AT519365B1 - Energiespeicher - Google Patents

Abstract

Es wird ein Energiespeicher zur Anordnung längs einer Strömungsrichtung (1) in einem Fluidströmungskanal (9) mit hintereinander und in Reihen zueinander auf Lücke versetzten Speicherelementen beschrieben. Um einen Energiespeicher der eingangs geschilderten Art so auszugestalten, dass eine effiziente Energiespeicherung bei gleichzeitig flexibler Bauweise ermöglicht wird, wird vorgeschlagen, dass zwischen der Längs- und Kanalleitwand (5, 6) eines Speicherelementes und der Längs- und Kanalleitwand (5, 6) eines in einer Reihe benachbarten Speicherelementes ein Fluidströmungskanal (9) ausgebildet ist, der in die aus Querleitwand (2) und den beiden Längsleitwänden des in Strömungsrichtung aufwärts liegenden Speicherelementes gebildete, gegen die Strömungsrichtung offene Kavität mündet.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen Energiespeicher für Wärmeenergie zur Anordnung längs einer Strömungsrichtung in einem Fluidströmungskanal mit hintereinander und in Reihen zueinander auf Lücke versetzten Speicherelementen, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherelemente je eine quer zur Strömungsrichtung verlaufende Querleitwand aufweisen, von der sich an zwei gegenüberliegenden Randabschnitten jeweils Längsleitwände gegen die Strömungsrichtung und Kanalleitwände in Strömungsrichtung T-förmig unter Ausbildung zweier Kavitäten erstrecken, und dass die Speicherelemente so mit Abstand zueinander ausgerichtet sind.

[0002] Zum Beeinflussen einer Fluidströmung in einem Fluidströmungskanal ist es grundsätzlich bekannt, einfache Strömungsbleche hintereinander und in rein quer zur Strömungsrichtung anzuordnen wobei diese auch zueinander auf Lücke versetzt werden können. Nachteilig ist daran allerdings, dass der Energietransport innerhalb des Fluidströmungskanales lediglich durch Konvektion erfolgt und es daher nicht möglich ist, innerhalb des Fluidströmungskanals effizient Wärme- oder Kälteenergie zu speichern.

[0003] Es sind allerdings Einhausungen für derartige Fluidströmungskanäle, beispielsweise Schamottsteine bekannt, die allerdings den Nachteil mit sich bringen, dass die Wärme- beziehungsweise Kälteenergieübertragung zwischen dem Fluidstrom und den Schamottsteinen durch Induktion in Abhängigkeit der Strömungsgeschwindigkeit und der Aufenthaltsdauer des Fluides im Fluidströmungskanal nur begrenzt möglich ist.

[0004] Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Energiespeicher der eingangs geschilderten Art so auszugestalten, dass eine effiziente Energiespeicherung bei gleichzeitig flexibler Bauweise ermöglicht wird.

[0005] Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass zwischen der Längs- und Kanalleitwand eines Speicherelementes und der Längs- und Kanalleitwand eines in einer Reihe benachbarten Speicherelementes ein Fluidströmungskanal ausgebildet ist, der in die aus Querleitwand und den beiden Längsleitwänden des in Strömungsrichtung aufwärts liegenden Speicherelementes gebildete, gegen die Strömungsrichtung offene Kavität mündet. Der Fluidstrom wird dabei zunächst durch die gegen die Strömungsrichtung offenen Kavitäten gebremst, wobei es zu einer Wärmeübertragung durch Konduktion zwischen dem Fluid und dem quer zur Strömungsrichtung verlaufenden Querleitwänden bzw. den seitlichen Begrenzungsflächen des Strömungskanales kommt. Dadurch, dass das Fluid nur durch die zwischen den Längsleitwänden beziehungsweise Kanalleitwänden zweier in einer Reihe benachbarter Speicherelemente Strömungskanäle in Strömungsrichtung den Energiespeicher durchströmen kann, erhöht sich die Verweildauer des Fluides in einer beruhigten Ruhezone innerhalb der in Strömungsrichtung offenen Kavitäten, was die Energieübertragung zwischen dem Fluid und den Querleitwänden durch Konduktion deutlich verbessert. Das zwischen den Längs- beziehungsweise Kanalleitwänden weiterströmende Fluid wird allerdings wiederrum durch die anschließende, gegen die Strömungsrichtung offene Kavität der in Strömungsrichtung nachfolgenden Speicherelementreihe gebremst, was den Wärmeübertrag mit fortschreitender Reihenanzahl deutlich verbessert. Die in den einzelnen Speicherelementen gespeicherte Wärme- beziehungsweise Kälteenergie kann in weiterer Folge entweder an einen Fluidstrom oder aber an die Umgebung der Speicherelemente abgegeben werden.

