných okruzích:Advantageously, the storage also works in the following heat exchange circuits:
• Výstupní teplosměnný okruh 9.4 tepla s řízením výstupní teploty, předávající teplo proudu plynu totožným způsobem jako ve výstupním teplosměnném okruhu 9.2 tepla, ale s doplněním funkčnosti systému 10 dmychadel. Systém 10 dmychadel bude s výhodou současně navíc zajišťovat kontinuální regulaci proudění plynu z technologického prostoru 4.2, druhým propojovacím plynovým kanálem 10.3 do horkého plynového kanálu 7.• Output heat exchange circuit 9.4 heat with output temperature control, transferring heat to the gas stream in the same way as in output heat exchange circuit 9.2 heat, but with the addition of the functionality of the 10 blower system. Advantageously, the blower system 10 will also simultaneously provide continuous regulation of the gas flow from the technological space 4.2 through the second connecting gas channel 10.3 to the hot gas channel 7.
• Kombinace 9.5 teplosměnných okruhů, předávající teplo proudu plynu totožným způsobem jako ve vstupním teplosměnném okruhu 9.1 tepla, a současně totožným způsobem jako ve výstupním teplosměnném okruhu 9.2 tepla, ale s doplněním funkčnosti systému 10 dmychadel. Systém 10 dmychadel bude s výhodou navíc zajišťovat kontinuální regulaci proudění plynu do prvního výstupního kanálu 10.1, kontinuální regulaci proudění plynu z druhého vstupního kanálu 10.2, a kontinuální regulaci proudění plynu z technologického prostoru 4.2, druhým propojovacím plynovým kanálem 10.3 do horkého plynového kanálu 7.• Combination of 9.5 heat exchange circuits, transferring heat to the gas stream in the same way as in the input heat exchange circuit 9.1 of heat, and at the same time in the same way as in the output heat exchange circuit 9.2 of heat, but with the addition of the functionality of the 10 blower system. The blower system 10 will preferably additionally ensure continuous regulation of the gas flow into the first outlet channel 10.1, continuous regulation of the gas flow from the second input channel 10.2, and continuous regulation of the gas flow from the technological space 4.2, through the second connecting gas channel 10.3 to the hot gas channel 7.
Ochlazený plyn se průchodem kolem nosného vnitřního pláště 3 vysokoteplotního akumulačního prostoru 14 před vstupem do vstupního tepelného výměníku 11 předehřívá o tepelnou energii procházející vysokoteplotní tepelnou izolací 2 do nosného vnitřního pláště 3. Hmota nosného vnitřního pláště 3 po omezený čas tuto tepelnou energii akumuluje, přičemž tento čas, v řádu jednotek, maximálně desítek hodin (daný limitem vzrůstu teploty a poměrem tepelné kapacity nosného vnitřního pláště a tepelného toku skrz vysokoteplotní tepelnou izolaci), je maximální přestávkou v činnosti výstupního tepelného výměníku 12. Tento čas je dán poměrem tepelné kapacity nosného vnitřního pláště 3 a tepelného toku skrz vysokoteplotní tepelnou izolaci 2 a limitní teplotou v plynové mezeře 4.1 a technologickém prostoru 4.2.The cooled gas, passing around the supporting inner shell 3 of the high-temperature accumulation space 14 before entering the input heat exchanger 11, is preheated by thermal energy passing through the high-temperature thermal insulation 2 into the supporting inner shell 3. The mass of the supporting inner shell 3 accumulates this thermal energy for a limited time, while this time, in the order of units, a maximum of tens of hours (given by the temperature increase limit and the ratio of the thermal capacity of the supporting inner shell and the heat flow through the high-temperature thermal insulation), is the maximum break in the operation of the output heat exchanger 12. This time is given by the ratio of the thermal capacity of the supporting inner shell 3 and the heat flow through the high-temperature thermal insulation 2 and the limit temperature in the gas gap 4.1 and the technological space 4.2.
