DE102019135681A1 - Energy storage - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Energiespeicher beschrieben, der vorzugsweise wenigstens teilweise in einem Erdreich eingesenkt ist, umfassend einen Wasserwärmetauscher (18) und einen über dem Wasserwärmetauscher (18) angeordneten Luftwärmetauscher (14), wobei der Wasserwärmetauscher (18) in einem Flüssigkeitsreservoir (24) angeordnet ist, das auf einem Boden (26) zwischen einer Innenwand (36) und einer Außenwand (38) gebildet ist, wobei die Innenwand (36) einen Hohlraum umschließt, der von wenigstens einem ersten Behälter (30) und einem zweiten Behälter (32) wenigstens teilweise ausgefüllt ist, wobei der erste Behälter (30) und der zweite Behälter (32) gleiche Volumina aufweisen und jeweils einen Pol einer Redox-Flow-Batterie bilden.An energy storage device is described, which is preferably at least partially sunk in the ground, comprising a water heat exchanger (18) and an air heat exchanger (14) arranged above the water heat exchanger (18), the water heat exchanger (18) being arranged in a liquid reservoir (24) , which is formed on a floor (26) between an inner wall (36) and an outer wall (38), the inner wall (36) enclosing a cavity of at least a first container (30) and a second container (32) is partially filled, the first container (30) and the second container (32) have the same volumes and each form a pole of a redox flow battery.

Description

Die Erfindung betrifft einen vorzugsweise wenigstens teilweise in einem Erdreich eingesenkten Energiespeicher.The invention relates to an energy store that is preferably at least partially sunk in the ground.

Die Verwendung fossiler Energieträger ist nicht nur zunehmend unwirtschaftlich, sondern wird auch aufgrund der damit verbundenen negativen Auswirkungen auf das Klima zunehmend in Frage gestellt. Neben einer Steigerung der Nutzung regenerativer Energiequellen sind daher auch effiziente Systeme zur Energiespeicherung von Nöten, die in Kombination mit intelligenten Steuerungen beispielsweise beim Heizen oder beim Kühlen von Gebäuden oder von Anlagen für einen reduzierten Energieverbrauch sorgen können. Aufgrund derartiger Maßnahmen lässt sich unabhängig vom verwendeten Energieträger ein hohes Einsparpotential schaffen, was auch die damit verbundenen Installationskosten auffängt.The use of fossil fuels is not only increasingly uneconomical, but is also increasingly being called into question due to the associated negative effects on the climate. In addition to increasing the use of renewable energy sources, efficient systems for energy storage are therefore also required, which, in combination with intelligent controls, can ensure reduced energy consumption, for example when heating or cooling buildings or systems. Due to such measures, a high savings potential can be created regardless of the energy carrier used, which also compensates for the associated installation costs.

Aus der DE 29 26 610 A1 ist ein Speicher zur Bereitstellung der Eingangswärmeenergie auf niederem Temperaturniveau für Wärmepumpenanlagen bekannt, die diese Energie aufnehmen und auf höherem Temperaturniveau wieder abgeben. Dabei ist ein Wasserbecken so gestaltet, dass sein Wasserinhalt ohne Beckenbeschädigung einfrieren kann und dass ein am Beckenboden befindliches oder in den Beckenboden eingelassenes Wärmetauschersystem erlaubt, die Abkühlungs- und Gefrierwärme dieses Beckens der Kaltseite einer Wärmepumpe zuzuführen.From the DE 29 26 610 A1 a memory for providing the input heat energy at a low temperature level for heat pump systems is known, which absorb this energy and release it again at a higher temperature level. A water basin is designed in such a way that its water content can freeze without damaging the basin and that a heat exchanger system located on the basin floor or embedded in the basin floor allows the cooling and freezing heat of this basin to be fed to the cold side of a heat pump.

Neben der Verwendung eines künstlichen Wasserbeckens ist es auch bekannt, natürliche Gewässer als Speichermedium zu nutzen. So ist aus der 10 2015 104 909 A1 ein Energiespeicher bekannt, der einen Wärmetauscher aufweist, der auf einem vorzugweise über eine erste Zuleitung mit Wasser befüllbarem, als See ausgebildetem Unterbecken schwimmend angeordnet ist, wobei über eine zweite Zuleitung Wasser aus dem Unterbecken und über eine dritte Zuleitung den Wärmetauscher durchdringendes Kühlmittel einer Wärmepumpe in getrennten Kreisläufen zuführbar ist, so dass Energie über den Wärmetauscher unter Vereisung des Wassers des Unterbeckens oder in Form von sensibler Wärme aus dem Wasser des Unterbeckens entnehmbar und an einen Verbraucher zur Wärmeabgabe und/oder zur Kälteabgabe weiterleitbar ist.In addition to the use of an artificial water basin, it is also known to use natural waters as a storage medium. Thus, from 10 2015 104 909 A1 an energy storage device is known which has a heat exchanger which is arranged floating on a lower basin designed as a lake and preferably filled with water via a first supply line, with water from the lower basin and via a second supply line Third supply line, the coolant penetrating the heat exchanger can be fed to a heat pump in separate circuits, so that energy can be removed via the heat exchanger with icing of the water in the lower basin or in the form of sensible heat from the water in the lower basin and can be passed on to a consumer for heat and / or cold release is.

