AT524886B1

AT524886B1 - Vorrichtung zur Speicherung und Abgabe von sensibler und latenter Energie zur Kühlung von Fluiden

Info

Publication number: AT524886B1
Application number: ATA50191/2021A
Authority: AT
Original assignee: Kaelte Und Systemtechnik Gmbh
Priority date: 2021-03-22
Filing date: 2021-03-22
Publication date: 2023-05-15
Also published as: WO2022198250A1; AT524886A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Speicherung und Abgabe von sensibler und latenter Energie zur Kühlung von Fluiden, insbesondere Wasserstoff, umfassend zumindest ein Speicherelement (1), zumindest eine Fluidleitung (2) für ein zu kühlendes Fluid, und zumindest eine Kühlmittelleitung (3) in der das Kühlmittel strömen kann, wobei das Speicherelement (1) zumindest eine, insbesondere gegengleich zur Fluidleitung (2) ausgebildete, Fluidleitungsausnehmung (4) zur Aufnahme der Fluidleitung (2) und zumindest eine, insbesondere gegengleich zur Kühlmittelleitung (3) ausgebildete, Kühlleitungsausnehmung (5) zur Aufnahme der Kühlmittelleitung (3) aufweist, wobei die Fluidleitungsausnehmung (4) und die Kühlleitungsausnehmung (5) jeweils in einem Abstand, insbesondere parallel, zueinander angeordnet sind, wobei das Speicherelement (1) zumindest zweiteilig ausgebildet ist und ein erstes, insbesondere als Halbschale ausgebildetes, Teilelement (11) und ein zweites, insbesondere als Halbschale ausgebildetes, Teilelement (12) aufweist, und die Fluidleitungsausnehmung (4) und die Kühlleitungsausnehmung (5) derart in den Teilelementen (11, 12) ausgebildet sind, dass die Fluidleitung (2) und die Kühlmittelleitung (3) zwischen den Teilelementen (11, 12) in die Fluidleitungsausnehmung (4) und die Kühlleitungsausnehmung (5) eingelegt geklemmt sind, wobei die Teilelemente (11, 12) jeweils einen Teil, insbesondere die Hälfte des Querschnitts oder weniger als die Hälfte des Querschnitts, der Fluidleitungsausnehmung (4) und einen Teil, insbesondere die Hälfte des Querschnitts oder weniger als die Hälfte des Querschnitts, der Kühlleitungsausnehmung (5) umfassen, wobei die Teilelemente (11, 12) zumindest teilweise in einem Abstand zueinander angeordnet sind, wobei die Teilelemente (11, 12) mittels zumindest eines Verbindungselements lösbar verbunden sind.

Description

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Speicherung und Abgabe von sensibler und latenter Energie, insbesondere zur Kühlung von Fluiden, insbesondere Wasserstoff, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

[0002] Aus dem Stand der Technik, beispielsweise aus den JPH10153674 A (NIPPON ALUMINIUM CO LTD) vom 09.06.1998, DE102016113713 A1 (HUANG TSUNG-HSIEN) vom 26.10.2017: JP2008307552 A (NIPPON LIGHT METAL CO) vom 25.12.2008 und JP2007180091 A (SUMITOMO LIGHT METAL IND) vom 12.07.2007, sind jeweils Wärmetauscherrohre bekannt, die so in Halbschalen von Wärmetauschermodulen eingebettet sind, dass die Rohe vollflächig an den Modulen anliegen und eine optimale Wärmeübertragung gewährleistet wird.

[0003] Aus der WO 2005005906 A2 (METEKA GMBH) vom 20. Januar 2005 ist ein Wärmeaustauscher zur Übertragung von Energie in Rohren strömender Medien bekannt, wobei die Rohre im Bereich des Wärmeüberganges nebeneinander durchgehend verlaufen und von einem Wärmeübertragungskörper umgeben sind. Um die Rohre einzeln austauschen zu können, ist der Wärmeübertragungskörper aus passgenauen, an die Außenwände aller Rohre anlegbaren Teilen aus gutwärmeleitendem Material wie Kupfer oder Aluminium gebildet. Die Halbschalen sind symmetrisch ausgeführt und mit Schrauben miteinander verspannt. Die Wärme wird von den Rohren auf das in der Mitte verlaufende Rohr übertragen.