Vnitřní strana vnějšího tepelně-izolačního pláště 5, plynová mezera 4.1, ani technologický prostor 4.2 není při správné funkci systému měření a regulace vystaven extrémním teplotám, pouze teplotám zvýšeným oproti teplotě vracejícího se ochlazeného plynu z výstupního tepelného výměníku 12. Míra možného zvýšení teploty v technologickém prostoru 4.2 je dána tepelnou odolností konstrukce dmychadel, a vnějšího tepelně-izolačního pláště 5. Při chybné funkci nebo výpadku systému měření a regulace je automaticky tepelnou pojistkou 15.6 rozpojen přívod elektrické energie do magnetické spojky 15.4, a servopohonu ventilu 15.3. Dvoucestný ventil 13 je konstruován tak, že bez působení vnější síly se otevře nebo zůstává otevřený. Dvoucestný ventil 13 současně otevře propojení mezi pojistným výstupním plynovým kanálem 13.1 a propojovacím plynovým kanálem 4.3 a mezi vzduchovým kanálem 13.3 a pojistným vstupním plynovým kanálem 13.2. Horký plyn v plynové mezeře 4.1 a servisním prostoru 22 je pak samotížně ventilován. Účinnost ventilace může být zesílena „komínovým efektem“, což spočívá v prodloužení pojistného výstupního plynového kanálu 13.1 nad úroveň vnějšího tepelněizolačního pláště 5.The inner side of the outer heat-insulating shell 5, the gas gap 4.1, nor the technological space 4.2 is not exposed to extreme temperatures when the measurement and regulation system is functioning properly, only to temperatures increased compared to the temperature of the returning cooled gas from the outlet heat exchanger 12. The degree of possible temperature increase in the technological space 4.2 is determined by the thermal resistance of the blower structure and the external heat-insulating jacket 5. In the event of a malfunction or failure of the measurement and regulation system, the power supply to the magnetic clutch 15.4 and the valve servo drive 15.3 is automatically disconnected by the thermal fuse 15.6. The two-way valve 13 is designed so that it opens or remains open without external force. The two-way valve 13 simultaneously opens the connection between the safety output gas channel 13.1 and the connecting gas channel 4.3 and between the air channel 13.3 and the safety input gas channel 13.2. The hot gas in the gas gap 4.1 and the service space 22 is then self-gravitated. The effectiveness of the ventilation can be enhanced by the "chimney effect", which consists in extending the safety outlet gas channel 13.1 above the level of the outer heat-insulating jacket 5.
Řídicí jednotka 15.1 bude dále řešit průběžné vyhodnocování změn tlakové ztráty při proudění plynu ve vysokoteplotním akumulačním prostoru 14. Pro tuto činnost bude řídicí jednotka 15.1 napojena na měřič 15.7 průtoku a diferenciálního tlaku, měřicí rozdíl tlaku mezi plynem v prvním výstupním kanále 10.1 a plynem v technologickém prostoru 4.2, při činnosti vstupního teplosměnného okruhu 9.1 tepla, nebo mezi plynem v druhém propojovacím kanále 10.3 aThe control unit 15.1 will further solve the ongoing evaluation of changes in pressure loss during gas flow in the high-temperature storage space 14. For this activity, the control unit 15.1 will be connected to the flow and differential pressure meter 15.7, measuring the pressure difference between the gas in the first outlet channel 10.1 and the gas in the technological space 4.2, during the operation of the heat input heat exchange circuit 9.1, or between the gas in the second connecting channel 10.3 and
- 15 CZ 2023 - 173 A3 plynem v technologickém prostoru 4.2, při činnosti vstupního teplosměnného okruhu 9.3 tepla s elektrickým ohřevem.- 15 CZ 2023 - 173 A3 by gas in the technological area 4.2, during the operation of the input heat exchange circuit 9.3 heat with electric heating.
Manipulace se sypkým žáruvzdorným materiálemHandling bulk refractory material
Při změření nadnormativní tlakové ztráty bude signalizována potřeba výměny (repase) sypkého žáruvzdorného materiálu 1. Výměna bude zahájena činností sběrného a dopravního systému 21 materiálu k repasi, pod minimálně jednou násypkou 21.1. Činnost sběrného a dopravního systému 21 materiálu k repasi umožní vysypat, částečně nebo úplně, sypký žáruvzdorný materiál 1 z vysokoteplotního akumulačního prostoru 14. Při velkých půdorysných plochách úložiště, bude vhodné navrhnout více násypek 21.1, tak aby šikmé stěny násypky 21.1, při dostatečném spádu příliš nezvyšovaly nutnou výšku servisního prostoru. Při rovnoměrném odebírání sypkého žáruvzdorného materiálu 1 se materiál sesune rovnoměrně v celé ploše průřezu vysokoteplotního akumulačního prostoru 14 skrz rošt s plynovými kanály 17, a zvětší se výška horké plynové vrstvy 14.6. Do vzniklého prostoru v horké plynové vrstvě 14.6 je možné poté doplnit, minimálně jedním distribučním ventilem 16, nový nebo repasovaný sypký žáruvzdorný materiál 1.When the above-standard pressure loss is measured, the need for replacement (reconditioning) of bulk refractory material 1 will be signaled. The replacement will be initiated by the activity of the collection and transport system 21 of the material to be repaired, under at least one hopper 21.1. The operation of the collection and transport system 21 of the material to be overhauled will make it possible to dump, partially or completely, the bulk refractory material 1 from the high-temperature storage space 14. In the case of large floor plan storage areas, it will be appropriate to design several hoppers 21.1 so that the sloping walls of the hopper 21.1, with a sufficient slope too did not increase the necessary height of the service space. During the uniform removal of bulk refractory material 1, the material slides evenly across the entire cross-sectional area of the high-temperature storage space 14 through the grate with gas channels 17, and the height of the hot gas layer 14.6 increases. It is then possible to fill the space created in the hot gas layer 14.6 with at least one distribution valve 16, new or refurbished loose refractory material 1.