Desweiteren ist aus der DE 10 2015 121 177 A1 eine schwimmende Vorrichtung zum Einbringen von Wärmeenergie in ein Gewässer sowie zum Entziehen von Wärmeenergie aus dem Gewässer bekannt, die einen Wasserwärmetauscher aufweist, der nach dem Einsetzen der Vorrichtung in das Gewässer in dieses eintaucht und einen Zulauf und einen Ablauf für eine Wärmeträgerflüssigkeit aufweist, die Wärmeenergie an das Gewässer abgeben oder dem Gewässer Wärmeenergie entziehen kann. Die Vorrichtung weist darüber hinaus einen Luftwärmetauscher auf, der von Umgebungsluft durchdrungen werden kann und darüber hinaus einen Einlass für aus dem Gewässer stammendes Wasser mit einem entsprechenden Auslass aufweist, so dass Wasser aus dem Gewässer durch den Luftwärmetauscher strömen kann, wobei Wärmeenergie zwischen der dem Luftwärmetauscher durchströmenden Umgebungsluft und dem den Luftwärmetauscher durchströmenden Wasser übertragbar ist.Furthermore, from the DE 10 2015 121 177 A1 a floating device for introducing thermal energy into a body of water and for extracting thermal energy from the body of water is known, which has a water heat exchanger which, after the device is inserted into the body of water, is immersed in it and has an inlet and an outlet for a heat transfer fluid, the thermal energy can give off to the body of water or extract thermal energy from the body of water. The device also has an air heat exchanger that can be penetrated by ambient air and also has an inlet for water originating from the body of water with a corresponding outlet so that water from the body of water can flow through the air heat exchanger, with thermal energy between that of the air heat exchanger Ambient air flowing through and the water flowing through the air heat exchanger can be transmitted.

Die oben beschriebenen Vorrichtungen wirken üblicherweise mit einer in einem Gebäude installierten Wärmepumpe zusammen. Diese kann beispielsweise über das Stromnetz oder einen eigenen Stromspeicher mit elektrischer Energie versorgt werden.The devices described above usually cooperate with a heat pump installed in a building. This can be supplied with electrical energy via the power grid or its own power storage, for example.

Ausgehend von diesem Stand der Technik haben sich die Erfinder nun die Aufgabe gestellt, einen verbesserten Energiespeicher zu schaffen, der mit weiteren Energiequellen zusammenarbeiten kann, ohne dabei den Installationsaufwand zu erhöhen.On the basis of this prior art, the inventors have now set themselves the task of creating an improved energy store that can work together with other energy sources without increasing the installation effort.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche. Diese können in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit der Zeichnung, charakterisiert und spezifiziert die Erfindung zusätzlich.This object is achieved by the features of claim 1. Further advantageous refinements of the invention are each subject matter of the subclaims. These can be combined with one another in a technologically sensible way. The description, in particular in connection with the drawing, additionally characterizes and specifies the invention.

Gemäß der Erfindung wird ein Energiespeicher, der vorzugsweise wenigstens teilweise in einem Erdreich eingesenkt ist, umfassend einen Wasserwärmetauscher und einen über dem Wasserwärmetauscher angeordneten Luftwärmetauscher geschaffen, wobei der Wasserwärmetauscher in einem Flüssigkeitsreservoir angeordnet ist, das auf einem Boden zwischen einer Innenwand und einer Außenwand gebildet ist, wobei die Innenwand einen Hohlraum umschließt, der von wenigstens einem ersten Behälter und einem zweiten Behälter wenigstens teilweise ausgefüllt ist, wobei der erste Behälter und der zweite Behälter gleiche Volumina aufweisen und jeweils einen Pol einer Redox-Flow-Batterie bilden.According to the invention, an energy storage device is created, which is preferably at least partially sunk in the ground, comprising a water heat exchanger and an air heat exchanger arranged above the water heat exchanger, the water heat exchanger being arranged in a liquid reservoir which is formed on a base between an inner wall and an outer wall , wherein the inner wall encloses a cavity which is at least partially filled by at least a first container and a second container, wherein the first container and the second container have the same volumes and each form a pole of a redox flow battery.

Demnach wird erfindungsgemäß der sich im Inneren eines Energiespeichers befindende Hohlraum genutzt, um dort eine Redox-Flow-Batterie unterzubringen, die aus dem ersten Behälter und dem zweiten Behälter gebildet wird. Die beiden Behälter weisen dazu gleiche Volumina auf, sodass beide Pole mit dem gleichen Energieinhalt bereitgestellt werden können. Bei dem Energiespeicher handelt es sich um eine Vorrichtung, bei der sowohl ein Luftwärmetauscher als auch einen Wasserwärmetauscher übereinanderliegend angeordnet werden. Dadurch ist es möglich, sowohl Energie zu speichern als auch Energie zu übertragen. Die beiden Wärmetauscher wirken mit Wärmepumpen zusammen, sodass der Energiespeicher Wärme an einem Gebäude abgeben kann oder dieses kühlen kann. Der Wasserwärmetauscher verfügt dazu über ein Flüssigkeitsreservoir, das typischerweise mit Wasser gefüllt ist. Im Flüssigkeitsreservoir sind üblicherweise eine Vielzahl von spiralförmig verlegten Rohren angeordnet, die mit dem Arbeitsfluid der Wärmepumpe gefüllt sind. Um Kosten und Gewicht zu sparen, werden die Rohre des Wasserwärmetauschers als Kunststoffrohre gefertigt. Der Luftwärmetauscher, der mit Luft aus der Umgebung durchströmt wird, wird üblicherweise aus Metall gefertigt sein und weist mehrere Blöcke mit Metalllamellen auf, die ebenfalls miteinander verbunden sind, sodass sie wiederum mit dem Arbeitsfluid der Wärmepumpe durchströmt werden. Da sich aus vorgefertigten Kunststoffrohren keine beliebig kleinen Biegeradien erzeugen lassen, bleibt Inneren des Flüssigkeitsreservoirs ein Freiraum, der nicht von Rohren bedeckt ist und daher nicht mit der Wärmepumpe in Verbindung steht. Dieser ungenutzte Bereich wird erfindungsgemäß in Form des Hohlraums ausgespart, sodass dieser einer weiteren Nutzung als Redox-Flow-Batterie unterzogen werden kann. Daher ist es möglich, im Energiespeicher gemäß der Erfindung sowohl thermische Energie als auch elektrische Energie zu speichern bzw. zu übertragen. Somit ergibt sich die Möglichkeit, bei einem Gebäude, bei welchem Heizen oder Kühlen mittels der oben beschriebenen Wärmetauscher erfolgt, zusätzlich elektrische Energie in den beiden Behältern beispielsweise aus einer Solaranlage oder einer Windenergieanlage zu speichern und im Bedarfsfall an das Gebäude zu übertragen. Auch eine Nutzung in Zusammenhang mit dem Betrieb der oder den Wärmepumpen bzw. deren Steuerung ist denkbar.Accordingly, according to the invention, the cavity located inside an energy store is used to accommodate a redox flow battery there, which is formed from the first container and the second container. For this purpose, the two containers have the same volumes, so that both poles can be provided with the same energy content. The energy storage is a device in which both an air heat exchanger and a water heat exchanger are arranged one above the other. This makes it possible to both store energy and transfer energy. The two heat exchangers work together with heat pumps so that the energy storage device can give off heat to a building or cool it. For this purpose, the water heat exchanger has a liquid reservoir that is typically filled with water. A multiplicity of spirally laid pipes which are filled with the working fluid of the heat pump are usually arranged in the liquid reservoir. In order to save costs and weight, the pipes of the water heat exchanger are manufactured as plastic pipes. The air heat exchanger, through which air from the environment flows, is usually made of metal and has several blocks with metal fins, which are also connected to one another so that the working fluid of the heat pump flows through them in turn. Since no arbitrarily small bending radii can be produced from prefabricated plastic pipes, a free space remains inside the liquid reservoir that is not covered by pipes and is therefore not connected to the heat pump. According to the invention, this unused area is left out in the form of the cavity, so that it can be subjected to further use as a redox flow battery. It is therefore possible to store or transfer both thermal energy and electrical energy in the energy store according to the invention. In a building in which heating or cooling takes place by means of the heat exchangers described above, there is thus the possibility of additionally storing electrical energy in the two containers, for example from a solar system or a wind energy system, and transferring it to the building if necessary. Use in connection with the operation of the heat pump (s) or their control is also conceivable.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich der Hohlraum über den Wasserwärmetauscher hinaus bis zu einer Unterseite des Luftwärmetauschers.According to one embodiment of the invention, the cavity extends beyond the water heat exchanger to an underside of the air heat exchanger.