[0004] Weiters sind aus dem Stand der Technik Energiespeichersysteme für Fluide, insbesondere Wasserstoff, bekannt, bei denen Fluidführungen, in denen das zu kühlende Fluid strömt, und Kühlmittelleitungen in einer sogenannten Speichermasse vergossen werden. Die aus dem Stand der Technik bekannten Energiespeichersysteme werden beispielsweise durch Eingießen von geschmolzener Speichermasse, meistens Aluminium, hergestellt. Bei derartigen gegossenen Verbindungen können aufgrund unterschiedlicher thermischer Eigenschaften der verwendeten Werkstoffe Abstände zwischen den Kontaktflächen der Fluidführungen bzw. Kühlmittelleitungen entstehen, welche beispielsweise auf die Verringerung des Volumens beim Erstarren bzw. Abkühlen der Speichermasse zurückzuführen sind. Diese Abstände haben negative Auswirkungen auf den Wärmeübergang und verschlechtern derart die Wärmeübertragung. Weiters kann das Material der Fluidführungen bzw. Kältemittelleitungen durch das Eingießen von geschmolzener Speichermasse eine thermische Gefügeveränderung erleiden, welche die Struktur und insbesondere die Festigkeit der Fluidführungen und Kältemittelleitungen negativ beeinflussen kann. Weiters ist die Herstellung der gegossenen Speichermasse meist aufwändig und daher eine Anpassung an unterschiedliche Größen und Anforderungen des Energiespeichersystems nur schwer bis gar nicht möglich.

[0005] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur Speicherung und Abgabe von sensibler und latenter Energie bereitzustellen, die einen einfachen Aufbau ausweist und kostengünstig und mit geringem Aufwand an unterschiedliche Einsatzzwecke angepasst werden kann. Weiters ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Wärmeübertagung in Speichermassesystemen zu verbessern und die Ausfallsicherheit durch Bruch der Fluidleitungen zu reduzieren.

[0006] Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

[0007] Durch die erfindungsgemäßen Merkmale ist es einfach möglich, die Speichermasse an die Dauer und Größe der einwirkenden Wärmemengen anzupassen, sodass eine kurz andauernde, hohe Energiezufuhr durch eine länger andauernde, geringe Energieabfuhr ausgeglichen werden kann. Insbesondere für die Wahl der Kälteleistung und infolge der Anschlussleistung einer Kälteanlage ist dies besonders vorteilhaft. Weiters wird durch die erfindungsgemäße Ausbildung ein modulares System bereitgestellt, das besonders einfach an die Größe der vorhandenen Anlage, beispielsweise an Wasserstofftankstellen, angepasst werden kann. Ein weiterer Vorteil wird durch die erfindungsgemäßen Merkmale erzielt, der einen besonders sicheren Kontakt zwischen Kühlmittelleitung, Fluidleitung und der Speichermasse ermöglicht und daher zu einer be-

sonders vorteilhaften Wärmeübertragung führt. Weiters wird durch die erfindungsgemäßen Merkmale die Nachhaltigkeit der Vorrichtung im Vergleich zum Stand der Technik erhöht, da nach dem Erreichen der zulässigen Lastzyklen des Fluidführungssystems die Speichermasse einfach von den Fluidführungen getrennt werden kann und so die Speicherelemente erneut verwendet werden können, ohne diese aufwändig zerstören, neu einschmelzen oder kompliziert aufbereiten zu müssen.

[0008] Besonders vorteilhafte Ausführungsformen der Vorrichtung werden durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche näher definiert:

[0009] Eine vorteilhafte Ausführungsform wird bereitgestellt, indem die Fluidleitungsausnehmung und die Kühlleitungsausnehmung gerade ausgebeilt sind und die Achse der Fluidleitungsausnehmung und der Kühlleitungsausnehmung symmetrisch in den jeweiligen Teilelementen angeordnet ist. Durch die gerade und symmetrische Ausbildung der Fluidleitungsausnehmung und der Kühlleitungsausnehmung in den jeweiligen Teilelementen wird derart ein besonders einfacher und modularer Aufbau bereitgestellt.

[0010] Um bei Bruch einer etwaigen Leitung zu verhindern, dass das Kühlmittel oder das Fluid in die jeweils anderen Leitungen gelangt und diese möglicherweise beschädigt, kann vorgesehen sein, dass die Teilelemente derart zumindest teilweise in einem Abstand zueinander angeordnet sind, dass diese einen Leckagespalt zwischen den Teilelementen ausbilden.

[0011] Eine besonders vorteilhafte und modular anpassbare Form der Vorrichtung wird bereitgestellt, indem die Vorrichtung eine Vielzahl von Speicherelementen aufweist, wobei eine die Speicherelemente in Richtung des Verlaufs der Fluidleitung hintereinander angeordnet sind und einen gemeinsamen Speicherblock bilden.