Distribuční ventil 16 a jeho funkčnost je popsána na obr. 5. Rovnoměrná distribuce částic sypkého žáruvzdorného materiálu okolo distribučního ventilu 16 bude zajištěna vibrační deskou 18, upevněnou na spodní straně vnitřního tělesa distribučního ventilu 17.6 v prostoru horké plynové vrstvy 14.6. Ve vibrační desce 18 budou rovnoměrně rozmístěné otvory umožňující propadávání částic do prostoru pod vibrační deskou 18. Vibrační deska 18 bude v mírném sklonu od ústí distribučního ventilu 16 k okrajům, a tak budou částice distribuovány v celé její ploše až do zaplnění otvorů, bez možnosti zadržení částic v ústí distribučního ventilu 16 před téměř úplným vyplněním prostoru okolo obvodu vibrační desky 18. Excentricita vibrací desky definovaná akcelerometrem 15.9 bude signalizovat míru jejího kontaktu se zrny sypkého žáruvzdorného materiálu 1. Pod excentricitou vibrací se rozumí rozsah krajních poloh při kmitání desky, tj. při konstantní energii vybuzující vibrace se velikost zrychlení hmoty desky při kmitavém pohybu bude snižovat, a to s růstem počtu částic v kontaktu s kmitající deskou. Při vysoké míře kontaktu částic s vibrační deskou 18 se sníží excentricita pohybu vibrační desky 18, a tím bude signalizován stav naplnění vysokoteplotního akumulačního prostoru 14. Vibrační deska 18 musí být provedena vzhledem k pracovním teplotám a mechanickému zatížení z odpovídajícího žáruvzdorného materiálu.The distribution valve 16 and its functionality is described in Fig. 5. The uniform distribution of particles of bulk refractory material around the distribution valve 16 will be ensured by the vibrating plate 18, fixed on the lower side of the inner body of the distribution valve 17.6 in the area of the hot gas layer 14.6. In the vibrating plate 18, there will be evenly spaced holes allowing particles to fall into the space under the vibrating plate 18. The vibrating plate 18 will be slightly inclined from the mouth of the distribution valve 16 to the edges, and thus the particles will be distributed over its entire surface until the holes are filled, without the possibility of retention of particles in the mouth of the distribution valve 16 before almost completely filling the space around the perimeter of the vibrating plate 18. The eccentricity of the vibrations of the plate defined by the accelerometer 15.9 will signal the degree of its contact with the grains of the bulk refractory material 1. The eccentricity of the vibrations is understood as the range of extreme positions during oscillation of the plate, i.e. at constant energy exciting vibrations, the amount of acceleration of the mass of the plate during oscillating motion will decrease with the growth of the number of particles in contact with the oscillating plate. With a high degree of contact of particles with the vibrating plate 18, the eccentricity of the movement of the vibrating plate 18 will be reduced, and this will signal the state of filling of the high-temperature storage space 14. The vibrating plate 18 must be made of the appropriate refractory material due to the working temperatures and mechanical load.
Sypký žáruvzdorný materiál 1 určený pro doplňování, může být do minimálně jednoho distribučního ventilu 16 dopravován pomocí systému 19 dopravy sypkého materiálu, a pomocí doplňovacího kanálu 19.3 s dostatečným sklonem pro volný pohyb částic hnaný gravitací, případně vibracemi. V případě systému s více jak jedním distribučním ventilem 16, bude systém 19 dopravy sypkého materiálu doplněn rozdělovačem 19.1 se servopohonem 19.2 rozdělovače, kontrolujícím rozdělení částic do jednotlivých distribučních ventilů 16.Bulk refractory material 1 intended for replenishment can be transported to at least one distribution valve 16 using the bulk material transport system 19 and the replenishment channel 19.3 with a sufficient slope for the free movement of particles driven by gravity or vibrations. In the case of a system with more than one distribution valve 16, the bulk material transport system 19 will be supplemented with a distributor 19.1 with a servo drive 19.2 of the distributor, controlling the distribution of particles into the individual distribution valves 16.