Üblicherweise ist der Bereich zwischen dem Wasserwärmetauscher und dem Luftwärmetauscher mit einer Isolationsschicht versehen, die im Bereich der beiden Behälter nicht benötigt wird, da hier kein Flüssigkeitsreservoir vorliegt, welches isoliert werden müsste. Demnach kann dieser Bereich auch für die Redox-Flow-Batterie genutzt werden, sodass ein höherer Speicherinhalt erreicht werden kann.The area between the water heat exchanger and the air heat exchanger is usually provided with an insulation layer, which is not required in the area of the two containers, since there is no liquid reservoir here that would have to be insulated. Accordingly, this area can also be used for the redox flow battery, so that a higher memory content can be achieved.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umschließt der erste Behälter den zweiten Behälter umfangsseitig.According to a further embodiment of the invention, the first container surrounds the second container on the circumferential side.

Folglich wird der erste Behälter um den zweiten Behälter herum angeordnet, wobei die beiden Behälter gleiche Höhen aufweisen können, aber deren laterale Abmessungen so gewählt sind, dass sich insgesamt gleiche Volumina ergeben. Es hat sich herausgestellt, dass eine derartige Ausführung mechanisch sehr stabil ist, was insbesondere Vorteile beim Befüllen der Redox-Flow-Batterie aufweist. Die beiden Behälter können jedoch in anderen Ausführungsformen auch übereinanderliegend angeordnet werden, was auch die Produktion der Behälter vereinfachen könnte, da diese beispielsweise für beide Behälter identisch gefertigt sein könnten.As a result, the first container is arranged around the second container, wherein the two containers can have the same heights, but their lateral dimensions are chosen so that overall the same volumes result. It has been found that such a design is mechanically very stable, which has advantages in particular when filling the redox flow battery. In other embodiments, however, the two containers can also be arranged one on top of the other, which could also simplify the production of the containers, since these could be manufactured identically for both containers, for example.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Energiespeicher einen dritten Behälter auf, der vorzugsweise als Warmwasserspeicher ausgeführt ist.According to a further embodiment of the invention, the energy store has a third container, which is preferably designed as a hot water store.

Insbesondere für die Warmwasserversorgung als Trinkwasser oder Brauchwasser kann das Bereitstellen eines weiteren Warmwasserspeichers vorteilhaft sein, der zur Versorgung des Gebäudes vorgesehen ist und beispielsweise über eine Solarthermieanlage gespeist werden kann. Ein derartiger Warmwasserspeicher steht jedoch nicht mit den klimatechnischen Versorgungseinheiten des Energiespeichers in Verbindung, sodass sein Inhalt hygienisch unbedenklich als Trinkwasser genutzt werden kann.In particular, for the hot water supply as drinking water or service water, the provision of a further hot water storage tank can be advantageous, which is provided for supplying the building and can be fed, for example, via a solar thermal system. However, such a hot water storage tank is not connected to the air conditioning supply units of the energy storage device, so that its contents can be used as drinking water in a hygienically safe manner.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der dritte Behälter zusammen mit dem ersten Behälter und zweiten Behälter im Hohlraum angeordnet.According to a further embodiment of the invention, the third container is arranged in the cavity together with the first container and the second container.

Zum Anordnen des typischerweise als Warmwasserspeicher ausgebildeten dritten Behälter kann der Bereich des Hohlraums herangezogen werden, was einerseits einen einfachen Aufbau ermöglicht, anderseits jedoch Volumen und damit nutzbare Speicherkapazität für die Redox-Flow-Batterie einschränkt.The area of the cavity can be used to arrange the third container, which is typically designed as a hot water storage tank, which on the one hand enables a simple structure, but on the other hand restricts the volume and thus usable storage capacity for the redox flow battery.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der dritte Behälter unterhalb des Hohlraums vom ersten Behälter und zweiten Behälter getrennt in einem weiteren, vorzugsweise isolierten Hohlraum angeordnet.According to a further embodiment of the invention, the third container is arranged below the cavity, separated from the first container and the second container, in a further, preferably insulated cavity.