[0012] Vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass mehrere Kühlmittelleitungen und mehrere Fluidleitungen vorgesehen sind, wobei das Verhältnis von Kühlmittelleitungen zu Fluidleitungen größer gleich 1:1, insbesondere 2:1, ist.

Um große Wärmemengen dem zu kühlenden Fluid einfach zu entziehen, kann vorgesehen sein, dass das Material des Speicherelements ein Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit, Wärmekapazität und/oder hoher Dichte, insbesondere Kupfer oder Aluminium, ist.

[0013] Um die Wärmemenge, die seitens der Vorrichtung gespeichert werden kann, zu erhöhen, kann vorgesehen sein, dass im Speicherelement eingelagerte Wärmesenken angeordnet sind, wobei die Wärmesenken insbesondere aus einem anderen Material als das Speicherelement ausgebildet sind.

[0014] Um die Wärmeübertragung zwischen der Fluidleitung und der Kühlmittelleitung zu erhöhen, kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung zumindest ein Wärmeleitelement aufweist das jeweils in den Teilelementen im Bereich zwischen der Fluidleitung und der Kühlmittelleitung angeordnet und derart ausgebildet ist, dass die Wärmeleitung von der Fluidleitung zur Kühlmittelleitung in dem Wärmeleitelement im Vergleich zum Speicherelement erhöht ist, wobei das Wärmeleitelement insbesondere aus einer Kupferlegierung und die Speicherelement aus einer Aluminiumlegierung besteht.

[0015] Um die Temperatur bzw. die Wärmeübertragung innerhalb der Speicherelemente einfach überprüfen zu können, kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung zumindest einen Temperaturfühler aufweist, der in dem Speicherelement angeordnet ist, wobei der Temperaturfühler eine, insbesondere aus Kupfer bestehende, Hülse umfasst, wobei die Hülse insbesondere konisch ausgebildet ist, und wobei der Temperaturfühler in eine in dem Speicherelement, insbesondere konisch, ausgebildete Ausnehmung angeordnet ist, wobei die Hülse zur besseren Kontaktverbindung zwischen dem Temperaturfühler und dem Speicherelement insbesondere geschlitzt ausgebildet ist.

[0016] Um die Wärmeaufnahme der Speicherelemente aus der Umgebung zu reduzieren und dadurch den Wirkungsgrad der Vorrichtung zu erhöhen, kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung eine Umhüllung und/oder ein Gehäuse aufweist, wobei die Umhüllung und/oder das Ge-

häuse diffusionsdicht und wärmedämmend ausgebildet ist.

[0017] Vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass das Verhältnis der Maße des Speicherelements zur Rohrlänge der Fluidleitung 5 kg pro Meter Rohrlänge bis 80 kg pro Meter Rohrlänge, insbesondere 20kg pro Meter Rohrlänge, beträgt, wobei vorzugsweise das Gewicht eines Speicherelements zwischen 2,5 kg und 40 kg, insbesondere 10 kg, beträgt.

[0018] Weiters kann zur Erhöhung der Wärmeübertragung vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Vorrichtung in der Fluidleitungsausnehmung und der Kühlleitungsausnehmung eine Wärmeleitpaste zwischen der Kühlmittelleitung und/oder der Fluidleitung und dem Speicherelement zur Erhöhung der Wärmeübertragung aufweist.

[0019] Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.

[0020] Die Erfindung ist im Folgenden anhand von besonders vorteilhaften aber nicht einschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Bezeichnungen beispielhaft beschrieben:

[0021] Fig. 1 bis 3 zeigen eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Frontansicht, einer Draufsicht und einer isometrischen Ansicht,

[0022] Fig. 4und5 zeigen eine schematische Ansicht eines Speicherelements in zwei Ansichten,

[0023] Fig. 6 zeigt vier Speicherelemente, die in Flussrichtung der Fluidleitung hintereinander angeordnet sind,

[0024] Fig. 7 bis 10 zeigen Grund-, Auf- und Kreuzriss sowie eine isometrische Ansicht einer Ausführungsform eines Teilelements des Speicherelements,

[0025] Fig. 11 bis 13 zeigen einen Temperaturfühler zur Überwachung der Temperatur der

Vorrichtung, [0026] Fig. 14 zeigt eine isometrische Ansicht der Vorrichtung mit Gehäuse, [0027] Fig. 15 zeigt eine Ausführungsform des Speicherelements mit Ausnehmung für

den Temperaturfühler, und

[0028] Fig. 16 eine alternative Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Speicherelements mit Wärmeleitelement und Wärmesenke