[0006] Besonders vorteilhafte Strömungsbedingungen ergeben sich dabei, wenn die den Fluidströmungskanal bildenden Kanalleitwände in die gegen die Strömungsrichtung offene Kavität des in Strömungsrichtung aufwärts liegenden Speicherelementes ragen, dessen Längsleitwände in die in Strömungsrichtung offenen Kavitäten der beiden den Fluidströmungskanal bildenden Speicherelemente ragen. Zufolge dieser Maßnahme wird auch ein Umströmen der Längsund Kanalleitwände durch das Fluid gefördert, sodass es auch in diesem Bereich zu einer verstärkten Konduktion kommt.

[0007] Die Strömungsgeschwindigkeit beziehungsweise die Verwirbelung der Fluidströmung kann dadurch verbessert werden, dass die Längsleitwände in Strömungsrichtung so gegen die Strömungsrichtung geneigt sind, dass sich der zwischen den Längsleitwänden zweier in einer Reihe benachbarter Speicherelemente gebildete Fluidströmungskanal in Strömungsrichtung verjüngt. Und dass die Kanalleitwände in Strömungsrichtung so gegen die Strömungsrichtung geneigt sind, dass sich der zwischen den Kanalleitwänden zweier in einer Reihe benachbarter Speicherelemente gebildete Fluidströmungskanal in Strömungsrichtung erweitert. Zufolge dieser Maßnahme ergibt sich im Übergangsbereich zwischen den Längsleitwänden und den Kanalleitwänden zweier in einer Reihe benachbarter Speicherelemente ein Diffusor, der die Fluidströmungsgeschwindigkeit verlangsamt und damit den Wärmeübertrag weiter verbessert.

[0008] Der erfindungsgemäße Energiespeicher eignet sich insbesondere für den Einsatz in einem Wandelement, dass auf der einen unteren Seite des Wandelementes ein Heizelement und auf der gegenüberliegenden oberen Seite des Wandelementes ein Kühlelement an den Energiespeicher anschließt. Geht man davon aus, dass das Heizelement räumlich auf der unteren Seite des Energiespeichers angeordnet ist, ergibt sich für ein Aufheizen des Energiespeichers eine aufsteigende Fluidströmung durch den Energiespeicher, während sich bei einem kühlen über das Kühlelement, das in diesem Fall oberhalb des Energiespeichers angeordnet ist, eine fallende Fluidströmung ausbildet. Aufgrund der grundsätzlich symmetrischen Bauweise der Speicherelemente ist in beiden Fällen eine erfindungsgemäß vorteilhafte Energieübertragung zwischen der Fluidströmung und den Speicherelementen des Energiespeichers möglich, wobei lediglich die Längswände zu Kanalleitwänden und die Kanalleitwände zu Längswänden werden. Das Wandelement kann somit einerseits Wärmeenergie speichern und diese insbesondere an die Umgebungsluft außerhalb des Wandelementes abgeben oder aber Kälteenergie aufnehmen und somit ebenfalls die Umgebungsluft kühlen. Es ist aber auch denkbar, ein derartiges Wandelement als Zwischenspeicher für Kälte- oder Wärmeenergie zu verwenden, die mit einem Fluidstrom wieder aus dem Wandelement abgezogen werden kann.