In einer anderen Ausführungsform ist der dritte Behälter unterhalb des Hohlraums, vorzugsweise über den Hohlraum hinaus auch unterhalb des Energiespeichers angeordnet. Auf diese Weise wird das Volumen der Redox-Flow-Batterie nicht eingeschränkt, wobei gleichzeitig auch die Speicherung von Warmwasser mittels einer Isolation gegen die Umgebung verbessert werden kann.In another embodiment, the third container is arranged below the cavity, preferably also below the energy store beyond the cavity. In this way, the volume of the redox flow battery is not restricted, and at the same time the storage of hot water can be improved by means of insulation from the environment.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Innenwand in Form eines Kreiszylinders ausgebildet.According to a further embodiment of the invention, the inner wall is designed in the form of a circular cylinder.

Typischerweise werden derartige Energiespeicher kreisförmig ausgebildet, sodass sowohl die Innenwand als auch die Außenwand eine kreiszylindrische Gestalt aufweisen. Demnach ergibt sich für das Flüssigkeitsreservoir eine Querschnittsfläche in Form eines Kreisrings, in dessen Innenbereich der Hohlraum ausgebildet ist, der somit ebenfalls eine kreiszylindrische Form aufweist. Die beiden Behälter können dann ebenfalls mit Querschnittsflächen in Form eines Kreisrings oder eines Kreises ausgestaltet werden.Typically, such energy stores are circular, so that both the inner wall and the outer wall have a circular cylindrical shape. Accordingly, the liquid reservoir has a cross-sectional area in the form of a circular ring, in the inner region of which the cavity is formed, which thus likewise has a circular-cylindrical shape. The two containers can then also be designed with cross-sectional areas in the form of a circular ring or a circle.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Innenwand aus einem Kunststoffmaterial gefertigt, das an einem Ständerwerk befestigt ist, wobei im Hohlraum weitere Streben angeordnet sind, die den ersten Behälter und den zweiten Behälter stützen.According to a further embodiment of the invention, the inner wall is made of a plastic material which is fastened to a frame structure, further struts being arranged in the cavity, which support the first container and the second container.

Für den Energiespeicher wird eine gewichtssparende Ausführung mit einem Ständerwerk vorgeschlagen, wobei das Flüssigkeitsreservoir des Wasserspeichers an der Außenwand in einem Erdreich eingesenkt ist. Eventuelle Druckkräfte werden daher nach außen vom Erdreich aufgenommen. Zur Innenwand hin werden diese Druckkräfte vom Ständerwerk aufgenommen. Weitere Streben stabilisieren die beiden Behälter sodass diese sicher im Inneren des Energiespeichers gehalten werden. Insgesamt ergibt sich ein mechanisch stabiler Aufbau, der aus Kunststoffmaterialien bzw. Metallprofilen auch einfach und kostengünstig herstellbar ist, wobei ein Großteil der Komponenten vorgefertigt werden kann, was eine weitere Reduzierung der Herstellungskosten zur Folge hat.A weight-saving design with a stud frame is proposed for the energy store, the liquid reservoir of the water store being sunk into the ground on the outer wall. Any compressive forces are therefore absorbed to the outside by the soil. Towards the inner wall, these compressive forces are absorbed by the stud frame. Further struts stabilize the two containers so that they are securely held inside the energy store. Overall, the result is a mechanically stable structure which can also be produced simply and inexpensively from plastic materials or metal profiles, with a large part of the components being able to be prefabricated, which results in a further reduction in production costs.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind der erste Behälter und der zweite Behälter so ausgeführt, dass beim Anordnen im Hohlraum ein Versorgungskanal frei bleibt.According to a further embodiment of the invention, the first container and the second container are designed such that a supply channel remains free when they are arranged in the cavity.

Demnach kann die Versorgung sowohl der Redox-Flow-Batterie als auch des eventuell vorhandenen Warmwasserspeichers im dritten Behälter über den Versorgungskanal erfolgen. Bei einer Anordnung der beiden Behälter übereinander kann der Versorgungskanal beispielsweise am Außenumfang gebildet sein, wobei andere Ausgestaltungen ebenfalls möglich sind. Falls die beiden Behälter nebeneinanderliegend ausgebildet sind, kann der Versorgungskanal auch axial entlang einer Längsachse im Mittelpunkt der Behälter geführt sein.Accordingly, both the redox flow battery and the possibly existing hot water storage tank in the third container can be supplied via the supply channel. When the two containers are arranged one above the other, the supply channel can be formed, for example, on the outer circumference, other configurations also being possible. If the two containers are formed next to one another, the supply channel can also be guided axially along a longitudinal axis in the center of the container.

Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

  • 1 eine perspektivische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Energiespeichers,
  • 2 der Energiespeicher aus 1 in einer geschnittenen Darstellung entlang eines Segments,
  • 3 einen Schnitt durch den Energiespeicher aus 1 in einer Seitenansicht,
  • 4 Bestandteile einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Energiespeichers in einer perspektivischen Seitenansicht,
  • 5A die Anordnung aus 4 in einer Seitenansicht,
  • 5B einen Schnitt durch die Anordnung aus 4 in einer Seitenansicht,
  • 6A Bestandteile einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Energiespeichers in einer perspektivischen Seitenansicht,
  • 6B einen Schnitt durch die Anordnung aus 6A in einer Seitenansicht,
  • 7A Bestandteile einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Energiespeichers in einer perspektivischen Seitenansicht,
  • 7B einen Schnitt durch die Anordnung aus 7A in einer Seitenansicht, und
  • 8 Bestandteile einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Energiespeichers in einer perspektivischen Seitenansicht.
Some exemplary embodiments are explained in more detail below with reference to the drawing. Show it:
  • 1 a perspective side view of an energy store according to the invention,
  • 2 the energy storage system off 1 in a section along a segment,
  • 3 a section through the energy storage 1 in a side view,
  • 4th Components of a further embodiment of the energy store according to the invention in a perspective side view,
  • 5A the arrangement 4th in a side view,
  • 5B a section through the arrangement 4th in a side view,
  • 6A Components of a further embodiment of the energy store according to the invention in a perspective side view,
  • 6B a section through the arrangement 6A in a side view,
  • 7A Components of a further embodiment of the energy store according to the invention in a perspective side view,
  • 7B a section through the arrangement 7A in a side view, and
  • 8th Components of a further embodiment of the energy store according to the invention in a perspective side view.