[0029] In den Fig. 1 bis 3 ist eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Speicherung und Abgabe von sensibler und latenter Energie zur Kühlung von Fluiden, insbesondere Wasserstoff, in unterschiedlichen Ansichten, nämlich Frontansicht (Fig. 1), Draufsicht (Fig. 2) und einer isometrischen Ansicht (Fig. 3), dargestellt. Die Vorrichtung umfasst eine Anzahl von Speicherelementen 1 sowie eine Anzahl von Fluidleitungen 2 für das zu kühlende Fluid - bei dieser Ausführungsform Wasserstoff - sowie eine Anzahl von Kühlmittelleitungen 3, in denen Kühlmittel zur Aufnahme von Wärmeenergie strömen kann bzw strömt.

[0030] Fig. 4 und 5 zeigen eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Fig. 4 zeigt dabei eine Schnittansicht durch das Speicherelement 1. Das Speicherelement 1 weist eine Fluidleitungsausnehmung 4 auf, in der die Fluidleitung 2 eingelegt ist. Weiters weist das Speicherelement 1 eine Kühlleitungsausnehmung 5 auf, in der die Kühlmittelleitung 3 eingelegt ist. Die Kühlleitungsausnehmung 5 sowie die Fluidleitungsausnehmung 4 sind gegengleich der jeweiligen Fluidleitung 2 bzw. der Kühlmittelleitung 3 ausgebildet, sodass zwischen der Fluidleitung 2 und der Fluidleitungsausnehmung 4 sowie der Kühlmittelleitung 3 und der Kühlleitungsausnehmung 5 ein Formschluss gebildet wird. Die Fluidleitung 2 bzw. die Fluidleitungsausnehmung 4 und die Kühlmittelleitung 3 bzw. die Kühlleitungsausnehmung 5 sind jeweils zueinander parallel und in einem Abstand zueinander angeordnet.

[0031] Wie in Fig. 5 dargestellt, ist das Speicherelement 1 zweiteilig ausgebildet und umfasst ein erstes Teilelement 11 und ein zweites Teilelement 12. Ein Teil der Fluidleitungsausnehmung 4

und der Kühlleitungsausnehmung 5 sind dabei jeweils in einem Teil des ersten Teilelements 11 und des zweiten Teilelements 12 ausgebildet. Die Kühlleitungsausnehmung 5 und die Fluidleitungsausnehmung 4 sind also jeweils teilweise in dem ersten Teilelement 11 und dem zweiten Teilelement 12 ausgebildet, sodass die Fluidleitung 2 und die Kühlmittelleitung 4 zwischen den beiden Teilelementen 11, 12 eingelegt und geklemmt sind.

[0032] Die beiden Teilelemente 11, 12 sind über eine Anzahl von Verbindungselementen - bei dieser Ausführungsform Schrauben (Fig. 1) - miteinander verbunden, wodurch eine Klemmwirkung der beiden Teilelemente 11, 12 zueinander erreicht wird und derart die Fluidleitung 2 bzw. die Kühlmittelleitung 3 mit den Teilelementen 11, 12 bzw. dem Speicherelement 1 einen Formschluss und derart eine für die Wärmeübertragung besonders vorteilhafte Verbindung bilden.

[0033] Die Teilelemente 11, 12 weisen jeweils weniger als die Hälfte des Querschnitts der Fluidleitungsausnehmung 4 bzw. der Fluidleitung 3 und jeweils weniger als die Hälfte des Querschnitts der Kühlleitungsausnehmung 5 bzw. der Kühlmittelleitung 3 auf (Fig. 5). Durch die im Querschnitt gesehen geringere Ausbildung der Kühlleitungsausnehmung 5 sowie der Fluidleitungsausnehmung 4 sind die Teilelemente 11, 12 in einem Abstand zueinander angeordnet, sodass diese zwischen den beiden Teilelementen 11, 12 einen sogenannten Leckagespalt 13 ausbilden. Die Fluidleitungsausnehmung 4 und die Kühlleitungsausnehmung 5 sind gerade ausgebildet und in Bezug auf die Teilungsebene bzw. den Leckagespalt 13 symmetrisch in den Teilelementen 11, 12 angeordnet und ausgebildet.

[0034] In einer optionalen Ausführungsform kann der Abstand zwischen dem ersten Teilelement 11 und dem zweiten Teilelement 12 jedoch auch null betragen, sodass das erste Teilelement 11 und das zweite Teilelement 12 in den Bereichen zwischen den Leitungen, also der Fluidleitung 3 bzw. der Fluidleitungsausnehmung 4 und der Kühlmittelleitung 3 bzw. der Kühlleitungsausnehmung 5 teilweise oder vollflächig aneinander anliegen.