[0009] Um eine besonders vorteilhafte Herstellung von erfindungsgemäßen Energiespeichern beziehungsweise Wandelementen zu ermöglichen, wird ein Bauelement für einen Energiespeicher vorgeschlagen, der eine rechteckige Begrenzungswand aufweist, von deren einem Randbereich sich normal zur Begrenzungswand ein Querleitwandteil und von einem anschließenden Randbereich vom Rand unter Ausbildung eines Fluidströmungskanales beabstandet ein Längsleitwandteil erheben, und bei dem sich von dem Längsleitwandteil gegenüberliegenden Randbereich parallel zum Längswandteil ein Kanalleitwandteil erhebt, der unter Ausbildung eines weiteren Fluidströmungskanales vom Querleitwandteil von Randbereich beabstandet ist. Dieses Bauelement ist so ausgebildet, dass sich je ein erfindungsgemäßes Speicherelement durch vier beziehungsweise acht Bauelemente ergibt. Vier Bauelemente sind für den Fall ausreichend, dass die Bauelemente an einer Seite von einer bestehenden Begrenzungsfläche unter Ausbildung eines Fluidströmungskanals abgeschlossen werden. Steht keine solche Begrenzungsfläche zur Verfügung, so können auch acht Bauelemente zu einander symmetrisch als Speicherelement aufgebaut werden, wobei die Begrenzungswände von je vier Bauelementen die Außenwände des Energiespeichers bilden. Aufgrund der erfindungsgemäßen Bauelementkonstruktion umfassen jeweils vier beziehungsweise acht Bauelemente nicht nur ein Speicherelement, sondern bereits anschließende Teile von umliegenden Speicherelementen, sodass sich eine äußerst kompakte Bauform ergibt.

[0010] Um in diesem Zusammenhang einen stabilen Aufbau eines Energiespeichers zu ermöglich, wird vorgeschlagen, dass der Querleitwandteil auf der dem Längswandteil gegenüberliegenden Seite eine Feder oder Nut und der Längswandteil auf seiner dem Querwandteil abgewandten Seite eine Nut oder Feder zum Verbinden mehrerer Bauelemente zu einem Energiespeicher aufweist. Dadurch ist die Position der aneinander anschließenden Bauelemente zueinander festgelegt und es muss nicht erst durch zusätzliche Maßnahmen eine Ausrichtung der Bauelemente zueinander erfolgen. Besonders vorteilhafte Herstellungsbedingungen ergeben sich in diesem Zusammenhang, wenn jeweils zwei in einer Reihe liegende Bauelemente, die gemeinsam eine Querleitwand einer einzelnen Kavität bilden zusammenhängend hergestellt werden, wobei an deren Übergangsbereich eine Trennfuge als Sollbruchstelle angeordnet ist.

[0011] Um einen erfindungsgemäßen Energiespeicher nach einer Seite hin abschließen oder in mehrere Bereiche unterteilen zu können, wird vorgeschlagen, dass der Querleitwandteil im Bereich der Durchtrittsöffnung des Fluidströmungskanals unter Ausbildung einer Auflagefläche für ein Verschlusselement gegenüber dem Randbereich des Querleitwandteiles zurückversetzt ist. Das Verschlusselement kann dabei als Abdeckplatte ausgebildet sein, deren Dicke dem Abstand der Auflagefläche vom Randbereich entspricht, sodass das Verschlusselement bündig mit dem Randbereich des Bauelementes im Bereich des Querleitwandteiles abschließt.