Zejména při činnosti vstupního teplosměnného okruhu 9.1 tepla, a tím při ukládání tepelné energie v úložišti, může proudění plynu unášet odloučené prachové částice. Je to dáno erozivním působením velkých změn teplot a souvisejících změn rozměru částic. Proudění plynu sypkým žáruvzdorným materiálem 1 bude na spodní straně vysokoteplotního akumulačního prostoru 14 ukončeno vstupem plynu do prostoru roštu s plynovým kanály 14.7. Odtud bude plyn před vstupem do plynové mezery 4.1 veden do minimálně jednoho odlučovače 20.1 prachu. S výhodou bude odlučovač 20.1 prachu mít cyklónové provedení, zajišťující maximálně rovnoměrnou a minimální tlakovou ztrátu. Pro zachycení i velmi jemných částic může být cyklonový odlučovač 20.1 prachu vybaven i filtrem s možností rekuperace, a diferenciálním senzorem 20.2 tlaku, napojeným na řídicí jednotku 15.1 (Efektivní způsob rekuperace filtru může být zajištěn jeho doplněním vibrátorem, a jeho aktivací, při slabém protisměrném proudění vzniklém činností výstupního teplosměnného okruhu 9.2 tepla).Especially during the operation of the heat input heat exchange circuit 9.1, and thus during the storage of thermal energy in the storage, the gas flow can carry separated dust particles. This is due to the erosive action of large changes in temperature and associated changes in particle size. The flow of gas through the bulk refractory material 1 will be terminated on the lower side of the high-temperature storage space 14 by the entry of gas into the space of the grate with gas channels 14.7. From there, the gas will be led to at least one dust separator 20.1 before entering the gas gap 4.1. Advantageously, the dust separator 20.1 will have a cyclone design, ensuring maximally uniform and minimal pressure loss. In order to catch even very fine particles, the cyclone dust separator 20.1 can be equipped with a filter with the possibility of recovery, and a differential pressure sensor 20.2, connected to the control unit 15.1 (An effective way of recuperating the filter can be ensured by supplementing it with a vibrator and activating it, in case of a weak counterflow resulting from the activity of the output heat exchange circuit 9.2 heat).
- 16 CZ 2023 - 173 A3- 16 CZ 2023 - 173 A3
Pod vysokoteplotním akumulačním prostorem je servisní prostor 22. Tento prostor je určen pro údržbu, případně obsluhu, sběrného a dopravního systému 20 odloučeného prachu, minimálně jednoho odlučovače 20.1 prachu a sběrného a dopravního systému 21 materiálu k repasi. Zejména při větším půdorysné ploše úložiště je vhodné automatizované provedení sběrných a dopravních systémů, kdy bude nutný pouze občasný servisní zásah údržby zařízení. Servisní prostor 22 bude s výhodou zahrnut do prostoru izolovaného vnějším tepelně-izolačním pláštěm 5. Teplota v servisním prostoru 22 může při běžné činnosti úložiště dosahovat úrovně neumožňující přímou lidskou obsluhu. Pro servisní zásah bude nutné v tomto prostoru snížit teplotu na přijatelnou úroveň pro lidskou obsluhu. Tohoto bude dosaženo otevřením dvoucestného ventilu 13, který zajistí odtah ochlazeného plynu (pro lidskou obsluhu se může jednat o vysokou teplotu), a v případě potřeby i přívod okolního vzduchu. Pro snadnější udržení pro lidskou obsluhu přijatelné teploty, bude s výhodou strop servisního prostoru 22 opatřen tepelnou izolací servisního prostoru 5.2.Below the high-temperature accumulation space is the service space 22. This space is intended for maintenance, or operation, of the collection and transport system 20 of separated dust, at least one dust separator 20.1 and the collection and transport system 21 of material to be overhauled. In particular, with a larger floor plan area of the storage, an automated implementation of collection and transport systems is suitable, when only occasional service intervention for equipment maintenance will be necessary. The service space 22 will preferably be included in the space isolated by the outer heat-insulating jacket 5. The temperature in the service space 22 may reach a level that does not allow direct human service during normal storage operation. For service intervention, it will be necessary to reduce the temperature in this space to an acceptable level for human service. This will be achieved by opening the two-way valve 13, which will ensure the removal of cooled gas (for human operation it can be a high temperature), and, if necessary, the supply of ambient air. To make it easier to maintain an acceptable temperature for human service, the ceiling of the service space 22 will preferably be provided with thermal insulation of the service space 5.2.
Funkce distribučního ventiluDistribution valve function
Na obr. 5 je schematicky znázorněno členění distribučního ventilu a jeho pracovní polohy.Fig. 5 schematically shows the breakdown of the distribution valve and its working position.
Příkladné řešení popisuje doplňování sypkého žáruvzdorného materiálu 1 do horké plynové vrstvy 14.6 nad vysokoteplotním akumulačním prostorem 14 při provozní teplotě. Příkladné řešení brání prostupu tepla a zajišťuje bezpečnost ventilu při vstupu do oblasti vysokých teplot. V příkladném řešení distribučního ventilu 16 je použito elektromechanické řešení. Pro větší počet distribučních ventilů 16, lze obdobné řešení zajistit i formou hydraulického systému.An exemplary solution describes the addition of bulk refractory material 1 to the hot gas layer 14.6 above the high-temperature storage space 14 at operating temperature. An exemplary solution prevents the penetration of heat and ensures the safety of the valve when entering the area of high temperatures. In the exemplary solution of the distribution valve 16, an electromechanical solution is used. For a larger number of distribution valves 16, a similar solution can be provided in the form of a hydraulic system.