[0035] In der Fluidleitung 2 strömt ein Fluid - bei der in den Fig. 1 bis 10 sowie Fig. 14 bis 16 dargestellten Ausführungsform Wasserstoff - und in der Kühlmittelleitung 3 ein Kühlmittel. Wie in Fig. 4 dargestellt, kann beispielsweise die Strömungsrichtung des Fluids bzw. des Kühlmittels in Gegenstromrichtung bzw. in Flussrichtung des Fluids in Bezug auf das Kühlmittel in Gleichstromrichtung ausgerichtet sein.

[0036] Fig. 6 zeigt eine bevorzugte schematische Darstellung einer Anzahl von Speicherelementen 1. Die Speicherelemente 1 sind in Richtung des Verlaufs der Fluidleitung 2 bzw. der Fluidleitungsausnehmung 4 hintereinander angeordnet und bilden einen Speicherblock 15. Wie in den Fig. 1 bis 3 dargestellt, können die Speicherelemente 1 auch seriell bzw. parallel in Bezug auf die Fluidleitung 2 angeordnet sein und derart eine Vielzahl von Speicherelementen 1 den Speicherblock 15 bilden. Weiters können auch mehrere Fluidleitungen 2 und Kühlmittelleitungen 3 vorgesehen sein, die wie in Fig. 1 dargestellt parallel zueinander angeordnet sind und verlaufen und in einer Sammelleitung münden oder entspringen.

[0037] Im Folgenden wird die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung schematisch kurz erläutert:

[0038] In der Vorrichtung wird durch die Kühlmittelleitung 3 ein Kühlmittel transportiert, sodass die Wärmemenge, die in dem Speicherelement 1 vorhanden ist, in das Kühlmittel aufgenommen und durch dieses abtransportiert wird. Die Temperatur des Speicherelements 1 wird derart abgesenkt und eine Speicherwirkung der Kälte innerhalb des Speicherelements 1 erzielt. Wird nun durch die Fluidleitung 2 das zu kühlende Fluid, beispielsweise Wasserstoff, transportiert, nimmt das Speicherelement 1 eine Wärmemenge aus dem Fluid bzw. dem Wasserstoff auf und derart wird das Fluid abgekühlt. Ein gewisser Prozentsatz der durch das Speicherelement 1 aufgenommenen Wärmemenge wird sodann direkt über die Kühlmittelleitungen 3 bzw. das Kühlmittel abtransportiert und so die Erwärmung der Speicherelemente 1 reduziert. Ist sodann die gewünschte Menge des Fluids bzw. des Wasserstoffs durch die Fluidleitungen 3 hindurch befördert und auf die gewünschte Temperatur, beispielsweise -40 °C, abgekühlt worden, wird der Fluidmittelstrom in den Fluidleitungen 2 unterbrochen. Die in den Speicherelementen 1 aus dem Fluid abgeführten

Wärme wird dann über die Kühlmittelleitungen 3 weiter abtransportiert und so die Temperatur des Speicherelements 1 wieder gesenkt. Durch die zuvor beschriebene Funktionsweise ist es möglich, mit relativ geringer Kühlleistung eine große Menge an Wasserstoff, der sequenziell durch die Fluidleitungen 2 bzw. die Vorrichtung hindurch transportiert wird, besonders energieschonend und effektiv zu kühlen. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Speicherelemente 1 ist es derart möglich, die Größe der Vorrichtung und damit die erforderliche Kühlleistung des zu kühlenden Fluids einfach anzupassen, indem die Anzahl der Speicherelemente 1 bzw. die Masse der Speicherelemente 1 an den Fluidstrom bzw. die Menge des Wasserstoffs angepasst wird.

[0039] In den Fig. 7 bis 10 ist eine bevorzugte Ausführungsform des Speicherelements 1 bzw. der Teilelemente 11, 12 dargestellt. Das erste Teilelement 11 und das zweite Teilelement 12 sind dabei gleich bzw. gegengleich zueinander ausgebildet, sodass diese bei Zusammensetzen der Teilelemente 11, 12 das Speicherelement 1 bilden. In dem Speicherelement 1 sind bei dieser Ausführungsform zwei Kühlleitungsausnehmungen 5 ausgebildet, die in einem Abstand zueinander angeordnet sind. Zwischen den beiden Kühlleitungsausnehmungen 5 ist eine Fluidleitungsausnehmung 4 angeordnet, die symmetrisch zu den beiden Kühlleitungsausnehmungen 5 in deren Mittenabstand angeordnet ist.