[0012] In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen [0013] Fig. 1 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Wandelement entlang der Linie l-l der Fig.2, [0014] Fig. 2 einen Schnitt dieses Wandelementes entlang der Linie ll-ll der Fig. 1 in einem größeren Maßstab, [0015] Fig. 3 eine erste perspektivische Ansicht auf ein erfindungsgemäßes Bauelement in einer ersten Ausführungsvariante mit einem anschließenden zweiten Bauelement sowie einem Heiz- oder Kühlelement und [0016] Fig. 4 eine zweite perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen Bauelementes.

[0017] Ein erfindungsgemäßer Energiespeicher zur Anordnung längs einer Strömungsrichtung 1 in einem Fluidströmungskanal umfasst mehrere, hintereinander in rein zueinander auf Lücke versetzte Speicherelemente. Die Speicherelemente weisen je eine quer zur Strömungsrichtung 1 verlaufende Querleitwand 2 auf, von der sich an zwei gegenüberliegenden Randabschnitten 3, 4 jeweils Längsleitwände 5 gegen die Strömungsrichtung 1 quer zur Querleitwand erstrecken. Auf der der Querleitwand 2 gegenüberliegenden Seite der Längsleitwände 5 schließen in Strömungsrichtung 1 Kanalleitwände 6 an die Längsleitwände 5 beziehungsweise die Querleitwand 4 an, sodass sich aus Querleitwand 4 sowie den Längsleitwänden 5 und den Kanalleitwänden 6 ein T-förmiger Grundkörper als Speicherelement ergibt. Dieses Speicherelement bildet sowohl gegen die Strömungsrichtung 1 eine erste Kavität 7 als auch in Strömungsrichtung 1 eine zweite Kavität 8 aus.

[0018] Innerhalb des Energiespeichers sind mehrere Speicherelemente so in Reihen angeordnet, dass sich zwischen den Längs- und Kanalleitwänden 5, 6 zweier in der Reihe benachbarter Speicherelemente ein Fluidströmungskanal 9 ergibt. Der Fluidströmungskanal 9 mündet dabei dadurch, dass die Speicherelemente hintereinander in rein zueinander auf Lücke versetzt sind in einer gegen die Strömungsrichtung 1 offenen Kavität 7 eines in Strömungsrichtung 1 aufwärts liegenden Speicherelementes.

[0019] Zur Verbesserung der Strömungseigenschaften können die die Fluidströmungskanäle 9 bildenden Kanalleitwände 6 nicht nur in die gegen die Strömungsrichtung 1 offenen Kavitäten 7 der in Strömungsrichtung 1 aufwärts liegenden Speicherelementen münden, sondern sogar in diese Kavitäten 7 ragen, sodass sich die Kanalleitwände 6 und die Längsleitwände 4 der in Strömungsrichtung 1 aufwärts liegenden Speicherelemente in Strömungsrichtung 1 überschneiden, wie dies insbesondere der Fig. 1 zu entnehmen ist.

[0020] Um in den Strömungskanälen 9 zur Verringerung der Fluidströmungsgeschwindigkeit bei naturgemäß gleichzeitiger Erhöhung des Fluiddruckes Diffusoren auszubilden, können die Längsleitwände 4 in Strömungsrichtung 1 so gegen die Strömungsrichtung 1 geneigt sein, dass sich der Fluidströmungskanal 9 in Strömungsrichtung 1 zunächst unter Ausbildung einer im Bereich der Querleitwand 2 liegenden Düse verjüngt. Zu diesem Zweck können die Längsleitwände 4 von den Randabschnitten 3, 4 zu deren Endabschnitten 10 derart schräg verlaufen, dass die Endabschnitte 10 gegenüber den Randabschnitten 3, 4 zu den Kanalleitwänden 6 der in Strömungsrichtung 1 abwärts liegenden Speicherelemente hin zurückversetzt sein. Zur Ausbildung eines Diffusors sind im Wesentlichen symmetrisch dazu die Kanalleitwände 6 in Strömungsrichtung 1 so gegen die Strömungsrichtung 1 geneigt, dass sich zwischen diesen Kanalleitwänden 6 der gebildete Fluidströmungskanal 9 in Strömungsrichtung 1 wieder erweitert, wie dies ebenfalls der Fig. 1 entnommen werden kann.

[0021] In den Fig. 1 und 2 ist ein Wandelement mit einem erfindungsgemäßen Energiespeicher dargestellt, wobei der Energiespeicher aus einzelnen erfindungsgemäßen Bauelementen 11 gebildet ist. Der Energiespeicher kann dabei sowohl in Längsrichtung des Fluidströmungskanals 9 als auch quer dazu eine beliebige Dimension aufweisen. Diese Bauelemente 11 umfassen eine rechteckige oder quadratische Begrenzungswand 12 von deren einem Randbereich 13 sich normal zur Begrenzungswand 12 ein Querleitwandteil 14 und von einem anschließenden Randbereich 15 vom Rand 16 unter Ausbildung des Fluidströmungskanal 9 beabstandet ein Längsleitwandteil 17 erhebt. Für den dargestellten Fall, dass das Bauelement zur Ausbildung eines Energiespeichers von einer Begrenzungsfläche 32 abgeschlossen wird, bildet das Längswandteil 17 vollständig die Längsleitwand 5, ansonsten kann die Längsleitwand 5 auch durch zwei aneinander liegende Längsleitwandteile gebildet werden. Von dem dem Längswandteil 17 gegenüberliegenden Randbereich 18 erhebt sich parallel zu diesem Längswandteil 17 ein Kanalwandteil 19 der ebenfalls unter Ausbildung eines Fluidströmungskanales 20 vom Querleitwandteil 14 und des Fluidströmungskanals 9 vom Randbereich 18 beabstandet ist.

[0022] Das Bauelement weist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform einen Querleitwandteil 14 auf, der auf der dem Längswandteil 17 gegenüberliegenden Seite eine Feder und/oder Nut 21 auf der mit einer Nut und/oder Feder 22 auf der dem Querwandteil 14 abgewandten Seite des Kanalleitwandteiles 19 aufweist.

[0023] Um in besonders einfacher Weise ein Heiz- oder Kühlelement im erfindungsgemäßen Energiespeicher integrieren zu können, weisen die Bauelemente in einer ersten Ausführungsform Ausnehmungen 23, 24 zur Aufnahme eines Heiz- oder Kühlelementes 25 auf. Diese Bauelemente müssen allerdings nur im Bereich der Heiz- oder Kühlelemente zum Einsatz kommen, während im restlichen Energiespeicher Bauelemente ohne diese Ausnehmungen verwendet werden können. Dies ergibt sich insbesondere aus der Fig 2.

[0024] Um günstige Herstellungsbedingungen zu schaffen, kann ein einziges Bauelement vorgesehen sein, das Sollbruchstellen 26 zum Ausbrechen von Kanalleitwandteilen 27 zur Bildung der Ausnehmungen 24 aufweist. Schließlich können auch jeweils zwei Bauelemente gemeinsam hergestellt werden, die über Trennfugen 28 als Sollbruchstelle miteinander verbunden sind.

[0025] Wie der insbesondere der Fig. 3 entnommen werden kann, wird in einer bevorzugten Ausführungsform der Querleitwandteil 14 im Bereich der Durchtrittsöffnung 29 des Fluidströmungskanals 9 unter Ausbildung einer Auflagefläche 30 für ein Verschlusselement 31 gegenüber dem Randbereich 13 des Querleitwandteils 14 zurückversetzt, damit der Energiespeicher nach einer Seite hin abgeschlossen oder in mehrere Bereiche unterteilen werden kann, die miteinander nur über einen einzelne oder einige wenige Fluidströmungskanäle 9 verbunden sind.

Claims (7)

1. Patentansprüche

   1. Energiespeicher zur Anordnung längs einer Strömungsrichtung (1) in einem Fluidströmungskanal (9) mit hintereinander und in Reihen zueinander auf Lücke versetzten Speicherelementen, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherelemente je eine quer zur Strömungsrichtung (1) verlaufende Querleitwand (2) aufweisen, von der sich an zwei gegenüberliegenden Randabschnitten (3, 4) jeweils Längsleitwände (5) gegen die Strömungsrichtung (1) und Kanalleitwände (6) in Strömungsrichtung (1) T-förmig unter Ausbildung zweier Kavitäten (7, 8) erstrecken, und dass die Speicherelemente so mit Abstand zueinander ausgerichtet sind, dass zwischen der Längs- und Kanalleitwand (5, 6) eines Speicherelementes und der Längs- und Kanalleitwand (5, 6) eines in einer Reihe benachbarten Speicherelementes ein Fluidströmungskanal (9) ausgebildet ist, der in die aus Querleitwand (2) und den beiden Längsleitwänden (5) des in Strömungsrichtung (1) aufwärts liegenden Speicherelementes gebildete, gegen die Strömungsrichtung (1) offene Kavität (7) mündet.
2. 2. Energiespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die den Fluidströmungskanal (9) bildenden Kanalleitwände (6) in die gegen die Strömungsrichtung (1) offene Kavität (7) des in Strömungsrichtung (1) aufwärts liegenden Speicherelementes ragen, dessen Längsleitwände (5) in die in Strömungsrichtung (1) offenen Kavitäten (8) der beiden den Fluidströmungskanal (9) bildenden Speicherelemente ragen.
3. 3. Energiespeicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsleitwände (5) in Strömungsrichtung (1) so gegen die Strömungsrichtung (1) geneigt sind, dass sich der zwischen den Längsleitwänden (5) zweier in einer Reihe benachbarter Speicherelemente gebildete Fluidströmungskanal (9) in Strömungsrichtung (1) verjüngt und dass die Kanalleitwände (6) in Strömungsrichtung (1) so gegen die Strömungsrichtung (1) geneigt sind, dass sich der zwischen den Kanalleitwänden (6) zweier in einer Reihe benachbarter Speicherelemente gebildete Fluidströmungskanal (9) in Strömungsrichtung (1) erweitert.
4. 4. Wandelement mit einem Energiespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf der einen Seite des Wandelementes ein Fleizelement (25) und auf der gegenüberliegenden Seite des Wandelementes ein Kühlelement (25) an den Energiespeicher anschließt.
5. 5. Bauelement (11) für einen Energiespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine rechteckige Begrenzungswand (12), von deren einem Randbereich (13) sich normal zur Begrenzungswand (12) ein Querleitwandteil (14) und von einem anschließenden Randbereich (15) vom Rand (16) unter Ausbildung eines Fluidströmungskanales (9) beabstandet ein Längsleitwandteil (17) erheben, und wobei sich von dem Längsleitwandteil (17) gegenüberliegenden Randbereich (18) parallel zum Längswandteil (17) ein Kanalleitwandteil (19) erhebt, der unter Ausbildung eines weiteren Fluidströmungskanals (20) vom Querleitwandteil (14) und vom Randbereich (18) zur Ausbildung des Fluidströmungskanals (9) beabstandet ist.
6. 6. Bauelement (11) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Querleitwandteil (14) auf der dem Längswandteil (17) gegenüberliegenden Seite eine Feder oder Nut (21) und der Kanalleitwandteil (19) auf seiner dem Querwandteil (14) abgewandten Seite eine Nut oder Feder (22) zum Ausrichten und Verbinden mehrerer Bauelemente (11) zu einem Energiespeicher aufweist.
7. 7. Bauelement (11) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Querleitwandteil (14) im Bereich der Durchtrittsöffnung (29) des Fluidströmungskanals (9) unter Ausbildung einer Auflagefläche (30) für ein Verschlusselement (31) gegenüber dem Randbereich (13) des Querleitwandteils (14) zurückversetzt ist. Hierzu 3 Blatt Zeichnungen