In den Figuren sind gleiche oder funktional gleich wirkende Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, identical or functionally identical components are provided with the same reference symbols.

Unter Bezugnahme auf 1 wird nachfolgend eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Energiespeichers 2 beschrieben. In 1 ist der erfindungsgemäße Energiespeicher 2 in einer perspektivischen Seitenansicht dargestellt, wobei der Energiespeicher 2 eine Außenhülle 4 umfasst, die im gezeigten Beispiel eine im Wesentlichen zylindrische Form aufweist. An der Außenhülle 4 ist ein Anschlusskasten 6 angeordnet, an den Zuleitungen und Ableitungen angeschlossen werden können, die zu einer oder mehreren Wärmepumpen führen, die beispielsweise in einem Gebäude angeordnet sind. Des Weiteren wird über den Anschlusskasten 6 auch ein Arbeitsfluidstrom an einen Luftwärmetauscher und einen Wasserwärmetauscher im Inneren des Energiespeichers 2 weitergegeben.With reference to 1 is a first embodiment of an energy store according to the invention 2 described. In 1 is the energy storage device according to the invention 2 shown in a perspective side view, the energy storage 2 an outer shell 4th comprises, which in the example shown has a substantially cylindrical shape. On the outer shell 4th is a junction box 6th arranged, can be connected to the supply lines and discharge lines, which lead to one or more heat pumps, which are arranged, for example, in a building. Furthermore, the connection box 6th also a working fluid flow to an air heat exchanger and a water heat exchanger inside the energy store 2 passed on.

Auf seiner Oberseite weist der Energiespeicher 2 einen Abschlussdeckel 8 auf, der in etwa mittig mit mehreren Abluftschlitzen 10 versehen ist, durch die über einen umfangsseitig verlaufenden Zuluftschlitz 12 am Abschlussdeckel 8 angesaugte Umgebungsluft entweichen kann. Üblicherweise wird der Energiespeicher 2 teilweise im Erdreich vergraben, wobei der Zuluftschlitz 12 über das Erdreich hinausragt. Das Erdreich überdeckt daher die Außenhülle 4 nicht vollständig, wobei typischerweise zumindest der Abschlusskasten 6 noch bedeckt ist.The energy store has on its upper side 2 an end cover 8th on, which is roughly in the middle with several exhaust air slots 10 is provided by the over a circumferential side Supply air slot 12th on the end cover 8th sucked in ambient air can escape. Usually the energy store 2 partially buried in the ground, with the ventilation slot 12th protrudes above the ground. The soil therefore covers the outer shell 4th not complete, typically at least the termination box 6th is still covered.

In 2 ist der Energiespeicher 2 in einer teilweise geschnittenen Darstellung gezeigt, wobei die Einzelheiten der Wärmetauscher der Einfachheit halber weggelassen wurden, da diese nicht Bestandteil der Erfindung sind. Beim Energiespeicher 2 ist in einem oberen Bereich, der in 2 schraffiert eingezeichnet ist und mit dem Bezugszeichen 14 bezeichnet ist, ein Luftwärmetauscher angeordnet, der von Umgebungsluft aus dem Zuluftschlitz 12 durchströmt wird. Der Luftstrom wird über einen im Inneren angeordneten Ventilator 16 zu den Abluftschlitzen 10 geleitet.In 2 is the energy store 2 shown in a partially sectioned view, wherein the details of the heat exchangers have been omitted for the sake of simplicity, since these are not part of the invention. With energy storage 2 is in an upper area that is in 2 is shown hatched and with the reference number 14th is designated, an air heat exchanger is arranged, the ambient air from the supply air slot 12th is flowed through. The air flow is via a fan located inside 16 to the exhaust air slots 10 directed.

Des Weiteren ist bei dem Energiespeicher in einem unteren Bereich, der in 2 ebenfalls schraffiert eingezeichnet ist und mit dem Bezugszeichen 18 bezeichnet ist, ein Wasserwärmetauscher vorgesehen, bei dem zwischen einer Innenwand und einer Außenwand ein Flüssigkeitsreservoir gebildet wird. Die Innenwand und die Außenwand können beispielsweise aus Kunststoff gefertigt sein und werden in ein Ständerwerk eingefügt, wobei hier ein umlaufender oberer Innenring 20 und ein umlaufender oberer Außenring 22 des Ständerwerks den oberen Abschluss des Flüssigkeitsreservoirs 24 bilden. Das Flüssigkeitsreservoir 24 ist nach unten hin durch einen Boden 26 begrenzt. Zum Luftwärmetauscher hin ist der Wasserwärmetauscher durch eine Abdeckplatte 28 begrenzt.Furthermore, in the case of the energy storage device, in a lower area, which is shown in 2 is also shown hatched and with the reference number 18th is designated, a water heat exchanger is provided in which a liquid reservoir is formed between an inner wall and an outer wall. The inner wall and the outer wall can be made of plastic, for example, and are inserted into a stud frame, with a circumferential upper inner ring here 20th and a circumferential upper outer ring 22nd of the stud frame the upper end of the liquid reservoir 24 form. The liquid reservoir 24 is down through a floor 26th limited. The water heat exchanger is connected to the air heat exchanger through a cover plate 28 limited.