[0040] Das erste Teilelement 11 der Fig. 7 bis 10 weist sechs Befestigungsbohrungen 14 auf, mit denen das erste Teilelement 11 an dem zweiten Teilelement 12 durch Verbindungselemente, beispielsweise durch Schrauben, befestigt werden kann und so zwischen dem ersten Teilelement 11 und dem zweiten Teilelement 12 eine Klemmwirkung auf die Fluidleitung 2 bzw. die Kühlmittelleitung 3 ausgeübt werden kann. Die einzelnen Speicherelemente 1 können beispielsweise, wie in Fig. 1 bis 3 dargestellt, dann sowohl seriell als auch parallel zueinander angeordnet werden und beispielsweise über Gewindestangen über die Durchgangslöcher 23 miteinander verbunden werden, sodass diese eine kompakten Speicherblock 15 bilden.

[0041] Die Fluidleitungsausnehmung 4 ist bei der in den Fig. 7 bis 10 dargestellten Ausführungsform im Querschnitt (Fig. 10) kleiner als der Durchmesser bzw. Querschnitt der Kühlleitungsausnehmung 5 ausgebildet. Optional kann bei den beschriebenen Ausführungsformen die Anzahl und die Ausbildung der Kühlmittelleitungen 3 bzw. der Fluidleitung 2 je nach den erforderlichen Kühlleistungen ausgebildet sein und beispielsweise, wie in den Fig. 7 bis 10 dargestellt, zwei Kühlmittelleitungen 3 bzw. zwei Kühlleitungsausnehmungen 5 je Fluidleitung 2 bzw. Fluidleitungsausnehmung 4 vorgesehen sein. Optional kann jedoch auch das Verhältnis zwischen Fluidleitungen 2 und Kühlmittelleitungen 3 1:1 betragen oder können beispielsweise auch drei oder vier Kühlmittelleitungen 3 je Fluidleitung 2 vorgesehen sein. Ebenfalls sind die Querschnittsverhältnisse zwischen Kühlmittelleitung 3 und Fluidleitung 2 nicht beschränkt, sondern könnten auch entsprechend der Kühlleistung angepasst werden. So kann beispielsweise der Durchmesser der Kühlmittelleitung 3 größer oder auch gleich dem Durchmesser der Fluidleitung 2 sein oder können andere Verhältnisse der Leitungen zueinander vorgesehen sein.

[0042] In den Fig. 11 bis 13 ist ein Temperaturfühler 18 dargestellt, der in einer schraubenförmigen Hülse 17 angeordnet ist. Der Temperaturfühler 18 kann dabei beispielsweise in eine Ausnehmung 20 (Fig. 15) angeordnet werden und mit diesem derart einfach die Temperatur des Speicherelements 1 überwacht werden. Optional kann, wie in den Ausführungsformen der Fig. 11 bis 13 dargestellt, der Temperaturfühler 18 eine geschlitzte Form bzw. Hülse 17 aufweisen, sodass dieser beispielsweise in eine konisch ausgebildete Ausnehmung 20 eingebracht werden kann und derart der Kontakt zwischen der Ausnehmung 20 und der Hülse 17 besonders vorteilhaft und großflächig erreicht wird. Optional kann auch vorgesehen sein, dass die Ausnehmung 20 und/oder die Hülse 17 konisch ausgebildet sind und der Kontakt zwischen den beiden derart vorteilhaft bewirkt wird. Die Ausnehmung 20 kann wie in Fig. 15 dargestellt beispielsweise in der Stirnseite des Speicherelements 1 bzw der Teilelemente 11, 12 oder an anderen Stellen des Speicherelements 1 angeordnet sein.

[0043] In Fig. 14 ist eine weitere optionale Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in isometrischer Ansicht dargestellt. Die Vorrichtung umfasst ein Gehäuse 24, das gegenüber der Umgebung der Vorrichtung bzw. des Gehäuses 24 diffusionsdicht und wärmedämmend ausge-

bildet ist. Durch das wärmedämmende Gehäuse 24 kann derart verhindert werden, dass die Speicherelemente 1 bzw. die Vorrichtung Wärme aus der Umgebung aufnimmt und es kann derart der Wirkungsgrad der Vorrichtung verbessert werden.