Distribuční ventil 16 zahrnuje plášť 17 distribučního ventilu ve tvaru válce se svislou osou, do něhož je při jeho horním konci veden doplňovací kanál 19.3. Uvnitř pláště 17 distribučního ventilu ve tvaru válce, je vestavěn plášť 17.2 servopohonu ve tvaru válce o menším vnějším průměru, (minimálně o 6-násobku průměru částic), v němž se pohybuje horní část 17.3 vnitřního tělesa distribučního ventilu s pružinovým závěsem 17.8. Pohyb zajišťuje servopohon 15.3 ventilu a brzda 17.9 posuvu. Na horní část 17.3 vnitřního tělesa distribučního ventilu je z vnější strany upevněna pohyblivá část primárního uzávěru 17.4 distribučního ventilu, která v uzavřeném stavu (v horní poloze) vyplňuje prostor mezi pláštěm 17 distribučního ventilu a pláštěm 17.2 servopohonu. Horní část 17.3 vnitřního tělesa distribučního ventilu je pod napojením primárního uzávěru 17.4 distribučního ventilu oddělena od spodní části 17.6 vnitřního tělesa distribučního ventilu tlumičem 17.5 vibrací. Spodní část 17.6 vnitřního tělesa distribučního ventilu má tvar kuželové úseče s širokou vodorovnou základnou na spodní straně a úzkou horní částí napojenou na tlumič 17.5 vibrací, je provedena z pevného tepelně-izolačního materiálu (např. porézní keramika). Uvnitř spodní části 17.6 vnitřního tělesa distribučního ventilu, na jeho horním konci s minimálním teplotním ovlivněním, je upevněn vibrátor 15.8 a akcelerometr 15.9. Nejvýše v místě upevnění vibrátoru 15.8 je uvnitř pláště 17 distribučního ventilu umístěna tepelná pojistka 15.6.The distribution valve 16 includes a shell 17 of the distribution valve in the shape of a cylinder with a vertical axis, into which the top-up channel 19.3 is led at its upper end. Inside the shell 17 of the distribution valve in the shape of a cylinder, the shell 17.2 of the servo drive is built in the shape of a cylinder with a smaller outer diameter (at least 6 times the diameter of the particles), in which the upper part 17.3 of the inner body of the distribution valve with the spring hinge 17.8 moves. The movement is provided by the servo drive 15.3 of the valve and the brake 17.9 of the displacement. On the upper part 17.3 of the inner body of the distribution valve, a movable part of the primary closure 17.4 of the distribution valve is fixed from the outside, which in the closed state (in the upper position) fills the space between the housing 17 of the distribution valve and the housing 17.2 of the servo drive. The upper part 17.3 of the inner body of the distribution valve is separated from the lower part 17.6 of the inner body of the distribution valve by the vibration damper 17.5 under the connection of the primary closure 17.4 of the distribution valve. The lower part 17.6 of the inner body of the distribution valve has the shape of a conical section with a wide horizontal base on the lower side and a narrow upper part connected to the vibration damper 17.5, it is made of solid heat-insulating material (e.g. porous ceramics). A vibrator 15.8 and an accelerometer 15.9 are fixed inside the lower part 17.6 of the inner body of the distribution valve, at its upper end with minimal temperature influence. A thermal fuse 15.6 is placed inside the housing 17 of the distribution valve at the highest point of attachment of the vibrator 15.8.