Das Flüssigkeitsreservoir 24 umschließt einen Hohlraum, in den ein erster Behälter 30 und ein zweiter Behälter 32 eingebracht sind. Der erste Behälter 30 umschließt dabei den zweiten Behälter 32, wobei der erste Behälter eine im wesentlichen Kreis ringförmige Querschnittsfläche aufweist, während der zweite Behälter 32 mit einer kreisförmigen Querschnittsfläche gebildet ist. Die Höhe des ersten Behälters 30 und des zweiten Behälters 32 können dabei über die Oberkante des Flüssigkeitsreservoirs 24 in Richtung des Luftwärmetauschers hinausragen, wobei der Bereich seitlich des ersten Behälters 30 über dem Flüssigkeitsreservoir 24 während des Betriebs des Energiespeichers 2 typischerweise von einer Isolationsschicht wenigstens teilweise ausgefüllt wird. Der erste Behälter 30 und der zweite Behälter 32 weisen gleiche Volumina auf und fungieren jeweils als Flüssigkeitsspeicher für einen Pol einer Redox-Flow-Batterie.The liquid reservoir 24 encloses a cavity in which a first container 30th and a second container 32 are introduced. The first container 30th encloses the second container 32 wherein the first container has a substantially circular annular cross-sectional area, while the second container 32 is formed with a circular cross-sectional area. The height of the first container 30th and the second container 32 can use the upper edge of the liquid reservoir 24 protrude in the direction of the air heat exchanger, the area to the side of the first container 30th above the liquid reservoir 24 during operation of the energy storage system 2 is typically at least partially filled by an insulation layer. The first container 30th and the second container 32 have the same volumes and each function as a liquid storage device for one pole of a redox flow battery.

In 3 ist der Energiespeicher 2 nochmals in einer Schnittansicht dargestellt, wobei die Schnittebene in etwa mittig entlang der Längsachse des Energiespeichers 2 angeordnet ist. Man erkennt, dass im schraffierten Bereich 18 das Flüssigkeitsreservoir von einer Innenwand 36 und einer Außenwand 38 begrenzt wird, die zusammen mit dem Boden 26 die Begrenzung des Flüssigkeitsreservoirs 24 bilden. Die Innenwand 36, die Außenwand 38 und der Boden 26 können aus einem Stück gebildet sein oder aus mehreren Bestandteilen zusammengesetzt, beispielsweise geschweißt sein. Typischerweise werden für die Innenwand 36, die Außenwand 38 und den Boden 26 Bahnen eines Kunststoffmaterials verwendet.In 3 is the energy store 2 again shown in a sectional view, the sectional plane approximately centrally along the longitudinal axis of the energy store 2 is arranged. It can be seen that in the hatched area 18th the liquid reservoir from an inner wall 36 and an outer wall 38 that is limited along with the ground 26th the limitation of the liquid reservoir 24 form. The inner wall 36 , the outer wall 38 and the floor 26th can be formed from one piece or composed of several components, for example welded. Typically used for the inner wall 36 , the outer wall 38 and the floor 26th Sheets of a plastic material are used.

In 4 ist eine weitere perspektivische Seitenansicht gezeigt, bei der bis auf das Ständerwerk 40 und den ersten Behälter 30 sowie den zweiten Behälter 32 alle weiteren Teile des Energiespeichers 2 zum Zwecke der besseren Darstellbarkeit entfernt wurden. Man erkennt, dass der erste Behälter 30 und der zweite Behälter 32 von mehreren Streben 42 umgeben sind, die für eine Abstützung des ersten Behälters 30 und des zweiten Behälters 32 sorgen, sodass diese mechanisch stabil im Inneren des Energiespeichers 2 angeordnet sind. Das Ständerwerk 40 umfasst darüber hinaus einen umlaufenden unteren Außenring 44, der mittels mehrerer Bodenstreben 46 mit dem Bereich unterhalb des ersten Behälters 30 und des zweiten Behälters 32 verbunden ist. Mehrere vertikale Seitenstreben 48 Verbinden den unteren Außenring 44 mit dem oberen Außenring 22. Der obere Außenring 22 ist über mehrere Zwischenstreben 50 mit dem oberen Innenring 20 verbunden. Somit entsteht ein stabiler Aufbau des Ständerwerks 40, das die unterschiedlichen Bestandteile des Energiespeichers 2 aufnehmen kann.In 4th a further perspective side view is shown in which, except for the stud frame 40 and the first container 30th and the second container 32 all other parts of the energy store 2 have been removed for the purpose of better display. You can see that the first container 30th and the second container 32 of several struts 42 are surrounded, for a support of the first container 30th and the second container 32 ensure that these are mechanically stable inside the energy storage device 2 are arranged. The stud work 40 also includes a circumferential lower outer ring 44 , which by means of several floor struts 46 with the area below the first container 30th and the second container 32 connected is. Multiple vertical side struts 48 Connect the lower outer ring 44 with the upper outer ring 22nd . The upper outer ring 22nd is about several intermediate struts 50 with the upper inner ring 20th connected. This creates a stable structure for the stud frame 40 , the different components of the energy storage 2 can accommodate.

In 5A ist das Ständerwerk 40 nochmals in einer Seitenansicht gezeigt. Man erkennt, dass die Streben 42 über den oberen Außenring 22 hinausragen, wobei ihre oberen Enden so gestaltet sind, dass sie die Abdeckplatte 28 aufnehmen können, sodass neben der mechanischen Stützung des ersten Behälters 30 und des zweiten Behälters 32 auch ein Teil des Gewichts des Luftwärmetauschers auf den Streben 42 ruht.In 5A is the stud frame 40 shown again in a side view. You can see that the striving 42 over the upper outer ring 22nd protrude, with their upper ends are designed so that they the cover plate 28 can accommodate, so that in addition to the mechanical support of the first container 30th and the second container 32 also part of the weight of the air heat exchanger on the struts 42 rests.

In 5B ist das Ständerwerk 40 nochmals in einer Schnittansicht entlang der Ebene A-A' gezeigt. Der erste Behälter 30 und der zweite Behälter 32 weisen, wie bereits oben erwähnt, gleiche Volumina auf.In 5B is the stud frame 40 shown again in a sectional view along the plane AA '. The first container 30th and the second container 32 have, as already mentioned above, the same volumes.