[0044] Optional kann zu den in den Fig. 1 bis 16 dargestellten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung in den Fluidleitungsausnehmungen 4 bzw. den Kühlleitungsausnehmungen 5 eine Wärmeleitpaste zwischen der Kühlleitung 3 und der Fluidleitung 2 und/oder dem Speicherelement 1 zur Wärmeübertragung angeordnet sein.

[0045] In einer weiteren optionalen in der Fig. 16 dargestellten Ausführungsform kann das Speicherelement 1 bzw. können die Teilelemente 11, 12 im Bereich zwischen der Fluidleitung 2 und der Kühlmittelleitung 3 bzw. im Bereich zwischen den Kühlleitungsausnehmungen 5 und der Fluidleitungsausnehmung 4 ein Wärmeleitelement 16 aufweisen. Das Wärmeleitelement 16 ist beispielsweise durch einen Werkstoff ausgebildet, der im Vergleich zum Werkstoff des Speicherelements 1 eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist und derart den Wärmetransport zwischen Fluidleitung 2 und Kühlmittelleitung 3 verbessert. So kann beispielsweise das Wärmeleitelement 16 aus teurerem Kupfer ausgebildet sein und das Speicherelement 1 bzw die Teilelemente 11, 12aus einer günstigeren Aluminiumlegierung bestehen.

[0046] Optional kann ebenfalls wie in Fig. 16 dargestellt vorgesehen sein, dass die Vorrichtung bzw. die Speicherelemente 1 in die Speicherelemente 1 eingelagerte Wärmesenken 19 aufweisen, die beispielsweise als Kühllanzen ausgebildet sind. So kann innerhalb des Speicherelements 1 beispielsweise durch ein Element mit besserer Temperaturspeicherfähigkeit als der Werkstoff des Speicherelements 1 im Speicherelement 1 ausgebildet sein und derart eine bessere Wärmeaufnahme aus dem zu kühlenden Fluid erreicht werden. So können beispielsweise über das Volumen des Speicherelements 1 eine oder mehrere derartige Wärmesenken 19 in Form von Kühllanzen angeordnet sein, die beispielsweise aus anderem Material, wie z.B. einer Kupferlegierung bestehen.

[0047] Bevorzugt wird als Material für das Speicherelement 1 ein Material mit hoher Wärmekapazität und hoher Dichte, insbesondere Kupfer oder Aluminium, vorgesehen.

[0048] Ein bevorzugtes Verhältnis der Masse des Speicherelements 1 zur Rohrlänge der Fluidleitung 2 ist beispielsweise von 5 kg Masse des Speicherelements 1 pro Meter Rohrlänge der Fluidleitung 2 bis 80 kg Masse des Speicherelements 1 pro Meter Rohrlänge der Fluidleitung 2. Bevorzugt wird eine Masse des Speicherelements 1 von 20 kg pro Meter Rohrlänge der Fluidleitung 2 vorgesehen. Bevorzugt beträgt das Gewicht eines Speicherelements 1 zwischen 2,5 und 40 kg, vorzugsweise 10 kg.

[0049] Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann, wie zu den Fig. 1 bis 14 beschrieben, beispielsweise Wasserstoff, jedoch auch jedes andere zu kühlende Fluid in flüssiger oder gasförmiger Form, gekühlt werden. So können beispielsweise - abgesehen von Wasserstoff - auch noch andere Prozessgase, wie Flüssiggas oder Flüssigerdgas, mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung gekühlt werden.

Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Speicherung und Abgabe von sensibler und latenter Energie zur Kühlung von Fluiden, insbesondere Wasserstoff, umfassend zumindest ein Speicherelement (1), zumindest eine Fluidleitung (2) für ein zu kühlendes Fluid, und zumindest eine Kühlmittelleitung (3) in der das Kühlmittel strömen kann,

wobei das Speicherelement (1) zumindest eine, insbesondere gegengleich zur Fluidleitung (2) ausgebildete, Fluidleitungsausnehmung (4) zur Aufnahme der Fluidleitung (2) und zumindest eine, insbesondere gegengleich zur Kühlmittelleitung (3) ausgebildete, Kühlleitungsausnehmung (5) zur Aufnahme der Kühlmittelleitung (3) aufweist,

wobei die Fluidleitungsausnehmung (4) und die Kühlleitungsausnehmung (5) jeweils in einem Abstand, insbesondere parallel, zueinander angeordnet sind

wobei das Speicherelement (1) zumindest zweiteilig ausgebildet ist und ein erstes, insbesondere als Halbschale ausgebildetes, Teilelement (11) und ein zweites, insbesondere als Halbschale ausgebildetes, Teilelement (12) aufweist, und