Plášť 17 distribučního ventilu na spodní straně přechází do izolačního pláště 17.1 distribučního ventilu, kopírujícího vnější povrch spodní části 17.6 vnitřního tělesa distribučního ventilu. Izolační plášť 17.1 distribučního ventilu prochází vnějším tepelně-izolačním pláštěm 5, plynovou mezerou 4.1, nosným vnitřním pláštěm 3, a vysokoteplotní tepelnou izolací 2. V úrovních vrstev vysokoteplotní tepelné izolace 2 jsou do drážek v izolačním plášti 17.1 distribučního ventilu osazeny prstence z těsnicího izolačního materiálu. V úrovni plynové mezery 4.1 jsou v izolačním plášti 17.1 distribučního ventilu otvory, propojující plynovou mezeru 4.1 s těsnicí mezerou vzniklou v mezipoloze 16.2 distribučního ventilu a otevřeném distribučním ventilu 16.3. Velikost otvorů bude právě jen tak veliká, aby proudění ochlazeného plynu z takto propojené plynové mezery 4.1 do horké plynové vrstvy 14.6, vzniklé tlakovým rozdílem při činnosti výstupního teplosměnného okruhu 9.2 tepla dostatečně blokovalo šíření tepla do horní části distribučního ventilu 16. Pružinový závěs 17.8 bude působit na spojenou horní část 17.3 vnitřního tělesa distribučního ventilu a spodní část 17.6 vnitřního tělesa distribučního ventilu, dále spojenou sThe cover 17 of the distribution valve on the lower side passes into the insulating cover 17.1 of the distribution valve, copying the outer surface of the lower part 17.6 of the internal body of the distribution valve. The insulating shell 17.1 of the distribution valve passes through the outer heat-insulating shell 5, the gas gap 4.1, the supporting inner shell 3, and the high-temperature thermal insulation 2. In the levels of the layers of the high-temperature thermal insulation 2, rings of sealing insulating material are fitted into the grooves in the insulating shell 17.1 of the distribution valve . At the level of the gas gap 4.1, there are holes in the insulating casing 17.1 of the distribution valve, connecting the gas gap 4.1 with the sealing gap formed in the intermediate position 16.2 of the distribution valve and the open distribution valve 16.3. The size of the openings will be just large enough so that the flow of cooled gas from the thus connected gas gap 4.1 into the hot gas layer 14.6, created by the pressure difference during the operation of the heat output heat exchange circuit 9.2, sufficiently blocks the spread of heat to the upper part of the distribution valve 16. The spring suspension 17.8 will act to the connected upper part 17.3 of the internal body of the distribution valve and the lower part 17.6 of the internal body of the distribution valve, further connected to
- 17 CZ 2023 - 173 A3 vibrační deskou 18, dostatečnou silou, aby kompenzovala jejich součtovou hmotnost a navíc působila dostatečný těsnicí tlak na izolační plášť 17.1 distribučního ventilu.- 17 CZ 2023 - 173 A3 by the vibrating plate 18, with sufficient force to compensate for their combined weight and, in addition, exert sufficient sealing pressure on the insulating shell 17.1 of the distribution valve.
Distribuční ventil 16 bude plnit svou funkci svislým pohybem spodní části 17.6 vnitřního tělesa distribučního ventilu a dalších společně pevně spojených částí, zejména se jedná se o primárním uzávěr 17.4 distribučního ventilu, horní část 17.3 vnitřního tělesa distribučního ventilu, tlumič 17.5 vibrací, vibrátor 15.8 a akcelerometr 15.9. Svislý pohyb je zajišťován servopohonem 15.3 ventilu, brzdou 17.9 posuvu a pružinovým závěsem 17.8.The distribution valve 16 will perform its function by vertical movement of the lower part 17.6 of the inner body of the distribution valve and other tightly connected parts, in particular the primary closure 17.4 of the distribution valve, the upper part 17.3 of the inner body of the distribution valve, the vibration damper 17.5, the vibrator 15.8 and the accelerometer 15.9. The vertical movement is ensured by the valve servo drive 15.3, the displacement brake 17.9 and the spring hinge 17.8.
Distribuční ventil 16 má tři pracovní polohy. V první poloze, uzavřený distribuční ventil 16.1, doléhá spodní část 17.6 vnitřního tělesa distribučního ventilu na těsnění v izolačním plášti 17.1 distribučního ventilu a primární uzávěr 17.4 distribučního ventilu je uzavřen. Uzavření primárního uzávěru 17.4 distribučního ventilu nemusí být těsné, musí pouze zadržovat pohyb částic sypkého žáruvzdorného materiálu 1.The distribution valve 16 has three working positions. In the first position, the closed distribution valve 16.1, the lower part 17.6 of the internal body of the distribution valve rests on the seal in the insulating shell 17.1 of the distribution valve and the primary closure 17.4 of the distribution valve is closed. The closure of the primary closure 17.4 of the distribution valve does not have to be tight, it only has to stop the movement of particles of loose refractory material 1.
V druhé pracovní poloze, mezipoloha 16.2 distribučního ventilu je mezi spodní částí 17.6 vnitřního tělesa distribučního ventilu a izolačním pláštěm 17.1 distribučního ventilu mezera, umožňující s rezervou, volný průchod částic sypkého žáruvzdorného materiálu 1, ale neumožňuje jejich průchod skrz primární uzávěr 17.4 distribučního ventilu.In the second working position, the intermediate position 16.2 of the distribution valve, there is a gap between the lower part 17.6 of the inner body of the distribution valve and the insulating shell 17.1 of the distribution valve, allowing, with a margin, the free passage of particles of loose refractory material 1, but not allowing their passage through the primary closure 17.4 of the distribution valve.
Ve třetí poloze, otevřený distribuční ventil 16.3, dojde již k otevření i primárního uzávěru 17.4 distribučního ventilu, a distribučním ventilem 16 budou propadávat částice sypkého žáruvzdorného materiálu 1 do prostoru horké plynové vrstvy 14.6. Při uzavírání distribučního ventilu 16 tak dojde prvně k uzavření primárního uzávěru 17.4 distribučního ventilu.In the third position, the open distribution valve 16.3, the primary closure 17.4 of the distribution valve will already be opened, and the particles of loose refractory material 1 will fall through the distribution valve 16 into the space of the hot gas layer 14.6. When closing the distribution valve 16, the primary closure 17.4 of the distribution valve is closed first.
Servopohon 15.3 ventilu je konstruován tak, že při přerušení přívodu elektrické energie (i při nahodilém havarijním stavu) umožní vnější síla jeho uzavření, a to přerušením přívodu napětí do magnetické spojky 16.4 distribučního ventilu. Čas uzavírání ventilu mezi fází mezipolohy 16.2 distribučního ventilu a zmenšením mezery mezi izolačním pláštěm 17.1 distribučního ventilu a spodní částí 17.6 vnitřního tělesa distribučního ventilu pod rozměr velikosti částic sypkého žáruvzdorného materiálu 1 musí být dostatečný pro průchod částic od primárního uzávěru 17.4 distribučního ventilu do prostoru horké plynové vrstvy 14.6. Při dostatečném volném prostoru v horké plynové vrstvě 14.6 nedojde k zaseknutí částic sypkého žáruvzdorného materiálu 1 uvnitř distribučního ventilu 16. Velikost vstupního otvoru z doplňovacího kanálu 19.3 do distribučního ventilu 16 je jen tak velká, aby nemohlo dojít k zahlcení otevřeného distribučního ventilu 16.3.The servo drive 15.3 of the valve is designed in such a way that when the power supply is interrupted (even in the case of a random emergency), an external force will enable its closure, by interrupting the voltage supply to the magnetic clutch 16.4 of the distribution valve. The valve closing time between the phase of the intermediate position 16.2 of the distribution valve and the reduction of the gap between the insulating jacket 17.1 of the distribution valve and the lower part 17.6 of the internal body of the distribution valve below the particle size dimension of the bulk refractory material 1 must be sufficient for the passage of particles from the primary closure 17.4 of the distribution valve into the hot gas space layers 14.6. If there is sufficient free space in the hot gas layer 14.6, the particles of loose refractory material 1 will not get stuck inside the distribution valve 16. The size of the inlet opening from the replenishment channel 19.3 to the distribution valve 16 is only large enough so that the open distribution valve 16.3 cannot become clogged.
V příkladném řešení distribučního ventilu 16 je nastavitelná rychlost uzavírání zajištěna kombinací hydrodynamické brzdy 17.9 posuvu a pružinového závěsu 17.8. Uzavření ventilu nastane i při zvýšení teploty uvnitř pláště 17 distribučního ventilu nad návrhový limit, kdy dojde aktivací tepelné pojistky 15.6 k vyřazení přívodu elektrického napětí. Rozpojení magnetické spojky 16.4 distribučního ventilu způsobí odpojení servopohonu od horní části 17.3 vnitřního tělesa distribučního ventilu, a tím pomalé uzavření ventilu, dané pevným nastavením brzdy 17.9 posuvu. Tlumič 17.5 vibrací odděluje statickou část ventilu od vibrující spodní části 17.6 vnitřního tělesa distribučního ventilu.In the exemplary solution of the distribution valve 16, the adjustable closing speed is ensured by a combination of the hydrodynamic brake 17.9 of the displacement and the spring hinge 17.8. The closing of the valve also occurs when the temperature inside the casing 17 of the distribution valve rises above the design limit, when the thermal fuse 15.6 is activated to shut down the electrical supply. Disengagement of the magnetic clutch 16.4 of the distribution valve causes disconnection of the servo drive from the upper part 17.3 of the internal body of the distribution valve, and thus the slow closing of the valve, given by the fixed setting of the brake 17.9 of the displacement. The vibration damper 17.5 separates the static part of the valve from the vibrating lower part 17.6 of the inner body of the distribution valve.
Průmyslová využitelnostIndustrial applicability
Vysokoteplotní úložiště tepla lze používat pro přenos tepla plynového média, které je stabilní a chemicky nereaktivní i při vysokých teplotách, např. dusík nebo vzduch. Tepelnou energii lze ukládat do sypkého žáruvzdorného materiálu.High-temperature heat storage can be used to transfer the heat of a gas medium that is stable and chemically unreactive even at high temperatures, such as nitrogen or air. Thermal energy can be stored in bulk refractory material.
Claims (11)
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2023-173A CZ2023173A3 (en) | 2023-04-28 | 2023-04-28 | System for storage and transfer of heat with solid bulk material |
| AU2024261714A AU2024261714A1 (en) | 2023-04-28 | 2024-04-24 | A system for storing and transferring heat, comprising a solid bulk material |
| PCT/CZ2024/050030 WO2024222980A1 (en) | 2023-04-28 | 2024-04-24 | A system for storing and transferring heat, comprising a solid bulk material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2023-173A CZ2023173A3 (en) | 2023-04-28 | 2023-04-28 | System for storage and transfer of heat with solid bulk material |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ310114B6 CZ310114B6 (en) | 2024-08-21 |
| CZ2023173A3 true CZ2023173A3 (en) | 2024-08-21 |
Family
ID=91581012
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2023-173A CZ2023173A3 (en) | 2023-04-28 | 2023-04-28 | System for storage and transfer of heat with solid bulk material |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| AU (1) | AU2024261714A1 (en) |
| CZ (1) | CZ2023173A3 (en) |
| WO (1) | WO2024222980A1 (en) |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8724768B2 (en) * | 2006-08-01 | 2014-05-13 | Research Foundation Of The City University Of New York | System and method for storing energy in a nuclear power plant |
| AU2010233479A1 (en) * | 2009-04-09 | 2011-10-27 | Carding Specialists (Canada) Limited | Solar energy transfer and storage apparatus |
| IT1399952B1 (en) * | 2010-04-29 | 2013-05-09 | Magaldi Ind Srl | HIGH-LEVEL STORAGE AND TRANSPORTATION AND TRANSPORT SYSTEM OF ENERGY EFFICIENCY |
| NO332707B1 (en) * | 2011-06-09 | 2012-12-17 | Nest As | Thermal energy storage and plant, method and use thereof |
| WO2014147547A1 (en) * | 2013-03-20 | 2014-09-25 | Stellenbosch University | Solar collector plant with thermal storage |
| IT201700091905A1 (en) * | 2017-08-08 | 2019-02-08 | David S R L | "Thermal energy storage device" |
| FI128161B (en) * | 2019-03-12 | 2019-11-29 | Polar Night Energy Oy | SYSTEM AND METHOD FOR THE STORAGE AND TRANSFER OF HEAT |
| CN113586182A (en) * | 2021-08-16 | 2021-11-02 | 孟金来 | Heat storage peak regulation power generation device |
-
2023
- 2023-04-28 CZ CZ2023-173A patent/CZ2023173A3/en unknown
-
2024
- 2024-04-24 WO PCT/CZ2024/050030 patent/WO2024222980A1/en active Pending
- 2024-04-24 AU AU2024261714A patent/AU2024261714A1/en active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| AU2024261714A1 (en) | 2025-11-13 |
| CZ310114B6 (en) | 2024-08-21 |
| WO2024222980A1 (en) | 2024-10-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3102796B1 (en) | High temperature thermal energy exchange system and method for exchanging thermal energy by using the high temperature thermal energy exchange system | |
| CN113983844A (en) | Charging system and method with high-temperature heat energy exchange system | |
| EP3172413B2 (en) | Power plant with steam cycle and with a high temperature thermal energy exchange system and method for manufacturing the power plant | |
| CN103154633B (en) | For the heat of high temperature memory of solar energy power plant | |
| US10563927B2 (en) | High temperature thermal energy exchange system with horizontal heat exchange chamber and method for exchanging thermal energy by using the high temperature thermal energy exchange system | |
| CN104303004B (en) | Thermal storage for power plant power | |
| EP3308091B1 (en) | Heat exchange system with a heat exchange chamber in with a thermal insulation layer, method for manufacturing the heat exchange system and method for exchanging heat by using the heat exchange system | |
| CN108139169B (en) | Heat exchange system with compensation for dimensional changes of heat storage material and method for exchanging heat by using the heat exchange system | |
| CZ2023173A3 (en) | System for storage and transfer of heat with solid bulk material | |
| CN201754032U (en) | Waste heat boiler for flue gas of electric furnace | |
| IL300819A (en) | Thermal energy storage and retrieval system | |
| EP3922939A1 (en) | A method for storing thermal energy, a thermal storage system and a use of such a thermal storage system | |
| US12196455B1 (en) | Thermal energy storage bin for a high temperature, particle-based solar power plant | |
| CN223179321U (en) | A heat storage box and a heat storage combustion system and a melting furnace having the same | |
| US12379135B1 (en) | Systems and methods for high temperature bulk solid storage and handling | |
| CN221941411U (en) | Molten salt storage tank foundation and heat storage system | |
| Steinmann | Solid storage media | |
| EP3322955B1 (en) | Heat exchange system with constant energy consumption and method for exchanging heat by using the heat exchange system | |
| CN2752695Y (en) | High temperature furnace smoke gas thermal drying device | |
| JP2009204223A (en) | Refractory structure for boiler lower hopper and boiler comprising the same |