In 6A ist eine weitere Ausführungsform eines Energiespeichers in einer perspektivischen Seitenansicht gezeigt, bei dem der erste Behälter 30 wiederum mit einem kreisringförmigen Querschnitt um den zylindrischen zweiten Behälter 32 angeordnet ist. Um eine erste Versorgungsleitung 60 und eine zweite Versorgungsleitung 62 durchführen zu können, ist entlang der mittig angeordneten Längsachse des zweiten Behälters 32 ein Versorgungskanal 64 ausgebildet, durch den die erste Versorgungsleitung 60 und die zweite Versorgungsleitung 62 geführt sind.In 6A a further embodiment of an energy store is shown in a perspective side view, in which the first container 30th again with a circular cross-section around the cylindrical second container 32 is arranged. To a first supply line 60 and a second supply line 62 to be able to carry out is along the centrally arranged longitudinal axis of the second container 32 a supply channel 64 formed through which the first supply line 60 and the second supply line 62 are led.

In 6B ist dies nochmals in einer Schnittansicht gezeigt, wobei die erste Versorgungsleitung 60 und die zweite Versorgungsleitung 62 der Einfachheit halber weggelassen wurden. Man erkennt, dass im Inneren des zweiten Behälters 32 der Versorgungskanal 64 verläuft. Die Abmessungen des ersten Behälters 30 und des zweiten Behälters 32 werden, um den Volumenverlust des zweiten Behälters 32 im Bereich des Versorgungskanals 64 ausgleichen zu können, entsprechend angepasst. Besonders vorteilhaft ist diese Ausführungsform, wenn sie mit einem dritten Behälter kombiniert wird, der die erste Versorgungsleitung 60 und die zweite Versorgungsleitung 62 benötigt.In 6B this is shown again in a sectional view, with the first supply line 60 and the second supply line 62 have been omitted for the sake of simplicity. It can be seen that inside the second container 32 the supply channel 64 runs. The dimensions of the first container 30th and the second container 32 be to the volume loss of the second container 32 in the area of the supply channel 64 to be able to compensate, adjusted accordingly. This embodiment is particularly advantageous when it is combined with a third container, which is the first supply line 60 and the second supply line 62 needed.

Eine derartige Ausführung ist in 7A in einer perspektivischen Seitenansicht sowie in 7B in einer dazugehörigen Schnittansicht gezeigt. Hinter einer weiteren Außenhülle 70 befindet sich der dritte Behälter 72, der über den Versorgungskanal 64 mit der ersten Versorgungsleitung 60 und der zweite Versorgungsleitung 62 verbunden werden kann. Der dritte Behälter 72 ist beispielsweise ein Warmwasserbehälter, der zur Trinkwasserversorgung oder Brauchwasserversorgung eines Gebäudes herangezogen werden kann.Such a design is in 7A in a perspective side view and in 7B shown in an associated sectional view. Behind another outer shell 70 is the third container 72 that is via the supply channel 64 with the first supply line 60 and the second supply line 62 can be connected. The third container 72 is, for example, a hot water tank that can be used to supply drinking water or service water to a building.

Um den dritten Behälter 72 gegen Temperaturverluste zur Umgebung zu schützen, ist dieser in ein Isolationsmaterial 74 eingebettet, wobei zwischen dem ersten Behälter 30 und den zweiten Behälter 32 eine Zwischenplatte 76 eingebracht ist, die für mechanische Stabilität sorgt. Der Aufbau ruht auf einer weiteren Bodenplatte 78. Ein derartiger Aufbau kann nun, wie bereits oben gezeigt, im Hohlraum des Flüssigkeitsreservoirs 24 angeordnet sein. Typischerweise werden der erste Behälter 30 und der zweite Behälter 32 jeweils etwa 350 Liter Flüssigkeit aufnehmen können, während der dritte Behälter 72 in etwa 200 Liter Kapazität aufweist. Die Zahlenwerte sind jedoch nur als Beispiel zu verstehen, um in etwa die Größenordnung anzugeben.To the third container 72 To protect against temperature losses to the environment, this is in an insulation material 74 embedded, being between the first container 30th and the second container 32 an intermediate plate 76 is introduced, which ensures mechanical stability. The structure rests on another base plate 78 . Such a structure can now, as already shown above, in the cavity of the liquid reservoir 24 be arranged. Typically the first container 30th and the second container 32 each can hold around 350 liters of liquid, while the third container 72 has a capacity of around 200 liters. However, the numerical values are only to be understood as an example to roughly indicate the order of magnitude.

In anderen Ausführungsformen wäre es ebenso möglich, den dritten Behälter 72 radial so weit auszudehnen, dass er unterhalb des Flüssigkeitsreservoirs 24 zu liegen kommt bzw. den Warmwasserspeicher vollständig überdeckt oder sogar darüber hinaus geht. Die in 7A und 7B gezeigt der Ausführungsform stellt jedoch einen sehr kompakten Aufbau dar, bei dem auf einfache Weise unterschiedliche Energieformen gespeichert und übertragen werden können.In other embodiments it would also be possible to use the third container 72 expand radially so far that it is below the liquid reservoir 24 comes to rest or the hot water tank is completely covered or even goes beyond it. In the 7A and 7B However, the embodiment shown represents a very compact structure in which different forms of energy can be stored and transmitted in a simple manner.

In 8 ist eine weitere Ausführungsform des Energiespeichers gezeigt. Im Unterschied zu den bisherigen Ausführungsformen sind hier der erste Behälter 30 und der zweite Behälter 32 übereinanderliegend angeordnet. Des Weiteren ist das Ständerwerk 40 noch um weitere Zwischenringe 80 erweitert worden. Im Bereich des Hohlraums 82 kann entweder Platz für einen dritten Behälter frei bleiben, wie in 8 gezeigt ist, oder aber der Hohlraum 82 kann vollständig mit dem ersten Behälter 30 und den zweiten Behälter 32 aufgefüllt sein.In 8th a further embodiment of the energy store is shown. In contrast to the previous embodiments, this is the first container 30th and the second container 32 arranged one above the other. Furthermore is the stud frame 40 even more intermediate rings 80 has been expanded. In the area of the cavity 82 can either leave space for a third container, as in 8th is shown, or the cavity 82 can completely with the first container 30th and the second container 32 be filled up.

Die vorstehend und die in den Ansprüchen angegebenen sowie die den Abbildungen entnehmbaren Merkmale sind sowohl einzeln als auch in verschiedener Kombination vorteilhaft realisierbar. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern im Rahmen fachmännischen Könnens in mancherlei Weise abwandelbar.The features specified above and in the claims, as well as those which can be derived from the figures, can advantageously be implemented both individually and in various combinations. The invention is not restricted to the exemplary embodiments described, but rather can be modified in many ways within the scope of the skilled person.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

22
EnergiespeicherEnergy storage
44th
AußenhülleOuter shell
66th
AbschlusskastenClosing box
88th
AbschlussdeckelEnd cover
1010
AbluftschlitzeExhaust vents
1212th
ZuluftschlitzSupply air slot
1414th
LuftwärmetauscherAir heat exchanger
1616
Ventilatorfan
1818th
WasserwärmetauscherWater heat exchanger
2020th
oberer Innenringupper inner ring
2222nd
oberer Außenringupper outer ring
2424
FlüssigkeitsreservoirLiquid reservoir
2626th
Bodenground
2828
AbdeckplatteCover plate
3030th
erster Behälterfirst container
3232
zweiter Behältersecond container
3636
InnenwandInner wall
3838
AußenwandOuter wall
4040
StänderwerkStud frame
4242
StrebenStriving
4444
unterer Außenringlower outer ring
4646
BodenstrebenBottom struts
4848
SeitenstrebenSide struts
5050
ZwischenstrebenIntermediate struts
6060
erste Versorgungsleitungfirst supply line
6262
zweite Versorgungsleitungsecond supply line
6464
VersorgungskanalSupply channel
7070
weitere Außenhüllefurther outer shell
7272
Behältercontainer
7474
IsolationsmaterialInsulation material
7676
ZwischenplatteIntermediate plate
7878
weitere Bodenplattefurther base plate
8080
ZwischenringeIntermediate rings
8282
Hohlraumcavity

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 2926610 A1 [0003]DE 2926610 A1 [0003]
  • DE 102015121177 A1 [0005]DE 102015121177 A1 [0005]

Claims (10)

Energiespeicher, der vorzugsweise wenigstens teilweise in einem Erdreich eingesenkt ist, umfassend einen Wasserwärmetauscher (18) und einen über dem Wasserwärmetauscher (18) angeordneten Luftwärmetauscher (14), wobei der Wasserwärmetauscher (18) in einem Flüssigkeitsreservoir (24) angeordnet ist, das auf einem Boden (26) zwischen einer Innenwand (36) und einer Außenwand (38) gebildet ist, wobei die Innenwand (36) einen Hohlraum umschließt, der von wenigstens einem ersten Behälter (30) und einem zweiten Behälter (32) wenigstens teilweise ausgefüllt ist, wobei der erste Behälter (30) und der zweite Behälter (32) gleiche Volumina aufweisen und jeweils einen Pol einer Redox-Flow-Batterie bilden.Energy storage device, which is preferably at least partially sunk in the ground, comprising a water heat exchanger (18) and an air heat exchanger (14) arranged above the water heat exchanger (18), the water heat exchanger (18) being arranged in a liquid reservoir (24) which is on a The bottom (26) is formed between an inner wall (36) and an outer wall (38), the inner wall (36) enclosing a cavity which is at least partially filled by at least a first container (30) and a second container (32), wherein the first container (30) and the second container (32) have the same volumes and each form a pole of a redox flow battery. Energiespeicher nach Anspruch 1, bei dem sich der Hohlraum über den Wasserwärmetauscher (18) hinaus bis zu einer Unterseite des Luftwärmetauschers (14) erstreckt.Energy storage after Claim 1 , in which the cavity extends beyond the water heat exchanger (18) to an underside of the air heat exchanger (14). Energiespeicher nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der erste Behälter (30) den zweiten Behälter (32) umfangsseitig umschließt.Energy storage after Claim 1 or 2 , in which the first container (30) surrounds the second container (32) on the circumferential side. Energiespeicher nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der erste Behälter (30) über dem zweiten Behälter (32) angeordnet ist.Energy storage after Claim 1 or 2 wherein the first container (30) is disposed above the second container (32). Energiespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, der einen dritten Behälter (72) aufweist, der vorzugsweise als Warmwasserspeicher ausgeführt ist.Energy storage according to one of the Claims 1 to 4th , which has a third container (72), which is preferably designed as a hot water tank. Energiespeicher nach Anspruch 5, bei dem der dritte Behälter (72) zusammen mit dem ersten Behälter (30) und zweiten Behälter (32) im Hohlraum angeordnet ist.Energy storage after Claim 5 , in which the third container (72) is arranged together with the first container (30) and second container (32) in the cavity. Energiespeicher nach Anspruch 5, bei dem der dritte Behälter (72) unterhalb des Hohlraums vom ersten Behälter (30) und zweiten Behälter (32) getrennt in einem weiteren, vorzugsweise isolierten Hohlraum angeordnet ist.Energy storage after Claim 5 , in which the third container (72) is arranged below the cavity separated from the first container (30) and second container (32) in a further, preferably insulated cavity. Energiespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Innenwand (36) in Form eines Kreiszylinders ausgebildet ist.Energy storage according to one of the Claims 1 to 7th , in which the inner wall (36) is designed in the form of a circular cylinder. Energiespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Innenwand (36) aus einem Kunststoffmaterial gefertigt ist, das an einem Ständerwerk (40) befestigt ist, wobei im Hohlraum weitere Streben (42) angeordnet sind, die den ersten Behälter (30) und den zweiten Behälter (32) stützen.Energy storage according to one of the Claims 1 to 8th , in which the inner wall (36) is made of a plastic material which is fastened to a stud frame (40), further struts (42) being arranged in the cavity, which support the first container (30) and the second container (32) . Energiespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem der erste Behälter (30) und der zweite Behälter (32) so ausgeführt sind, dass beim Anordnen im Hohlraum ein Versorgungskanal (64) frei bleibt.Energy storage according to one of the Claims 1 to 9 , in which the first container (30) and the second container (32) are designed in such a way that a supply channel (64) remains free when they are arranged in the cavity.
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