dass die Fluidleitungsausnehmung (4) und die Kühlleitungsausnehmung (5) derart in den Teilelementen (11, 12) ausgebildet sind, dass die Fluidleitung (2) und die Kühlmittelleitung (3) zwischen den Teilelementen (11, 12) in die Fluidleitungsausnehmung (4) und die Kühlleitungsausnehmung (5) eingelegt geklemmt sind,

wobei die Teilelemente (11, 12) jeweils einen Teil, insbesondere die Hälfte des Querschnitts oder weniger als die Hälfte des Querschnitts, der Fluidleitungsausnehmung (4) und einen Teil, insbesondere die Hälfte des Querschnitts oder weniger als die Hälfte des Querschnitts, der Kühlleitungsausnehmung (5) umfassen, wobei die Teilelemente (11, 12) zumindest teilweise in einem Abstand zueinander angeordnet sind,

wobei die Teilelemente (11, 12) mittels zumindest eines Verbindungselements lösbar verbunden sind dadurch gekennzeichnet,

dass die Vorrichtung eine Vielzahl von Speicherelementen (1) aufweist, wobei eine die Speicherelemente (1) in Richtung des Verlaufs der Fluidleitung (2) hintereinander angeordnet sind und einen gemeinsamen Speicherblock (15) bilden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidleitungsausnehmung (4) und die Kühlleitungsausnehmung (5) gerade ausgebeilt sind und die Achse der Fluidleitungsausnehmung (4) und der Kühlleitungsausnehmung (5) symmetrisch in den jeweiligen Teilelementen (11, 12) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilelemente (11, 12) derart zumindest teilweise in einem Abstand zueinander angeordnet sind, dass diese einen Leckagespalt (13) zwischen den Teilelementen (11, 12) ausbilden.

4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Kühlmittelleitungen (3) und mehrere Fluidleitungen (2) vorgesehen sind, wobei das Verhältnis von Kühlmittelleitungen (3) zu Fluidleitungen (2) größer gleich 1:1, insbesondere 2:1, ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Speicherelements (1) ein Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit, Wärmekapazität und/oder hoher Dichte, insbesondere Kupfer oder Aluminium, ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Speicherelement (1) eingelagerte Wärmesenken (19) angeordnet sind, wobei die Wärmesenken (19) insbesondere aus einem anderen Material als das Speicherelement (1) ausgebildet sind.

7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zumindest ein Wärmeleitelement (16) aufweist das jeweils in den Teilelementen (11, 12) im Bereich zwischen der Fluidleitung (2) und der Kühlmittelleitung (3) angeordnet und derart ausgebildet ist, dass die Wärmeleitung von der Fluidleitung (2) zur Kühlmittelleitung (3) in dem Wärmeleitelement (16) im Vergleich zum Speicherelement (1) erhöht

ist, wobei das Wärmeleitelement (16) insbesondere aus einer Kupferlegierung und das Speicherelement (1) aus einer Aluminiumlegierung besteht.

8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zumindest einen Temperaturfühler (18) aufweist, der in dem Speicherelement (1) angeordnet ist, wobei der Temperaturfühler (18) eine, insbesondere aus Kupfer bestehende, Hülse (17) umfasst, wobei die Hülse (17) insbesondere konisch ausgebildet ist, und wobei der Temperaturfühler (18) in eine in dem Speicherelement (1), insbesondere konisch, ausgebildete Ausnehmung (20) angeordnet ist, wobei die Hülse (17) zur besseren Kontaktverbindung zwischen dem Temperaturfühler (18) und dem Speicherelement (1) insbesondere geschlitzt ausgebildet ist

9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Umhüllung und/oder ein Gehäuse (24) aufweist, wobei die Umhüllung und/oder das Gehäuse (24) diffusionsdicht und wärmedämmend ausgebildet ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Maße des Speicherelements (1) zur Rohrlänge der Fluidleitung (2) 5 kg pro Meter Rohrlänge bis 80 kg pro Meter Rohrlänge, insbesondere 20kg pro Meter Rohrlänge, beträgt, wobei vorzugsweise das Gewicht eines Speicherelements (1) zwischen 2,5 kg und 40 kg, insbesondere 10 kg, beträgt.

11. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung in der Fluidleitungsausnehmung (4) und der Kühlleitungsausnehmung (5) eine Wärmeleitpaste zwischen der Kühlmittelleitung (3) und/oder der Fluidleitung (2) und dem Speicherelement (1) zur Erhöhung der Wärmeübertragung aufweist

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen